Final Assignment Hybrid Wind Turbine Wit (1)

1

BAB I
PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang
Kebutuhan akan energi listrik semakin hari semakin meningkat karena

pertambahan penduduk, ekonomi, dan pola konsumsi energi. Maka diperlukan
energi-energi alternatif dalam rangka menyelamatkan energi dari ancaman
kelangkaan.
Angin dan matahari merupakan sumber energi alternatif yang kini menjadi
penopang utama karena sifat dasarnya yang tidak akan habis, selain itu energi ini
tidak berdampak negatif terhadap kerusakan lingkungan. Untuk memanfatkan
energi angin dan matahari maka kami membuat rancang bangun hybrid kincir
angin savonius dengan solar sel. Aplikasi dari hybrid kincir angin dan solar sel
ini sesuai digunakan pada daerah yang terisolir dari listrik untuk penerangan pada
daerah pegunungan dan pantai yang di fokuskan pada fasilitas umum karena alat
ini bersifat portable dan sesuai ditempatkan di iklim Indonesia.

Pada tugas akhir ini mengembangkan tugas akhir sebelumnya yang sudah
ada yakni rancang bangun turbin angin model split savonius bertingkat dengan
beda sudut sudu variabel milik saudara Adhitya Dwi Hananto dkk, dengan
menambahkan solar sel sebagai sumber energi utama yang dihybrid dengan kincir
angin savonius.
1.2

Perumusan Masalah
Perumusan masalah pada perancangan hybrid kincir angin savonius

dengan solar cell adalah :
 Bagaimana menghasilkan tegangan output pada solar sel dan kincir
angin savonius yang di paralel untuk pengisian baterai.
 Bagaimana mencari sudut dan arah yang paling efektif pada solar cell
agar mendapatkan tegangan dan arus yang efisien sepanjang hari.

2

1.3

Batasan Masalah
Untuk memfokuskan permasalahan yang akan dibahas dalam penulisan

ini, maka perlu diambil suatu batasan masalah yaitu hanya membahas output
tegangan dan arus yang dihasilkan dari hybrid kincir angin savonius dengan
solar cell dan mencari perbedaan arah dan sudut solar sel yang paling efektif
yang memiliki efisiensi tertinggi antara sudut 0⁰, 45⁰ dan 60⁰.
1.4

Tujuan Program
Tujuan pelaksanaan kegiatan program ini yaitu :
Menetukan arah dan sudut solar cell yang paling efektif dan memiliki
efisiensi tertinggi antara sudut 0, 45 dan 60.
Mencari kecepatan angin yang dibutuhkan untuk memutarkan kincir angin
savonius agar baterai dapat terisi.

1.5

Luaran yang Diharapkan
Luaran yang diharapkan dari penelitian ini adalah prototipe kincir angin

savonius dengan hybrid solar cell.
1.6

Kegunaan Program
Dapat digunakan sebagai sumber pembangkit listrik untuk penerangan

jalan didaerah pegunungan, pantai dan fasilitas umum serta dapat digunakan
sebagai alat praktikum Teknik Konversi Energi Jurusan Mesin Politeknik Negeri
Jakarta.

3

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1

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

ini dinyatakan sebagai berikut : [ 1 ]
1 2
Ek
1
mv
2
Ptotal = t = 2 1 = 2 mV 1
t
Menurut persamaan kontinuitas, laju aliran massa angin adalah : [ 1 ]
´ = ρ.Av.V1
m
Jadi daya total angin adalah : [ 1 ]
1
3
Ptotal = 2 .ρ.Av.V 1
Dimana,

2.2

Ptotal

= Daya Total ( watt )

m

= massa laju aliran ( kg / s )

V 21

= kecepatan angin ( m/s )

ρ

= massa jenis angin ( 1,225 kg/m³ )

Av

= luas sapuan rotor ( m² )

Daya Maksimum yang Terserap

Pada kenyataannya daya total diatas tidak dapat dikonversikan seluruhnya

menjadi energi mekanik, jika energi total diserap seluruhnya oleh turbin maka
angin akan berhenti bertiup sehingga kecepatan angin di belakang turbin sama
dengan nol. Daya maksimum yang dihasilkan sebesar : [ 2 ]
1
1
1
2
Pmax = 4 . ρ.Av ( (V 1- ( 3 . V1 )² ( V1 + 3 V )
1
1
4
2
Pmax = 4 . ρ.Av ( (V 1- 9 . V1² ) ( 3 V1 ) )
1
8
4
Pmax = 4 . ρ.Av ( ( 9 . V1² ) ( 3 V1 ) )

4

8
3
Pmax = 27 . p.Av. V 1
Efisiensi ideal atau efisiensi teoritis maksimal dari turbin angin adalah
perbandingan daya maksimal yang dapat dicapai dari angin sehingga : [ 2 ]
1
3
Ptotal = Pin = 2 . p.Av. V 1
Pmax
η max = Ptotal 2)
8
3
27 . p . Av . V 1
= 1
3
2 . p . Av .V 1
16
= 27 = 0.596

Dengan kata lain turbin angin hanya mampu mengkonversi energi angin tidak
lebih dari 60 % dari daya total angin.
2.3

Daya Aktual
Sudu turbin angin mengalami perubahan kecepatan yang bergantung pada

sudut masukan dan kecepatan sudu. Efisiensi maksimum ( power coefficient )
yang menyatakan kondisi ideal dari sudu koefisien tenaga ( power coefficient )
bergantung pada perbandingan kecepatan dua sudu yang mencapai nilai
maksimum 0,6 pada kecepatan maksimum putar sudu.

5

Gambar 2.1 Grafik hubungan antara rasio kecepatan ujung sudu terhadap
koefisien daya dari berbagai jenis turbin.
(sumber: digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-5125-4203109009-bab2.pdf)
2.4

Klasifikasi Turbin Angin

2.4.1

Horizontal Axis Wind Turbine ( HAWT )
Turbin angin jenis ini merupakan rotor dengan posisi poros searah

dengan arah angin, selain itu horizontal axis wind turbine adalah turbin
angin yang mengkombinasikan gaya angkat dengan gaya tekan pada sudu
yang berbentuk aerofoil atau plat datar yang dilengkungkan.
Macam rotor dari HAWT :
1. Rotor Propeller.
2. Multi Fan Type Mill yaitu turbin angin jenis kipas majemuk dan
berputar pada kecepatan angin yang rendah.
3. Sailwing, aerofoil dan sebagainya.
2.4.2

Vertical Axis Wind Turbine ( VAWT )
Turbin angin ini merupakan jenis rotor yang memiliki posisi poros tegak

lurus dengan arah anginnya, selain itu vertical axis wind turbine ini dapat berputar
dengan angin yang datang dari sisi manapun dan memiliki konstruksi menara

yang sangat sederhana dan mudahnya perawatannya.
Macam – macam rotor dari VAWT :
1. Rotor savonius yaitu jenis rotor yang dibuat untuk menghasilkan daya
yang kecil, selain itu memiliki konstruksi yang sangat sederhana serta
memiliki efisiensi aerodinamik yang rendah.

Gambar 2.2 Jenis Rotor Savonius

6

(Tedjo Narsoyo Reksoatmodjo, Vertical-Axis Differential drag windmill)
2. Rotor darieus, yaitu rotor yang memiliki konstruksi menara yang
sederhana, tetapi jenis ini mengalami kesulitan ketika start awal rotor
itu berputar.

