II-1

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Sumber Energi Baru Terbarukan di Indonesia

Potensi energi baru terbarukan (EBT) di Indonesia saat ini belum

dimanfaatkan secara maksimal. Salah satu peraturan yang mengatur

pengembangan EBT di masa mendatang adalah PP No. 79 tahun 2014 tentang

Kebijakan Energi Nasional. Untuk mendukung pengembangan EBT di Indonesia,

diperlukan pemetaan potensi EBT yang ada di Indonesia (Jenderal and Energi,

2016)

2.1.1 Potensi Energi Angin, yang sudah dilakukan studi pendahuluan tersebar

di pulau Jawa dan Sulawesi sekitar 950 MW. Pada tahun 2014, Puslitbangtek

KEBTKE juga telah menyelesaikan peta potensi energi angin di Indonesia

(Gambar 2.1).

Gambar 2.1 Peta Potensi Tenaga Angin (ESDM, 2016)

II-2

2.1.2 Potensi Tenaga Air, Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) dan

Pembangkit Listrik Tenaga Mini/Mikro Hidro (PLTMH) tersebar di Indonesia

dengan total perkiraan sampai 75.000 MW, sementara pemanfaatannya masih

sekitar 11% dari total potensi (Gambar 2.2).

Gambar 2.2 Peta Potensi Tenaga Air Skala Besar (ESDM, 2016)

2.1.3 Potensi energi surya, Sumber daya energi surya Indonesia dapat

dikelompokkan berdasarkan wilayah yaitu kawasan barat dan timur Indonesia.

Sumber daya energi surya kawasan barat Indonesia (4,5 kWh/m2.hari) dengan

variasi bulanan sekitar 10%, dan kawasan timur Indonesia 5,1 kWh/m2.hari

dengan variasi bulanan sekitar 9% serta rata-rata Indonesia 4,8 kWh/m2.hari

dengan variasi bulanan sekitar 9%. Potensi energi panas matahari di Indonesia

sekitar 4,8 kWh/m².hari atau setara dengan 112 ribu GWp. Potensi sumber daya

energi surya Indonesia terlihat pada (Gambar 2.3).

II-3

Gambar 2.3 Peta Lokasi Potensi Tenaga Surya (ESDM, 2016)

2.1.4 Potensi Arus Laut, Berdasarkan penelitian Puslitbang KEBTKE ESDM

tahun 2014, teridentifikasi peta potensi energi arus laut di 10 selat berpotensi yaitu

di Selat Riau, Selat Sunda, Selat Toyapakeh, Selat Lombok, Selat Alas, Selat

Molo, Selat Larantuka, Selat Pantar, Selat Boleng, dan Selat Mansuar Raja

Ampat. Berdasarkan peta tersebut, potensi dan sumber daya energi laut yaitu

potensi energi arus laut praktis sebesar 17,9 GW; energi gelombang potensi

praktis sebesar 1,9 GW, dan potensi panas laut praktis sebesar 41 GW. Potensi

lokasi sumber tenaga arus laut Indonesia sebagaimana pada (Gambar 2.4).

Gambar 2.4 Peta Lokasi Potensi Tenaga Arus Laut(ESDM, 2016)

II-4

2.2 Sistem Pembangkit Tenaga Hybrid

Pembangkit listrik tenaga hybrid adalah pembangkit listrik yang terdiri

lebih dari 1 macam pembangkit dimana menggabungkan beberapa sumber energi

yang dapat di perbaharui ( renewable ) atau yang tidak dapat diperbaharui (

unrenewable ). Pembangkit listrik tenaga hybrid merupakan salah satu alternatif

system pembangkit yang tepat di aplikasikan pada saerah-daerah yang sukar

terjangkau oleh system pembangkit besar seperti jaringan PLN atau PLTD.

