Makalah tentang tekno;ogi hybrid energi surya dan energi angin

1. PEMANFAATAN TEKNOLOGI HYBRID BERBASIS
ENERGI SURYA DAN ANGIN
MAKALAH
OLEH :
ETHELBERT DAVITSON PHANIAS
ACB 110 078
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA
JURUSAN PENDIDIKAN MIPA
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS PALANGKARAYA
2014

2. DAFTAR ISI
Daftar Isi
Daftar Gambar
Daftar Tabel
Abstrak
Kata Pengantar
ii
iv
v
vi
vii
BAB I
Pendahuluan
1.1 Latar Belakang Masalah
1
1
1.2 Rumusan Masalah
6
1.3 Tujuan Penulisan
6
1.4 Batasan Masalah
6
1.5 Manfaat Penulisan
7
BAB II
Pembahasan
2.1 Pembangkit Listrik Tenaga Surya
8
8
2.2 Pembangkit Listrik Tenaga Angin
12
2.3 Teknologi Hybrid Berbasis Energi Surya dan Angin
14
2.4 Kelebihan dan Kekurangan Teknologi Hibrid Berbasis
Energi Surya dan Angin
2.5 Pentingnya Teknologi Hybrid Berbasis Energi Surya dan Angin
15
17
2.6 Mekanisme Kerja Dan Inovasi Pembangkit Listrik Tenaga Hibrid Berbasis
Energi Surya Dan Angin
18
2.7 Pemodelan Sistem Pembangkit Energi Angin
19
2.8 Pemodelan Sistem Pembangkit Energi Surya
23
2.9 Baterai
24
2.10
25
Arsitektur Sistem Hybrid
BAB III
Penutup
19
ii

3. 3.1 Kesimpulan
19
3.2 Saran
20
Daftar Pustaka
22
iii

4. DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Pembangkit Listrik Tenaga Surya
8
Gambar 2.2
Pembangkit Listrik Tenaga Surya
9
Gambar 2.3
Turbin Angin Sumbu Vertikal
12
Gambar 2.4
Pembangkit Listrik Tenaga Hybrid
14
Gambar 2.5
Pembangkit Listrik Tenaga Hybrid
15
Gambar 2.6
Komponen sistem pembangkit energi angin
19
Gambar 2.7
Perubahan energi foton menjadi tegangan listrik pada sambungan p-n
23
Gambar 2.8
Arsitektur sistem pembangkit energi hybrid
25
Gambar 2.9
Diagram alir proses charge dan discharge baterai
27
iv

5. DAFTAR TABEL
Tabel 2.1
Tabel kondisi angin
12
Tabel 2.2
Tingkat kecepatan angin 10m di atas permukaan tanah
13
v

6. ABSTRAK
Penggunaan energi surya dan energi angin merupakan suatu terobosan baru
dalam bidang ilmu pengetahuan dan teknologi yang hingga kini masih terus
dikembangkan untuk kebutuhan manusia. Selain memiliki ketersediaan sumber
energi yang melimpah, penggunaan teknologi solar panel ini juga ramah
terhadap lingkungan. Akan tetapi karena kondisi lingkungan yang tidak stabil
atau konsisten, maka alangkah baiknya jika langsung memanfaatkan kedua jenis
energi ini secara bersamaan. Penggunaan 2 energi secara bersamaan atau lebih
dikenal dengan teknologi hybrid. Teknologi hybrid bekerja pada saat panel sel
photovoltaic yang terbuat dari dua lapis silikon terkena sinar matahari, dua
lapisan silicon akan menghasilkan ion positif dan negative, dan listrikpun akan
tercipta. Listrik dari panel surya dan kincir angin itu masih berupa arus searah
(direct current, DC). Padahal alat rumah tangga membutuhkan listrik berarus
bolak-balik (alternatif current, AC). Untuk itulah dibutuhkan inverter,
pengubah arus DC menjadi AC 220 Volt.
Kata kunci : Hybrid, energi surya, energi angin, AC, DC, photovoltaic
vi

7. KATA PENGANTAR
Dengan memanjatkan Puji Syukur Kehadirat Tuhan Yang Maha Esa
yang telah melimpahkan rahmat-Nya kepada kita semua, sehingga saya
mendapat kemampuan untuk menyelesaikan makalah ini dengan judul
“Pemanfaatan Teknologi Hybrid Berbasis Energi Surya Dan Angin” Ini Disusun
Untuk Memenuhi Tugas Mata Kuliah Seminar Fisika.
Ucapan terima kasih yang dalam tak terhingga saya sampaikan kepada
seluruh komponen yang memberikan bantuan kepada saya sehingga makalah ini
tersusun dengan baik. Ucapan terima kasih saya terutama disampaikan kepada :
1. Bapak DR. Andi Bustan, M.Si yang telah membimbing saya dalam
mata kuliah Seminar Fisika ini.
2. Keluarga dan teman-teman yang telah memberikan dukungan baik itu
berupa moril maupun materill.
Ucapan terima kasih juga saya sampaikan kepada semua komponen yang
tidak dapat saya sebutkan satu persatu yang telah membantu saya dalam
menyelesaikan penyusunan makalah ini, mudah-mudahan Tuhan Yang Maha
Esa membalasnya dengan yang lebih baik.
Dalam penulisan makalah ini, saya sebagai penyusun tidak menutup
kemungkinan adanya kesalahan dan kekeliruan. Oleh sebab itu saya berharap
untuk diberi kritikan dan saran yang membangun agar makalah ini dapat lebih
bagus lagi kedepannya.
vii

8. Atas perhatian dan partisipasinya saya selaku penyusun makalah ini
mengucapkan banyak-banyak terima kasih. Semoga makalah ini dapat
bermanfaat dan berguna sehingga dapat menambah pengetahuan bagi kita
semua, khususnya bagi para penerus bangsa ini kedepannya.
Palangka Raya,
Februari 2014
Ethelbert Davitson Phanias
viii

9. BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Energi merupakan isu yang sangat krusial bagi masyarakat dunia,
terutama semenjak terjadinya krisis minyak dunia pada awal dan akhir dekade
1970-an dan pada akhirnya ditutup dengan adanya krisis minyak yang terjadi
baru-baru ini, dimana harga minyak melambung sampai dengan lebih dari
$110/barel (IPB: 2011). Dengan kondisi tersebut, saat ini negara-negara di dunia
berlomba untuk mencari dan memanfaatkan sumber energi alternaif untuk
menjaga keamanan ketersediaan sumber energinya. Begitu juga Indonesia, untuk
menjaga ketahanan sumber energinya, maka dikeluarkan keputusan presiden RI
No. 5 tahun 2006 tentang kebijakan energi nasional, dimana salah satunya yaitu
penggunaan sumber energi yang dapat diperbaharui seperti biofuel, energi
matahari, energi angin, energi gelombang dan arus samudra, dan geotermal.
(Keppres No. 5 Tahun 2006)
Sektor energi adalah salah satu sektor terpenting di Indonesia karena
merupakan dasar bagi semua pembangunan lainnya. Ada banyak tantangan yang
terkait dengan energi, dan salah satu hal yang menjadi perhatian pemerintah
Indonesia adalah bagaimana memperluas jaringan listrik, terutama dengan
membangun infrastruktur pasokan listrik ke daerah perdesaan. Masih ada banyak
daerah perdesaan yang sering mengalami pemadaman listrik oleh karena
infrastruktur yang tidak memadai. Banyak tempat yang tidak memiliki akses
1

10. terhadap infrastruktur listrik, sehingga masyarakat menggunakan sumber-sumber
energi yang mahal dan tidak efisien, seperti lampu minyak tanah dan genset, atau
kayu untuk memasak.(Program Nasional Pemberdayaan Masyarakat 2012:7)
Saat ini kebutuhan energi, khususnya energi listrik (energi listrik adalah
energi yang mudah dikonversikan ke dalam bentuk energi yang lain) terus
meningkat dengan pesat, bahkan di luar estimasi yang diperkirakan. Sehingga,
kebutuhan manusia juga turut meningkat sehingga eksploitasi terhadap sumbersumber energi berbasis fosil, seperti minyak bumi, batu bara, dan lain-lain terusmenerus dilakukan demi kelangsungan aktivitas-aktivitas hidup umat manusia.
Sedangkan kita ketahui bahwa sumber-sumber energi berbasis fosil ini termasuk
dalam
kelompok
sumber
daya
alam
yang
tidak
dapat
diperbaharui,
ketersediaannya semakin berkurang, sehingga cepat atau lambat akan habis pada
suatu masa.
Keterbatasan cadangan energi berbasis fosil ini menuntut pemerintah
untuk segera melakukan pemanfaatan energi alternatif yang dari berbagai sumber
energi lain yang berlimpah, yang sebagian di antaranya dapat diperoleh secara
langsung dan cuma-cuma oleh masyarakat, misalnya yaitu energi surya dan
energi angin. Dewasa ini kebutuhan akan pemanfaatkan sumber energi listrik
terbarukan semakin meningkat dengan adanya krisis energi dan juga adanya isu
pemanasan
global.
Berbagai
macam
sumber
energi
terbarukan
telah
dikembangkan para peneliti, seperti pembangkit listrik energi angin, air, surya,
pasang air laut, biomasa, biofuel, panas bumi. Sumber energi angin dan surya
merupakan sumber energi terbarukan yang cukup popular yang bersih dan
2

11. tersedia secara bebas (free). Energi terbarukan adalah sumber-sumber energi yang
bisa habis secara alamiah. Energi terbarukan berasal dari elemen-elemen alam
yang tersedia di bumi dalam jumlah besar, misal: matahari, angin, sungai,
tumbuhan dsb. Energi terbarukan merupakan sumber energi paling bersih yang
tersedia di planet ini. Ada beragam jenis energi terbarukan, namun tidak
semuanya bisa digunakan di seluruh wilayah Indonesia. Tenaga Surya, Tenaga
Angin, Biomassa dan Tenaga Air adalah teknologi yang paling sesuai untuk
menyediakan energi di daerah-daerah terpencil dan perdesaan. Energi terbarukan
lainnya termasuk Panas Bumi dan Energi Pasang Surut adalah teknologi yang
tidak bisa dilakukan di semua tempat. Indonesia memiliki sumber panas bumi
yang melimpah; yakni sekitar 40% dari sumber total dunia. Akan tetapi sumbersumber ini berada di tempat-tempat yang spesifik dan tidak tersebar luas.
Teknologi energi terbarukan lainnya adalah tenaga ombak, yang masih dalam
tahap pengembangan. (Program Nasional Pemberdayaan Masyarakat 2012:10)
Sumber energi yang berjumlah besar atau bersifat kontinyu terbesar yang
tersedia
bagi
umat
manusia
adalah
energi
surya,
khususnya
energi
elektromagnetik yang dipancarkan oleh matahari. Semenara energi surya belum
dipakai sebagai sumber primer energi bahan bakar untuk saat ini. Penelitian dan
pengembangan besar-besaran sedang dijalankan untuk mencari suatu system yang
ekonomis untuk memanfaatkan energi surya ini sebagai suatu sumber utama
bahan bakar. Energi surya adalah sangat luar biasa karena tidak bersifat polutif,
tak dapat habis. Kejelekan dari energi surya ini adalah sangat halus dan tidak
konstan. Arus energi surya yang rendah mengakibatkan dipakainya sistem dan
3