Gambar 2.3 Kincir Angin Darieus
(sumber : wind and solar power sistem, mukund)

2.5

Savonius
Kincir angin savonius merupakan satu alat yang dapat mengkonversi

energi kinetik angin menjadi mekanik, energi mekanik tersebut berupa putaran
poros yang kemudian ditransmisikan ke generator sebagai alat pengkonversi
energi mekanis menjadi energi listrik. Kincir ini termasuk kincir angin dengan
sumbu vertikal yang tersusun dari dua buah sudu-sudu setengah silinder, konsep
kincir angin savonius ini cukup sederhana dan praktis tidak terpengaruh oleh arah
angin. Beberapa keunggulan kincir angin savonius antara lain sederhan dan murah
dalam konstruksi, torsi yang dihasilkan tinggi meski dioperasikan pada kecepatan
angin rendah dan tidak tergantung arah angin sehingga dapat dioperasikan dimana
saja. (Menet, 2004)
Tipe drag kincir angin berfungsi mengendalikan komponen tegak lurus ke
permukaan sudu-sudu dari tenaga angin. Kincir angin savonius ini dapat berupa
satu sudu atau lebih, gaya seret pada baling-baling diberikan dengan rumus:

7

Daya yang dihasilkan oleh kincir savonius adalah : [ 1 ]
P = ½ ρ. Cp. A. v3
Dimana :
P

= daya yang dihasilkan dari kincir angin savonius ( watt )

ρ

= massa jenis angin ( 1,225 kg/m³ )

Cp

= koefisien daya

v

= kecepatan angin ( m/s)

Av

= luas sapuan rotor ( m² )

Av dianggap sebagai area tangkap angin dari sudu savonius maka untuk
menghitung menggunakan rumus : [ 3 ]
Av = h x D
Dimana :
Av = Area sudu savonius (m2)
h

= Tinggi turbin angin (m)

D

= Diameter turbin angin (m)
Untuk menghitung besarnya torsi kincir angin savonius dihitung dengan

menggunakan rumus : [ 3 ]
P P x 60
τ = ω = 2 πn 3)
Dimana :
τ

= Torsi (Nm)

P

= Daya kincir angin savonius (watt)

ω

= Kecepatan angular (Rad/sec)

2.6

Generator DC

8

Prinsip dasar generator DC adalah ketik konduktor ( penghantar ) bergerak
memotong medan magnet, tegangan induksi dibangkitkan menyebabkan arus
listrik mengalir pada penghantar.

Gambar 2.4 Bagian – Bagian Generator DC
( Sumber: Clean Green Renewable Energy )
Bagian – bagian utama Generator DC :
1. Kutub Magnet
2. Jangkar (Armatur )
3. Komutator
4. Sikat Karbon
5. Kumparan Jangkar
6. Kumparan Medan
Ggl generator : E=

p. Z. Ø .n
60. b

Keterangan :
P = Jumlah kutub
Z = Jumlahkonduktor pada jangkar
Ø = fluksi ( weber )
n = Kecepatan jangkar ( Rpm )
b = jumlah alur parallel melalui jangkar

9

2.7

Energi Surya
Energi surya adalah radiasi yang diproduksi oleh reaksi fusi nuklir pada

inti matahari. Matahari mensuplai hampir semua panas dan cahaya yang diterima
bumi untuk digunakan mahluk hidup. Energi surya sampai ke bumi dalam bentuk
paket-paket energi yang disebut foton.
Dalam kaitannya dengan sel surya, perangkat yang mengkonversi radiasi
sinar matahari menjadi listrik, terdapat dua parameter dalam energi surya yang
paling penting : pertama intensitas radiasi, yaitu jumlah daya matahari yang
datang pada permukaan per luas area dan karakteristik spektrum cahaya matahari.
Intensitas radiasi matahari diluar atmosfir bumi disebut konstanta surya, yaitu
sebesar 1365 W/m2. Setelah disaring oleh atmosfir bumi, beberapa spektrum
cahaya hilang, dan intensitas puncak radiasi menjadi sekitar 1000 W/m 2. Nilai ini
adalah tipikal intensitas radisi pada keadaan permukaan tegak lurus sinar matahari
dalam delapan jam, maka rata-rata intensitas radiasi surya yang diterima per hari
kira-kira 333 W/m2. Pada permukaan yang diam, nilai tipikal pada keadaan cerah
yaitu antara 180-270 W/m2.
Energi matahari yang dapat dimanfaatkan oleh manusia tergantung pada :
1. Ketinggian matahari dari permukaan bumi.
2. Cuaca.
3. Sudut matahari terhadap daratan.
4. Periode waktu (bulanan/tahunan)
5. Lokasi suatu tempat.
6. Teknologi yang digunakan.
7. Penggunaanya.
Energi matahari merupakan salah satu energi yang potensial untuk dikelola
dan dikembangkan lebih lanjut sebagai sumber cadangan energi, terutama bagi
negara yang terletak didaerah khatulistiwa seperti indonesia, dimana matahari
bersinar sepanjang tahun. Ada beberapa cara pemanfaatan energi matahari yaitu

10

pemanasan ruangan, penerangan ruangan, kompor energi matahari, pengeringan
hasil pertanian, distilasi air kotor, pemanasan air, pembangkit listrik.
Energi matahari juga dapat dimanfaatkan secara langsung atau dengan
bantuan peralatan lain, yaitu dengan cara mengubah energi matahari tersebut ke
bentuk lain, seperti energi listrik.
2.8

Radiasi Matahari Sampai ke Bumi
Sinar matahari yang berupa gelombang pendek menuju atmosfir dianggap

100% sampai ke permukaan lapisan atmosfir. Tetapi radisi tidak bisa diteruskan
keseluruhannyakarena ada pantulan yang terjadi dan besarnya pantulan 31%.
Berarti radiasi yang dapat diteruskan kedaerah atmosfir sebesar 17,4% dan
pantulan permukaan bumi sebesar 4,3% sehingga sampai kepremukaan bumi
hanya sebesar 47,3% (Parulian Sitorus, 2010).
2.9

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

matahari menjadi energi listrik. Efek sel surya ini ditemukan oleh Antoine-Cesar
Becquerel pada tahun 1839, dimana Becquerel mendeteksi adanya tegangan foton
ketika sinar matahari mengenai elektroda pada larutan elektrolit. Pada tahun 1954
ditemukan untuk pertama kali sel surya silikon bebasis p-n junction dengan
efisiensi 6% mendominasi pasar sel surya dengan pangsa pasar sekitar 82% dan
efisiensi laboratorium dan komersil berturut-turut yaitu 24,7% dan 15%.
Tabel 2.1 Kelebihan dan Kelemahan Sistem Konversi Energi Surya
Kelebihan

Kelemahan

Modal
solar
langsung Biaya investasi awal tinggi
mengkonversi sinar matahari
menjadi energi listrik searah
tanpa bahan bakar.

Proses
konversi
tidak Memerlukan batrei sebagai
menimbulkan kebisingan, gas media penyimpan listrik.
buang, limbah.

11

Pemeliharaan sederhana dibandin
sistem konvensional. Karena
dalam proses tidak ada bagian
yang bergerak.
Untuk
beban
mempunyai ke
makin ekonomis.

Pemeliharaan baterei harus
rutin karena keandalan sistem
ditentukan
oleh
kondisi
batere.

yang
kecil Alat-alat yang diopersikan
cenderungan pada
tegangan
rendah
terbatas.

Dapat diaplikasikan
pada alat-alat praktis.

langsung Teknisi yang terlatih untuk
perencanaan dan pemasangan
sistem konversi energi surya
masih sangat sedikit.

Instalasi sistem lebih aman
karena
tegangan rendah dan
(DC).

2.10

Prinsip Kerja Solar Cell
Photovoltaic (PV) cells terbuat dari material khusus yang disebut

semikonduktor. Pada dasarnya ketika cahaya matahari mengenai sel, maka
sebagian dari cahaya tersebut diserap oleh bahan semikonduktor tersebut. Energi
yang diserap tersebut membuat elektron menjadi menjauh dan menyebabkan
elektron menjadi bebas bergerak. PV cells juga mempunyai satu atau lebih
meddan listrik yang memaksa elektron untuk bergerak dengan arah tertentu.
Aliran elektron ini merupakan arus listrik. Energi listrik yang dihasilkan
oleh satu sel surya sangat kecil, maka beberapa sel surya harus digabungkan
sehingga terbentuklah satuan komponen yang disebut module.

