PERANCANGAN SISTEM PEMBANGKIT LISTRIK HYBRID PANEL SURYA (PHOTOVOLTAIC) DAN GENERATOR
PADA FLOATING PLATFORM
SKRIPSI
MUHAMMAD BAHARUDDIN ARIF ASWAR D33114308
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Dalam Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Bidang Ilmu Perkapalan
DEPARTEMEN TEKNIK SISTEM PERKAPALAN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN GOWA
2018
ii
iii
iv
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah Tuhan Yang Maha Kuasa yang telah memberikan rahmat dan bimbingan-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.
Skripsi ini disusun untuk memenuhi salah satu persyaratan untuk mencapai gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Sistem Perkapalan, Fakultas Teknik, Universitas Hasanuddin. Terselesainya skripsi ini tidak lepas dari bantuan dan dorongan berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang mendalam kepada berbagai pihak yang telah membantu dalam penyelesaian skripsi ini.
1. Dr. Eng. Faisal, ST., M.Inf.Tech., M.Eng selaku pembimbing I yang selalu bersedia meluangkan waktu ditengah-tengah kesibukan beliau dan juga atas masukan dan naseha-nasehat bijaknya selama proses penulisan skripsi ini.
2. Hasnawiyah Hasan, ST., M.Eng selaku pembimbing II yang telah memberikan bimbingan selama proses penulisan skripsi ini.
3. Rahimuddin, ST., MT; Haryanti Rivai, ST., MT., Ph.D dan Dr. Andi Haris Muhammad, ST., MT selaku tim penguji atas saran dan masukannya untuk kesempurnaan skripsi ini.
4. Dr. Andi Haris Muhammad, ST., MT selaku Kepala Program Studi Teknik Sistem Perkapalan.
v 5. Seluruh dosen dan staff pengajar yang telah mengabdikan diri untuk menjadi pengajar ilmu di Program Studi Teknik Sistem Perkapalan Universitas Hasanuddin : Ir. Sherly Klara, MT; Surya Hariyanto, ST., MT; Andi Husni Sitepu, ST., MT; Ir. Zulkifli, MT; Dr. Ir. Ganding Sitepu, Dipl. Ing; Baharuddin, ST., MT; M. Rusdy Alwi, ST., MT 6. Ungkapan terima kasih yang mendalam untuk Ayah (Alm) Drs. Aswar
dan Ibu Dra. Sumiaty serta saudari-saudariku Harthanti Aswar, M.A;
Suryanti Aswar Mure Pana, SE; Sri Haryanti Aswar, S.IP; Yustika Aswar dan Asy-Syifa Nuraziza Aswar.
7. Rekan-rekan S1 Teknik Sistem Perkapalan 2014 khususnya Ilham Harisandi, Miftakhul Arzaq, Nurmainnah, Juarni, Mardiyansyah, Dwice dan Rudi.
8. Rekan-rekan Labo Sistem Bangunan Laut.
9. Teman seperjuangan yang selalu membantu dan memberikan support bagi penulis khususnya Hastuti, Mutmainnah Ayu Lestari, Pusfita Sari, Icha Surya, Putri Julianty S. Purba, Friatgo, Astika dan Friatgo.
10. Semua pihak yang telah membantu dalam penulisan skripsi ini yang tidak dapat disebutkan satu persatu.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, kritik dan saran yang bersifat membangun sangat penulis harapkan bagi kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi semua pihak. Akhir kata, penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-
vi besarnya atas segala bantuan dan dukungan yang diberikan. Semoga Allah membalas kebaikan tersebut, baik di dunia maupun di akhirat kelak. Amin.
Makassar, 29 November 2018
Muhammad Baharuddin Arif Aswar
vii
ABSTRAK
Usaha penangkapan ikan dengan bagan apung mempunyai manfaat yang besar untuk perikanan skala kecil. Perkembangan perikanan bagan apung cukup bagus di Indonesia, terutama dilihat dari segi produksi dan upaya tangkap. Kendala kekurangan sumber penerangan menjadi masalah utama yang dihadapi para nelayan di atas bagan apung, sebagaimana diketahui bahwa sumber pembangkit listrik yang digunakan berasal dari pembangkit listrik tenaga konvensional. Pembangkit listrik hybrid merupakan salah satu inovasi pembangkit listrik yang dapat memanfaatkan penggunaan energi terbarukan dan menjadi solusi untuk menghasilkan energi alternatif di atas bagan apung. Sistem pembangkit listrik hybrid dirancang untuk switch otomatis ketika sistem pembangkit listrik utama telah mencapai batas nilai tegangan yang ditentukan yaitu 11V dan dirancang pula untuk switch otomatis ketika sistem pembangkit listrik cadangan telah mencapai batas nilai tegangan yang ditentukan yakni 10V. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa sumber pembangkit listrik utama menyuplai beban 240W selama 44 menit dengan rata-rata arus pemakaian 0.182A sedangkan sumber pembangkit listrik cadangan menyuplai 240W selama 28 menit dengan rata-rata arus pemakaian 0.177A.
Kata Kunci : Energi, Pembangkit Listrik Hybrid, Floating Platform
ABSTRACT
Fishing business with a floating platform has great benefits for small-scale fisheries.
The development of a floating platform is beneficial in Indonesia, especially in terms of production and fishing effort. The constraints of shortage of lighting sources become the main problem which is faced by the fishermen over the floating platform, as it is known that the source of the power plant use to comes from conventional power plants. Hybrid power plant is one of the power plant innovations that can take advantage of the use of renewable energy and become a solution to generate alternative energy above the floating platform. The hybrid power generation system is designed for automatic switches when the main power generation system has reached the specified voltage value limit of 11V and is also designed for automatic switches when the backup power generatin system has reached the specified volatge value limit of 10V. The result shows that the main power generation system supplies a 240W load for 44 minutes with an average use of 0.182A while the backup power generatin system supplies a 240W load for 28 minutes with an average use of 0.177A.
Keywords : Energy, Hybrid Power Generation, Floating Platform
viii
DAFTAR ISI
Halaman Judul ... i
Halaman Pengesahan ... ii
Lembar Persetujuan ... iii
Kata Pengantar ... iv
Abstrak ... vii
Daftar Isi... viii
Daftar Gambar ... xii
Daftar Tabel ... xvi
Daftar Notasi ... xvii
Bab I Pendahuluan ... 1
I.1. Latar Belakang ... 1
I.2. Rumusan Masalah ... 3
I.3. Batasan Masalah ... 3
I.4. Tujuan Penelitian ... 4
I.5. Manfaat Penelitian ... 4
I.6. Sistematika Penulisan ... 5
Bab II Tinjauan Pustaka ... 6
II.1. Bangunan Terapung/Floating Platform ... 6
II.1.1. Floating Platform ... 6
II.1.2. Bagan Ikan ... 8
II.2. Generator... 10
II.2.1. Pengertian Generator ... 10
ix
II.2.2. Jenis-Jenis Generator ... 11
II.2.3. Prinsip Kerja Generator ... 12
II.2.4. Kharakteristik Generator ... 13
II.3. Tenaga Surya ... 15
II.3.1. Pengertian Panel Surya (Photovoltaic) ... 15
II.3.2. Jenis-Jenis Sistem Panel Surya (Photovoltaic)... 17
II.3.3. Prinsip Kerja Panel Surya (Photovoltaic)... 19
II.3.4. Kharakteristik Energi Panel Surya (Photovoltaic) ... 22
II.4. Pembangkit Listrik Hybrid PV-G... 24
II.4.1 Pengertian Pembangkit Listrik Hybrid PV-G... 24
II.4.2 Komponen Pembangkit Listrik Hybrid PV-G ... 25
II.4.3 Konfigurasi Pembangkit Listrik Hybrid PV-G ... 30