12. kolektor
yang
luas
permukaannya
besar
untuk
mengumpul
dan
mengkonsentrasikan energi itu. Sistem kolektor ini berharga cukup mahal dan ada
masalah lagi bahwa sistem-sistem di bumi tidak dapat diharapkan akan menerima
persediaan terus menerus dari energi surya ini. Hal ini berarti diperlukan
semacam system penyimpanan energi atau konversi lain diperlukan untuk
menyimpan energi pada malam hari serta pada saat cuaca mendung.(ITB, Energi
Angin 2009:11)
Tenaga surya mempunyai arti mengubah sinar matahari secara langsung
menjadi panas atau energi listrik untuk keperluan rumah tangga, industri, bahkan
transportasi.
Tipe
tenaga
matahari
yaitu
photovoltaic
(photo=cahaya,
voltaic=tegangan) yang memberdayakan pembangkit listrik dari cahaya.
Teknologinya yaitu dengan penggunaan bahan semi konduktor disesuaikan untuk
melepas elektron, pertikel bermuatan negative yang membentuk dasar listrik.
Masalah utama dari kedua jenis energi tersebut adalah tidak tersedia terus
menerus. (Soetedjo et al 2006:1)
Dalam realitas, tenaga angin adalah sekedar bentuk tenaga surya yang
dikonversi. Radiasi matahari memanas di berbagai tempat di bumi dengan
kecepatan yang berbeda pada siang dan malam hari. Hal ini menyebabkan
berbagai bagian atmosfer memanas dalam waktu yang berbeda. Udara panas
menaik, dan udara yang lebih sejuk tertarik untuk menggantikannya. Inilah yang
menyebabkan terjadinya angin. Jadi angin, yang disebabkan oleh gerakan
molekul udara di atmosfer, berasal dari energi matahari. Semua benda statis
termasuk molekul udara menyimpan energi laten yang disebut dengan energi
4

13. potensial. Pada saat molekul udara mulai bergerak, maka energi potensialnya
dikonversi menjadi energi kinetik (energi gerakan) sebagai akibat dari kecepatan
molekul udara. Mesin energi angin, yang dinamakan turbin angin, menggunakan
energi kinetik angin dan mengkonversinya menjadi energi mekanis atau listrik
yang bisa dimanfaatkan untuk berbagai tujuan praktis. Angin bertiup di atas
sayap juga disebut bilah atau aerofoil dari turbin angin, yang menyebabkan
berputar cepat. Turbin angin menggunakan gerakan rotasi untuk membangkitkan
listrik atau menjalankan peralatan mesin seperti pompa.
Energi surya hanya tersedia pada siang hari ketika cuaca cerah (tidak
mendung atau hujan). Sedangkan energi angin tersedia pada waktu yang
seringkali tidak dapat diprediksi dan sangat berfluktuasi tergantung cuaca atau
musim. Sistem pembangkit energi hibrid adalah sistem yang menggabungkan
beberapa sumber energi untuk memasok energi listrik ke beban. Tujuan utama
sistem hibrid adalah memaksmimalkan energi dengan harga murah, bebas polusi,
kualitas daya yang bagus, dan energi yang berkesinambungan. Dengan
pemanfaatan teknologi berbasis hybrid ini tentu bisa meningkatkan produksi
energi dan tentu listrik dari sistem ini dan akan menurunkan resiko kekurangan
energi, sehingga dapat menghemat konsumsi bahan bakar solar dan mengurangi
dampak lingkungan yang ditimbulkannya. Dimana teknologi hibrid ini adalah
konsep penggabungan dua atau lebih sumber energi untuk tercapainya sebuah
efisiensi dalam berbagai hal dan tentunya tidak akan menimbulkan polusi dampak
lingkungan yang berbahaya bagi masyarakat. (Rosyid 2010:2)
5

14. 1.2
Rumusan Masalah
Adapun rumusan masalah dari makalah ini adalah:
1.2.1 Apa kelebihan dan kekurangan pembangkit listrik tenaga hibrid berbasis
energi surya dan angin jika dibandingkan dengan pembangkit listrik
hanya berbasis salah satu dari energi surya atau angin?
1.2.2 Mengapa pembangkit listrik tenaga hibrid berbasis energi surya dan angin
menjadi sangat penting?
1.2.3 Bagaimanakah mekanisme kerja dan inovasi pembangkit listrik tenaga
hibrid berbasis energi surya dan angin?
1.3
Tujuan Penulisan
Adapun tujuan dari penulisan makalah ini, yaitu untuk :
1.3.1 Mengetahui kelebihan dan kekurangan pembangkit listrik tenaga hibrid
berbasis energi surya dan angin jika dibandingkan dengan pembangkit
listrik hanya berbasis salah satu dari energi surya atau angin.
1.3.2 Memahami pentingnya pembangkit listrik tenaga hibrid berbasis energi
surya dan angin.
1.3.3 Mengetahui mekanisme kerja dan inovasi pembangkit listrik tenaga hibrid
berbasis energi surya dan angin.
1.4
Batasan Masalah
Agar tidak terjadi salah penafsiran dan tidak terjadi perluasan masalah
maka makalah ini dibatasi hanya pada lingkup energi surya dan angin.
6

15. 1.5
Manfaat Penulisan
Manfaat yang dapat diperoleh dari makalah ini adalah :
1.5.1
Memberi pengetahuan kepada pembaca mengenai pembangkit listrik
tenaga hibrid berbasis energi surya dan angin.
1.5.2
Membuat pembaca agar lebih peduli lagi tentang lingkungannya dan dapat
menggunakan energi dengan sebaik mungkin.
7

16. BAB II
PEMBAHASAN
2.1
Pembangkit Listrik Tenaga Surya
Energi surya merupakan sumber energi alternatif yang dapat diperbaharui
dan ketersediaannya berlimpah di dunia ini. Teknologi berbasis energi surya
adalah teknologi yang memanfaatkan sumber energi surya/matahari untuk
menghasilkan panas, cahaya bahkan listrik. Sumber energi alternatif yang
diharapkan oleh masyarakat tidak hanya bersifat renewable dan mudah dikonversi
menjadi energi listrik, tetapi juga ramah lingkungan. Beberapa kalangan menilai
bahwa energi yang paling sesuai adalah energi surya.
Gambar 2.1 Pembangkit Listrik Tenaga Surya
8

