tenaga surya dan tenaga angin sebagai catu daya...

1

UNIVERSITAS INDONESIA

RANCANG BANGUN SIMULASI SISTEM HYBRID

TENAGA SURYA DAN TENAGA ANGIN SEBAGAI

CATU DAYA BASE TRANSCEIVER STATION (BTS) 3G

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

FITRIA YULINDA

0403030462

FAKULTAS TEKNIK

PROGRAM TEKNIK ELEKTRO

DEPOK

AGUSTUS 2009

ii

Universitas Indonesia

Rancang bangun..., Fitria Yulinda, FT UI, 2009

iii



iv



v


KATA PENGANTAR

Segala puji bagi Alloh yang telah memberi petunjuk kami kepada jalan ini. Kami

tidak akan mendapatkan petunjuk ini seandainya Alloh tidak berkenan

memberikannya kepada kami.

Puji syukur ke hadirat Alloh Azza wa Jalla yang telah memberikan

hidayah serta kemudahan kepada penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.

Penulisan skripsi ini dilakukan dalam rangka memenuhi salah satu syarat

untuk mencapai gelar Sarjana Teknik pada Fakultas Teknik Universitas Indonesia.

seminat ini dapat terselesaikan atas bantuan serta dukungan banyak pihak.

Pertama penulis mengucapkan terima kasih kepada:

Prof. Dr. Ir. NR. Poespawati, M.T

sebagai dosen pembimbing yang telah banyak meluangkan waktunya

untuk memberikan saran, bimbingan, serta pengarahan sehingga skripsi ini dapat

diselesaikan dengan baik. Selain itu, penulis juga mengucapkan terima kasih

kepada:

(1) Kedua orang tua saya, Bapak Suardi dan Ibu Asniah serta kakakku, Yenny

Rahmi, Muhammad Isarai, Yenny Rahayu, dan adik-adikku, Riska Aulia Fajri

dan Suci Aulia Ramadhani, abang Yulkausar, keponakanku Maryam,

Abdurrahman yang selalu memberikan doa serta dukungan selama penulisan

skripsi ini.

(2) Teman-teman Laboratorium Konversi Energi Listrik UI yang selalu

memberikan semangat serta dukungan.

(3) Teman-teman Elektro UI 2003 yang selalu memotivasi saya, khususnya

Muhammad Insan dan Muhammad Syaifuddin yang telah membantu dalam

pembuatan skripsi ini.

(4) Teman-teman elektro UI 2003 yaitu Muchlishah, Marni, Lestari Amirullah,

Agustine, Hanni Riana, Susy Trilomorti, Natasha Alia, Anastasia yang selalu

mendoakan dan memberikan dorongan semangat


vi


(5) Nur Adi Nugroho dan Wienenanti Izwari yang selalu memberikan semangat

tiada henti kepada penulis

Akhir kata, saya berharap Alloh Azza wa Jalla berkenan membalas segala

kebaikan semua pihak yang telah membantu hingga skripsi ini dapat diselesaikan

dengan baik.

Insya Alloh, penulisan skripsi ini dapat memberikan kontribusi bagi umat

guna mengembangkan ilmu pengetahuan dan teknologi khususnya yang terkait

dengan catu daya alternatif untuk BTS.

Depok, 17 Juni 2009

Fitria Yulinda


vii


HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI

SKRIPSI UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Sebagai sivitas akademik Universitas Indonesia, saya yang bertanda tangan di bawah ini :

Nama : Fitria Yulinda

NPM : 0403030462

Program Studi : Teknik Elektro

Fakultas : Teknik

Jenis karya : Skripsi

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Indonesia Hak Bebas Royalti Noneksklusif (Non-eksklusif Royalty-Free Right) atas karya ilmiah saya yang berjudul:

RANCANG BANGUN SIMULASI SISTEM HYBRID

TENAGA SURYA DAN TENAGA ANGIN

SEBAGAI CATU DAYA BTS 3G

Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti Noneksklusif ini Universitas Indonesia berhak menyimpan, mengalihmedia/format-kan, mengelola dalam bentuk pangkalan data (database), merawat, dan mempublikasikan skripsi saya tetap mencantumkan saya sebagai penulis/pencipta dan sebagai pemilik Hak Cipta.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.

Dibuat di : Depok

Pada Tanggal : 17 Juni 2009

Yang menyatakan

(Fitria Yulinda)


viii


ABSTRAK

Nama : Fitria Yulinda

Program Studi : Teknik Elektro

Judul : Rancang Bangun Simulasi Sistem Hybrid Tenaga Surya dan

Tenaga Angin Sebagai Catu Daya BTS 3G

Penggunaan energi alternatif sebagai catu daya Base Transceiver Station

(BTS) 3G dapat mengatasi permasalahan pasokan listrik PLN yang belum

mencapai seluruh wilayah Indonesia. Penggunaan modul sel surya menjadi salah

satu solusi yang dapat dipertimbangkan sebagai catu daya BTS, sedangkan energi

angin dapat digunakan ketika irradiansi matahari tidak dapat memenuhi

kebutuhan beban.

