RANCANG BANGUN PEMBANGKIT LISTRIK SEPEDA HYBRID BERBASIS TENAGA PEDAL DAN TENAGA SURYA

Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Elektro Pada Program Strata Satu (S-1)

Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Yogyakarta

Disusun oleh :

MUHAMAD JAMALUDIN (20120120106)

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH YOGYAKARTA

YOGYAKARTA

ii

TUGAS AKHIR

RANCANG BANGUN PEMBANGKIT LISTRIK SEPEDA HYBRID BERBASIS TENAGA PEDAL DAN TENAGA SURYA

DISUSUN OLEH : MUHAMAD JAMALUDIN

NIM : 20120120106

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH YOGYAKARTA

YOGYAKARTA

v Yang bertanda tangan di bawah ini :

Nama : Muhamad Jamaludin

NIM : 20120120106

Jurusan : Teknik Elektro Menyatakan bahwa :

Semua yang ditulis dalam naskah Tugas Akhir (Skripsi) ini merupakan hasil karya tulis saya sendiri dan bukan menjiplak hasil karya orang lain, kecuali dasar teori yang saya cuplik dari buku maupun referensi dari berbagai jurnal yang tercantum pada daftar pustaka sebagai referensi saya dalam melengkapi karya tulis ini. Apabila dikemudian hari pernyataan ini tidak benar, maka saya siap menerima sanksi dari Universitas Muhammadiyah Yogyakarta sesuai dengan peraturan yang berlaku.

Yogyakarta, 26 Juli 2016 Yang menyatakan,

vi

MOTTO DAN PERSEMBAHAN

MOTTO:

“Allah akan meninggikan orang-orang yang beriman di antaramu dan orang-orang yang berilmu pengetahuan beberapa derajat”

(Q.s. Al Mujadalah: 11)

“Dunia dan segala isinya adalah terkutuk kecuali dzikir dan taat kepada Allah SWT, serta orang alim, dan orang yang belajar”

(H.R. Tarmidzi)

“Jangan menunda waktu, Selagi ada waktu lakukan yang terbaik dan jadilah seorang yang bermanfaat untuk orang lain, bukan dimanfaatkan

oleh orang lain” (Muhamad Jamaludin)

vii

dihaturkan kepada Allah SWT Yang Maha Pemurah dan Penyayang atas terselesainya Diary Kuliah (Skripsi). Terimakasih Gusti, aku selalu diberi kesabaran dan kekuatan sehingga bisa bertahan menyelesaikan ini.

Diary Kuliah adalah bagian kecil perjuanganku yang Ku persembahkan untuk mereka yang Ku sayang dan menyayangi Ku, mereka yang senatiasa menyemangati dan berada di sisi Ku.

Do‟a yang tak pernah henti beliau panjatkan kepadaNYA untuk kesuksesan dan cita-cita buah hatinya, Papah dan Mamahku tercinta “Ngadimin & Enen Prawitasari”. Semoga ini awal dari kebahagiaan yang Ku

persembahkan untuk kalian berdua pah mah.

Mbak Ku yang paling cantik “Ririn Handayani” terima kasih sudah mengajari Ku tentang arti kesabaran dan keikhlasan. Mas Ku “Novriana Yusuf” terima kasih atas bimbingannya selama di Jogja sehingga Ku bisa hidup lebih mandiri dan dewasa. Adik Ku “Adji Putra Abriantoro” semoga apa yang Mas ajarkan selama ini bisa bermanfaat buat kamu jadilah orang yang bermanfaat untuk orang lain, bukan jadi orang yang dimanfaatkan oleh orang lain. Dan untuk Keponakan Ku yang paling cantik, pinter dan lucu “Ericka Maulida Azzahra”.

Serta salam sukses untuk semua temen-temen seperjuanganku yang tidak bisa Ku sebutkan satu persatu disini.

viii

KATA PENGANTAR

Assalamu‟alaikum Wr. Wb.

Dengan mengucapkan Puji dan Syukur penulis panjatkan akan kehadirat Allah SWT, yang telah memberikan Rahmat dan Hidayah-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan Tugas Akhir (Skripsi) dengan judul:

“RANCANG BANGUN PEMBANGKIT LISTRIK SEPEDA HYBRID BERBASIS TENAGA PEDAL DAN TENAGA SURYA”

Berbagai upaya telah penulis lakukan untuk menyelesaikan Tugas Akhir (Skripsi) ini, tetapi karena keterbatasan kemampuan penulis, maka penulis meminta maaf yang sebesar-besarnya karena masih banyak kekurangan-kekurangan dalam penyusunan Tugas Akhir (Skripsi) ini, baik dalam susunan kata, kalimat maupun sistematika pembahasannya. Penulis berharap Tugas Akhir (Skripsi) ini dapat memberikan sumbangan yang cukup positif bagi penulis khususnya dan pembaca sekalian pada umumnya.

Terwujudnya Tugas Akhir (Skripsi) ini tidak lepas dari bantuan dan dorongan berbagai pihak yang sangat besar artinya. Dan dalam kesempatan ini, penulis menyampaikan ucapan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya, sehingga

penulisan Tugas Akhir (Skripsi) ini dapat berjalan dengan lancar dan Tugas Akhir (Skripsi) ini dapat diselesaikan tepat pada waktunya.

2. Biro Keuangan UMY yang telah memberikan dana hibah untuk kegiatan penelitian (research) Tugas Akhir (Skripsi).

3. Bapak Ir. Agus Jamal, M.Eng. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadyah Yogyakarta.

4. Bapak Dr. Ramadoni Syahputra, S.T., M.T. sebagai Dosen Pembimbing I yang dengan sabar membimbing, membagi ilmunya dan mengarahkan penulis

ix

selama melaksanakan penelitian Tugas Akhir (Skripsi) hingga dapat menyelesaikan penulisan Tugas Akhir (Skripsi) ini.

6. Segenap Dosen pengajar di Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta.

7. Staf Tata Usaha Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta.

8. Staf Laboratorium Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Yogyakarta.

9. Sahabat-sahabatku yang gokil, yaitu : Rhino, Wahid, Edwin, Shanty, Tamimi, Devita, Sabrina dan teman-teman SMP Muhammadiyah 1 Cileungsi.

10. Teman-teman seperjuanganku, yaitu : Riza, Deswan, Irwan, Satria, Akmal, Ahmad, Bambang, Taufik, Irfan, Andre, Ali, Febri, Banu, Karjos, Danang, Isna, Arief, Ardhi, Dani, Galuh, Hammami, Anggit, Edo, Bowo, Romy, Rifqi, Sigit, Try, Faisal, Rudi, dan semua teman-teman elektro kelas A.

11. Mas Iqbal dan Mas Budi serta semua pihak yang telah membantu penulis yang tidak bisa disebutkan satu persatu. Terima Kasih.

Penulis menyadari bahwa dalam penulisan Tugas Akhir (Skripsi) ini masih jauh dari sempurna. Untuk itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun untuk perbaikan dan pengembangan penelitian selanjutnya.

Akhir kata semoga Tugas Akhir (Skripsi) ini dapat bermanfaat dan memberi tambahan ilmu bagi para pembaca. Semoga Allah SWT meridhoi kita semua. Amin ya Rabbal Alamin.

Wassalammu‟alaikum Wr.Wb.

Yogyakarta, 25 Juli 2016

xi DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL... i

LEMBAR PENGESAHAN... ii

HALAMAN PENGESAHAN I... iii

HALAMAN PENGESAHAN II... iv

HALAMAN PERNYATAAN... v

MOTTO... vi

PERSEMBAHAN... vii

KATA PENGANTAR... viii

ABSTRAK... x

DAFTAR ISI... xi

DAFTAR GAMBAR ... xiii

DAFTAR TABEL... xiv

DAFTAR GRAFIK... xv

BAB I. PENDAHULUAN 1.1.Latar Belakang... 1

1.2.Rumusan Masalah... 2

1.3.Batasan Masalah... 2

1.4.Tujuan Penelitian... 2

1.5.Luaran yang Diharapkan... 2

1.6.Kegunaan... 3

1.7.Sistematika Penulisan... 3

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pembangkit Listrik Tenaga Hibrid (PLTH)... 5

2.1.1. Pengertian Pembangkit Listrik Tenaga Hibrid (PLTH)... 5

2.1.2. Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Hibrid (PLTH) 7 2.2. Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS)... 7

2.2.1. Prinsip Dasar Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) 7 2.2.2. Prinsip Kerja Tenaga Surya... 9

2.2.3. Proses Konversi Sel Surya... 10

2.2.4. Komponen Utama Pembangkit Listrik Tenaga Surya... 14

2.2.5. Karakteristik Sel Surya... 15

2.2.6. Array Sel Surya... 17

2.3. Pembangkit Listrik Tenaga Pedal... 17

2.3.1. Prinsip Dasar Pembangkit Listrik Tenaga Pedal (PLTPd) 17 2.3.2. Komponen Utama Pembangkit Listrik Tenaga Pedal... 18

xii

2.5.2. Komponen-komponen Akumulator... 23

BAB III. METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Pengumpulan Data... 24

3.1.1. Studi Pustaka (Literatur)... 24

3.1.2. Wawancara... 24

3.2. Tahap Penelitian... 24

3.2.1. Lokasi Pengujian Alat... 26

3.2.2. Perancangan... 26

3.2.2.1. Prinsip Kerja Sepeda Hybrid yang dibuat... 27

3.2.2.2. Desain Sepeda Hybrid... 29

3.2.2.3. Penentuan Komponen... 29

3.2.3. Proses Pembuatan Alat... 32

3.2.4. Pengujian Alat... 32

3.2.4.1. Pengujian Modul Panel Surya... 32

3.2.4.2. Pengujian Generator... 33

3.2.5. Pembuatan Laporan... 34

BAB IV. PEMBAHASAN 4.1. Perancangan Sistem Pembangkit Listrik Sepeda Hybrid Berbasis Tenaga Pedal dan Tenaga Surya... 35

4.1.1. Analisis Radiasi Matahari... 35

4.1.2. Analisis Sistem Hubung Generator dengan Puli Roda.... 35

4.2. Pengolahan Data Percobaan Pembangkit Listrik Sepeda Hybrid Berbasis Tebaga Pedal dan Tenaga Surya... 37

4.2.1. Pengujian Modul Sel Surya... 37

4.2.1.1. Efisiensi modul sel surya yang digunakan... 38

4.2.1.2. Pengolahan data modul sel surya... 39

4.2.2. Pengujian Generator... 43

BAB V. PENUTUP 5.1. Kesimpulan... 49

5.2. Saran... 49

DAFTAR PUSTAKA………... 50

xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Pembangkit Listrik Tenaga Hibrid... 6

