Cara kerja dari pembangkitan listrik tenaga angin ini yaitu awalnya energi angin memutar turbin angin. Turbin angin bekerja berkebalikan dengan kipas angin (bukan menggunakan listrik untuk menghasilkan listrik, namun menggunakan angin untuk menghasilkan listrik). Kemudian angin akan memutar sudut turbin, lalu diteruskan untuk memutar rotor pada generator di bagian belakang turbin angin. Generator mengubah energi gerak menjadi energi listrik dengan teori medan elektromagnetik, yaitu poros pada generator dipasang dengan material ferromagnetik permanen. Setelah itu di sekeliling poros terdapat stator yang bentuk fisisnya adalah kumparan-kumparan kawat yang membentuk loop. Ketika poros generator mulai berputar maka akan terjadi perubahan fluks pada stator yang akhirnya karena terjadi perubahan fluks ini akan dihasilkan tegangan dan arus listrik tertentu. Tegangan dan arus listrik yang dihasilkan ini disalurkan melalui kabel jaringan listrik untuk akhirnya digunakan oleh masyarakat. Tegangan dan arus listrik yang dihasilkan oleh generator ini berupa
AC (alternating current) yang memiliki bentuk gelombang kurang lebih sinusoidal. Energi Listrik ini biasanya akan disimpan kedalam baterai sebelum dapat dimanfaatkan.
Cara kincir angin bekerja sangat sederhana yaitu:
Angin akan meniup bilah kincir angin sehingga bilah bergerak
bilah kincir angin akan memutar poros didalam nacelle
Poros dihubungkan ke gearbox, di gearbox kecepatan perputaran poros
ditingkatakandengan cara mengatur perbandingan roda gigi dalam gearbox
gearbox dihubungkan ke generator. generator merubah energi mekanik menjadi
energilistrik
dari generator energi listrik menuju transformer untuk menaikan tegangannya
kemudian baru didistribusikan ke konsumen
Turbin angin dapat dibagi menjadi dua kategori utama, yaitu: turbin angin sumbu horizontal dan turbin angin sumbu vertikal(Daryanto, 2007)
Turbin Angin Sumbu Horisontal
Turbin angin sumbu horizontal ialah jenis turbin angin yang paling banyak digunakan. Turbin ini terdiri dari sebuah menara yang di puncaknya terdapat sebuah baling-baling yang
berfungsi sebagai rotor dan menghadap atau membelakangi arah angin. Kebanyakan turbin angin jenis ini mempunyai dua atau tiga bilah baling-baling walaupun ada juga turbin bilah baling-balingnya kurang atau lebih daripada yang disebut diatas. Contoh turbin angin sumbu horizontal ditunjukan pada Gambar 1.
Turbin angin sumbu vertikal
Turbin sumbu vertikal dibagi menjadi dua jenis yaitu: Savonius dan Darrieus. a. Turbin Darrieus
Turbin Darrieus mula-mula diperkenalkan di Perancis pada sekitar tahun 1920-an. Turbin angin sumbu vertikal ini mempunyai bilah-bilah tegak yang berputar kedalam dan keluar dari arah angin (Daryanto, 2007). Contoh turbin Darrieus ditunjukkan pada Gambar 2.
Turbin Savonius diciptakan pertama kali di negara Finlandia dan berbentuk S apabila dilihat dari atas. Turbin jenis ini secara umumnya bergerak lebih perlahan dibandingkan jenis turbin angin sumbu horizontal, tetapi menghasilkan torsi yang besar. Contoh turbin Savonius ditunjukkan pada Gambar 3..
Gaya Aerodinamik pada Turbin angin Darrieus
Prinsip kerja dari rotor Darrieus dapat disederhanakan. Pertama, asumsikan arah angin datang dari depan rotor baling-baling. Ketika pergerakan rotor lebih cepat menyamai dengan
kecepatan angin yang tak terganggu yaitu ratio kecepatan bladedengan kecepatan angin bebas, tsr > 3. Gambar 4 menunjukan garis vektor percepatan dari bentuk airfoil baling-baling pada posisi angular yang berbeda-beda (Arsad et al, 2009)
1. Panah biru – kecepatan angin relatif.
2. Panah merah – kecepatan relatif ke baling-baling.
3. Panah hitam – resultan kecepatan udara relatif ke baling-baling. 4. Panah hijau – gaya angkat (lift force).
5. Panah abu-abu – gaya seret (drag force).
Dengan nilai tsr yang tinggi, baling-baling akan ”memotong” melalui angin dengan sudut serang (angle of attack) yang kecil. Resultan gaya angkat (lift) akan membantu perputaran baling-baling, sedangkan gaya seret (drag) akan melawan perputaran dari baling-baling itu. Ketika gaya angkat nol pada sisi kiri (0˚) dan sisi kanan (180˚) dengan baling-baling simetris bergerak pararel menuju arah angin, torsi berubah menjadi negatif disekitar posisi ini.
