Institutional Repository | Satya Wacana Christian University: Pembangkit Listrik Tenaga Air Picohydro
PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA AIR PICOHYDRO
Oleh
Angela Rinjani
NIM: 612009059
Skripsi
Untuk Melengkapi salah satu syarat memperoleh
Gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Elektro
Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer
Universitas Kristen Satya Wacana
Salatiga
Januari 2016
INTISARI
Pada masa kini, energi listrik sangat dibutuhkan untuk menunjang kehidupan
manusia. Banyak upaya terus dilakukan untuk menghasilkan energi listrik dari sumbersumber energi yang belum termanfaatkan. Sebagai contoh adalah energi yang dihasilkan
oleh air terjun yang banyak terdapat di Indonesia, salah satunya di desa Gilingsari
Temanggung.
Pada skripsi ini energi yang dihasilkan aliran air terjun tersebut dimanfaatkan
sebagai sumber pembangkit listrik picohidro yang hasilnya nantinya dapat digunakan
untuk penerangan jalan karena letak aliran sungai tersebut berjarak 40 meter dari jalan
yang sering dilalui orang.
Cara kerja alat ini adalah dengan menggunakan kincir air yang digerakkan oleh
aliran air terjun sehingga menghasilkan energi kinetik. Debit air terjun yang dicoba
adalah sebesar 0,0032
⁄ dengan tinggi air terjun 3,5
yang melalui kincir tersebut
dapat memutar generator 3 fasa sehingga menghasilkan tegangan 14
. Tegangan
AC ini kemudian disearahkan gelombang penuh dan diratakan oleh kapasitor untuk
memperhalus riak. Tegangan DC yang dihasilkan masih fluktuatif namun selalu lebih
tinggi dari 20 volt sehingga digunakan konverter yang akan menurunkan tegangan
menjadi 13,8 volt stabil untuk kemudian digunakan dalam pengisian aki kering 12V/7,2
Ah. Hasil pengujian menunjukkan bahwa energi yang diperoleh selama 7 jam dan
disimpan di aki kering adalah sebesar 8,54 Wh. Energi tersebut dapat digunakan untuk
menyalakan lampu LED 3W selama 19 jam.
Kata kunci : pembangkit listrik alternatif, air terjun, kincir air, generator, aki
kering
i
ABSTRACT
In this era, electrical energy is needed to support human life. Many efforts are
continuously done to generate electrical energy from unused energy sources. For
example is the energy produced by the waterfalls which are numerous in Indonesia, in
the village Gilingsari Temanggung.
In this final project, the energy generated by the waterfalls is utilized as the
source of Pico hydro power plant where the results will be used for street lighting due to
the location of the river is 40 meters from the main road.
The device works by using a water wheel driven by the flow of the waterfall to
produce kinetic energy. The debit of the waterfalls tried is at 0.0032
waterfall pass the wheel which turn a 3 phase generator into 14
with a 3.5 m
. This AC voltage is
full-wave rectified by a capacitor to smooth the ripple. The DC voltage generated is
unstable but always higher than 20 volt so a converter is used to decrease the voltage
into 13.8 volts to charge a 12V / 7.2 Ah accumulator. The experiment showed that the
energy gained during 7 hours stored in 12V / 7.2 Ah is 8.54 Wh. This energy can be
used to turn on a 3W LED for 19 hours.
Keywords : alternative power plant, waterfall, water wheel, generator,
accumulator
ii
KATA PENGANTAR
Puji dan rasa syukur mendalam penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas
berkat limpahan rahmat dan karunia-Nya dalam menyelesaikan perancangan serta
penulisan skripsi sebagai syarat untuk menyelesaikan studi di Fakultas Teknik
Elektronika dan Komputer Universitas Kristen Satya Wacana.
Pada kesempatan ini penulis juga hendak mengucapkan terima kasih kepada
berbagai pihak yang baik secara langsung maupun tidak langsung telah membantu
dalam menyelesaikan skripsi ini:
1. Bapak Koestomo dan Ibu Siti Rochidah terima kasih untuk semangat, cinta,
kasih saying, dan dana. So lucky to have both of you, Love you so much !
