Pemanfaatan Sistem Pembangkit Hybrid Dengan
Kendali Supply Beban
Hartawan Abdillah
Program Studi Teknik ElektroUniversitas Negeri Malang Malang
A.N. Afandi, Ilham Ari Elbaith Zaeni
Program Studi Teknik ElektroUniversitas Negeri Malang Malang
[email protected], [email protected]
Abstrak— Hibridasi pembangkit listrik adalah menggunakan dua atau lebih pembangkit listrik dengan sumber energi yang berbeda. Umumnya dikombinasikan dan disupply dengan PLN dan Genset, sehingga diperoleh sinergi yang memberikan keuntungan ekonomis maupun teknis (keandalan sistem supply). Tujuan utama dari sistem hibrid pada dasarnya adalah berusaha menggabungkan dua atau lebih sumber energi (sistem pembangkit) sehingga dapat saling menutupi kelemahan masing-masing dan dapat dicapai keandalan supply dan efisiensi penggunaannya. Penelitian ini bertujuan untuk merancang dan membuat Sistem Pembangkit Hybrid dengan Pengendalian Supply Beban agar energi listrik yang dibangkitkan seimbang dengan penggunaan beban yang dikeluarkan sehingga Pembangkit Hybrid akan maksimal penggunaanya dan tidak terjadi Black Out. Berdsarkan pengujian yang telah dilakukan mikrokontroller di supply dengan power supply sebagai catu daya dengan tegangan 5 V. Relay, sensor arus dan sensor tegangan dihubungkan ke mikrokontroler arduino mega lampu indikator dari mikrokontroler, sensor arus, sensor tegangan dan relay meyala menandakan komponen berfungsi dengan baik.
Kata Kunci—Pembangkit Hybrid, PLTS, PLTB, Kendali
Supply Beban.
I. PENDAHULUAN
Pembangkit listrik saat ini masih banyak menggunakan bahan yang tidak dapat diperbaharui, seperti gas, diesel dan batu bara. Indonesia merupakan salah satu negara yang mendapatkan sinar matahari lebih besar dari negara lain, dengan perkiraan sekitar 4,8 kW/ m² / hari [1]. Energi terbarukan seperti energi matahari, angin, gelombang laut, panas bumi, dan lainnya belum dimanfaatkan secara optimal. Energi angin merupakan energi alternative yang mempunyai prospek baik karena selalu tersedia di alam, dan merupakan sumber energi yang bersih dan terbarukan kembali [2]. Selain itu, Energi Surya merupakan energi yang mungkin tidak pernah habis, mengingat posisi Indonesia yang berpotensi menjadikan sel surya sebagai salah satu sumber energi masa depan karena berada pada garis khatulistiwa yang memungkinkan sinar matahari dapat optimal diterima di hampir seluruh Indonesia sepanjang tahun [1].
Berdasarkan fenomena ini, maka tenaga surya dan angin menjadi salah satu energi alternatif yang menjanjikan untuk indonesia. Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) dan Pembangkit Listrik Tenaga Angin/Bayu (PLTB) merupakan pengembangan dari energi terbarukan yang paling cocok dikembangkan di Indonesia, mengingat karena Indonesia beriklim tropis yang memiliki potensi penyinaran dan kecepatan angin yang cukup baik untuk pengembangan konversi energi surya dan energi angin tersebut, namun energi listrik yang dihasilkan oleh Pembangkit Listrik Tenaga Surya dan Pembangkit Listrik Tenaga Angin sangat dipengaruhi oleh intensitas radiasi cahaya matahari dan kecepatan angin yang diterima oleh sistem. Untuk ketersedian dan pemanfaatan energi listrik dari tenaga surya dan angin diperlukan hibridasi dengan sumber PLN dan genset jika terjadi Black Out. Kombinasi dari ke empat sumber energi listrik tersebut dikenal dengan Pembangkit Hybrid.