Gambar 2.2. Pembangkit Listrik Tenaga Surya di Bantul... 8

Gambar 2.3. Prinsip Kerja Tenaga Surya... 9

Gambar 2.4. Penambahan Unsur Lain Ke Dalam Semikonduktor... 10

Gambar 2.5. Semikonduktor Jenis p dan n Sebelum Disambung... 11

Gambar 2.6. Perpindahan Elektron dan Hole... 12

Gambar 2.7. Penyerapan Cahaya Matahari Di Solar Cell... 13

Gambar 2.8. Arus Listrik dari Solar Cell... 14

Gambar 2.9. Perbedaan Sel, Modul dan Array... 14

Gambar 2.10. Kurva Karakterisitik Sel Surya... 15

Gambar 2.11. Pembangkit Listrik Tenaga Pedal... 18

Gambar 2.12. Hukum Tangan Kanan Fleming... 20

Gambar 2.13. Stator dan Rotor... 21

Gambar 2.14. Accu/baterai... 22

Gambar 3.1. Diagram Alir Pembuatan Sepeda Hybrid Berbasis Tenaga Pedal dan Tenaga Surya... 25

Gambar 3.2. Diagram Blok Sepeda Hybrid yang dibuat... 27

Gambar 3.3. Desain Pembangkit Listrik Sepeda Hybrid Berbasis Tenaga Pedal dan Tenaga Surya... 29

Gambar 3.4. Diagram Blok Sistem Pengujian Modul Panel Surya... 33

Gambar 3.5. Diagram Blok Pengujian Generator... 33

Gambar 4.1. Desain Sepeda Hybrid... 36

Gambar 4.2. Hubungan Puli Roda dengan Puli Generator... 37

Gambar 4.3. Skema Rangkaian Percobaan Modul Surya... 39

Gambar 4.4. Uji Coba Modul Panel Surya... 42

xv

DAFTAR GRAFIK

Grafik 4.1. Daya Keluaran Modul Panel Surya... 41

Grafik 4.2. Tegangan Keluaran Generator selama 30 menit... 45

Grafik 4.3. Arus Keluaran Generator selama 30 menit... 46

v

Muhamad Jamaludin (20120120106) Jurusan Teknik Elektro

Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Yogyakarta Jalan Lingkar Selatan Tamantirto, Kasihan, Bantul, Yogyakarta. 55183

Email : mjamalludin17@gmail.com

ABSTRAK

Salah satu upaya untuk mengatasi krisis energi adalah mengurangi ketergantungan terhadap sumber energi fosil dengan cara memanfaatkan sumber energi alternatif. Salah satu energi alternatif yang dapat digunakan adalah dengan cara mengkombinasikan tenaga manusia dan tenaga surya. Tenaga manusia dapat dimanfaatkan pada Pembangkit Listrik Tenaga Pedal (PLTPd) sedangkan tenaga surya dapat dimanfaatkan pada Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS). PLTPd merupakan suatu metode untuk membangkitkan energi listrik dengan cara memodifikasi sepeda biasa yang dihubungkan ke generator, sedangkan PLTS merupakan suatu teknologi pembangkit listrik yang mengkonversi energi foton dari surya menjadi energi listrik. Penggabungan kedua energi terbarukan ini merupakan kombinasi yang bagus untuk aplikasi beban rendah. Cocok untuk daerah pedesaan yang jauh dari akses sumber listrik PLN sehingga di daerah pedesaan tersebut memiliki sumber energi listrik mandiri. Oleh karena itu konsep hibrid kombinasi antara tenaga pedal dan tenaga surya sangat baik bila digunakan secara optimal, dikarenakan pembangkit listrik ini dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi listrik di daerah pedesaan. Hal ini disebabkan oleh banyaknya wilayah pedesaan di Indonesia yang mengalami kekurangan pasokan energi listrik dari PLN serta kebutuhan listrik masyarakat pedesaan juga tidak terlalu besar bila dibandingkan dengan kebutuhan energi listrik masyarakat perkotaan. Oleh sebab itu dibuatlah sepeda hybrid berbasis tenaga pedal dan tenaga surya solusi sumber listrik pada rumah di pedesaan.

Kata Kunci : energi alternatif, pembangkit listrik, sepeda hybrid, tenaga pedal, tenaga surya

1 BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Masalah

Kebutuhan energi listrik di Indonesia khususnya dan di dunia pada umumnya terus meningkat dikarenakan pertambahan penduduk, pertumbuhan ekonomi, dan pola konsumsi energi itu sendiri. Hal ini diperparah dengan tingginya kebutuhan bahan bakar minyak yang tidak diiringi oleh kenaikkan kapasitas produksi. Menurut blueprint pengelolaan energi nasional yang dikeluarkan Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral (DESDM), cadangan minyak bumi di Indonesia akan habis dalam kurun waktu 18 tahun lagi, sedangkan gas diperkirakan akan habis 60 tahun lagi dan batubara 147 tahun terhitung dari tahun 2006.

Salah satu upaya untuk mengatasi krisis energi adalah mengurangi ketergantungan terhadap sumber energi fosil dengan cara memanfaatkan sumber energi alternatif. Salah satu energi alternatif yang dapat digunakan adalah dengan cara mengkombinasikan energi manusia dan energi surya. Energi manusia dapat dimanfaatkan pada Pembangkit Listrik Tenaga Pedal (PLTPd) sedangkan energi surya dapat dimanfaatkan pada Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS). PLTPd merupakan suatu metode untuk membangkitkan energi listrik dengan cara memodifikasi sepeda biasa yang dihubungkan ke generator, sedangkan PLTS merupakan suatu teknologi pembangkit listrik yang mengkonversi energi foton dari surya menjadi energi listrik.

Penggabungan kedua energi terbarukan ini merupakan kombinasi yang bagus untuk aplikasi beban rendah. Cocok untuk daerah pedesaan yang jauh dari akses sumber listrik PLN sehingga di daerah pedesaan tersebut memiliki sumber energi listrik mandiri. Oleh karena itu konsep hibrid kombinasi antara tenaga pedal dan tenaga surya sangat baik bila digunakan secara optimal, dikarenakan pembangkit listrik ini dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi listrik di daerah pedesaan. Hal ini disebabkan oleh banyaknya wilayah pedesaan di Indonesia yang mengalami kekurangan pasokan energi listrik dari PLN serta kebutuhan listrik

masyarakat pedesaan juga tidak terlalu besar bila dibandingkan dengan kebutuhan energi listrik masyarakat perkotaan. Oleh sebab itu dibuatlah sepeda hybrid berbasis tenaga pedal dan tenaga surya solusi sumber listrik pada rumah pedesaan.

1.2. Perumusan Masalah

Mengacu pada latar belakang di atas maka penulis merumuskan masalah sebagai berikut :

a. Bagaimana mengatasi krisis energi listrik?

b. Bagaimana desain pembangkit listrik sepeda hybrid?

1.3. Batasan Masalah

Batasan masalah dalam masalah ini adalah :

a. Pembangkit listrik berasal dari tenaga pedal dan tenaga surya b. Kapasitas daya generator yang digunakan sebesar 600 watt c. Panel surya yang digunakan berkapasitas 50 watt per hour d. Baterai yang digunakan bertenaga 12V/7Ah

1.4. Tujuan Penelitian

Ada beberapa tujuan yang membuat penulis menciptakan alat sederhana ini, yakni:

a. Terciptanya prototipe Pembangkit Listrik Tenaga Hibrid yang ramah lingkungan solusi untuk krisis energi.

b. Merancang desain sepeda hybrid berbasis tenaga pedal dan tenaga surya.

1.5. Luaran yang Diharapkan

Dari program yang penulis usulkan ini, ada beberapa luaran yang penulis harapkan, yakni:

a. Terciptanya prototype berupa sepeda hybrid berbasis tenaga pedal dan tenaga surya yang ramah lingkungan

3

b. Prototype PLTH dengan mengimplementasikan green technology yang

ramah lingkungan dan PLTH yang diciptakan merupakan renewable

energy.

c. Paper/artikel untuk selanjutnya dipublikasikan pada jurnal ilmiah, nasional ataupun internasional.

1.6. Kegunaan

Adapun kegunaan yang dimaksud dalam penelitian ini adalah: a. Menghasilkan energi listrik yang ramah lingkungan.

b. Sebagai pemasok energi alternatif di daerah pedesaan yang belum memiliki akses sumber listrik PLN.

1.7. Sistematika Penulisan

Adapun sistematika penulisan yang penulis lakukan adalah sebagai berikut:

BAB I. Pendahuluan

Berisi tentang latar belakang masalah, batasan masalah, tujuan, kontribusi penelitian dan sistematika penulisan dari skripsi.

BAB II. Tinjauan Pustaka

Berisi tentang landasan teori dan garis–garis besar rancangan yang direncanakan.

BAB III. Metodologi Penelitian

Berisi tentang alat dan bahan yang digunakan dalam perancangan yang akan dibuat, metodologi perancangan mencakup langkah-langkah yang dilakukan dalam perancangan yaitu persiapan, perancangan, pengujian dan pengambilan kesimpulan.

BAB IV. Hasil dan Analisis

Berisi tentang hasil dari perancangan dan hasil pengujian dari penelitian yang telah dibuat.

BAB V. Penutup

Berisi tentang kesimpulan dari penelitian perancangan dan saran-saran.

5 BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Penelitian tentang pembangkit listrik telah banyak dilakukan. Agus Setiawan melakukan penelitian tentang “Desain Pembangkit Listrik Tenaga Pedal

Sebagai Sumber Energi Alternatif di Daerah Pedesaan”. Dalam penelitiannya,

Dia menganalisis keluaran tegangan, arus, dan daya rata-rata dari pembangkit listrik tenaga pedal serta jumlah energi manusia (kalori) yang dibutuhkan untuk mengayuh pedal selama pengisian penuh ke baterai.

Fitria Yulinda melakukan penelitian tentang “Rancang Bangun Simulasi Sistem Hibrid Tenaga Surya dan Tenaga Angin Sebagai Catu Daya Base

Tranceiver Stasion (BTS) 3G”. Dalam penelitiannya, Dia telah berhasil membuat

simulasi Pembangkit Listrik Tenaga Hibrid yang digunakan sebagai catu daya base transceiver Station (BTS) 3G. Putu Yudi Astrawan Putra juga melakukan penelitian tentang “Perancangan dan Pembuatan Simulasi Pembangkit Listrik

Tenaga Surya”. Dari hasil percobaan, simulasi PLTS dapat menghasilkan

tegangan nominalsebesar 12V dengan daya maksimum 60W.

