1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kebutuhan akan energi listrik semakin hari semakin meningkat karena

pertambahan penduduk, ekonomi, dan pola konsumsi energi. Maka diperlukan

energi-energi alternatif dalam rangka menyelamatkan energi dari ancaman

kelangkaan.

Angin dan matahari merupakan sumber energi alternatif yang kini menjadi

penopang utama karena sifat dasarnya yang tidak akan habis, selain itu energi ini

tidak berdampak negatif terhadap kerusakan lingkungan. Untuk memanfatkan

energi angin dan matahari maka kami membuat rancang bangun hybrid kincir

angin ……. dengan solar sel. Aplikasi dari hybrid kincir angin dan solar sel ini

sesuai digunakan pada daerah yang terisolir dari listrik untuk penerangan pada

daerah pegunungan dan pantai yang di fokuskan pada fasilitas umum karena alat

ini bersifat portable dan sesuai ditempatkan di iklim Indonesia.

Pada perancangan ini mengembangkan pemanfaatan kincir angin yang di

fungsikan untuk menjalankan pompa guna sebagai media pendingin solar sel.

1.2 Perumusan Masalah

Perumusan masalah pada perancangan hybrid kincir angin..dengan solar

cell adalah :

Bagaimana menghasilkan tegangan output pada solar sel dan kincir

angin……….yang di paralel untuk pengisian baterai.

Bagaimana mencari m paling efektif pada solar cell agar mendapatkan

tegangan dan arus yang efisien sepanjang hari.

1.3 Batasan Masalah

Untuk memfokuskan permasalahan yang akan dibahas dalam penulisan

ini, maka perlu diambil suatu batasan masalah yaitu hanya membahas output

tegangan dan arus yang dihasilkan dari hybrid kincir angin dengan solar cell

2

1.4 Tujuan Program

Tujuan pelaksanaan kegiatan program ini yaitu :

Untuk mengetahui tegangan yang di hasilkan dari hybrid solar sel dengan

kincir angin

Untuk mengetahui kecepatan angin yang dibutuhkan untuk memutarkan

kincir angin agar baterai dapat terisi.

1.1 Manfaat Penelitian

Dapat digunakan sebagai sumber pembangkit listrik untuk penerangan

jalan didaerah pegunungan, pantai dan fasilitas umum .

3

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Daya Angin

Daya total aliran angin sama dengan energi kinetik persatuan waktu, hal

ini dinyatakan sebagai berikut : [ 1 ]

Ptotal = Ekt

= 12

mv12

t =

12

mV 12

Menurut persamaan kontinuitas, laju aliran massa angin adalah : [ 1 ]

m = ρ.Av.V1

Jadi daya total angin adalah : [ 1 ]

Ptotal = 12

.ρ.Av.V 13

Dimana,

Ptotal = Daya Total ( watt )

m = massa laju aliran ( kg / s )

V 12 = kecepatan angin ( m/s )

ρ = massa jenis angin ( 1,225 kg/m³ )

Av = luas sapuan rotor ( m² )

2.2 Daya Maksimum yang Terserap

Pada kenyataannya daya total diatas tidak dapat dikonversikan seluruhnya

menjadi energi mekanik, jika energi total diserap seluruhnya oleh turbin maka

angin akan berhenti bertiup sehingga kecepatan angin di belakang turbin sama

dengan nol. Daya maksimum yang dihasilkan sebesar : [ 2 ]

Pmax = 14

. ρ.Av ( (V 12- (

13

. V1 )² ( V1 + 13

V )

Pmax = 14

. ρ.Av ( (V 12-

19

. V1² ) ( 43

V1 ) )

4

Pmax = 14

. ρ.Av ( ( 89

. V1² ) ( 43

V1 ) )

Pmax = 8

27 . p.Av. V 1

3

Efisiensi ideal atau efisiensi teoritis maksimal dari turbin angin adalah

perbandingan daya maksimal yang dapat dicapai dari angin sehingga : [ 2 ]

Ptotal = Pin = 12

. p.Av. V 13

η max = PmaxPtotal

2)

=

827

. p . Av . V 13

12

. p . Av . V 13

= 1627

= 0.596

Dengan kata lain turbin angin hanya mampu mengkonversi energi angin tidak

lebih dari 60 % dari daya total angin.

2.3 Daya Aktual

Sudu turbin angin mengalami perubahan kecepatan yang bergantung pada

sudut masukan dan kecepatan sudu. Efisiensi maksimum ( power coefficient )

yang menyatakan kondisi ideal dari sudu koefisien tenaga ( power coefficient )

bergantung pada perbandingan kecepatan dua sudu yang mencapai nilai

maksimum 0,6 pada kecepatan maksimum putar sudu.

5

Gambar 2.1 Grafik hubungan antara rasio kecepatan ujung sudu terhadap

koefisien daya dari berbagai jenis turbin.

(sumber: digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-5125-4203109009-bab2.pdf)

2.4 Klasifikasi Turbin Angin

2.4.1 Horizontal Axis Wind Turbine ( HAWT )

Turbin angin jenis ini merupakan rotor dengan posisi poros searah

dengan arah angin, selain itu horizontal axis wind turbine adalah turbin

angin yang mengkombinasikan gaya angkat dengan gaya tekan pada sudu

yang berbentuk aerofoil atau plat datar yang dilengkungkan.

Macam rotor dari HAWT :

1. Rotor Propeller.

2. Multi Fan Type Mill yaitu turbin angin jenis kipas majemuk dan

berputar pada kecepatan angin yang rendah.

3. Sailwing, aerofoil dan sebagainya.

2.4.2 Vertical Axis Wind Turbine ( VAWT )

Turbin angin ini merupakan jenis rotor yang memiliki posisi poros tegak

lurus dengan arah anginnya, selain itu vertical axis wind turbine ini dapat berputar

dengan angin yang datang dari sisi manapun dan memiliki konstruksi menara

yang sangat sederhana dan mudahnya perawatannya.

Macam – macam rotor dari VAWT :

6

1. Rotor savonius yaitu jenis rotor yang dibuat untuk menghasilkan daya

yang kecil, selain itu memiliki konstruksi yang sangat sederhana serta

memiliki efisiensi aerodinamik yang rendah.

Gambar 2.2 Jenis Rotor Savonius

(Tedjo Narsoyo Reksoatmodjo, Vertical-Axis Differential drag windmill)

2. Rotor darieus, yaitu rotor yang memiliki konstruksi menara yang

sederhana, tetapi jenis ini mengalami kesulitan ketika start awal rotor

itu berputar.

Gambar 2.3 Kincir Angin Darieus

(sumber : wind and solar power sistem, mukund)

2.5 Savonius

Kincir angin savonius merupakan satu alat yang dapat mengkonversi

energi kinetik angin menjadi mekanik, energi mekanik tersebut berupa putaran

7

poros yang kemudian ditransmisikan ke generator sebagai alat pengkonversi

energi mekanis menjadi energi listrik. Kincir ini termasuk kincir angin dengan

sumbu vertikal yang tersusun dari dua buah sudu-sudu setengah silinder, konsep

kincir angin savonius ini cukup sederhana dan praktis tidak terpengaruh oleh arah

angin. Beberapa keunggulan kincir angin savonius antara lain sederhan dan murah

dalam konstruksi, torsi yang dihasilkan tinggi meski dioperasikan pada kecepatan

angin rendah dan tidak tergantung arah angin sehingga dapat dioperasikan dimana

saja. (Menet, 2004)

Tipe drag kincir angin berfungsi mengendalikan komponen tegak lurus ke

permukaan sudu-sudu dari tenaga angin. Kincir angin savonius ini dapat berupa

satu sudu atau lebih, gaya seret pada baling-baling diberikan dengan rumus:

Daya yang dihasilkan oleh kincir savonius adalah : [ 1 ]

P = ½ ρ. Cp. A. v3

Dimana :

P = daya yang dihasilkan dari kincir angin savonius ( watt )

ρ = massa jenis angin ( 1,225 kg/m³ )

Cp = koefisien daya

v = kecepatan angin ( m/s)

Av = luas sapuan rotor ( m² )

Av dianggap sebagai area tangkap angin dari sudu savonius maka untuk

menghitung menggunakan rumus : [ 3 ]

Av = h x D

Dimana :

Av = Area sudu savonius (m2)

h = Tinggi turbin angin (m)

D = Diameter turbin angin (m)

8

Untuk menghitung besarnya torsi kincir angin savonius dihitung dengan

menggunakan rumus : [ 3 ]

τ = Pω

= P x 602πn

3)

Dimana :

τ = Torsi (Nm)

P = Daya kincir angin savonius (watt)

ω = Kecepatan angular (Rad/sec)

2.6 Generator DC

Prinsip dasar generator DC adalah ketik konduktor ( penghantar ) bergerak

memotong medan magnet, tegangan induksi dibangkitkan menyebabkan arus

listrik mengalir pada penghantar.