2. Bapak Ir. F. Dalu Setiaji, M.T. dan Bapak Ir. Lukas B. Setyawan, M.Sc.
selaku pembimbing, terima kasih atas bimbingan, arahan, dan nasehat
selama mengerjakan skripsi ini.
3. Om Panut dan warga desa Gilingsari Temanggung terima kasih atas bantuan
tenaga dan waktu,
4. Ponakan-ponakan super Kitul, Katul, Evanul, Iyok, yang meramaikan hidup
dengan kepolosan kalian, Mbah Kakung di surga, Mas Neo, Mas Wawan,
Mbak Tutik, Mbak U’ut, Budhe, atas semangat dan dukungannya.
5. Teman-teman FTEK 2009, Yuli, Wikan, Pakdhe, Gigih, Daniel, Ardit,
Agung, Aksa, Angga, Andre, Martino, Herlambang, dan semua yang tidak
dapat disebutkan satu-persatu, terima kasih karena kalian selalu ada di suka
maupun duka.
6. Seluruh staff dosen, staff TU, karyawan dan laboran FTEK, terima kasih atas
bantuan dan perhatiannya.
7. Teman-teman kost Seruni 23 kece serta bapak ibu kost, terima kasih atas
bantuan, semangat, dan dukungannya.
8. Anak-anak gaul Temanggung, Tia, Zulfa, Mario, yang menemani dan
menyemangati, Cici, Fitria, Vika, Dewi, Hastoro, Andy, Bobby, dan semua
teman-teman Buldoggrip.
iii
9. Berbagai pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah turut
andil dalam proses pengerjaan skripsi ini.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kata sempuna, oleh karena
itu penulis sangat mengharapkan kritik maupun saran dari pembaca sekalian sehingga
skripsi ini dapat berguna bagi kemajuan teknik elektronika
Salatiga, Januari 2016
Penulis
iv
DAFTAR ISI
INTISARI ..............................................................................................
i
ABSTRACT..........................................................................................................
ii
KATA PENGANTAR ..........................................................................................
iii
DAFTAR ISI.........................................................................................................
v
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................
vii
DAFTAR TABEL.................................................................................................
viii
DAFTAR ISTILAH ..............................................................................................
ix
BAB I
PENDAHULUAN .............................................................................
1
1.1. Tujuan .........................................................................................
1
1.2. Latar Belakang Permasalahan .....................................................
1
1.3. Spesifikasi Sistem .......................................................................
2
1.4. Sistematika Penulisan .................................................................
3
LANDASAN TEORI .........................................................................
4
2.1. Energi Potensial Gravitasi...........................................................
4
2.2. Generator Listrik .........................................................................
4
2.3. Penaik Tegangan (Boost Converter) ...........................................
5
2.4. Penurun Tegangan (Buck Converter)..........................................
8
PERANCANGAN SISTEM ..............................................................
9
3.1. Aliran Sungai ..............................................................................
9
3.2. Kincir ..........................................................................................
10
3.3. Generator ....................................................................................
12
3.4. Konverter AC-DC dan Konverter DC-DC ................................
13
3.4.1. Konverter AC-DC ...................................................... ......
14
3.4.2. Konverter DC-DC .............................. ..............................
14
BAB II
BAB III
v
3.5. Penyimpan Energi .......................................................................
15
3.6. Kerangka Besi ............................................................................
16
PENGUJIAN DAN ANALISIS .........................................................
18
4.1. Generator.....................................................................................
18
4.2. Konverter Penurun Tegangan .....................................................
20
4.3. Penyimpan Energi .......................................................................
22
4.4. Penerangan ..................................................................................
27
4.5. Perbandingan dengan Spesifikasi ...............................................
29
KESIMPULAN DAN SARAN..........................................................
30
5.1. Kesimpulan .................................................................................
30
5.2. Saran Pengembangan ..................................................................
30
DAFTAR PUSTAKA ...........................................................................................
32
LAMPIRAN .........................................................................................................
33
DATASHEET GENERATOR 3 FASA.............................................
33
DATASHEET LM2596 .....................................................................