Selain itu Iqbal Rifqi, juga melakukan penelitian yang berhubungan dengan pembangkit listrik “Rancang Bangun Pembangkit Listrik Tenaga Hybrid Portable

Berbasis Mikrohidro Dan Surya. PLTH yang dirancang menggunakan generator

dengan kapasitas 750 watt serta panel surya berkapasitas 50 watt per hour.

2.1. Pembangkit Listrik Tenaga Hibrid (PLTH)

2.1.1. Pengertian Pembangkit Listrik Tenaga Hibrid (PLTH)

Pengertian Hibrid pada umumnya adalah penggunaan dua atau lebih pembangkit listrik dengan sumber energi yang berbeda. Tujuan utama dari sistem hibrid pada dasarnya adalah berusaha menggabungkan dua atau lebih sumber energi (sistem pembangkit) sehingga dapat saling menutupi kelemahan masing-masing dan dapat dicapai keandalan supply dan efisiensi ekonomis pada beban tertentu.

Sistem Hibrid atau Pembangkit Listrik Tenaga Hibrid (PLTH) merupakan salah satu alternatif sistem pembangkit yang tepat diaplikasikan pada daerah-daerah yang sukar dijangkau oleh sistem pembangkit besar seperti jaringan PLN atau PLTD. PLTH ini memanfaatkan renewable energy sebagai sumber utama (primer) yang dapat dikombinasikan dengan Diesel

Generator sebagai sumber energi cadangan (sekunder).

Pada PLTH, renewable energy yang digunakan dapat berasal dari energi matahari, angin, mikrohidro, dan lain-lain yang dapat dikombinasikan dengan Diesel-Generator Set sehingga menjadi suatu pembangkit yang lebih efisien, efektif dan handal untuk dapat mensuplai kebutuhan energi listrik baik sebagai penerangan rumah atau kebutuhan peralatan listrik yang lain seperti TV, pompa air, strika listrik serta kebutuhan industri kecil di daerah tersebut. Dengan adanya kombinasi dari sumber-sumber energi tersebut, diharapkan dapat menyediakan catu daya listrik yang kontinyu dengan efisiensi yang paling optimal.

Gambar 2.1. Pembangkit Listrik Tenaga Hibrid

(Sumber: https://listriktenagasurya.wordpress.com/2010/01/15/aplikasi-hybrid-tenaga-surya/)

7

2.1.2. Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Hibrid (PLTH)

PLTH adalah suatu sistem pembangkit listrik yang memadukan beberapa jenis pembangkit listrik, pada umumnya antara pembangkit listrik berbasis energi baru dan terbarukan. Ada pula pembangkit listrik berbasis BBM dengan pembangkit listrik berbasis energi baru dan terbarukan.

Merupakan solusi untuk mengatasi krisis BBM dan ketiadaan listrik di daerah terpencil, pulau-pulau kecil dan pada daerah perkotaan. Umumnya terdiri atas: modul surya, turbin angin, turbin air, generator diesel, baterai, dan peralatan kontrol yang terintegrasi. Tujuan PLTH adalah mengkombinasikan keunggulan dari setiap pembangkit sekaligus menutupi kelemahan masing-masing pembangkit untuk kondisi-kondisi tertentu, sehingga secara keseluruhan sistem dapat beroperasi lebih ekonomis dan efisien. Mampu menghasilkan daya listrik secara efisien pada berbagai kondisi pembebanan.

Untuk mengetahui unjuk kerja sistem pembangkit hibrida ini, hal–hal yang perlu dipertimbangkan antara lain: karakteristik beban pemakaian dan karakteristik pembangkitan daya khususnya dengan memperhatikan potensi energi alam yang ingin dikembangkan berikut karakteristik kondisi alam itu sendiri, seperti pergantian siang malam, musim dan sebagainya.

2.2. Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS)

2.2.1. Prinsip Dasar Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS)

Pembangkit listrik tenaga surya adalah pembangkit listrik yang mengubah energi surya menjadi energi listrik. Pembangn listrik bisa dilakukan dengan dua cara, yaitu secara langsung menggunakan photovoltaic dan secara tidak langsung dengan pemusatan energi surya. Photovoltaic mengubah secara langsung energi cahaya menjadi listrik menggunakan efek fotoelektrik. Pemusatan energi surya menggunakan sistem lensa atau cermin dikombinasikan dengan sistem pelacak untuk memfokuskan energi matahari kesatu titik untuk menggerakkan mesin kalor.

Energi surya atau matahari telah dimanfaatkan di banyak belahan dunia dan jika dieksplotasi dengan tepat, energi ini berpotensi mampu menyediakan kebutuhan konsumsi energi dunia saat ini dalam waktu yang lebih lama. Matahari dapat digunakan secara langsung untuk memproduksi listrik atau untuk memanaskan bahkan untuk mendinginkan. Potensi masa depat energi surya hanya dibatasi oleh keinginan untuk menangkap kesempatan. Ada banyak cara untuk memanfaatkan energi dari matahari. Tumbuhan mengubah sinar matahari menjadi energi kimia dengan menggunakan fotosintesis. memanfaatkan energi ini dengan memakan dan membakar kayu. Bagimanapun, istilah “tenaga surya” mempunyai arti mengubah sinar matahari secara langsung menjadi panas atau energi listrik untuk kegunaan. Dua tipe dasar tenaga matahari adalah “sinar matahari” dan “photovoltaic” (photo = cahaya, voltaic = tegangan). Photovoltaic tenaga matahari melibatkan pembangkit listrik dari cahaya. Rahasia dari proses ini adalah penggunaan bahan semi konduktor yang dapat disesuaikan untuk melepas elektron, pertikel bermuatan negative yang membentuk dasar listrik.

Gambar 2.2. Pembangkit Listrik Tenaga Surya di Bantul (Sumber: https://sustainableponcosari.wordpress.com)

Bahan semi konduktor yang paling umum dipakai dalam sel

photovoltaic adalah silikon, sebuah elemen yang umum ditemukan di pasir.

9

seperti itu, satu bermuatan positif dan satu bermuatan negatif. Ketika cahaya bersinar pada semi konduktor, muatan elektron menyeberang sambungan diantara dua lapisan menyebabkan listrik mengalir, membangkitkan arus DC. Semakin kuat cahaya yang diterima, semakin kuat pula aliran listik yang didapatkan.

Sistem photovoltaic tidak membutuhkan cahaya matahari yang terang untuk beroperasi. Sistem ini juga membangkitkan listrik di saat hari mendung, dengan energi keluar yang sebanding ke berat jenis awan. Berdasarkan pantulan sinar matahari dari awan, hari-hari mendung dapat menghasilkan angka energi yang lebih tinggi dibandingkan saat langit biru sedang yang benar-benar cerah.

2.2.2. Prinsip Kerja Tenaga Surya

Gambar 2.3. Prinsip Kerja Tenaga Surya (Sumber : http://tlts.wordpress.com)

Sinar matahari mengenai solar panel, masuk kedalam solar charge

controller, arus disini masih dalam keadaan DC. Lalu dialirkan ke baterai,

disini masuk kedalam inverter untuk mengubah arus DC menjadi AC lalu dapat dimanfaatkan untuk berbagai alat-alat elektronik.

2.2.3. Proses Konversi Sel Surya

Sel surya tersusun atas duajenis semikonduktor, yakni jenis n dan jenis p. Semikonduktor jenis n merupakan semikonduktor yang memiliki kelebihan elektron, sehingga kelebihan muatan negatif, sedangkan semikonduktor jenis p memiliki kelebihan hole karena kelebihan muatan positif. Pengontrolan jenis semikonduktor dapat dilakukan dengan cara menambahkan unsur lain kedalam semikonduktor sebagaimana diilustrasikan (lihat pada Gambar 2.6.)

Pada awalnya, pembuatan dua jenis semikonduktor ini dimaksudkan untuk meningkatkan tingkat konduktifitas atau tingkat kemampuan daya hantar listrik dan panas semikonduktor alami. Di dalam semikonduktor alami (semikonduktor intrinsik) elektron maupun hole memiliki jumlah yang sama. Kelebihan electron atau hole dapat meningkatkan daya hantar listrik maupun panas dari sebuah semikoduktor.

Gambar 2.4. Penambahan Unsur Lain Ke Dalam Semikonduktor (Sumber:

https://energisurya.wordpress.com/2008/07/10/melihat-prinsip-kerja-sel-surya-lebih-dekat/)

Jika semikonduktor intrinsik yang dimaksud ialah silicon (Si), maka semikonduktor jenis p, biasanya dibuat dengan menambahkan unsur boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga) atau indium (In) ke dalam Si. Unsur -unsur tambahan ini akan menambah jumlah hole. Sedangkan semikonduktor jenis n dibuat dengan menambahkan nitrogen (N), fosfor (P ) atau arsen (As) ke dalam Si. Penambahan unsur ini disebut dengan doping.

11

Dua jenis semikonduktor n dan p jika disatukan akan membentuk sambungan p-n atau dioda p-n (metallurgical junction) yang dapat dilihat pada Gambar 2.5.

Gambar 2.5. Semikonduktor Jenis p dan n Sebelum Disambung (Sumber:

https://energisurya.wordpress.com/2008/07/10/melihat-prinsip-kerja-sel-surya-lebih-dekat/)

Sesaat setelah dua jenis semikonduktor ini disambung, terjadi perpindahan elektron-elektron dari semikonduktor n menuju semikonduktor p, dan perpindahan hole dari semikonduktor p menuju semikonduktor n. Perpindahan 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 akan berkurang. Daerah ini akhirnya berubah menjadi lebih bermuatan positif. Pada saat yang sama. hole dari semikonduktor p bersatu dengan elektron yang ada pada semikonduktor n yang mengakibatkan jumlah elektron di daerah ini berkurang. Daerah ini akhirnya lebih bermuatan positif.

Daerah negatif dan positif ini disebut dengan daerah deplesi (depletion

region) ditandai dengan huruf W. Baik elektron maupun hole yang ada pada

daerah deplesi disebut dengan pembawa muatan minoritas (minority charge

carriers) karena ke beradaannya di jenis semikonduktor yang berbeda.

Perbedaan muatan positif dan negatif di daerah deplesi akan menyebabkan medan listrik internal E darisisi positif ke sisi negatif, yang mencoba menarik kembali hole ke semikonduktor p dan elektron ke semikonduktor n. Medan listrik ini cenderung berlawanan dengan perpindahan hole maupun elektron pada awal terjadinya daerah deplesi (lihatGambar 2.8.).