Gambar 2.4 Bagian – Bagian Generator DC

( Sumber: Clean Green Renewable Energy )

Bagian – bagian utama Generator DC :

1. Kutub Magnet

2. Jangkar (Armatur )

3. Komutator

9

4. Sikat Karbon

5. Kumparan Jangkar

6. Kumparan Medan

Ggl generator : E=p . Z . Ø . n

60. b

Keterangan :

P = Jumlah kutub

Z = Jumlahkonduktor pada jangkar

Ø = fluksi ( weber )

n = Kecepatan jangkar ( Rpm )

b = jumlah alur parallel melalui jangkar

2.7 Energi Surya

Energi surya adalah radiasi yang diproduksi oleh reaksi fusi nuklir pada

inti matahari. Matahari mensuplai hampir semua panas dan cahaya yang diterima

bumi untuk digunakan mahluk hidup. Energi surya sampai ke bumi dalam bentuk

paket-paket energi yang disebut foton.

Dalam kaitannya dengan sel surya, perangkat yang mengkonversi radiasi

sinar matahari menjadi listrik, terdapat dua parameter dalam energi surya yang

paling penting : pertama intensitas radiasi, yaitu jumlah daya matahari yang

datang pada permukaan per luas area dan karakteristik spektrum cahaya matahari.

Intensitas radiasi matahari diluar atmosfir bumi disebut konstanta surya, yaitu

sebesar 1365 W/m2. Setelah disaring oleh atmosfir bumi, beberapa spektrum

cahaya hilang, dan intensitas puncak radiasi menjadi sekitar 1000 W/m2. Nilai ini

adalah tipikal intensitas radisi pada keadaan permukaan tegak lurus sinar matahari

dalam delapan jam, maka rata-rata intensitas radiasi surya yang diterima per hari

kira-kira 333 W/m2. Pada permukaan yang diam, nilai tipikal pada keadaan cerah

yaitu antara 180-270 W/m2.

Energi matahari yang dapat dimanfaatkan oleh manusia tergantung pada :

1. Ketinggian matahari dari permukaan bumi.

10

2. Cuaca.

3. Sudut matahari terhadap daratan.

4. Periode waktu (bulanan/tahunan)

5. Lokasi suatu tempat.

6. Teknologi yang digunakan.

7. Penggunaanya.

Energi matahari merupakan salah satu energi yang potensial untuk dikelola

dan dikembangkan lebih lanjut sebagai sumber cadangan energi, terutama bagi

negara yang terletak didaerah khatulistiwa seperti indonesia, dimana matahari

bersinar sepanjang tahun. Ada beberapa cara pemanfaatan energi matahari yaitu

pemanasan ruangan, penerangan ruangan, kompor energi matahari, pengeringan

hasil pertanian, distilasi air kotor, pemanasan air, pembangkit listrik.

Energi matahari juga dapat dimanfaatkan secara langsung atau dengan

bantuan peralatan lain, yaitu dengan cara mengubah energi matahari tersebut ke

bentuk lain, seperti energi listrik.

2.8 Radiasi Matahari Sampai ke Bumi

Sinar matahari yang berupa gelombang pendek menuju atmosfir dianggap

100% sampai ke permukaan lapisan atmosfir. Tetapi radisi tidak bisa diteruskan

keseluruhannyakarena ada pantulan yang terjadi dan besarnya pantulan 31%.

Berarti radiasi yang dapat diteruskan kedaerah atmosfir sebesar 17,4% dan

pantulan permukaan bumi sebesar 4,3% sehingga sampai kepremukaan bumi

hanya sebesar 47,3% (Parulian Sitorus, 2010).

2.9 Sel Surya

Sel surya (solar cell) adalaha perangkat yang mengkonversi radiasi sinar

matahari menjadi energi listrik. Efek sel surya ini ditemukan oleh Antoine-Cesar

Becquerel pada tahun 1839, dimana Becquerel mendeteksi adanya tegangan foton

ketika sinar matahari mengenai elektroda pada larutan elektrolit. Pada tahun 1954

ditemukan untuk pertama kali sel surya silikon bebasis p-n junction dengan

efisiensi 6% mendominasi pasar sel surya dengan pangsa pasar sekitar 82% dan

efisiensi laboratorium dan komersil berturut-turut yaitu 24,7% dan 15%.

Tabel 2.1 Kelebihan dan Kelemahan Sistem Konversi Energi Surya

11

Kelebihan Kelemahan

Modal solar langsung

mengkonversi sinar matahari

menjadi energi listrik searah

tanpa bahan bakar.

Biaya investasi awal tinggi

Proses konversi tidak

menimbulkan kebisingan, gas

buang, limbah.

Memerlukan batrei sebagai

media penyimpan listrik.

Pemeliharaan sederhana dibandin

sistem konvensional. Karena

dalam proses tidak ada bagian

yang bergerak.

Pemeliharaan baterei harus

rutin karena keandalan sistem

ditentukan oleh kondisi

batere.

Untuk beban yang kecil

mempunyai ke cenderungan

makin ekonomis.

Alat-alat yang diopersikan

pada tegangan rendah

terbatas.

Dapat diaplikasikan langsung

pada alat-alat praktis.

Teknisi yang terlatih untuk

perencanaan dan pemasangan

sistem konversi energi surya

masih sangat sedikit.

Instalasi sistem lebih aman

karena tegangan rendah dan

(DC).

 

2.10 Prinsip Kerja Solar Cell

Photovoltaic (PV) cells terbuat dari material khusus yang disebut

semikonduktor. Pada dasarnya ketika cahaya matahari mengenai sel, maka

sebagian dari cahaya tersebut diserap oleh bahan semikonduktor tersebut. Energi

yang diserap tersebut membuat elektron menjadi menjauh dan menyebabkan

elektron menjadi bebas bergerak. PV cells juga mempunyai satu atau lebih

meddan listrik yang memaksa elektron untuk bergerak dengan arah tertentu.

12

Aliran elektron ini merupakan arus listrik. Energi listrik yang dihasilkan

oleh satu sel surya sangat kecil, maka beberapa sel surya harus digabungkan

sehingga terbentuklah satuan komponen yang disebut module.

Gambar 2.5 Cara Kerja Sel Surya

(Alamanda,2005)

Secara sederhana, proses pembentukan gaya gerak listrik (GGL) pada sebuah

sel surya (PV cells) adalah sebagi berikut :

1. Ketika panel surya terkena foton dari cahaya matahari kemudian diserap

oleh material semikonduktor seperti silikon.

2. Elektron (muatan negatif) terlempar keluar dari atomnya, sehingga

mengalir melalui material semikonduktor untuk menghasilkan listrik.

3. Muatan positif yang disebut hole (lubang) mengalir dengan arah yang

berlawanan dengan elektron pada panel surya.

4. Gabungan atau susunan beberapa panel surya mengubah energi surya

menjadi sumber daya listrik DC

Gambar 2.6 Aliran listrik dan elektron pada sel surya

13

(Wiranto Arismunandar, 1985)

2.11 Perkembangan Solar Cell

Pengembangan sel surya silikon secara individu :

2.11.1 Mono-crystalline (Si)

Dibuat dari silikon tunggal yang didapat dari peleburan silikon

dalam bentuk bujur. Sekarang Mono-crystalline dapat dibuat setebal 200

mikron, dengan nilai efisiensi sekitar 24%. Merupakan panel yang paling

menghasilkan daya listrik persatuan luas yang paling tinggi. Kelemahan

dari panel jenis ini adalah tidak akan berfungsi baik ditempat yang cahaya

mataharinya kurang (teduh), efisiensinya akan turun drastis dalam cuaca

berawan.

2.11.2 Poly-crystalline/Multi-crystalline (Si)

Dibuat dari peleburan silikon dalam tungku keramik, kemudian

pendinginan perlahan untuk mendapatkan bahan campuran silikon yang

akan timbul diatas lapisan silikon. Sel surya ini kurang efektif, karena

efisiensi yang dihasilkan 18%, tetapi biaya lebih murah.