Gambar 2.5 Cara Kerja Sel Surya
(Alamanda,2005)

12

Secara sederhana, proses pembentukan gaya gerak listrik (GGL) pada sebuah
sel surya (PV cells) adalah sebagi berikut :
1. Ketika panel surya terkena foton dari cahaya matahari kemudian diserap
oleh material semikonduktor seperti silikon.
2. Elektron (muatan negatif) terlempar keluar dari atomnya, sehingga
mengalir melalui material semikonduktor untuk menghasilkan listrik.
3. Muatan positif yang disebut hole (lubang) mengalir dengan arah yang
berlawanan dengan elektron pada panel surya.
4. Gabungan atau susunan beberapa panel surya mengubah energi surya
menjadi sumber daya listrik DC

Gambar 2.6 Aliran listrik dan elektron pada sel surya
(Wiranto Arismunandar, 1985)
2.11

Perkembangan Solar Cell
Pengembangan sel surya silikon secara individu :

2.11.1 Mono-crystalline (Si)
Dibuat dari silikon tunggal yang didapat dari peleburan silikon
dalam bentuk bujur. Sekarang Mono-crystalline dapat dibuat setebal 200
mikron, dengan nilai efisiensi sekitar 24%. Merupakan panel yang paling
menghasilkan daya listrik persatuan luas yang paling tinggi. Kelemahan
dari panel jenis ini adalah tidak akan berfungsi baik ditempat yang cahaya
mataharinya kurang (teduh), efisiensinya akan turun drastis dalam cuaca
berawan.

13

2.11.2 Poly-crystalline/Multi-crystalline (Si)
Dibuat dari peleburan silikon dalam tungku keramik, kemudian
pendinginan perlahan untuk mendapatkan bahan campuran silikon yang
akan timbul diatas lapisan silikon. Sel surya ini kurang efektif, karena
efisiensi yang dihasilkan 18%, tetapi biaya lebih murah.
Merupakan panel surya yangmemiliki sususan kristal acak. Tipe
Poly-crystalline

memerlukan

luas

permukaan

yang

lebih

besar

dibandingkan dengan jenis Mono-crystalline untuk menghasilkan daya
listrik yang sama, akan tetapi dapat menghasilkan listrik pada saat
mendung .
2.11.3 Gallium Arsenide (GaAs)
Sel surya semikonduktor yang sangat efisiensi sekitar 25%.
2.12

Mengenal Performasi Panel Surya
Sebuah sel surya dalam menghasilkan energi listrik (energi sinar matahari

menjadi foton) tidak tergantung pada besaran luas bidang silikon, dan secara
konstan akan menghasilkan energi berkisar ± 0.5 Volt sampai disebut “ 1 Sun”
akan menghasilkan arus listrik sekitar 30 mA/cm2 per sel surya (Danny santoso
Mintorogo, 2000).
Pada grafik I-V kurva dibawah yang menggambarkan keadaan sebuah sel
surya beroperasi secara normal. Sel surya akan menghasilkan energi maksimum
jika nilai Vmp dan Imp juga maksimum. Sedangkan Isc adalah arus listrik
maksimum pada nilai volt = nol, Isc berbanding langsung dengan tersedianya
sinar matahari. Vsc adalah volt maksimum pada nilai arus nol, Vsc nai secara
logaritmis dengan peningkatan sinar matahari, karakter ini yang memungkinkan
sel surya untuk mengisi baterai.

14

Gambar 2.7 Grafik I-V Kurva
(Amien Rahardjo, Herlina dan Husni Safruddin, 2008)
Isc = Short-circuit current

Imp

= Current maximum power

Voc = Open-circuit voltage

Vmp.Imp = Power maximum-output dari PV

array
Vmp = Voltage maximum power
2.13

Faktor Pengoperasian Sel Surya

Pengoperasian maksimum sel surya sangat tergantung pada :
2.13.1 Suhu
Sebuah sel surya dapat beroperasi secara maksimum jika suhu sel surya
tetap normal, yaitu suhu 25C, kenaikan suhu lebih tinggi dari suhu
normal pada sel surya akan melemahkan tegangan (Voc). Setiap kenaikkan
suhu sel surya 1C dari 25C akan berkurang sekitar 0.4% (Strong,
Steveen J, 1987).

Gambar 2.8 Efek Suhu pada Tegangan (V)
(Amien Rahardjo, Herlina dan Husni Safruddin, 2008)
2.13.2 Radiasi Solar Matahari (insolation).

15

Radiasi solar matahari dibumi dan berbagai lokasi bervariasi, dan sangat
tergantung keadaan spektrum solar ke bumi. Radiasi matahari akan banyak
berpengaruh pada arus.

Gambar 2.9 Intensitas matahari terhadap arus (I)
(Amien Rahardjo, Herlina dan Husni Safruddin, 2008)
2.13.3 Kecepatan Angin Bertiup.
Kecepatan tiup angin disekitar lokassi panel surya dapat membantu
mendinginkan permukaan suhu kaca-kaca panel surya.
2.13.4 Keadaan Atmosfir Bumi.
Keadaan atmosfir bumi berawan, mendung, jenis partikel debu udara,
asap, uap air udara, kabut dan polusi sangat menentukan hasil maksimum
arus listrik dari panel surya.

2.13.5 Orientasi Panel.
Orientasi dari rangkaian panel surya ke arah matahari secara optimum
adalah penting agar panel surya dapat menghasilkan energi maksimum.
Selain arah orientasi, sudut orientasi (tilt angel) dari panel surya sangat
mempengaruhi hasil energi maksimum (lihat penjelasan tilt angel).
Sebagai guideline untuk lokasi yang terletak dibelahan Utara, maka panel
surya sebaiknya diorientasikan ke Selatan, orientasi ke Timur-Barat
walaupun juga dapat menghasilkan sejumlah energi dari panel surya, tetapi
tidak akan mendapat energi matahari optimum.

16

2.13.6 Posisi Letak Panel Surya (array) terhadap Matahari.
Sudut orientasi matahari (tilt angel) mempertahankan sinar matahari jatuh
ke sebuah permukaan panel surya secara tegak lurus akan mendapatkan
enerrgi maksimum ±1000 W/m2 atau 1 kW/m2. Kalau tidak dapat
mempertahankan ketegaklurusan antara sinar matahari dengan bidang
panel surya, maka luasan bidang panel surya dibutuhkan (bidang panel
surya terhadapa ketinggian matahari yang berubah setiap jam dalam
sehari) (Strong, Steven J, 1987).
Panel surya pada equator garis lintang 0 yang diletakkan mendatar (tilt
angel = 0) akan menghasilkan energi maksimum, sedangkan untuk lokasi
dengan garis lintang (latitude) berbeda harus dicarikan “tilt angel” yang
optimum.

Gambar 2.10 Ekstra luasan panel surya dalam Posisi Datar
(Amien Rahardjo, Herlina dan Husni Safruddin, 2008)
2.14 Pengaruh Cuaca pada Efisiensi Sel Surya
2.14.1 Radiasi Langsung
Radiasi Langsung adalah radiasi yang diterima langsung dari matahari
tanpa perubahan arah. Besarnya radiasi matahari yang jatuh secara normal
ke permukaan bumi, ternyata mengalami variasi yang disebabkan oleh
berbagai faktor antara lain :
1. Perubahan jarak matahari.
2. Perubahan atmosfir oleh molekul udara, uap, dan debu.
3. Variasi dari absorpsi atmosfir oleh O2, O3, H2O dan CO2.
2.14.2 Radiasi Baur (Difuse)

17

Radiasi ini merupakan radiasi matahari yang datang ke permukaan bumi
terjadi perubahan arah. Hal ini disebabkan oleh refleksi dan hamburan oleh
atmosfir. Radiasi baur akan selalu ada pada langit terang, karena partikel
air dan zat endapan di langit akan menghamburkan radiasi matahari.
2.14.3 Radiasi Global
Radiasi ini merupakan penjumlahan radiasi langsung dan radiasi difuse.
Secara keseluruhan faktor-faktor yang mempengaruhi radiasi global jauh
lebih kompleks dari radiasi langsung dan difuse. Adapun faktor utama
yang mempengaruhi radisi global adalah :
1. Ketinggian matahari.
2. Massa atmosfir
3. Kondisi kecerahan atmosfir
4. Lamanya matahari
5. Kedudukan letak atau lintang suatu lokasi
2.14.4 Indeks Kecerahan
Indeks kecerahan adalah suatu ukuran surya yang bernilai merupakan
perbandingan antara radiasi global terhadap radisi atmosfir disuatu daerah
yang sama.
2.14.5 Difuse Ratio
Difuse ratio menyatakan seberapa besar bagian dari radiasi surya global
yang sampai ke permukaan bumi dalam bentuk radiasi surya difuse.
2.14.6 Intensitas Cahaya Matahari
Semakin besar intensitas cahaya matahari secara proposional akan
menghasilkan arus yang besar.
2.14.7 Bayangan (Shading)
Bayangan adalah dimana salah satu atau lebih sel silikon dari panel surya
tertutup dari sinar matahari. Bayangan akan mengurangi pengeluaran daya dari

18

panel surya. Beberapa jenis modul panel surya sangat terpengaruh terhadap
bayangan.
Hal yang harus diperhatikan dalam pemasangan panel surya adalah agar
panel surya tidak terhalang (shading).