Gambar 2.6. Perpindahan Elektron Dan Hole

(Sumber: https://energisurya.wordpress.com/2008/07/10/melihat-prinsip-kerja-sel-surya-lebih-dekat/)

Medan listrik mengakibatkan sambungan p-n berada pada titik

setimbang, yakni saat dimana jumlah hole yang berpindah dari

semikonduktor p ke n dikompensasi dengan jumlah hole yang tertarik kembali kearah semikonduktor p akibat medan listrik E. Begitu pula dengan jumlah elektron yang berpindah dari semikonduktor n ke p, dikompensasi dengan mengalirnya kembali elektron ke semikonduktor n akibat tarikan medan listrik E. Dengan kata lain, medan listrik E mencegah seluruh elektron

dan hole berpindah dari semikonduktor yang satu ke semikonduktor yang

lain.

Pada sambungan p-n inilah proses konversi cahaya matahari menjadi listrik terjadi. Untuk keperluan sel surya, semikonduktor n berada pada lapisan atas sambungan p yang menghadap kearah datangnya cahaya matahari, dan dibuat jauh lebih tipis dari semikonduktor p, sehingga cahaya matahari yang jatuh ke permukaan sel surya dapat terus terserap dan masuk ke daerah deplesi dan semikonduktor p.

Ketika sambungan semikonduktor ini terkena cahaya matahari, maka electron mendapat energi dari cahaya matahari untuk melepaskan dirinya dari semikonduktor n, daerah deplesi maupun semikonduktor. Terlepasnya elektron ini meninggalkan hole pada daerah yang ditinggalkan oleh elektron

13

yang disebut dengan fotogenerasi elektron-hole (electron-hole

photogeneration) yakni, terbentuknya pasangan elektron dan hole akibat

cahaya matahari.

Pada Gambar 2.7. diperlihatkan penyerapan matahari di sel surya.

Gambar 2.7. Penyerapan Cahaya Matahari Di Solar Cell

(Sumber: https://energisurya.wordpress.com/2008/07/10/melihat-prinsip-kerja-sel-surya-lebih-dekat/)

Cahaya matahari dengan panjang gelombang (λ) yang berbeda, membuat fotogenerasi pada sambungan p-n berada pada bagian sambungan p-n yang berbeda pula. Spektrum merah dari cahaya matahari yang memiliki panjang gelombang lebih panjang, mampu menembus daerah deplesi hingga terserap di semikonduktor p yang akhirnya menghasilkan proses fotogenerasi disana. Spektrum biru dengan panjang gelombang yang jauh lebih pendek hanya terserap di daerah semikonduktor n. Selanjutnya, dikarenakan pada sambungan p-n terdapat medan listrik E, electron hasil fotogenerasi tertarik ke arah semikonduktor n, begitu pula dengan hole yang tertarik ke arah semikonduktor p.

Apabila rangkaian kabel dihubungkan ke dua bagian semikonduktor, maka electron akan mengalir melalui kabel. Jika sebuah lampu kecil dihubungkan ke kabel, lampu tersebut menyala dikarenakan mendapat arus

listrik, dimana arus listrik ini timbul akibat pergerakan elektron (lihat Gambar 2.8.)

Gambar 2.8. Arus Listrik Dari Solar Cell

(Sumber: https://energisurya.wordpress.com/2008/07/10/melihat-prinsip-kerja-sel-surya-lebih-dekat/)

2.2.4. Komponen Utama Pembangkit Listrik Tenaga Surya

Sistem tenaga surya terdiri atas array, rangkaian kontroler pengisian (charge controller), baterai, dan inverter. Array merupakan modul yang tersusun atas beberapa sel surya yang terpasang paralel maupun seri. Besarnya energi listrik yang dihasilkan sebanding dengan luas permukaan panel surya (lihat Gambar 2.9.)

Gambar 2.9. Perbedaan Sel, Modul Dan Array

(Sumber: https://wildanm.wordpress.com/2009/10/04/bagaimana-fotovoltaik-bekerja/)

15

Rangkaian kontroler pengisian aki berfungsi untuk tempat penyimpanan daya listrik sebelum dialirkan ke beban. Pengisian ini perlu agar nilai tegangan masukan pada beban sesuai dengan kebutuhan. Baterai diperlukan sebagai tempat cadangan energi ketika matahari tidak mampu memberikan energi foton ke sel surya. Untuk mencegah sel surya menjadi beban dan baterai menjadi sumber tegangan, maka dipasang sebuah alat yang mengatur pensaklaran dari sel surya. Ketika nilai tegangan keluaran sel surya lebih kecil dari nilai tegangan baterai maka hubungan antara sel surya dan baterai akan diputus.

Inverter digunakan untuk mengubah arus DC menjadi arus AC karena keluaran dari panel surya yaitu tegangan DC sehingga harus dikonversikan terlebih dahulu menggunakan inverter agar dapat digunakan pada peralatan yang menggunakan arus AC.

2.2.5. Karakteristik Sel Surya

Gambar 2.10. Kurva Karakterisitik Sel Surya

(Sumber: http://teorikimia.blogspot.co.id/2015/10/materi-elektrokimia-pengertian-dan-prinsip-kerja-sel-surya.html)

Pada grafik di atas, menggambarkan keadaan sebuah sel surya beroperasi secara normal. Sel surya akan menghasilkan energi maksimum,

jika nilai Vm dan Im juga maksimum. Sedangkan Isc adalah arus listrik maksimum pada nilai volt = nol; Isc berbanding langsung dengan tersedianya sinar matahari. Voc adalah tegangan maksimum pada nilai arus nol; Voc naik secara logaritma dengan peningkatan sinar matahari. Karakter ini yang memungkinkan sel surya untuk mengisi aki.

Terdapat dua parameter pembatas yang digunakan untuk mengarakteristik keluaran Photovoltaic (PV) yang dihasilkan dari radiasi, temperatur operasional, dan luasan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.10 :

a) Short circuit current (ISC)

Arus maksimum pada tegangan nol, yaitu = 0, dalam hal ini Isc berbanding langsung terhadap cahaya matahari yang tersedia.

b) Open circuit voltage (VOC)

Tegangan maksimum pada saat arus nol, nilai VOC meningkat secara

logaritmik terhadap peningkatan cahaya matahari. Bila sel surya tak berbeban, maka akan terjadi arus hubung singkat (Isc). Dengan mengatur beban sampai harga tertentu, maka akan didapatkan kurva karakteristik arus dan tegangan sel surya. Bila bebannya sangat besar, maka tidak ada arus yang melewatinya. Kondisi ini sama dengan memutus penghubung pada amperemeter dan hasil penunjukan voltmeter merupakan tegangan tanpa beban (Voc). Pada keadaan tanpa penyinaran kondisi sel surya seperti dioda penyearah dan bila mendapat penyearah akan mengalir arus yang berlawanan dengan arah arus pada dioda. Grafik karakteristik antara tegangan dan arus dari sel surya pada kondisi gelap dan penyinaran terlihat seperti Gambar 2.10. Dari gambar karakteristik sel surya yang disinari terdapat tiga titik beban (Voc), arus hubung singkat (Isc), dan titik daya maksimum yang merupakan perkalian antara arus dan tegangan yang menghasilkan daya maksimum.

17

2.2.6. Array Sel Surya

Sel surya yang digunakan adalah sel surya dalam bentuk array, pada sistem ini sel surya disusun sedemikian rupa untuk menghasilkan daya dan tegangan yang diinginkan, susunan sel surya ini dapat berupa susunan seri dan paralel dengan aturan seperti pada Persamaan 2.1 dan Persamaan 2.2 di bawah ini:

Nseries = �� /0,9.��� (2.1) Persamaan 2.1 menentukan berapa jumlah sel surya yang harus disusun seri untuk mendapatkan tegangan output Vout.

Nparalel = �� /Vout (0,9.� �) (2.2) Persamaan 2.2 menentukan berapa jumlah sel surya yang harus disusun paralel untuk mendapatkan daya output Poutput.

Keterangan:

Nseries = Jumlah modul surya yang terhubung seri Nparalel = Jumlah modul surya yang terhubung paralel Vout = Tegangan keluaran modul surya

Pout = Daya keluaran modul surya

Voc = Voltage open circuit (tegangan hubung terbuka) artinya tegangan tanpa beban

Isc = Current short circuit (arus hubung singkat)

2.3. Pembangkit Listrik Tenaga Pedal (PLTPd)

2.3.1. Prinsip Dasar Pembangkit Listrik Tenaga Pedal (PLTPd)

Pembangkit Listrik Tenaga Pedal (PLTPd) merupakan suatu metode untuk membangkitkan energi listrik dengan cara memodifikasi sepeda biasa yang dihubungkan ke generator, kemudian energi listrik yang dihasilkan oleh generator disimpan dalam elemen penyimpanan energi listrik (baterai). Energi listrik yang tersimpan dalam baterai ini digunakan untuk menyalakan beberapa peralatan listrik yang memiliki daya listrik yang tidak terlalu besar. Karena peralatan listrik rumah tangga kebanyakan menggunakan tegangan bolak-balik, maka energi listrik yang tersimpan dalam baterai harus diubah

dahulu dari tegangan searah 12 Volt menjadi tegangan bolak-balik 220 Volt dengan menggunakan inverter.

Gambar 2.11. Pembangkit Listrik Tenaga Pedal

(Sumber: http://www.scienceshareware.com/)

2.3.2. Komponen Utama Pembangkit Listrik Tenaga Pedal

Sistem pembangkit listrik tenaga pedal memiliki komponen utama diantaranya terdiri atas sepeda, generator, dan baterai. Sepeda digunakan untuk memutarkan roda ban yang telah terhubung dengan generator dengan cara mengayuh pedal sepeda sehingga roda sepeda berputar dan generator ikut berputar.

Generator berfungsi untuk mengkonversi energi mekanik menjadi energi listrik. Pada saat rotor berputar terjadi medan magnet pada stator yang mengakibatkan adanya gaya gerak listrik.

Baterai berfungsi sebagai media penyimpanan daya listrik yang dihasilkan oleh generator agar dapat terisi kedalam baterai keluaran dari generator harus disearahkan terlebih dahulu menggunakan rectifier dan regulator tegangan.

19

2.4. Generator AC

2.4.1. Pengertian Generator AC

Generator merupakan sebuah alat yang mampu menghasilkan arus listrik. salah satu jenis generator adalah generator arus bolak balik yang akan dibahas saat ini. Generator arus bolak-balik berfungsi mengubah tenaga mekanis menjadi tenaga listrik arus bolak-balik.

Generator arus bolak-balik sering disebut juga sebagai alternator atau generator AC (alternating current) atau juga generator sinkron. Alat ini sering dimanfaatkan di industri untuk mengerakkan beberapa mesin yang menggunakan arus listrik sebagai sumber penggerak.

