Upload
dinhcong
View
224
Download
2
Embed Size (px)
Citation preview
1
UNIVERSITAS INDONESIA
RANCANG BANGUN SIMULASI SISTEM HYBRID
TENAGA SURYA DAN TENAGA ANGIN SEBAGAI
CATU DAYA BASE TRANSCEIVER STATION (BTS) 3G
SKRIPSI
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik
FITRIA YULINDA
0403030462
FAKULTAS TEKNIK
PROGRAM TEKNIK ELEKTRO
DEPOK
AGUSTUS 2009
ii
Universitas Indonesia
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
iii
Universitas Indonesia
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
iv
Universitas Indonesia
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
v
Universitas Indonesia
KATA PENGANTAR
Segala puji bagi Alloh yang telah memberi petunjuk kami kepada jalan ini. Kami
tidak akan mendapatkan petunjuk ini seandainya Alloh tidak berkenan
memberikannya kepada kami.
Puji syukur ke hadirat Alloh Azza wa Jalla yang telah memberikan
hidayah serta kemudahan kepada penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.
Penulisan skripsi ini dilakukan dalam rangka memenuhi salah satu syarat
untuk mencapai gelar Sarjana Teknik pada Fakultas Teknik Universitas Indonesia.
seminat ini dapat terselesaikan atas bantuan serta dukungan banyak pihak.
Pertama penulis mengucapkan terima kasih kepada:
Prof. Dr. Ir. NR. Poespawati, M.T
sebagai dosen pembimbing yang telah banyak meluangkan waktunya
untuk memberikan saran, bimbingan, serta pengarahan sehingga skripsi ini dapat
diselesaikan dengan baik. Selain itu, penulis juga mengucapkan terima kasih
kepada:
(1) Kedua orang tua saya, Bapak Suardi dan Ibu Asniah serta kakakku, Yenny
Rahmi, Muhammad Isarai, Yenny Rahayu, dan adik-adikku, Riska Aulia Fajri
dan Suci Aulia Ramadhani, abang Yulkausar, keponakanku Maryam,
Abdurrahman yang selalu memberikan doa serta dukungan selama penulisan
skripsi ini.
(2) Teman-teman Laboratorium Konversi Energi Listrik UI yang selalu
memberikan semangat serta dukungan.
(3) Teman-teman Elektro UI 2003 yang selalu memotivasi saya, khususnya
Muhammad Insan dan Muhammad Syaifuddin yang telah membantu dalam
pembuatan skripsi ini.
(4) Teman-teman elektro UI 2003 yaitu Muchlishah, Marni, Lestari Amirullah,
Agustine, Hanni Riana, Susy Trilomorti, Natasha Alia, Anastasia yang selalu
mendoakan dan memberikan dorongan semangat
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
vi
Universitas Indonesia
(5) Nur Adi Nugroho dan Wienenanti Izwari yang selalu memberikan semangat
tiada henti kepada penulis
Akhir kata, saya berharap Alloh Azza wa Jalla berkenan membalas segala
kebaikan semua pihak yang telah membantu hingga skripsi ini dapat diselesaikan
dengan baik.
Insya Alloh, penulisan skripsi ini dapat memberikan kontribusi bagi umat
guna mengembangkan ilmu pengetahuan dan teknologi khususnya yang terkait
dengan catu daya alternatif untuk BTS.
Depok, 17 Juni 2009
Fitria Yulinda
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
vii
Universitas Indonesia
HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI
SKRIPSI UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Sebagai sivitas akademik Universitas Indonesia, saya yang bertanda tangan di bawah ini :
Nama : Fitria Yulinda
NPM : 0403030462
Program Studi : Teknik Elektro
Fakultas : Teknik
Jenis karya : Skripsi
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Indonesia Hak Bebas Royalti Noneksklusif (Non-eksklusif Royalty-Free Right) atas karya ilmiah saya yang berjudul:
RANCANG BANGUN SIMULASI SISTEM HYBRID
TENAGA SURYA DAN TENAGA ANGIN
SEBAGAI CATU DAYA BTS 3G
Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti Noneksklusif ini Universitas Indonesia berhak menyimpan, mengalihmedia/format-kan, mengelola dalam bentuk pangkalan data (database), merawat, dan mempublikasikan skripsi saya tetap mencantumkan saya sebagai penulis/pencipta dan sebagai pemilik Hak Cipta.
Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.
Dibuat di : Depok
Pada Tanggal : 17 Juni 2009
Yang menyatakan
(Fitria Yulinda)
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
viii
Universitas Indonesia
ABSTRAK
Nama : Fitria Yulinda
Program Studi : Teknik Elektro
Judul : Rancang Bangun Simulasi Sistem Hybrid Tenaga Surya dan
Tenaga Angin Sebagai Catu Daya BTS 3G
Penggunaan energi alternatif sebagai catu daya Base Transceiver Station
(BTS) 3G dapat mengatasi permasalahan pasokan listrik PLN yang belum
mencapai seluruh wilayah Indonesia. Penggunaan modul sel surya menjadi salah
satu solusi yang dapat dipertimbangkan sebagai catu daya BTS, sedangkan energi
angin dapat digunakan ketika irradiansi matahari tidak dapat memenuhi
kebutuhan beban.
Nilai tegangan keluaran sel surya dan turbin angin yang tergantung
keadaan lingkungan di sekitar pembangkit menyebabkan perlunya rangkaian
untuk menjaga agar nilai masukan ke beban selalu konstan. Skripsi ini
menggunakan rangkaian switching regulator dengan IC L4970 yang mempunyai
nilai tegangan keluaran 15 volt.
Pemilihan antara kedua energi alternatif ini menggunakan mikrokontroller
ATMEGA16 dan dua buah relai. Simulasi sistem hybrid catu daya ini dapat
menjamin suplai catu daya BTS selalu tersedia dengan nilai tegangan masukan
yang konstan dengan lama waktu switching 2 ms.
Kata kunci : hybrid, catu daya BTS, tenaga surya, tenaga angin, mikrokontroler,
switching regulator.
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
ix
Universitas Indonesia
ABSTRAK
Name : Fitria Yulinda
Study Program : Electrical Engineering
Title : Design Building Simulation Hybrid Solar and Wind Power
Systems for Power Supply 3G BTS
Using of alternative energy source such as solar cell and wind power could
over come problem about power supply from PLN for Base Tranceiver Station
(BTS). Solar energy can be extracted from solar cell power generator for one of
main alternative source in BTS. When the power of sunlight is not adequate to be
converted into solar cell power, the wind power generator could become a
secondary alternative source.
The output of solar cell and wind turbine depend greatly on surrounding
environment. This condition requires a certain circuits on the power generator to
maintain a constant number on the load input. The circuits used in this project are
switching regulator with IC L4970 with an output of 15 volt.
The decision of choosing between two alternative energies are excecuted
by ATMEGA16 microcontroller with two relays. This hybrid power system
guarantees suplai catu daya is available with constant input number.
Keyword: hybrid, supply power BTS, solar cell power, wind power,
microcontroller, switching regulator
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
x
Universitas Indonesia
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL i
HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS ii
HALAMAN PENGESAHAN iii
KATA PENGANTAR iv
LEMBAR PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH vii
ABSTRAK viii
DAFTAR ISI x
DAFTAR GAMBAR xii
DAFTAR LAMPIRAN xiv
1. PENDAHULUAN 1
1.1 Latar Belakang 1
1.2 Perumusan Masalah 1
1.3 Tujuan Penelitian 1
1.4 Batasan Masalah 2
1.5 Metodologi Penelitian 2
1.6 Sistematika Penulisan 2
2. DASAR TEORI 4
2.1 Arsitektur Jaringan GSM 4
2.1.1 Mobile Station (MS) 4
2.1.2 Switching System (SS) 4
2.1.3 Base Station System (BSS) 6
2.1.4 Base Transceiver Station (BTS) 8
2.2 Tenaga Surya 9
2.2.1 Potensi tenaga surya 9
2.2.2 Prinsip kerja sel surya 11
2.2.3 Komponen sistem tenaga surya
2.2.4 Parameter sel surya 15
2.3 Tenaga Angin 9
2.2.1 Potensi angin 9
2.2.2 Komponen pembangkit tenaga surya 11
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
xi
Universitas Indonesia
2.2.3 Prinsip kerja pembangkit tenaga surya 15
3. PERANCANGAN SISTEM HYBRID CATU DAYA BTS 3G 19
3.1 Spesifikasi Kebutuhan Catu Daya BTS
3.2 Bagan Diagram Sistem Hybrid 22
3.2.1 Sel surya 22
3.2.2 Tenaga angin 24
3.2.3 Rangkaian switching regulator
3.2.4 Rangkaian pembagi tegangan
3.2.5 Rangkaian sistem minimum
3.2.6 Rangkaian switching sumber catu daya 27
4. ANALISIS 39
4.1 Analisis Perancangan sistem 39
4.2 Analisis Perancangan simulasi sistem 45
4.3 Analisa Rancang Bangun simulasi sistem 57
5. KESIMPULAN 59
DAFTAR REFERENSI 60
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
xii
Universitas Indonesia
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Arsitektur Jaringan GSM .... (3)
Gambar 2.2 Arsitektur catu daya BTS .... (7)
Gambar 2.3 Kebutuhan daya untuk BTS ... (8)
Gambar 2.4 Penambahan unsur lain ke dalam semikonduktor ... (9)
Gambar 2.5 Semi konduktor jenis p dan n sebelum disambung .... (10)
Gambar 2.6 Perpindahan elektron dan hole ... ( 11)
Gambar 2.7 Penyerapan cahaya matahari di solar cell .... (12)
Gambar 2.8 Arus listrik dari solar cell .. . (13)
Gambar 2.9 Perbedaan sel, modul dan array … (13)
Gambar 2.10 Kurva arus listrik terhadap tegangan panel surya .... (14)
Gambar 2.11 Kurva daya keluaran terhadap tegangan panel .... (15)
Gambar 2.12 Komponen sistem tenaga angin ... (18)
Gambar 2.13 Horizontal Axis Wind Turbine ... (19)
Gambar 2.15 Vertical Axis Wind Turbine .... (20)
Gambar 2.16 Prinsip kerja pembangkit tenaga angin ... (23)
Gambar 2.17 Kurva daya keluaran terhadap kecepatan angin .... (24)
Gambar 3.1 Kebutuhan catu daya BTS … (25)
Gambar 3.2 Blok diagram sistem hybrid catu daya BTS 3G … (26)
Gambar 3.3 Blok diagram simulasi sistem hybrid catu daya BTS 3G … (32)
Gambar 3.4 Tampak atas L4970 … (33)
Gambar 3.5 Rangkaian switching regulator … (34)
Gambar 3.6 Pembagi tegangan … (34)
Gambar 3.7 Rangkaian pembagi tegangan sumber daya sel surya
dan angin … (35)
Gambar 3.8 Rangkaian regulator mikrokontroler … (35)
Gambar 3.9 Rangkaian sistem minimum … (37)
Gambar 3.10 Rangkaian switching catu daya … (38)
Gambar 4.1 Blok diagram sistem hybrid catu daya BTS 3G … (44)
Gambar 4.2 Kurva Irradiansi terhadap waktu .... (52)
Gambar 4.3 Kurva daya keluaran modul sel surya terhadap waktu ... (53)
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
xiii
Universitas Indonesia
Gambar 4.4 Kurva kecepatan angin terhadap waktu ... (53)
Gambar 4.5 Kurva daya keluaran turbin angin terhadap waktu ....(54)
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
xiv
Universitas Indonesia
DAFTAR LAMPIRAN
Gambar Perangkat Simulasi Sistem Hybrid Catu Daya BTS 3G ....(61)
Delay Relai Sistem …(62)
Pengolahan data Klimatologi Daerah Serpong tanggal 3 April 2009 …(66)
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Pada er a s aat i ni ke butuhan ko munikasi s eluler s emakin meningkat. H al
ini harus didukung tersedianya jaringan telekomunikasi yang memadai di seluruh
daerah Indonesia. N amun kurang meratanya infrastruktur j aringan listrik da pat
mengakibatkan ke kurangan p asokan listrik untuk media pe rantara ko munikasi
seluler atau Base Transceiver Station (BTS). Hal ini sangat terasa terutama untuk
daerah terpencil yang sama sekali t idak mempunyai jaringan listrik. Penggunaan
genset sebagai sumber energi BTS kurang efisien karena biaya yang dikeluarkan
untuk pengadaan genset dan solar cukup mahal.
Hal ini da pat d iatasi de ngan pe nggunaan e nergi alternatif, seperti t enaga
surya d an t enaga a ngin. Penggunaan m odul s el surya menjadi salah s atu solusi
yang da pat di pertimbangkan s ebagai catu daya B TS, s edangkan e nergi a ngin
dapat digunakan ketika irradiansi matahari t idak da pat m emenuhi ke butuhan
beban. Teknologi u ntuk menghasilkan listrik da ri a ngin d isebut de ngan
Pembangkit Listrik Tenaga B ayu (PLTB). Teknologi i ni m engkonversi energi
kinetik dari angin menjadi energi untuk memutar r otor da lam sebuah generator,
sehingga dihasilkan listrik yang bebas polusi.
Penggunaan dua energi alternatif ini memerlukan pengaturan pensaklaran,
sehingga pa sokan listrik u ntuk B TS da pat s elalu t ersedia. P engaturan ini a kan
memilih secara ot omatis pe mbangkit listrik yang di gunakan. P rinsip ke rjanya
apabila tenaga s urya tidak da pat m encukupi kebutuhan B TS, maka s ecara
otomatis tenaga angin akan bekerja de ngan sendirinya. Namun jika kedua tenaga
alternatif t idak dapat memenuhi ke butuhan BTS maka beban a kan d isuplai o elh
genset.