Merupakan panel surya yangmemiliki sususan kristal acak. Tipe

Poly-crystalline memerlukan luas permukaan yang lebih besar

dibandingkan dengan jenis Mono-crystalline untuk menghasilkan daya

listrik yang sama, akan tetapi dapat menghasilkan listrik pada saat

mendung .

2.11.3 Gallium Arsenide (GaAs)

Sel surya semikonduktor yang sangat efisiensi sekitar 25%.

2.12 Mengenal Performasi Panel Surya

Sebuah sel surya dalam menghasilkan energi listrik (energi sinar matahari

menjadi foton) tidak tergantung pada besaran luas bidang silikon, dan secara

konstan akan menghasilkan energi berkisar ± 0.5 Volt sampai disebut “ 1 Sun”

akan menghasilkan arus listrik sekitar 30 mA/cm2 per sel surya (Danny santoso

Mintorogo, 2000).

14

Pada grafik I-V kurva dibawah yang menggambarkan keadaan sebuah sel

surya beroperasi secara normal. Sel surya akan menghasilkan energi maksimum

jika nilai Vmp dan Imp juga maksimum. Sedangkan Isc adalah arus listrik

maksimum pada nilai volt = nol, Isc berbanding langsung dengan tersedianya

sinar matahari. Vsc adalah volt maksimum pada nilai arus nol, Vsc nai secara

logaritmis dengan peningkatan sinar matahari, karakter ini yang memungkinkan

sel surya untuk mengisi baterai.

Gambar 2.7 Grafik I-V Kurva

(Amien Rahardjo, Herlina dan Husni Safruddin, 2008)

Isc = Short-circuit current Imp = Current maximum power

Voc = Open-circuit voltage Vmp.Imp = Power maximum-output dari PV

array

Vmp = Voltage maximum power

2.13 Faktor Pengoperasian Sel Surya

Pengoperasian maksimum sel surya sangat tergantung pada :

2.13.1 Suhu

Sebuah sel surya dapat beroperasi secara maksimum jika suhu sel surya

tetap normal, yaitu suhu 25C, kenaikan suhu lebih tinggi dari suhu normal

pada sel surya akan melemahkan tegangan (Voc). Setiap kenaikkan suhu

sel surya 1C dari 25C akan berkurang sekitar 0.4% (Strong, Steveen J,

1987).

15

Gambar 2.8 Efek Suhu pada Tegangan (V)

(Amien Rahardjo, Herlina dan Husni Safruddin, 2008)

2.13.2 Radiasi Solar Matahari (insolation).

Radiasi solar matahari dibumi dan berbagai lokasi bervariasi, dan sangat

tergantung keadaan spektrum solar ke bumi. Radiasi matahari akan banyak

berpengaruh pada arus.

Gambar 2.9 Intensitas matahari terhadap arus (I)

(Amien Rahardjo, Herlina dan Husni Safruddin, 2008)

2.13.3 Kecepatan Angin Bertiup.

Kecepatan tiup angin disekitar lokassi panel surya dapat membantu

mendinginkan permukaan suhu kaca-kaca panel surya.

2.13.4 Keadaan Atmosfir Bumi.

Keadaan atmosfir bumi berawan, mendung, jenis partikel debu udara,

asap, uap air udara, kabut dan polusi sangat menentukan hasil maksimum

arus listrik dari panel surya.

16

2.13.5 Orientasi Panel.

Orientasi dari rangkaian panel surya ke arah matahari secara optimum

adalah penting agar panel surya dapat menghasilkan energi maksimum.

Selain arah orientasi, sudut orientasi (tilt angel) dari panel surya sangat

mempengaruhi hasil energi maksimum (lihat penjelasan tilt angel).

Sebagai guideline untuk lokasi yang terletak dibelahan Utara, maka panel

surya sebaiknya diorientasikan ke Selatan, orientasi ke Timur-Barat

walaupun juga dapat menghasilkan sejumlah energi dari panel surya, tetapi

tidak akan mendapat energi matahari optimum.

2.13.6 Posisi Letak Panel Surya (array) terhadap Matahari.

Sudut orientasi matahari (tilt angel) mempertahankan sinar matahari jatuh

ke sebuah permukaan panel surya secara tegak lurus akan mendapatkan

enerrgi maksimum ±1000 W/m2 atau 1 kW/m2. Kalau tidak dapat

mempertahankan ketegaklurusan antara sinar matahari dengan bidang

panel surya, maka luasan bidang panel surya dibutuhkan (bidang panel

surya terhadapa ketinggian matahari yang berubah setiap jam dalam

sehari) (Strong, Steven J, 1987).

Panel surya pada equator garis lintang 0 yang diletakkan mendatar (tilt

angel = 0) akan menghasilkan energi maksimum, sedangkan untuk lokasi

dengan garis lintang (latitude) berbeda harus dicarikan “tilt angel” yang

optimum.

Gambar 2.10 Ekstra luasan panel surya dalam Posisi Datar

(Amien Rahardjo, Herlina dan Husni Safruddin, 2008)

17

2.14 Pengaruh Cuaca pada Efisiensi Sel Surya

2.14.1 Radiasi Langsung

Radiasi Langsung adalah radiasi yang diterima langsung dari matahari

tanpa perubahan arah. Besarnya radiasi matahari yang jatuh secara normal

ke permukaan bumi, ternyata mengalami variasi yang disebabkan oleh

berbagai faktor antara lain :

1. Perubahan jarak matahari.

2. Perubahan atmosfir oleh molekul udara, uap, dan debu.

3. Variasi dari absorpsi atmosfir oleh O2, O3, H2O dan CO2.

2.14.2 Radiasi Baur (Difuse)

Radiasi ini merupakan radiasi matahari yang datang ke permukaan bumi

terjadi perubahan arah. Hal ini disebabkan oleh refleksi dan hamburan oleh

atmosfir. Radiasi baur akan selalu ada pada langit terang, karena partikel

air dan zat endapan di langit akan menghamburkan radiasi matahari.

2.14.3 Radiasi Global

Radiasi ini merupakan penjumlahan radiasi langsung dan radiasi difuse.

Secara keseluruhan faktor-faktor yang mempengaruhi radiasi global jauh

lebih kompleks dari radiasi langsung dan difuse. Adapun faktor utama

yang mempengaruhi radisi global adalah :

1. Ketinggian matahari.

2. Massa atmosfir

3. Kondisi kecerahan atmosfir

4. Lamanya matahari

5. Kedudukan letak atau lintang suatu lokasi

2.14.4 Indeks Kecerahan

Indeks kecerahan adalah suatu ukuran surya yang bernilai merupakan

perbandingan antara radiasi global terhadap radisi atmosfir disuatu daerah

yang sama.

18

2.14.5 Difuse Ratio

Difuse ratio menyatakan seberapa besar bagian dari radiasi surya global

yang sampai ke permukaan bumi dalam bentuk radiasi surya difuse.

2.14.6 Intensitas Cahaya Matahari

Semakin besar intensitas cahaya matahari secara proposional akan

menghasilkan arus yang besar.

2.14.7 Bayangan (Shading)

Bayangan adalah dimana salah satu atau lebih sel silikon dari panel surya

tertutup dari sinar matahari. Bayangan akan mengurangi pengeluaran daya dari

panel surya. Beberapa jenis modul panel surya sangat terpengaruh terhadap

bayangan.

Hal yang harus diperhatikan dalam pemasangan panel surya adalah agar

panel surya tidak terhalang (shading).

Gambar 2.11 Pengaruh bayangan pada satu dari PV module

(Anonymous)

2.15 Efisiensi

Saat ini hampir semua sel surya memiliki efisiensi minimum 12% dengan

batas optimal kira-kira 39%, tergantung dari jenis sel surya yang dibuat. Sebelum

mengetahui daya sesaat yang dihasilkan kita harus mengetahui energi yang di

terima, dimana energi tersebut adalah perkalian intensitas radiaasi yang diterima

dengan luasan dengan persamaan : [ 4 ]

Pin = Ir x A

Dimana :

19

Pin = Daya [Watt]

Ir = Intensitas radiasi matahari [W/m2]

A = Luas permukaan [m2]

Sedangkan untuk besarnya daya sesaat yaitu perkalian tegangan dan arus

yang dihasilkanoleh sel fotovoltaik dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :

[ 4 ]

Pout = V x I

Dimana :

Pout = Daya [Watt]

V = Beda potensial [Volt]

I = Arus [Ampere]

Efisiensi yang terjadi pada sel surya adalah merupakan perbandingan daya

yang dapat dibangkitkan oleh sel surya dengan enegi input yang diperoleh dari

sinar matahari. Efisiensi yang digunakan adalah efisiensi sesaat pada pengambilan

data. [ 4 ]

= P/ A . Ir

Dimana :

= Efisiensi [%]

P = [Daya]

A = Luas Permukaan sel surya [m2]

Ir = Intensitas radiasi [watt/m2]

2.16 Pemeliharaan Sel Surya

Pada umunya sel surya panel tidak membutuhkan pemeliharaan yang rutin

seperti genset. Genset umumnya diharuskan untuk dihidupkan satu kali seminggu,

pemeriksaan oli, pemeriksaan baterai, dll. Pemeliharaan panel surya sangat

mudah, yaitu dengan cara :

1. Dibersihkan berkala agar tidak mengurangi penyerapan intensitas

matahari.