II.4.4 Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Hybrid PV-G ... 32
Bab III Metode Penelitian ... 33
III.1. Lokasi dan Waktu Kegiatan Penelitian ... 33
III.2. Tahapan Penelitian ... 33
III.3. Data Floating Platform / Bagan Apung ... 36
III.4. Peralatan dan Komponen Sistem ... 37
III.4.1 Peralatan ... 37
III.4.2 Komponen Sistem ... 43
III.5. Perancangan Sistem ... 49
III.5.1 Perancangan Perangkat Keras (Hardware) ... 50
III.5.1.1 Perancangan LCD ... 50
x
III.5.1.2 Perancangan Sensor Tegangan dan Sensor Arus ... 51
III.5.1.3 Perancangan Driver Relay ... 53
III.5.2 Perancangan Perangkat Lunak (Software) ... 53
III.5.2.1 Perancangan Pin Data... 53
III.5.2.2 Perancangan IDE Arduino ... 55
III.5.3 Hasil Perancangan Sistem Pembangkit Listrik Hybrid ... 55
III.6. Kerangka Pemikiran ... 57
Bab IV Hasil dan Pembahasan ... 57
IV.1 Pengujian Arduino Pin Uno R3 ... 57
IV.2 Pengujian LCD ... 59
IV.3 Pengujian Sensor Tegangan ... 60
IV.4 Pengujian Sensor Arus ... 61
IV.5 Pengujian Relay Sumber Hybrid ... 62
IV.6 Pengujian Relay Battery ... 63
IV.7 Pengujian Sistem Pembangkit Listrik Hybrid ... 65
IV.7.1 Pengujian Switch Otomatis Sumber Utama – Sumber Cadangan ...65
IV.7.2 Pengujian Switch Otomatis Sumber Cadangan – Sumber Utama ... 69
IV.8 Analisa Pengujian Sistem Pembangkit Listrik Hybrid ... 72
Bab V Penutup ... 75
V.1 Kesimpulan ... 75
V.2 Saran ... 76
Daftar Pustaka ... 77
xi Lampiran
Lampiran 1 Kode Pemrograman Arduino
Lampiran 2 Dokumentasi Pengujian dan Pengambilan Data Eksperimen Lampiran 3 Sumber Referensi
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Bagan Apung... 9
Gambar 2.2 Generator Bensin. ... 11
Gambar 2.3 Generator Diesel ... 12
Gambar 2.4 Prinsip Kerja Generator AC ... 13
Gambar 2.5 Hubungan dan Karakteristik Generator Tanpa Beban ... 14
Gambar 2.6 Hubungan dan Karakteristik Generator Berbeban ... 15
Gambar 2.7 Modul Surya ... 16
Gambar 2.8 Sistem PLTS Stand Alone ... 18
Gambar 2.9 Sistem PLTS Grid-Connected ... 19
Gambar 2.10 Prinsip Kerja Panel Surya ... 20
Gambar 2.11 Kurva Karakteristik Sel Surya ... 22
Gambar 2.12 Kurva Karakteristik Pengaruh Intensitas Matahari ... 23
Gambar 2.13 Kurva Karakteristik Pengaruh Intensitas Temperatur ... 24
Gambar 2.14 Sel Surya, Panel Surya, dan Array ... 27
Gambar 2.15 Jenis Panel Surya ... 27
Gambar 2.16 Struktur Solar Charger Controller ... 28
Gambar 2.17 Output Gelombang Inverter ... 29
Gambar 2.18 Pembangkit Listrik Tenaga Hybrid Sistem Seri ... 30
Gambar 2.19 Pembangkit Listrik Tenaga Hybrid Sistem Switch ... 31
Gambar 2.20 Pembangkit Listrik Tenaga Hybrid Sistem Paralel ... 31
Gambar 3.1 Sketsa Rancangan Eksperimen ... 34
Gambar 3.2 Bagan Apung... 36
xiii
Gambar 3.3 Modul Surya ... 37
Gambar 3.4 Generator Gasoline... 38
Gambar 3.5 Battery ... 39
Gambar 3.6 Inverter ... 39
Gambar 3.7 Charge Controller ... 40
Gambar 3.8 Kipas Angin (Beban/Load) ... 41
Gambar 3.9 Digital Multimeter... 41
Gambar 3.10 Power Supply ... 42
Gambar 3.11 Arduino Uno R3 ... 43
Gambar 3.12 LCD (Liquid Crystal Display) ... 44
Gambar 3.13 Relay ... 44
Gambar 3.14 ACS712 ... 45
Gambar 3.15 Resistor... 45
Gambar 3.16 Transistor ... 46
Gambar 3.17 Dioda ... 47
Gambar 3.18 Kapasitor ... 47
Gambar 3.19 PCB (Printed Circuit Board) ... 48
Gambar 3.20 Variabel Resistor... 48
Gambar 3.21 Terminal Block ... 49
Gambar 3.22 Jumper dan Kabel Serabut ... 49
Gambar 3.23 Rancangan LCD 16x2 ... 51
Gambar 3.24 Rancangan Sensor Tegangan Pada Photovoltaic ... 52
Gambar 3.25 Rancangan Sensor Tegangan Pada Generator-Gasoline ... 52
xiv
Gambar 3.26 Rancangan Sensor Tegangan Pada Battery ... 52
Gambar 3.27 Rangkaian Driver Relay ... 53
Gambar 3.28 Tampilan Program IDE Arduino ... 55
Gambar 3.29 Hasil Perancangan Sistem Pembangkit Listrik Hybrid ... 56
Gambar 3.30 Diagram Kerangka Pemikiran ... 57
Gambar 4.1 Hasil Pengujian Output Tegangan Pin Digital Arduino Uno R3 pada Keadaan Logika High ... 58
Gambar 4.2 Hasil Pengujian Output Tegangan Pin Digital Arduino Uno R3 pada Keadaan Logika Low ... 59
Gambar 4.3 Tampilan Awal LCD 16x2 ... 60
Gambar 4.4 Tampilan LCD Saat Sistem Bekerja ... 60
Gambar 4.5 Skema Pengujian Sensor Tegangan ... 61
Gambar 4.6 Skema Pengujian Sensor Arus ... 62
Gambar 4.7 Skema Pengujian Relay Sumber Hybrid ... 64
Gambar 4.8 Skema Pengujian Relay Battery ... 65
Gambar 4.9 Skema Switch Otomatis Sumber Utama – Sumber Cadangan ... 66
Gambar 4.10 Perubahan Tegangan Sumber Utama ... 69
Gambar 4.11 Perubahan Arus Sumber Utama ... 69
Gambar 4.12 Skema Switch Otomatis Sumber Cadangan – Sumber Utama ... 70
Gambar 4.13 Perubahan Tegangan Sumber Cadangan ... 72
Gambar 4.14 Perubahan Arus Sumber Cadangan... 72
Gambar 4.15 Perbandingan Perubahan Tegangan Sistem Pembangkit Listrik Hybrid ... 73
xv Gambar 4.15 Perbandingan Perubahan Arus Sistem Pembangkit Listrik Hybrid ... 74
xvi
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Fungsi pin LCD 16x2 ... 50
Tabel 3.2 Rancangan Pin Data Arduino Uno R3 ... 54
Tabel 4.1 Hasil Pengujian Output Tegangan Pin Digital Arduino ... 60
Tabel 4.2 Hasil Pengujian Sensor Tegangan ... 63
Tabel 4.3 Hasil Pengujian Sensor Arus ... 64
Tabel 4.4 Hasil Pengujian Relay Sumber Hybrid ... 65
Tabel 4.5 Hasil Pengujian Relay Battery ... 66
Tabel 4.6 Hasil Pengujian Switch Otomatis Sumber Utama – Sumber Cadangan ... 68
Tabel 4.7 Pengujian Charger Otomatis Sumber Cadangan – Sumber Utama ... 72
xvii
DAFTAR NOTASI
If = Arus medan generator sinkron tanpa beban (Ampere) E0 = Tegangan induksi pada jangkar stator (Volt)
GGL = Gaya Gerak Listrik (Volt)
f (Φ) = Fluks magnet (Weber)
Voc = Tegangan open circuit photovoltaic (Volt) Isc = Arus open circuit photovoltaic (Ampere)
DC = Arus listrik searah (Ampere)
AC = Arus listrik bolak-balik (Ampere)
Pin = Daya Input akibat irradiance matahari (Watt) Pout = Daya yang dibangkitkan oleh photovoltaic (Watt) A = Luasan permukaan photovoltaic module (m2) Eout = Energi yang dihasilkan photovoltaic (Wh)
1
BAB I
PENDAHULUAN
I.1. Latar Belakang
Konsumsi bahan bakar fosil sebagai sumber energi saat ini masih menjadi prioritas utama. Konsumsi yang berlebihan dan ketergantungan pada sumber bahan bakar fosil akan menimbulkan kelangkaan dikarenakan pembentukannya yang membutuhkan waktu ratusan juta tahun. Penggunaan bahan bakar fosil juga merupakan salah satu penyebab global warming dan hujan asam akibat emisi gas yang dihasilkan dan dibuang ke lingkungan.
Semakin menurunnya cadangan sumber bahan bakar fosil sebagai bahan bakar pembangkit listrik serta konsumsi yang terus meningkat membuat para ahli memikirkan dan mencari sumber-sumber energi alternatif serta menciptakan teknologi baru yang dapat menggantikan bahan bakar fosil sebagai bahan bakar pembangkit listrik. Oleh karena itu, pada saat ini berbagai riset telah dilakukan di berbagai negara maju untuk mengurangi emisi gas buang dengan menghemat penggunaan bahan bakar fosil, salah satu diantaranya adalah penggunaan sistem hybrid.