Generator arus bolak-balik dibagi menjadi dua jenis, yaitu: a) Generator arus bolak-balik 1 fasa/phase

Listrik 1 fasa adalah instalasi listrik yang menggunakan dua kawat penghantar yaitu 1 kawat fasa dan 1 kawat 0 (netral). Pengertian sederhananya adalah listrik 1 fasa terdiri dari dua kabel yaitu 1 bertegangan dan 1 netral. Umumnya listrik 1 fasa bertegangan 220 volt dan digunakan untuk listrik perumahan, namun listrik PLN di jalanan itu memiliki 3 fasa, tetapi yang masuk ke rumah kita hanya 1 fasa karena kita tidak memerlukan daya besar. Misalnya yang ke rumah kita adalah fasa R, tetangga kita mungkin fasa S, dan tetangga yang lain fasa T.

b) Generator arus bolak-balik 3 fasa/phase

Listrik 3 fasa adalah instalasi listrik yang menggunakan tiga kawat fasa dan satu kawat 0 (netral) atau kawat ground. Menurut istilah Listrik 3 fasa terdiri dari 3 kabel bertegangan listrik dan 1 kabel Netral. Umumnya listrik 3 fasa bertegangan 380V yang banyak digunakan Industri atau pabrik. Listrik 3 fasa adalah listrik AC (alternating current) yang menggunakan 3 penghantar yang mempunyai tegangan sama tetapi berbeda dalam sudut fasa sebesar 1200.

2.4.2. Prinsip Kerja Generator

Prinsip dasar generator arus bolak-balik menggunakan hukum Faraday yang menyatakan jika sebatang penghantar berada pada medan magnet yang berubah-ubah, maka pada penghantar tersebut akan terbentuk gaya gerak listrik.

Gambar 2.12. Hukum Tangan Kanan Fleming

(Sumber: https://hasrulhendra.wordpress.com/2013/09/18/elektromagntik/)

Hukum Tangan Kanan Fleming, "Apabila sebuah penghantar bergerak keluar memotong garis gaya magnet, maka gaya gerak listrik akan mengalir dari kanan ke kiri. Arah gaya gerak listrik dapat diketahui dengan menggunakan hukum tangan kanan fleming dimana, jari telunjuk menunjukkan arah fluks magnet, ibu jari menunjukkan arah gerakan konduktor, dan jari tengah menunjukkan arah arus induksi."

Besar tegangan generator bergantung pada : a. Kecepatan putaran (N)

b. Jumlah kawat pada kumparan yang memotong fluk (Z)

c. Banyaknya fluk magnet yang dibangkitkan oleh medan magnet (f) d. Konstruksi Generator

Generator arus bolak-balik ini terdiri dari dua bagian utama, yaitu : a. Stator, merupakan bagian diam dari generator yang mengeluarkan

tegangan bolak balik. Stator terdiri dari badan generator yang terbuat dari baja yang berfungsi melindungi bagian dalam generator, kotak terminal dan name plate pada generator. Inti Stator terbuat dari bahan ferromagnetik yang berlapis-lapis dan terdapat alur-alur tempat

21

meletakkan lilitan stator. Lilitan stator merupakan tempat untuk menghasilkan tegangan.

b. Rotor, merupakan bagian bergerak yang menghasilkan medan magnet yang menginduksikan ke stator. Sedangkan rotor berbentuk kutub sepatu

(salient) atau kutub dengan celah udara sama rata (rotor silinder).

Gambar 2.13. Stator dan Rotor Jumlah Kutub pada Generator

Jumlah kutub generator arus bolak-balik tergantung dari kecepatan rotor dan frekuensi dari ggl yang dibangkitkan. Hubungan tersebut dapat ditentukan dengan persamaan berikut ini.

f = p.n/120 (2.3)

Keterangan:

f = frekuensi tegangan (Hz) p = jumlah kutub pada rotor n = kecepatan rotor (rpm)

Besarnya Gaya Gerak Listrik

Bila perubahan medan magnet berlangsung dengan cepat maka gaya gerak listrik yang dibangkitkan pada kumparan akan semakin besar. Hubungan ini dapat dinyatakan dengan rumus :

Keterangan:

E = gaya gerak listrik yang dibangkitkan (beda potensial/voltage) N = jumlah gulungan

dB = perubahan fluxs magnet (Wb atau volt.detik) dt = waktu

2.5. Akumulator (Aki/Baterai)

2.5.1. Pengertian Akumulator / Baterai

Aki (accu) adalah sebuah alat yang dapat menyimpan energi (umumnya

energi listrik) dalam bentuk energi kimia. Contoh-contoh akumulator adalah baterai dan kapasitor.

Pada umumnya di Indonesia, kata akumulator (sebagai aki atau accu) hanya dimengerti sebagai "baterai" mobil. Sedangkan di bahasa Inggris, kata akumulator dapat mengacu kepada baterai, kapasitor, kompulsator, dll.

Di dalam standar internasional setiap satu cell akumulator memiliki tegangan sebesar 2 volt, sehingga aki 12 volt, memiliki 6 cell sedangkan aki 24 volt memiliki 12 cell.

Aki merupakan sel yang banyak kita jumpai karena banyak digunakan pada sepeda motor maupun mobil. Aki temasuk sel sekunder, karena selain menghasilkan arus listrik, aki juga dapat diisi arus listrik kembali. Secara sederhana aki merupakan sel yang terdiri dari elektroda Pb sebagai anode dan PbO2 sebagai katoda dengan elektrolit H2SO4.

23

2.5.2. Komponen-komponen Akumulator

1. Kotak aki : Berfungsi sebagai rumah atau wadah dari komponen aki yang terdiri atas cairan aki, pelat positif dan pelat negatif berikut separatornya. 2. Lubang ventilasi : Untuk tipe konvensional ada di samping atas dan ada

slangnya. Berfungsi untuk memisahkan gas hydrogen dari asam sulfat serta sebagai saluran penguapan air aki. Sedang tipe MF, gas hydrogen dikondisikan lagi menjadi cairan sehingga tidak dibutuhkan lubang ventilasi.

3. Pelat logam: Terdiri dari pelat positif dan negatif. Untuk pelat positif dibuat dari logam timbel preoksida (PbO2). Sedangkan pelat negatif hanya dibuat dari logam timbel (Pb).

4. Air aki: Dibuat dari campuran air (H2O) dan asam sulfat (SO4).

5. Separator: Berada di antara pelat positif dan negatif, separator bertugas untuk memisahkan atau menyekat pelat positif dan negatif agar tidak saling bersinggungan yang dapat menimbulkan short alias hubungan arus pendek.

6. Sel: Adalah ruangan dalam wadah bentuk kotak-kotak yang berisi cairan aki, pelat positif dan negatif berikut seperatornya.

7. Terminal aki: Keduanya berada di atas wadah, karena merupakan ujung dari rangkaian pelat-pelat yang nantinya dihubungkan ke beban arus macam lampu dan lainnya. Bagian ini terdiri dari terminal.

24

Bab ini meliputi waktu dan tempat penelitian, alat dan bahan, rancangan alat, metode penelitian, dan prosedur penelitian. Pada prosedur penelitian akan dilakukan beberapa langkah yaitu pengujian untuk mengetahui pengaruh sudu turbin, penyamaan skala alat ukur, pengujian karakteristik sel surya, pengujian keluaran panel sel surya dan generator. Penjelasan lebih rinci tentang metodologi penelitian akan dipaparkan sebagai berikut:

3.1. Pengumpulan Data

3.1.1. Studi Pustaka (Literatur)

Studi literatur dilakukan dengan dengan cara mengumpulkan, mempelajari berkas–berkas, dokumen dan arsip yang ada di perpustakaan serta buku–buku penunjang tentang sistem pembangkit listrik sepeda hibrid berbasis tenaga pedal dan tenaga surya. Selanjutnya data–data tersebut menjadi referensi dan sekaligus mencoba mengaplikasikan teori–teori yang ada menjadi suatu rancangan alat.

3.1.2. Wawancara

Adalah suatu teknik pengumpulan data melalui tanya jawab atau berdiskusi dengan pihak yang mengetahui serta menguasai segala permasalahan yang dihadapi dalam hal perancangan dan pembuatan pembangkit listrik sepeda hibrid berbasis tenaga pedal dan tenaga surya ini. Dalam metode ini penulis melakukan diskusi dengan dosen pembimbing.

3.2. Tahap Penelitian

Adapun tahapan atau langkah-langkah dalam penelitian secara terturut adalah sebagai berikut:

25

Gambar 3.1. Diagram Alir Pembuatan Sepeda Hybrid Berbasis Tenaga Pedal dan Tenaga Surya

Tidak

Ya Mulai

Selesai Observasi Lapangan:

Identifikasi data teknis dan pengukuran itensitas

cahaya matahari

Perencanaan: Pembuatan desain alat dari sistem dan penentuan komponen Sepeda Hybrid

Proses Pembuatan: Perakitan alat sesuai dengan

desain yang telah dibuat

Perbaikan dan Penyempurnaan

Uji Coba Alat (Sepeda Hybrid)

Pembuatan Laporan Analisa Seluruh Data

Yang Didapatkan Pengambilan Data

Alat

Alat Bekerja Normal ?

3.2.1. Lokasi Pengujian Alat

Lokasi yang digunakan untuk pengujian alat adalah Kost At-Tanwir Dusun Ngrame, Desa Tamantirto, Kecamatan Kasihan, Kabupaten Bantul. Lokasi dipilih karena di lokasi tersebut tempat tinggal penulis sehingga penulis lebih mudah dalam menganalisis saat pengujian alat.

Adapun data yang akan diambil diantaranya adalah tegangan keluaran dan arus keluaran generator dan panel surya. Pada saat pengujian harus mempertimbangkan waktu dan posisi yang tepat agar panel surya dapat menerima itensitas cahaya yang bagus sehingga daya keluaran panel surya dapat maksimal.

3.2.2. Perancangan

Dalam perancangan dilakukan beberapa tahapan–tahapan, diantaranya:  Penentuan generator dan panel surya yang digunakan, sehingga dalam

penggunaannya tidak terjadi kerusakan pada kedua komponen utama tersebut.

 Dari segi penggunaan komponen, juga dipertimbangkan segi ekonomis dan kondisi yang ada dipasaran, sehingga dalam pencarian komponen tidak mengalami kesulitan.

 Dari segi estetika, desain alat agar dapat dibuat sedemikian rupa sehingga aman dalam penggunaannya.

Dalam membuat suatu alat agar kegunaannya tepat dan bisa melayani kebutuhan beban dengan baik harus melalui tahap–tahap perencanaan / perancangan. Secara garis besarnya, alat atau prototype yang dibuat tentu memiliki bagian–bagian atau blok–blok rangkaian yang saling mendukung dan terkait antara blok rangkaian yang satu dengan blok rangkaian yang lain seperti pada diagram blok dari simulasi sepeda hibrid yang dibuat berikut ini.