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
2
Universitas Indonesia
1.2 Perumusan Masalah
Permasalahan yang d ibahas pa da skripsi ini a dalah rancang ba ngun
simulasi pengaturan tenaga surya dan tenaga angin sebagai catu daya BTS 3G.
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penulisan skripsi ini adalah untuk merancang bangun simulasi
sistem hybrid tenaga surya dan tenaga angin sebagai catu daya BTS 3G
1.4 Batasan Masalah
Untuk mempersempit masalah dan mempermudah analisis, permasalahan
dibatasi sebagai berikut :
1. Kebutuhan catu daya Base Transceiver Station (BTS) 3G
2. Penggunaan tenaga surya dan tenaga angin sesuai kebutuhan BTS
3. Perancangan simulasi sistem hybrid catu daya BTS 3G
4. Pengujian simulasi sistem hybrid catu daya BTS 3G
1.5 Metodologi Penelitian
Metodologi penelitian yang dilakukan dalam penyusunan skripsi ini adalah
dengan s tudi literatur mengenai catu daya BTS, t enaga surya, t enaga angin dan
switching regulator
1.6 Sistematika Penulisan
Agar mempermudah pe mbahasan, pe nulisan d ibagi da lam beberapa bab.
Bab s atu menguraikan latar be lakang masalah, pe rumusan masalah, t ujuan
penulisan, pembatasan masalah, metodologi penelitian, dan sistematika penulisan.
Bab dua membahas t entang catu daya BTS, t enaga surya da n t enaga a ngin. Bab
tiga membahas tentang perancangan sistem hybrid tenaga angin dan tenaga surya
sebagai catu daya B TS. B ab e mpat merupakan analisis berdasarkan ha sil
rancangan, sedangkan ba b l ima be risi penutup yang merupakan kesimpulan da ri
skripsi ini.
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
3
Universitas Indonesia
BAB II
DASAR TEORI
2.1 BASE TRANSCEIVER STATION (BTS)
Secara u mum t erdapat e mpat ko mponen yang diperlukan u ntuk s uatu
arsitektur jaringan GSM, yaitu mobile station (MS), Base Station System (BSS),
Switching System (SS), dan Operation and Support System (OSS) ( lihat Gambar
2.1)
Mobile Switching
Centre (MSC)
Authentication Centre (AUC)
Interworking Location Register
(ILR)
Home Location Register (HLR)
Equipment Identity Register
(EIR)
Data Transmission Interworking
(DTI)
Gateway Mobile
Switching Centre
(GMSC)Transcoder Controller
(TRC)
Mobile Station (MS)
Base Station
Controller (BSC)
Base Transceiver
Station (BTS)
Operation and Support System
(OSS)
Base Station System
Switching System
Gambar 2.1 Arsitektur Jaringan GSM [5]
2.1.1 Mobile Station (MS)
Mobile Station (MS) ada lah pe rangkat terminal transceiver yang berada
pada pelanggan. MS terdiri dari Mobile Equipment (ME) atau telpon selular da n
Subscriber Identification Module (SIM). S IM a dalah smart card yang berisi
seluruh informasi pe langgan da n beberapa feature dari G SM. K artu SIM ini
terlindungi o leh mekanisme Personal Identity Number (PIN) yang dimiliki
pelanggan. Air interface menghubungkan a ntara M S da n Base Station System
(BSS).
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
4
Universitas Indonesia
2.1.2 Switching System (SS)
Switching System (SS) adalah perangkat yang mengatur fungsi switching
dan databasis pelanggan. Sistem ini terdiri atas
a. Gateway Mobile Switching Centre (GMSC)
GMSC i ni m enghubungkan dua j aringan. Gateway sering d itempatkan
pada MSC. MSC yang diset up akan disebut GMSC.
b. Mobile Switching Centre (MSC)
MSC b erfungsi mengontrol pa nggilan da ri da n menuju s istem t elepon
maupun data yang lain.
c. Data Transmission Interworking (DTI)
DTI b erupa pe rangkat l unak da n pe rangkat ke ras yang menyediakan
hubungan da ri berbagai jaringan u ntuk v ariasi ko munikasi d ata. DTI
pelanggan dapat d igunakan sebagai alternatif jalur bicara dan da ta da lam
satu panggilan yang sama. DTI juga sebagai modem untuk menyesuaikan
kecepatan data.
d. Authentication Centre (AUC)
Unit A UC m enyediakan parameter autentikasi ya ng memeriksa i dentitas
pemakai dan memastikan ke mantapan da ri s etiap panggilan. AUC
melindungi operator jaringan dari penipuan di dunia seluler.
e. Home Location Register (HLR)
HLR adalah d atabase u ntuk menyimpan da n mengatur da ta pe langgan.
Data y ang tersedia berupa da ta t etap, s tatus layanan, informasi lokasi,
status a ktivasi pe langgan. Ketika pe langgan membeli nomor da ri sebuah
operator seluler merka akan langsung terdaftar dalam HLR milik operator.
HLR dapat pula digabungkan dengan MSC.
f. Equipment Identity Register (EIR)
EIR merupakan databasis yang berisi informasi tentang identitas perangkat
MS yang mencegah pa nggilan da ri pe ncurian, ke tidakamanan, da n t idak
berfungsinya MS.
g. Interworking Location Register (ILR)
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
5
Universitas Indonesia
ILR adalah perangkat yang digunakan untuk sistem GSM 1900. ILR dapat
membuat roaming antar sistem terjadi
2.1.3 Base Station System (BSS)
Base S tation S ystem ( BSS) merupakan pe rangkat y ang menghubungkan
MS dengan MSC. BSS terdiri dari tiga komponen yaitu :
a. Transcoder Controller (TRC)
TRC berfungsi u ntuk transkoding dan pe nyesuaian ke cepatan.
Transkoding adalah pe ngkodean pe mbicaraan d ari B SC ke M SC at au
mengkonversi informasi da ta da ri P CM coder (A/D converter) k e
informasi bi cara dalam G SM coder. P enyesuaian ke cepatan melakukan
konversi ke cepatan da ta at au suara da ri 64 Kbps yang keluar da ri M SC
menjadi 16 K bps y ang m enuju B SC. Penyesuaian i ni sangat penting
karena t anpa penyesuaian, maka link ke BSC menjadi 4 ka li kemampuan
kecepatan da ta. K emampuan t ransmisi in i sangat m ahal dalam ja ringan.
Dengan mengkonversi kecepatan ini memungkinkan menggunakan ¼ link
transmisi da n p eralatan. D alam system G SM, T RC t erdiri da ri u nit-unit
yang melakukan transkoding dan penyesuaian kecepatan. Perangkat keras
ini d isebut Transcoder and Rate Adaption Units (TRAUs). S etiap BSC
yang terhubung ke T RC da pat meminta u ntuk menggunakan salah s atu
TRAUs u ntuk pa nggilan. T RC ini akan memonitor transmisi s epanjang
waktu. Jika kesalahan terjadi dalam kanal bicara terdeteksi, maka TRAUs
akan menghaluskan suara yang tertuju ke MSC.
b. Base Station Controller (BSC)
BSC b erfungsi m engontrol s emua hu bungan sistem r adio G SM.
BSC m erupakan switch be rkapasitas be sar ya ng menyediakan f ungsi
seperti handover MS, pe nyediaan ka nal r adio, da n ku mpulan beberapa
konfigurasi sel. Beberapa BSC dapat dikontrol oleh setiap MSC.
c. Base Transceiver Station (BTS)
Base Station Transceiver merupakan pe rangkat G SM y ang
berhubungan langsung dengan M S melalui air interface. B TS be rfungsi
sebagai pengirim dan penerima sinyal komunikasi dari dan dengan tujuan
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
6
Universitas Indonesia
antara M S da n jaringan, s ehingga da pat d ikatakan bahwa jika t idak a da
BTS, maka komunikasi seluler tidak dapat terlaksana.
2.2 Base Station Transceiver (BTS)
Bentuk f isik BTS b erupa menara yang mempunyai a ntena s ebagai
transceiver. Ada dua jenis antena yaitu antena yang menghubungkan BTS dengan
ME serta antena microwave yang menghubungkan BTS dengan BSC.
Antena GSM bisa dualband bisa juga singleband. Untuk antena dualband,
GSM900 da n G SM1800 B TS bi sa d ihubungkan ke a ntena ya ng sama. Pada
singleband antena G SM900 lebih besar d ibandingkan a ntena G SM1800. P ita
900/1800 MHz m erupakan f rekuensi y ang dipancarkan oleh antena B TS y ang
kemudian ditangkap oleh M E. Untuk saat i ni s ebagian b esar M E m enggunakan
dualband, sehingga tidak bermasalah jika BTSnya masih berfrekuensi 900 MHz.
Frekuensi mempengaruhi besarnya jangkauan yang diinginkan. Penentuan
jarak a ntar BTS d ipengaruhi o leh kepadatan pe ngguna pada daerah t ersebut da n
jangkauan yang d iinginkan o leh B TS. K edua ha l t ersebut s aling bertentangan.
Bila ing in mendapatkan ja ngkauan yang luas u ntuk s atu B TS, maka ju mlah
pelanggan yang dapat dilayani pun akan berkurang. Pada sistem GSM t iapa BTS
mempunyai a lokasi frekuensi t ersendiri yang biasa d isebut frequency assignment
(FA). GSM menggunakan sistem time division multiple access (TDMA) sehingga
tiap frekuensi d ibagi ke da lam 8 time slot. T iap time slot hanya bisa d igunakan
oleh s atu pe langgan d alam s atu w aktu. P ada s etiap B TS bisa d ialokasikan
beberapa F A. H al ini menyebabkan untuk da erah yang pa dat pe nduduk, maka
vendor akan m embangun lebih banyak B TS, s edangkan u ntuk daerah yang
sebaliknya vendor akan m embangun BTS dengan j arak y ang cukup b erjauhan
sehingga jangkauan dapat luas.
Antena ge lombang microwave mempunyai bentuk s eperti ge ndang.
Gainnya berkisar 30-40 dB. Antena ini t ermasuk jenis high performance antena.
Biasanya ada dua merek, yaitu Andrew da n R FS. C iri k has da ri a ntena high
performance ini adalah bentuknya yang seperti gendang, dan terdapat penutupnya,
yang disebut radome. F ungsi radome antara lain u ntuk melindungi ko mponen
antena t sb, da ri p erubahan c uaca s ekitarnya. Antena ini menghubungkan a ntara
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
7
Universitas Indonesia
BTS de ngan BS C, s ehingga a ntar B TS tidak terhubung secara langsung tapi
melalui BSC da n MSC. S etiap vendor memiliki protocol, sehingga t idak a kan
terjadi hubungan antara BTS dengan BSC yang berbeda vendor.
Perangkat yang terdapat di da lam ruangan menara yaitu BTS, microwave
indoor unit dan sistem rectifier. Rectifier ini berfungsi menyearahkan arus l istrik
yang diterima dari supply PLN ka rena input BTS b erupa t egangan searah.
Ruangan mempunyai AC u ntuk menjaga s uhu d i da lam r uangan p ada s uhu
optimum sehingga umur pakai peralatan dapat lebih lama.
Pada G ambar 2.2 d iperlihatkan ko mponen yang t erdapat da lam sebuah
BTS 3G dengan tiga sektoral frekuensi 2100 Mhz secara umum :
Filter Unit (FU)
Baterai
Supply PLN 3 Phasa
Baterai Fuse Unit
(BFU)
Digital Unit (DU)
Power Supply Unit
(PSU)
AC Connection
Unit (ACCU)
Power Distribution
Unit (PDU)
Radio Unit (RU)
Fan Control Unit
(FCU)
Base Transeiver Station (BTS)
Gambar 2.2 Arsitektur catu daya Base Transceiver Station [5]
Catu daya pada BTS adalah tegangan searah dengan nilai tegangan -48V.
suplai P LN t iga p hasa a kan d iubah menjadi tegangan s earah dengan ni lai
tegangan 48V di bagian PSU. PSU memiliki rectifier. Setelah tegangan menjadi -
48V, maka pe ndistribusian da ya d ilakukan o leh PDU. PDU ini menyuplai da ya
untuk uni t d igital d an u nit r adio. U nit r adio ini menyuplai filter unit yang
menyuplai ke butuhan a ntena. B aterai d igunakan s aat pa sokan listrik pa dam
sehingga B TS t idak mengalami pe madaman. K etika baterai d igunakan maka
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
8
Universitas Indonesia
genset akan menyiapkan diri untuk menggantikan baterai. Baterai yang digunakan
adalah 12 V sebanyak 4 buah. Baterai langsung terhubung ke PDU.
Daya t otal yang d igunakan sebuah B TS a dalah 4800 w att. D engan nilai
tegangan -48V dan nilai arus listrik 100A. Setiap bagian menghabiskan daya 960
watt. Dari Gambar 2.3 diperlihatkan kebutuhan daya pada BTS.
CBU20 A960W
RU20A
960W
RU20A
960W
FCU10A
480W
FCU10A
480W
RU20 A
960W
-
+
48 V
Gambar 2.3 Kebutuhan daya untuk BTS[5]
2.2 Tenaga Surya
2.2.1 Potensi Tenaga Surya
Potensi t enaga surya d i dunia sangat besar. Energi yang d ikeluarkan o leh
sinar matahari d iterima permukaan bumi sebesar 69% dari t otal e nergi p ancaran
bumi. Energi matahari yang diterima pe rmukaan bumi adalah 243 10× joule pe r
tahun. Jumlah energi t ersebut a dalah 410 kali ko nsumsi e nergi d i seluruh du nia.