34
DATASHEET LM2577-ADJ ........................................................... ..
35
BAB IV
BAB V
vi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1. Peta lokasi sungai desa Gilingsari Temanggung ...........................
1
Gambar 2.1. Potensial Gravitasi ........................................................................
4
Gambar 2.2. GGL Induksi..................................................................................
5
Gambar 2.3. Susunan Pin IC LM2577-Adj........................................................
5
Gambar 2.4. Blok Diagram IC LM2577-Adj .....................................................
5
Gambar 2.5. Grafik Pemilih Nilai Pada LM2577 ..............................................
7
Gambar 2.6. Susunan Pin IC LM2596s-adj .......................................................
8
Gambar 2.7. Grafik Nilai Induktor .....................................................................
8
Gambar 3.1. Blok Diagram Sistem Secara Keseluruhan ...................................
9
Gambar 3.2. Lokasi Pengujian ...........................................................................
10
Gambar 3.3. Skema Kincir .................................................................................
11
Gambar 3.4. Tahapan Perakitan Kincir 1 ...........................................................
11
Gambar 3.5. Tahapan Perakitan Kincir 2 ...........................................................
12
Gambar 3.6. Wujud fisik kincir air yang telah dibuat ........................................
12
Gambar 3.7. Generator 3 fasa hubung Y ...........................................................
13
Gambar 3.8. Generator AC 3 Fasa .....................................................................
13
Gambar 3.9. Blok Diagram Konverter ...............................................................
13
Gambar 3.10. Dioda Penyearah 3 Fasa ................................................................
14
Gambar 3.11. Rangkaian Penurun Tegangan .......................................................
14
Gambar 3.12. Akumulator ...................................................................................
15
Gambar 3.13. (a)Skema Kerangka besi tampak samping ....................................
16
Gambar 3.13. (b)Skema kerangka besi tampak atas ............................................
16
Gambar 3.14. Wujud fisik kerangka besi .............................................................
16
Gambar 3.15. Box untuk menempatkan akumulator ...........................................
17
Gambar 4.1. Skema pengujian fasa generator ....................................................
18
Gambar 4.2. Blok Diagram Pengujian Daya Generator .....................................
18
Gambar 4.3. Hasil Pengujian Tegangan DC tanpa Beban .................................
19
Gambar 4.4. Grafik daya beban terhadap variasi nilai beban ............................
20
Gambar 4.5. Diagram pengujian pengisian aki ..................................................
22
Gambar 4.6. Grafik tegangan aki terhadap waktu saat pengisian ......................
22
vii
Gambar 4.7. Grafik arus terhadap waktu saat pengisian ....................................
23
Gambar 4.8. Pengujian dua modul konverter buck ............................................
24
Gambar 4.9. Grafik tegangan terhadap waktu saat pengisian ............................
26
Gambar 4.10. Grafik arus terhadap waktu saat pengisian....................................
26
Gambar 4.11. lampu LED yang digunakan ..........................................................
27
Gambar 4.12. Tegangan dan arus pada lampu LED ............................................
27
Gambar 4.13. Grafik tegangan terhadap waktu saat dipakai untuk penerangan ..
28
Gambar 4.14. Grafik arus terhadap waktu saat dipakai untuk penerangan ..........
29
Gambar 4.15. (a)Gambar alat dilokasi pengujian ................................................
30
Gambar 4.15. (b)Box untuk menempatkan konverter dan aki .............................
30
Gambar 4.16. LED indikator saat pengisian ........................................................
30
viii
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1.
Tegangan Generator Tanpa Beban ................................................
18
Tabel 4.2.
Daya Generator .............................................................................
19
Tabel 4.3.
Hasil Pengujian Konverter Penurun Tegangan .............................
21
Tabel 4.4.
Hasil pengujian konverter buck .....................................................
24
Tabel 4.5.
Hasil pengujian dua modul konverter buck ...................................
25
Tabel 4.6.