Mendekati posisi depan (90˚) dan posisi dibelakang (270˚), komponen dari gaya 15 angkat (lift) lebih besar dibandingkan gaya seret (drag) sehingga menghasilkan torsi. Torsi total per satu putaran akan bernilai positif jika baling-baling diposisikan pada tempat yang tepat sehingga rotor akan berputar pada arah yang benar (Arsad et al, 2009)
Keuntungan turbin angin Darrieus (Kragten, 2004):
a. tidak memerlukan pengarah angin dan memerlukan konstruksi yang mudah.
b. biaya pembuatannya lebih murah dibanding dengan turbin angin sumbu horisontal dan memiliki desain rotor yang lebih mudah
c. dapat digunakan di kecepatan angin rendah. Kerugian turbin angin Darrieus ( Kragten, 2004): a. tidak memiliki sistem self starting.
b. rumit dalam pembuatan sudunya.
Turbin angin sumbu vertikal/tegak (atau TASV) memiliki poros/sumbu rotor utama yang disusun tegak lurus. Kelebihan utama susunan ini adalah turbin tidak harus diarahkan ke angin agar menjadi efektif. Kelebihan ini sangat berguna di tempat-tempat yang arah anginnya sangat bervariasi. VAWT mampu mendayagunakan angin dari berbagai arah. Dengan sumbu yang vertikal, generator serta gearbox bisa ditempatkan di dekat tanah, jadi menara tidak perlu menyokongnya dan lebih mudah diakses untuk keperluan perawatan. Karena sulit dipasang di atas menara, turbin sumbu tegak sering dipasang lebih dekat ke dasar tempat ia diletakkan, seperti tanah atau puncak atap sebuah bangunan.
Turbin angin sumbu vertikal ini dibuat agar tetap bisa berputar dengan kecepatan angin yang rendah, sehingga memiliki dimensi yang kecil. Hal ini menyebabkan daya yang dihasilkan turbin ini rendah. Prinsip kerja dari turbin ini adalah :
Tenaga untuk memutar turbin berasal dari tenaga angin.
Turbin tetap akan berputar tanpa harus mengikuti arah sumber angin.
Turbin yang berputar berarti juga memutar rotor yang mempunyai magnet permanen didalamnya sehingga menyebabkan GGL induksi.
Tegangan dihasilkan dari generator sederhana jenis sinkron yang terdiri dari 4 magnet permanen dan 4 kumparan email.
Tegangan yang dihasilkan adalah AC sehingga perlu diubah menjadi DC untuk dapat digunakan mengisi baterai.
Tegangan dan arus yang dihasilkan bergantung dari kecepatan angin yang memutar turbin. Jenis turbin angin[sunting | sunting sumber]
Jenis turbin angin ada 2, yaitu : Turbin angin sumbu horizontal
Turbin angin megawatt pertama di dunia berada di Castleton, Vermont
Turbin angin sumbu horizontal (TASH) memiliki poros rotor utama dan generator listrik di puncak menara. Turbin berukuran kecil diarahkan oleh sebuah baling-baling angin (baling-baling cuaca) yang sederhana, sedangkan turbin berukuran besar pada umumnya
menggunakan sebuah sensor angin yang digandengkan ke sebuah servo motor. Sebagian besar memiliki sebuah gearbox yang mengubah perputaran kincir yang pelan menjadi lebih cepat berputar.
Karena sebuah menara menghasilkan turbulensi di belakangnya, turbin biasanya diarahkan melawan arah anginnya menara. Bilah-bilah turbin dibuat kaku agar mereka tidak terdorong menuju menara oleh angin berkecepatan tinggi. Sebagai tambahan, bilah-bilah itu diletakkan di depan menara pada jarak tertentu dan sedikit dimiringkan.
Karena turbulensi menyebabkan kerusakan struktur menara, dan realibilitas begitu penting, sebagian besar TASH merupakan mesin upwind (melawan arah angin). Meski memiliki permasalahan turbulensi, mesin downwind (menurut jurusan angin) dibuat karena tidak memerlukan mekanisme tambahan agar mereka tetap sejalan dengan angin, dan karena di saat angin berhembus sangat kencang, bilah-bilahnya bisa ditekuk sehingga mengurangi wilayah tiupan mereka dan dengan demikian juga mengurangi resintensi angin dari bilah-bilah itu.
Kelebihan TASH[sunting | sunting sumber]
Dasar menara yang tinggi membolehkan akses ke angin yang lebih kuat di tempat-tempat yang memiliki geseran angin (perbedaan antara laju dan arah angin antara dua titik yang jaraknya relatif dekat di dalam atmosfer bumi. Di sejumlah lokasi geseran angin, setiap sepuluh meter ke atas, kecepatan angin meningkat sebesar 20%.
Kelemahan TASH[sunting | sunting sumber]
TASH yang tinggi sulit dipasang, membutuhkan derek yang yang sangat tinggi dan mahal serta para operator yang tampil.