2. Mengatur letak dari panel sel surya supaya mendapatkan sinar matahari

langsung dan tidak terhalangi objek (pohon, bangunan, dll).

2.17 Penyimpanan Arus Listrik

20

Setelah mendapatkan output dari sel surya dan generator turbin angin

savonius yang berupa arus listrik dapat langsung digunakan untuk beban yang

dimanfaatkan. Tetapi juga arus listrik tersebut dapat digunakan sebagai

pengisian dengan cara disimpan ke dalam baterai agar dapat dipergunakan

pada saat yang diperlukan.

Apabila sel surya tersebut digunakan untuk penyimpanan ke baterai, maka

besarnya tegangan yang dihasilkan harus diatas spesifikasi baterai tersebut.

Misalnya baterai yang digunakan adalah 12 Volt, maka tegangan yang

dihasilkan sel surya harus diatas 12 Volt untuk melakukan pengisian.

Sebelum melakukan pengisian sebaiknya baterai dalam keadaan kosong

karena arus yang masuk akan dapat terisis penuh dengan maksimal. Satuan

kapasitas suatu baterai adalah Ampere jam (Ah) dan biasanya karakteristik ini

terdapat pada label suatu baterai. Misalnya suatu baterai dengan kapasitas 10

Ah akan terisi penuh selama 10 jam dengan arus output sel surya sebesar 1

[Ampere].

Baterai adalah suatu proses kimia listrik, dimana pada saat pengisian

(charge) energi listrik diubah menjadi kimia dan saat pengeluaran (discharge)

energi kimia diubah menjadi energi listrik

Accumulator terdiri dari sel-sel dimana tiap sel memiliki tegangan

sebesar 2 V, artinya aki mobil dan aki motor yang memiliki tegangan 12 V

terdiri dari 6 sel yang dipasang secara seri (12 V = 6 x 2 V) sedangkan aki

yang memiliki tegangan 6 V memiliki 3 sel yang dipasang secara seri (6 V =

3 x 2 V).

(a) (b)

Gambar 2.12 Simulasi dalam accu (a)Accu 12 Volt, (b)Accu 6 Volt

(sumber : suprianto blog’s 2011)

Antara satu sel dengan sel lainnya dipisahkan oleh dinding penyekat yang

terdapat dalam bak accu, artinya tiap ruang pada sel tidak berhubungan karena itu

21

cairan elektrolit pada tiap sel juga tidak berhubungan (dinding pemisah antar sel

tidak boleh ada yang bocor atau merembes).

Kapasitas accumulator adalah jumlah ampere jam (Ah = kuat arus/Ampere

x waktu/hour), artinya baterai dapat memberikan atau menyuplai sejumlah isinya

secara rata-rata sebelum tiap selnya menyentuh tegangan atau voltase turun (drop

voltage) yaitu sebesar 1,75 V (tiap sel memiliki tegangan sebesar 2 V, jika dipakai

maka tegangan akan terus turun dan kapasitas efektif dikatakan sudah terpakai

semuanya bila tegangan sel telah menyentuh 1,75 V). Misal, baterai 12 Volt 7 Ah.

Baterai ini bisa memberikan kuat arus sebesar 7 Ampere dalam satu jam artinya

memberikan daya rata-rata sebesar 84 watt (watt = V x I = Voltase x Ampere = 12

V x 7 A). Secara hitungan kasar dapat menyuplai alat berdaya 84 watt selama satu

jam atau alat berdaya 4 watt selama 10 jam.

Gambar 2.13 Accumulator

(sumber : suprianto blog’s 2011)

2.18 Solar Charge Controller

Solar charge controller adalah suatu alat sebagai penerima arus dan

tegangan dari solar cell yang berfungsi sebagai pengatur atau penyetara tegangan

dan arus. Yang kemudian tegangan tersebut diisikan ke accu sebagai media

penyimpanan dalam media pengisian tegangan membandingkan tegangan yang

masuk dari solar cell dengan accumulator.

22

Gambar 2.14 Solar Charge Controller

(sumber : cellbazzar.com)

BAB III

METODE PENDEKATAN

3.1 Sifat Penelitian

Sifat penelitian ini bersifat deskriptif, yaitu penelitian yang bertujuan

untuk memecahkan masalah yang ada pada masa sekarang. Metode deskriptif

bertujuan untuk menggambarkan sifat sesuatu yang tengah berlangsung, yaitu

mendapatkan energi listrik yang didapatkan dari kincir angin dan solar cell yang

kemudian energi listrik tersebut disimpan didalam baterai (accumulator).

3.2 Objek Penelitian

Objek penelitian ini adalah kincir angin savonius dan solar cell yang

memanfaatkan sumber energi angin dan matahari dengan menggunakan baterei

(accumulator) 12 V/7Ah untuk menyimpan energi listrik yang dihasilkan kincir

angin savonius dan solar cell.

3.3 Jenis dan Sumber Data

Jenis data yang dikumpulkan sesuai dengan apa yang dikemukakan dalam

batasan penelitian, yaitu :

23

1. Tegangan dan arus yang dihasilkan kincir angin savonius dan solar

sel.

2. Arah dan sudut solar sel yang paling efektif yang memiliki efisiensi

tertinggi antara sudut 0⁰, 45⁰ dan 60⁰.

3. Kecepatan angin yang dibutuhkan untuk memutarkan kincir angin

savonius.

3.4 Teknik Analisa Data

Data-data yang telah didapat dari pengujian, pengamatan dan pengukuran

secara langsung selanjutnya dianalisis. Adapun teknik pengambilan data yang

dilakukan sebagai berikut :

Volt Solar CellIntensitas cahaya

Volt Hybrid

24

Gambar 3.15 Skema Pengujian hybrid kincir angin savonius denggan solar cell

3.5 Prosedur Pengujian

Volt Generator

Uji Coba

OK?

Ya

Tidak

Gagal

Mulai

Studi Pustaka

Pengujian

Solar Sel

Desain Alat

Uji Transmisi Generator

Kincir Angin Savonius

Pengambilan Data

25

Gambar 3.16 Diagram Alir Penelitian

Keterangan Diagram Alir :

3.5.1 Studi Pustaka , Perumusan Masalah

Untuk memperoleh data-data yang dibutuhkan dalam proses pembuatan

tugas akhir rancang bangun hybrid kincir angin savonius dengan solar cell sebagai

pembangkit listrik untuk penerangan jalan. Kegiatan ini berguna agar penulis

mendapatkan data-data dan cara kerja secara lebih nyata dan akurat serta mencatat

hal-hal penting untuk melengkapi data sebagai bahan acuan desain alat maupun

pembuatan laporan tugas akhir.

Disamping itu penulis juga mencari dan mengumpulkan berbagai literarur

atau buku-buku serta jurnal sebagai bahan acuan ladasan teori, untuk melengkapi

dan memperkuat teori-teori yang berhubungan dengan pembuatan serta

pembahasan dalam laporan ini, sehingga hal-hal yang ditulis ataupun yang

diungkapkan mempunyai sumber yang dapat dipertanggung jawabkan.

3.5.2 Mendesain Alat

Proses yang dimulai dengan merancang posisi atau letak komponen-

komponen utama, karena pada perancangan ini terdapat perbedaan dari

perancangan sebelumnya yaitu dengan menambahkan solar cell dibagian atas

Kesimpulan

Analisis Data

26

kincir angin savonius, pengantian poros kincir angin savonius, perubahan

bentuk sudu sapuan kincir angin savonius, instalasi, letak baterei (accu) yang

ideal, dan desain tiang untuk lampu sebagai outputnya.