Pembangkit listrik tenaga hybrid ini memanfaatkan renewable energy sebagai

sumber utama primer yang dikombinasikan dengan Diesel Generator sebagai

sumber energi cadangan sekunder (Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Hybrid,

2017)

2.3 Pembangkit Energi Surya ( Photovoltaik )

Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) adalah suatu teknologi

pembangkit listrik yang mengkonversi energi foton dari surya menjadi energi

listrik. Konversi ini dilakukan pada panel surya yang terdiri dari sel – sel foto

voltaik. Sel – sel ini merupakan lapisan – lapisan tipis dari silikon (Si) murni atau

bahan semikonduktor lainnya yang diproses sedemikian rupa, sehingga apabila

bahan tersebut mendapat energi foton akan mengeksitasi elektron dari ikatan

atomnya menjadi elektron yang bergerak bebas, dan pada akhirnya akan

mengeluarkan tegangan listrik arus searah. (Pembangkit and Tenaga, 2010)

Potensi energi surya di Indonesia sangat besar yakni sekitar 4.8 kWh/m2

atau setara dengan 112.000 GWp, namun yang sudah dimanfaatkan baru sekitar

10 MWp. Saat ini pemerintah telah mengeluarkan roadmap pemanfaatan energi

II-5

surya yang menargetkan kapasitas PLTS terpasang hingga tahun 2025 adalah

sebesar 0.87 GW atau sekitar 50 MWp/tahun. Jumlah ini merupakan gambaran

potensi pasar yang cukup besar dalam pengembangan energi surya di masa

datang. Komponen utama sistem pembangkit listrik tenaga surya (PLTS) dengan

menggunakan teknologi fotovoltaik adalah sel surya.

Gambar 2.5 Penyebaran Sinar Matahari di Indonesia (SOLARGIS, 2018)

Gambar di atas menunjukkan potensi tenaga surya dunia. Potensi tenaga

surya Indonesia secara umum berada pada tingkat satisfy (cukup) yang dapat kita

jadikan sebagai salah satu patokan untuk menyusun perencanaan pembangunan

sumber energi PLTS pada masa depan. Menuju pada tingkat kemampuan yang

baik dalam hal supply tenaga listrik yang bersumberkan dari energi surya, kita

memerlukan teknologi konversi tenaga surya menjadi tenaga listrik, bukanlah

teknologi sederhana. Teknologi ini memerlukan berbagai mesin, sistem,

komponen yang harus dihitung cermat dan baik agar sesuai dengan kondisi alam

Indonesia.

II-6

HOMER mengasumsikan bahwa semua data yang bergantung pada waktu,

seperti data radiasi matahari dan data beban listrik, ditentukan tidak dalam waktu

matahari, tetapi dalam waktu (juga disebut waktu standar lokal). HOMER

menghitung waktu matahari dari waktu menggunakan persamaan berikut :

E (2.1)

Dimana :

tc = waktu dalam jam yang sesuai dengan titik tengah langkah waktu [hr]

λ = garis bujur [°]

Zc = zona waktu dalam beberapa jam di sebelah timur GMT [hr]

E = persamaan waktu [hr]

Sel surya adalah suatu elemen aktif yang mengubah cahaya matahari

menjadi energi listrik. Sel surya pada umumnya memiliki ketebalan minimum 0,3

mm, yang terbuat dari irisan bahan semikonduktor dengan kutub positif dan

kutub negatif. Prinsip dasar pembuatan sel surya adalah memanfaatkan efek

fotovoltaik, yaitu suatu efek yang dapat mengubah langsung cahaya matahari

menjadi energi listrik. Prinsip ini pertama kali diketemukan oleh Bacquere,

seorang ahli fisika berkebangsaan Perancis tahun 1839. Apabila sebuah logam

dikenai suatu cahaya dalam bentuk foton dengan frekuensi tertentu, maka energi

kinetik dari foton akan menembak ke atom-atom logam tersebut. Atom logam

yang iradiasi akan melepaskan elektron-elektronnya. Elektron-elektron bebas

inilah yang mengalirkan arus dengan jumlah tertentu.

II-7

Sel surya adalah semikonduktor dimana radiasi surya langsung diubah

menjadi energi listrik. Material yang sering digunakan untuk membuat sel surya

adalah silikon kristal. Pada saat ini silikon merupakan bahan yang banyak

digunakan untuk pembuatan sel surya. Agar dapat digunakan sebagai bahan sel

surya, silikon.

Homer memodelkan PV array sebagai peralatan yang memproduksi energi

DC. Homer mengkalkulasikan tegangan keluaran dari Sel surya menggunakan

persamaan :

(2.2)

Dimana :

fpv = Pv derating faktor

Ypv = daya yang diijinkan dari PV array (kW)

IT = radiasi matahari secara global pada permukaan PV array (kW/m2)

Is = 1kW/m2, standar jumlah radiasi yang digunakan untuk nilai dari

kapasitas PV array.