Sistem hybrid merupakan konsep penggabungan dua atau lebih sumber energi yang berbeda untuk memenuhi kebutuhan beban yang ada.
Salah satu sistem pembangkit listrik hybrid yang berpotensi untuk dikembangkan di Indonesia adalah kombinasi antara sel surya (photovoltaic) dengan generator. Hal ini dikarenakan letak geografis Indonesia yang berada pada daerah khatulistiwa, sehingga wilayah Indonesia akan selalu disinari
2 matahari selama 10-12 jam dalam sehari. Potensi sumber energi matahari di Indonesia mencapai rata-rata 4,5 kWh per meter persegi per hari, matahari bersinar berkisar 2000 jam per tahun, sehingga Indonesia tergolong kaya sumber energi matahari (Putri, 2016).
Penggunaan sistem hybrid dapat diterapkan pada bangunan-bangunan terapung (floating platform) sebagai pemasok sumber pembangkit listrik.
Awalnya mengandalkan generator sebagai pemasok listrik, dengan sistem hybrid pasokan listrik juga dapat diperoleh dari penggunaan sel surya (photovoltaic). Penerapan sistem hybrid pada bangunan-bangunan apung (floating platform) diharapkan pasokan listrik yang tersedia dapat mencukupi selama operasi penangkapan ikan dan dapat mengurangi kebutuhan terhadap bahan bakar fosil serta mengurangi emisi gas buang dari penggunaan generator.
Berdasarkan uraian diatas, maka penulis akan meneliti mengenai
“Perancangan Sistem Pembangkit Listrik Hybrid Panel Surya (Photovoltaic) dan Generator pada Floating Platform”.
3 I.2. Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang diatas, maka rumusan masalah yang dapat dikemukakan pada studi ini adalah:
1. Bagaimana merancang instalasi pembangkit energi dengan sistem hybrid menggunakan panel surya (photovoltaic) dan generator pada floating platform?
2. Bagaimana melakukan pengukuran dan memvalidasi sistem hybrid menggunakan panel surya (photovoltaic) dan generator pada floating platform?
I.3. Batasan Masalah
Pembatasan suatu masalah digunakan untuk menghindari adanya penyimpangan maupun pelebaran pokok masalah agar penelitian lebih terarah dan memudahkan dalam pembahasan sehingga tujuan penelitian akan tercapai. Beberapa batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Bangunan terapung (floating platform) yang digunakan dalam penelitian adalah bagan ikan terapung.
2. Listrik yang dihasilkan dari generator diasumsikan dengan menggunakan battery.
3. Penelitian ini hanya menganalisis performa pembangkit energi dengan sistem hybrid menggunakan panel surya (photovoltaic) dan generator pada floating platform.
4 I.4. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Mengetahui rancangan instalasi pembangkit energi dengan sistem hybrid menggunakan panel surya (photovoltaic) dan generator pada floating platform
2. Menganalisa performa pembangkit energi dengan sistem hybrid menggunakan panel surya (photovoltaic) dan generator pada floating platform.
I.5. Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah:
1. Memberikan inovasi bagan apung/ikan dengan pembangkit listrik mandiri.
2. Mengetahui performa pembangkit energi dengan sistem hybrid menggunakan panel surya (photovoltaic) dan generator pada bagan apung/ikan.
3. Mengurangi ketergantungan penggunaan bahan bakar fosil untuk kebutuhan suplai bahan bakar generator pada bagan apung/ikan.
5 I.6. Sistematika Penulisan
BAB I : PENDAHULUAN
Pada bab ini berisi konsep dasar penyusunan skripsi yang meliputi latar belakang, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, serta sistematika penulisan.
BAB II : TINJAUAN PUSTAKA
Pada bab ini memberikan penjelasan mengenai teori-teori dari berbagai literature yang menunjang pembahasan dan digunakan sebagai dasar pemikiran dari penelitian ini.
BAB III : METODOLOGI PENELITIAN
Pada bab ini akan diuraikan waktu dan lokasi penelitian, tahapan atau prosedur penelitian, alat yang digunakan, serta kerangka pikir.
BAB IV : HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada bab ini akan menyajikan data-data yang telah diperoleh, proses pengolahan data serta hasil pengolahan data.
BAB V : PENUTUP
Pada bab ini akan menyajikan secara singkat kesimpulan yang diperoleh dari pembahasan dan juga memuat saran-saran bagi pihak yang berkepentingan untuk pengembangan penelitian lebih lanjut.
6
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
II.1. Bangunan Terapung/Floating Platform II.1.1. Floating Platform
Bangunan lepas pantai (floating platform) adalah bangunan yang beroperasi di lepas pantai. Lepas pantai adalah bagian lautan yang permukaan dasarnya di bawah pasang surut terendah atau bagian lautan yang berada di luar daerah gelombang pecah arah ke laut.
Menurut Ayodhyoa (1981), ciri-ciri dari bangunan atau sistem lepas pantai adalah:
1. Beroperasi di daerah sekitar sumur minyak atau daerah pertambangan yang terbatas. Jadi, tidak berpindah jauh seperti halnya dengan kapal laut.
2. Tidak beroperasi di daratan.
3. Tidak dibangun langsung di lapangan. Jadi, komponen-komponennya dibuat di darat untuk kemudian diangkut dan dirakit di lapangan.
4. Tetap beroperasi di lapangan untuk perioda waktu yang lama sehingga bangunan harus dapat bertahan dalam kondisi terburuk yang mungkin terjadi selama masa operasi.
Ayodhyoa (1981) juga menerangkan tentang pengklasifikasian bangunan lepas pantai kedalam beberapa kategori. Klasifikasi bangunan lepas pantai adalah sebagai berikut:
1. Menurut cara operasinya (type of operations)
7 a. Bangunan yang digunakan untuk pengambilan minyak atau gas.
Sebagian besar dari bangunan lepas pantai yang beroperasi pada saat ini adalah untuk keperluan untuk pengambilan minyak atau gas.
b. Bangunan yang digunakan untuk penambangan. Bangunan ini digunakan untuk mengambil bijih-bijih tambang di dasar laut.
c. Struktur yang digunakan untuk pembangkit listrik tenagagelombang.
d. Struktur yang digunakan untuk pembangkit listrik tenaga termalseperti OTEC.
2. Menurut bentuk konfigurasinya
a. Struktur kendaraan (vessel type structures): struktur jenis ini biasanya adalah kapal laut yang dimodifikasi sehingga mempunyai sistem propulsi dan dapat berpindah tempat dengan cepat. Struktur jenis ini dipakai untukpengoperasian di laut dalam.
b. Struktur barge: struktur jenis ini tidak mempunyai sistim propulsi sehingga untuk memindahkannya harus digunakan kapalpenarik.
c. Struktur platform: sebagian besar dari struktur yang digunakan untuk eksplorasi atau produksi minyak di laut dangkal atau laut menengah adalah struktur dari jenis ini.
3. Menurut fungsinya
a. Bangunan eksplorasi: digunakan untuk pemboran minyak atau gas alam.
b. Bangunan produksi: digunakan untuk pengambilan minyak atau gas alam dari sumur minyak yang ditemukan.
8 c. Bangunan hibrid: dapat digunakan untuk pengeboran maupun
pengambilan minyak atau gas alam.
4. Menurut material bangunan
a. Platform baja : seluruhnya terbuat dari baja.
b. Platform beton : bagian dasar terbuat dari beton.
c. Platform hybrid : gravity platform yang terdiri dari bagian dasar yang terbuat dari beton dan rangka baja. Bagian dasar tersebut menyokong deck yang terbuat dari baja.
5. Menurut mobilitas
a. Bangunan tetap (fixed structures): digunakan pada laut dangkal dan laut menengah (intermediate water) dan dipancang ke dasarperairan.
b. Bangunan terapung (floating structures) : dapat digunakan padasemua kedalaman laut dan terutama untuk laut dalam.
II.1.2. Bagan Ikan
Bagan adalah alat tangkap yang menggunakan cahaya sebagai alat untuk menarik dan mengumpulkan ikan di daerah cakupan alat tangkap, sehingga memudahkan dalam proses penangkapan selanjutnya. Dalam operasinya bagan dilengkapi dengan jaring yang berbentuk kubus untuk membatasi gerak renang ikan kemudian diangkat agar ikan tidak dapat lolos lagi (Ayodhyoa, 1981).