Pembangkit Hybrid akan maksimal pemakaianya jika disertai dengan kendali bebannya. Penggunaan beban yang tidak terkendali di Gedung G4 Fakultas Teknik Elektro Universitas Negeri Malang menjadi suatu masalah, penggunaan beban yang berlebihan akan berpengaruh pada pembangkit hybrid tersebut, kendali beban bertujuan mengatur pemakaian energi listrik secara efisien agar penggunaan energi lisrtik dapat dikendalikan dan penggunaanya tidak berlebihan. Di Gedung G4 Fakultas Teknik Elektro Universitas Negeri Malang terdapat tiga tempat penggunaan beban yaitu beban didalam gedung (indoor load), diluar gedung (outdoor load) dan illegal load, beban ilegal bisa terdapat didalam atau diluar gedung, beban ini diketahui apabila penggunaan beban didalam atau diluar gedung penggunaannya melebihi batas yang yang telah ditentukan. Maka kendali beban akan dibagi menjadi tiga bagian: (1) Kendali beban (Indoor Load), (2) kendali beban (Outdoor Load), (3) kendali beban (Illegal Load), masing – masing beban akan ditentukan kapasitas dan dibatasi penggunaanya.
Dalam permasalah tersebut penelitian ini bertujuan untuk merancang dan membuat Sistem Pembangkit Hybrid dengan Pengendalian Supply Beban agar energi listrik yang dibangkitkan seimbang dengan penggunaan beban yang
dikeluarkan sehingga Pembangkit Hybrid akan maksimal penggunaanya dan tidak terjadi Black Out. dengan dilakukannya penelitian ini diharapkan memberikan pengetahuan mengenai proses pembangkitan Pembangkit Hybrid ketika dioperasikan dan proses pengendalian beban agar energi listrik yang dibangkitkan seimbang dengan penggunaan bebannya.
II. KAJIAN PUSTAKA
Sebelum Anda menata format makalah, tulis dan simpan konten makalah pada berkas terpisah. Pisahkan berkas teks dan gambar, sampai teks tertulis dengan format dan tata bahasa yang benar. Tidak perlu gunakan pagination. Tidak perlu melakukan penomoran pada judul bab/subbab karena template yang akan memberi nomor secara otomatis. Lengkapi konten dan pengaturan alur konten sebelum menata format. Perhatikan hal-hal berikut ini ketika mengoreksi ejaan dan tata bahasa: A. Pembangkit Listrik Tenaga Surya
Teknologi PV dimanfaatkan untuk pembangkit listrik tenaga surya (PLTS) berupa sistem terpusat (centralized), sistem tersebar (stand alone) dan sistem hibrida (hybrid system). Centralized PV system adalah pembangkit listrik tenaga surya (PLTS) yang mensuplai listrik secara terpusat untuk berbagai lokasi/ beban yang bersifat on grid maupun off grid. Sistem stand alone hanya mensuplai listrik khusus untuk kebutuhan beban yang tersebar di masing-masing lokasi dan bersifat off grid. Pada sistem hybrid, PLTS digunakan bersama-sama dengan sistem pembangkit lainnya dalam mensuplai listrik. Komponen sistem umumnya terdiri dari rangkaian sel surya yang membentuk modul surya (PV Panel) dan beberapa komponen pendukung seperti baterai, inverter, sistem kontrol dan lain-lain yang disebut juga sebagai balance of system / BOS. Aplikasi teknologi PV antara lain: PLTS pedesaan / perkotaan (on grid / off grid), Solar Home System (SHS), solar street lighting, solarpumping, BST solar, solar refrigerator, etc.