Unit satuan Watt-peak adalah satuan daya (Watt) yang dapat dibangkitkan

oleh modul fotovoltaik dalam keadaan standar uji (Standard Test Condition-

STC), atau jumlah energi yang diproduksi dibawah kondisi standar dari

pemancaran 1kW/m2 dan temperatur panel sebesar 25o C. Dalam Homer ukuran

dari PV array selalu ditentukan pada bagian kapasitas daya yang diijinkan.

Derating factor adalah faktor skala untuk menghitung dari efek debu pada

panel, rugu-rugi pada kawat, suhu, atau semua faktor-faktor yang menyebabkan

keluaran dari Sel surya berkurang dari kondisi yang diharapkan. Homer tidak

menghitung besarnya keluaran Sel surya menurun dengan bertambahnya suhu

II-8

pada panel, tetapi perencana dapat mengurangi derating factor untuk

memperbaiki keadaan itu, ketika membuat sistem untuk iklim yang panas.

2.3.1 Cara Kerja Energi Surya

Modul photovoltaic atau solar cell adalah suatu alat semikonduktor yang

mengkonversi foton (cahaya) menjadi listrik. Konversi ini disebut efek

photofoltaic, dengan kata lain efek photovoltaic adalah fenomena dimana suatu

sel photovoltaic dapat menyerap energi cahaya dan mengubahnya menjadi energi

listrik. Efek photovoltaic didefiniskan sebagai suatu fenomena munculnya

voltase listrik akibat kontak dua elektroda yang dihubungkan dengan sistem

padatan atau cairan saat diexpose dibawah energi cahaya.

Mekanisme konversi energi cahaya terjadi akibat adanya perpindahan

electron bebas di dalam suatu atom. Sel surya pada umumnya menggunakan

material semikonduktor sebagai penghasil elektron bebas. Material semikonduktor

adalah suatu padatan berupa logam, yang konduktifitas elektriknya ditentukan oleh

elektron valensinya. Material semikonduktor konduktifitasnya akan meningkat

secara signifikan. Saat foton dari sumber cahaya menumbuk suatu elektron valensi

dari atom semikonduktor, akan mengakibatkan suatu energi yang cukup besar untuk

memisahkan elektron tersebut terlepas dari struktur atomnya.

Elektron yang terlepas tersebut bermuatan negatif menjadi bebas bergerak

di dalam bidang kristal dan berada pada daerah pita konduksi dari material

semikonduktor. hilangnya elektron mengakibatkan terbentuknya suatu

kekosongan pada struktur kristal yang disebut dengan “hole” dengan muatan

posit.

II-9

Daerah semikonduktor dengan elektron bebas dan bersifat negatif

bertindak sebagai donor elektron. Daerah ini disebut negative type (n-type).

Sedangkan daerah semikonduktor dengan hole, bersifat positif dan bertindak

sebagai penerima (acceptor) elektron. Daerah ini disebut dengan positive type (p-

type). Ikatan dari kedua sisi positif dan negatif menghasilkan energi listrik

internal yang akan mendorong elektron bebas dan hole untuk bergerak ke arah

berlawanan. Elektron akan bergerak menjauhi sisi negatif, sedangkan hole

bergerak menjauhi sisi positif. Ketika p-n junction ini dihubungkan dengan

sebuah beban (lampu) maka akan tercipta sebuah arus listrik (Mintorogo, 2000)

Gambar 2.6 Ilustrasi cara kerja panel surya (Septina, 2015)

Jika dalam input PV array, memilih untuk mempertimbangkan efek suhu

pada array PV, HOMER menghitung suhu sel di setiap langkah waktu dan

menggunakannya dalam menghitung output daya dari array PV sebagai berikut :

= (2.3)

Dimana :

τ = transmitansi matahari dari setiap penutup atas array PV [%]

II-10

α = penyerapan solar dari array PV [%]

GT= radiasi matahari terhubung array PV [kW/m2]

ηc = efisiensi konversi listrik dari array PV [%]

UL= koefisien perpindahan panas ke sekitarnya [kW/m2°C]

Tc = suhu sel PV [°C]

Ta = suhu lingkungan [°C]

2.4 Pembangkit Tenaga Angin.

Salah satu sumber energi alternatif yang ramah lingkungan dan dapat

menghasilkan energi yang cukup besar adalah Pembangkit Listik Tenaga Angin

karena memanfaatkan energi angin yang rendah emisi karbon. Pembangkit

Listrik Tenaga Angin adalah suatu teknologi pembangkit listrik yang mengubah

potensi energi angin menjadi energi listrik.