Dalam perkembangannya bagan telah banyak mengalami perubahan baik bentuk maupun ukurannya yangdimodifikasi sedemikian rupa sehingga sesuai dengan daerah penangkapan. Berdasarkan cara pengoperasian, bagan
9 dikelompokkan kedalam jaring angkat(lift net). Karena menggunakan cahaya untuk mengumpulkan ikan maka metode penangkapan ikan dengan bagan disebut light fishing (Subani dan Barus, 1989).Bagan termasuk kedalam light fishing yang menggunakan lampu sebagai alatbantu untuk merangsang atau menarik perhatian ikan untuk berkumpul di bawah cahaya lampu, kemudian dilakukan penangkapan dengan jaring yang telahtersedia (Ayodhyoa, 1981).
Menurut Baskoro dan Suherman (2007), bagan dapat diklasifisikan menjadi dua, yaitu bagan tancap dan bagan apung. Bagan tancap merupakan bagan yang dipasang dengan jalan menancapkan rangka badan kedalam perairan sehingga posisi bagan tancap hanya dapat sekali ditanam dan tidak dapat dipindah-pindah selama musim penangkapan. Operasi penangkapan bagan tancap dilakukan pada malam hari. Sebagian besar menggunakan cahaya yang berasal dari petromaks, walaupun ada juga yang menggunakan lampu listrik. Tipe kedua adalah bagan apung, yaitu bagan yang dapat berpindah dari satu daerah penangkapan ke daerah penangkapan lainnya.
Selanjutnya jenis bagan apung ini dapat diklasifikasikan lagi menjadi 4 jenis bagan, yaitu bagan dengan satu perahu, bagan dengan dua perahu, bagan rakit, dan bagan denganmenggunakan mesin.
Secara umum konstruksi unit penangkapan bagan perahu terdiri atas kerangka kayu, waring/jaring serta perahu bermotor yang sekaligus sebagai alat transportasi di laut. Jenis lampu yang digunakan oleh bagan sebagai atraktor untukmemikat ikan, yaitu lampu petromaks, lampu neon, dan lampu merkuri. Cahaya lampu pada bagan, berfungsi untuk menarik ikan agar
10 berkumpul di sekitar perahu kemudian dilakukan penangkapan dengan menggunakan jaring.
Gambar 2.1 Bagan Apung
(Sumber: https://ataplaut.wordpress.com) II.2. Generator
II.2.1. Pengertian Generator
Generator adalah mesin yang mengelola energi mekanik menjadi energi listrik. Prinsip kerja generator adalah rotor generator yang digerakan oleh turbin sehingga menimbulkan tenaga listrik. Sumber energi untuk penggerak turbin terdiri dari berbagai macam sumber, antara lain adalah uap, air, gas, mesin diesel dan lain-lain. Kegunaan dari generator adalah sebagai sumber tenaga listrik pada pompa air/minyak, penerangan dan lain-lain.
Generator merupakan mesin elektrik yang menggunakan medan magnet sebagaimedia. Konstruksi generator terbagi menjadi dua yaitu bagian diam atau stator dan bagian berputar atau rotor. Pembangkitan tegangan oleh fluks hingga menghasilkan tegangan terminal pada generator dalam hal ini generator sinkron yang bekerja berdasarkan hukum induksi faraday yang menyatakan kuantitatif induksi tegangan oleh waktu-perubahan medan magnetik.
11 II.2.2. Jenis - Jenis Generator
Berdasarkan sistem penyalaannya, generator dapat dibedakan menjadi dua jenis yakni:
a. Generator Bensin
Generator bensin merupakan tipe generator yang yang memanfaatkan bensin sebagai bahan bakarnya. Generator tipe ini dilengkapi dengan busi dan karburator. Busi menghasilkan loncatan bunga api listrik yang membakar campuran bahan bakar dan udara karena generator ini cenderung disebut spark ignition engine. Pembakaran bahan bakar dengan udara ini menghasilkan daya. Dalam segi kenyamanan mesin diesel berbahan bakar bensin lebih halus karena mekanisme kompresi rendah dalam proses pembakarannya. Harga generator bensin juga relatif lebih murah dibandingkan dengan generator diesel. Namun tetap saja harga jual generator bensin biasanya bergantung dari seberapa besar watt yang mampu dihasilkan.
Gambar 2.2 Generator Bensin (Sumber : http://redaksicepat.com)
b. Generator Diesel (Solar)
Generator diesel merupakan tipe generator yang yang memanfaatkan bahan bakar diesel sebagai bahan bakarnya yang harganya lebih mahal dari
12 bahan bakar bensin. Generator diesel memanfaatkan udara yang dikompresi untuk mulai melakukan pembakaran bahan bakar solar. Pada generator diesel juga tidak ada campuran udara dan bahan bakar diluar silinder. Generator tipe ini menghasilkan torsi yang besar dibandingkan generator bensin dan suara bising dikarenakan kompresinya yang tinggi. Meskipun demikian, kapasitas penyimpanan generator diesel jauh lebih besar dari generator bensin.
Gambar 2.3 Generator Diesel (Sumber : http://redaksicepat.com)
II.2.3. Prinsip Kerja Generator
Generator menghasilkan arus listrik induksi dengan cara memutar kumparan di antara celah kutub utara-selatan sebuah magnet. Jika kumparan diputar, jumlah garis gaya magnetik yang menembus kumparan akan berubah-ubah sesuai dengan posisi kumparan terhadap magnet. Perubahan jumlah garis gaya magnetik inilah yang menyebabkan timbulnya GGL induksi di ujung-ujung kumparan sehingga menghasilkan energi listrik.
Pada generator arus bolak balik (AC), ujung-ujung kumparan yang berada di dalam medan magnetik terhubung pada cincin 1 dan cincin 2 yang ikut berputar jika kumparan diputar. Cincin-cincin tersebut terhubung dengan sikat karbon A dan B. Kedua sikat karbon ini tidak ikut berputar bersama
13 cincin dan kumparan. Ketika kumparan berputar, terjadi arus listrik induksi pada kumparan. Arus induksi ini mengalir melalui sikat karbon sehingga lampu menyala. Saat posisi kumparan tegak lurus terhadap arah medan magnetik, arus induksi berhenti mengalir sehingga lampu padam. Beberapa saat setelah kumparan melanjutkan putarannya, arus listrik induksi kembali mengalir dalam kumparan tetapi dengan arah yang berbeda sehingga lampu kembali menyala.
Gambar 2.4 Prinsip Kerja Generator AC
(Sumber :https://agungmutaqin96.blogspot.co.id/2017/04.html)
II.2.4. Kharakteristik Generator
Kharakteristik generator sinkron ada dua, yaitu generator tanpa beban dan generator berbeban:
1. Generator Sinkron Tanpa Beban
Jika poros generator diputar dengan kecepatan sinkron dan rotor diberi arus medan If, maka akan dihasilkan tegangan induksi pada kumparan jangkar stator sebesar E0. Generator arus bolak-balik yang dioperasikan tanpa beban, arus jangkarnya akan nol (Ia = 0) sehingga tegangan terminal Vt = Va = Vo. Karena besar GGL induksi merupakan fungsi dari fluks magnet, maka GGL induksi dapat dirumuskan: Ea = f (Φ), yang berarti pengaturan arus medan
14 sampai kondisi tertentu akan mengakibatkan GGL induksi tanpa beban dalam keadaan saturasi seperti ditunjukkan pada gambar berikut.
Gambar 2.5 Hubungan dan Karakteristik Generator Tanpa Beban (Sumber : Modul TU.014, 2003)
2. Generator Sinkron Berbeban
Tiga macam sifat beban jika dihubungkan dengan generator, yaitu : beban resistif, beban induktif, dan beban kapasitif. Akibat pembeban ini akan berpengaruh terhadap tegangan beban dan faktor dayanya. Gambar 2.4 menunjukkan jika beban generator bersifat resistif mengakibatkan penurunan tegangan relatif kecil dengan faktor daya sama dengan satu. Jika beban generator bersifat induktif terjadi penurunan tegangan yang cukup besar dengan faktor daya terbelakang (lagging). Sebaliknya, Jika beban generator bersifat kapasitif akan terjadi kenaikan tegangan yang cukup besar dengan faktor daya mendahului (leading).