Dengan menutup 0,1% permukaan bumi dengan sel surya yang memiliki efisiensi
10% telah mampu menutupi kebutuhan energi di seluruh dunia., energi ini setara
dengan 172 10× watt.[7]
Sebagai negara t ropis, I ndonesia mempunyai po tensi e nergi surya yang
cukup besar. Berdasarkan data penyinaran matahari yang dihimpun dari 18 lokasi
di I ndonesia, r adiasi surya d i I ndonesia da pat d iklasifikasikan berturut-turut
sebagai b erikut [9]: un tuk ka wasan ba rat da n t imur I ndonesia de ngan d istribusi
penyinaran d i Kawasan B arat I ndonesia ( KBI) s ekitar 4, 5 kWh/ 2m /hari d engan
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
9
Universitas Indonesia
variasi bulanan sekitar 10% ; da n d i Kawasan T imur Indonesia (KTI) sekitar 5, 1
kWh/ 2m /hari dengan va riasi bulanan sekitar 9% . D engan de mikian, pot ensi sel
surya rata-rata Indonesia sekitar 24,8 / /kWh m hari dengan variasi bulanan sekitar
9%.
2.2.2 Prinsip Kerja Sel Surya
Sel surya tersusun atas dua jenis semikonduktor, yakni jenis n dan jenis p.
Semikonduktor j enis n merupakan s emikonduktor y ang memiliki ke lebihan
elektron, s ehingga ke lebihan muatan n egatif, s edangkan semikonduktor j enis p
memiliki k elebihan hole karena ke lebihan muatan po sitif. Pengontrolan j enis
semikonduktor da pat di lakukan de ngan cara menambahkan unsur lain ke d alam
semikonduktor sebagaimana diilustrasikan pada Gambar2.4.
Gambar 2.4 Penambahan unsur lain ke dalam semikonduktor[10]
Pada awalnya, pembuatan dua jenis semikonduktor ini dimaksudkan untuk
meningkatkan t ingkat k onduktifitas a tau tingkat ke mampuan daya hantar l istrik
dan pa nas semikonduktor a lami. Di da lam semikonduktor a lami ( semikonduktor
intrinsik) elektron maupun hole memiliki ju mlah yang sama. Kelebihan elektron
atau hole dapat m eningkatkan daya ha ntar l istrik m aupun panas dari s ebuah
semikoduktor.
Jika semikonduktor i ntrinsik yang d imaksud ialah silikon ( Si), maka
semikonduktor j enis p, bi asanya d ibuat de ngan menambahkan uns ur b oron ( 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
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
10
Universitas Indonesia
menambahkan nitrogen (N), fosfor (P) atau arsen (As) ke dalam Si. Penambahan
unsur ini disebut dengan doping.
Dua jenis s emikonduktor n dan p jika d isatukan a kan membentuk
sambungan p-n atau dioda p-n (metallurgical junction) yang dapat dilihat pa da
Gambar 2.5
Gambar 2.5 Semikonduktor jenis p dan n sebelum disambung[10]
Sesaat setelah dua jenis semikonduktor ini disambung, terjadi perpindahan
elektron-elektron da ri s emikonduktor n menuju semikonduktor p, da n
perpindahan h ole dari s emikonduktor p m enuju s emikonduktor n. P erpindahan
elektron maupun hole ini hanya sampai pada jarak tertentu dari batas sambungan
awal. Elektron dari semikonduktor n bersatu dengan hole pada semikonduktor p
yang mengakibatkan jumlah hole pada semikonduktor p a kan berkurang. Daerah
ini a khirnya be rubah m enjadi lebih bermuatan po sitif.
Pada saat yang sama. hole dari semikonduktor p bersatu dengan elektron yang ada
pada s emikonduktor n y ang mengakibatkan jumlah e lektron d i da erah ini
berkurang. Daerah ini akhirnya lebih bermuatan positif.
Daerah negatif da n po sitif ini d isebut de ngan d aerah d eplesi ( depletion
region) d itandai de ngan huruf W. B aik e lektron maupun hole yang ada pa da
daerah de plesi d isebut de ngan pe mbawa muatan minoritas ( minority charge
carriers) karena keberadaannya d i jenis semikonduktor yang berbeda. Perbedaan
muatan po sitif da n negatif d i da erah deplesi akan m enyebabkan medan l istrik
internal E dari s isi positif ke s isi negatif, yang mencoba menarik kembali hole ke
semikonduktor p dan e lektron ke semikonduktor n. Me dan listrik ini c enderung
berlawanan de ngan pe rpindahan h ole maupun e lektron pa da aw al t erjadinya
daerah deplesi (lihat Gambar 2.6).
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
11
Universitas Indonesia
Gambar 2.6 Perpindahan elektron dan hole[4]
Medan listrik mengakibatkan sambungan p-n berada pada titik setimbang,
yakni saat di m ana j umlah ho le ya ng berpindah dari semikonduktor p ke n
dikompensasi dengan jumlah hole yang tertarik kembali kearah semikonduktor p
akibat medan l istrik E. Begitu pula de ngan jumlah e lektron yang berpindah dari
semikonduktor n ke p, d ikompensasi dengan mengalirnya k embali elektron ke
semikonduktor n akibat tarikan medan listrik E. Dengan kata lain, medan listrik E
mencegah seluruh e lektron da n hole berpindah d ari semikonduktor yang satu ke
semikonduktor yang lain.
Pada s ambungan p-n inilah pr oses ko nversi c ahaya matahari menjadi
listrik t erjadi. Untuk ke perluan sel s urya, semikonduktor n berada pa da lapisan
atas sambungan p yang menghadap kearah datangnya cahaya matahari, dan dibuat
jauh lebih t ipis da ri semikonduktor p, s ehingga cahaya m atahari y ang jatuh ke
permukaan s el surya da pat terus terserap da n m asuk ke da erah de plesi da n
semikonduktor p.
Ketika s ambungan s emikonduktor i ni t erkena cahaya matahari, maka
elektron mendapat e nergi da ri ca haya matahari untuk melepaskan d irinya da ri
semikonduktor n, daerah deplesi maupun semikonduktor. Terlepasnya elektron ini
meninggalkan hole pada da erah yang d itinggalkan o leh elektron yang d isebut
dengan fotogenerasi e lektron-hole (electron-hole photogeneration) ya kni,
terbentuknya pasangan elektron dan hole akibat cahaya matahari.
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
12
Universitas Indonesia
Pada Gambar 2.7 diperlihatkan penyerapan matahari di sel surya.
Gambar 2.7 Penyerapan cahaya matahari di solar cell[10]
Cahaya matahari de ngan pa njang gelombang (λ) yang berbeda, membuat
fotogenerasi p ada sambungan p-n berada pa da ba gian s ambungan p-n yang
berbeda pu la. S pektrum merah da ri c ahaya matahari yang memiliki pa njang
gelombang lebih pa njang, mampu menembus da erah de plesi hingga t erserap d i
semikonduktor p yang a khirnya menghasilkan pr oses fotogenerasi d i sana.
Spektrum biru dengan panjang gelombang yang jauh lebih pendek hanya terserap
di da erah s emikonduktor n. S elanjutnya, d ikarenakan pa da s ambungan p-n
terdapat m edan listrik E, e lektron hasil fotogenerasi t ertarik ke ar ah
semikonduktor n, begitu pula dengan hole yang tertarik ke arah semikonduktor p.
Apabila rangkaian kabel dihubungkan ke dua bagian semikonduktor, maka
elektron a kan mengalir melalui ka bel. J ika s ebuah lampu kecil d ihubungkan ke
kabel, lampu t ersebut menyala d ikarenakan mendapat a rus listrik, d imana a rus
listrik ini timbul akibat pergerakan elektron(lihat Gambar 2.8)
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
13
Universitas Indonesia
Gambar 2.8 Arus listrik dari solar cell[10]
2.2.3 Komponen Sistem Tenaga Surya
Sistem t enaga s urya t erdiri atas ar ray, rangkaian ko ntroler pe ngisian
(charge controller), dan baterai.
Array merupakan m odul y ang tersusun atas be berapa sel s urya y ang
terpasang paralel maupun seri. Besarnya energi l istrik yang dihasilkan sebanding
dengan luas permukaan panel surya(lihat Gambar 2.9)
Gambar 2.9 Perbedaan sel, modul dan array[3]
Rangkaian ko ntroler pe ngisian a ki berfungsi u ntuk t empat pe nyimpanan
daya listrik sebelum dialirkan ke beban. Pengisian ini p erlu agar nilai t egangan
masukan pada beban sesuai dengan kebutuhan.
Baterai d iperlukan sebagai t empat cada ngan e nergi k etika matahari t idak
mampu memberikan energi foton ke sel surya. Untuk mencegah sel surya menjadi
beban d an ba terai menjadi sumber t egangan, maka d ipasang sebuah al at yang
mengatur pe nsaklaran da ri s el s urya. Ketika nilai t egangan ke luaran sel surya
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
14
Universitas Indonesia
lebih kecil dari nilai tegangan baterai maka hubungan antara sel surya dan baterai
akan diputus.
2.2.4 Parameter sel surya
a. Kurva I-V sel surya
Kharakteristik dasar da ri pa nel sel s urya d iperlihatkan pa da
Gambar 2.10.
Gambar 2.10 Kurva arus listrik terhadap tegangan panel surya [3]
Gambar 2.10 menunjukkan kurva nilai tegangan terhadap nilai arus
listrik yang bervariasi. Berdasarkan hukum Ohm yaitu[3] :
VRI
= (2.1)
dimana R= Hambatan panel surya (Ω)
V = Tegangan panel surya (volt)
I = Arus listrik panel surya (ampere)
Dari persamaan 2.1 diperoleh ni lai tegangan listrik yang me ngalir
pada panel surya, yaitu[3] :
V I R= ⋅ (2.2)
Saat nilai h ambatan y ang kecil ma ka arus l istrik yang mengalir
maksimum dan ni lai tegangan mendekati ni lai nol. K ondisi in i disebut
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
15
Universitas Indonesia
keadaan h ubung s ingkat da n nilai a rus listrik yang mengalir d isebut a rus
hubung s ingkat ( short c ircuit c urrent). A rus listrik ini s ebanding de ngan
jumlah s el surya yang terhubung paralel.Terlihat b ahwa nilai a rus hubung
singkat s ebanding de ngan t ingkat irradiansi matahari. Pada G ambar 2. 10
terlihat semakin tinggi ni lai ir radiansi ma tahari ma ka ni lai arus l istrik pun
semakin tinggi.
Saat nilai h ambatan bertambah ma ka ni lai arus l istrik pu n a kan
menurun hingga mendekati nol. Kondisi ini disebut keadaan hubung terbuka
dan nilai t egangan pa nel s urya d isebut tegangan hubung terbuka ( open
circuit voltage). Tegangan ini menunjukkan keluaran dari panel surya tanpa
beban.
d. Kurva P-V
Gambar 2.11 menunjukkan kurva daya terhadap tegangan.
Gambar 2.11 Kurva daya keluaran terhadap tegangan panel surya [3]
Saat ni lai a rus listrik nol maka da ya yang d ihasilkan pa nel surya
adalah nol. Demikian juga saat tegangan l istrik no l maka daya panel surya
pun a kan nol. S aat ha mbatan be ban be rtambah mulai d ari hubung singkat
maka nilai t egangan a kan bertambah hingga a khirnya ke adaan menjadi
hubung terbuka. S epanjang kur va I -V ( lihat G ambar 2.10) a kan t erdapat
nilai s aat panel surya m enghasilkan ni lai daya m aksimum. K ondisi in i
disebut peak power point (PPP). Gambar 2.11 menunjukkan daya keluaran
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
16
Universitas Indonesia
panel s urya s aat ni lai a rus listrik da n t egangan d itunjukkan o leh G ambar
2.10. Terlihat bahwa nilai P PP t erjadi s aat ni lai t egangan pa nel 80% da ri
nilai t egangan h ubung buka, un tuk j angkauan lebar da ri t ingkat irradiansi
matahari. P ada G ambar 2.10 ni lai ha mbatan bertambah s eperti ni lai
irradiansi berkurang untuk mendapat daya keluaran maksimum dari panel.
Efisiensi d ari k onversi energi s urya dari s el s urya dideskripsikan
melalui persamaan[3] :
100%keluaran
masukan
Daya xDaya
η = (2.3)
Tentunya dengan semakin be sar ni lai e fisiensi m aka s emakin tinggi daya
keluaran sel surya yang kita dapat di bawah sinar matahari.
2.3 Tenaga Angin
2.2.1 Potensi Angin
Angin adalah udara yang bergerak dari tekanan t inggi ke tekanan rendah.
perbedaan t ekanan ini ak ibat da ri r adiasi sinar matahari yang tidak merata
sehingga menyebabkan pe rbedaan s uhu uda ra. Angin yang b ergerak memiliki
energi k inetik. E nergi ini d ikonversi ke d alam b entuk e nergi listrik de ngan
menggunakan turbin angin yang akan memutar generator. Sehingga turbin angin
ini sering disebut sistem konversi energi angin (SKEA).
Angin adalah ud ara yang bergerak sementara uda ra juga memiliki ma ssa
maka a ngin memiliki e nergi k inetik. Menurut f isika k lasik energi kinetik dari
angin adalah[8] :
212
E m v= ⋅ ⋅ (2.4)
dimana : E = energi kinetik (joule)
m = massa angin (kg)
v = kecepatan angin(m/s)
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
17
Universitas Indonesia
Pengaruh ke tinggian t erhadap ke cepatan a ngin da pat d itunjukkan o leh
persamaan[3] :
22 1
1
hv vh
α
=
(2.5)
dimana 1v = kecepatan angin saat ketinggian referensi 1h (m/s)
2v = kecepatan angin saat ketinggian 2h (m/s)
α = ko nstanta pe rmukaan t anah, un tuk daerah de ngan banyak pepohonan
nilainya 0,25 dan untuk daerah pantai 0,1
Daya yang dimiliki oleh angin dapat ditunjukkan oleh persamaan [3]:
312anginP A vρ= ⋅ ⋅ ⋅ (2.6)
dimana : P = daya angin (watt)
ρ = kerapatan udara ( 3/kg m )
A = luas sapuan blade rotor turbin ( 2m )
Terlihat bahwa energi yang dimiliki o leh angin adalah fungsi pangkat tiga
dari kecepatannya. Sementara kerapatan udara berkisar antara 0,9 3( / )kg m hingga
1,4 3( / )kg m .