HOMER menghitung kecepatan angin tinggi menggunakan persamaan

berikut:

𝑃𝑜𝑤 𝑃

A (2.4)

Dimana :

P = Daya / Power (watt)

ρ = Massa jenis angin / udara (1,225 kg/m3)

V = kecepatan angin [m/s]

A = Luas penampang (m2) =

× π × D

D = Diamater penampang / turbin angin (m)

2.4.1 Mekanisme Turbin Angin

Sebuah pembangkit listrik tenaga angin dapat dibuat dengan

menggabungkan beberapa turbin angin sehingga menghasilkan listrik ke unit

II-11

penyalur listrik. Listrik dialirkan melalui kabel transmisi dan didistribusikan ke

rumah-rumah, kantor, sekolah, dan sebagainya. Turbin angin dapat memiliki tiga

buah bilah turbin. Jenis lain yang umum adalah jenis turbin dua bilah.Turbin

angin bekerja sebagai kebalikan dari kipas angin. Bukannya menggunakan listrik

untuk membuat angin, tetapi turbin angin menggunakan angin untuk membuat

listrik. Angin akan memutar sudut turbin, kemudian memutar sebuah poros

yang dihubungkan dengan generator, lalu menghasilkan listrik. Turbin untuk

pemakaian umum berukuran 50-750 kilowatt. Sebuah turbin kecil, kapasitas 5kW,

dapat digunakan untuk perumahan, piringan parabola, pompa air, dll.

Gambar 2.7 Arsitektur Turbin Angin (Angga, 2009)

2.4.2 Komponen Turbin Angin

Komponen – komponen Pembangkit Listrik Tenaga Angin yang

berukuran besar, pada umumnya dapat terlihat dalam gambar 2.8

II-12

Gambar 2.8 Komponen – komponen turbin angin (GET STT-PLN KOMPONEN

Wind Project, 2014)

1. Controller (Alat Pengontrol)

Alat pengontrol ini memulai memutar turbin pada kecepatan angin kira-kira

12-25 km/jam dan mematikannya pada kecepatan 90 km/jam. Turbin tidak

beroperasi diatas 90 km/jam, karena terlalu kencang dan dapat merusaknya.

2. Gear Box (Roda Gigi)

Alat ini berfungsi untuk mengubah putaran rendah pada kincir menjadi

putaran tinggi. Biasanya gearbox yang digunakan sekitar 1:60. Roda gigi

menaikkan putaran dari 30-60 rpm menjadi kira-kira 1000-1800 rpm yaitu

putaran yang biasanya diisyaratkan untuk memutar generator listrik.

3. High Speed Shaft (Poros Putaran

Tinggi) Berfungsi untuk menggerakan

generator.

4. Low Speed Shaft (Poros Putaran Rendah)

Poros turbin yang berputar kira-kira 30-60rpm.

II-13

5. Generator

Generator pembangkit listrik ini adalah salah satu komponen terpenting

dalam pembuatan sistem turbin angin. Generator ini dapat mengubah energi

gerak menjadi energi listrik. Prinsip kerjanya dapat dipelajari dengan

menggunakan teori medan elektromagnetik. Singkatnya (mengacu pada

salah satu cara kerja generator) poros pada generator dipasang dengan

material ferromagnetik permanen. Setelah itu disekeliling poros terdapat

stator yang bentuk fisiknya adalah kumparan-kmparan kawat yang

membentuk loop. Ketika poros generator mulai berputar maka akan terjadi

perubahan fluks, dari perubahan fluks ini akan dihasilkan tegangan dan arus

listrik tertentu. Tegangan dan arus listrik yang dihasilkan ini disalurkan

melalui kabel jaringan listrik untuk akhirnya dikonsumsi oleh beban.

Tegangan dan arus listrik yang dihasilkan oleh generator ini berupa AC

(Alternating Current) yang memiliki bentuk gelombang kurang lebih

sinusodial.

6. Nacelle (Rumah Mesin)

Rumah mesin ini terletak diatas menara. Di dalamnya berisi gear-box,

poros putaran / rendah, generator, alat pengontrol dan alat pengereman.

7. Pitch ( Sudut Bilah Kipas).

Bilah kipas bisa diatur sudutnya untuk mengatur kecepatan rotor yang

dikehendaki, tergantung angin terlalu rendah atau terlalu kencang.