17. Potensi tenaga surya Indonesia secara umum ada pada tingkat satisfy
(cukup). Hal ini tentunya dapat menjadi salah satu patokan kita dalam menyusun
perencanaan energi di masa depan. Selain itu potensi ini setidaknya dapat
menjadi penyejuk di tengah panasnya isu krisis listrik yang selama ini
menghantui Indonesia. Suplai energi surya dari sinar matahari yang diterima oleh
permukaan bumi sangat luar biasa besarnya yaitu mencapai 3 x 1024 joule
pertahun, energi ini setara dengan 2 x 1017 Watt. Jumlah energi sebesar itu setara
dengan 10.000 kali konsumsi energi di seluruh dunia saat ini. Dengan kata lain,
dengan menutup 0,1 persen saja permukaan bumi dengan divais solar sel yang
memiliki efisiensi 10 % sudah mampu untuk menutupi kebutuhan energi di
seluruh dunia saat ini. (Ristek.2012)
Gambar 2.2 Pembangkit Listrik Tenaga Surya
9

18. Sel surya atau sel photovoltaic, adalah sebuah alat semikonduktor yang
terdiri dari sebuah wilayah-besar diode p-n junction, di mana dalam hadirnya
cahaya matahari mampu menciptakan energi listrik yang berguna. Pengubahan ini
disebut efek photovoltaic. Bidang riset berhubungan dengan sel surya dikenal
sebagai photovoltaics.
Cell photovoltaic merupakan suatu peralatan non mekanik yang saat ini
umumnya terbuat dari campuran silicon. Penggunaan energi matahari untuk
menjadi tenaga listrik dewasa ini telah menjadi suatu trend teknologi dan
penelitian yang sangat populer di dunia. Upaya penggunaan tenaga matahari ini
hingga kini masih terus dalam tahap pengembangan. Namun demikian dengan
terus melonjaknya harga minyak maka insentif untuk mengembangkan
photovoltaics menjadi semakin tinggi. Saat ini komersialisasi teknologi energi
matahari sudah meluas.
Tenaga matahari dapat diubah menjadi tenaga listrik dengan dua cara
 Photovoltaic
(PV device) atau Solar Cell, yaitu mengubah cahaya matahari
langsung menjadi listrik. Cara ini umumnya digunakan di daerah terpencil
yang belum ada jaringan listrik konvensional. Penggunaan photovolaic banyak
digunakan untuk kalkulator, jam tangan, rambu-rambu jalan, lampu
penerangan taman, dsb.
 Solar
Power Plants, sistem ini tidak secara langsung menghasilkan listrik
yaitu panas yang dihasilkan alat pengumpul panas matahari digunakan untuk
memanaskan suatu cairan sehingga menghasilkan tenaga uap untuk tenaga
generator. (Program Nasional Pemberdayaan Masyarakat 2012: 35)
10

19. Semua teknologi berbasis semi-konduktor bekerja dengan prinsip yang
sama, foton dari sinar matahari menerpa elektron di dalam sel PV sehingga
memberikan energi yang cukup bagi sebagian elektron untuk berpindah dari
junction semi-konduktor dan menimbulkan tekanan listrik. Alasan untuk tekanan
ini adalah bahwa ada ketidakseimbangan listrik, terlalu banyak elektron
(bermuatan negatif) pada satu sisi junction, dan terdapat terlalu banyak muatan
positif di sisi lainnya. Pada saat elektron mengalir dari tempat dengan terlalu
banyak elektron ke tempat dengan terlaku sedikit elektron, maka tekanan akan
berkurang. Hal ini terjadi ketika ada interkoneksi di antara sel. Pada saat sel
saling dihubungkan, maka terciptalah modul. Modul surya menghasilkan Arus
Searah (DC) yang berarti arus satu arah. Ini berlaku sama pada batrei. Kebalikan
dari Arus Searah adalah Arus Bolak-Balik (AC). Sumber Arus Bolak-Balik
secara teratur membalikkan Polaritas, jika peralatan di rumah atau bangunan
memerlukan Arus Bolak-Balik (AC) untuk mengoperasikannya, maka Arus
Searah (DC) dari modul PV harus diubah menjadi Arus Bolak-Balik (AC). Hal
ini bisa dilakukan menggunakan inverter. (Program Nasional Pemberdayaan
Masyarakat 2012:29-33)
Lebih mudahnya menerangkan cara kerja panel surya photovoltaic yaitu
foton dari cahaya matahari menabrak elektron menjadi suatu energi yang lebih
tinggi sehingga terjadi listrik. Istilah photovoltaic menjelaskan mode operasi
suatu photodiode dimana arus yang melalui device selururuhnya terjadi karena
adanya perubahan induksi tenaga cahaya. Hampir semua peralatan photovoltaic
adalah berupa photodiode.
11

20. 2.2
Pembangkit listrik Tenaga Angin
Energi angin adalah sama halnya dengan energi surya, yaitu merupakan
salah satu dari energi alternatif non fosil yang bersifat renewable dimana
ketersediaannya di alam ini sangat berlimpah. Teknologi berbasis energi angin
adalah teknologi yang memanfaatkan sumber energi angin. Angin disebabkan
oleh pemanasan sinar matahari yang tidak merata di atas permukaan bumi. Udara
yang lebih panas akan mengembang menjadi ringan dan bergerak naik ke atas,
sedangkan udara yang lebih dingin akan lebih berat dan bergerak menempati
daerah tersebut. Perbedaan tekanan atmosfer pada suatu daerah yang disebabkan
oleh perbedaan temperatur akan menghasilkan sebuah gaya.
Syarat – syarat dan kondisi angin yang dapat digunakan untuk
menghasilkan energi listrik dapat dilihat pada tabel berikut.
Tabel.2.1 Tabel kondisi angin yang ideal sebagai pembangkit listrik tenaga angin
12