Hasil pengujian pengisian aki dengan menggunakan dua
konverter buck ...............................................................................
ix
25
DAFTAR ISTILAH
AC
Alternative Current
DC
Direct Current
IC
Integrated Circuit
LED
Light Emitting Dioda
x
Oleh
Angela Rinjani
NIM: 612009059
Skripsi
Untuk Melengkapi salah satu syarat memperoleh
Gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Elektro
Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer
Universitas Kristen Satya Wacana
Salatiga
Januari 2016
INTISARI
Pada masa kini, energi listrik sangat dibutuhkan untuk menunjang kehidupan
manusia. Banyak upaya terus dilakukan untuk menghasilkan energi listrik dari sumbersumber energi yang belum termanfaatkan. Sebagai contoh adalah energi yang dihasilkan
oleh air terjun yang banyak terdapat di Indonesia, salah satunya di desa Gilingsari
Temanggung.
Pada skripsi ini energi yang dihasilkan aliran air terjun tersebut dimanfaatkan
sebagai sumber pembangkit listrik picohidro yang hasilnya nantinya dapat digunakan
untuk penerangan jalan karena letak aliran sungai tersebut berjarak 40 meter dari jalan
yang sering dilalui orang.
Cara kerja alat ini adalah dengan menggunakan kincir air yang digerakkan oleh
aliran air terjun sehingga menghasilkan energi kinetik. Debit air terjun yang dicoba
adalah sebesar 0,0032
⁄ dengan tinggi air terjun 3,5
yang melalui kincir tersebut
dapat memutar generator 3 fasa sehingga menghasilkan tegangan 14
. Tegangan
AC ini kemudian disearahkan gelombang penuh dan diratakan oleh kapasitor untuk
memperhalus riak. Tegangan DC yang dihasilkan masih fluktuatif namun selalu lebih
tinggi dari 20 volt sehingga digunakan konverter yang akan menurunkan tegangan
menjadi 13,8 volt stabil untuk kemudian digunakan dalam pengisian aki kering 12V/7,2
Ah. Hasil pengujian menunjukkan bahwa energi yang diperoleh selama 7 jam dan
disimpan di aki kering adalah sebesar 8,54 Wh. Energi tersebut dapat digunakan untuk
menyalakan lampu LED 3W selama 19 jam.
Kata kunci : pembangkit listrik alternatif, air terjun, kincir air, generator, aki
kering
i
ABSTRACT
In this era, electrical energy is needed to support human life. Many efforts are
continuously done to generate electrical energy from unused energy sources. For
example is the energy produced by the waterfalls which are numerous in Indonesia, in
the village Gilingsari Temanggung.
In this final project, the energy generated by the waterfalls is utilized as the
source of Pico hydro power plant where the results will be used for street lighting due to
the location of the river is 40 meters from the main road.
The device works by using a water wheel driven by the flow of the waterfall to
produce kinetic energy. The debit of the waterfalls tried is at 0.0032
waterfall pass the wheel which turn a 3 phase generator into 14
with a 3.5 m
. This AC voltage is
full-wave rectified by a capacitor to smooth the ripple. The DC voltage generated is
unstable but always higher than 20 volt so a converter is used to decrease the voltage
into 13.8 volts to charge a 12V / 7.2 Ah accumulator. The experiment showed that the
energy gained during 7 hours stored in 12V / 7.2 Ah is 8.54 Wh. This energy can be
used to turn on a 3W LED for 19 hours.
Keywords : alternative power plant, waterfall, water wheel, generator,
accumulator
ii
KATA PENGANTAR
Puji dan rasa syukur mendalam penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas
berkat limpahan rahmat dan karunia-Nya dalam menyelesaikan perancangan serta
penulisan skripsi sebagai syarat untuk menyelesaikan studi di Fakultas Teknik
Elektronika dan Komputer Universitas Kristen Satya Wacana.
Pada kesempatan ini penulis juga hendak mengucapkan terima kasih kepada
berbagai pihak yang baik secara langsung maupun tidak langsung telah membantu
dalam menyelesaikan skripsi ini:
1. Bapak Koestomo dan Ibu Siti Rochidah terima kasih untuk semangat, cinta,
kasih saying, dan dana. So lucky to have both of you, Love you so much !