8. Rotor

Bilah kipas bersama porosnya dinamakan rotor.

9. Tower (Menara)

II-14

Menara bisa dibuat dari pipa baja, beton, rangka besi. Karena kencangnya

angin bertambah dengan ketinggian, maka makin tinggi menara makin besar

pula tenaga yang akan akan didapatkan.

10. Wind Direction (Arah Angin)

Gambar 2.2 adalah turbin yang menghadap angin, desain turbin lain ada

yang mendapat hembusan angin dari belakang.

11. Wind Vane (Tebeng Angin)

Mengukur arah angin, berhubunagn dengan penggerak arah yang memutar

arah turbin disesuaikan dengan arah turbin angin.

12. Yaw Drive (Penggerak Arah)

Penggerak arah memutar turbin angin ke arah angin untuk desain turbin

yang menghadap angin. Untuk desain turbin yang mendapat hembusan

angin dari belakang tak memerlukan alat ini.

13. Yaw Motor (Motor Penggerak Arah)

Motor listrik yang menggerakan penggerak arah.

II-15

2.4.3 Syarat Energi Angin Untuk Pembangkit

Tidak semua jenis angina dapat digunakan untuk memutar turbin

pembangkit listrik tenaga bayu / angin. Untuk itu berikut kan dijelaskan pada

gambar terkait klasifikasi dan kondisi angina yang dapat digunakan untuk

menghasilkan energi listrik.

Tabel 2.1 Kondisi Angin

Kelas angin Kecepatan angin

m/d

Kecepatan angin

km/jam

Kecepatan angin

knot/jam

1 0.3-1.5 1-.5.4 0.58-2.92

2 1.6-3.3 5.5-11.9 3.11-6.42

3 3.4-5.4 12.0-19.5 6.61-10.5

4 5.5-7.9 19.6-28.5 10.7-15.4

5 8.0-10.7 28.6-38.5 15.6-20.8

6 10.8-13.8 38.6-49.7 21-26.8

7 13.9-17.1 49.8-61.5 2.7-33.3

8 17.2-20.7 61.6-74.5 33.5-40.3

9 20.8-24.4 74.6-87.9 40.5-47.5

10 24.5-28.4 88.0-102.3 47.7-55.3

11 28.5-32.6 102.4-117.0 55.4-63.4

12 >32.6 >118 63.4

II-16

Tabel 2.2 Tingkat Kecepatan Angin 10 Meter Diatas Permukaan Tanah

Kelas

Angin

Kecepatan

Angin m/d

Kondisi Alam di Daratan

1 0.00-0.02 ------------------------------------------------------------------

2 0.3-1.5 Angin tenang, asap lurus keatas.

3 1.6-3.3 Asap bergerak mengikuti arah angin

4 3.4-5.4 Wajah terasa ada angin, daun-daun bergoyang pelan

5 5.5-7.9 Debu jalan, kertas beterbangan, ranting pohon

bergoyang

6 8.0-10.7 Ranting pohon bergoyang, bendera berkibar

7 10.8-13.8 Ranting pohon besar bergoyang, air plumbing

berombak kecil

8 13.9-17.1 Ujung pohon melengkung, angina terasa di telinga

9 17.2-20.7 Dapat mematahkan ranting pohon, jalan berat melawan

arah angin

10 20.8-24.4 Dapat mematahkan ranting pohon, rumah rubuh

11 24.5-28.4 Dapat merubuhkan pohon

12 28.5-32.6 Menimbulkan kerusakan parah

13 32.7-35.9 Tornado

Gambar 2.9 Karakter Kincir Angin (Pramudya Nur Perdana, 2013)

II-17

2.4.4 Prinsip Kerja Pembangkit Energi Angin

Prinsip kerja dari pembangkit ini adalah mengubah energi angin menjadi

energi mekanik, selanjutnya energi mekanik diubah menjadi energi listrik dengan

menggunakan generator.

Gambar 2.10 Sistem kerja turbin angin (Angga, 2009)

Saat angin melewati blade yang mengakibatkan turbin angin berputar

dengan kecepatan tertentu maka munculah energi mekanik (daya poros). Karena

putaran turbin tidak teralu cepat (low speed) yang disebabkan besarnya ukuran

turbin, maka poros turbin dihubungkan dengan roda gigi (gearbox).