21. Tabel.2.2.Tingkat kecepatan angin 10m di atas permukaan tanah
Angin kelas 3 adalah batas minimum dan angin kelas 8 adalah batas maksimum
energi angin yang dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik.
Energi angin dapat dikonversikan menjadi energi mekanik, seperti pada
penggilingan biji, ataupun untuk memompa air. Pada perkembangannya, energi
angin dikonversikan menjadi energi mekanik, dan dikonversikan kembali
menjadi energi listrik. Dalam bentuknya sebagai energi listrik, maka energi dapat
ditransmisikan dan dapat digunakan untuk mencatu peralatan-peralatan
elektronik. Turbin Angin adalah kincir angin yang digunakan untuk
membangkitkan tenaga listrik.
13

22. Gambar 2.3 Pembangkit Listrik Tenaga Angin
Turbin angin ini pada awalnya dibuat untuk mengakomodasi kebutuhan
para petani dalam melakukan penggilingan padi, keperluan irigasi, dll. Turbin
angin terdahulu banyak dibangun di Denmark, Belanda, dan negara-negara Eropa
lainnya dan lebih dikenal dengan Windmill.
Prinsip dasar kerja dari turbin angin adalah mengubah energi mekanis dari
angin menjadi energi putar pada kincir, lalu putaran kincir digunakan untuk
memutar generator, yang akhirnya akan menghasilkan listrik.
2.3
Teknologi Hybrid Berbasis Energi Surya dan Angin
Hibrid sistem atau Pembangkit Listrik Tenaga Hibrid yang disingkat
PLTH adalah gabungan atau integrasi antara dua atau lebih pembangkit listrik
dengan sumber energi yang berbeda. Energi listrik hibrid sangat cocok untuk di
pasang di beberapa wilayah pesisir kawasan Indonesia. Pembangkit listrik ini
14

23. merupakan sumber energi terbarukan yang paling relevan untuk dikembangkan di
Indonesia dikarenakan potensi energi surya di Indonesia sangat tinggi, dengan
intensitas radiasi rata-rata 4-5kWh/m2.
Keuntungan dari teknologi hibrid berbabasis energi surya dan energi
angin ini sangat terasa penting saat ketika dalam keadaan yang tidak menentu,
misalkan pada saat hujan berangin. Meskipun sel surya tidak dapat berfungsi
tetapi kincir angin masih dapat berfungsi untuk menghasilkan energi listrik,
begitu pula sebaliknya. Namun, jika hanya berbasis satu energi akan mengalami
gangguan ketika cuaca tidak sesuai dengan teknologi energi yang digunakan.
2.4
Kelebihan dan Kekurangan Teknologi Hibrid Berbasis Energi Surya
dan Angin
Apabila dibandingkan dengan pembangkit listrik tenaga angin saja
maupun tenaga matahari saja, teknologi hibrida ini jelas lebih tinggi karena tak
sepenuhnya bergantung pada matahari. Maka, bila langit mendung atau malam
tiba dan matahari lenyap, pembangkit listrik akan digerakkan oleh kincir angin
jadi listrikpun tetap mengalir.
Sebaliknya, ketika angin sedang loyo berhembus, panel-panel sel surya
penangkap sinar matahari bisa terus memasok listrik. Pembangkit listrik ini cocok
untuk daerah yang cuacanya sering berubah-ubah seperti di pesisir pantai.
Pembangkit listrik tenaga angin (PLTA) dikombinasikan dengan pembangkit
listrik tenaga surya (PLTS) atau yang disebut hibrida lebih unggul, karena
pembangkit listrik hibrida ini dapat memanfaatkan sinar matahari pada saat
15

24. kecepatan angin rendah dan sebaliknya memanfaatkan energi angin pada saat
mendung. (Aji, Anugrah Krisna. 2012)
Gambar 2.4 Pembangit Listrik Tenaga Hybrid
Gambar 2.5 Pembangit Listrik Tenaga Hybrid
16

25. Namun kekurangannnya yaitu teknologi hibrid berbasis energi surya dan
angin ini hanya dapat digunakan di daerah tertentu karena tetap juga bergantung
pada angin. Agar pada saat matahari tidak memancarkan energinya alat ini masih
dapat dipergunakan dengan memanfaatkan tenaga angin. Karena tidak semua
daerah memiliki kecepatan angin yang cukup untuk menggerakan kincir angin
tersebut agar listrik tetap dapat mengalir.
Kecepatan angin di daratan Indonesia rata-rata kurang dari 5 m/s (Suharta,
2007). Sayangnya kebanyakan turbin angin yang ada di pasaran adalah didesain
untuk kecepatan angin yang tinggi, yang biasanya cocok untuk negara-negara
sub-tropis di Eropa dan Amerika. Oleh karena itu untuk memanfaatkan energi
angin di Indonesia lebih efektif diperlukan usaha yang lebih jeli lagi.
2.5
Pentingnya Teknologi Hybrid Berbasis Energi Surya dan Angin
Dapat kita bayangkan betapa pentingnya pembangkit listrik berbasis
energi surya dan angin ini. Karena listrik mendukung hampir seluruh aktivitas
dan kebutuhan rumah tangga umat manusia. Tentu saja alat ini sangat penting dan
sangat dibutuhkan dalam kehidupan sehari-hari. Apalagi di tengah ancaman krisis
energi berkepanjangan serta pemanasan global di dunia, khususnya di Indonesia.
Kita tidak bisa mengeksploitasi sumber energi berbasis fosil terusmenerus demi melangsungkan kehidupan. Tapi kita juga harus memperhatikan
dampaknya terhadap lingkungan. Listrik bertenaga surya dan angin ini sangat
bagus untuk menjadi solusi kebutuhan rumah tangga. Di samping ramah
lingkungan, kebutuhan rumah tangga akan listrik tetap dapat terpenuhi.
17