27

3.2.2.1. Prinsip Kerja Sepeda Hybrid yang dibuat

Prinsip kerja sepeda hybrid berbasis tenaga pedal dan tenaga suryaadalah sebagai berikut:

DC AC Charging DC DC AC

Gambar 3.2. Diagram Blok Sepeda Hybrid yang dibuat

Berikut ini penjelasan mengenai blok diagram sistem terbagi atas 7 bagian:

1. Modul sel surya sebagai sumber catu daya 2. Generator sebagai sumber catu daya

3. Solar Charge Controller sebagai kontrol saat mengisi baterai maupun beban langsung

4. Rectifier sebagai pengubah penyearah tegangan Modul Panel Surya R ec ti fie r Inverter Solar Charge Controller Generator Sinar Matahari Beban DC Putaran

Pedal DC

Baterai

5. Inverter sebagai pengubah arus searah (DC) menjadi arus bolak-balik (AC)

6. Baterai sebagai penyimpan daya listrik 7. Beban, yaitu lampu pijar AC dan DC.

Pada gambar 3.2 tegangan keluaran modul surya dan generator akan masuk ke controller, dimana di dalam controller tersebut terdapat regulator tegangan dan switching regulator. Regulator tegangan berfungsi untuk meregulasi tegangan keluaran dari panel surya dan mengatur arus yang masuk ke baterai secara otomatis.

Selain itu regulator berfungsi untuk menghubungkan dan memutuskan arus dari sumber, dalam hal ini panel surya dan generator ke baterai secara otomatis dan juga berfungsi untuk memutuskan aliran arus dari baterai ke beban bila terjadi hubung singkat ataupun beban yang berlebihan. Sedangkan switching regulator digunakan untuk mengkonversi tegangan DC menjadi tegangan DC dengan nilai potensial yang lebih rendah dan polaritas yang sama. Nilai tegangan keluaran yang dipilih adalah 12 volt dan nilai tegangan masukan maksimum 40 volt.

Jika kita menginginkan hasil keluaran listrik dari sepeda hybrid ini berupa listrik arus bolak-balik (AC) maka PLTS yang sudah dapat mengeluarkan listrik arus searah (DC) ini harus dihubungkan ke sebuah rangkaian elektronik / modul elektronik yang bernama Inverter DC – AC. Dimana Inverter DC – AC berfungsi untuk mengubah arus listrik searah (DC) menjadi arus listrik bolak–balik (AC).

Setelah arus listrik searah diubah menjadi arus listrik bolak–balik, selanjutnya keluaran dari inverter ini yang telah berupa arus bolak– balik ini dapat langsung digunakan untuk mencatu peralatan listrik dan elektronika yang membutuhkan arus bolak-balik. Besarnya tegangan dan daya keluaran yang dapat dihubungkan kebeban nantinya harus sesuai dengan kemampuan inverter yang dipakai dan besarnya sistem

29

penyimpanan yang digunakan (besarnya Ampere hour (Ah) atau amper jam dari baterai).

3.2.2.2. Desain Pembangkit Listrik Sepeda Hybrid Berbasis Tenaga Pedal dan Tenaga Surya

Dari segi estetika, desain alat dibuat sedemikian rupa sehingga aman dalam penggunaannya. Berikut merupakan desain alat:

Gambar 3.3. Desain Pembangkit Listrik Sepeda Hybrid Berbasis Tenaga Pedal dan Tenaga Surya

3.2.2.3. Penentuan Komponen

Dalam pembuatan alat ini diperlukan ketepatan pemilihan komponen. Bila pemilihan komponen kurang tepat akan terjadi permasalahan pada kerja alat yang akan dibuat. Ketelitian dan toleransi

Sepeda Hybrid Berbasis Tenaga

Pedal dan Tenaga Surya 2 Modul Solar Cell 50Wp

Generator 600watt Baterai 12v/7Ah

SCC 24v/20A

dari komponen sangat mempengaruhi dari pada ketepatan kerja alat tersebut. Biasanya, penentuan komponen yang akan digunakan adalah jenis komponen yang mudah didapatkan di pasaran. Selain mudah juga memiliki nilai ekonomis sehingga pembuatan peralatan tersebut tidak membutuhkan biaya yang mahal.

A. Beban

Tabel 3.1 Beban pemakaian yang diuji cobakan Jenis Beban Tegangan

(Volt)

Daya (Watt)

Jumlah

Lampu Pijar 12 8 2

Lampu Pijar 220 25 1

Lampu Pijar 220 15 1

Lampu Hemat Energi

220 15 1

Total 5

B. Persiapan Alat dan Bahan  Alat

1. Tool Set :

a. Tang kombinasi e. Solder b. Tang potong f. Timah c. Tang lancip g. Obeng

d. Cutter h. Kunci pas

2. Multimeter 3. Tachometer

 Bahan 1. Panel Surya

Spesifikasi:

Merk : Solar Panel

31

Voltage at Pmax (Vmax) : 17,2 V Current at Pmax (Imp) : 2,91 A Open-circuit Voltage (Voc) : 21,6 V Short-circuit Current (Isc) : 3,23 A Maximum Fuse : 10 A

2. Generator Spesifikasi:

Merk : Pacific Scientific

Model tipe : R43HENA-R2-NS-NV-00 Maksimum Power : 600 watt

Faktor Daya : 0,8

3. Baterai / Accu Spesifikasi:

Merk : OTODO

Kapasitas C10 : 7 Ah

Tegangan : 12 V

Kebocoran arus : maksimum 0,1 mA Voltase penuh : 13-13,2 V

4. Solar Charge Control 12/24 V 20 A 5. Inverter 300 Watt

6. Lampu pijar 7. Kabel

8. Penjepit buaya 9. Baut dan mur 10. Stainless steel 11. Sepeda

3.2.3. Proses Pembuatan Alat

Dalam tahap pembuatan alat harus memenuhi ketentuan / estetika dan mengacu pada perancangan.

1. Penentuan jenis komponen, pembuatan analisis keunggulan dan kelemahan setiap alternatif pilihan, pembuatan sketsa elemen utama, penentuan tipe kapasitas generator serta solar cell yang akan digunakan, penentuan sistem kontrol (manual/otomatis).

2. Pembuatan kerangka alat yang berbahan baku stainless steel, langkah awal adalah pemotongan bahan baku sesuai dengan ukuran dimensi yang telah ditentukan, dan selanjutnya adalah pengelasan potongan stainless

steel menjadi satu sesuai dengan desain yang telah dibuat.

3. Perakitan komponen mekanik maupun elektronik, diantaranya generator

motor bruss, solar cell, dan komponen lainnya.

4. Memeriksa keadaan sistem beserta komponen yang digunakan.

3.2.4. Pengujian Alat

Pengujian alat dilakukan di lokasi Kost At-Tanwir Dusun Ngrame, Desa Tamantirto, Kecamatan Kasihan, Kabupaten Bantul. Gambar 3.2 menjelaskan tentang diagram blok sistem pengujian Prototipe Pembangkit Listrik Sepeda Hybrid Berbasis Tenaga Pedal dan Tenaga Surya.

Pengujian alat terbagi menjadi dua tahap, yaitu : 3.2.4.1. Pengujian Modul Panel Surya

Pengujian dilakukan pada lokasi dan rentang waktu yang ditentukan, lama pengujian modul panel surya adalah 6 jam.

Gambar 3.4 merupakan diagram blok dari sistem pengujian modul panel surya.

33

Gambar 3.4. Diagram Blok Sistem Pengujian Modul Panel Surya

3.2.4.2. Pengujian Generator

Pengujian dilakukan pada rentang waktu yang ditentukan, lama pengujian generator adalah 30 menit.

Rangkaian pengujian generator pada sepeda hybrid dapat dilihat pada gambar dibawah ini :

Tachometer

Gambar 3.5. Diagram Blok Pengujian Generator Rectifier

Ampere Meter

Voltage Meter

Controller

3.2.5. Pembuatan Laporan

Setelah alat dapat beroperasi dan seluruh pengambilan data telah selesai dilaksanakan, maka tahapan selanjutnya adalah pembuatan analisa data dan pembuatan laporan, yang isinya adalah untuk melaporkan langkah–langkah dalam pembuatan alat mulai dari merancang sampai alat tersebut bekerja, serta menganalisa permasalahan yang mungkin terjadi pada alat yang dibuat.

35 BAB IV

HASIL DAN ANALISIS

4.1.Perancangan Sistem Pembangkit Listrik Sepeda Hybrid Berbasis Tenaga Pedal dan Tenaga Surya

4.1.1. Analisis Radiasi Matahari

Analisis dilakukan dengan menggunakan data yang diperoleh dari

software Homer Energy. Data yang digunakan adalah data rata-rata radiasi

matahari pada waktu percobaan alat, lebih tepatnya pada bulan Mei 2016. Data radiasi matahari secara lengkap dapat dilihat pada lampiran 2. Radiasi harian pada bulan Mei 2016 tercatat 4,730 kWh/m2/d.

Data tersebut menjelaskan bahwa jumlah rata-rata radiasi matahari setiap hari pada bulan Mei 2016 sebesar 4730 Wh/m2. Dari data tersebut dapat diasumsikan lama penyinaran matahari dalam sehari adalah 6 jam, sehingga dengan asumsi tersebut didapatkan:

= 788,3 W/m2

Hal ini berarti untuk luas 1 m2diperoleh daya sebesar 788,3 watt.

4.1.2. Analisis Sistem Hubung Generator dengan Puli Roda

Pada proyek penelitian ini, sepeda yang digunakan masih dapat digunakan seperti sepeda pada umumnya hanya saja pada poros roda dimodifikasi dengan menambahkan sebuah puli yang akan digunakan sebagai penghubung antara poros roda dan poros generator. Adapun ukuran puli yang digunakan pada poros roda dengan jari-jari 10 cm. Dari data tersebut dapat dihitung keliling puli pada poros roda dengan persamaan sebagai berikut:

Keliling = 2πr

= 2 x 3,14 x 10 = 62,8 cm = 0,628 m

Sepeda yang digunakan dalam penelitian ini hanya memiliki satu percepatan sehingga dibutuhkan energi yang cukup besar untuk mengayuh sepeda ini. Gambar 4.1 menunjukkan sepeda yang digunakan pada penelitian ini.