Roda gigi mengubah laju putar menjadi lebih cepat (high speed),

konsekuensinya momen gaya menjadi lebih kecil. Selanjutnya, putaran poros

turbin menggerakkan rotor generator. Rotor berputar di medan magnet

menimbulkan gaya gerak listrik dari generator. Energi listrik dari pembangkit

dapat langsung dikonsumsi oleh beban atau ditransmisikan ke jaringan listrik

utama (grid) dan didistribusikan ke pelanggan.

II-18

2.5 Hybrid Inverter System.

Hybrid Inverter System adalah inverter tipe khusus yang dapat digunakan

untukmengkonversi tegangan DC (direct current) menjadi tegangan AC

(Alternating Current) yang berasal dari energi terbarukan. Hybrid inverter system

juga dikenal dengan synchronous inverter dan perangkat ini tidak dapat bekerja

dengan sendiri karena harus terhubung dengan jaringan yang telah ada (PLN).

Karakteristik dari hybrid inverter system memliki kemampuan untuk melakukan

sinkronisasi tegangan AC dan fasa serta frekuensinya. Selain itu hybrid inverter

system juga memliki sistem proteksi yang berguna apabila terjadi gangguan pada

jaringan milik PLN.

Pemakaian hybrid inverter system ini berguna agar kelebihan daya dari

sistem pembangkit dapat dialirkan kembali ke sistem jaringan PLN. Sehingga

daya yang berlebih dapat dijual kepada PLN sesuai kesepakatan bersama. Pada

Hybrid Inverter System terdapat dua jenis sistem yaitu sistem off grid dan on grid.

Berikut adalah perbedaan keduanya (Pradana et al., 2018)

a. Off grid system

Off grid system merupakan sistem yang hanya menggunakan energi yang

dihasilkan oleh sistem pembangkit yang dimiliki. Sistem ini biasanya digunakan

pada daerah yang belum dijangkau oleh jaringan listrik dari PLN.

b. On grid system

On grid system merupakan sistem yang menggunakan energi dari sistem

pembangkit yang dimiliki serta tetap terhubung dengan jaringan PLN. Dengan

adanya sistem ini dapat mengurangi tagihan listrik dan apabila terdapat kelebihan

II-19

daya yang dihasilkan dari sistem pembangkit yang dimiliki dapat dijual kembali

kepada pihak PLN.

3.1 HOMER ( Hybrid Optimazion Model for Energy Renewable )

3.1.1 Pengertian HOMER

Homer singkatan dari Hybrid Optimization Model for Energy Renewable

adalah sebuah perangkat lunak yang dikembangkan oleh U.S National Renewable

Energy Laboratory (NREL) bekerjasama dengan Mistaya Engineering, yang

dilindungi hak ciptanya oleh Midwest Research Institute (MRI) dan digunakan

oleh Departemen Energi Amerika Serikat (DOE).

Sistem tenaga mikro adalah sebuah sistem yang menghasilkan tenaga

listrik, atau panas untuk melayani suatu beban. Beberapa sistem menggunakan

teknologi penyimpanan energi yang berbeda dan kombinasi pembangkit tenaga

listrik yang terhubung dari jaringan transmisi listrik, maupun terpisah dari

jaringan. Untuk mengatasi masalah dalam perancangan sistem tenaga mikro,

dapat menggunakan perangkat lunak Homer.

Keunggulan Homer :

1. Dapat mengetahui hasil yang optimal dari konfigurasi sistem

(mensimulasikan beberapa konfigurasi sistem berdasarkan Net Present

Cost).

2. Dapat menunjukkan analisa nilai sensitifitas.

3. Dapat memodelkan sistem jaringan transmisi listrik.

4. Komponen-komponen hibrid yang akan digunakan lengkap.

5. Dapat memodelkan sumber daya alam yang tersedia.

II-20

6. Parameter-parameter input (masukan) sangat terperinci, seperti

sumber daya alam, emisi, harga bahan bakar, faktor ekonomi, dll.

Homer dapat dikatakan sebagai model optimisasi tenaga mikro, yang

berfungsi untuk mempermudah dalam merancang, mensimulasikan dan

menganalisa berbagai macam aplikasi sistem tenaga listrik, baik yang terhubung

dengan jaringan transmisi listrik maupun tidak. Homer mengijinkan pengguna

untuk membandingkan beberapa rancangan sistem yang berbeda berdasarkan

faktor sumber daya alam, ekonomi/biaya, dan komponen peralatan yang

digunakan.

