Institutional Repository | Satya Wacana Christian University: Pemanfaatan Angin di Daerah Sundak Jogjakarta sebagai Sumber Energi Listrik

PEMANFAATAN ANGIN DI DAERAH SUNDAK
JOGJAKARTA SEBAGAI SUMBER ENERGI
LISTRIK
oleh
Ferdinandus Yongky Nugroho
NIM : 612006007

Skripsi ini untuk melengkapi syarat-syarat memperoleh
Gelar Sarjana Teknik
dalam
Konsentrasi Teknik Elektronika

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK ELEKTRONIKA DAN KOMPUTER
UNIVERSITAS KRISTEN SATYA WACANA
SALATIGA
Januari 2014
i

ffi

PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS
UNIVERSTTAS KNSTEN SATYA WACANA

!.
T+.

Dipomgorc 52 - 50 Sdatig 5071 t
JawaTengah, Indoesia
0298

-

321212, Fax- 0298 321433

Ermil: librry@adm..lsw.edu

;

http://lihrry.uksw.edu

PERNYATAAN PERSETUJUAN AKSES

Saya yang bertanda tangan di bawatr

ini:

Nama

: FERDINANDUS YONGKY NUGROHO

NIM

:612006007

Email

: 612006007 @student.ulsw.edu

Fakultas

FTEK

Judul tugas akhir

PEIIv&{NFAA'TAN ANGIN DI DAERAH SIJNDAK JOGJAIL{IITA SEBAGAI

Program

Studi : TEKNIKELEKTRO

STIMBERENERGI LISTRIK

ini saya menyerahkan haknon-ekklusif kepadaPerpusakaan Universitas - Universitas Kristen Satya
Wacana untuk menyimpan, m€ngdur akses serla melal:ukan pengelolarm terhadap karya saya ini dengan
mengircu pada ketentuan akses tugas aktrir elektronik sebagai berikut (beri tanda pada kotak yang sesuai):

Dengan

fl

a.

fl

b.

Saya mengijinkan karya tersebut diunggatr ke dalam aplikasi Repositori PerpustakaanUniversitas,
dan/atauportal GARUDA
Saya tidak mengijinkan karya tersebut diunggatr ke dalam aplikasi Repositori Perpustakaan Universitas,
dan/atau portal GARUDA*

t

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya
Salatigq 25

Aprilz0l4

Mengetahui,

Ir. Lukas B. Setyawan M.Sc.
Taida leqan & norw Emr.gpeorbtnbitgl

rt16aoa

Ir. F. Dalu Setiaji, M.T.
Tarrda tilg@, &

rwrfl

temng peq,birting

II

PEII{AM'AATAN AI\IGIN DI DAERAII ST]NDAK JOGJAKARTA SEBAGAI
SUMBER AIYERGI LISTRtr(

oleh
Ferdinandus Yongky Nugroho

NIM:

612W6007

Skripsi ini t€hh diterima dan disahkan
Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh
Gelar Sarjana Teknik
dalam
Konsenfi asi Teknik Elekfr onilca
Program Studi Teknik Elekrro
Fakultas Teknik Elekfonika Dan Komputer
Universitas Kristen Satya Wacana
Salatiga

Disatrkan oleh

Pembimbing

I

Pembimbingtl

Ir. Lulras B. Setyawan M.Sc.

h. F. Dalus€tiaji, M.T.

Tgl. :10 Januari 2014

Tgl.: l0Januari2014

PEMANFAATAN ANGIN DI DAERAH SUNDAK JOGJAKARTA SEBAGAI
SUMBER ENERGI LISTRIK

oleh
Ferdinandus Yongky Nugroho
NIM : 612006007

Skripsi ini telah diterima dan disahkan
Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh
Gelar Sarjana Teknik

dalam
Konsentrasi Teknik Elektronika
Program Studi Teknik Elektro
Fakultas Teknik Elektronika Dan Komputer
Universitas Kristen Satya Wacana
Salatiga

Disahkan oleh

Pembimbing I

Pembimbing II

Ir. Lukas B. Setyawan M.Sc.

Ir. F. DaluSetiaji, M.T.

Tgl. :10 Januari 2014

Tgl. : 10 Januari 2014

ii

PERNYATAAN BEBAS PLAGIAT

Saya yang bertanda tangan dibawah ini :
NAMA

: Ferdinandus Yongky Nugroho

NIM

: 612006007

JUDUL SKRIPSI

: PEMANFAATAN ANGIN DI DAERAH SUNDAK
JOGJAKARTA

SEBAGAI

SUMBER

ENERGI

LISTRIK
Menyatakan bahwa skripsi tersebut di atas bebas plagiat. Apabila ternyata
ditemukan di unsur plagiat di dalam skripsi saya, maka saya bersedia mendapatkan
sanksi apa pun sesuai aturan yang berlaku.