26. 2.6
Mekanisme Kerja Dan Inovasi Pembangkit Listrik Tenaga Hibrid
Berbasis Energi Surya Dan Angin.
Saat angin bertiup, bilah-bilah kincir akan bergerak memutar dinamo
(dynamo) yang membangkitkan arus listrik. Listrik ini kemudian disalurkan ke
bagian penyimpanan yang berupa sejumlah aki mobil. Pada saat yang sama,
ketika matahari bersinar panel sel surya akan menangkap sinar untuk diubah juga
menjadi listrik. Panel ini berisi sel photovoltaic yang terbuat dari dua lapis
silicon. Ketika terkena sinar matahari, dua lapisan silicon akan menghasilkan ion
positif dan negative, dan listrikpun akan tercipta. Listrik dari panel surya dan
kincir angin itu masih berupa arus searah (direct current, DC). Padahal alat rumah
tangga seperti televisi, radio, kulkas dan lain-lain, membutuhkan listrik berarus
bolak-balik (alternating current, AC). Untuk itulah dibutuhkan inverter, pengubah
arus DC menjadi AC 220 Volt. Pembangkit listrik ini bisa menghasilkan daya 50
kilowatt atau cukup untuk 600 kepala keluarga, dengan masing-smasing keluarga
memakai daya listrik 450 watt.Inovasi dari listrik teknologi hibrid berbasis energi
surya dan angin ini yang penulis ketahui yaitu dapat diaplikasikan pada lampulampu penerang jalan.
Energi Hijau Perkotaan membawa keindahan dan keberlanjutan untuk
lampu jalan. Angin hibrida gaya dan lampu bertenaga surya jalan konsep diri
didukung oleh energi terbarukan. Ini terdiri dari turbin angin ditempatkan tepat di
atas solar array. Kedua sumber-sumber energi bersih menghasilkan hingga 380
W. Energi menghasilkan disimpan dalam baterai yang membantu dalam
menerangi lampu LED di malam hari.
18

27. 2.7
Pemodelan Sistem Pembangkit Energi Angin
Pembangkit energi angin mengubah energi kinetik yang dihasilkan angin
menjadi energi listrik. Komponen utama pembangkit energi angin adalah turbin
angin (wind turbine), unit generator listrik (electrical generation unit) dan
pengendali (controller) seperti terlihat pada gambar 2.6
Gambar 2.6 Komponen sistem pembangkit energi angin
Energi yang dihasilkan oleh turbin angin dinyatakan sebagai berikut
Energi kinetik yang dihasilkan oleh benda yang bergerak adalah:
=
dimana m adalah massa udara yang mengenai turbin angin, dan v adalah
kecepatan angin. Massa m tersebut dapat diturunkan dari persamaan berikut
19

28. dimana
adalah densitas udara, A adalah luas daerah yang menyapu turbin
angin, dan d adalah jarak yang ditempuh angin. Daya yang dihasilkan oleh turbin
angin (Pw) merupakan energi kinetik per detik yang dinyatakan oleh
=
Energi aktual yang diserap turbin angin tergantung dari efisiensi turbin
angin yang dinyatakan dalam Cp (
yang merupakan fungsi dari
(perbandingan kecepatan ujung: tip speed ratio) dan
angle). Sudut angguk
longitudinal
(horisontal).
(sudut angguk: pitch
adalah sudut antara bilah turbin dengan sumbu
Sedangkan
perbandingan
kecepatan
ujung
didefinisikan sebagai perbandingan antara kecepatan rotor turbin dengan
kecepatan angin, yang dinyatakan oleh persamaan
dimana
adalah kecepatan sudut turbin angin, dan R adalah jari-jari turbin
angin. Sehingga daya aktual yang diserap turbin angin dinyatakan oleh
(
Dengan menggunakan persamaan diatas, maka torsi yang didefinisikan sebagai
daya dibagi kecepatan sudut putaran dapat dinyatakan sebagai
(
Dimana
(
=
(
/λ adalah koefisien torsi dari turbin angin.
20

29. Umumnya daya efektif yang dapat dipanen oleh sebuah turbin angin hanya
sebesar 20%-30%. Jadi rumus daya diatas dapat dikalikan dengan 0,2 atau 0,3
untuk mendapatkan hasil yang cukup eksak. Prinsip dasar kerja dari turbin angin
adalah mengubah energi mekanis dari angin menjadi energi putar pada kincir,
lalu putaran kincir digunakan untuk memutar generator, yang akhirnya akan
menghasilkan listrik.
Sebenarnya prosesnya tidak semudah itu, karena terdapat berbagai macam subsistem yang dapat meningkatkan safety dan efisiensi dari turbin angin, yaitu :
1. Gearbox Alat ini berfungsi untuk mengubah putaran rendah pada kincir
menjadi putaran tinggi. Biasanya Gearbox yang digunakan sekitar 1:60.
2. Brake System Digunakan untuk menjaga putaran pada poros setelah
gearbox agar bekerja pada titik aman saat terdapat angin yang besar. Alat
ini perlu dipasang karena generator memiliki titik kerja aman dalam
pengoperasiannya. Generator ini akan menghasilkan energi listrik
maksimal pada saat bekerja pada titik kerja yang telah ditentukan.
Kehadiran angin diluar diguaan akan menyebabkan putaran yang cukup
cepat pada poros generator, sehingga jika tidak diatasi maka putaran ini
dapat merusak generator. Dampak dari kerusakan akibat putaran berlebih
diantaranya: overheat, rotor breakdown, kawat pada generator putus,
karena tidak dapat menahan arus yang cukup besar.
3. Generator Ini adalah salah satu komponen terpenting dalam pembuatan
sistem turbin angin. Generator ini dapat mengubah energi gerak menjadi
energi listrik. Prinsip kerjanya dapat dipelajari dengan menggunakan teori
21