Sel surya merupakan salah satu alat elektronik yang dapat mengubah secara langsung energi radiasi matahari menjadi energi listrik. Modul surya memiliki kelemahan dimana daya keluarannya tergantung kepada kondisi cahaya matahari. Ketika cahaya matahari redup, arus keluaran modul surya bisa drop secara drastis, sehingga daya keluarannya tidak digunakan secara maksimal [6]. Total keluaran energi listrik dari solar PV (Watt) adalah sebanding dengan tegangan keluaran (Volt) dikali dengan arus (Ampere) operasi. Solar pv dapat menghasilkan arus dari tegangan yang berbeda-beda. Hal tersebut berbeda dengan baterai yang menghasilkan arus dari tegangan yang relatif konstan [3].
B. Pembangkit Listrik Tenaga Angin
Energi angin merupakan energi yang berasal dari alam, angin ini disebabkan karena karena adanya perbedaan suhu antara udara panas dan udara dingin. di daerah panas, udaranya menjadi panas. Mengembang dan menjadi ringan, naik ke atas dan bergerak ke daerah yang dingin. udara
menjadi dingin dan turun ke bawah. Dengan demikian terjadi suatu perputaran udara. Perpindahan inilah yang disebut sebagai angin [7]. Energi angin hanya memenuhi sebagian kecil saja dari kebutuhan akan energi dengan kemajuan teknologi penggunaan energi angin makin meningkat dan biaya pekamaiannya semakin murah. Kecepatan angin adalah kecepatan dari menjalarnya arus angin dan dinyatakan dalam knot atau kilometer per jam maupun dalam meter per detik [4]. Karena kecepatan angin umumnya berubah-ubah, maka dalam menentukan kecepatan angin diambil kecepatan rata-ratanya dalam periode waktu selama sepuluh menit dengan dibulatkan dalam harga satuan knot yang terdekat.
Pembangkit Listrik Tenaga Angin (Wind Power), adalah pembangkit yang memanfaatkan hembusan angin sebagai sumber penghasil listrik. Alat utamanya adalah generator, dengan generator tersebut maka dapat dihasilkan arus listrik dari gerakan blade/baling-baling yang bergerak karena hembusan angin [5]. Dalam penelitian Pengendalian Supply Beban Pada Sistem Pembangkit Hybrid yaitu dengan Pembangkit Listrik Tenaga Angin/Bayu skala kecil. Menurut Ibrahim (2017) suatu Pembangkit Listrik Tenaga Angin/Bayu (PLTB) skala kecil terdiri dari beberapa komponen yaitu kincir angin, generator, Unit pengendali (control), baterai dan inverter.
C. Pembangkit Tenaga Hybrid
Berkembangnya teknologi solar cell saat ini, maka design solar cell pun ikut berkembang, dimana dalam skala daya yang besar menggunakan sistem AC. Dan dalam banyak aplikasi, PLTS dihibridasi dengan sistem pembangkit yang lain, untuk keperluan efisiensi dengan menggunakan perangkat semi konduktor yaitu inventer. Hibridasi pembangkit listrik adalah menggunakan dua atau lebih pembangkit listrik dengan sumber energi yang berbeda, umumnya digunakan untuk captive genset,sehingga diperoleh sinergi yang memberikan keuntungan ekonomis maupun teknis(keandalan sistem supply). Tujuan utama dari sistem hibrid pada dasarnya adalah berusaha menggabungkan dua atau lebih sumber energi (sistem pembangkit) sehingga dapat saling menutupi kelemahan masing-masing dan dapat dicapai keandalan supply dan efisiensi ekonomis pada tipe load (Load profile) tertentu [1]. Untuk penelitian Pembangkit hybrid ini dengan penggabungan 4 sumber energi litrik yaitu : (1) Energi Surya, (2) Energi Angin, (3) PLN, (4) Genset. Komponen yang digunakan dalam penelitian Pembangkit Hybrid yaitu : (1) Sensor Tegangan ZMPT 101B, (2) Sensor Arus ACS 172, (3) Sensor Rotary, (4) Sensor Suhu, (5) Sensor Cahaya, (6) Arduino mega, (7) Relay, (8) LCD.