3.5.3 Uji Transmisi Generator

Proses ini dimulai dengan cara menguji dan merancang transmisi kincir

angin savonius dengan generator DC. Pada proses ini kincir angin savonius dan

generator DC diuji coba dengan pulley yang diameternya bervariasi untuk

mendapatkan tegangan yang maksimum dan torsi yang kecil, supaya kincir angin

savonius dapat bergerak dengan kecepatan angin yang rendah.

3.5.4 Pengujian Solar Cell

Pada tahapan ini adalah pengujian posisi dan sudut solar cell agar dapat

mengetahui tegangan terbesar yang didapat sepanjang hari. Cara pengujiannya

adalah pengambilan data setiap sejam dengan merubah posisi solar cell sesuai

dengan mata angin (barat,timur,utara,selatan).

3.5.5 Ujicoba Alat

Ujicoba alat dilakukan setelah rancangan, desain alat, uji transmisi dan

pengujian solar cell instalasi kabel telah selesai. Ujicoba dilakukan dengan cara

menyalakan blower sebagai ilustrasi sumber tenaga angin yang diposisikan

berhadapan dengan kincir angin savonius kemudian mengecek putaran kincir

angin savonius apakah terjadi kendala atau ada hambatan, setelah ujicoba kincir

angin savonius maka ujicoba selanjutnya adalah solar cell dengan diujicoba

dengan cahaya matahari sebagai sumber energi penghasil listrik kemudian dicek

dengan voltmeter dan amperemeter. Ujicoba terakhir yaitu menguji coba baterai

(accu) apakah energi listrik dari generator kincir angin dan solar cell dapat

mengisi baterai.

3.5.6 Pengambilan Data

27

Pengambilan data merupakan tahapan dimana data-data dapat diperoleh

dengan melakukan pengujian yang kemudian akan dianalisa.

3.5.7 Analisa

Pada tahap analisa ini diharapkan dapat menemukan karakteristik dari alat

yang dibuat terhadap hasil dari pengujian dan pengambilan data.

3.5.8 Kesimpulan

Pada saat data yang telah dianalisa, tahapan selanjutnya adalah dapat

membuat kesimpulan di dalam tahapan akhir dari tugas akhir ini, agar dapat

terjawabnya tentang permasalahan dan tujuan diadakannya penelitian.

3.6 Prosedur Pengambilan Data

Langkah-langkah yang kami lakukan dalam pengambilan data untuk

pengujian alat, yaitu :

1. Menyiapkan peralatan dan alat ukur yang akan digunakan dalam pengujian

seperti solarimeter, anemometer, multimeter.

2. Menyiapkan rangkaian blower sebagai ilustrasi sumber energi angin sebagai

penggerak kincir angin savonius.

3. Memposisikan blower berhadapan dengan kincir angin savonius.

4. Menentukan kecepatan blower berdasarkan frekuensinya (Hertz) sesuai

dengan yang telah ditentukan.

5. Kemudian beri waktu sekitar 10 detik agar kincir angin savonius berputar

dengan putaran yang konstan.

6. Setelah itu ukur dan catat data yang tertera pada multimeter secara bersamaan

antara solari cell dengan kincir angin savonius.

7. Pengujian dilakukan diberbagai keadaan seperti saat pagi hari, siang hari, dan

malam hari.

3.7 Instrumen Pengukuran

Adapun peralatan pengukuran yang kami gunakan dalam studi ini yaitu :

28

1. Solarimeter yaitu kabel untuk mengukur intensitas radiasi cahaya matahari

yang diterima oleh solar cell.

Gambar 3.17 Solarimeter

2. Anemometer yaitu alat untuk mengukur kecepatan angin.

Gambar 4.2 Anemometer

Gambar 3.18 Anemometer

3. Luxmeter yaitu alat untuk mengukur intensitas cahaya (lux) lampu LED

29

Gambar 3.19 Luxmeter

4. Multimeter yaitu alat untuk mengukur tegangan (volt) dan arus (ampere)

yang dihasilkan oleh kincir angin savonius dan solar cell.

Gambar 3.20 Multimeter

BAB IV

PELAKSANAAN PROGRAM

4.1 Waktu dan Tempat Pelaksanaan

Waktu dan tempat yang dibutuhkan untuk melakukan pengujian adalah sebagai

berikut :

Waktu : Februari – Juli 2012

Tempat Pelaksanaan : LABORATORIUM ENERGI POLITEKNIK NEGERI

JAKARTA

4.2 Tahapan Pelaksanaan / Jadwal Faktual

Tabel 4.2 Jadwal Pelaksanaan

30

4.3 Pelaksanaan

Pelaksanaan yang dilakukan yaitu di LABORATORIUM ENERGI

POLITEKNIK NEGERI JAKARTA dimulai pada bulan Februari sampai dengan

bulan Juli 2012, yaitu melakukan studi literatur pada kincir angin dan sel surya

dimana setelah itu kami melakukan observasi, pembelian dan pembuatan alat,

pengamatan dan pengambilan data secara langsung pada sel surya dan kincir

angin savonius yang selanjutnya akan dianalisis semua data yang kami dapatkan.

4.4 Rancangan dan Realisasi Biaya

Tabel 4.3 Anggaran biaya

No Uraian Unit

Harga

Satuan

(Rp)

Total (Rp)

1 Accumulator 1 110.000 110.000

2 Besi (L) 6 m 53.000 53.000

3 V-Belt 2 Buah 28.000 28.000

4 Baut dan Mur 10 Buah 425 42.500

5 Pulli Aluminium f 20 cm 1 Buah 58.000 58.000

6 Pulli Aluminium 1 Buah 30.000 30.000

No

1

31

7 Lampu LED 5 Watt 1 Buah 176.000 176.000

8 Panel Surya 10 Wp 1 Buah 350.000 350.000

9 Contror 10 Ampere 1 Buah 250.000 250.000

10 Besi Poros 20 mm x 3 meter 105.000 105.000

11 Bearing 1 Buah 45.000 45.000

  JUMLAH 1.247.500

BAB V

HASIL DAN PEMBAHASAN

5.1 Desain Alat

Keterangan Gambar :

1. Solar Cell

2. Sudu

3. Rangka

4. Rangka Bawah

5. Pulley

32

6. Generator DC

7. Lampu LED

8. V-Belt

Gambar 3.18 Desain Alat

Gambar 5.21 Desain Alat

5.1.1 Transmisi Daya

Transmisi Daya digunakan untuk mentransmisikan dan memberikan

perbandingan putaran antara poros sudu dan dan generator. Pulley yang

digunakan berbahan alumunium cast dengan perbandingan antara pulley rotor dan

generator, yaitu 1:2,5

20 cm 8cm

33

Diketahui dengan cara Open belt drive :

Kecepatan Poros Savonius

N1 = 80 r.p.m

Diameter Pulley Savonius

d 1 = 20 cm

Diameter Pulley Generator

d 2 = 8 cm

N 2 = 80 x20

8 = 200 r.p.m

Dianggap ada slip 2%

N 2 = 80 x20

8 = 200 x

98100

x 98

100

N 2 = 192.08 r.p.m (perhitungan belum termasuk hambatan dari magnet

permanen generator)

5.1.2 Sudu Split Savonius

Sudu ini berfungsi sebagai alat pengkonversi energi angin menjadi energi

mekanik. Energi angin tersebut diserap oleh sudu sebesar luas sapuan sudu.