Persamaan 2.6 merupakan daya yang diperoleh saat keadaan ideal, dengan
mengabaikan r ugi-rugi da ya da n e nergi a ngin dikonversi s eluruhnya menjadi
energi listrik. N amun k enyataan d i lapangan tidak seperti itu. T erdapat faktor
efisiensi mekanik t urbin a ngin dan ge nerator, m aka da ya yang da pat d iperoleh
dari energi angin menjadi [3]:
312turbinP A vη ρ= ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ (2.7)
dimana : η = efisiensi sistem tenaga angin
Secara t eoritik energi a ngin maksimum yang da pat ditangkap h anya
sekitar 59, 3% d ari ka ndungan e nergi yang lewat. Angka 59, 3% di namakan
batasan Betz.[5]
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
18
Universitas Indonesia
Berdasarkan r apat da ya ( power density) ya ng dibawa, a ngin dibedakan
menjadi tujuh kelas seperti tertera pada Tabel 2.1[8]. Tabel 2.1 Kelas angin berdasarkan rapat daya[8]
2.2.2 Komponen Pembangkit Tenaga Angin
Komponen pembangkit tenaga angin dapat dilihat pada Gambar 2.12
Gambar 2.12 Komponen sistem tenaga angin[4]
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
19
Universitas Indonesia
Sistem tenaga angin mempunyai tiga komponen utama, yaitu :
a. Rotor Turbin
Rotor turbin terdiri atas blade untuk menangkap energi angin menjadi
energi g erak pada put arannya. H al yang pe rlu d iperhatikan a dalah d isain
aerodinamis seefisien mungkin serta ketahanan dan berat blade.
Terdapat dua jenis turbin angin, yaitu :
a) Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT)
Turbin je nis HAWT me mpunyai s umbu putar turbin horizontal
dengan t anah. T urbin jenis ini pa ling banyak d ikembangkan d i berbagai
negara. Turbin ini ditunjukkan oleh Gambar 2.13
Gambar 2.13 Horizontal Axis Wind Turbine[4]
Turbin ini terdiri atas dua jenis, yaitu :
(a) me sin upwind mempunyai r otor y ang berhadapan langsung de ngan
angin. D esainnya t idak fleksibel da n memerlukan s istem yaw a gar r otor
tetap berhadapan dengan angin.
(b) mesin downwind mempunyai rotor yang diletakkan di belakang menara.
Disain turbin l ebih f leksibel da n tidak m enggunakan sistem y aw. Namun
kelemahannya angin harus melalui menara t erlebih da hulu sebelum sampai
pada turbin sehingga menambah beban turbin.
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
20
Universitas Indonesia
b) Vertical Axis Wind Turbine (VAWT)
Turbin jenis V AWT m empunyai sumbu putar y ang v ertikal
terhadap tanah memiliki sumbu put ar vertikal t erhadap t anah. Rotor turbin
berputar r elatif pelan (di bawah 100 rpm) dan memerlukan t orsi awal d ari
luar mesin, sehingga jarang digunakan untuk turbin komersial. Keunggulan
turbin angin sumbu vertikal adalah generator berada di tanah sehingga tidak
membebani menara dan t idak memerlukan sistem yaw untuk menyejajarkan
rotor dengan arah angin. Turbin jenis ini diperlihatkan pada Gambar 2.14
Gambar 2.14 Vertical Axis Wind Turbine[4]
VAWT terdiri dari dua tipe, yaitu:
(a) VAWT dorong
VAWT je nis dorong mempunyai ni lai TSR<1 artinya l ebih b anyak
bagian blade yang mengalami ga ya do rong, seperti pa da mangkuk
anemometer da n Savonius. Kecepatan maksimum blade yang d ihasilkan
hampir s ama de ngan k ecepatan a ngin. Ujung blade tidak pernah bergerak
lebih cepat da ripada k ecepatan angin. Turbin jenis in i me miliki efisiensi
daya yang rendah.
(b) VAWT angkat
VAWT jenis angkat mempunyai n ilai TSR>1 artinya lebih banyak
bagian blade yang mengalami g aya an gkat, seperti pa da t urbin D arrius.
Masing-masing blade memperlihatkan momen ga ya a ngkat maksimum
hanya dua k ali setiap put aran da n da ya ke luarannya berbentuk s inusoida.
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
21
Universitas Indonesia
Ukuran blade relatif besar da n t inggi, sehingga menimbulkan ge taran.
Biasanya memakai dua atau tiga blade. Turbin jenis in i menghasilkan lebih
banyak keluaran dan memiliki efisien tinggi.
Bahan blade yang dipilih harus me menuhi aspek fisis y ang meliput i
kekuatan, e lastisitas, dan ke tahanan. D isain blade harus memperhatikan pu la
kejadian mendadak s eperti ke mungkinan adanya a ngin taufan. B ahan blade
yang biasa d ipilih umumnya r elatif r ingan dan m empunyai ketahanan ya ng
bagus.
Jumlah blade pada rotor turbin angin bervariasi, dan tidak ada tinjauan
teoritis ya ng benar sebagai ko nsep t erbaik, t etapi lebih d itentukan o leh jenis
penggunaannya, misalnya u ntuk pembangkit listrik a tau po mpa a ir, s erta
kecepatan angin saat rotor mulai berputar. Ada beberapa konsep blade yaitu :
a) satu blade
Konsep satu blade turbin akan sulit untuk setimbang dan membutuhkan angin
yang sangat kencang untuk menghasilkan gaya angkat putar.
b) dua blade
Konsep dua blade turbin lebih mudah setimbang namun kedudukannya mudah
bergeser. D isain blade harus memiliki k elengkungan yang tajam u ntuk
menangkap angin secara efektif, namun untuk kecepatan angin rendah (sekitar
3 m/s) putaran akan sulit dimulai
c) tiga blade
Konsep t iga blade lebih setimbang dan kelengkungan blade lebih halus untuk
dapat menangkap energi angin secara efektif. Konsep ini paling sering dipakai
pada turbin komersial.
d) multi blade
Konsep multi blade ini justru memiliki efisiensi r endah, t etapi dapat
menghasilkan m omen gaya awal y ang cukup be sar untuk m ulai b erputar,
cocok untuk ke cepatan a ngin r endah. B entuk blade yang tipis, ke cil,
kelengkungan halus, da n ko nstruksi yang solid. Konsep ini banyak d ijumpai
pada t urbin angin u ntuk ke perluan memompa air, me nggiling bi ji-bijian,
karena murah da n mampu bekerja p ada ke cepatan angin rendah s ehingga
tower tidak perlu terlalu tinggi dan air dapat dipompa secara kontinu.
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
22
Universitas Indonesia
b. Gearbox
Gearbox berisi s istem roda gigi ya ng mengubah l aju r endah blade
( ± 100 r pm) menjadi laju put ar tinggi ( ⟩ 1500 r pm) yang a kan masuk ke
generator.
c. Generator
Generator merupakan bagian yang mengkonversi energi kinetik menjadi
energi l istrik. Konversi e nergi di b agian in i ha rus seefisien mu ngkin dalam
menangani nilai masukan yang berubah-ubah dan ni lai keluaran yang sesuai
kebutuhan.
Komponen penunjang dari sebuah sistem tenaga angin, yaitu :
a. Menara
Menara a ngin mendukung t urbin da n nacelle semacam r umah yang di
dalamnya terdapat komponen penting seperti generator, batang penerus putaran,
pengendali, gearbox. T inggi menara a ntara 20 -50 meter. Konstruksi m enara
menggunakan baja da n beton y ang berbentuk pipa dan be rkisi-kisi. H al yang
diperhatikan ada lah menghindari semua frekuensi resonansi dari menara, rotor
dan nacelle dari fluktuasi frekuensi angin.
b. Rem cepat
Rem cepat berada d i po ros terdekat dengan generator. Fungsinya untuk
membatasi laju putar di atas rating yang dapat merusak sistem generator.
c. Rem lambat
Rem lambat terdapat di depan gearbox dan dioperasikan secara manual.
Fungsinya untuk menghentikan blade saat dilakukan perawatan.
d. Sistem Yaw
Sistem ini menjaga a gar p osisi blade tetap menghadap angin s ecara
frontal sehingga blade dapat menangkap angin maksimum
e. Pengontrol kecepatan
Disain turbin mempunyai pengontrol sudut (pitch) pada blade. Pada saat
kecepatan a ngin turun, blade bergerak memutar menghadap arah a ngin, t etapi
pada saat kecepatan angin sangat besar maka bergerak memutar menjauhi arah
angin. Hal ini dibuat agar disain turbin dapat menghasilkan daya yang optimal
dan konstan.
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
23
Universitas Indonesia
II.2.3 Prinsip Kerja Pembangkit Tenaga Angin
Prinsip kerja pembangkit tenaga listrik dapat dilihat pada Gambar 2.15.
Gambar 2.15 Prinsip kerja pembangkit tenaga angin[4]
Blade bergerak karena a ngin yang mempunyai kecepatan. Blade berputar
pada po rosnya. P utaran yang dihasilkan t idak terlalu cepat ka rena massa blade
yang besar. L aju yang rendah ini d ilanjutkan o leh gearbox. Gearbox mengubah
laju putar m enjadi lebih cepat s esuai de ngan ke butuhan ge nerator. G enerator
kemudian mengubah energi gerak menjadi energi listrik yang dialirkan ke beban.
Efisiensi turbin angin ditentukan o leh Cp dengan nilai maksimum 59,3%.
Efisiensi t ransmisi gearbox Nb bisa mencapai 9 5% da n efisiensi ge nerator Ng
hingga 80%.[9]
Tiga jenis kecepatan angin yang perlu diperhitungkan yaitu kecepatan cut-
in speed, kecepatan r ating, da n ke cepatan cut-off . K ecepatan cut-in adalah
besarnya ke cepatan a ngin ke tika t urbin mulai berputar. Kecepatan r ating adalah
kecepatan s aat t urbin d apat bekerja o ptimal, sedangkan ke cepatan cut-off adalah
kecepatan maksimum yang d iperbolehkan sebelum t urbin mengalami kerusakan.
Pada G ambar 2.16 ditunjukkan hu bungan a ntara laju angin dengan da ya yang
dihasilkan turbin.
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
24
Universitas Indonesia
Gambar 2.16 Kurva daya keluaran terhadap kecepatan angin [4]
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
25
Universitas Indonesia
BAB III
PERANCANGAN SISTEM HYBRID CATU DAYA
BASE TRANSCEIVER STATION
3.1 Perancangan Catu Daya BTS 3G Dengan Sistem Hybrid Tenaga Surya
dan Tenaga Angin
3.1.1 Spesifikasi kebutuhan beban BTS 3G
BTS 3G mempunyai k ebutuhan da ya sebesar 4800 w att de ngan nilai
tegangan searah -48V dan arus listrik 100A. Sumber catu daya berasal dari PLN,
genset da n baterai sebagai cadangan. C atu daya PLN 3 P hasa a kan d iubah
menjadi t egangan s earah de ngan nilai t egangan 48V d i bagian P SU. P SU
memiliki rectifier. S etelah t egangan menjadi -48V, maka pe ndistribusian daya
dilakukan oleh PDU. PDU menyuplai daya untuk unit digital dan unit radio. Unit
radio i ni m enyuplai f ilter unit y ang m enyuplai kebutuhan antena. Baterai
digunakan s aat pa sokan l istrik pa dam, sehingga B TS t idak mengalami
pemadaman. Ketika baterai digunakan, maka genset akan menyiapkan d iri untuk
menggantikan baterai. B aterai yang d igunakan adalah 12 V sebanyak 4 buah.
Baterai langsung terhubung ke PDU.
Kebutuhan daya sebuah BTS 3G ditunjukkan oleh Gambar 3.1
CBU20 A960W
RU20A
960W
RU20A
960W
FCU10A
480W
FCU10A
480W
RU20 A
960W
-
+
48 V
Gambar 3.1 Kebutuhan daya untuk BTS[5]
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
26
Universitas Indonesia
3.1.2 Perancangan Catu Daya BTS 3G
Catu da ya B TS 3G menggunakan e nergi a lternatif yaitu t enaga s urya da n
tenaga an gin. P emilihan ke dua s umber e nergi ini berdasarkan po tensi d i lokasi
pembangunan BTS.
1. Tenaga Surya
Kebutuhan B TS s ebesar 4800 w att dapat di penuhi dengan m enggunakan
modul sel surya dengan spesifikasi :
a. Modul sel surya STPOO5S-12/Ob dengan ocV =21,40 V dan scI =0,33 A
N(series) = 480,9 21,40x
= 2,07≈3
N(paralel) = 2
480048(33 10 0.9)x x− = 336,7≈337
Hal ini berarti jumlah modul sel surya yang dibutuhkan adalah 1011 buah
b. Modul sel surya KC130TM dengan ocV =21,90 V dan scI =8,02 A
N(series) = 480,9 21,90x
= 2,03≈3
N(paralel) = 480048(8,02 0,9)x
= 13,85≈14
Hal ini berarti modul sel surya yang dibutuhkan adalah 42 buah.