III. METODOLOGI PENELITIAN
Tahap penelitian skripsi Pengendalian Supply Beban Pada Sistem Pembangkit Hybrid meliputi flow chart pada gambar dibawah ini.
Gambar 1 : Flow Chart Pembuatan alat A. Potensi dan Masalah
Potensi atau masalah menjadi awal dalam suatu penelitian. Potensi dan masalah apa yang terdapat dilingkungan sekitar dan menjadi sebuah rancangan untuk membuat dan mengembangkan suatu produk guna untuk menyelesaikan masalah tersebut. Dalam penelitian ini potensi dan masalah yang akan dibahas mengenai energi terbarukan yang belum dimaksimal penggunaannya, potensi dan masalah akan menentukan rancangan, desaian dan spesifikasi produk yang akan dibuat.
B. Perancangan , Desain dan Spesifikasi Alat
Desain prototype pembangkit tenaga hybrid menggunakan mikrokontroler sebagai kendali bebannya, perlu dibuat sebuah rancangan desain untuk menjelaskan cara kerja sistem secara keseluruhan dengan mempertimbangkan masalah perancangan pada masing-masing komponen. Berikut adalah rancangan desain secara keseluruhan dari Pembangkit Tenaga Hybrid menggunakan mikrokontroler sebagai kendali bebannya yang ditunjukkan oleh gambar 3.2.
Gambar 2 : Desain Rancangan Pembangkit Hybrid
Penjelasan rancangan desain Pembangkit Tenaga Hybrid diatas pada gambar 3.2 adalah sebagai berikut:
1. Pembangkit Tenaga Hybrid terdiri dari 4 sumber tenaga listrik yaitu Pembangkit Listrik Tenaga Surya, Pembangkit Listrik Tenaga Angin sebagai sumber energi terbarukan, dan dikombinasikan dengan sumber PLN dan genset jika terjadi Black Out PLN dan Genset.
2. Pembangkit Tenaga Hybrid dikendalikan oleh mikrokontroller dengan mengguna Arduino Mega. 3. Beban Indoor load, beban outdoor load dan beban Illegal
load dikendalikan menggunakan mikrokontroler dan dibatasi masing – masing kapasitas penggunaannya. 4. Beban Indoor load, beban outdoor load dan beban Illegal
load diberikan sensor suhu, cahaya dan kelembapan dan akan ditampilkan di LCD. Sensor suhu, kelembapan dan cahaya berfungsi mengukur intensitas cahaya lampu dan mengukur suhu dari AC ini bertujuan mengetahui nilai arus pada masing - masing beban.
C. Perancangan Elektrik 1. Diagram Blok
Adapun penjelasan dari proses kerja diagram blok pada Gambar adalah sebagai berikut:
1. Panel Surya berfungsi sebagai alat pengkonversi energi yang digunakan untuk mengisi baterai. Panel Surya dipasang diatas baterai agar mendapatkan sinar matahari secara maksimal, untuk kapasitas Panel 500 watt.
2. Wind turbin alat pengkonversi yang memanfaatkan hembusan angin sebagai sumber penghasil listrik. Alat utamanya adalah generator, generator tersebut maka dapat dihasilkan arus listrik dari gerakan blade/baling-baling yang bergerak karena hembusan angin, untuk kapasitas panel 500 Watt
3. PLN dan genset merupakan sumber dari kombinasi pembangkit hybrid, sebagai sumber energi cadangan, untuk kapasitas PLN dan Genset 900 Watt, 50 Hz. 4. Sensor tegangan dan arus mengkonversi nilai analog ke
satuan ukur dan membaca daya ketika daya PV dan Wind kurang dari beban yang telah ditentukan maka sensor tegangan dan arus mengirim sinyal ke mikrokontroller. Sensor LDR berfungsi mengukur Intensitas dari cahaya matahari. Sensor rotasi berfungsi mengkur kecepatan pada turbin angin.