Gambar 2.6 Hubungan dan Karakteristik Generator Berbeban (Sumber : Modul TU.014, 2003)
15 II.3. Tenaga Surya
Energi surya berupa radiasi elektromagnetik yang dipancarkan ke bumi berupa cahayamatahari yang terdiri atas foton atau partikel energi surya yang dikonversikan menjadi energi listrik. Energi surya yang sampai pada permukaan bumi disebut sebagai radiasi surya global yang diukur dengan kepadatan daya pada permukaan daerah penerima. Rata-rata nilai dari radiasi surya atmosfir bumi adalah 1,353 W/m yang dinyatakan sebagai konstanta surya.
Energi surya yang dikonversikan menjadi energi listrik disebut juga dengan energi photovoltaic. Pada awalnya teknologi ini digunakan sebagai pembangkit listrik di daerah pedesaan terpencil kemudian berkembang menjadi lampu penerangan jalan berenergisurya, penyediaan listrik di tempat umum seperti rumah peribadatan, pelayanan kesehatan, instansi-instansi pemerintah. Walaupun awalnya hanya cukup untuk kebutuhan penerangan namun PLTS cukup membantu elektrifikasi di tempat yang membutuhkan.
Selain itu telah tersedia pula pompa air tenaga surya, yang digunakan untuk pengairan irigasi atau sumberair bersih (Hasan, 2012).
II.3.1. Pengertian Panel Surya (Photovoltaic)
Energi listrik dapat dibangkitkan dengan mengubah sinar matahari melalui sebuah proses yang dinamakan photovoltaic (PV). Photo merujuk kepada cahaya dan voltaic merujuk kepada tegangan. Terminologi ini digunakan untuk menjelaskan sel elektronik yang memproduksi energi listrik
16 arus searah dari energi radian matahari seperti ditunjukkan pada gambar berikut ini.
Gambar 2.7 Modul Surya
(Sumber : http://www/azetsurya.com/info.php)
Menurut Chenni (2007), Photovoltaic cell dibuat dari material semikonduktor terutama silikon yang dilapisi oleh bahan tambahan khusus.
Jika cahaya matahari mencapai cell maka elektron akan terlepas dari atom silikon dan mengalir membentuk sirkuit listrik sehinnga energi listrik dapat dibangkitkan. Sel surya selalu didesain untuk mengubah cahaya menjadi energi listrik sebanyak-banyaknya dan dapat digabung secara seri atau paralel untuk menghasilkan tegangan dan arus yang diinginkan (M. Rif’an dkk, 2012).
Panel surya atau modul surya adalah kumpulan sel-sel surya yang dirangkai seri atau paralel sesuai dengan keperluan. Generator surya (array) adalah sekumpulan beberapa panel surya yang dirangkai seri atau paralel sesuai dengan keperluan. Dalam banyak penggunaan, terutama untuk keperluan umum, panel surya diproduksi dengan daya ± 50Wp pada
17 penyinaran 1000 W/m2 dengan tegangan 16,8V yang memungkinkan dihubungkan dengan battery 12V (M. Rif’an, 2012).
Untuk kerja dari photovoltaic cell sangat tergantung kepada sinar matahari yang diterimanya. Kondisi iklim (misal awan dan kabut) mempunyai efek yang signifikan terhadap jumlah energi matahari yang diterima sel sehingga akan mempengaruhi pula unjuk kerjanya seperti dibuktikan dalam penelitian Youness et. al (2005) dan Pucar dan Despic (2002).
II.3.2. Jenis - Jenis Sistem Panel Surya (Photovoltaic)
Sistem PLTS dapat dibedakan sesuai dengan pengoperasian PLTS itu sendiri. Sistem tersebut umumnya diklasifikasikan sesuai dengan kebutuhan, fungsi operasional, konfigurasi komponen, dan bagaimana PLTS terhubung ke sumber daya listrik lain (Florida Solar Energi Center (FSEC), 2007) yaitu PLTS yang berdiri sendiri (Stand Alone) dan PLTS yang terhubung dengan jaringan listrik (PLTS Grid-Connected).
1) PLTS Stand-Alone
Sistem PLTS Stand-Alone atau yang berdiri sendiri dirancang beroperasi mandiri untuk mensuplai arus listrik ke beban DC atau AC. Jenis sistem ini dapat diaktifkan oleh array photovoltaic saja, atau dapat menggunakan sumber tambahan energi lain, seperti : air, angin dan mesin diesel. Battery digunakan pada kebanyakan sistem PLTS yang berdiri sendiri untuk penyimpanan energi.
18 Gambar 2.8 Sistem PLTS yang berdiri sendiri (Stand Alone)
(Sumber : www.alternative-energy-tutorials.com/stand-alone-pv-system.html)
Dari gambar sistem stand alone di atas dapat dilihat daya DC yang dihasilkan oleh PV array PLTS dikirim ke charger controller untuk melakukan charging ke battery dan melayani beban DC, charger controller juga mengatur overcharging atau kelebihan pengisian karena battery sudah penuh. Untuk memenuhi kebutuhan beban AC digunakan battery yang telah di charge oleh PV array, dan arus searah (DC) yang berasal dari battery telah dikonversi oleh inverter menjadi arus listrik bolak balik (AC) sehingga dapat memenuhi kebutuhan beban AC.
2) PLTS Grid-Connected
Sistem PLTS Grid-Connected pada dasarnya adalah menggabungkan PLTS dengan jaringan listrik (PLN). Komponen utama dalam sistem ini adalah inverter, atau Power Conditioning Unit (PCU). Inverter inilah yang berfungsi untuk mengubah daya DC yang dihasilkan oleh PLTS menjadi daya AC sesuai dengan persyaratan dari jaringan listrik yang terhubung (utility grid).
19 Gambar 2.9 Sistem PLTS Grid-Connected
(Sumber : http://rakhman.net/power-plants-id/jenis-sistem-plts/)
II.3.3. Prinsip Kerja Panel Surya (Photovoltaic)
Sel surya bekerja berdasarkan efek fotoelektrik pada material semikonduktor untuk mengubah energi cahaya menjadi energi listrik. Proses pengubahan atau konversi cahaya matahari menjadi listrik ini dimungkinkan karena bahan material yang menyusun sel surya fotovoltaik berupa semikonduktor. Lebih tepatnya tersusun atas dua jenis semikonduktor; yakni jenis n dan jenis p. Semikonduktor jenis n merupakan semikonduktor yang memiliki kelebihan elektron, sehingga kelebihan muatan negatif, (n = negatif). Sedangkan semikonduktor jenis p memiliki kelebihan hole, sehingga disebut dengan p ( p = positif) karena kelebihan muatan positif (Abd El- Shafy, 2009). Caranya, dengan menambahkan unsur lain ke dalam semikonduktor, maka kita dapat mengontrol jenis semikonduktor tersebut, sebagaimana diilustrasikan pada gambar di bawah ini.
Gambar 2.10 Prinsip Kerja Panel Surya
(Sumber: http://energisurya.files.wordpress.com/2007/solar-cell.jpg.)
20 Pada awalnya, pembuatan dua jenis semikonduktor ini dimaksudkan untuk meningkatkan tingkat konduktifitas atau tingkat kemampuan daya hantar listrik dan panas semikonduktor alami. Di dalam semikonduktor alami (disebut dengan semikonduktor intrinsik) ini, elektron maupun hole memiliki jumlah yang sama. Kelebihan elektron atau hole dapat meningkatkan daya hantar listrik maupun panas dari sebuah semikoduktor. Misal semikonduktor intrinsik yang dimaksud ialah silikon (Si). Semikonduktor jenis p, biasanya dibuat dengan menambahkan unsur boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga) atau Indium (In) ke dalam Si. Unsur-unsur tambahan ini akan menambah jumlah hole. Sedangkan semikonduktor jenis n dibuat dengan menambahkan nitrogen (N), fosfor (P) atau arsen (As) ke dalam Si. Dari sini, tambahan elektron dapat diperoleh. Sedangkan, Si intrinsik sendiri tidak mengandung unsur tambahan. Usaha menambahkan unsur tambahan ini disebut dengan doping yang jumlahnya tidak lebih dari 1 % dibandingkan dengan berat Si yang hendak di-doping. Untuk keperluan sel surya, semikonduktor n berada pada lapisan atas sambungan p yang menghadap ke arah datangnya cahaya matahari, dan dibuat jauh lebih tipis dari semikonduktor p, sehingga cahaya matahari yang jatuh ke permukaan sel surya dapat terus terserap dan masuk ke daerah deplesi dan semikonduktor p (Abd El-Shafy, 2009).