Hal-hal yang harus dipertimbangkan ketika ingin merancang sebuah system

tenaga listrik adalah besarnya biaya, konfigurasi dari sistem, komponen apa saja

yang harus digunakan, berapa jumlah dan ukuran kapasitas komponen yang akan

digunakan, dan sumber daya alam yang tersedia. Homer dapat menyelesaikan

masalah parameter-parameter masukan yang tidak menentu dan berubah-ubah,

seperti ukuran beban yang digunakan, harga bahan bakar dimasa yang akan

datang, besarnya sumber daya alam yang dapat diperbaharui seperti kecepatan

angin, intensitas sinar matahari, dll (“Angga Rizky Pritiyatomo,” 2009).

3.1.2 Prinsip Kerja Homer

Homer bekerja berdasarkan 3 hal, yaitu simulasi, optimisasi, dan analisa

sensitifitas. Ketiga hal tersebut bekerja secara berurutan, dan memiliki fungsi

masing-masing, sehingga didapatkan hasil yang optimal.

II-21

3.1.3 Simulasi (Simulation)

Homer dapat mensimulasikan berbagai macam konfigurasi sistem tenaga

mikro, yang berisikan beberapa kombinasi dari Photovoltaic, turbin angin, turbin

air, generator, hidrogen, baterai, converter, dll. Sistem tersebut dapat terhubung ke

jaringan transmisi ataupun terpisah, digunakan untuk melayani beban ac ataupun

dc dan beban thermal.

3.1.4 Optimisasi (Optimization)

Proses optimisasi dilakukan setelah proses simulasi dilakukan. Proses

simulasi memodelkan dan merancang konfigurasi sistem secara khusus, maka

proses optimasi dilakukan untuk menentukan kemungkinan teroptimal dalam

konfigurasi sistem. Pada daftar hasil optimisasi, Homer mengurutkan nilai NPC

yang terendah hingga tertinggi. Sistem dikatakan optimal, apabila salah satu

konfigurasi sistem menunjukkan NPC terendah untuk jangka waktu yang telah

ditentukan. Homer mensimulasikan konfigurasi sistem yang berbeda-beda, apabila

konfigurasi sistem tidak layak, maka Homer tidak akan menampilkan hasil

optimasi sistem tersebut. Didalam proses optimisasi, juga terdapat sistem

konfigurasi komponen-komponen apa saja yang akan digunakan, jumlah dan

kapasitas dari komponen, dan strategi pengisian baterai yang harus digunakan.

Tujuan dari proses optimisasi adalah menentukan nilai optimal dari konfigurasi

sistem dimana variabel nilai masukkan dapat diubah-ubah sesuai keinginan

pengguna. Variabel nilai yang dapat diubah oleh pengguna adalah :

1. Kapasitas daya Photovoltaic.

2. Jumlah turbin angin yang digunakan.

II-22

3. Kapasitas daya dari turbin air, Homer hanya memperbolehkan

menggunakan 1 sistem turbin air.

4. Kapasitas daya dari generator.

5. Jumlah baterai yang digunakan.

6. Kapasitas daya konverter AC-DC.

7. Kapasitas daya dari elektrolizer.

8. Kapasitas daya dari tangki hydrogen.

9. Strategi pengisian Baterai (cara tentang pengisian baterai).

3.1.5 Analisa Sensitifitas (sensitifity analysis)

Tahap selanjutnya adalah tahap analisa snsitifitas. Analisa sensitifitas ini

akan menunjukan bagaimana hasil konfigurasi sistem yang optimal apabila nilai

parameter masukkan (input) berbeda-beda. Pengguna dapat menunjukkan analisa

sensitifitas dengan memasukkan beberapa nilai variable sensitifitas.

Pada tahap ini, pengguna Homer dapat memasukan rentang nilai untuk

nilai variabel tunggal ataupun nilai variabel ganda yang dinamakan variabel

sensitifitas. Contohnya termasuk harga tenaga listrik pada jaringan transmisi,

harga bahan bakar, suku bunga per tahun, dll.

Setiap kombinasi dari nilai variabel sensitifitas menentukan kasus

sensitifitas yang berbeda. Contohnya, jika pengguna menentukan 6 nilai untuk

harga jaringan listrik, dan 4 nilai untuk suku bunga bank, maka aka terjadi 23

kasus sensitifitas dan menunjukkan hasil dalam bentuk table grafik.