2. Bapak Ir. F. Dalu Setiaji, M.T. dan Bapak Ir. Lukas B. Setyawan, M.Sc.
selaku pembimbing, terima kasih atas bimbingan, arahan, dan nasehat
selama mengerjakan skripsi ini.
3. Om Panut dan warga desa Gilingsari Temanggung terima kasih atas bantuan
tenaga dan waktu,
4. Ponakan-ponakan super Kitul, Katul, Evanul, Iyok, yang meramaikan hidup
dengan kepolosan kalian, Mbah Kakung di surga, Mas Neo, Mas Wawan,
Mbak Tutik, Mbak U’ut, Budhe, atas semangat dan dukungannya.
5. Teman-teman FTEK 2009, Yuli, Wikan, Pakdhe, Gigih, Daniel, Ardit,
Agung, Aksa, Angga, Andre, Martino, Herlambang, dan semua yang tidak
dapat disebutkan satu-persatu, terima kasih karena kalian selalu ada di suka
maupun duka.
6. Seluruh staff dosen, staff TU, karyawan dan laboran FTEK, terima kasih atas
bantuan dan perhatiannya.
7. Teman-teman kost Seruni 23 kece serta bapak ibu kost, terima kasih atas
bantuan, semangat, dan dukungannya.
8. Anak-anak gaul Temanggung, Tia, Zulfa, Mario, yang menemani dan
menyemangati, Cici, Fitria, Vika, Dewi, Hastoro, Andy, Bobby, dan semua
teman-teman Buldoggrip.
iii
9. Berbagai pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah turut
andil dalam proses pengerjaan skripsi ini.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kata sempuna, oleh karena
itu penulis sangat mengharapkan kritik maupun saran dari pembaca sekalian sehingga
skripsi ini dapat berguna bagi kemajuan teknik elektronika
Salatiga, Januari 2016
Penulis
iv
DAFTAR ISI
INTISARI ..............................................................................................
i
ABSTRACT..........................................................................................................
ii
KATA PENGANTAR ..........................................................................................
iii
DAFTAR ISI.........................................................................................................
v
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................
vii
DAFTAR TABEL.................................................................................................
viii
DAFTAR ISTILAH ..............................................................................................
ix
BAB I
PENDAHULUAN .............................................................................
1
1.1. Tujuan .........................................................................................
1
1.2. Latar Belakang Permasalahan .....................................................
1
1.3. Spesifikasi Sistem .......................................................................
2
1.4. Sistematika Penulisan .................................................................
3
LANDASAN TEORI .........................................................................
4
2.1. Energi Potensial Gravitasi...........................................................
4
2.2. Generator Listrik .........................................................................
4
2.3. Penaik Tegangan (Boost Converter) ...........................................
5
2.4. Penurun Tegangan (Buck Converter)..........................................
8
PERANCANGAN SISTEM ..............................................................
9
3.1. Aliran Sungai ..............................................................................
9
3.2. Kincir ..........................................................................................
10
3.3. Generator ....................................................................................
12
3.4. Konverter AC-DC dan Konverter DC-DC ................................
13
3.4.1. Konverter AC-DC ...................................................... ......
14
3.4.2. Konverter DC-DC .............................. ..............................
14
BAB II
BAB III
v
3.5. Penyimpan Energi .......................................................................
15
3.6. Kerangka Besi ............................................................................
16
PENGUJIAN DAN ANALISIS .........................................................
18
4.1. Generator.....................................................................................
18
4.2. Konverter Penurun Tegangan .....................................................
20
4.3. Penyimpan Energi .......................................................................
22
4.4. Penerangan ..................................................................................
27
4.5. Perbandingan dengan Spesifikasi ...............................................
29
KESIMPULAN DAN SARAN..........................................................
30
5.1. Kesimpulan .................................................................................
30
5.2. Saran Pengembangan ..................................................................
30
DAFTAR PUSTAKA ...........................................................................................
32
LAMPIRAN .........................................................................................................
33
DATASHEET GENERATOR 3 FASA.............................................
33
DATASHEET LM2596 .....................................................................
34
DATASHEET LM2577-ADJ ........................................................... ..