Nilai tegangan keluaran sel surya dan turbin angin yang tergantung

keadaan lingkungan di sekitar pembangkit menyebabkan perlunya rangkaian

untuk menjaga agar nilai masukan ke beban selalu konstan. Skripsi ini

menggunakan rangkaian switching regulator dengan IC L4970 yang mempunyai

nilai tegangan keluaran 15 volt.

Pemilihan antara kedua energi alternatif ini menggunakan mikrokontroller

ATMEGA16 dan dua buah relai. Simulasi sistem hybrid catu daya ini dapat

menjamin suplai catu daya BTS selalu tersedia dengan nilai tegangan masukan

yang konstan dengan lama waktu switching 2 ms.

Kata kunci : hybrid, catu daya BTS, tenaga surya, tenaga angin, mikrokontroler,

switching regulator.


ix


ABSTRAK

Name : Fitria Yulinda

Study Program : Electrical Engineering

Title : Design Building Simulation Hybrid Solar and Wind Power

Systems for Power Supply 3G BTS

Using of alternative energy source such as solar cell and wind power could

over come problem about power supply from PLN for Base Tranceiver Station

(BTS). Solar energy can be extracted from solar cell power generator for one of

main alternative source in BTS. When the power of sunlight is not adequate to be

converted into solar cell power, the wind power generator could become a

secondary alternative source.

The output of solar cell and wind turbine depend greatly on surrounding

environment. This condition requires a certain circuits on the power generator to

maintain a constant number on the load input. The circuits used in this project are

switching regulator with IC L4970 with an output of 15 volt.

The decision of choosing between two alternative energies are excecuted

by ATMEGA16 microcontroller with two relays. This hybrid power system

guarantees suplai catu daya is available with constant input number.

Keyword: hybrid, supply power BTS, solar cell power, wind power,

microcontroller, switching regulator


x


DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL i

HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS ii

HALAMAN PENGESAHAN iii

KATA PENGANTAR iv

LEMBAR PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH vii

ABSTRAK viii

DAFTAR ISI x

DAFTAR GAMBAR xii

DAFTAR LAMPIRAN xiv

1. PENDAHULUAN 1

1.1 Latar Belakang 1

1.2 Perumusan Masalah 1

1.3 Tujuan Penelitian 1

1.4 Batasan Masalah 2

1.5 Metodologi Penelitian 2

1.6 Sistematika Penulisan 2

2. DASAR TEORI 4

2.1 Arsitektur Jaringan GSM 4

2.1.1 Mobile Station (MS) 4

2.1.2 Switching System (SS) 4

2.1.3 Base Station System (BSS) 6

2.1.4 Base Transceiver Station (BTS) 8

2.2 Tenaga Surya 9

2.2.1 Potensi tenaga surya 9

2.2.2 Prinsip kerja sel surya 11

2.2.3 Komponen sistem tenaga surya

2.2.4 Parameter sel surya 15

2.3 Tenaga Angin 9

2.2.1 Potensi angin 9

2.2.2 Komponen pembangkit tenaga surya 11


xi


2.2.3 Prinsip kerja pembangkit tenaga surya 15

3. PERANCANGAN SISTEM HYBRID CATU DAYA BTS 3G 19

3.1 Spesifikasi Kebutuhan Catu Daya BTS

3.2 Bagan Diagram Sistem Hybrid 22

3.2.1 Sel surya 22

3.2.2 Tenaga angin 24

3.2.3 Rangkaian switching regulator

3.2.4 Rangkaian pembagi tegangan

3.2.5 Rangkaian sistem minimum

3.2.6 Rangkaian switching sumber catu daya 27

4. ANALISIS 39

4.1 Analisis Perancangan sistem 39

4.2 Analisis Perancangan simulasi sistem 45

4.3 Analisa Rancang Bangun simulasi sistem 57

5. KESIMPULAN 59

DAFTAR REFERENSI 60


xii


DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Arsitektur Jaringan GSM .... (3)

Gambar 2.2 Arsitektur catu daya BTS .... (7)

Gambar 2.3 Kebutuhan daya untuk BTS ... (8)

Gambar 2.4 Penambahan unsur lain ke dalam semikonduktor ... (9)

Gambar 2.5 Semi konduktor jenis p dan n sebelum disambung .... (10)

Gambar 2.6 Perpindahan elektron dan hole ... ( 11)

Gambar 2.7 Penyerapan cahaya matahari di solar cell .... (12)

Gambar 2.8 Arus listrik dari solar cell .. . (13)

Gambar 2.9 Perbedaan sel, modul dan array … (13)

Gambar 2.10 Kurva arus listrik terhadap tegangan panel surya .... (14)

Gambar 2.11 Kurva daya keluaran terhadap tegangan panel .... (15)

Gambar 2.12 Komponen sistem tenaga angin ... (18)

Gambar 2.13 Horizontal Axis Wind Turbine ... (19)

Gambar 2.15 Vertical Axis Wind Turbine .... (20)

Gambar 2.16 Prinsip kerja pembangkit tenaga angin ... (23)

Gambar 2.17 Kurva daya keluaran terhadap kecepatan angin .... (24)