Salatiga, 10 Januari 2014

Ferdinandus Yongky Nugroho

iii

INTISARI

Alat ini dibuat karena dapat kita lihat angin merupakan sumber energi yang tak
ada habisnya dan energi angin sangat minim sekali dimanfaatkan. Pemanfaatan system

konversi energi angin akan berdampak positif terhadap lingkungan. Keuntungan utama
dari penggunaan pembangkit listrik tenaga angin secara prinsip sifatnya yang
terbarukan.
Minimal kecepatan angin yang dibutuhkan turbin untuk menghasilkan listrik
adalah 20 km/jam. Listrik yang dihasilkan generator AC berupa tegangan arus bolak
balik maka dibutuhkan penyearah untuk bisa mendapatkan berupa tegangan DC yang
nantinya diolah di bagian DC-DC converter. DC-DC converter yang digunakan adalah
buck converter yang diharapkan outputnya sebesar 15V dengan arus maksimum 1A.
Keluaran tegangan yang dihasilkan DC converter digunakan untuk mengisi baterai
12V/5Ah. Display digunakan untuk menampilkan kapasitas baterai dan indikator
adanya pengisian yang terjadi pada baterai.
Modul DC-DC converter yang dibuat mempunyai efisiensi 79,75%. Pada
pengujian alat baterai yang digunakan sebesar 5Ah, sedangkan pengisian yang terjadi
pada alat ini hanya sebesar 4,78 Ah dalam waktu 10,5 jam. Jadi pengisian pada baterai
hanya 95,6% yang terisi. Hal ini bisa diatasi dengan penambahan waktu pengisian.
Waktu yang dibutuhkan untuk pengisian baterai 5Ah dengan rata-rata arus 0,45489A
selama 11 jam. Jadi jika turbin dapat bekerja secara optimal selama 11 jam, maka
baterai 5Ah yang mulanya kosong akan terisi penuh.
Efisiensi turbin yang dibuat mencapai 41,47%. Sedangkan berdasarkan Hukum
Betz efisiensi maksimal adalah 59,30%, jadi dari efisiensi turbin yang dibuat terpaut
17,83% dari efisiensi maksimal yang dapat dicapai.

iv

ABSTRACT

This tool is made because we can see the wind is a source of endless energy and
wind energy used is very minimal . Utilization of wind energy conversion system will
have a positive impact on the environment . The main advantage of the use of wind
power in principle renewable nature .
Required a minimum wind speed turbines to generate electricity is 20 km / hour .
AC generators of electricity generated in the form of alternating current voltage rectifier
is needed to be able to get a DC voltage that will be processed at the DC - DC converter
. DC - DC converter buck converter used is the expected output of 15V with a
maximum current of 1A . The resulting output voltage DC converter is used to charge
the battery 12V/5Ah . Display is used to display the battery capacity and charging
indicator that occurs in the battery .
Module DC - DC converter that has an efficiency of 79.75 % was made . In
testing tool used for 5Ah battery , while charging that occurs in this tool is only of 4.78
Ah in 10.5 hours . So charging the battery only 95.6 % are filled. This can be overcome
with the addition of the charging time . The time required for charging 5Ah batteries
with an average flow of 0.45489 A for 11 hours . So if the turbine can work optimally
for 11 hours , then the initially empty 5Ah battery will be fully charged .
Turbine efficiency reached 41.47 % were made . While by law Betz maximum
efficiency is 59.30 % , so the efficiency of the turbine are made adrift 17.83 % of the
maximum efficiency that can be achieved .