Gambar 2.11 Pengaruh bayangan pada satu dari PV module
(Anonymous)
2.15

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

batas optimal kira-kira 39%, tergantung dari jenis sel surya yang dibuat. Sebelum
mengetahui daya sesaat yang dihasilkan kita harus mengetahui energi yang di
terima, dimana energi tersebut adalah perkalian intensitas radiaasi yang diterima
dengan luasan dengan persamaan : [ 4 ]
Pin = Ir x A
Dimana :
Pin = Daya [Watt]
Ir = Intensitas radiasi matahari [W/m2]
A = Luas permukaan [m2]
Sedangkan untuk besarnya daya sesaat yaitu perkalian tegangan dan arus
yang dihasilkanoleh sel fotovoltaik dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :
[4]
Pout = V x I
Dimana :
Pout = Daya [Watt]
V

= Beda potensial [Volt]

I

= Arus [Ampere]

19

Efisiensi yang terjadi pada sel surya adalah merupakan perbandingan daya
yang dapat dibangkitkan oleh sel surya dengan enegi input yang diperoleh dari
sinar matahari. Efisiensi yang digunakan adalah efisiensi sesaat pada pengambilan
data. [ 4 ]
 = P/ A . Ir
Dimana :
 = Efisiensi [%]
P = [Daya]
A = Luas Permukaan sel surya [m2]
Ir = Intensitas radiasi [watt/m2]
2.16

Pemeliharaan Sel Surya
Pada umunya sel surya panel tidak membutuhkan pemeliharaan yang rutin

seperti genset. Genset umumnya diharuskan untuk dihidupkan satu kali seminggu,
pemeriksaan oli, pemeriksaan baterai, dll. Pemeliharaan panel surya sangat
mudah, yaitu dengan cara :
1. Dibersihkan berkala agar tidak mengurangi penyerapan intensitas
matahari.
2. Mengatur letak dari panel sel surya supaya mendapatkan sinar matahari
langsung dan tidak terhalangi objek (pohon, bangunan, dll).
2.17

Penyimpanan Arus Listrik
Setelah mendapatkan output dari sel surya dan generator turbin angin

savonius yang berupa arus listrik dapat langsung digunakan untuk beban yang
dimanfaatkan. Tetapi juga arus listrik tersebut dapat digunakan sebagai
pengisian dengan cara disimpan ke dalam baterai agar dapat dipergunakan
pada saat yang diperlukan.
Apabila sel surya tersebut digunakan untuk penyimpanan ke baterai, maka
besarnya tegangan yang dihasilkan harus diatas spesifikasi baterai tersebut.
Misalnya baterai yang digunakan adalah 12 Volt, maka tegangan yang
dihasilkan sel surya harus diatas 12 Volt untuk melakukan pengisian.
Sebelum melakukan pengisian sebaiknya baterai dalam keadaan kosong
karena arus yang masuk akan dapat terisis penuh dengan maksimal. Satuan

20

kapasitas suatu baterai adalah Ampere jam (Ah) dan biasanya karakteristik ini
terdapat pada label suatu baterai. Misalnya suatu baterai dengan kapasitas 10
Ah akan terisi penuh selama 10 jam dengan arus output sel surya sebesar 1
[Ampere].
Baterai adalah suatu proses kimia listrik, dimana pada saat pengisian
(charge) energi listrik diubah menjadi kimia dan saat pengeluaran (discharge)
energi kimia diubah menjadi energi listrik
Accumulator terdiri dari sel-sel dimana tiap sel memiliki tegangan
sebesar 2 V, artinya aki mobil dan aki motor yang memiliki tegangan 12 V
terdiri dari 6 sel yang dipasang secara seri (12 V = 6 x 2 V) sedangkan aki
yang memiliki tegangan 6 V memiliki 3 sel yang dipasang secara seri (6 V =
3 x 2 V).

(a)

(b)

Gambar 2.12 Simulasi dalam accu (a)Accu 12 Volt, (b)Accu 6 Volt
(sumber : suprianto blog’s 2011)
Antara satu sel dengan sel lainnya dipisahkan oleh dinding penyekat yang
terdapat dalam bak accu, artinya tiap ruang pada sel tidak berhubungan karena itu
cairan elektrolit pada tiap sel juga tidak berhubungan (dinding pemisah antar sel
tidak boleh ada yang bocor atau merembes).
Kapasitas accumulator adalah jumlah ampere jam (Ah = kuat arus/Ampere
x waktu/hour), artinya baterai dapat memberikan atau menyuplai sejumlah isinya
secara rata-rata sebelum tiap selnya menyentuh tegangan atau voltase turun (drop
voltage) yaitu sebesar 1,75 V (tiap sel memiliki tegangan sebesar 2 V, jika dipakai
maka tegangan akan terus turun dan kapasitas efektif dikatakan sudah terpakai
semuanya bila tegangan sel telah menyentuh 1,75 V). Misal, baterai 12 Volt 7 Ah.
Baterai ini bisa memberikan kuat arus sebesar 7 Ampere dalam satu jam artinya
memberikan daya rata-rata sebesar 84 watt (watt = V x I = Voltase x Ampere = 12

21

V x 7 A). Secara hitungan kasar dapat menyuplai alat berdaya 84 watt selama satu
jam atau alat berdaya 4 watt selama 10 jam.

Gambar 2.13 Accumulator
(sumber : suprianto blog’s 2011)

2.18

Solar Charge Controller
Solar charge controller adalah suatu alat sebagai penerima arus dan

tegangan dari solar cell yang berfungsi sebagai pengatur atau penyetara tegangan
dan arus. Yang kemudian tegangan tersebut

diisikan ke accu sebagai media

penyimpanan dalam media pengisian tegangan membandingkan tegangan yang
masuk dari solar cell dengan accumulator.

Gambar 2.14 Solar Charge Controller
(sumber : cellbazzar.com)

22

BAB III
METODE PENDEKATAN
3.1

Sifat Penelitian
Sifat penelitian ini bersifat deskriptif, yaitu penelitian yang bertujuan

untuk memecahkan masalah yang ada pada masa sekarang. Metode deskriptif
bertujuan untuk menggambarkan sifat sesuatu yang tengah berlangsung, yaitu
mendapatkan energi listrik yang didapatkan dari kincir angin dan solar cell yang
kemudian energi listrik tersebut disimpan didalam baterai (accumulator).
3.2

Objek Penelitian
Objek penelitian ini adalah kincir angin savonius dan solar cell yang

memanfaatkan sumber energi angin dan matahari dengan menggunakan baterei
(accumulator) 12 V/7Ah untuk menyimpan energi listrik yang dihasilkan kincir
angin savonius dan solar cell.
3.3

Jenis dan Sumber Data
Jenis data yang dikumpulkan sesuai dengan apa yang dikemukakan dalam

batasan penelitian, yaitu :
1.

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

2.