2. Tenaga Angin
Kebutuhan BTS 3G sebesar 4800 w att dapat dipenuhi d engan lima buah
turbin angin 1000 watt tipe LWS-1000 dengan spesifikasi yaitu[11] :
1) Rated Power : 1000 watt
2) Rated wind speed : 6 m/s
3) Cut-in wind speed : 2 m/s
4) Wind speed protection: voltage control
5) Diameter rotor : 4 m
6) Rated output voltage : 220 V
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
27
Universitas Indonesia
3.1.3 Perancangan sistem hybrid catu daya BTS
Sistem hybrid catu daya BTS dapat dilihat pada Gambar 3.2
Modul Sel Surya
Baterai Mikrokontroller Relai I
Voltage Divider
Relai IIISwitching Regulator
Tenaga Angin
PLN
Regulator Linier
Voltage Divider
Relai II
Genset
Rectifier
Driver Genset
BTS
Gambar 3.2 Sistem hybrid catu daya BTS 3G
Sistem hybrid catu daya terdiri a tas blok pe ngontrol yang a kan memilih
penggunaan empat s umber cat u daya B TS. P ergantian p enggunaan cat u daya
menggunakan relai. Relai I memilih antara sel surya dan tenaga angin. R elai I I
memilih antara ke luaran r elai I d an P LN, sedangkan relai I II memilih antara
keluaran relai I I dan genset. Rectifier dibutuhkan untuk menyearahkan t egangan
keluaran PLN.
3.2 Perancangan Simulasi Sistem Hybrid Tenaga Surya dan Tenaga Angin
sebagai Catu Daya BTS 3G
3.2.1 Spesifikasi Beban
Beban yang d igunakan u ntuk s imulasi adalah lampu de ngan t egangan 12
volt dan daya 5 watt. Tegangan masukan lampu adalah tegangan searah.
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
28
Universitas Indonesia
3.2.2 Perancangan Simulasi Catu Daya BTS 3G
3.2.2.1 Modul sel surya
Modul s el s urya y ang digunakan m empunyai s pesifikasi yang d itunjukkan pa da
Tabel 3.1 Tabel 3.1 Data Kelistrikan modul sel surya STPOO5S-12/Ob
Parameter Kelistrikan Nilai*
Daya puncak
Tegangan puncak
Arus puncak
Tegangan hubung terbuka
Arus hubung singkat
5 W
16,80 V
0,30 A
21,40 V
0,33 A
* Standard Test Condition (STC): l evel i rradiansi 1000 W / 2m , S pektrum
AM 1.5 dan Temperatur sel surya 25 0C
‘mpp’ merupakan singkatan dari maximum power point
Modul sel surya STPOO5S-12/Ob dipilih karena modul sel surya ini telah
memenuhi ke butuhan da ya, t egangan da n arus b eban. Jumlah modul yang
digunakan dua buah.
3.2.2 Tenaga Angin[2]
Turbin angin yang digunakan a dalah turbin angin po ros vertikal bersudu
variabel yang d iletakkan d i Gedung Engineering Centre lantai 4 FTUI (lihat
lampiran 2).
Spesifikasi turbin angin yang digunakan yaitu :
1. Jenis sumbunya adalah vertikal
2. Tidak membutuhkan kecepatan angin yang tinggi
3. Mekanisme pemutar turbin angin tidak diperlukan untuk menangkap angin
4. Fabrikasi tidak rumit.
Berikut penjelasan mengenai turbin angin yang digunakan :
Profil sudu : Khusus
Bahan sudu : plat galvonil dan lembaran aluminium
Jumlah sudu : 4 buah
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
29
Universitas Indonesia
Berat setiap sudu : 4 kg
Tinggi setiap sudu : 1 m
Lebar sudu : 0,84 m
Diameter rotor : 1 inchi
Diameter selubung : 0,4 m
Diameter turbin : 1,5 kg
Berat total : 20 kg
Bahan rangka turbin : stainless steel
Bahan pendukung : carbon steel
Jenis bantalan rotor : ball bearing
Bahan selubung : fiberglass
Rancangan sudu
1. Membuat mal kurva penampang sudu
2. Membuat 12 buah rangka ( 3 buah untuk 1 sudu)
3. Tiga r angka d itempatkan di at as, t engah dan bawah lalu diselubungi
dengan aluminium dan direkatkan dengan paku keeling
4. Membuat plat untuk tempat tumpuan poros putar
Proses manufaktur
Materialnya :
1. Pipa stainless steel diameter 2,5 inchi
2. Plat profil “U” dari stainless steel
3. Empat buah sudu
4. Dua buah ball bearing
5. Poros diameter 1 inchi dua buah
6. Dua tiang penopang dengan tinggi 1700 mm dari besi karbon
7. Empat b uah p lat pe nyangga de ngan pa njang 1000 m m da ri besi k arbon
dengan profil “L”
8. Dua b uah duduka n bearing dari be si karbon de ngan be ntuk silinder
berongga
9. Dua buah pondasi bagian bawah dari besi karbon dengan profil “L”
10. Delapan buah bushing dan pasangannya dari besi karbon
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
30
Universitas Indonesia
11. Lembaran fiberglass untuk selubung dan plat galvanis untuk rangka
Manufaktur rangka
1. Memotong material p ipa stainless steel profil “U”, poros, tiang penopang,
plat penyangga, bushing, po ndasi profil “L” sesuai ukuran de ngan mesin
gerinda potong dan dihaluskan
2. Membuat dudukan bearing dengan mesin cutting plasma
Manufaktur rangka turbin angin
1. Pada p lat “U” bagian u jungnya d ibuat juring t erlebih da hulu a gar lebih
mudah dilas pada profil lingkaran
2. Proses balancing pada bagian rangka agar memiliki ketinggian yang sama
tegak lurus
3. Melakukan las titik sebelum las penuh
4. Membuat rangka turbin angin dengan menggunakan mesin las argon dan
kawat las untuk stainless steel. Bagian yang dilas penuh adalah profil “U”
dengan pipa stainless steel diameter 2,5 inchi
5. Las rumah bushing dengan las argon
Manufaktur sudu
1. Membuat mal kurva sudu agar dapat dibentuk sudu sesuai ukuran
2. Membuat kurva sudu dari mal de ngan menggunakan bahan da ri galvanis
dengan ketebalan 0,5 mm
3. Membuat r angka da ri p lat galvanis dengan ke tebalan 0, 8 mm. Rangka
diatur mengikuti pr ofil d ari kur va sudu. Jumlah r angka yang d ibutuhkan
dalam satu sudu adalah t iga. Kemudian lembaran a luminium sebagai
penutup selubung untuk rangka direkatkan dengan paku keling.
4. Untuk bushing dilas dengan argon
Proses manufaktur penopang
1. Dua b uah t iang pe nyangga bearing atas da n ba wah d isambung de ngan
tiang penopang kanan dan kiri menggunakan paku baut M8 dan M6.
2. Pada b agian po ndasi d ilakukan pr oses pe ngelasan k emudian d igerinda
agar hasilnya menjadi halus.
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
31
Universitas Indonesia
Berdasarkan pe ngambilan da ta yang d ilakukan pa da t ahun 2006 d i G edung
Engineering C entre lantai 4 F TUI d iperoleh u njuk k erja t urbin angin sebagai
berikut :
1. Kecepatan angin terhadap putaran turbin angin
Semakin cepat angin yang bertiup maka semakin cepat put aran turbin angin.
Hubungan ke cepatan a ngin (v) de ngan put aran turbin angin da pat
diperlihatkan pada persamaan :
5, 2479 0,6859vω = − (3.1)
2. Putaran turbin angin terhadap torsi
Semakin cepat putaran turbin angin maka torsi yang dihasilkan akan semakin
besar. H ubungan put aran turbin angin ( ω ) de ngan t orsi ( Τ ) da pat
diperlihatkan pada persamaan : 20,0019 1,0659 1,9407ω ωΤ = + + (3.2)
3. Putaran turbin angin terhadap daya
Semakin cepat putaran angin maka semakin besar pu la daya yang d ihasilkan
oleh turbin angin. Hubungan putaran turbin angin (ω ) dengan daya (P) dapat
diperlihatkan pada persamaan : 3 20,0043 0,0677 2,6831 10,759P ω ω ω= − + − (3.3)
3.2.3 Perancangan simulasi sistem hybrid catu daya BTS
Sistem hybrid catu daya mempunyai fitur-fitur sebagai berikut :
1. Perlindungan terhadap arus hubung singkat
2. Memberikan indikator keadaan sistem
3. Mengendalikan sistem secara otomatis melalui mikrokontroler
4. Switching regulator untuk menjaga ke stabilan keluaran d ari c atu da ya
tenaga surya dan tenaga angin
5. Regulator linier untuk mengatur tegangan masukan sistem minimum
6. Voltage divider untuk menurunkan nilai t egangan s el surya da n t enaga
angin yang akan dibandingkan oleh mikrokontroller
7. Relai sebagai saklar penyalaan catu daya ke beban
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
32
Universitas Indonesia
Rangkaian ini d irancang u ntuk da pat m engatur catu daya yang a kan
diberikan ke beban. Rangkaian ini memiliki tiga buah masukan sumber daya yang
akan diberikan, yaitu modul sel surya, turbin angin dan genset, dan sumber daya
yang memenuhi kr iteria yang akan d ijadikan sumber da ya u ntuk menyalakan
beban, dalam hal in i lampu dengan spesifikasi 12V/5W. Blok diagram rangkaian
dapat dilihat pada Gambar 3.3
Modul Sel Surya
Baterai Mikrokontroller Relai I
Voltage Divider
Lampu 5W/12V
Switching Regulator
Tenaga Angin*
Genset**
Regulator Linier
Voltage Divider
Relai II
Gambar 3.3 Blok diagram perancangan simulasi sistem hybrid tenaga surya
dan tenaga angin untuk BTS
Berikut i ni penjelasan m engenai bl ok d iagram sistem pa da G ambar 3.3
terbagi atas 8 bagian utama, yaitu :
1. Modul sel surya sebagai sumber catu daya
2. Tenaga angin sebagai sumber catu daya
3. Genset sebagai sumber catu daya
4. Switching regulator
5. Regulator tegangan meliput voltage divider dan regulator linier
6. Sistem minimum meliputi mikrokontroller
7. Switching sumber catu daya
8. Beban, yaitu lampu 12 V 5 watt
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
33
Universitas Indonesia
Pada Gambar 3.3 tegangan keluaran modul sel surya dan turbin angin akan
masuk ke da lam voltage divider sehingga m ikrokontroler dapat m embaca,
membandingkan dan m emilih ni lai tegangan y ang a kan d igunakan u ntuk
menyuplai beban.
Setelah d ilakukan pe milihan sumber catu daya yang t erpakai, maka ni lai
tegangan ini aka n d iatur ke da lam r angkaian regulator switching agar
mendapatkan nilai yang konstan sebesar 12V
Jika modul sel surya dan turbin angin tidak dapat memenuhi nilai tegangan
12 volt maka genset akan digunakan.
3.2.3 Rangkaian Switching Regulator
Switching regulator yang dipilih, yaitu buck regulator, yang d igunakan
untuk mengkonversi t egangan D C menjadi t egangan D C de ngan nilai po tensial
yang lebih rendah da n po laritas yang sama. Nilai tegangan keluaran yang d ipilih
adalah 12 volt dan nilai tegangan masukan maksimum 40 volt.
Gambar 3.4 berikut ini menunjukkan IC L4970 dilihat dari atas.
Gambar 3.4 Tampak atas L4970[Lampiran1]
Agar dapat mengatur tegangan masukan sel surya (Voc = 22,3 V dan Isc =
4,72 A) menjadi t egangan ke luaran ( Vout = 1 2 V da n I out = 4A) maka L4970
mempunyai nilai 9R = 4,7 kΩ dan R7 = 6,2 kΩ (berdasarkan datasheet L4970)
Pada Gambar 3.5 diperlihatkan rangkaian switching regulator
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
34
Universitas Indonesia
Gambar 3.5 Rangkaian switching regulator
3.2.4 Rangkaian Voltage Divider
Rangkaian voltage divider bertujuan u ntuk menurunkan nilai t egangan
keluaran dari sel surya dan tenaga angin. Sehingga nilai tegangan keduanya dapat
dibandingkan o leh mikrokontroler tanpa m erusak mikrokontroler. Pembagi
tegangan yang digunakan berjumlah dua buah(lihat Gambar 3.7)
Gambar 3.6 Pembagi tegangan
Nilai 1R = 1000 Ω dan 2R = 330 Ω
2
1 2out in
RV VR R
= ⋅+
330 .1000 330out inV VΩ
=Ω+ Ω
0, 248out inV V=
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
35
Universitas Indonesia
Pada G ambar 3.7 ditunjukkan r angkaian pembagi t egangan sumber da ya
modul sel surya dan turbin angin
Gambar 3.7 Rangkaian pembagi tegangan sumber daya modul surya dan
turbin angin
3.2.5 Rangkaian regulator linier
Regulator linier dirancang untuk m emberikan t egangan konstan pa da
mikrokontroller s ebesar 5V . R angkaian r egulator linear yang menggunakan I C
L7805 dapat dilihat pada Gambar 3.8
Gambar 3.8 Rangkaian regulator mikrokontroller
Rangkaian ini d iberikan t egangan masukan da ri baterai s ebesar 12V da n
akan memberikan tegangan keluaran sebesar 5V, untuk diberikan sebagai sumber
tegangan pada mikrokontroller. K eluaran pada I C ini d iberikan ka pasitor yang
berguna u ntuk s tabilisasi t egangan ke luaran, s ehingga t egangan ke luaran lebih
stabil. Dioda yang diberikan pada masukan IC L7805 merupakan pengaman, agar
pada s aat t erjadi k esalahan pe masangan po laritas t egangan, I C L7805 tidak
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
36
Universitas Indonesia
mengalami ke rusakan, ka rena ar us t idak mengalir ak ibat d ioda b erada da lam
posisi reverse bias. K eluaran da ri I C t ersebut d iberikan L ED s ebagai indikator
bahwa rangkaian regulator linear bekerja.