v

KATA PENGANTAR

Puji syukur

saya ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas akal budi,

kesehatan, rejeki, dan kesabaran dalam menyelesaikan tugas akhir saya yang berupa
perancangan dan penulisan dimana skripsi ini merupakan syarat untuk menyelesaikan
kuliah saya dengan gelar Sarjana Teknik di Fakultas Teknuk Elektro dan Komputer
Universitas Kristen Satya Wacana.
Pada kesempatan ini, tidak lupa juga saya ucapkan terimakasih kepada berbagai
pihak antara lain :
1. Mami yuni Herwanto yang memberi dukungan baik melalui doa,
semangat, kepercayaan dan biaya-biaya yang dibutuhkan. Terimakasih
juga buat kesabarannya hingga akhirnya saya LULUS. Dan untuk Alm
papi saya, semoga dengan kelulusan saya, papi bisa lebih tenang di sana.
Miss u pi...
2. Pak Lukas dan Pak Dalu selaku pembimbing saya yang telah meluangkan
waktunya untuk membimbing saya dalam perancangan dan penulisan
skripsi ini. Saran-saran pada bimbingannya yang membuat saya bisa
sampai menyelesaikan skripsi ini. Sekali lagi saya ucapkan Terimakasih.
3. Om-om dan Tante-Tante yang telah bantu support saya yang tidak bisa
saya sebutkan satu persatu. Tapi secara khusus saya ucapkan kepada alm
Miwak, terimakasih Miwak, tanpa adanya miwak mungkin saya tidak bisa
dapat gelar ini.
4. Ci Wik, Ko Dik, Ko Oki, Ci Ima, Mbak Ning, Kak Indah,Ko Ruddi,dan
ponakan-ponakanku terimakasih atas dukunganya. Adekmu dan ommu ini
emank nakal tapi kalian sabar dalam menghadapinya. Terimakasih, saya
bangga punya saudara kalian. Thankssssss.
5. Papa, Mama, Kakak & Adik dari Octavianus Hangga, terimakasih telah
meperbolehkan untuk menginap dan fasilitas selama mengerjakan skripsi
di Salatiga, serta semangat untuk cepat menyelesaikan tugas akhir ini,
Terimakasih.
vi

6. Kepada TU fakultas Elektro Mba Rista, vera, dan Dita yang selama ini
sudah saya repotkan dan ganggu, terimakasih yaaaa..... 

7. Agynta (Honey) dan Occha thanks ya buat dukungan, cerewetnya, marahmarahnya. Kalian juga berperan penting dalam kuliah saya. Jangan bosen
buat beri masukan dan semangat. Akhirnya Yongky lulus Gynn...sudah
waktunya untuk melangkah dan mencapai apa yang belum tercapai...GBU
8. Teman-teman Q-Cutee modified, Raka, Diantika, Mas Amrita, Mbombot,
Hafid, terimakasih untuk bantuan-bantuan dan dukungannya dalam tugas
akhir kuliah saya.
9. Teman-teman seperjuangan angkatan 2006, Octavianus Elpetizo, novie,
budi, yebe, bonus, ario, angling, Chandra, sahat, retsky, andibutar, dion,
ranjit, ari, samudra, paskalis, budikong, penda, yoyo, danus, dan
semuanya semoga setelah lulus bisa makin sukses, berguna untuk nusa
bangsa dan tentunya istri masing-masing hehe.
10. FTJE FTJE tetap jaya tetap jaya lambangnya lambangnya sandal jepit
sandal jepit FTJE FTJE tetap jaya tetap jaya sampai tua tua FTE jaya FTE
jaya FTE jaya FTE jaya sentosa FTE jaya FTE jaya FTE jaya slamanya..

Saya berharap tugas akhir ini dapat memberikan manfaat bagi pembaca sekalian.
Saya menyadari bahwa tugas akhir ini masih jauh dari sempurna,

sehingga saya

mengharap kritik dan saran dari pembaca sekalian yang dapat berguna untuk kemajuan
kita bersama.

Salatiga, 10 januari 2014

Penulis

vii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL .................................................................................................. i
HALAMAN PENGESAHAN .................................................................................... ii
HALAMAN PERNYATAAN BEBAS PLAGIAT .................................................... iii
HALAMAN INTISARI .............................................................................................. iv
HALAMAN ABSTRACT ............................................................................................ v
HALAMAN KATA PENGANTAR ........................................................................... vi
DAFTAR ISI ............................................................................................................... viii
DAFTAR GAMBAR .................................................................................................. x
DAFTAR TABEL ....................................................................................................... xii

BAB I

PENDAHULUAN ................................................................................... 1
1.1. Tujuan ............................................................................................. 1
1.2. Latar Belakang Masalah ................................................................. 1
1.3. Spesifikasi Alat ............................................................................... 2
1.4. Sistematika Penulisan ..................................................................... 2

BAB II

LANDASAN TEORI ............................................................................... 4
2.1. Turbin Angin .................................................................................. 4
2.1.1 Turbin angin sumbu horizontal .............................................. 4
2.1.2 Turbin angin sumbu vertikal .................................................. 6
2.2. Generator ........................................................................................ 8
2.2.1 Generator 1 fasa ...................................................................... 8
2.2.2 Generator 3 fasa ...................................................................... 9
2.3. DC to DC Converter ........................................................................ 10
2.3.1 Step-Down (Buck) Converter ................................................. 10
2.3.2 Step-Up (Boost) Converter ..................................................... 12
2.3.3 Buck-Boost Converter ............................................................ 12
2.4. Mikrokontroler ............................................................................... 14
viii