Arah dan sudut solar sel yang paling efektif yang memiliki efisiensi
tertinggi antara sudut 0⁰, 45⁰ dan 60⁰.

3.

Kecepatan angin yang dibutuhkan untuk memutarkan kincir angin
savonius.

23

3.4

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

secara langsung selanjutnya dianalisis. Adapun teknik pengambilan data yang
dilakukan sebagai berikut :

Intensitas cahaya

Volt Solar Cell

+
Volt Hybrid

+

BCR

+
-

+

-

BATERRY

+

Beban
(lampu LED)

Volt Generator

Gambar 3.15 Skema Pengujian hybrid kincir angin savonius denggan solar cell

24

3.5

Prosedur Pengujian

Mulai

Studi Pustaka
Desain Alat

Uji Transmisi Generator
Kincir Angin Savonius

Gagal

Pengujian Solar Sel

Uji Coba OK?

Tidak

Ya
Pengambilan Data

Analisis Data
Kesimpulan
Gambar 3.16 Diagram Alir Penelitian

25

Keterangan Diagram Alir :
3.5.1 Studi Pustaka , Perumusan Masalah
Untuk memperoleh data-data yang dibutuhkan dalam proses pembuatan
tugas akhir rancang bangun hybrid kincir angin savonius dengan solar cell sebagai
pembangkit listrik untuk penerangan jalan. Kegiatan ini berguna agar penulis
mendapatkan data-data dan cara kerja secara lebih nyata dan akurat serta mencatat
hal-hal penting untuk melengkapi data sebagai bahan acuan desain alat maupun
pembuatan laporan tugas akhir.
Disamping itu penulis juga mencari dan mengumpulkan berbagai literarur
atau buku-buku serta jurnal sebagai bahan acuan ladasan teori, untuk melengkapi
dan memperkuat teori-teori yang berhubungan dengan pembuatan serta
pembahasan dalam laporan ini, sehingga hal-hal yang ditulis ataupun yang
diungkapkan mempunyai sumber yang dapat dipertanggung jawabkan.
3.5.2 Mendesain Alat
Proses yang dimulai dengan merancang posisi atau letak komponenkomponen utama, karena pada perancangan ini terdapat perbedaan dari
perancangan sebelumnya yaitu dengan menambahkan solar cell dibagian atas
kincir angin savonius, pengantian poros kincir angin savonius, perubahan
bentuk sudu sapuan kincir angin savonius, instalasi, letak baterei (accu) yang
ideal, dan desain tiang untuk lampu sebagai outputnya.
3.5.3 Uji Transmisi Generator
Proses ini dimulai dengan cara menguji dan merancang transmisi kincir
angin savonius dengan generator DC. Pada proses ini kincir angin savonius dan
generator DC diuji coba dengan pulley yang diameternya bervariasi untuk
mendapatkan tegangan yang maksimum dan torsi yang kecil, supaya kincir angin
savonius dapat bergerak dengan kecepatan angin yang rendah.

26

3.5.4

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

mengetahui tegangan terbesar yang didapat sepanjang hari. Cara pengujiannya
adalah pengambilan data setiap sejam dengan merubah posisi solar cell sesuai
dengan mata angin (barat,timur,utara,selatan).
3.5.5 Ujicoba Alat
Ujicoba alat dilakukan setelah rancangan, desain alat, uji transmisi dan
pengujian solar cell instalasi kabel telah selesai. Ujicoba dilakukan dengan cara
menyalakan blower sebagai ilustrasi sumber tenaga angin yang diposisikan
berhadapan dengan kincir angin savonius kemudian mengecek putaran kincir
angin savonius apakah terjadi kendala atau ada hambatan, setelah ujicoba kincir
angin savonius maka ujicoba selanjutnya adalah solar cell dengan diujicoba
dengan cahaya matahari sebagai sumber energi penghasil listrik kemudian dicek
dengan voltmeter dan amperemeter. Ujicoba terakhir yaitu menguji coba baterai
(accu) apakah energi listrik dari generator kincir angin dan solar cell dapat
mengisi baterai.
3.5.6

Pengambilan Data
Pengambilan data merupakan tahapan dimana data-data dapat diperoleh

dengan melakukan pengujian yang kemudian akan dianalisa.
3.5.7 Analisa
Pada tahap analisa ini diharapkan dapat menemukan karakteristik dari alat
yang dibuat terhadap hasil dari pengujian dan pengambilan data.
3.5.8 Kesimpulan
Pada saat data yang telah dianalisa, tahapan selanjutnya adalah dapat
membuat kesimpulan di dalam tahapan akhir dari tugas akhir ini, agar dapat
terjawabnya tentang permasalahan dan tujuan diadakannya penelitian.

27

3.6

Prosedur Pengambilan Data
Langkah-langkah yang kami lakukan dalam pengambilan data untuk

pengujian alat, yaitu :
1. Menyiapkan peralatan dan alat ukur yang akan digunakan dalam pengujian
seperti solarimeter, anemometer, multimeter.
2. Menyiapkan rangkaian blower sebagai ilustrasi sumber energi angin sebagai
penggerak kincir angin savonius.
3. Memposisikan blower berhadapan dengan kincir angin savonius.
4. Menentukan kecepatan blower berdasarkan frekuensinya (Hertz) sesuai
dengan yang telah ditentukan.
5. Kemudian beri waktu sekitar 10 detik agar kincir angin savonius berputar
dengan putaran yang konstan.
6. Setelah itu ukur dan catat data yang tertera pada multimeter secara bersamaan
antara solari cell dengan kincir angin savonius.
7. Pengujian dilakukan diberbagai keadaan seperti saat pagi hari, siang hari, dan
malam hari.

3.7

Instrumen Pengukuran

Adapun peralatan pengukuran yang kami gunakan dalam studi ini yaitu :
1. Solarimeter yaitu kabel untuk mengukur intensitas radiasi cahaya matahari
yang diterima oleh solar cell.

Gambar 3.17 Solarimeter

28

2. Anemometer yaitu alat untuk mengukur kecepatan angin.

Gambar 4.2 Anemometer
Gambar 3.18 Anemometer
3. Luxmeter yaitu alat untuk mengukur intensitas cahaya (lux) lampu LED

Gambar 3.19 Luxmeter
4. Multimeter yaitu alat untuk mengukur tegangan (volt) dan arus (ampere)
yang dihasilkan oleh kincir angin savonius dan solar cell.

Gambar 3.20 Multimeter

29

BAB IV
PELAKSANAAN PROGRAM
4.1

Waktu dan Tempat Pelaksanaan

Waktu dan tempat yang dibutuhkan untuk melakukan pengujian adalah sebagai
berikut :
Waktu : Februari – Juli 2012
Tempat Pelaksanaan : LABORATORIUM ENERGI POLITEKNIK NEGERI
JAKARTA
4.2

Tahapan Pelaksanaan / Jadwal Faktual

Tabel 4.2 Jadwal Pelaksanaan

No
4.3

Kegiatan
Pelaksanaan
Pelaksanaan yang dilakukan yaitu di LABORATORIUM ENERGI

POLITEKNIK NEGERI JAKARTA dimulai pada bulan Februari sampai dengan
bulan Juli 2012, yaitu melakukan studi literatur pada kincir angin dan sel surya
dimana setelah itu kami melakukan observasi, pembelian dan pembuatan alat,
pengamatan dan pengambilan data secara langsung pada sel surya dan kincir
angin savonius yang selanjutnya akan dianalisis semua data yang kami dapatkan.