Ketika sambungan semikonduktor ini terkena cahaya matahari, maka elektron mendapat energi dari cahaya matahari untuk melepaskan dirinya dari semikonduktor n, daerah deplesi maupun semikonduktor. Terlepasnya elektron ini meninggalkan hole pada daerah yang ditinggalkan oleh elektron
21 yang disebut dengan fotogenerasi elektron-hole yakni, terbentuknya pasangan elektron dan hole akibat cahaya matahari. Selanjutnya, dikarenakan pada sambungan pn terdapat medan listrik E, elektron hasil fotogenerasi tertarik ke arah semikonduktor n, begitu pula dengan hole yang tertarik ke arah semikonduktor p. Apabila rangkaian kabel dihubungkan ke dua bagian semikonduktor, maka elektron akan mengalir melalui kabel. Jika sebuah lampu kecil dihubungkan ke kabel, lampu tersebut menyala dikarenakan mendapat arus listrik, dimana arus listrik ini timbul akibat pergerakan elektron.
II.3.4. Kharakteristik Energi Panel Surya (Photovoltaic)
Kapasitas daya dari sel atau modul surya dilambangkan dalam watt peak (Wp) dan diukur berdasarkan standar pengujian Internasional yaitu Standard Test Condition. Standar ini mengacu pada intensitas radiasi sinar matahari sebesar 1000 W/m² yang tegak lurus sel surya pada suhu 25°C.
Modul photovoltaic memiliki hubungan antara arus dan tegangan yang diwakili dalam kurva I-V. Pada saat tahanan variable bernilai tak terhingga (open circuit) maka arus bernilai minimum (nol) dan tegangan pada sel berada pada nilai maksimum, yang dikenal sebagai tegangan open circuit (Voc). Pada keadaan yang lain, ketika tahanan variabel bernilai nol (short circuit) maka arus bernilai maksimum, yang dikenal sebagai arus short circuit (Isc). Jika tahanan variabel memiliki nilai yang bervariasi antara nol dan tak terhingga maka arus (I) dan tegangan (V) akan diperoleh nilai yang bervariasi
22 seperti ditunjukkan pada gambar 2.11, dikenal sebagai kurva kharakteristik I- V pada sel surya.
Gambar 2.11 Kurva Kharakteristik I-V Sel Surya (Sumber: Quaschning, 2005)
Kurva ini menunjukan bahwa pada saat arus dan tegangan berada pada titik kerja maksimal (Maximum Power Point) maka akan menghasilkan daya keluaran maksimum (Pmpp). Tegangan di Maximum Power Point (MPP) Vmpp, lebih kecil dari tegangan rangkain terbuka (Voc) dan arus saat MPP Impp, adalah lebih rendah dari arus short circuit (Isc) (Quaschning, 2005).
Apabila jumlah energi cahaya matahari yang diterima sel surya berkurang atau intensitas cahayanya melemah, maka besar tegangan dan arus listrik yang dihasilkan juga akan menurun. Penurunan tegangan relatif lebih kecil dibandingkan penurunan arus listriknya (Satwiko, 2012).
23 Gambar 2.12 Kurva Kharakteristik Pengaruh Intensitas Matahari Terhadap
Kurva I-V
(Sumber : Satwiko, 2012)
Pada kurva di atas, dapat terlihat bahwa keluaran daya berbanding lurus dengan radiasi matahari. Isc lebih terpengaruh oleh perubahan irradiance daripada Voc. Hal ini sesuai dengan penjelasan cahaya sebagai paket-paket foton. Pada saat irradiance tinggi, yaitu pada saat jumlah foton banyak, arus yang dihasilkan juga besar. Demikian pula sebaliknya, sehingga arus yang dihasilkan berbanding lurus terhadap jumlah foton.
Perubahan temperatur yang terjadi pada fotovoltaik tidak semuanya dikonversi menjadi listrik, hal ini dikarenakan pada fotovoltaik akan menimbulkan panas, maka tegangan keluaran mengecil seperti pada gambar berikut:
Gambar 2.13 Kurva Kharakteristik Pengaruh Intensitas Temperatur Terhadap Kurva I-V
(Sumber : Satwiko, 2012)
24 Komponen semikonduktor seperti dioda sensitif terhadap perubahan suhu, begitu pula dengan sel surya. Pada gambar 2.13 terlihat bahwa suhu berpengaruh banyak pada Voc daripada terhadap Isc, berkebalikan dengan pengaruh intensitas matahari. Kenaikkan suhu mengurangi Vocsel surya. Hal ini disebabkan peningkatan suhu menurunkan band gapsemikonduktor.
II.4. Pembangkit Listrik Hybrid PV-G
Menurut Zainuddin dkk (2009), Sistem hibrid adalah sistem pembangkit yang terdiri dari beberapa jenis pembangkit listrik yang terintegrasi. Sistem hibrid bisa berupa gabungan antara pembangkit listrik dari sumber energi terbarukan (renewable energy) dan pembangkit listrik dari sumber energi konvensional atau tidak terbarukan (non renewable energy) atau gabungan antar pembangkit listrik terbarukan. Salah satu persyaratan utama untuk sistem hibrid adalah untuk memastikan aliran daya yang berkelanjutan dengan menyimpan kelebihan energi dari sumber energi terbarukan (Agus, 2015).
II.4.1. Pengertian Pembangkit Listrik Hybrid PV-G
Sistem hibrid adalah kombinasi dari satu atau lebih sumber energi terbarukan seperti solar, angin, micro / mini hydropower dan biomassa dengan teknologi lain seperti battery dan generator diesel. Khususnya, sistem hybrid solar yang dikembangkan dengan kombinasi solar dengan battery dan diesel generator. Sebagai pembangkit listrik off-grid, sistem hybrid menawarkan daya bersih dan efisien yang dalam banyak kasus lebih hemat biaya daripada sistem diesel tunggal. Sehingga, penggunaan energi
25 terbarukan menjadi solusi untuk sistem pembangkit listrik sekarang ini (Sopian, 2005).
Menurut Kurniawan (2016), Sistem pembangkit listrik hybrid PV- Diesel adalah kombinasi antara energi surya dengan diesel generator. Sistem hybrid tersebut biasa digunakan pada kapal-kapal berukuran besar yang memiliki beban kelistrikan yang relatif besar. Hal tersebut dikarenakan apabila pada kapal berukuran besar hanya menggunakan sistem pembangkit listrik tenaga surya (stand-alone), kebutuhan daya listrik di kapal tidak dapat terpenuhi disebabkan keterbatasan ruang di kapal (Putri, 2016).
Jika suatu sistem pembangkit listrik tenaga hybrid dengan konfigurasi sistem hybrid paralel dilengkapi dengan pembangkit listrik energi terbarukan, keandalan dan efisiensi sistem akan meningkat, sehingga ukuran generator- generator yang dibutuhkan semakin kecil. Hal ini memungkinkan karena generator berubah fungsi menjadi cadangan, sedangkan suplai utama berasal dari pembangkit energi terbarukan.
II.4.2. Komponen - Komponen Pembangkit Listrik Hybrid PV-G
Komponen - komponen dari sistem pembangkit listrik hybrid generator dan panel surya (photovoltaic) adalah sebagai berikut:
1) Generator
Generator merupakan komponen yang berfungsi untuk mengubah energi mekanik menjadi energi listrik dengan menggunakan induksi elektromagnetik. Generator pada sistem hybrid dapat dilengkapi dengan automatic starter agar nyala-mati nya generator dapat diatur secara otomatis
26 maupun manual. Tipe generator yang digunakan adalah generator bensin dikarenakan daya yang akan dihasilkan dalam jumlah yang tidak terlalu besar yang nantinya digunakan untuk memback-up beban dari kerja panel surya.
2) Panel Surya (Modul)
Panel surya merupakan komponen yang berfungsi untuk mengubah energi sinar matahari menjadi energi listrik. Panel ini tersusun dari beberapa sel surya yang dihubungkan secara seri maupun paralel. Sebuah panel surya umumnya terdiri dari 32-40 sel surya, tergantung ukuran panel (Quaschning, 2005). Gambar dari panel-panel surya ini akan membentuk suatu “Array”.