Gambar 4.1. Desain Sepeda Hybrid

Puli pada poros roda dihubungkan pada poros generator dengan sebuah sabuk (belt). Berdasarkan hukum fisika pada gerak melingkar, pada roda-roda yang dihubungkan dengan rantai atau sabuk berlaku dua hal. Pertama, arah putar kedua roda sama. Kedua, kelajuan linier kedua roda sama. Persamaan yang berlaku pada hubungan roda-roda yang dihubungkan dengan sabuk adalah sebagai berikut:

ν

1

= ν

2

37

R1

R2

Gambar 4.2. Hubungan Puli Roda dengan Puli Generator

Pada penelitian ini, generator yang digunakan memiliki puli dengan jari-jari berukuran 2,5 cm. Sedangkan sepeda yang digunakan memiliki puli dengan jari-jari 10 cm. Dari data tersebut, dapat dihitung perbandingan kecepatan sudut antara roda sepeda dengan generator sebagai berikut:

ν

1=

ν

2

1 x R1 = 2 x R2 1 x 10 = 2 x 2,5 1 /

2 = 2,5 / 10 1 /

2 = 1/4

Dari perhitungan diatas, didapatkan hasil bahwa kecepatan sudut generator empat kali lebih besar daripada kecepatan sudut roda sepeda.

4.2.Pengolahan Data Percobaan Pembangkit Listrik Sepeda Hybrid Berbasis Tebaga Pedal dan Tenaga Surya

4.2.1. Pengujian Modul Sel Surya

Modul sel surya yang digunakan mempunyai daya keluaran sebesar 50 watt untuk irradiansi 1000 watt/m2. Modul sel surya yang digunakan berjumlah dua buah yang tersusun secara paralel, masing-masing modul sel surya memiliki spesifikasi Voc sebesar 21,6 V dan Isc sebesar 3,23 A. Dengan menggunakan Persamaan 2.1 dari Sub-Subbab 2.2.6, nilai tegangan keluaran dan daya modul sel surya adalah:

Nseries = �� /0,9.���

�� = Nseries × 0,9 × ���

= 1× 0,9 × 21,6 = 19,44 V

Dimana:

Nseries = Jumlah modul surya yang tersusun seri Vout = Tegangan keluaran modul surya

Voc = Voltageopen circuit (tegangan hubung terbuka) artinya

tegangan tanpa beban

Hal ini berarti satu buah modul sel surya mempunyai tegangan keluaran sebesar 19,44 volt.

Nparalel = �� /Vout (0,9.� �) �� = Nparalel × �� (0,9.� �)

= 2 × 19,44 (0,9 × 3,23) = 113,024 watt

Dimana:

Nparalel = Jumlah modul surya yang tersusun paralel Pout = Daya keluaran modul surya

Vout = Tegangan keluaran modul surya

Isc = Current short circuit (arus hubung singkat)

Hal ini berarti dua buah modul sel surya yang disusun secara paralel dapat menghasilkan daya sebesar 113,024 watt

4.2.1.1. Efisiensi modul sel surya yang digunakan

Modul sel surya yang digunakan mempunyai daya keluaran sebesar 113,024 watt untuk irradiansi 1000 watt/m2. Luas modul sel surya yang digunakan adalah 0,992 m2. Hal ini berarti nilai daya masukan untuk modul sel surya adalah:

39

Nilai effisiensi modul sel surya yaitu: ��

=

11,39 %

Maka diperoleh nilai efisiensi modul sel surya yang digunakan adalah 11,39 %.

4.2.1.2. Pengolahan data modul sel surya

1) Besar pengukuran tegangan dan arus pada pukul 08:45 masing-masing sebesar 12,35 volt dan 0,84 ampere. Dari hasil pengukuran tersebut dapat diketahui daya yang dihasilkan oleh panel surya sebesar 10,37 watt.

2) Besar pengukuran tegangan dan arus pada pukul 09:00 masing-masing sebesar 12,54 volt dan 1,14 ampere. Dari hasil pengukuran tersebut dapat diketahui daya yang dihasilkan oleh panel surya sebesar 14,30 watt.

Tabel 4.1 menunjukkan pengolahan data hasil uji coba panel surya pada tanggal 24 Mei 2016 tepatnya pukul 08:45 hingga pukul 14:45 atau selama 6 jam.

Gambar 4.3. Skema Rangkaian Percobaan Modul Surya

Modul Panel Surya

Ampere Meter

Voltage Meter

Tabel 4.1. Daya Keluaran Panel Surya

No. Waktu

Tegangan ke SCC (volt) Arus ke SCC (ampere) Daya Keluaran Modul Surya (watt)

1 08:45 12.35 0.84 10.37

2 09:00 12.54 1.14 14.30

3 09:15 12.79 1.52 19.44

4 09:30 13.00 1.84 23.92

5 09:45 13.22 2.11 27.89

6 10:00 13.51 2.59 34.99

7 10:15 13.80 2.94 40.57

8 10:30 13.85 3.13 43.35

9 10:45 14.30 3.54 50.62

10 11:00 13.41 3.15 42.24

11 11:15 13.17 0.90 11.85

12 11:30 16.33 2.64 43.11

13 11:45 13.79 2.19 30.20

14 12:00 13.47 1.15 15.50

15 12:15 13.54 1.21 16.39

16 12:30 13.75 1.97 27.09

17 12:45 13.72 1.41 19.35

18 13:00 18.53 1.67 30.95

19 13:15 18.35 1.55 28.45

20 13:30 18.22 1.55 28.24

21 13:45 13.74 0.92 12.64

22 14:00 14.10 1.18 16.64

23 14:15 19.50 1.20 23.40

24 14:30 19.41 0.86 16.70

25 14:45 19.18 0.87 16.69

41

Tabel 4.1 diatas merupakan tabel hasil pengujian dua buah modul sel surya yang dihubungkan secara paralel. Pengujian dilakukan pada pukul 08:45 hingga 14:45 pada tanggal 24 Mei 2016. Terlihat bahwa daya terbesar yang dihasilkan sebesar 50,62 watt pada pukul 10:45. Ketidakstabilan daya yang dihasilkan disebabkan beberapa faktor diantara intensitas matahari, keadaan lokasi ujicoba, serta penyebab lainnya.

Grafik 4.1. Daya Keluaran Modul Sel Surya

Dari data yang telah diketahui bahwa rata-rata radiasi yang terjadi pada bulan mei 2016 sebesar 788,3 W/m2. Hal ini berarti untuk luas 1 m2 diperoleh daya sebesar 788,3 watt. Luas dua buah modul sel surya yang digunakan adalah 1,24 m x 0,80 m atau 0,992 m2.

Untuk radiasi 788,3 W/m2, modul sel surya dapat menyerap daya sebesar:

Pmasukan = 0,992 m2x 788,3 W/m2= 781,99 watt

Untuk efisiensi modul sel surya sebesar 11,39% maka daya keluaran modul sel surya adalah:

Pkeluaran = 11,39% x 781,99 watt

= 88,83 watt

0 10 20 30 40 50 60 08 :4 5 09 :1 5 09 :45 10 :1 5 10 :4 5 11 :1 5 11 :4 5 12 :1 5 12 :4 5 13 :1 5 13 :4 5 14 :1 5

Daya Keluaran Modul Sel Surya

Daya Keluaran Modul Sel Surya

Hal ini berarti rata-rata daya yang dapat dihasilkan oleh dua modul sel surya bulan Mei 2016 sebesar 88,83 watt.

Energi total yang dapat dihasilkan pada percobaan modul sel surya pada tanggal 24 Mei 2016 adalah sebesar:

= x t

= 25,8 watt x 6 h = 154,8 Wh Dimana:

E = Energi listrik yang dihasilkan (Wh)

= Daya rata-rata yang dihasilkan (watt) t = lama waktu percobaan (hour)

Hal ini berarti total energi listrik yang dihasilkan oleh modul sel surya perhari sebesar 154,8 Wh, atau total energi listrik yang dihasilkan perbulan sebesar 4,64 kWh.

Daya yang dapat diserap oleh modul panel surya cukup besar namun tingkat efisiensi modul sel surya yang hanya 11,39% menyebabkan daya keluaran modul sel surya tergolong rendah.

43

4.2.2. Pengujian Generator

Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui kemampuan generator saat melakukan pengisian ke akumulator. Pada pengujian ini, generator langsung dihubungkan dengan puli pada roda sepeda melalui sebuah sabuk (belt). Kemudian sepeda dikayuh dengan kecepatan tertentu sehingga menyebabkan puli generator ikut berputar. Kecepatan putar alternator dijaga agar mampu menghasilkan tegangan listrik yang cukup untuk mengisi baterai. Hal ini dilakukan dengan cara melihat tegangan listrik baterai yang terukur di voltmeter. Besar tegangan listrik minimal yang dibutuhkan agar baterai dapat diisi adalah 12 volt. Pengujian ini dilakukan selama 30 menit.

Data yang diperoleh pada pengujian ini adalah kecepatan putar generator, tegangan listrik, dan arus listrik yang dihasilkan oleh generator. Hasil pengujian yang diperoleh dapat dilihat pada Tabel 4.2.

Tachometer

Gambar 4.5. Skema Rangkaian Percobaan Generator

Langkah pengujian generator yang dilakukan selama 30 menit:

1. Memasang rangkaian seperti pada pada rangkaian pengujian Gambar 4.5.

2. Memutar generator dengan cara mengayuh pedal sepeda.

3. Mencatat kecepatan putaran generator yang terukur di tachometer.

4. Mencatat tegangan listrik yang terukur di voltmeter.

G

Rectifier

Ampere Meter

Voltage Meter

Controller

5. Mencatat arus listrik yang terukur di amperemeter. 6. Pengujian dilakukan selama 30 menit.

Tabel 4.2. Hasil Pengujian Generator selama 30 menit No. Menit ke

(menit) Tegangan (volt) Arus (ampere) Kecepatan putar generator (rpm)

1 1 13.20 1.8 985

2 2 12.60 1.1 926

3 3 12.52 0.9 916

4 4 12.58 1.0 920

5 5 12.62 1.4 968

6 6 12.97 0.8 910

7 7 12.65 0.6 895

8 8 12.67 0.6 898

9 9 12.40 1.1 923

10 10 12.50 1.4 930

11 11 12.45 1.0 920

12 12 12.80 1.1 925

13 13 12.15 0.5 890

14 14 12.20 0.9 912

15 15 12.40 1.1 923

16 16 12.29 2.3 975

17 17 12.20 2.0 970

18 18 12.68 2.5 983

19 19 12.25 2.2 965

20 20 12.55 2.4 980

21 21 12.67 1.3 936

22 22 12.28 1.2 928

23 23 12.28 1.2 925

45

No. Menit ke (menit) Tegangan (volt) Arus (ampere) Kecepatan putar generator (rpm)

25 25 12.32 1.5 940

26 26 12.80 0.7 898

27 27 13.15 1.3 938

28 28 14.13 2.1 980

29 29 12.89 1.8 964

30 30 12.80 1.0 922

Rata-rata 12.61 1.35 936

Dari table 4.2, didapatkan hasil bahwa tegangan listrik maksimum yang dihasilkan adalah 14,13 volt dan tegangan listrik minimum yang dihasilkan adalah 12 volt. Sedangkan tegangan listrik rata-rata yang dihasilkan adalah 12,61 volt. Grafik 4.2 menunjukkan tegangan listrik yang dihasilkan selama 30 menit pengujian.