3.2.6 Rangkaian Sistem Minimum
Sistem m inimum in i me nggunakan A TMEGA16. Masukan d ari
mikrokontroler ini berasal da ri ke luaran voltage divider modul s el s urya dan
turbin a ngin. Masukannya melalui P ort.A0 da n Port.A1 yang m erupakan A DC.
Keluaran da ri mikrokontroler akan mengatur r elai yaitu P ort.C0 da n Port.C7.
Port.C0 akan memberi sinyal kepada transistor driver relai II, sedangkan Port.C7
akan memberikan sinyal kepada transistor driver relai I.
Indikator sistem menggunakan tiga buah LED yaitu :
1. LED merah indikator sumber daya baterai melalui Port.B5
2. LED kuning indikator sumber daya turbin angin melalui Port.B6
3. LED hijau indikator sumber daya modul sel surya melalui Port.B7
Mikrokontroler membandingkan t egangan modul s el s urya da n t enaga
angin dengan nilai 0 hingga 5. N ilai ini d iperoleh da ri hasil k eluaran voltage
divider. K etika nilai yang terbaca ada lah ≥ 3 m aka mikrokontroler a kan
mengganggap catu da ya memenuhi kebutuhan beban s ehingga ke luaran da ri
mikon ke r elai I a dalah ‘1’. N amun jika nilai yang t erbaca a dalah < 3 b erarti
tegangan sumber kurang dari 12 volt maka mikrokontroler akan membaca sebagai
‘0’. Rangkaian ini berfungsi untuk membaca ni lai tegangan sumber t enaga surya
dan tenaga a ngin. Kemudian membandingkan k eduanya da n a khirnya memilih
sumber t egangan yang sesuai de ngan ke butuhan beban. H asil pe rbandingan ini
akan diberikan pengontrol ke relai I dan relai II.
Rangkaian sistem minimum dapat dilihat pada Gambar 3.9
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
37
Universitas Indonesia
Gambar 3.9 Rangkaian sistem minimum
3.2.7 Rangkaian Switching Sumber Catu Daya
Rangkaian switching sumber catu daya berguna s ebagai pe nsaklaran
sumber t egangan yang a kan d ipakai beban. R angkaian in i me nggunakan relai.
Relai mempunyai masukan pe ngontrol da ri mikrokontroler. M ikrokontroler
memilih sumber daya yang nilai keluarannya sesuai dengan kebutuhan beban.
Cara kerja rangkaian switching catu daya, yaitu(lihat Gambar 3.10):
a. R elai I be rfungsi u ntuk memilih antara s umber tenaga s urya da n t enaga a ngin.
Jika salah satu nilai sumber t ersebut sesuai de ngan ke butuhan maka relai I akan
dalam keadaan on.
b. Relai II mempunyai masukan dari relai I dan baterai. Ketika relai I dalam keadaan
on maka r elai a kan langsung memilih keluaran da ri r elai I . D emikian pu la jika
relai I dalam keadaan off m aka ke luaran dari r elai I I adalah nilai t egangan dari
baterai.
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
38
Universitas Indonesia
Sebuah r elay t ersusun at as ku mparan, pe gas, saklar ( terhubung pada
pegas) dan 2 kontak elektronik, yaitu :
1. Normally close (NC) : saklar terhubung dengan kontak ini saat relay tidak aktif
atau dapat dikatakan saklar dalam kondisi terbuka.
2. Normally open (NO) : saklar terhubung dengan kontak ini saat relay akt if atau
dapat dikatakan saklar dalam kondisi tertutup.
Relai da pat b ekerja ka rena ada medan magnet yang digunakan un tuk
menggerakkan saklar. Saat kumparan d iberikan t egangan sebesar t egangan kerja
relay maka akan t imbul medan magnet pada kumparan karena adanya arus yang
mengalir pa da lilitan ka wat. K umparan yang bersifat s ebagai e lektromagnet ini
kemudian akan menarik saklar dari kontak NC ke kontak NO. Jika tegangan pada
kumparan dimatikan m aka m edan magnet pa da k umparan a kan hilang sehingga
pegas akan menarik saklar ke kontak NC
Rangkaian driver relai d ipicu oleh t egangan ke luaran dari mikrokontroler
yaitu bernilai 1 d an 0. Tegangan t ersebut m enggerakkan t ransistor y ang
dimanfaatkan s ebagai s aklar t ransistor y aitu t ransistor 2N 2219. S inyal ko ntrol
yang berasal dari mikrokontroler mengkondisikan transistor pada kondisi saturasi
atau cutoff-nya. Bila s inyal kontrol bernilai tinggi (1) maka nilai VBE > 0,7 volt,
sehingga t ransistor saturasi. Resistor 1 kΩ berfungsi untuk membatasi arus yang
mengalir pada basis transistor yaitu sebesar 5 mA. Pada kondisi sebaliknya maka
transistor cutoff sehingga relay berada pada kondisi normalnya.
Gambar 3.10 Rangkaian switching catu daya
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
39
Universitas Indonesia
BAB IV
ANALISIS SISTEM HYBRID CATU DAYA BTS 3G
Analisis Perancangan Sistem Hybrid Catu Daya BTS
4.1.1 Modul Sel Surya
Jumlah pemasangan modul s el surya t ergantung dengan nilai ocV dan scI .
Berdasarkan pe rhitungan[6] d iperoleh bahwa modul s el s urya y ang diperlukan
yaitu
a. 1011 buah modul sel surya tipe STPOO5S-12/Ob de ngan ocV =21,40 V da n
scI =0,33 A yaitu 3 modul tersusun seri dan 337 modul tersusun parallel
b. 42 buah modul sel surya t ipe KC130TM dengan ocV =21,90 V dan scI =8,02 A
yaitu 3 modul tersusun seri dan 14 modul tersusun paralel.
Pemasangan modul s el surya bisa d ilakukan d engan membangun t empat
modul sel surya dekat menara BTS.
4.1.2 Turbin angin
Turbin a ngin yang d igunakan yaitu lima buah t urbin a ngin 1000 w att.
Kecepatan angin di Indonesia yang rendah menyebabkan spesifikasi turbin angin
yang digunakan mempunyai rating yang kecil yaitu 6 m/s.
4.1.3 Analisis sistem hybrid catu daya BTS
Sistem hybrid catu da ya BTS d itunjukkan o leh G ambar 4.1. Sistem catu
daya BTS t erdiri da ri empat komponen yaitu modul s el surya, t urbin a ngin da n
PLN serta genset. Sistem hybrid yang digunakan adalah offline atau keluaran dari
modul sel surya dan turbin angin mencatu baterai sebelum dihubungkan ke beban.
Hal ini untuk menjaga agar catu daya tetap terjamin kontiniu dan bernilai konstan
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
40
Universitas Indonesia
Modul Sel Surya
Baterai Mikrokontroller Relai I
Voltage Divider
Relai IIISwitching Regulator
Tenaga Angin
PLN
Regulator Linier
Voltage Divider
Relai II
Genset
Rectifier
Driver Genset
BTS
Gambar 4.1 Sistem Hybrid Catu Daya BTS 3G
Pengontrol s istem hybrid akan membandingkan t egangan k eluaran s el
surya d an t urbin a ngin. B lok p engontrol ini t erdiri atas voltage divider,
mikrokontroler da n switching regulator. Voltage divider bertujuan u ntuk
menurunkan ni lai tegangan m odul s el surya da n t urbin angin yang ke mudian
dibandingkan oleh mikrokontroler.
Catu daya utama yaitu modul sel surya. Hal ini karena irradiansi matahari
untuk daerah Indonesia terutama pantai termasuk tinggi dan lebih stabil. Hal yang
perlu d iperhatikan a dalah t ingkat e fisiensi modul harus t inggi sehingga luas
daerah yang dipasang modul sel s urya da pat d iminimal. C atu da ya ke dua yaitu
turbin angin. Kecepatan a ngin yang tinggi d i da erah pa ntai da pat d imanfaatkan
untuk mengisi baterai sebagai cadangan catu daya BTS dan pengganti modul sel
surya jika daya keluaran modul sel surya kurang dari 4800 watt. Baterai discharge
oleh t urbin angin da n modul sel s urya. B aterai a kan t erhubung dengan r elai
kemudian ke BTS.
Ketika tegangan baterai tidak mencukupi maka rangkaian pengontrol akan
mengaktifkan PLN untuk menyuplai BTS melalui r elai I . Kemudian ketika PLN
padam maka genset akan digunakan mencatu BTS.
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
41
Universitas Indonesia
Sistem hybrid ini a kan menjamin ke terlangsungan s uplai da ya B TS 3G
dan penggunaannya lebih hemat karena menggunakan energi alternatif.
Rangkaian s istem hybrid tidak m emerlukan rectifier karena t egangan
keluaran dari catu da ya adalah searah da n beban membutuhkan t egangan searah
pula. Penggunaan t enaga s urya da n t enaga a ngin memungkinkan pe mbangunan
BTS da pat di lakukan d i da erah yang memiliki p otensi t enaga s urya da n t enaga
angin yang mencukupi kebutuhan BTS.
4.2 Perancangan Simulasi Sistem Hybrid Catu Daya BTS
Simulasi sistem hy brid i ni m enggunakan tiga catu daya, y aitu m odul s el surya,
turbin angin dan genset yang akan diganti dengan baterai.
4.2.1 Pengolahan data klimatologi BMKG wilayah Serpong tanggal 3 April
2009
Analisis di lakukan de ngan menggunakan da ta klimatologi b ulan April
2009 yang d iperoleh da ri B MKG u ntuk w ilayah Serpong. D ata yang d igunakan
adalah tanggal 3 April 2009. Pengambilan data mengenai irradiansi matahari dan
kecepatan angin dilakukan setiap satu menit. Dimulai dari pukul 00.00.04 hingga
23.59.04. P engolahan da ta s elama 1 hari ini un tuk mengetahui switching
penggunaan t iga s umber c atu da ya yaitu pa nel s urya, t urbin a ngin da n baterai.
Pengolahan data secara lengkap dapat dilihat pada lampiran 3.
4.2.1.1 Modul sel surya
Modul sel surya yang digunakan mempunyai daya keluaran sebesar 5 w att untuk
irradiansi 1000 2/watt m , s edangkan nilai irradiansi t idak mencapai 100 0 2/watt m , maka digunakan dua buah modul yang tersusun secara parallel. Hal ini
akan m enyebabkan modul sel surya STPOO5S-12/Ob de ngan ocV =21,40 V dan
scI =0,33 A akan mempunyai nilai tegangan keluaran dan daya sebesar :
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
42
Universitas Indonesia
N(series) = 0,9
out
oc
VxV
( ) 0,9out ocV N series x xV=
1 0,9 21,40outV x x=
19,26outV V=
N(paralel) =( 0,9)
out
out sc
PV I x
( ). . .0,9out out scP N paralel V I=
2 19,26 0,33 0,9outP x x x= 11,44outP = watt
Hal ini berarti sel surya yang digunakan memenuhi kebutuhan beban sebesar 5
watt/12 V
1. Efisiensi modul sel surya yang digunakan
Modul sel s urya y ang digunakan m empunyai daya k eluaran s ebesar 11, 44 watt
untuk irradiansi 1000 2/watt m . Luas modul sel surya adalah 0,126 2m . Hal ini
berarti nilai daya masukan untuk modul sel surya adalah :
0,126masukanP = 2m x 1000 2/watt m = 126 watt
nilai efisiensi modul sel surya yaitu :
100%keluaranpanel
masukan
P xP
η =
11,4 100%126panel
watt xwatt
η =
9,04%panelη =
Maka diperoleh nilai efisiensi modul sel surya yang digunakan adalah 9,04%.
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
43
Universitas Indonesia
2. Pengolahan data modul sel surya
1) Pada pukul 09.08.04 Irradiansi matahari tercatat 569,356 2/watt m .
Hal ini berarti untuk luas 1 2m diperoleh daya sebesar 569,356 watt.
Luas modul sel surya yang digunakan adalah 0,30m x 0,21 m atau
0,063 2m . Modul sel surya yang digunakan dua buah sehingga luas
modul keseluruhan adalah 0,126 2m .
Untuk irradiansi 569,356 2/watt m , modul sel surya dapat menyerap
sebesar daya sebesar :
0,126masukanP = 2m x 569,356 2/watt m = 71,738 watt
Untuk efisiensi modul sel surya sebesar 9,04% maka daya keluaran
modul sel surya adalah
9,04% 71,738keluaranP x watt=
6, 486keluaranP watt=
Hal ini berarti untuk pukul 09.08.04 irradiansi matahari sebesar
569,356 2/watt m dan modul sel surya dapat menghasilkan daya
sebesar 6,486 watt.
2) Pada pukul 09.09.04 Irradiansi matahari tercatat 425,675 2/watt m .
Hal ini berarti untuk luas 1 2m diperoleh daya sebesar 425,675 watt.
Luas modul sel surya yang digunakan adalah 0,30m x 0,21 m atau
0,063 2m . Modul sel surya yang digunakan dua buah sehingga luas
modul keseluruhan adalah 0,126 2m .