34

Gambar 5.22 Sudu Split Savonius

Sudu ini dirancang bertingkat dua dengan spesifikasi :

Drum Plastik Kapasitas 200 liter

Tinggi 1,76 meter

Diameter 1 meter

5.1.3 Generator DC

Generator digunakan sebagai alat pengkonversi energi mekanik menjadi

energi listrik. Karena putaran dan daya dihasilkan oleh sudu kecil maka dipilih

generator yang sesuai yaitu generator DC magnet permanen dengan spesifikasi :

Tegangan 170 Volt

Daya 1.5 KW

Arus 9.8 Ampere

35

Gambar 5.23 Generator DC

Spesifikasi Generator DC tersebut adalah :

V = 170 Volt

I = 9.8 A

Dengan menggunakan persamaan rumus dibawah ini :

P = V.I

Maka didapat daya pada Generator DC tersebut adalah :

P = 170 ( V ) x 9.8 ( A )

P = 1666 Watt

5.1.4 Pengujian Solar sel

Pengambilan data Solar sel dilakukan dari jam 09.00 – 14.40 untuk

mencari perbandingan dan arah yang efektif. Penentuan arah solar sel dapat

diketahui dari data berikut :

Tabel 5.4 Perbandingan arah pada sudut 45° pada cuaca cerah ( kondisi matahari

saat tertutup awan dan tidak tertutup awan)

Data Pengujian Solar Sel

No Jam Arah Sudut Tegangan (V) Arus

(A)

Intensitas Matahari

(W/m²)

1 09.44 Barat 45° 15 0,025 291

2 10.53 Barat 45° 16 0,03 311

3 11.05 Barat 45° 20 0,035 488

4 11.17 Barat 45° 18 0,0375 501

5 11.47 Barat 45° 19,5 0,035 433

6 12.06 Barat 45° 19,4 0,03 474

7 12.29 Barat 45° 18 0,0475 542

8 13.23 Barat 45° 18,5 0,03 768

9 14.34 Barat 45° 17 0,02 338

36

10 09.53 Utara 45° 18 0,025 311

11 10.56 Utara 45° 18 0,03 109

12 11.00 Utara 45° 19,5 0,0375 468

13 11.04 Utara 45° 19 0,03 590

14 11.16 Utara 45° 19,5 0,035 620

15 12.00 Utara 45° 18,75 0,35 886

16 12.46 Utara 45° 17,5 0,035 802

17 13.26 Utara 45° 16 0,035 563

18 14.29 Utara 45° 19 0,02 263

19 09.41 Timur 45° 20 0,03 781

20 10.59 Timur 45° 20 0,03 109

21 11.09 Timur 45° 18,5 0,0375 590

22 11.03 Timur 45° 18 0,0375 335

23 11.25 Timur 45° 18 0,035 379

24 12.02 Timur 45° 18 0,03 380

25 12.35 Timur 45° 18 0,03 383

26 13.29 Timur 45° 14 0,035 198

27 14.27 Timur 45° 17,5 0,02 320

28 09.45 Selatan 45° 20 0,035 607

29 09.49 Selatan 45° 19 0,025 591

30 10.04 Selatan 45° 19 0,035 711

31 11.27 Selatan 45° 19 0,03 727

32 12.04 Selatan 45° 19 0,035 689

33 11.23 Selatan 45° 18 0,04 260

34 12.41 Selatan 45° 17,5 0,035 201

35 13.34 Selatan 45° 18,5 0,03 538

36 14.39 Selatan 45° 13 0,015 117

Gambar 5.24 Grafik Perbandingan arah solar cell sudut 45° antara tegangan

terhadap waktu.

37

Pada grafik perbandingan arah solar cell dengan sudut 45° antara tegangan

terhadap waktu, tegangan tertinggi yang didapat yaitu 20 volt pada arah selatan

jam 09.44, arah timur jam 10.53 dan arah barat jam 11.05.

Tabel 5.5 Data rata-rata perbandingan pada sudut 45° pada cuaca cerah ( kondisi

matahari saat tertutup awan dan tidak tertutup awan)

Arah Sudut

Teganga

n (V)

Aru

s (A)

Intensitas Cahaya

Matahari (W/m²)

Barat 45° 17,93 0,03 460,67 1,024

Utara 45° 18,36 0,03 512,44 0,942

Timur 45° 18 0,03 386,11 1,227

Selatan 45° 18,11 0,03 493,44 0,966

Dari hasil pengujian solar cell diatas dari jam 09.44 s/d 14.34 didapatkan

hasil rata-rata yang paling efisien yaitu pada sudut 45° mengarah ke timur. Karena

dengan rata-rata intensitas cahaya matahari yang rendah yaitu sebesar 386,11

W/m2 dapat menghasilkan tegangan rata-rata sebesar 18 Volt dengan efisiensi

rata-rata sebesar 1,227 %.

Tabel 5.6 Perbandingan arah pada sudut 60° pada cuaca cerah ( kondisi matahari

saat tertutup awan dan tidak tertutup awan)

09.4411.05

11.4712.29

14.3409.53

11.0011.16

12.4614.29

09.4111.09

11.2512.35

14.2709.45

10.0412.04

12.4114.39

1213141516171819202122

Perbandingan Arah Solar Cell

BaratUtaraTimurSelatan

waktu

Tega

ngan

38

Data Pengujian Solar Sel

N

o

Jam Arah Sudu

t

Tegangan

(V)

Arus

(A)

Intensitas Matahari (

W/m² )

1 09.4

5

Barat 60° 13 0,03 489

2 10.5

3

Barat 60° 20 0,035 875

3 10.5

4

Barat 60° 16 0,03 265

4 11.1

9

Barat 60° 18,5 0,0375 285

5 11.4

7

Barat 60° 19,25 0,0375 800

6 12.0

6

Barat 60° 19,4 0,04 815

7 12.3

1

Barat 60° 18 0,0425 590

8 13.2

4

Barat 60° 19 0,035 689

9 14.3

6

Barat 60° 17 0,03 342

10 09.5

4

Utara 60° 16 0,03 265

11 10.4

4

Utara 60° 16 0,04 278

12 10.5

6

Utara 60° 18 0,03 189

13 11.0

5

Utara 60° 19 0,0375 749

14 11.3

5

Utara 60° 19 0,0375 564

39

15 12.4

7

Utara 60° 19 0,0375 763

16 13.2

7

Utara 60° 15 0,03 476

17 14.3

1

Utara 60° 18,5 0,025 329

18 09.4

2

Timur 60° 20 0,03 791

19 10.5

5

Timur 60° 18,5 0,035 702

20 10.5

9

Timur 60° 20 0,03 769

21 11.3

6

Timur 60° 17,75 0,035 750

22 11.1

3

Timur 60° 19 0,0375 749

23 12.3

7

Timur 60° 18 0,0425 350

24 13.3

6

Timur 60° 11 0,03 138

25 14.2

8

Timur 60° 18 0,025 144

26 09.5

1

Selata

n

60° 19 0,03 429

27 09.5

7

Selata

n

60° 18 0,03 494

28 10.5

2

Selata

n

60° 19 0,03 387

29 11.2

5

Selata

n

60° 17,5 0,0375 124

30 11.3

8

Selata

n

60° 18,75 0,035 316

40

31 12.0

4

Selata

n

60° 19 0,03 514

32 12.4

2

Selata

n

60° 19 0,0375 720

33 13.3

5

Selata

n

60° 19 0,035 619

34 14.4

2

Selata

n

60° 12 0,02 156

Gambar 5.25 Grafik Perbandingan arah solar sel sudut 60°

Pada grafik perbandingan arah solar cell dengan sudut 60° antara tegangan

terhadap waktu, tegangan tertinggi yang didapat yaitu 20 volt pada arah timur jam

09.45, arah barat jam 10.53.

Tabel 5.7 Data rata-rata perbandingan pada sudut 60° pada cuaca cerah ( kondisi

matahari saat tertutup awan dan tidak tertutup awan)

Arah Sudut Tegangan Arus Intensitas Cahaya

09.4510.54

11.4712.31

14.3609.54

10.5611.35

13.2709.42

10.5911.13

13.3609.51

10.5211.38

12.4214.42

10

12

14

16

18

20

22

Perbandingan arah Solar Sel

baratutaratimurselatan

waktu

Tega

ngan

41

( V ) ( A ) Matahari ( W/m² )

Barat 60° 17,79 0,04 572,22 1,091

Utara 60° 17,59 0,03 465,02 0,995

Timur 60° 17,78 0,03 549,13 0,852

Selatan 60° 17,92 0,03 417,67 1,129

Dari hasil pengujian solar cell diatas dari jam 09.45 s/d 14.36 didapatkan

hasil rata-rata yang paling efisien yaitu pada sudut 60° mengarah ke selatan.

Karena dengan rata-rata intensitas cahaya matahari yang rendah yaitu sebesar

1,129 W/m2 dapat menghasilkan tegangan rata-rata sebesar 17,92 Volt dengan

efisiensi rata-rata sebesar 1,229 %.