5. Relay On/Off berfungsi pemutus arus ketika terjadi beban lebih dan sebagai switch antara sumber dari PV dan Wind dengan PLN dan genset pada sistem hybrid. LCD sebagai monitoring daya dari PV, Wind, PLN dan Genset serta daya pada beban.
2. Flowchart Sistem
Gambar 4 : Flowchart Sistem
Pada pertama kali alat dijalankan atau start awal yaitu inisialisai sensor tegangan, sensor arus, LDR dan sensor rotasi, setelah inisialisasi sensor – sensor proses konversi nilai analog sensor tegangan, sensor arus, LDR dan sensor rotasi ke satuan ukur agar nilai tersebut dibaca dan ditampilkan di LCD, kemudian penggabungan sumber energi antara sel surya (PV) dengan turbin angin (WT) penggabungan ini merupakan proses hybridasi, selanjutnya jika energi yang dihasilkan sel surya (PV) dan turbin angin (WT) kurang dari beban total, jika Ya maka relay PLN otomatis close maka energi dari sel surya (PV) dan turbin angin (WT) digantikan oleh PLN dan Genset, jika tidak maka relay PLN open maka energi yang dipakai masih dari energy sel surya (PV) dan turbin angin (WT), kemudian nilai ukur akan ditampilkan di LCD.
D. Perancangan Mekanik
Gambar 5 : Perancangan Mekanik
Adapun penjelasan perancangan mekanik Sistem Pembangkit Hybrid diatas adaah sebagai berikut :
Panel Box, Panel box berukuran 60x40 cm yaitu tempat peletakan elektrik seperti mikrokontroller, lampu indikator dan Push Button.
LCD, berfungsi untuk menampilkan daya dari sel surya, turbin angin, PLN, genset dan daya dari beban selain itu menampilkan nilai ukur dari intensitas cahaya matahari, kecepatan putaran turbin dan nilai dari intensitas cahaya, suhu dan kelembapan yang ada pada beban.
Push button, sebagai tombol arah kanan, kiri, atas dan bawah pada LCD.
E. Pengujian Alat
Pengujian alat dilakukan ketika semua komponen pada alat telah terhubung sesuai dengan blok diagram sistem yang telah dirancang dan mekanik untuk pendukung sistem yang telah dibuat, selanjutnya diadakan pengujian dan analisa alat. Tahapan metode pengujian meliputi:
Kalibrasi pada semua sensor dan komponen yang digunakan. Pengujian tiap blok rangkaian meliputi blok input sensor arus ACS172, sensor tegangan ZMPT101B, sensor cahaya, sensor rotasi kemudian blok kontroller pada arduino mega 2560, dan
blok outputan berupa kontak relay dan sensor DHT11 yang berada pada beban.
Pengujian penggabungan sumber energi dari renewable energy PLTS dan PLTB dan energi konvensional PLN dan Genset.
Menggabungkan blok-blok rangkaian menjadi sebuah sistem keseluruhan
Pengujian dilakukan dengan sistem secara keseluruhan. F. Hasil dan Pembahasan
Pengujian dari Pembangkit Hybrid dilakukan setelah alat yang dibuat telah selesai, elektrik (rangkaian) atau mekaniknya. Pengujian elektrik yaitu menguji rangkaian atau sistem hybrid dengan sumber energi terbarukan yaitu sel surya dan turbin angin kemudian sumber PLN dan genset. Pengujian alat meliputi beberapa tahapan yang pertama pengujian tiap blok rangkaian, kemudian blok kontroller, dan blok output pada beban. Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui komponen yang digunakan berfungsi dengan baik atau tidak, serta pada saat komponen dihubungkan pada masing – masing block berfungsi dan bekerja sesuai dengan yang diinginkan. Hasil pengujian tiap block rangkaian sebagai berikut.