Untuk irradiansi 425,675 2/watt m , modul sel surya dapat menyerap
sebesar daya sebesar :
0,126masukanP = 2m x 425,675 2/watt m = 53,635 watt
Untuk efisiensi panel surya sebesar 9,04% maka daya keluaran
modul sel surya adalah
9,04% 53,635keluaranP x= watt
4,848keluaranP = watt
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
44
Universitas Indonesia
Tabel 4.2 menunjukkan contoh pengolahan data panel surya untuk pukul 09:24:04
hingga pukul 09:43:04 Tabel 4.2 Daya keluaran panel surya
No Waktu Irradiansi matahari
( 2/watt m ) Daya masukan
(watt) Daya keluaran
(watt) 1 9:08:04 569,356 122,981 11,117 2 9:09:04 425,675 91,946 8,312 3 9:10:04 531,475 114,799 10,378 4 9:11:04 443,223 95,736 8,655 5 9:12:04 411,431 88,869 8,034 6 9:13:04 359,202 77,588 7,014 7 9:14:04 364,673 78,769 7,121 8 09:15:04 405,238 87,531 7,913 9 09:16:04 463,247 100,061 9,046
10 09:17:04 544,584 117,630 10,634 11 09:18:04 600,941 129,803 11,734 12 09:19:04 601,457 129,915 11,744 13 09:20:04 565,744 122,201 11,047 14 9:21:04 754,325 162,934 14,729 15 9:22:04 803,767 173,614 15,695 16 9:23:04 812,128 175,420 15,858 17 9:24:04 801,496 173,123 15,650 18 9:25:04 777,446 167,928 15,181 19 9:26:04 771,563 166,658 15,066 20 9:27:04 566,157 122,290 11,055
4.2.1.2. Pengolahan data daya keluaran turbin angin
Turbin angin yang digunakan mempunyai khakteristik sebagai berikut :
a. Persamaan putaran turbin angin terhadap kecepatan angin
5,2479 0,6859vω = −
b. Persamaan putaran turbin angin terhadap torsi 20,0019 1,0659 1,9407ω ωΤ = + +
c. Persamaan putaran turbin angin terhadap daya keluaran turbin 3 20,0043 0,0677 2,6831 10,759P ω ω ω= − + −
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
45
Universitas Indonesia
1. Pengolahan data kecepatan angin
1) Pada pukul 09.08.04 Kecepatan angin tercatat sebesar 0,684 knot
Kecepatan angin 0,684 knot diubah ke dalam SI menjadi 1,329 m/s.
Ketinggian pengukuran adalah 4 m, sedangkan turbin angin diletakkan
setinggi 21 m, maka kecepatan angin untuk ketinggian 21 m dapat
diperoleh melalui persamaan 2.5 0,25
12 1
2
hv vh
=
0.25
2211,329m/s4
mvm
=
2 2,014v = m/s
Kecepatan angin 2,014 m/s akan menghasilkan putaran turbin sebesar :
(5, 2479 0,6859)vω = − rpm
(5,2479 2,014 0,6859)xω = − rpm
9,882ω = rpm
Maka daya keluaran turbin angin yaitu :
3 20,0043 0,0677 2,6831 10,759P ω ω ω= − + −
( ) ( )3 20,0043 9,882 0,0677 9,882 2,6831(9,882) 10,759P = − + −
13,293P = watt
b. Pada waktu 09.25.04 Kecepatan angin tercatat sebesar 0,45 knot
Kecepatan a ngin 0, 45 kn ot di ubah ke da lam SI m enjadi 0, 874 m/s.
Ketinggian pe ngukuran a dalah 4 m, sedangkan turbin a ngin d iletakkan
setinggi 21 m, maka ke cepatan a ngin u ntuk ke tinggian 21 m d apat
diperoleh melalui persamaan 2.5
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
46
Universitas Indonesia
0,25
12 1
2
hv vh
=
0.25
2210,874m/s4
mvm
=
2 1,324v = m/s
Kecepatan angin 1,324 m/s akan menghasilkan putaran turbin sebesar :
(5, 2479 0,6859)vω = − rpm
(5,2479 1,324 0,6859)xω = − rpm
6,263ω = rpm
Maka daya keluaran turbin angin yaitu :
3 20,0043 0,0677 2,6831 10,759P ω ω ω= − + −
( ) ( )3 20,0043 6,263 0,0677 6,263 2,6831(6,263) 10,759P = − + −
4, 445P = watt
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
47
Universitas Indonesia
Tabel 4.3 menunjukkan contoh pengolahan data turbin angin untuk pukul
09:08:04 hingga pukul 09:27:04
Tabel 4.3 Daya keluaran turbin angin
No Waktu Kecepatan angin (knot)
Kecepatan angin (m/s)
Putaran Turbin Angin
(rpm)
Daya keluaran
(watt) 1 09:08:04 0,684 2,014 9,882 13,293
2 09:09:04 1,040 3,060 15,371 30,103
3 09:10:04 0,645 1,898 9,273 11,728
4 09:11:04 1,318 3,879 19,671 48,556
5 09:12:04 1,040 3,060 15,371 30,103
6 09:13:04 0,523 1,538 7,385 7,094
7 09:14:04 0,743 2,187 10,793 15,719
8 09:15:04 0,572 1,684 8,151 8,941
9 09:16:04 0,413 1,216 5,696 3,122
10 09:17:04 0,566 1,664 8,048 8,691
11 09:18:04 0,624 1,837 8,953 10,922
12 09:19:04 0,365 1,075 4,954 1,394
13 09:20:04 0,877 2,580 12,855 21,681
14 09:21:04 0,807 2,375 11,776 18,470
15 09:22:04 0,260 0,764 3,325 -2,427
16 09:23:04 0,721 2,121 10,443 14,774
17 09:24:04 1,190 3,501 17,687 39,310
18 09:25:04 0,450 1,324 6,263 4,445
19 09:26:04 0,597 1,756 8,531 9,872
20 09:27:04 0,507 1,698 8,223 9,117
4.2.2 Analisis simulasi sistem hybrid catu daya
4.2.2.1 Analisis pengolahan data untuk waktu 24 jam
1. Analisis irradiansi matahari terhadap waktu
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
48
Universitas Indonesia
Gambar 4.2 memperlihatkan nilai irradiansi matahari sepanjang 24 jam
pada tanggal 3 April 2009.
Irradiansi matahari terhadap waktu
0
200
400
600
800
1000
1200
waktu (s)
Irrad
ians
i mat
ahar
i (w
att/m
2)
Gambar 4.2 Kurva irradiansi matahari terhadap waktu
Irradiansi matahari mulai mengalami k enaikan p ukul 05. 44.04 na mun
nilainya t idak mencukupi untuk kebutuhan beban. Nilai e fisiensi modul
sel surya 9,04% maka irradiansi minimum yang harus ada yaitu :
min 2
59,04% 0,126imum
wattIrradiansix m
=
min 438,96imumIrradiansi = 2/watt m
Nilai ir radiansi m inimum in i b aru diperoleh pukul 08:15:05, na mun
belum stabil. I rradiansi baru stabil saat pukul 08:50:04. Nilai irradiansi
yang m engalami kenaikan secara b ertahap i ni m enyebabkan tenaga
surya dipilih menjadi prioritas utama sebagai catu daya.
2. Analisis daya keluaran modul surya
Gambar 4.3 memperlihatkan daya keluaran modul sel surya sepanjang 24
jam pada tanggal 3 April 2009
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
49
Universitas Indonesia
Daya keluaran panel surya terhadap waktu
0
2
4
6
8
10
12
waktu (s)
Day
a ke
luar
an(w
att)
Gambar 4.3 Kurva daya keluaran modul sel surya terhadap waktu 24 jam
Pada Gambar 4.3 terlihat bahwa nilai daya keluaran 5 watt diperoleh di
siang hari dan nilainya relatif konstan di atas 5 watt. Hal ini berarti pagi
hari dan malam hari catu daya tenaga surya tidak digunakan.
3. Analisis kecepatan angin terhadap waktu
Gambar 4.4 memperlihatkan nilai kecepatan angin pada ketinggian 21 m
sepanjang 24 jam pada tanggal 3 April 2009.
Kecepatan angin terhadap waktu
0
1
2
3
4
5
6
waktu (s)
Kec
epat
an a
ngin
(m/s
)
Gambar 4.4 Kurva kecepatan angin terhadap waktu
Kecepatan a ngin ke naikan puku l 04. 57.04 na mun nilainya t idak
mencukupi u ntuk ke butuhan be ban. Kecepatan a ngin bersifat fluktuatif
sehingga t urbin a ngin menjadi pr ioritas ke dua s ebagai cat u daya.
Terlihat bahwa ke cepatan angin di daerah serpong termasuk rendah,
maka turbin a ngin ya ng sesuai ya itu t ipe poros vertikal. Pemilihan sudu
variabel agar turbin lebih lentur dalam menangkap angin.
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
50
Universitas Indonesia
4. Analisis daya keluaran turbin angin
Gambar 4.5 memperlihatkan daya keluaran turbin angin sepanjang 24 jam
pada tanggal 3 April 2009
Daya keluaran turbin angin terhadap waktu
-200
20406080
100120
waktu (s)
Day
a ke
luar
an tu
rbin
an
gin
(wat
t)
Gambar 4.5 Kurva daya keluaran turbin angin terhadap waktu 24 jam
Pada G ambar 4.5 t erlihat bahwa nilai da ya ke luaran t urbin a ngin pun
terjadi s iang h ari. Namun ketika m odul s el surya cukup m emenuhi
kebutuhan beban maka da ya ke luaran t urbin angin d igunakan u ntuk
mengisi baterai. Baterai ini dapat digunakan saat matahari telah tenggelam
dan angin yang bertiup tidak mampu memutar turbin.
4.2.2.1 Analisis pengolahan data
1. Analisis pengolahan data modul sel surya
Pada Tabel 4.2 terlihat b ahwa d aya t enaga surya yang dapat di peroleh
cukup besar namun tingkat efisiensi m odul s el s urya y ang h anya 9 ,04%
menyebabkan daya keluaran modul sel surya tergolong rendah.
Nilai i rradiansi m atahari y ang tidak m encapai nilai 1000 2/watt m
menyebabkan daya keluaran untuk satu modul t idak mencapai 5 w att, sedangkan
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
51
Universitas Indonesia
kebutuhan beban adalah 5 watt maka modul yang digunakan berjumlah dua buah
dan disusun paralel.
Berdasarkan pengolahan data maka potensi tenaga surya dapat digunakan
untuk pengujian simulasi sistem hybrid catu daya.
2. Analisis pengolahan data turbin angin
Berdasarkan Tabel 4.3 terlihat bahwa kecepatan angin di daerah Serpong
termasuk rendah n amun m encukupi untuk m enyuplai b eban. Nilai daya y ang
minus menandakan bahwa t urbin a ngin bersifat s ebagai k ipas a ngin. U ntuk
mengatasi hal ini maka turbin angin di-off dari sistem catu daya.
3. Analisis sistem hybrid catu daya Tabel 4.4 Perbandingan daya keluaran tenaga surya dan tenaga angin
No Waktu
Tenaga Surya Tenaga Angin
Keterangan Irradiansi Matahari
( 2/watt m )
Daya Keluaran
(watt)
Kecepatan angin (knot)
Daya Keluaran
(watt) 1 9:08:04 569,356 6,485 0,684 13,293 Tenaga Surya
2 9:09:04 425,675 4,849 1,040 30,103 Tenaga Angin
3 9:10:04 531,475 6,054 0,645 11,728 Tenaga Surya
4 9:11:04 443,223 5,048 1,318 48,556 Tenaga Surya
5 9:12:04 411,431 4,686 1,040 30,103 Tenaga Angin
6 9:13:04 359,202 4,091 0,523 7,094 Tenaga Angin
7 9:14:04 364,673 4,154 0,743 15,719 Tenaga Angin
8 9:15:04 405,238 4,616 0,572 8,941 Tenaga Angin
9 9:16:04 463,247 5,277 0,413 3,122 Tenaga Surya
10 9:17:04 544,584 6,203 0,566 8,691 Tenaga Surya
11 9:18:04 600,941 6,845 0,624 10,922 Tenaga Surya
12 9:19:04 601,457 6,851 0,365 1,394 Tenaga Surya
13 9:20:04 565,744 6,444 0,877 21,681 Tenaga Surya
14 9:21:04 754,325 8,592 0,807 18,470 Tenaga Surya
15 9:22:04 803,767 9,155 0,260 -2,427 Tenaga Surya
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
52
Universitas Indonesia
16 9:23:04 812,128 9,250 0,721 14,774 Tenaga Surya
17 9:24:04 801,496 9,129 1,190 39,310 Tenaga Surya
18 9:25:04 777,446 8,855 0,450 4,445 Tenaga Surya
19 9:26:04 771,563 8,788 0,597 9,872 Tenaga Surya
20 9:27:04 566,157 6,449 0,577 9,117 Tenaga Surya
Data yang dianalisis a dalah da ta da ri puku l 09.08.04 hi ngga puku l
09.27.04. Nilai ir radiansi yang berfluktuatif de ngan rentang nilai 359,202 2/watt m hingga 812, 128 2/watt m menyebabkan d iperlukan c atu da ya ke dua
untuk m enyuplai be ban. Nilai min imumirradiansi untuk m enyuplai be ban y aitu
438,96 2/watt m . S aat ni lai irradiansi matahari ≥ 438,96 2/watt m maka panel
surya a kan d igunakan s ebagai sumber cat u daya. N amun ke tika irradiansi
matahari ≤ 438,96 2/watt m maka pa nel s urya aka n berada da lam ko ndisi off.
Selanjutnya r angkaian ko ntroller a kan melihat ni lai da ya k eluaran d ari t urbin
angin. Ketika daya keluaran turbin angin ≥ 5 watt maka turbin angin akan dipilih
sebagai catu daya beban (lihat data ke-2 Tabel 4.4).