Grafik 4.2. Tegangan Keluaran Generator selama 30 menit

Dari grafik diatas, terlihat bahwa tegangan listrik yang dibutuhkan untuk mengisi baterai dijaga konstan antara 12 volt sampai dengan 14 volt.

11 11.5 12 12.5 13 13.5 14 14.5

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29

Tegan g an (volt) Waktu (menit) Tegangan Keluaran Generator

Hal ini dilakukan agar terjadi aliran arus listrik dari generator ke baterai karena tegangan listrik generator lebih tinggi daripada tegangan listrik baterai.

Tabel 4.2 juga memperlihatkan arus listrik yang dihasilkan oleh generator untuk mengisi baterai. Arus listrik maksimum dan minimum yang dihasilkan oleh generator adalah 2,5 ampere dan 0,5 ampere. Sedangkan arus listrik rata-rata yang dihasilkan oleh generator adalah 1,35 ampere. Grafik 4.3 menunjukkan arus listrik yang dihasilkan oleh generator selama 30 menit pengujian.

Grafik 4.3. Arus Keluaran Generator selama 30 menit

Grafik 4.3 menunjukkan bahwa nilai arus listrik pengisian baterai berubah-ubah. Namun, besar arus pengisian sudah cukup untuk mengisi baterai karena terjadi aliran arus listrik dari generator ke baterai. Hal ini ditandai dengan arus listrik yang bernilai positif. Aliran arus listrik dari generator ke baterai terjadi karena tegangan listrik generator dijaga sedikit lebih tinggi daripada tegangan listrik baterai.

Selain tegangan dan arus listrik, table 4.2 juga memperlihatkan data kecepatan putar generator selama 30 menit. Kecepatan putar maksimum dan

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29

A ru s (am p e re ) Waktu (menit) Arus Keluaran Generator

47

minimum generator yang dihasilkan adalah 985rpm dan 890 rpm. Sedangkan kecepatan putar rata-rata yang dihasilkan oleh generator adalah 936 rpm. Grafik 4.4 memperlihatkan grafik kecepatan putar generator selama 30 menit pengujian.

Grafik 4.4. Kecepatan Putaran Generator selama 30 menit

Grafik 4.4 menunjukkan bahwa nilai kecepatan putar generator cenderung tidak stabil. Namun, hal ini tidak mempengaruhi selama pengisian baterai karena tegangan listrik generator tetap dijaga besarnya sedikit lebih tinggi daripada tegangan listrik baterai 12 volt. Ini dilakukan agar terjadi aliran arus listrik dari generator ke baterai sehingga pengisian baterai dapat berlangsung.

Pada pengujian ini, tegangan listrik awal baterai sebelum dilakukan pengisian adalah 11,2 volt. Sedangkan, tegangan listrik baterai setelah 30 menit pengisian adalah 12,2 volt. Hal ini berarti tegangan listrik baterai bertambah 1 volt dalam 30 menit.

Adapun daya listrik maksimum yang dihasilkan oleh generator selama pengujian sebesar 28,53 watt dan daya minimum yang dihasilkan generator

840 860 880 900 920 940 960 980 1000

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29

K e ce p atan p u tar (R p m ) Waktu (menit) Kecepatan Putaran Generator (Rpm)

sebesar 6,83 watt. Sedangkan besar potensi daya listrik rata-rata yang dihasilkan pada pengujian tersebut dapat diketahui sebagai berikut:

P = V × I × Cos phi = 12,61 × 1,35 × 0,9 = 15,32 watt

Dimana:

P = Daya rata-rata (watt) V = Tegangan rata-rata (volt) I = Arus rata-rata (ampere) Cos phi generator = 0,9

Dari hasil perhitungan, diperoleh daya listrik rata-rata yang dihasilkan generator selama 30 menit sebesar 15,32 watt.

Besar energi listrik yang dihasilkan selama 30 menit mengisi baterai dapat dihitung sebagai berikut:

E = P × t

= 15,32 watt x 0,5 jam = 7,66 Wh

Dimana:

E = Energi listrik yang dihasilkan (Wh)

= Daya rata-rata yang dihasilkan (watt) t = lama waktu percobaan (hour)

Dengan hasil perhitungan tersebut dapat diketahui bahwa energi listrik yang dihasilkan generator selama 30 menit pengisian baterai adalah sebesar 7,66 Wh. Sedangkan jika asumsi pengujian dilakukan selama 6 jam total energi yang dihasilkan sebesar 91,92 Wh atau total energi yang dihasilkan perbulan sebesar 2,76 kWh.

49 BAB V PENUTUP

5.1. Kesimpulan

Kesimpulan yang diperoleh dari penelitian ini sebagai berikut:

1. Telah dibuat prototipe pembangkit listrik sepeda hybrid berbasis tenaga pedal dan tenaga surya.

2. Daya maksimum yang dihasilkan modul panel surya saat pengujian adalah sebesar 50,62 watt. Intensitas cahaya matahari saat uji coba relatif rendah sehingga daya yang dihasilkan kurang maksimal serta efisiensi modul surya yang masih relatif rendah yaitu sebesar 11,39%.

3. Total energi listrik yang dihasilkan modul panel surya selama sehari sebesar 154,8 Wh, atau total energi listrik yang dihasilkan perbulan sebesar 4,64 kWh.

4. Total energi listrik yang dihasilkan generator selama uji coba pengisian baterai selama 30 menit adalah sebesar 7,66 Wh. jika pengujian dilakukan selama 6 jam total energi yang dihasilkan sebesar 91,92 Wh atau total energi yang dihasilkan perbulan sebesar 2,76 kWh.

5.2. Saran

Adapun saran yang penulis dapat sampaikan sehubungan dengan perancangan dan pembuatan pembangkit listrik sepeda hybrid berbasis tenaga pedal dan tenaga surya ini adalah agar pengembangan selanjutnya dapat lebih ditingkatkan dalam segi desain dan sistem agar daya yang dihasilkan dapat maksimal.

50

DAFTAR PUSTAKA

Agus Setiawan, 2009. Desain Pembangkit Listrik Tenaga Pedal Sebagai Sumber

Energi Alternatif di Daerah Pedesaan. Skripsi, Jurusan Teknik Elektro,

Fakultas Teknik, Universitas Indonesia.

Anonim. Pedal Power Bike Generator Frequently Asked Questions.

http://scienceshareware.com/bicycle-generator-faq.htm. Diakses pada 20

November 2015.

Anonim, 2008. Melihat Prinsip Kerja Sel Surya Lebih Dekat.

https://energisurya.wordpress.com/2008/07/10/melihat-prinsip-kerja-sel-surya-lebih-dekat/. Diakses pada 25 Februari 2016.

Butcher, David. Pedal Powered Generator – Electricity From Exercise.

http://www.los-gatos.ca.us/davidbu/pedgen.html. Diakses pada 20

November 2015.

Fitria Yulinda, 2009. Rancang Bangun Simulasi Sistem Hybrid Tenaga Surya dan Tenaga Angin Sebagai Catu Daya Base Transceiver Station (BTS) 3G. Universitas Indonesia Library, lib.ui.ac.id.

Iqbal Rifqi, 2015. Rancang Bangun Pembangkit Listrik Tenaga Hybrid Portable

Berbasis Mikrohidro Dan Surya. Skripsi, Fakultas Teknik, Jurusan Teknik

Elektro, Universitas Muhammadiyah Yogyakarta.

Putu Yudi Astrawan Putra, 2007. Perancangan dan Pembuatan Simulasi

Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS). Skripsi, Fakultas Teknik dan

Kejuruan Universitas Pendidikan Ganesha, Singaraja.

Republika, 2014. Aplikasi Hybrid Tenaga Surya. Pulau Panelo, Gorontalo.

https://listriktenagasurya.wordpress.com/2010/01/15/aplikasi-hybrid-tenaga-surya/.Diakses pada 20 Januari 2016

Wildan Maulana, 2009. Bagaimana Fotovoltaik Bekerja.

https://wildanm.wordpress.com/2009/10/04/bagaimana-fotovoltaik-bekerja/.

LAMPIRAN

2. Homer

50

DAFTAR PUSTAKA

Agus Setiawan, 2009. Desain Pembangkit Listrik Tenaga Pedal Sebagai Sumber Energi Alternatif di Daerah Pedesaan. Skripsi, Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia.

Anonim. Pedal Power Bike Generator Frequently Asked Questions.

http://scienceshareware.com/bicycle-generator-faq.htm. Diakses pada 20

November 2015.

Anonim, 2008. Melihat Prinsip Kerja Sel Surya Lebih Dekat.

https://energisurya.wordpress.com/2008/07/10/melihat-prinsip-kerja-sel-surya-lebih-dekat/. Diakses pada 25 Februari 2016.

Butcher, David. Pedal Powered Generator – Electricity From Exercise.

http://www.los-gatos.ca.us/davidbu/pedgen.html. Diakses pada 20

November 2015.

Fitria Yulinda, 2009. Rancang Bangun Simulasi Sistem Hybrid Tenaga Surya dan Tenaga Angin Sebagai Catu Daya Base Transceiver Station (BTS) 3G. Universitas Indonesia Library, lib.ui.ac.id.

Iqbal Rifqi, 2015. Rancang Bangun Pembangkit Listrik Tenaga Hybrid Portable Berbasis Mikrohidro Dan Surya. Skripsi, Fakultas Teknik, Jurusan Teknik Elektro, Universitas Muhammadiyah Yogyakarta.

Putu Yudi Astrawan Putra, 2007. Perancangan dan Pembuatan Simulasi Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS). Skripsi, Fakultas Teknik dan Kejuruan Universitas Pendidikan Ganesha, Singaraja.

Republika, 2014. Aplikasi Hybrid Tenaga Surya. Pulau Panelo, Gorontalo.

https://listriktenagasurya.wordpress.com/2010/01/15/aplikasi-hybrid-tenaga-surya/. Diakses pada 20 Januari 2016

Wildan Maulana, 2009. Bagaimana Fotovoltaik Bekerja.

https://wildanm.wordpress.com/2009/10/04/bagaimana-fotovoltaik-bekerja/.

LAMPIRAN

2. Homer