30. medan elektromagnetik. Singkatnya, (mengacu pada salah satu cara kerja
generator) poros pada generator dipasang dengan material ferromagnetik
permanen. Setelah itu disekeliling poros terdapat stator yang bentuk
fisisnya adalah kumparan-kumparan kawat yang membentuk loop. Ketika
poros generator mulai berputar maka akan terjadi perubahan fluks pada
stator yang akhirnya karena terjadi perubahan fluks ini akan dihasilkan
tegangan dan arus listrik tertentu. Tegangan dan arus listrik yang
dihasilkan ini disalurkan melalui kabel jaringan listrik untuk akhirnya
digunakan oleh masyarakat. Tegangan dan arus listrik yang dihasilkan
oleh generator ini berupa AC (alternating current) yang memiliki bentuk
gelombang kurang lebih sinusoidal.
4. Penyimpan energi Karena keterbatasan ketersediaan akan energi angin
(tidak sepanjang hari angin akan selalu tersedia) maka ketersediaan listrik
pun tidak menentu. Oleh karena itu digunakan alat penyimpan energi yang
berfungsi sebagai back-up energi listrik. Ketika beban penggunaan daya
listrik masyarakat meningkat atau ketika kecepatan angin suatu daerah
sedang menurun, maka kebutuhan permintaan akan daya listrik tidak
dapat terpenuhi. Oleh karena itu kita perlu menyimpan sebagian energi
yang dihasilkan ketika terjadi kelebihan daya pada saat turbin angin
berputar kencang atau saat penggunaan daya pada masyarakat menurun.
Penyimpanan energi ini diakomodasi dengan menggunakan alat
penyimpan energi. Contoh sederhana yang dapat dijadikan referensi
sebagai alat penyimpan energi listrik adalah aki mobil. Aki mobil
22

31. memiliki kapasitas penyimpanan energi yang cukup besar. Aki 12 volt, 65
Ah dapat dipakai untuk mencatu rumah tangga (kurang lebih) selama 0.5
jam pada daya 780 watt.
5. Kendala dalam menggunakan alat ini adalah alat ini memerlukan catu
daya DC (Direct Current) untuk meng-charge/mengisi energi, sedangkan
dari generator dihasilkan catu daya AC (Alternating Current). Oleh karena
itu diperlukan rectifier-inverter untuk mengakomodasi keperluan ini.
2.8
Pemodelan Sistem Pembangkit Energi Surya
Komponen utama pembangkit energi surya adalah sel fotovoltaik (PV)
yang dapat mengubah energi cahaya (foton) menjadi energi listrik. Efek
fotovoltaik ditemukan pada tahun 1839 oleh Becquerel dan sel surya pertama kali
dibuat oleh Laboratorium Bell pada tahun 1954. Gambar 2.7 memperlihatkan
ilustrasi efek fotovoltaik yang mengubah energi foton menjadi listrik
Gambar 2.7 Perubahan energi foton menjadi tegangan listrik
pada sambungan p-n
23

32. 2.9
Baterai
Baterai merupakan piranti penyimpan energi dalam bentuk elektrokimia
yang banyak digunakan untuk menyimpan energi untuk berbagai aplikasi.
Terdapat dua jenis baterai [10], yaitu:
a) Baterai primer, yang mengubah energi kimia menjadi energi listrik.
Reaksi elektrokimia yang terjadi bersifat non-reversible (tidak dapat
balik). Sehingga setelah digunakan, baterai ini harus dibuang.
b) Baterai sekunder atau dikenal dengan baterai rechargeable (bisa diisi
ulang). Reaksi elektrokimia yang terjadi bersifat reversible (dapat
balik). Sehingga setelah digunakan, baterai ini dapat diisi (charging)
dengan memberikan arus listrik dari luar. Bateri jenis ini mengubah
energi kimia menjadi energi listrik (pada saat digunakan), dan
mengubah energi listrik menjadi kimia (pada saat diisi). Baterai
rechargeable ini terdiri dari: leadacid (Pb-acid), nickel-cadmium
(NiCd), nickel-metal hydride (NiMH), lithium-ion (Li-ion), lithiumpolymer (Li-poly), zinc-air. Baterai lead-acid merupakan jenis baterai
yang paling umum digunakan karena teknologi yang cukup mapan
dan unjuk kerja yang tinggi terhadap harga, serta mempunyai
kerapatan energi yang paling kecil terhadap berat dan isi. Baterai tipe
shallow-cycle digunakan pada kendaraan dimana diperlukan energi
awal untuk menghidupkan mesin. Sedangkan untuk penyimpanan
energi, seperti dalam sistem pembangkit energi hibrid, digunakan tipe
deep-cycle.
24

33. 2.10
Arsitektur Sistem Hybrid
Sistem pembangkit energi hibrid adalah sistem yang menggabungkan
beberapa sumber energi untuk memasok energi listrik ke beban. Tujuan utama
sistem hibrid adalah memaksmimalkan energi dengan harga murah, bebas polusi,
kualitas daya yang bagus, dan energi yang berkesinambungan. Karena
karakteristik dari masing-masing pembangkit yang berbeda-beda, menyebabkan
beberapa variasi dalam arsitektur sistem hibrid seperti diperlihatkan pada gambar
2.8
Gambar 2.8 Arsitektur sistem pembangkit energi hybrid
25

34. Pada gambar 2.8 (a), dilakukan sentralisasi bus-AC dimana semua
pembangkit (angin, surya,) dan baterai dihubungkan ke bus-AC utama sebelum
disalurkan ke beban (grid). Arsitektur ini disebut sebagai arsitektur terpusat AC,
karena daya yang dihasilkan oleh semua pembangkit dihubungkan ke beban
melalui satu titik. Karena keluaran PV dan baterai adalah tegangan DC, maka
diperlukan inverter untuk mengubah tegangan DC ke AC.
Pada gambar 2.8 (b), pembangkit dihubungkan ke beban secara
desentralisasi, yaitu masingmasing pembangkit langsung dihubungkan ke beban
dan tidak perlu dihubungkan ke satu bus-AC. Kelemahan dari sistem ini adalah
kesulitan untuk mengendalikan sistem jika pembangkit diesel pada kondisi mati.
Pada gambar 2.8 (c), pembangkit terhubung ke beban secara terpusat
menggunakan bus-DC. Dengan arsitektur ini, tegangan AC yang dihasilkan oleh
pembangit energi angin dan diesel harus diubah menjadi tegangan searah.
Selanjutnya inverter DC-AC digunakan untuk mengubah tegangan DC pada bus
menjadi tegangan AC pada beban. Keutungan dari sistem ini adalah tidak
diperlukan kendali frekuensi dan tegangan pada bus dan memungkinkan
penggunaan variable speed generator dalam sistem. Sedangkan kelemahan dari
sistem ini adalah adanya dua proses perubahan tegangan AC ke DC, lalu ke AC
lagi, sehingga akan berpengaruh pada efisiensi sistem.
Sistem hibrid yang digunakan dalam penelitian ini terdiri dari pembangkit
energi angin, surya dan baterai, dan menggunakan arsitektur seperti pada gambar
2.8 (c). Pengendali yang dirancang dititik beratkan untuk mengatur proses
26