BAB III

PERANCANGAN DAN REALISASI SISTEM ..................................... 16
3.1. Cara Kerja Alat ............................................................................... 17
3.2. Perancangan dan Realisasi Perangkat Keras .................................. 17
3.2.1. Modul konversi energi mekanik ke energi listrik ............... 17
3.2.2. Modul penyearah tegangan .................................................. 21
3.2.3. Modul DC-DC converter (buck converter ).......................... 23
3.2.4. Modul Display ..................................................................... 26

BAB IV

PENGUJIAN DAN ANALISIS ................................................................ 28
4.1. Pengujian Modul Penyearah Tegangan ........................................... 28
4.2. Pengujian Modul DC-DC Converter (buck converter ) ................... 34

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN................................................................. 45
5.1. Kesimpulan ...................................................................................... 45
5.2. Saran ................................................................................................ 45

DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN

ix

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Turbin Angin Sumbu Horizontal Dan Turbin Angin Sumbu Vertikal 4
Gambar 2.2. Generator .............................................................................................. 8
Gambar 2.3. Diagram Generator AC Satu fasa Dua Kutub. ..................................... 9
Gambar 2.4. Gelombang 3 Fasa. ............................................................................... 9
Gambar 2.5. Diagram Generator AC Tiga Fasa Dua Kutub. .................................... 9
Gambar 2.6. Topologi Buck. ..................................................................................... 11
Gambar 2.7. Konverter Boost. .................................................................................. 12
Gambar 2.8. Penyearah Dengan Faktor Daya Satu. .................................................. 12
Gambar 2.9. Konverter Buck-Boost. ........................................................................ 13
Gambar 2.10. Konverter Flyback. ............................................................................... 13
Gambar 2.11. Pin ATMega8535. ................................................................................ 15
Gambar 3.1. Blok Diagram Alat Keseluruhan .......................................................... 16
Gambar 3.2. Konversi Energi Angin Berdasarkan Hukum Betz .............................. 18
Gambar 3.3. Turbin Horizontal dan Vertikal ............................................................ 18
Gambar 3.4. Perancangan Turbin Angin Sumbu Vertikal yang Dibuat ................... 19
Gambar 3.5. Perancangan Sudu ................................................................................ 20
Gambar 3.6. Perancangan Pully Beserta Vanbelt ..................................................... 20
Gambar 3.7. Rangkaian Penyearah Penuh ................................................................ 21
Gambar 3.8. Rangkaian Penyearah Penuh Dengan Kapasitor .................................. 22
Gambar 3.9. Rangkaian Buck Converter Menurut Datasheet ................................... 23
Gambar 3.10. Grafik Penentuan Kode Induktor Berdasarkan Datasheet ................... 24
Gambar 3.11. Rangkaian Buck Converter yang Dibuat .............................................. 26
Gambar 3.12. Rangkaian Pembagi Tegangan ............................................................. 26
Gambar 4.1. Gambar Turbin yang Dibuat Saat Pengujian Di Sundak Jogjakarta .... 28
Gambar 4.2. Gambar Anemometer yang Dipakai ..................................................... 29
Gambar 4.3. Gambar Spedometer yang Dipakai ...................................................... 29
Gambar 4.4. Grafik Tegangan Terhadap Kecepatan Turbin ..................................... 31
Gambar 4.5. Grafik Arus Terhadap Kecepatan Turbin Dengan Variasi Beban........ 33
Gambar 4.6. Grafik Tegangan Terhadap Kecepatan Turbin Dengan Variasi Beban 33
x

Gambar 4.7. Grafik Kecepatan Angin dan Kecepatan Turbin Terhadap Waktu
pada Tanggal 3 januari 2014 ................................................................ 38
Gambar 4.8. Grafik Kecepatan Angin dan Kecepatan Turbin Terhadap Waktu
pada Tanggal 4 januari 2014 ................................................................ 38

xi

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1.

Tabel Nilai Induktor Berdasarkan Datasheet ....................................... 25

Tabel 3.2.

Tabel Penentuan Dioda Schottky Berdasarkan Datasheet ................... 25

Tabel 4.1.

Tabel Pengukuran Generator Tanpa Beban ......................................... 30

Tabel 4.2.

Tabel Pengukuran Generator Tanpa Beban Dengan Kecepatan turbin
Dalam Satuan RPM .............................................................................. 31

Tabel 4.3.

Tabel Pengukuran Generator Dengan Variasi Beban .......................... 32

Tabel 4.4.

Tabel Hasil Pengujian Alat Di Sundak Jogjakarta ............................... 34

Tabel 4.5.

Tabel Pengujian Efisiensi Modul Buck Converter ............................... 40

Tabel 4.6.

Tabel Perhitungan Efisiensi Kecepatan Turbin .................................... 41

xii