Konstruksi menara yang besar dibutuhkan untuk menyangga bilah-bilah yang berat, gearbox, dan generator.
TASH yang tinggi bisa memengaruhi radar airport.
Ukurannya yang tinggi merintangi jangkauan pandangan dan mengganggu penampilan lansekap.
Berbagai varian downwind menderita kerusakan struktur yang disebabkan oleh turbulensi. TASH membutuhkan mekanisme kontrol yaw tambahan untuk membelokkan kincir ke arah angin.
Turbin Angin Sumbu Vertikal[sunting | sunting sumber]
Turbin angin Darrieus30 m diKepulauan Magdalen
Turbin angin sumbu vertikal/tegak (atau TASV) memiliki poros/sumbu rotor utama yang disusun tegak lurus. Kelebihan utama susunan ini adalah turbin tidak harus diarahkan ke angin agar menjadi efektif. Kelebihan ini sangat berguna di tempat-tempat yang arah anginnya sangat bervariasi. VAWT mampu mendayagunakan angin dari berbagai arah. Dengan sumbu yang vertikal, generator serta gearbox bisa ditempatkan di dekat tanah, jadi menara tidak perlu menyokongnya dan lebih mudah diakses untuk keperluan perawatan. Tapi ini menyebabkan sejumlah desain menghasilkan tenaga putaran yang berdenyut. Drag (gaya yang menahan pergerakan sebuah benda padat melalui fluida (zat cair atau gas) bisa saja tercipta saat kincir berputar.
kira-kira 50% dari tinggi bangunan, ini merupakan titik optimal bagi energi angin yang maksimal dan turbulensi angin yang minimal.
Kelebihan TASV[sunting | sunting sumber] Tidak membutuhkan struktur menara yang besar.
Karena bilah-bilah rotornya vertikal, tidak dibutuhkan mekanisme yaw.
Sebuah TASV bisa diletakkan lebih dekat ke tanah, membuat pemeliharaan bagian-bagiannya yang bergerak jadi lebih mudah.
TASV memiliki sudut airfoil (bentuk bilah sebuah baling-baling yang terlihat secara melintang) yang lebih tinggi, memberikan keaerodinamisan yang tinggi sembari mengurangi drag pada tekanan yang rendah dan tinggi.
Desain TASV berbilah lurus dengan potongan melintang berbentuk kotak atau empat persegi panjang memiliki wilayah tiupan yang lebih besar untuk diameter tertentu daripada wilayah tiupan berbentuk lingkarannya TASH.
TASV memiliki kecepatan awal angin yang lebih rendah daripada TASH. Biasanya TASV mulai menghasilkan listrik pada 10 km/jam (6 m.p.h.)
TASV biasanya memiliki tip speed ratio (perbandingan antara kecepatan putaran dari ujung sebuah bilah dengan laju sebenarnya angin) yang lebih rendah sehingga lebih kecil
kemungkinannya rusak di saat angin berhembus sangat kencang.
TASV bisa didirikan pada lokasi-lokasi dimana struktur yang lebih tinggi dilarang dibangun. TASV yang ditempatkan di dekat tanah bisa mengambil keuntungan dari berbagai lokasi yang menyalurkan angin serta meningkatkan laju angin (seperti gunung atau bukit yang puncaknya datar dan puncak bukit),
TASV tidak harus diubah posisinya jika arah angin berubah. Kincir pada TASV mudah dilihat dan dihindari burung. Kekurangan TASV[sunting | sunting sumber]
Kebanyakan TASV memproduksi energi hanya 50% dari efisiensi TASH karena drag tambahan yang dimilikinya saat kincir berputar.
TASV tidak mengambil keuntungan dari angin yang melaju lebih kencang di elevasi yang lebih tinggi.
Kebanyakan TASV mempunyai torsi awal yang rendah, dan membutuhkan energi untuk mulai berputar.
Turbin angin di desa Pandansimo
Sebanyak 33 menara kincir angin berdaya listrik 56 Kilowatt (KW) berhasil dibangun. Selain itu didirikan pula 218 panel surya berkapasitas 27 KW. Total daya PLTH Pandansimo
mencapai 83 KW. Teknologi PLTH ini memanfaatkan potensi sumber daya angin laut dan angin darat di pantai Pandasimo Bantul yang berkecepatan rata-rata 3-4 meter/detik dan intensitas sinar matahari yang besar.
“Dinamakan hibrid karena mengombinasikan tenaga angin dan surya. Kadangkala angin tidak berhembus atau matahari terhalang mendung, sehingga untuk mencukupi pasokan listrik harus didapat dari keduanya.
Putaran kincir angin akan menggerakkan generator yang menghasilkan arus listrik. Begitu juga, panel surya akan menyerap sinar dan panas matahari yang kemudian dikonversi menjadi arus listrik. Arus listrik ini disalurkan ke Rumah Kontrol. Dari sini lalu