II-23

1. Analisa sensitifitas dalam keadaan tidak menentu

Analisa sensitifitas dilakukan untuk menghadapi keadaan yang berubah-

ubah dan tidak menentu. Analisa ini dapat membantu perencanaan dalam

membuat rancangan yang optimal dan memahami dampak dari keaadaan

yang tidak menentu. Contohnya perancang mengasumsikan harga diesel

sebesar $0.5/L,kecepatan angina per tahun sebesar 4m/s, dan umur dari

proyek 25 tahun. Keadaan ini dikatakan tidak menentu karena harga diesel

tidak stabil, dati tahun ke tahun selalu berubah tergantung kebijakan

pemerintah. Sedangkan kecepatan angina setiap tahun selaly berubah.

Analisa ini berfungsi untuk menentukan efek dari variasi masukkan

kemungkinan konfigurasi system, dan seberapa optimal system apabila

keadaan masukkan berubag-ubah.

2. Analisa sensitifitas berdasarkan kumpulan data per jam

Homer memiliki kemampuan untuk melakukan analisa sensitifitas.

Berdasarkan data setiap jam, seperti beban listrik, sumber daya

angina,air,atau biomasa. Data-data yang dimasukan ditentukan oleh

perancang, besarnya nilai dapat diatur apakah diatas/dibawah nilai utama,

sesuai dengan sentang sekala yang diinginkan. Contohnya, perancang

menentukan data beban dengan rata-rata per tahun 120 kWh/hari.

Kemudian menentukan nilai variabel analisa sensitifitas untuk beban

sebesar 100,150,200 kWh/hari.

II-24

3.2 Net Present Cost (NPC)

Net present cost (NPC) merupakan semua biaya yang digunakan dalam

pembangunan komponen baik dalam pemasangan maupun pengoperasian suatu

proyek. Net present cost dapat diketahui dengan persamaan (2.5).

𝑁𝑃𝐶 = 𝐶𝑎𝑝𝑖 𝑎𝑙 𝐶𝑜𝑠 + 𝑅 𝑝𝑙𝑎𝑐 𝑚 𝑛 𝑐𝑜𝑠 + 𝑂&𝑀 𝑐𝑜𝑠 + 𝐹𝑢 𝑙 𝑐𝑜𝑠

− 𝑠𝑎𝑙𝑣𝑎𝑔 (2.5)

Dimana :

Capital cost = biaya komponen

Replacement cost = biaya pergantian komponen

O&M cost = biaya operasional dan perawatan

Fuel cost = biaya bahan bakar (generator)

Salvage = biaya yang tersisa dari komponen

3.3 Cost Of Energy (COE)

Cost of energy merupakan biaya yang dikeluarkan untuk menghasilkan

energi listrik per 1 kWh. COE dapat diketahui dengan membagi biaya tahunan

dengan produksi energi tahunan oleh pembangkit hibrid. Nilai COE dapat

diketahui dengan persamaan (2.6).

CEO =

(2.6)

Dimana :

TAC (total annualize cost) = biaya total tahunan pembangkit hibrid

Etot.served = total energi tahunan untuk beban (kWh)

II-25

Tabel 2.3 Arti Lambang dan Singkatan

PLN Perusahaan Listrik Negara

HOMER Hybrid Optimization of Multiple Energy Resources

ESDM Energi Sumber Daya Mineral

PV Photovoltaic

NASA National Aeronautics and Space Administration

kWh KiloWatt hours

m2 Meter persegi

PLTS Pembangkit Listrik Tenaga Surya

m/s Meter/sekon

Kg Kilogram

W Watt

m Meter

HAWT Horizontal Axis Wind Turbine

VAWT Vertical Axis Wind Turbine

AC Alternating current

DC Direct Current

Ah Ampere hour

Wh Watt hour

v Volt

Net Present Cost Semua biaya yang digunakan dalam pembangunan komponen dalam pemasangan maupun

pengoperasian

Cost Of Energy Biaya yang dikeluarkan untuk menghasilkan listrik

Intial Capital Biaya total pemasangan komponen pada awal

proyek

Replacement cost Biaya pergantian komponen

Fuel cost Biaya bahan bakar

O&M cost Biaya operasional dan perawatan

Salvage Biaya yang tersisa dari komponen

Capital Cost Biaya komponen

Rp Rupiah