35
BAB IV
BAB V
vi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1. Peta lokasi sungai desa Gilingsari Temanggung ...........................
1
Gambar 2.1. Potensial Gravitasi ........................................................................
4
Gambar 2.2. GGL Induksi..................................................................................
5
Gambar 2.3. Susunan Pin IC LM2577-Adj........................................................
5
Gambar 2.4. Blok Diagram IC LM2577-Adj .....................................................
5
Gambar 2.5. Grafik Pemilih Nilai Pada LM2577 ..............................................
7
Gambar 2.6. Susunan Pin IC LM2596s-adj .......................................................
8
Gambar 2.7. Grafik Nilai Induktor .....................................................................
8
Gambar 3.1. Blok Diagram Sistem Secara Keseluruhan ...................................
9
Gambar 3.2. Lokasi Pengujian ...........................................................................
10
Gambar 3.3. Skema Kincir .................................................................................
11
Gambar 3.4. Tahapan Perakitan Kincir 1 ...........................................................
11
Gambar 3.5. Tahapan Perakitan Kincir 2 ...........................................................
12
Gambar 3.6. Wujud fisik kincir air yang telah dibuat ........................................
12
Gambar 3.7. Generator 3 fasa hubung Y ...........................................................
13
Gambar 3.8. Generator AC 3 Fasa .....................................................................
13
Gambar 3.9. Blok Diagram Konverter ...............................................................
13
Gambar 3.10. Dioda Penyearah 3 Fasa ................................................................
14
Gambar 3.11. Rangkaian Penurun Tegangan .......................................................
14
Gambar 3.12. Akumulator ...................................................................................
15
Gambar 3.13. (a)Skema Kerangka besi tampak samping ....................................
16
Gambar 3.13. (b)Skema kerangka besi tampak atas ............................................
16
Gambar 3.14. Wujud fisik kerangka besi .............................................................
16
Gambar 3.15. Box untuk menempatkan akumulator ...........................................
17
Gambar 4.1. Skema pengujian fasa generator ....................................................
18
Gambar 4.2. Blok Diagram Pengujian Daya Generator .....................................
18
Gambar 4.3. Hasil Pengujian Tegangan DC tanpa Beban .................................
19
Gambar 4.4. Grafik daya beban terhadap variasi nilai beban ............................
20
Gambar 4.5. Diagram pengujian pengisian aki ..................................................
22
Gambar 4.6. Grafik tegangan aki terhadap waktu saat pengisian ......................
22
vii
Gambar 4.7. Grafik arus terhadap waktu saat pengisian ....................................
23
Gambar 4.8. Pengujian dua modul konverter buck ............................................
24
Gambar 4.9. Grafik tegangan terhadap waktu saat pengisian ............................
26
Gambar 4.10. Grafik arus terhadap waktu saat pengisian....................................
26
Gambar 4.11. lampu LED yang digunakan ..........................................................
27
Gambar 4.12. Tegangan dan arus pada lampu LED ............................................
27
Gambar 4.13. Grafik tegangan terhadap waktu saat dipakai untuk penerangan ..
28
Gambar 4.14. Grafik arus terhadap waktu saat dipakai untuk penerangan ..........
29
Gambar 4.15. (a)Gambar alat dilokasi pengujian ................................................
30
Gambar 4.15. (b)Box untuk menempatkan konverter dan aki .............................
30
Gambar 4.16. LED indikator saat pengisian ........................................................
30
viii
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1.
Tegangan Generator Tanpa Beban ................................................
18
Tabel 4.2.
Daya Generator .............................................................................
19
Tabel 4.3.
Hasil Pengujian Konverter Penurun Tegangan .............................
21
Tabel 4.4.
Hasil pengujian konverter buck .....................................................
24
Tabel 4.5.
Hasil pengujian dua modul konverter buck ...................................
25
Tabel 4.6.
Hasil pengujian pengisian aki dengan menggunakan dua
konverter buck ...............................................................................
ix
25
DAFTAR ISTILAH
AC
Alternative Current
DC
Direct Current
IC
Integrated Circuit
LED
Light Emitting Dioda
x