Gambar 2.14 Sel surya, panel surya, dan array (Sumber : Patel, 1999)
Semakin majunya teknologi dalam pembuatan panel surya, sehingga setiap panel surya memiliki jenis dan bentuk susunan atom-atom penyusun yang bervariasi seperti gambar dibawah:
Gambar 2.15 (a) Monokristal Silikon (Mono-crystalline Silicon) (b) Polikristal Silikon (Poly-crystalline Silicon) (c) Thin Film Solar Cell (TFSC) (Sumber : Modul Pengenalan Teknologi Tenaga Surya, 2008 : 33)
27 3) Charger Controller
Untuk semua sistem dengan penyimpanan battery, controller merupakan komponen yang sangat penting. Charger controller adalah perangkat elektronik yang digunakan untuk mengatur pengisian arus searah (DC) dari panel surya ke battery dan mengatur penyaluran arus listrik dari battery ke peralatan elektronik (beban). Charger controller mempunyai kemampuan untuk mendeteksi kapasitas pengisian battery. Bila battery sudah terisi penuh maka secara otomatis pengisian arus dari panel surya ke battery terhenti. Dengan cara pendeteksianya adalah melalui monitor level tegangan battery. Charger Controller akan mengisi battery sampai level tegangan tertentu, kemudian apabila level tegangan telah mencapai level terendah, maka battery akan diisi kembali. Charger Controller adalah indikator yang akan memberikan informasi mengenai kondisi battery sehingga pengguna PLTS dapat mengendalikan konsumsi energi menurut ketersediaan listrik yang terdapat di dalam battery. Saat ini banyak perangkat Charge Controller yang beredar di pasaran yang memiliki efisiensi sekitar 95 % (Massenger dan Ventre, 2005).
Gambar 2.16 Struktur Solar Charger Controller (Sumber : www.epsolarpv.com/ Solar Charge Controller)
28 4) Inverter
Inverter merupakan peralatan elektronika yang berfungsi untuk mengubah arus listrik searah (DC) dari panel surya atau battery menjadi arus listrik bolak-balik (AC) dengan frekuensi 50Hz/60Hz. Pemilihan inverter yang tepat untuk aplikasi tertentu, tergantung pada kebutuhan beban dan juga tergantung pada apakah inverter akan menjadi bagian dari sistem yang terhubung ke jaringan listrik atau sistem yang berdiri sendiri. Efisiensi inverter pada saat pengoperasian adalah sebesar 90% (Foster dkk., 2010).
Inverter memiliki keluaran gelombang yang berbeda-beda dan dapat mempengaruhi baik dan tidaknya inverter itu sendiri. Berdasarkan bentuk gelombang yang dihasilkan, inverter dikelompokkan menjadi tiga yaitu inverter dengan gelombang keluaran berbentuk square, modified, dan true sine wave. Inverter yang terbaik adalah yang mampu menghasilkan gelombang sinusoida murni atau true sine wave yaitu bentuk gelombang yang sama dengan bentuk gelombang dari jaringan listrik PLN (grid utility).
Gambar 2.17 Output Gelombang Inverter (Sumber : Foster dkk., 2010)
29 5) Battery
Battery adalah media penyimpanan yang digunakan dalam sistem PLTS yang berfungsi menyimpan energi listrik yang dihasilkan oleh panel surya pada siang hari, untuk kemudian dipergunakan pada malam hari dan pada saat cuaca mendung. Battery yang dipergunakan pada PLTS mengalami proses siklus mengisi (charging) dan mengosongkan (discharging), tergantung pada ada atau tidaknya sinar matahari. Selama ada sinar matahari, panel surya akan menghasilkan energi listrik. Apabila energi listrik yang dihasilkan tersebut melebihi kebutuhan bebannya, maka energi listrik tersebut akan segera dipergunakan untuk mengisi battery. Sebaliknya selama matahari tidak ada, permintaan energi listrik akan disuplai oleh battery. Proses pengisian dan pengosongan ini disebut satu siklus battery.
Saat ini banyak tersedia jenis battery isi ulang cocok untuk diaplikasikan pada sistem PLTS. Meskipun ada beberapa jenis battery yang diproduksi dengan kemajuan teknologi, akan tetapi battery asam-timbal masih yang paling umum digunakan untuk media penyimpanan yang relatif ekonomis dan mempunyai efisiensi tinggi dan daya penyimpanan energi listrik yang besar yang memiliki Efisiensi keseluruhan pengisian dan pemakaian battery asam-timbal sekitar 90 %. Hal tersebut menjadikan battery jenis asam-timbal menjadi media penyimpan yang baik digunakan pada sistem PLTS untuk beberapa tahun ke depan (Massenger dan Ventre, 2005).
30 II.4.3. Konfigurasi Pembangkit Listrik Hybrid PV-G
Sistem pembangkit listrik hybrid terbagi atas tiga konfigurasi yaitu :
1. Sistem Hybrid Seri
Gambar 2.18 Pembangkit Listrik Tenaga Hybrid Sistem Seri (Sumber : Dewi Purnama Sari, 2015)
2. Sistem Hybrid Switch
Gambar 2.19 Pembangkit Listrik Tenaga Hybrid Sistem Switch (Sumber : Dewi Purnama Sari, 2015)
3. Sistem Hybrid Paralel
Gambar 2.20 Pembangkit Listrik Tenaga Hybrid Sistem Paralel (Sumber : Dewi Purnama Sari, 2015)
31 Keuntungan menggunakan sistem konfigurasi pembangkit listrik tenaga hybrid adalah :
Beban dapat dipenuhi secara optimal dan efisiensi generator tinggi
Ukuran generator dan komponen lain dapat diminimalisir sehingga mengurangi biaya investasi dan biaya maintenance relatif murah.
Mengurangi ketergantungan terhadap bahan bakar fosil serta mengurangi emisi dan polusi
Keandalan dan efisiensi sistem akan meningkat.
Meningkatkan waktu layanan listrik secara ekonomis, biaya produksi energi listrik atau cost of flow energy (RP/kWh) relatif murah.
II.4.4. Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Hybrid PV-G
Prinsip kerja pembangkit listrik hybrid panel surya (photovoltaic) dan generator tergantung dari bentuk beban dan fluktuasi pemakaian energi (load profile) yang mana selama 24 jam distribusi beban tidak merata untuk setiap waktunya. Load profile ini sangat dipengaruhi oleh penyedia energinya. Pada umumnya prinsip kerja pembangkit listrik hybrid bekerja sesuai urutan berikut:
1) Pada kondisi beban rendah, maka beban disuplai 100% dari battery dan panel surya (photovoltaic), selama kondisi battery masih penuh sehingga generator tidak perlu beroperasi.
2) Untuk beban diatas 75% beban inverter (tergantung setting parameter) atau kondisi battery sudah kosong sampai level yang disyaratkan, generator mulai beroperasi untuk mensuplai beban dan sebagian mengisi battery sampai
32 beban generator mencapai 70-80% kapasitasnya (tergantung setting parameter). Pada kondisi ini hybrid controller bekerja sebagai charger (merubah tegangan AC dari generator menjadi tegangan DC) untuk mengisi battery.
3) Pada kondisi beban puncak baik generator maupun inverter akan beroperasi dua-duanya untuk menuju paralel sistem apabila kapasitas terpasang generator tidak mampu sampai beban puncak. Jika kapasitas generator cukup untuk mensuplai beban puncak, maka inverter tidak akan beroperasi paralel dengan generator.
33
BAB III
METODE PENELITIAN
III.1. Lokasi dan Waktu Kegiatan Penelitian
Kegiatan utama yang dilakukan dalam penelitian ini adalah perancangan alat, pengambilan data dan pengolahan data. Perancangan alat, pengambilan data dan pengolahan data dilakukan di Labo Sistem Bangunan Laut Departemen Teknik Sistem Perkapalan Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin. Penelitian ini direncanakan dilakukan selama 3 bulan.
III.2. Tahapan Penelitian
Penelitian ini terdiri dari beberapa tahap yang akan dilakukan.
Kegiatan utama yang dilakukan dalam setiap tahap adalah sebagai berikut:
Studi Literatur
Dalam studi literatur dilakukan pencarian informasi atau bahan materi baik dari buku, jurnal, maupun sumber-sumber lain yang berkaitan dengan penelitian ini. Materi tersebut diantaranya mengenai pengertian sistem pembangkit hybrid panel surya (photovoltaic) dan generator-gasoline beserta komponen dan prinsip kerjanya.
Survey Lapangan
Survey lapangan ini dilakukan untuk mengamati kondisi cuaca dan intensitas cahaya matahari pada lokasi sehingga dapat menjadi acuan dalam pemasangan alat dan pengumpulan data.
34
Perancangan Alat dan Bahan Eksperimen
Sebelum dilakukan penelitian maka terlebih dahulu dilakukan persiapan alat dan bahan yang akan dibutuhkan dalam penelitian. Kemudian merancang rangkaian komponen - komponen sesuai dengan prosedur mengenai sistem pembangkit listrik hybrid panel surya (photovoltaic) dan generator-gasoline. Berikut ini merupakan sketsa perancangan alat dan bahan eksperimen yang akan dilakukan dalam penelitian ini :
Gambar 3.1 Sketsa Rancangan Eksperimen
Pemasangan Alat
Setelah melakukan perancangan sistem pembangkit listrik hybrid panel surya (photovoltaic) dan generator-gasoline sesuai prosedur, kemudian memasang rangkaian komponen – komponen yang telah dirancang di lokasi penelitian yang telah ditentukan.