30

4.4

Rancangan dan Realisasi Biaya

Tabel 4.3 Anggaran biaya
Harga
No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

Uraian

Unit

Accumulator
1
Besi (L)
6m
V-Belt
2 Buah
Baut dan Mur
10 Buah
Pulli Aluminium f 20 cm
1 Buah
Pulli Aluminium
1 Buah
Lampu LED 5 Watt
1 Buah
Panel Surya 10 Wp
1 Buah
Contror 10 Ampere
1 Buah
Besi Poros
20 mm x 3 meter
Bearing
1 Buah
JUMLAH

Satuan
(Rp)
110.000
53.000
28.000
425
58.000
30.000
176.000
350.000
250.000
105.000
45.000

BAB V
HASIL DAN PEMBAHASAN

Total (Rp)
110.000
53.000
28.000
42.500
58.000
30.000
176.000
350.000
250.000
105.000
45.000
1.247.500

31

5.1

Desain Alat
Keterangan Gambar :
1. Solar Cell
2. Sudu
3. Rangka
4. Rangka Bawah
5. Pulley
6. Generator DC
7. Lampu LED
8. V-Belt

Gambar 3.18 Desain Alat

Gambar 5.21 Desain Alat

5.1.1 Transmisi Daya
Transmisi Daya digunakan untuk mentransmisikan dan memberikan
perbandingan putaran antara poros sudu dan dan generator. Pulley yang
digunakan berbahan alumunium cast dengan perbandingan antara pulley rotor dan
generator, yaitu 1:2,5

32

20 cm

8cm

Diketahui dengan cara Open belt drive :
Kecepatan Poros Savonius
N1 = 80 r.p.m
Diameter Pulley Savonius
d 1 = 20 cm
Diameter Pulley Generator
d 2 = 8 cm
80 x 20
N 2 = 8 = 200 r.p.m
Dianggap ada slip 2%
80 x 20
98
98
N 2 = 8 = 200 x 100 x 100
N 2 = 192.08 r.p.m (perhitungan belum termasuk hambatan dari magnet
permanen generator)
5.1.2 Sudu Split Savonius
Sudu ini berfungsi sebagai alat pengkonversi energi angin menjadi energi
mekanik. Energi angin tersebut diserap oleh sudu sebesar luas sapuan sudu.

33

Gambar 5.22 Sudu Split Savonius
Sudu ini dirancang bertingkat dua dengan spesifikasi :
 Drum Plastik Kapasitas 200 liter
 Tinggi 1,76 meter
 Diameter 1 meter
5.1.3 Generator DC
Generator digunakan sebagai alat pengkonversi energi mekanik menjadi
energi listrik. Karena putaran dan daya dihasilkan oleh sudu kecil maka dipilih
generator yang sesuai yaitu generator DC magnet permanen dengan spesifikasi :
 Tegangan 170 Volt
 Daya 1.5 KW
 Arus 9.8 Ampere

34

Gambar 5.23 Generator DC
Spesifikasi Generator DC tersebut adalah :
V = 170 Volt
I = 9.8 A
Dengan menggunakan persamaan rumus dibawah ini :
P = V.I
Maka didapat daya pada Generator DC tersebut adalah :
P = 170 ( V ) x 9.8 ( A )
P = 1666 Watt
5.1.4

Pengujian Solar sel
Pengambilan data Solar sel dilakukan dari jam 09.00 – 14.40 untuk

mencari perbandingan dan arah yang efektif. Penentuan arah solar sel dapat
diketahui dari data berikut :
Tabel 5.4 Perbandingan arah pada sudut 45° pada cuaca cerah ( kondisi matahari
saat tertutup awan dan tidak tertutup awan)

N
o
1
2
3
4
5
6
7

Jam
09.44
10.53
11.05
11.17
11.47
12.06
12.29

Arah
Barat
Barat
Barat
Barat
Barat
Barat
Barat

Data Pengujian Solar Sel
Sudu Tegangan (V)
Arus
t
45°
45°
45°
45°
45°
45°
45°

15
16
20
18
19,5
19,4
18

(A)
0,025
0,03
0,035
0,0375
0,035
0,03
0,0475

Intensitas Matahari
(W/m²)
291
311
488
501
433
474
542

35

8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28

13.23
14.34
09.53
10.56
11.00
11.04
11.16
12.00
12.46
13.26
14.29
09.41
10.59
11.09
11.03
11.25
12.02
12.35
13.29
14.27
09.45

Barat
Barat
Utara
Utara
Utara
Utara
Utara
Utara
Utara
Utara
Utara
Timur
Timur
Timur
Timur
Timur
Timur
Timur
Timur
Timur
Selata

45°
45°
45°
45°
45°
45°
45°
45°
45°
45°
45°
45°
45°
45°
45°
45°
45°
45°
45°
45°
45°

18,5
17
18
18
19,5
19
19,5
18,75
17,5
16
19
20
20
18,5
18
18
18
18
14
17,5
20

0,03
0,02
0,025
0,03
0,0375
0,03
0,035
0,35
0,035
0,035
0,02
0,03
0,03
0,0375
0,0375
0,035
0,03
0,03
0,035
0,02
0,035

768
338
311
109
468
590
620
886
802
563
263
781
109
590
335
379
380
383
198
320
607

29

09.49

n
Selata

45°

19

0,025

591

30

10.04

n
Selata

45°

19

0,035

711

11.27

n
Selata

45°

19

0,03

727

32

12.04

n
Selata

45°

19

0,035

689

33

11.23

n
Selata

45°

18

0,04

260

34

12.41

n
Selata

45°

17,5

0,035

201

13.34

n
Selata

45°

18,5

0,03

538

14.39

n
Selata

45°

13

0,015

117

31

35
36

n

36

Perbandingan Arah Solar Cell
22
20
Tegangan

18

Barat
Utara
Timur
Selatan

16
14
12

4
7
9
.4 1.1 2.2
9
0
1
1

0
0
9
9
5
9
5
7
1
.0 2.0 4.2 0.5 1.2 3.2 9.4 1.2 2.4
1
1
1
1
1
1
1
0
1
1

waktu

Gambar 5.24 Grafik Perbandingan arah solar cell sudut 45° antara tegangan
terhadap waktu.
Pada grafik perbandingan arah solar cell dengan sudut 45° antara tegangan
terhadap waktu, tegangan tertinggi yang didapat yaitu 20 volt pada arah selatan
jam 09.44, arah timur jam 10.53 dan arah barat jam 11.05.
Tabel 5.5 Data rata-rata perbandingan pada sudut 45° pada cuaca cerah ( kondisi
matahari saat tertutup awan dan tidak tertutup awan)

Arah
Barat
Utara
Timur
Selatan

Teganga

Aru

Intensitas Cahaya

n (V)
17,93
18,36
18
18,11

s (A)
0,03
0,03
0,03
0,03

Matahari (W/m²)
460,67
512,44
386,11
493,44

Sudut
45°
45°
45°
45°


1,024
0,942
1,227
0,966

Dari hasil pengujian solar cell diatas dari jam 09.44 s/d 14.34 didapatkan
hasil rata-rata yang paling efisien yaitu pada sudut 45° mengarah ke timur. Karena
dengan rata-rata intensitas cahaya matahari yang rendah yaitu sebesar 386,11 W/
m2 dapat menghasilkan tegangan rata-rata sebesar 18 Volt dengan efisiensi ratarata sebesar 1,227 %.

37

Tabel 5.6 Perbandingan arah pada sudut 60° pada cuaca cerah ( kondisi matahari
saat tertutup awan dan tidak tertutup awan)

N
o
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21

Jam

Arah

09.4
5
10.5
3
10.5
4
11.1
9
11.4
7
12.0
6
12.3
1
13.2
4
14.3
6
09.5
4
10.4
4
10.5
6
11.0
5
11.3
5
12.4
7
13.2
7
14.3
1
09.4
2
10.5
5
10.5
9
11.3

Barat

Data Pengujian Solar Sel
Sudu
Tegangan
Arus
Intensitas Matahari (
t
(V)
(A)
W/m² )
60°
13
0,03
489

Barat

60°

20

0,035

875

Barat

60°

16

0,03

265

Barat

60°

18,5

0,0375

285

Barat

60°

19,25

0,0375

800

Barat

60°

19,4

0,04

815

Barat

60°

18

0,0425

590

Barat

60°

19

0,035

689

Barat

60°

17

0,03

342

Utara

60°

16

0,03

265

Utara

60°

16

0,04

278

Utara

60°

18

0,03

189

Utara

60°

19

0,0375

749

Utara

60°

19

0,0375

564

Utara

60°

19

0,0375

763

Utara

60°

15

0,03

476

Utara

60°

18,5

0,025

329

Timur

60°

20

0,03

791

Timur

60°

18,5

0,035

702

Timur

60°

20

0,03

769

Timur

60°

17,75

0,035

750

38

22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34

6
11.1
3
12.3
7
13.3
6
14.2
8
09.5
1
09.5
7
10.5
2
11.2
5
11.3
8
12.0
4
12.4
2
13.3
5
14.4
2