Gambar 6 : Pengujian Tiap-Tiap Blok
Dari hasil pengujian diatas program dapat berjalan dengan baik, mikrokontroller bekerja dan berfungsi ketika dimasukkan program, konfigurasi program terhadap perangkat keras atau komponen melalui port mikrokontroler dapat berjalan. Proses konversi nilai analog dan digital dari sensor arus, tegangan dan relay pada mikrokontroler yang terlihat pada gambar sesuai dengan perancangan
Gambar 7 : Pengujian Komponen
Pada pengujian yang ditampilkan gambar diatas mikrokontroller di supply dengan power supply sebagai catu daya dengan tegangan 5 V. Relay, sensor arus dan sensor tegangan dihubungkan ke mikrokontroler arduino mega dan dapat dilihat pada gambar diatas lampu indikator dari mikrokontroler, sensor arus, sensor tegangan dan relay meyala menandakan komponen berfungsi dengan baik. Pengujian selanjutnya yaitu menguji tampilan LCD, untuk LCD akan menampilkan nilai tegangan dan arus dari ke empat sumber yaitu panel surya, turbin angin, PLN dan genset kemudian tegangan dan arus dari ke tiga beban yaitu beban indoor, beban outdoor dan beban illegal yang terakhir menampilkan intensitas cahaya matahari di panel surya dan putaran turbin pada turbin angin.
Gambar 8 : Pengujian LCD
Pengujian LCD dapat menampilkan konversi nilai digital dari mikrkontroler ke LCD dengan menampilkan nilai dari sumber energi PV, WT, Genset, PLN, beban 1, beban 2, beban 3, sensor cahaya, putaran turbin, suhu dan kelembapan.
IV. KESIMPULAN
Energi terbarukan seperti energi surya dan energi angin menjadi energi alternative di masa depan jika pemanfaannya dapat digunakan secara baik. Namun dengan teknologi hybrid penggunaan energi terbarukan energi surya dan energi angin dapat dicapai keandalan supply dan efisiensi penggunaannya. Penggunaan beban secara berlebihan dapat mempengaruhi proses pembangkitan dari energi surya dan energi angin maka diperlukan kendali beban agar beban yang dibangkitkan seimbang dengan beban yang digunakan. Tahap pengujian Pembangkit Hybrid melipui pengujian tiap blok input yaitu sumber energi dari PLTS, PLTB, PLN, Genset kemudian sistem control dan terakhir blok output kendali beban indoor, outdoor dan Illegal.
REFENSI
[1] Maulana,E..Effect-of-Chlorophyll-Concentration-Variations-from Extract-of-Papaya-Leaves-on-Dye-Sensitized-Solar-Cell. Jurnal ilmiah. 2015 , inpress
[2 ]Dhear P. Putri , Eddy S. Koenhardono, dan Indra R. Kusuma. 2016. Perencanaan Sistem Pembangkit Listrik Hybrid (Sel Surya dan Diesel Generator) Pada Kapal Tanker.2016.- in press
[3] Ahmad Surkani, Ira Devi Sara, Mansur Gapy.. Load Shedding Controller Pada Beban Rumah Tangga Berbasis Mikrokontroller Arduino Uno. 2017 – in press
[4] Rohmat Subodro. Kinerja genset type ec 1500a menggunakan bahan bakar Premium dan lpg pengaruhnya terhadap Tegangan yang dihasilkan. Politeknik Indonusa Surakarta.2017 – in press
[5] BG Melipurbowo.. Pengukuran Daya Listrik Real Time Dengan Menggunakan Sensor Arus Acs.712. Politeknik Negeri Semarang.2016 – in press
[6] Anjas Starlen Arota, Hesky S. Kolibu, Benny M. Lumi. Perancangan SistemPembangkit Listrik Hibrida (Energi Angin Dan Matahari) Menggunakan Hybrid Optimization Model For Electric Renewables (HOMER). 2013– in press
[7] Muhammad Nashar. Analisa Kelayakan Bisnis Proyek Pembangkit Listrik Tenaga Angin (Pltb) Di Indonesia Dengan Mengunakan Software Retscreen. 2015– in press