Pengumpulan Data
Pengambilan data sesuai dengan jenis data primer yang dilakukan berdasarkan hasil dari pengujian sistem pembangkit listrik hybrid sedangkan
35 jenis data sekunder di dapatkan dari buku dan jurnal yang berhubungan dengan sistem pembangkit listrik hybrid panel surya (photovoltaic) dan generator-gasoline. Untuk mendapatkan tegangan serta arus yang dihasilkan pada sistem pembangkit listrik hybrid digunakan controller dengan program IDE Arduino dimana tegangan dan arus akan terdata dalam komputer jika terjadi perubahan tegangan maupun arus yang dihasilkan dari sistem pembangkit listrik hybrid.
Analisis dan Pembahasan
Pada tahap ini dilakukanlah analisa dan pembahasan berdasarkan data- data yang telah diperoleh selama melakukan pengukuran dan pengujian pada sistem pembangkit listrik hybrid.
Kesimpulan
Pada tahapan ini akan diberikan kesimpulan keseluruhan proses yang telah dilakukan sebelumnya serta memberikan jawaban atas permasalahan yang ada.
36 III.3. Data Floating Platfrom / Bagan Apung
Objek dari penelitian mengenai sistem pembangkit listrik hybrid panel surya (photovoltaic) dan generator adalah floating platform. Floating platform yang dimaksud adalah bagan ikan. Bagan ikan merupakan salah satu alat tangkap yang digunakan oleh masyarakat nelayan dalam menangkap ikan.
Bagan ikan memanfaatkan cahaya untuk menarik dan mengumpulkan ikan pada daerah cakupan alat tangkap yang dilengkapi dengan jaring berbentuk kubus.
Keperluan pasokan sumber listrik untuk penerangan pada bagan ikan umumnya dihasilkan oleh generator. Oleh sebab itu, melalui penelitian ini diharapkan dengan menggunakan panel surya (photovoltaic) sebagai sumber pembangkit listrik utama dapat menggantikan atau mengalihfungsikan penggunaan generator. Panel surya (photovoltaic) digunakan untuk menyuplai tegangan yang dihasilkan dari panas matahari kemudian disimpan ke battery untuk dipergunakan di malam hari. Ketika penggunaan battery di atas bagan ikan telah mencapai batas optimum, maka dilakukan pergantian (switch) otomatis dari battery ke generator.
Gambar 3.2 Bagan Apung
37 III.4. Peralatan dan Komponen Sistem
III.4.1 Peralatan
Peralatan - peralatan yang digunakan untuk menunjang pengambilan data dalam penelitian ini adalah:
a. Panel Surya
Panel surya berfungsi sebagai perubah energi cahaya matahari menjadi energi listrik. Listrik tenaga matahari dibangkitkan oleh komponen panel surya yang besarnya sekitar 10 - 15 cm persegi. Spesifikasi panel surya yang akan digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
Merk : GSE Solar Panel
Type : SP80-12P
Maximum Power (Pmax) : 80 W
Open-circuit voltage (Voc) : 21.24 V
Short-circuit current (Isc) : 5.05 A
Voltage at Pmax (Vmp) : 18 V
Current Pmax (Imp) : 4.45 A
Maximum system voltage : 1000 V
Gambar 3.3 Panel Surya (Modul)
38 b. Generator-Gasoline
Generator-gasoline merupakan alat yang digunakan sebagai sumber pembangkit cadangan yang memback-up beban kerja dari panel surya ketika beroperasi. Spesifikasi generator-gasoline yang akan digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut:
Merk : POWERZONE PG-1800
Max. Output : 1000 W
Rated Output : 900 W
Rated Voltage : 220 V
Frequency : 50 Hz
Gambar 3.4 Generator-Gasoline c. Battery
Battery berfungsi menyimpan arus listrik yang dihasilkan oleh modul surya sebelum dimanfaatkan untuk menggerakkan beban. Battery tersebut mengalami proses siklus menyimpan dan mengeluarkan, tergantung pada ada atau tidak adanya sinar matahari. Selama waktu adanya matahari, panel surya menghasilkan daya listrik. Daya yang tidak digunakan dengan segera dipergunakan untuk mengisi battery. Selama waktu tidak adanya matahari,
39 maka suplai daya listrik disediakan oleh battery. Spesifikasi battery yang akan digunakan pada penelitian ini yaitu:
Merk : Motolite
Type : MFN50Z
Capacity : 60Ah
Gambar 3.5 Battery d. Inverter
Inverter merupakan alat pengubah arus searah (DC) menjadi arus listrik bolak-balik (AC). Spesifikasi inverter yang akan digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut:
Merk : SOOER POWER INVERTER
DC input : 12V
AC output : 230V
Power : 500W
Gambar 3.6 Inverter
40 e. Charge controller
Charge controller merupakan alat yang berfungsi sebagai pengontrol pengisisan battery, mengatur arus searah yang diisi ke battery dan diambil dari battery ke beban. Charge controller mempunyai kemampuan untuk mendeteksi kapasitas battery. Bila battery sudah terisi penuh maka secara otomatis pengisian arus dari panel surya berhenti. Spesifikasi charge controller yang akan digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut:
Merk : MIKACHI
Type : RTD1220
Charge current : 20A
Batt Voltage : 12V / 24V auto
Gambar 3.7 Solar Charge Controller
f. Kipas Angin (Beban/Load)
Kipas angin merupakan komponen yang akan dijadikan sebagai beban dari pembangkit listrik hybrid panel surya (photovoltaic) dan generator- gasoline. Spesifikasi kipas angin yang akan digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut:
Merk : KRISBOW
Type : DF750-T
41
Voltage : 240W
Gambar 3.8 Kipas Angin g. Digital multimeter
Digital multimeter merupakan alat yang digunakan untuk mengukur voltage (tegangan listrik), ampere (arus listrik) dan ohm (hambatan/resistansi) dalam satu unit. Spesifikasi digital multimeter yang akan digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut:
Merk : KRISBOW
Type : KW06-796
Gambar 3.9 Digital Multimeter h. Power Supply
Power supply merupakan komponen yang berfungsi untuk mengisi battery dengan tegangan konstan hingga mencapai tegangan yang ditentukan.
42 Power supply yang akan digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut:
Merk : KINEKA
Type : PS-305D
Voltage Output : 0 ~ 30 V
Current Output : 0 ~ 5 A
Gambar 3.10 Power Supply
III.4.2 Komponen Sistem
Komponen - komponen yang akan digunakan untuk menunjang pengambilan data dalam penelitian ini adalah:
a. Arduino Uno
Arduino Uno merupakan board mikrokontroler berbasis ATmega328.
Arduino Uno dapat diaktifkan melalui koneksi USB atau dengan catu daya eksternal sehingga dapat digunakan untuk mengatur suatu rangkaian bahkan mengendalikannya. Spesifikasi Arduino Uno yang akan digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut:
Mikrocontroller : ATMega328
Operating Volatge : 5V
Input Voltage : 6-20V
43
Digital I/O Pins : 14 (of which 6 provide PWM Output)
Flash Memory : 32KB
Gambar 3.11 Arduino Uno R3 b. LCD (Liquid Crystal Display)
LCD (Liquid Crystal Display) merupakan suatu jenis media tampilan yang menggunakan kristal cair sebagai penampil utama. LCD bisa memunculkan gambar atau tulisan dikarenakan terdapat banyak titik cahaya (piksel) yang terdiri dari satu buah kristal cair sebagai sebuah titik cahaya.
Spesifikasi LCD yang akan digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut:
Size : 16 characters x 2 rows
Controller/driver : HD44780 / equivalent
Dimentions modul : 80 mm x 36 mm x 13 mm
View Area : 64 x 15 mm
44 Gambar 3.12 LCD 16x2
c. Relay
Relay merupakan jenis golongan saklar yang dimana beroperasi berdasarkan prinsip elektromagnetik yang dimanfaatkan untuk menggerakan kontaktor guna menyambungkan rangkaian secara tidak langsung. Spesifikasi relay yang akan digunakan pada penelitian ini adalah sebagai berikut:
Rated Voltage : 12VDC
Rated Current : 75mA
Power : 160 Ohm
Maximum Switching Current / Volt (DC) : 5A / 28 Volt DC
Maximum Switching Current / Volt (AC) : 5A / 240 Volt AC
Gambar 3.13 Relay