Timur

60°

19

0,0375

749

Timur

60°

18

0,0425

350

Timur

60°

11

0,03

138

Timur

60°

18

0,025

144

Selata
n
Selata
n
Selata
n
Selata
n
Selata
n
Selata
n
Selata
n
Selata
n
Selata
n

60°

19

0,03

429

60°

18

0,03

494

60°

19

0,03

387

60°

17,5

0,0375

124

60°

18,75

0,035

316

60°

19

0,03

514

60°

19

0,0375

720

60°

19

0,035

619

60°

12

0,02

156

Perbandingan arah Solar Sel
22
20

Tegangan

18
barat
utara
timur
selatan

16
14
12
10

5
9
1
.4 1.1 2.3
9
0
1
1

6
7
.5 2.4
0
1
1

5
3
8
1
5
2
.5 1.1 4.2 9.5 1.2 2.4
0
1
1
1
0
1
1

waktu

39

Gambar 5.25 Grafik Perbandingan arah solar sel sudut 60°
Pada grafik perbandingan arah solar cell dengan sudut 60° antara tegangan
terhadap waktu, tegangan tertinggi yang didapat yaitu 20 volt pada arah timur jam
09.45, arah barat jam 10.53.
Tabel 5.7 Data rata-rata perbandingan pada sudut 60° pada cuaca cerah ( kondisi
matahari saat tertutup awan dan tidak tertutup awan)
Arah

Sudut

Barat



60°

Tegangan
(V)
17,79

Arus
(A)
0,04

Intensitas Cahaya
Matahari ( W/m² )
572,22

1,091

Utara
Timur

60°
60°

17,59
17,78

0,03
0,03

465,02
549,13

0,995
0,852

Selatan

60°

17,92

0,03

417,67

1,129

Dari hasil pengujian solar cell diatas dari jam 09.45 s/d 14.36 didapatkan
hasil rata-rata yang paling efisien yaitu pada sudut 60° mengarah ke selatan.
Karena dengan rata-rata intensitas cahaya matahari yang rendah yaitu sebesar
1,129 W/m2 dapat menghasilkan tegangan rata-rata sebesar 17,92 Volt dengan
efisiensi rata-rata sebesar 1,229 %.
Tabel 5.8 Perbandingan arah pada solar sel dengan sudut 0° pada cuaca cerah
( kondisi matahari saat tertutup awan dan tidak tertutup awan)

No

Jam

Arah

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

09.56
10.57
11.07
11.17
11.35
12.48
13.27
14.31
09.43
10.03

Utara
Utara
Utara
Utara
Utara
Utara
Utara
Utara
Timur
Timur

Data Pengujian Solar Sel
Sudu
Tegangan
Arus
t
(V)
(A)
0°
20
0,03
0°
19
0,035
0°
19
0,035
0°
18,5
0,035
0°
19,25
0,03
0°
17,5
0,03
0°
18
0,03
0°
19
0,03
0°
18
0,03
0°
20
0,035

Intensitas Matahari
( W/m² )
252
130
820
814
788
752
743
323
569
719

40

11
12
13
14
15
16
17

10.15
11.26
11.36
12.02
12.38
13.24
14.36

Timur
Timur
Timur
Timur
Timur
Timur
Timur

0°
0°
0°
0°
0°
0°
0°

19
19
19
18
18,5
19
17,5

0,04
0,035
0,03
0,03
0,0425
0,03
0,025

820
456
780
534
722
797
297

Keterangan : Tabel pada sudut 0° hanya diambil dua arah saja yaitu arah timur
dan arah utara karena untuk sudut 0° arahnya sama dengan arah selatan dan arah
barat.

Grafk Perbandingan Tegangan terhadap Waktu
20.5
20
Tegangan

19.5
19

Utara
Timur

18.5
18
17.5
17
Waktu

Gambar 5.26 Grafik Perbandingan arah solar sel sudut 0°
Pada grafik perbandingan arah solar cell dengan sudut 0° antara tegangan
terhadap waktu, tegangan tertinggi yang didapat yaitu 20 volt pada arah utara jam
09.43 dan arah timur jam 10.03.

Tabel 5.9 Data rata-rata perbandingan arah pada sudut 0° pada cuaca cerah
( kondisi matahari saat tertutup awan dan tidak tertutup awan)

Arah

Sudut

Teganga

Aru

Intensitas Cahaya



41

s(A
Utara
Timur

n(V)
18,78
18,67

0°
0°

)
0,03
0,03

Matahari ( W/m² )
577,75
632,67

0,855
0,776

Dari hasil pengujian solar cell diatas dari jam 09.43 s/d 14.36 didapatkan
hasil rata-rata yang paling efisien yaitu pada sudut 0° mengarah ke utara. Karena
dengan rata-rata intensitas cahaya matahari yang rendah yaitu sebesar 577,75 W/
m2 dapat menghasilkan tegangan rata-rata sebesar 18,78 Volt dengan efisiensi
rata-rata sebesar 0,855 %.
Tabel 5.10 Data Pengujian Hybrid Kincir Angin Savonius dengan Solar Cell
sudut 45⁰ pada saat kondisi cuaca cerah
Tanggal : 26 – 07 – 2012
Jam
No

: 09.00 s/d 02.00
Solar Cell
Tegangan
(Volt)

Arus
(Amper)

1

18

2

Kincir Angin Savonius

Output Hybrid

Jam

Tegangan
(Volt)

Arus
(Amper)

Tegangan
(Volt)

Arus
(Amper)

0,025

Kec.
Angin
(m/s)
1

-

-

18

0,025

09.00

18

0,03

1,5

-

-

18

0,03

09.30

3

19,5

0,0375

2

-

-

19,5

0,0375

10.00

4

19

0,03

2,5

-

-

19

0,03

10.30

5

19,5

0,035

3

-

-

19,5

0,035

11.00

6

18,5

0,035

3,5

2,4

0,009

18,5

0,035

11.30

7

18

0,03

4

6,2

0,02

18

0,03

12.00

8

12

0,03

4,5

14,8

0,03

14,8

0,03

12.30

9

16,5

0,025

5

18,4

0,045

18,4

0,045

13.00

Dari tabel diatas terdapat tanda (-) pada kincir angin savonius dari nomor 1
s/d 5 menyatakan bahwa pada saat kecepatan angin 1 s/d 3 m/s
savonius belum berputar sehingga tegangan dan arus tidak ada.
Tanggal : 26 – 07 – 2012
Jam

: 13.30 s/d 17.30

kincir angin

42

N
o

Solar Cell

Kincir Angin Savonius

Tegangan
(Volt)

Arus
(Amper)

1

17

2

Output Hybrid

Jam

Teganga
n (Volt)

Arus
(Amper)

Teganga
n (Volt)

Arus
(Amper)

0,03

Kec.
Angin
(m/s)
1

-

-

17

0,03

13.30

16

0,03

1,5

-

-

16

0,03

14.00

3

18

0,035

2

-

-

18

0,035

14.30

4

16

0,03

2.5

-

-

16

0,03

15.00

5

16

0,035

3

-

-

16

0,035

15.30

6

16

0,0035

3.5

2,6

0,012

16

3,5

16.00

7

5

0.008

4

6,6

0,016

6,6

0,016

16.30

8

2

0,0075

4.5

14

0,03

14

0,03

17.00

9

-

-

5

16

0,04

16

0,04

17.30

Dari tabel diatas terdapat tanda (-) pada kincir angin savonius dari nomor 1
s/d 5 menyatakan bahwa pada saat kecepatan angin 1 s/d 3 m/s kincir angin
savonius belum berputar sedangkan tanda (-) nomor 9 pada solar cell menyatakan
bahwa pada jam 17.30 kondisi matahari sudah terbenam sehingga tegangan dan
arus tidak terbaca alat ukur.
Contoh Perhitungan Kincir Angin Savonius saat kecepatan angin 5 m/s
Berdasarkan tabel 5.11 data hybrid kincir angin savonius secara terpisah
pada kecepatan angin 5 m/s diketahui putaran pada rotor sudu turbin (n) = 100,6
Rpm, tegangan yang dihasilkan oleh generator V = 18,4 dan arus yang dihasilkan
I = 0,045 A dengan menggunakan lampu LED 24 Volt, sehingga daya angin yang
diterima oleh kincir angin :
Diketahui :
ρ