Tabel 5.8 Perbandingan arah pada solar sel dengan sudut 0° pada cuaca cerah

( kondisi matahari saat tertutup awan dan tidak tertutup awan)

Data Pengujian Solar Sel

No Jam Arah Sudu

t

Tegangan

(V)

Arus

(A)

Intensitas Matahari

( W/m² )

1 09.56 Utara 0° 20 0,03 252

2 10.57 Utara 0° 19 0,035 130

3 11.07 Utara 0° 19 0,035 820

4 11.17 Utara 0° 18,5 0,035 814

5 11.35 Utara 0° 19,25 0,03 788

6 12.48 Utara 0° 17,5 0,03 752

7 13.27 Utara 0° 18 0,03 743

8 14.31 Utara 0° 19 0,03 323

9 09.43 Timur 0° 18 0,03 569

10 10.03 Timur 0° 20 0,035 719

11 10.15 Timur 0° 19 0,04 820

12 11.26 Timur 0° 19 0,035 456

13 11.36 Timur 0° 19 0,03 780

14 12.02 Timur 0° 18 0,03 534

15 12.38 Timur 0° 18,5 0,0425 722

42

16 13.24 Timur 0° 19 0,03 797

17 14.36 Timur 0° 17,5 0,025 297

Keterangan : Tabel pada sudut 0° hanya diambil dua arah saja yaitu arah timur dan

arah utara karena untuk sudut 0° arahnya sama dengan arah selatan dan arah barat.

09.43 10.03 10.15 11.26 11.36 12.02 12.38 13.24 14.3617

17.5

18

18.5

19

19.5

20

20.5

Grafik Perbandingan Tegangan terhadap Waktu

UtaraTimur

Waktu

Tega

ngan

Gambar 5.26 Grafik Perbandingan arah solar sel sudut 0°

Pada grafik perbandingan arah solar cell dengan sudut 0° antara tegangan

terhadap waktu, tegangan tertinggi yang didapat yaitu 20 volt pada arah utara jam

09.43 dan arah timur jam 10.03.

Tabel 5.9 Data rata-rata perbandingan arah pada sudut 0° pada cuaca cerah

( kondisi matahari saat tertutup awan dan tidak tertutup awan)

Arah Sudut

Teganga

n ( V )

Aru

s ( A

)

Intensitas Cahaya

Matahari ( W/m² )

Utara 0° 18,78 0,03 577,75 0,855

43

Timur 0° 18,67 0,03 632,67 0,776

Dari hasil pengujian solar cell diatas dari jam 09.43 s/d 14.36 didapatkan

hasil rata-rata yang paling efisien yaitu pada sudut 0° mengarah ke utara. Karena

dengan rata-rata intensitas cahaya matahari yang rendah yaitu sebesar 577,75

W/m2 dapat menghasilkan tegangan rata-rata sebesar 18,78 Volt dengan efisiensi

rata-rata sebesar 0,855 %.

Tabel 5.10 Data Pengujian Hybrid Kincir Angin Savonius dengan Solar Cell

sudut 45⁰ pada saat kondisi cuaca cerah

Tanggal : 26 – 07 – 2012

Jam : 09.00 s/d 02.00

No Solar Cell Kincir Angin Savonius Output Hybrid Jam

Tegangan

(Volt)

Arus

(Amper)

Kec.

Angin

(m/s)

Tegangan

(Volt)

Arus

(Amper)

Tegangan

(Volt)

Arus

(Amper)

1 18 0,025 1 - - 18 0,025 09.00

2 18 0,03 1,5 - - 18 0,03 09.30

3 19,5 0,0375 2 - - 19,5 0,0375 10.00

4 19 0,03 2,5 - - 19 0,03 10.30

5 19,5 0,035 3 - - 19,5 0,035 11.00

6 18,5 0,035 3,5 2,4 0,009 18,5 0,035 11.30

7 18 0,03 4 6,2 0,02 18 0,03 12.00

8 12 0,03 4,5 14,8 0,03 14,8 0,03 12.30

9 16,5 0,025 5 18,4 0,045 18,4 0,045 13.00

44

Dari tabel diatas terdapat tanda (-) pada kincir angin savonius dari nomor 1

s/d 5 menyatakan bahwa pada saat kecepatan angin 1 s/d 3 m/s kincir angin

savonius belum berputar sehingga tegangan dan arus tidak ada.

Tanggal : 26 – 07 – 2012

Jam : 13.30 s/d 17.30

No Solar Cell Kincir Angin Savonius Output Hybrid Jam

Tegangan

(Volt)

Arus

(Amper)

Kec.

Angin

(m/s)

Tegangan

(Volt)

Arus

(Amper)

Teganga

n (Volt)

Arus

(Amper)

1 17 0,03 1 - - 17 0,03 13.30

2 16 0,03 1,5 - - 16 0,03 14.00

3 18 0,035 2 - - 18 0,035 14.30

4 16 0,03 2.5 - - 16 0,03 15.00

5 16 0,035 3 - - 16 0,035 15.30

6 16 0,0035 3.5 2,6 0,012 16 3,5 16.00

7 5 0.008 4 6,6 0,016 6,6 0,016 16.30

8 2 0,0075 4.5 14 0,03 14 0,03 17.00

9 - - 5 16 0,04 16 0,04 17.30

Dari tabel diatas terdapat tanda (-) pada kincir angin savonius dari nomor 1

s/d 5 menyatakan bahwa pada saat kecepatan angin 1 s/d 3 m/s kincir angin

savonius belum berputar sedangkan tanda (-) nomor 9 pada solar cell menyatakan

bahwa pada jam 17.30 kondisi matahari sudah terbenam sehingga tegangan dan

arus tidak terbaca alat ukur.

Contoh Perhitungan Kincir Angin Savonius saat kecepatan angin 5 m/s

45

Berdasarkan tabel 5.11 data hybrid kincir angin savonius secara terpisah

pada kecepatan angin 5 m/s diketahui putaran pada rotor sudu turbin (n) = 100,6

Rpm, tegangan yang dihasilkan oleh generator V = 18,4 dan arus yang dihasilkan

I = 0,045 A dengan menggunakan lampu LED 24 Volt, sehingga daya angin yang

diterima oleh kincir angin :

Diketahui :

ρ = 1,225 Kg/m3 (ketetapan)

Cp = 0,2

S = Tinggi . Diameter

= h . D

= 1,76 m . 1 m

= 1,76 m/s

V1 = 5 m/s

V = 18,4 Volt

I = 0,045 Ampere

Daya yang diterima kincir angin savonius :

P = 12

x ρ x Cp x Av x V13

= 0,5 x 1,225 Kg/m3 x 0,2 x 1,76 m2 x 53 m/s

= 26,95 Watt

Daya total angin :

P = 12

. ρ. Av. V13

= 0,5 x 1,225 Kg/m3 x 1,76 m2 x 53 m/s

= 134,75 Watt

Daya yang dikeluarkan oleh generator adalah :

Plistrik = V . I

= 18,4 . 0,045

= 0,828 Watt

46

ω = 2 πn60

= 2. 3,14 .100,6

60

= 10,53 rad/s

Torsi yang dihasilkan oleh turbin angin adalah :

τ = Pω

= P x 602πn

= 26,95 x60

2 x 3,14 x100,6

= 2,559 Nm

Dari daya yang dikeluarkan oleh generator dan daya angin yang didapat maka

didapat efisiensi listrik adalah :

η sistem = Plistrik

P mekanik x 100 %

= 0,82826,95

x 100 %

= 3,072 %

Tabel 5.11 Data terpisah berdasarkan hybrid (dari tabel 5.10) pada Kincir Angin

savonius dengan kecepatan angin yang berbeda

Kec.

Ang-

in

Putaran

(Rpm)Ω

Torsi

(Nm) Tegangan

Arus Daya (Watt)

Efisiensi

system (η)

PlitrikPmekanik

(m/s)

Sudu

turbin

tanpa

transmisi

(Rad/s) (Volt)

(Amper)Listrik Angin Mekanik

1 26,8 2,81 0,077 - - - 1,078 0,216 -

1,5 36,1 3,78 0,193 - - - 3.638 0,728 -

2 45,7 4,78 0,361 - - - 8.624 1,725 -

47

2,5 57,6 6,03 0,559 - - - 16,844 3,369 -

3 65,9 6,90 0,843 - - - 29,106 5,821 -

3,5 73,8 7,72 1,194 2,4 0,009 0,021 46,219 9,224 0,228

4 80,8 8,46 1.632 6,2 0,02 0,124 68,992 13,798 0,899

4,5 90,3 9,45 2,079 14,8 0,035 0,518 98,233 19,647 2,637

5 100,6 10,53 2.559 18,4 0,045 0,828 134,75 26,95 3,072

Dari tabel diatas terdapat tanda (-) pada kincir angin savonius dari nomor

1 s/d 5 menyatakan bahwa pada saat kecepatan angin 1 s/d 3 m/s kincir angin

savonius belum berputar sehingga tegangan, arus, daya listrik dan efisiensi listrik

tidak ada.