35. pengisian (charge) dan pemakaian (discharge) baterai. Algoritma proses ini
digambarkan dengan diagram alir pada gambar 2.9.
Gambar 2.9 Diagram alir proses charge dan discharge baterai
27

36. BAB III
PENUTUP
3.1
Kesimpulan
Dari isi makalah ini penulis menyimpulkan :
3.1.1 Teknologi hibrid berbasis energi surya dan angin merupan teknologi yang
menggunakan energi surya dan energi angin sekaligus sebagai sumber
energinya untuk mencapai efisiensi penggunaan sumber energi itu sendiri.
Jika teknologi hibrid berbasis energi surya dan angin dibandingkan
dengan teknologi berbasis hanya salah satu dari energi surya atau angin,
teknologi hibrid energi surya dan angin ini memiliki kelebihan dan
kekurangan, yaitu
3.1.1.1 Kelebihan : Pembangkit listrik hibrid berbasis energi surya dan
angin tak sepenuhnya bergantung pada matahari. Maka, bila langit
mendung atau malam tiba dan matahari lenyap, pembangkit listrik
akan
digerakkan oleh
kincir angin
jadi listrikpun
tetap
mengalir.Sebaliknya, ketika angin sedang loyo berhembus, panelpanel sel surya penangkap sinar matahari bisa terus memasok
listrik.
3.1.1.2 Kekurangan : kekurangannnya yaitu teknologi hybrid berbasis
energi surya dan angin ini hanya dapat digunakan di daerah
tertentu karena tetap juga bergantung pada angin. Agar pada saat
28

37. matahari tidak memancarkan energinya alat ini masih dapat
dipergunakan dengan memanfaatkan tenaga angin. Karena tidak
semua daerah memiliki kecepatan angin yang cukup untuk
menggerakan kincir angin tersebut agar listrik tetap dapat
mengalir.
3.1.2 Keuntungan dari teknologi hibrid berbabasis energi surya dan energi angin
adalah :
a) Misalkan pada saat hujan berangin, meskipun sel surya tidak dapat
berfungsi tetapi kincir angin masih dapat berfungsi untuk
menghasilkan energi listrik.
b) Pada saat musim panas, meskipun kincir angin tidak berfungsi
tetapi sel surya masih dapat berfungsi untuk menghasilkan listrik.
3.1.3 Mekanisme kerja dari teknologi hybrid berbasis energi surya dang angin
adalah, saat angin bertiup bilah-bilah kincir akan bergerak memutar
dinamo (dynamo) yang membangkitkan arus listrik. Listrik ini kemudian
disalurkan ke bagian penyimpanan yang berupa sejumlah aki mobil. Pada
saat yang sama, ketika matahari bersinar panel sel surya akan menangkap
sinar untuk diubah juga menjadi listrik.
3.2
Saran
Pada makalah ini penulis memberikan saran, sebagai berikut:
3.2.1
Untuk meningkatkan efisiensi dan mengoptimalkan sinar matahari
diperlukan alat yang mampu mengikuti pergeseran matahari agar posisi
29

38. modul sel surya selalu tegak lurus atau bersudut sembilan puluh derajat
terhadap posisi matahari.
3.2.2
Pengembangan teknologi hibrid berbasis energi surya dan energi angin
terus perlu dilakukan agar membantu kebutuhan energi, khususnya energi
listrik.
3.2.3
Selain itu juga perlu terus dilakukan studi mengenai teknologi ini agar
tercipta lebih banyak inovasi dari teknologi hibrid ini di negara kita serta
agar teknologi ini terus mengalami penyempurnaan hinga menjadi lebih
baik
30

39. DAFTAR PUSTAKA
Aji,
Anugrah Krisna. 2012. Berkenalan dengan Energi Hibrid.
http://jokojowo.blogspot.com/2012/04/berkenalan-dengan-teknologihybrid.html. 5 Oktober 2013[21.04]
Energi Hijau. 2013. Bantul jadi Percontohan Energi Listrik Tenaga Matahari dan
Angin.. http://rumahenergi.com/category/energi-angin. 5 Oktober
2012[21.13]
Kadir, Abdul. 1995. Energi Sumber Daya, Inovasi, Tenaga Listrik, dan Potensi
Ekonomi. Jakarta : UI Press
Panggabean,Chrisman K. 2010. “Proyek Oledo” – Contoh Sukses Teknologi
Hybrid Photovoltaic.. http://www.majalahenergi.com/forum/energibarudan-terbarukan/energi-surya/proyek-oeledo-contoh-sukses-teknologihybrid-photovoltaic. 5 Oktober 2013[21.36]
Peraturan Presiden Republik Indonesia Nomor 5 Tahun 2006. Kebijakan
Energi Nasional. 25 Januari 2006. Lembaran Negara Republik Indonesia
Tahun 2006. Jakarta.
Program Nasional Pemberdayaan Masyarakat. 2012. Energi Yang Terbarukan.
Kedutaan Besar Kerajaan Denmark. Jakarta
Ristek.2012.Bantul
Jadi
Percontohan
Energi
Hibrid.
http://ristek.go.id/index.php/module/News+News/id/10759 id. 6 Oktober
2013[19.00]
Soetedjo, A. Lomi, A. Nakhoda, Y.I. 2006. Pemodelan Sistem Pembangkit Listrik
Hibrid Angin dan Surya. Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi
Nasional (ITN). Malang
31