= 1,225 Kg/m3 (ketetapan)

Cp

= 0,2

S

= Tinggi . Diameter
=h.D
= 1,76 m . 1 m
= 1,76 m/s

V1

= 5 m/s

43

V

= 18,4 Volt

I

= 0,045 Ampere

Daya yang diterima kincir angin savonius :
1
P
= 2 x ρ x Cp x Av x V13
= 0,5 x 1,225 Kg/m3 x 0,2 x 1,76 m2 x 53 m/s
= 26,95 Watt
Daya total angin :
1
P
= 2 . ρ. Av. V13
= 0,5 x 1,225 Kg/m3 x 1,76 m2 x 53 m/s
= 134,75 Watt
Daya yang dikeluarkan oleh generator adalah :
Plistrik

=V.I
= 18,4 . 0,045

ω

= 0,828 Watt
2 πn
= 60
2. 3,14 .100,6
=
60
= 10,53 rad/s

Torsi yang dihasilkan oleh turbin angin adalah :
P P x 60
τ
= ω = 2 πn
26,95 x 60
= 2 x 3,14 x 100,6
= 2,559 Nm
Dari daya yang dikeluarkan oleh generator dan daya angin yang didapat maka
didapat efisiensi listrik adalah :
Plistrik
η sistem = P mekanik x 100 %

44

0,828
= 26,95 x 100 %
= 3,072 %
Tabel 5.11 Data terpisah berdasarkan hybrid (dari tabel 5.10) pada Kincir Angin
savonius dengan kecepatan angin yang berbeda
Kec.
Angin

Putaran
(Rpm)

(m/s)

Sudu
turbin
tanpa
transmisi

(Rad/s)

1

26,8

2,81

0,077

-

1,5

36,1

3,78

0,193

2

45,7

4,78

0,361

Ω

Torsi
(Nm)

Tegang
an

Arus

Efisiensi
system (η)

Daya (Watt)

Plitrik
Pmekanik

(Amper)
(Volt)

Listrik

Angin

Mekanik

-

-

1,078

0,216

-

-

-

-

3.638

0,728

-

-

-

-

8.624

1,725

-

2,5

57,6

6,03

0,559

-

-

-

16,844

3,369

3

65,9

6,90

0,843

-

-

-

29,106

5,821

-

3,5

73,8

7,72

1,194

2,4

0,009

0,021

46,219

9,224

0,228

4

80,8

8,46

1.632

6,2

0,02

0,124

68,992

13,798

0,899

4,5

90,3

9,45

2,079

14,8

0,035

0,518

98,233

19,647

2,637

5

100,6

10,53

2.559

18,4

0,045

0,828

134,75

26,95

3,072

Dari tabel diatas terdapat tanda (-) pada kincir angin savonius dari nomor
1 s/d 5 menyatakan bahwa pada saat kecepatan angin 1 s/d 3 m/s kincir angin
savonius belum berputar sehingga tegangan, arus, daya listrik dan efisiensi listrik
tidak ada.

45

Grafk antara arus (I) terhadap
kecepatan angin (V1)
0.05

Arus (I)

0.04
0.03
0.02
0.01
0

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

Kecepatan angin (m/s)

Gambar 5.27 Grafik Antara Arus dengan Kecepatan Angin
Pada grafik diatas antara arus dengan kecepatan angin bahwa semakin besar
kecepatan angin maka semakin besar pula arus yang didapat, terlihat titik tertinggi
pada kecepatan 5 m/s arus yang didapat 0.045 Ampere.

Tegangan (V)

Grafk antara tegangan (V) terhadap kecepatan angin (V1)
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

Kecepatan Angin (m/s)

Gambar 5.28 Grafik Antara Tegangan dengan Kecepatan Angin

46

Pada grafik diatas antara tegangan dengan kecepatan angin bahwa semakin
besar kecepatan angin maka semakin besar pula tegangan yang didapat, terlihat
titik tertinggi pada kecepatan 5 m/s tegangan yang didapat 18,4 Volt.

47

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

289 mm
396 mm

A = 396 mm x 289 mm
= 11444 mm2
= 0,114 m2
Daya input radiasi matahari
Dik : Ir = 468 W/m2
A = 0,114 m2
Jawab
Pin = Ir x A
= 468 W/m2 x 0,114 m2
= 53,352 Watt
Daya output solar cell
Dik : V = 19,5 Volt
I = 0,0375 Amper
Jawab
Pout = V x I
= 19,5 x 0,0375
= 0,73125 Watt
Efisiensi solar cell
Dik : Pin = 53,352 Watt
Pout = 0,731 Watt
Jawab
Pout
η = Pin x 100 %
0,7313Watt
= 53,352Watt x 100 %
= 1,371 %

48

Tabel 5.12 Data terpisah berdasarkan hybrid (dari tabel 5.10) pada Solar Cell
No

Intensitas
Cahaya
(W/m2)

Tegangan
(V)

Arus
(Amper
)

P in
(W)

P out
(W)

η
(%)

Jam

1

311

18

0,025

35,454

0,450

1,269

09.00

2

539

18

0,03

61,446

0,540

0,879

09.30

3

468

19,5

0,0375

53,352

0,731

1,371

10.00

4

590

19

0,035

67,260

0,665

0,989

10.30

5

620

19,5

0,035

70,680

0,683

0,966

11.00

6

886

18,5

0,03

101,004

0,555

0,549

11.30

7

802

18

0,0375

91,428

0,675

0,738

12.00

8

218

12

0,03

24,852

0,360

1,449

12.30

9

898

16,5

0,025

87,552

0,413

0,471

13.00

e
f
sie
n
si (η
)

Grafk antara efsiensi (η) terhadap intensitas cahaya matahari (W/m2)
1.600
1.400
1.200
1.000
0.800
0.600
0.400
0.200
0.000
311

539

468

590

620

886

802

218

898

Intensitas cahaya matahari (W/m2)

Gambar 5.29 Grafik antara efisiensi (η) terhadap
intensitas cahaya matahari (W/m2)
Dari grafik diatas antara efisiensi terhadap intensitas cahaya matahari
terlihat titik tertinggi pada efisiensi 1,449 % dengan intensitas cahaya matahari
sebesar 218 W/m2. Semakin kecil intensitas cahaya matahari maka semakin besar
nilai efisiensi yang dihasilkan.

49

Tegangan (V)

Grafk tegangan (V) terhadap intensitas cahaya (W/m²)
22
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
311

539

468

590

620

886

802

218

768

Intensitas cahaya (W/m²)

Gambar 5.30 Grafik Antara Tegangan dengan Intensitas
Dari grafik diatas antara tegangan terhadap intensitas di dapat titik ke
tertinggi pada intensitas cahaya sebesar 468 W/m2 menghasilkan tegangan sebesar
19,5 Volt sedangkan titik terendah didapat pada intensitas cahaya sebesar 218 W/
m2 menghasilkan tegangan sebesar 12 Volt.

Grafk Arus ( A ) terhadap Intensitas Cahaya
( W/m² )
0.04

Arus( A )

0.04
0.03
0.03
0.02
0.02
311

539

468

590

620

886

802

218

768

Intensitas Cahaya ( W / m² )

Gambar 5.31 Grafik Antara Arus dengan Intensitas
Dari grafik diatas antara arus ter