1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50

0.0050.01

0.0150.02

0.0250.03

0.0350.04

0.0450.05

Grafik antara arus (I) terhadap kecepatan angin (V1)

Kecepatan angin (m/s)

Arus

(I)

Gambar 5.27 Grafik Antara Arus dengan Kecepatan Angin

Pada grafik diatas antara arus dengan kecepatan angin bahwa semakin besar

kecepatan angin maka semakin besar pula arus yang didapat, terlihat titik tertinggi

pada kecepatan 5 m/s arus yang didapat 0.045 Ampere.

48

1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 502468

101214161820

Grafik antara tegangan (V) terhadap kecepatan angin (V1)

Kecepatan Angin (m/s)

Tega

ngan

(V)

Gambar 5.28 Grafik Antara Tegangan dengan Kecepatan Angin

Pada grafik diatas antara tegangan dengan kecepatan angin bahwa semakin

besar kecepatan angin maka semakin besar pula tegangan yang didapat, terlihat

titik tertinggi pada kecepatan 5 m/s tegangan yang didapat 18,4 Volt.

49

Contoh perhitungan diambil dari data solar cell pada tabel 5.12 nomor 3

Luas permukaan solar cell

A = 396 mm x 289 mm

= 11444 mm2

= 0,114 m2

Daya input radiasi matahari

Dik : Ir = 468 W/m2

A = 0,114 m2

Jawab

Pin = Ir x A

= 468 W/m2 x 0,114 m2

= 53,352 Watt

Daya output solar cell

Dik : V = 19,5 Volt

I = 0,0375 Amper

Jawab

Pout = V x I

= 19,5 x 0,0375

= 0,73125 Watt

Efisiensi solar cell

Dik : Pin = 53,352 Watt

Pout = 0,731 Watt

Jawab

η = PoutPin

x 100 %

= 0,7313 Watt53,352Watt

x 100 %

50

= 1,371 %

Tabel 5.12 Data terpisah berdasarkan hybrid (dari tabel 5.10) pada Solar Cell

No Intensitas

Cahaya

(W/m2)

Tegangan

(V)

Arus

(Amper)

P in

(W)

P out

(W)

η

(%)

Jam

1 311 18 0,025 35,454 0,450 1,269 09.00

2 539 18 0,03 61,446 0,540 0,879 09.30

3 468 19,5 0,0375 53,352 0,731 1,371 10.00

4 590 19 0,035 67,260 0,665 0,989 10.30

5 620 19,5 0,035 70,680 0,683 0,966 11.00

6 886 18,5 0,03 101,004 0,555 0,549 11.30

7 802 18 0,0375 91,428 0,675 0,738 12.00

8 218 12 0,03 24,852 0,360 1,449 12.30

9 898 16,5 0,025 87,552 0,413 0,471 13.00

311 539 468 590 620 886 802 218 8980.0000.2000.4000.6000.8001.0001.2001.4001.600

Grafik antara efisiensi (η) terhadap inten-sitas cahaya matahari (W/m2)

Intensitas cahaya matahari (W/m2)

efisie

nsi (

η)

Gambar 5.29 Grafik antara efisiensi (η) terhadap

intensitas cahaya matahari (W/m2)

Dari grafik diatas antara efisiensi terhadap intensitas cahaya matahari

terlihat titik tertinggi pada efisiensi 1,449 % dengan intensitas cahaya matahari

51

sebesar 218 W/m2. Semakin kecil intensitas cahaya matahari maka semakin besar

nilai efisiensi yang dihasilkan.

311 539 468 590 620 886 802 218 76802468

10121416182022

Grafik tegangan (V) terhadap intensitas cahaya (W/m²)

Intensitas cahaya (W/m²)

Tega

ngan

(V)

Gambar 5.30 Grafik Antara Tegangan dengan Intensitas

Dari grafik diatas antara tegangan terhadap intensitas di dapat titik ke

tertinggi pada intensitas cahaya sebesar 468 W/m2 menghasilkan tegangan sebesar

19,5 Volt sedangkan titik terendah didapat pada intensitas cahaya sebesar 218

W/m2 menghasilkan tegangan sebesar 12 Volt.

311 539 468 590 620 886 802 218 7680.02

0.0220.0240.0260.028

0.030.0320.0340.0360.038

0.04

Grafik Arus ( A ) terhadap Intensitas Cahaya ( W/m² )

Intensitas Cahaya ( W / m² )

Arus

( A )

52

Gambar 5.31 Grafik Antara Arus dengan Intensitas

Dari grafik diatas antara arus terhadap intensitas di dapat titik ke tertinggi

pada intensitas cahaya sebesar 468 W/m2 menghasilkan arus sebesar 0,0375 A

sedangkan titik terendah didapat pada intensitas cahaya sebesar 218 W/m2

menghasilkan arus sebesar 0,03 A.

53

BAB VI

KESIMPULAN DAN SARAN

6.1 Kesimpulan

Dari hasil analisa diatas didapatkan bahwa pemasangan sudut solar sel

dengan efisiensi tertinggi adalah di arah timur 45°, dengan capaian rata-

rata tegangan 18 V, arus 0,03 A dan intensitas cahaya 386,11 W/m2.

Kincir angin savonius dapat mengisi baterai, jika ada kontak dengan fluida

udara dengan kecepatan 4,5 m/s menghasilkan tegangan 14,8 volt dan arus

sebesar 0,035 Ampere. Tegangan dan arus yang masuk ke baterai dari

hybrid antara kincir angin savonius dan solar cell yang di paralellkan

adalah sumber tegangan dan arus terbesar dari salah satu sumber apabila

kedua sumber mencapai tegangan diatas 12 Volt.

6.2 Saran

Saran yang diberikan pada saat melakukan penelitian ini adalah :

1. Sebaiknya pada saat merancang kincir angin savonius dipertimbangkan

bahan yang akan digunakan.

2. Sebaiknya untuk menentukan rangka dan sudut solar cell dilakukan pada

siang hari, karena bisa menentukan posisi yang tepat.

3. Kemudian saat pengambilan data sebaiknya dilakukan didaerah yang

terbuka (lapangan) karena angin dan sinar matahari yang akan diukur bisa

mencapai maksimal karena tidak terhalang oleh apapun.

54

DAFTAR PUSTAKA

[ 1 ] El-wakil, M.M.1998. Power Plant Technology. Mc Graw-Hill

International Edition.

[ 2 ] R. Patel, Mukund. 1999. Wind and Solar Power System. King point, New

York.

[ 3 ] Sertu Alim Senina Sinamo., Mengenal Solar Cell Sebagai Energi

Alternatif. http://buletinlitbang.dephan.go.id/imdex.asp?

vnomor=18&mnorutisi=8.

Akses Juli 2012

[ 4 ] Amien Rahardjo, Herlina dan Husni Safruddin, 2008, Optimalisasi

Pemanfaatan Sel Surya Pada Bangunan Komersial Secara Terintegrasi

Sebagai Bangunan Hemat Energi. Seminar Nasional Sains dan Teknologi,

Univ.Lampung

[ 5 ] Anonymous, Melihat Prinsip Kerja Sel Surya Lebih Dekat.

http://energisurya.wordpress.com/2008/07/10/melihat-prinsip-kerja-sel-

surya-lebih-dekat/. Akses Juli 2012.

[ 6 ] Dwi, Aditya dkk. 2007. Rancang Bangun Turbin Angin Model Split

Savonius Bertingkat Dengan Beda Sudut Sudu Variabel, Laporan Tugas

Akhir Politeknik Negeri Jakarta.

[ 7 ] Hau, Eric.2005. Wind Turbines Fundamental : 81-94

[ 8 ] Park, Jack.1981. The Wind Power Book . Cheshire Books , California.

55

[ 9 ] Syukri, Mahdi dan Suriadi .2010. Perencanaan Pembangkit Listrik

Tenaga Surya (PLTS) Terpadu Menggunakan Software PVSYST Pada

Komplek Perumahan di Banda Aceh. Jurnal Rekayasa Elektrikal, Aceh.

[ 10 ] Waloya, Tunggul dkk. 2010. Penggunaan Kincir Angin Savonius Sebagai

Sumber Energi Lampu Celup Bawah Air (LACUBA) di Bagan Nelayan,

Laporan PKMT.

LAMPIRAN

56