4.3 Rancang Bangun Simulasi Sistem Hybrid Catu Daya BTS
Simulasi s istem hybrid ini menggunakan t iga catu da ya, yaitu modul s el
surya, turbin angin dan genset. Untuk pengujian simulasi sistem hybrid digunakan
catu daya P LN s ebagai ga nti t urbin a ngin. H al ini d ilakukan k arena kekuatan
angin yang r endah da n t idak t ersedianya ge nerator y ang d apat menghasilkan
tegangan 12 volt dengan rpm yang rendah, sedangkan ge nset d igantikan de ngan
baterai 12 volt. B aterai yang d igunakan s atu b uah u ntuk s uplai da ya
mikrokontroler dan suplai BTS.
Rangkaian s istem hybrid telah d irealisasikan ke da lam r angkaian
elektronika menggunakan PCB. Kemudian sistem diletakkan dalam sebuah kotak.
Kotak tersebut mempunyai t iga pasang masukan untuk keluaran modul sel surya,
PLN da n baterai. T erdapat pul a t iga buah lampu L ED s ebagai indikator s etiap
catu daya.
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
53
Universitas Indonesia
4.2.2 Pengujian sistem simulasi hybrid catu daya
Pengujian sistem ini menggunakan :
1. Modul sel surya STPOO5S-12/Ob dua buah
2. Baterai 12 volt 1 buah
3. Catu daya PLN sebagai p engganti t urbin a ngin de ngan menggunakan adaptor
sehingga tegangan keluaran 20 volt dan 6 volt.
4. Digital mu ltimeter H eles UX-838TR d igunakan u ntuk mengukur t egangan
keluaran modul sel surya
5. Rangkaian switching regulator
6. Rangkaian sistem minimum ATMEGA16
7. Rangkaian regulator linier
8. Rangkaian switching sumber catu daya
9. Lampu 12V/5 watt
Pengujian d ilakukan s aat cua ca b erfluaktif s ehingga da pat di lihat ke rja
sistem yang dirancang dalam switching catu da ya. P engujian d ilakukan pa da
tanggal 5 J uli 2009 pukul 12 .00 di Gedung Engineering Centre. C uaca b ersifat
fluaktif ka rena a da a wan yang menyebabkan t erkadang sinar m atahari tertutup
oleh a wan sehingga a da ke mungkinan t egangan keluaran modul sel s urya t idak
selalu memenuhi kebutuhan beban.
Pengujian yang dilakukan meliputi :
1. Pemasangan catu daya baterai 12 volt
2. Pemasangan catu daya baterai, modul sel surya dan PLN tegangan 20 volt
3. Pemasangan catu daya baterai, modul sel surya dan PLN tegangan 6 volt
4.2.3 Analisis pengujian sistem simulasi hybrid catu daya
Data pengukuran keluaran sel surya berkisar antara 4,6 volt hingga 19,45
volt. P erubahan nilai t egangan pa da multimeter b erlangsung cepa t na mun tidak
terlalu berpengaruh pada s istem hybrid karena pe rubahan yang t erjadi t idak
signifikan. Pergerakan a wan menutupi matahari berlangsung pelan s ehingga
perubahan irradiansi matahari tidak terlalu besar.
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
54
Universitas Indonesia
Untuk analisis pengujian ha nya m enggunakan empat bua h data y ang
menyebabkan lampu LED nyala bergantian
1. Data ketika catu da ya baterai d ipasang ke a lat sedangkan dua buah c atu lain
tidak digunakan.
Pengujian ini d ilakukan pe rtama ka li ka rena c atu da ya mikrokontoler
diperoleh da ri baterai s edangkan s istem harus s elalu menyala. D alam
pengujian in i la mpu LED me rah me nyala y ang be rarti ind ikator kalau beban
disuplai oleh catu daya ke-3 yaitu baterai. Dalam kondisi ini relai I bersifat off
sehingga m ikrokontroler me merintahkan r elai II un tuk menyambungkan
baterai dengan beban.
2. Data ketika t iga buah cat u daya d ipasang ke alat dan nilai t egangan PLN 20
volt
a. Multimeter mencatat keluaran modul sel surya 19,76 volt
a) Catu daya modul sel surya
Tegangan keluaran modul sel surya sebesar 19,76 volt akan masuk ke
dalam voltage divider, s ehingga k eluaran voltage divider yaitu
0, 248 19,48outV x V= = 4.831 volt.
Tegangan masukan pada Port.A0 adalah 4,831 volt
b) Catu daya PLN 20 Volt
Tegangan keluaran PLN sebesar 20 volt akan masuk ke dalam voltage
divider, s ehingga k eluaran voltage divider yaitu 0, 248 20outV x V= =
4,96 volt.
Tegangan masukan pada Port.A1 adalah 4,831 volt
Mikrokontroler akan mempunyai keluaran port.C7 bernilai 1, sehingga
masukan t ransistor driver relai I adalah 1. Hal ini akan menyebabkan
masukan t ransistor m emberikan ke luaran nilai 0 pa da r elai I , maka
relai I akan mempunyai keluaran 1. Pada kondisi ini Port.C0 bernilai 0
sehingga masukan t ransistor driver II y aitu 0. H al ini a kan
menyebabkan m asukan untuk mengontrol r elai II y aitu 0 s ehingga
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
55
Universitas Indonesia
relai II akan bernilai 1 sehingga menghubungkan beban dengan relai I
dan r elai I a kan menghubungkan beban de ngan modul sel s urya.
Berarti pada keadaan ini catu daya yang digunakan ada lah modul sel
surya da n da pat d ilihat bahwa l ampu i ndikator y ang menyala adalah
berwarna hijau.
c) Catu daya Baterai 12 V
Penggunaan catu daya baterai hanya untuk menyuplai mikrokontroler.
b. Multimeter mencatat keluaran modul sel surya 5,46 volt
a) Catu daya modul sel surya
Tegangan keluaran modul sel surya sebesar 19,76 volt akan masuk ke
dalam voltage divider, s ehingga k eluaran voltage divider yaitu
0, 248 5,46outV x V= = 1,35 volt.
Tegangan masukan pada Port.A0 adalah 1,35 volt
b) Catu daya PLN 20 Volt
Tegangan keluaran PLN sebesar 20 volt akan masuk ke dalam voltage
divider, s ehingga k eluaran voltage divider yaitu 0, 248 20outV x V= =
4,96 volt.
Tegangan masukan pada Port.A1 adalah 4,831 volt
Mikrokontroler a kan mempunyai k eluaran P ort.C7 b ernilai 0,
sehingga masukan t ransistor driver relai I ada lah 0. H al ini akan
menyebabkan m asukan transistor memberikan s inyal kontrol ni lai 1
pada relai I, maka relai I akan mempunyai keluaran 0.
Pada ko ndisi ini P ort.C0 b ernilai 0 ka rena nilai t egangan P LN
mencukupi ke butuhan b eban, sehingga m asukan transistor driver II
yaitu 0. Hal ini akan menyebabkan masukan untuk mengontrol relai II
yaitu 0 s ehingga r elai I I a kan bernilai 1 sehingga menghubungkan
beban de ngan r elai I da n r elai I a kan menghubungkan beban de ngan
PLN. Berarti pada keadaan ini catu daya yang digunakan adalah PLN
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
56
Universitas Indonesia
dan d apat d ilihat b ahwa lampu indikator y ang menyala a dalah
berwarna kuning.
c) Catu daya Baterai 12 V
Penggunaan catu daya baterai hanya untuk menyuplai mikrokontroler.
3. Data ketika tiga buah catu daya dipasang ke alat dan nilai tegangan PLN 6 volt
a. Multimeter mencatat keluaran modul sel surya 17,14 volt
a) Catu daya modul sel surya
Tegangan keluaran modul sel surya sebesar 17,14 volt akan masuk ke
dalam voltage divider, s ehingga k eluaran voltage divider yaitu
0, 248 17,14outV x V= = 4,25 volt.
Tegangan masukan pada Port.A0 adalah 4,25volt
b) Catu daya PLN 6 Volt
Tegangan ke luaran PLN sebesar 6 volt akan masuk ke dalam voltage
divider, s ehingga ke luaran voltage divider yaitu 0, 248 6outV x V= =
1,488 volt.
Tegangan masukan pada Port.A1 adalah 1,488 volt
Mikrokontroler a kan mempunyai k eluaran P ort.C7 bernilai 1,
sehingga masukan t ransistor driver relai I ada lah 1. Hal i ni a kan
menyebabkan masukan t ransistor m emberikan sinyal ko ntrol nilai 0
pada relai I , maka relai I akan mempunyai ke luaran 1. Hal in i berarti
relai I akan memilih modul sel surya sebagai catu daya
Pada kondisi ini Port.C0 bernilai 0 karena relai I dalam kondisi on,
sehingga masukan t ransistor driver II y aitu 0. H al ini a kan
menyebabkan m asukan untuk mengontrol relai II y aitu 0 s ehingga
relai II akan bernilai 1 sehingga menghubungkan beban dengan relai I
dan relai I a kan menghubungkan beban de ngan PLN. B erarti pa da
keadaan i ni catu da ya yang d igunakan a dalah modul s el surya dan
dapat di lihat b ahwa lampu indikator yang menyala a dalah b erwarna
hijau.
c) Catu daya Baterai 12 V
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
57
Universitas Indonesia
Penggunaan catu daya baterai hanya untuk menyuplai mikrokontroler.
b. Multimeter mencatat keluaran modul sel surya 4,6 volt
a) Catu daya modul sel surya
Tegangan k eluaran modul s el s urya sebesar 4, 6 volt a kan masuk ke
dalam voltage divider, s ehingga k eluaran voltage divider yaitu
0, 248 4,6outV x V= = 1,14 volt.
Tegangan masukan pada Port.A0 adalah 1,14 volt
b) Catu daya PLN 6 Volt
Tegangan keluaran PLN sebesar 6 v olt akan masuk ke dalam voltage
divider, s ehingga ke luaran voltage divider yaitu 0, 248 6outV x V= =
1,488 volt.
Tegangan masukan pada Port.A1 adalah 1,488 volt
Pada kondisi ini P ort.C0 b ernilai 1 ka rena modul s el s urya da n
PLN t idak memenuhi s yarat s ebagai ca tu daya b eban., s ehingga
masukan t ransistor driver II y aitu 1. H al ini akan menyebabkan
masukan u ntuk m engontrol r elai I I yaitu 1 sehingga r elai I I a kan
bernilai 0 sehingga m enghubungkan b eban ba terai B erarti pada
keadaan ini catu daya yang digunakan adalah baterai dan dapat dilihat
bahwa lampu indikator yang menyala adalah berwarna merah.
c) Catu daya Baterai 12 V
Baterai 12 volt tidak dibaca o leh mikrokontroler ka rena nilai
tegangannya konstan.
Berdasarkan pe ngujian t erlihat b ahwa s istem be kerja de ngan ba ik u ntuk
membaca da n membandingkan t egangan catu da ya k emudian mengeluarkan
sinyal u ntuk mengontrol r elai melalui drivernya. Waktu de lay yang d iperlukan
oleh relay yaitu selama 2 ms (lihat pada lampiran 2)
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
58
Universitas Indonesia
BAB V
KESIMPULAN
1. Perancangan sistem hybrid tenaga s urya d an t enaga angin u ntuk menyuplai
BTS 3G m embutuhkan 42 b uah modul s el s urya tipe KC130TM de ngan
ocV =21,90 V da n scI =8,02 A dengan 3 modul t ersusun seri da n 14 modul
tersusun paralel serta turbin angin tipe LWS-1000 sebanyak 5 buah.
2. Perancangan simulasi sistem hybrid menggunakan
a. dua buah modul sel surya tipe STPOO5S-12/Ob dengan ocV =21,40 V dan
scI =0,33 A a kan mempunyai nilai t egangan ke luaran da n da ya sebesar
19,26 V dan daya 11,44 watt
b. turbin angin poros horizontal bersudu variabel.
3. Simulasi s istem hybrid tenaga surya dan tenaga angin sebagai catu daya BTS
3G mempunyai waktu delay switching sistem selama 2 ms.
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
59
Universitas Indonesia
DAFTAR REFERENSI
[1] Fateta, Energi Angin, IPB, Bogor, 2004
[2] Harliman, Niko dan Supriyatna, Yanto.,Pembangkitan daya dengan
menggunakan kincir angin poros vertikal bersudu variabel, skripsi,
Departemen Mesin Fakultas Teknik Universitas Indonesia, Depok, 2006
[3] Patel, Mukul R., Wind and Solar Power Systems, CRC Press,Boca Raton,
1999
[4] Pikatan, Sugata, Resume Konversi Angin, Seminar, MIPA Universitas
Surabaya, Surabaya, Maret 1999
[5] Ridwan, Mochammad., System GSM, Jakarta, September 2007.
[6] Sigh, Jasprit, Semiconductor Optoelectronics Physics and Technology,
Mc. Graw.Hill, Inc., Singapura, 1995
[7] Susandi, Armi., Potensi energi angin dan surya di Indonesia, Geografi
ITB, Bandung, 2006
[8] Tarigan, Elieser.,Karakteristik Angin, Seminar, MIPA Ubaya, Surabaya,
1999
[9] Yuliarto, Brian., Sel surya untuk energi masa depan, Bandung, Juni 2008
[10] www.scribd.com, Photovoltaic (PV) System Design.,Agustus 2008
[11] http://pltb.blogspot.com/
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
60
Universitas Indonesia
Gambar perangkat simulasi sistem hybrid catu daya BTS 3G
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
61
Universitas Indonesia
Diagram Delay Relai
Switching dari tenaga angin ke baterai
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
62
Universitas Indonesia
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
63
Universitas Indonesia
Switching dari tenaga surya ke baterai
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009
64
Universitas Indonesia
Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009