Gambar 3.1 Kebutuhan catu daya BTS … (25)

Gambar 3.2 Blok diagram sistem hybrid catu daya BTS 3G … (26)

Gambar 3.3 Blok diagram simulasi sistem hybrid catu daya BTS 3G … (32)

Gambar 3.4 Tampak atas L4970 … (33)

Gambar 3.5 Rangkaian switching regulator … (34)

Gambar 3.6 Pembagi tegangan … (34)

Gambar 3.7 Rangkaian pembagi tegangan sumber daya sel surya

dan angin … (35)

Gambar 3.8 Rangkaian regulator mikrokontroler … (35)

Gambar 3.9 Rangkaian sistem minimum … (37)

Gambar 3.10 Rangkaian switching catu daya … (38)

Gambar 4.1 Blok diagram sistem hybrid catu daya BTS 3G … (44)

Gambar 4.2 Kurva Irradiansi terhadap waktu .... (52)

Gambar 4.3 Kurva daya keluaran modul sel surya terhadap waktu ... (53)


xiii


Gambar 4.4 Kurva kecepatan angin terhadap waktu ... (53)

Gambar 4.5 Kurva daya keluaran turbin angin terhadap waktu ....(54)


xiv


DAFTAR LAMPIRAN

Gambar Perangkat Simulasi Sistem Hybrid Catu Daya BTS 3G ....(61)

Delay Relai Sistem …(62)

Pengolahan data Klimatologi Daerah Serpong tanggal 3 April 2009 …(66)


1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Pada er a s aat i ni ke butuhan ko munikasi s eluler s emakin meningkat. H al

ini harus didukung tersedianya jaringan telekomunikasi yang memadai di seluruh

daerah Indonesia. N amun kurang meratanya infrastruktur j aringan listrik da pat

mengakibatkan ke kurangan p asokan listrik untuk media pe rantara ko munikasi

seluler atau Base Transceiver Station (BTS). Hal ini sangat terasa terutama untuk

daerah terpencil yang sama sekali t idak mempunyai jaringan listrik. Penggunaan

genset sebagai sumber energi BTS kurang efisien karena biaya yang dikeluarkan

untuk pengadaan genset dan solar cukup mahal.

Hal ini da pat d iatasi de ngan pe nggunaan e nergi alternatif, seperti t enaga

surya d an t enaga a ngin. Penggunaan m odul s el surya menjadi salah s atu solusi

yang da pat di pertimbangkan s ebagai catu daya B TS, s edangkan e nergi a ngin

dapat digunakan ketika irradiansi matahari t idak da pat m emenuhi ke butuhan

beban. Teknologi u ntuk menghasilkan listrik da ri a ngin d isebut de ngan

Pembangkit Listrik Tenaga B ayu (PLTB). Teknologi i ni m engkonversi energi

kinetik dari angin menjadi energi untuk memutar r otor da lam sebuah generator,

sehingga dihasilkan listrik yang bebas polusi.

Penggunaan dua energi alternatif ini memerlukan pengaturan pensaklaran,

sehingga pa sokan listrik u ntuk B TS da pat s elalu t ersedia. P engaturan ini a kan

memilih secara ot omatis pe mbangkit listrik yang di gunakan. P rinsip ke rjanya

apabila tenaga s urya tidak da pat m encukupi kebutuhan B TS, maka s ecara

otomatis tenaga angin akan bekerja de ngan sendirinya. Namun jika kedua tenaga

alternatif t idak dapat memenuhi ke butuhan BTS maka beban a kan d isuplai o elh

genset.


2


1.2 Perumusan Masalah

Permasalahan yang d ibahas pa da skripsi ini a dalah rancang ba ngun

simulasi pengaturan tenaga surya dan tenaga angin sebagai catu daya BTS 3G.

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penulisan skripsi ini adalah untuk merancang bangun simulasi

sistem hybrid tenaga surya dan tenaga angin sebagai catu daya BTS 3G

1.4 Batasan Masalah

Untuk mempersempit masalah dan mempermudah analisis, permasalahan

dibatasi sebagai berikut :

1. Kebutuhan catu daya Base Transceiver Station (BTS) 3G

2. Penggunaan tenaga surya dan tenaga angin sesuai kebutuhan BTS

3. Perancangan simulasi sistem hybrid catu daya BTS 3G

4. Pengujian simulasi sistem hybrid catu daya BTS 3G

1.5 Metodologi Penelitian

Metodologi penelitian yang dilakukan dalam penyusunan skripsi ini adalah

dengan s tudi literatur mengenai catu daya BTS, t enaga surya, t enaga angin dan

switching regulator

1.6 Sistematika Penulisan

Agar mempermudah pe mbahasan, pe nulisan d ibagi da lam beberapa bab.

Bab s atu menguraikan latar be lakang masalah, pe rumusan masalah, t ujuan

penulisan, pembatasan masalah, metodologi penelitian, dan sistematika penulisan.

Bab dua membahas t entang catu daya BTS, t enaga surya da n t enaga a ngin. Bab

tiga membahas tentang perancangan sistem hybrid tenaga angin dan tenaga surya

sebagai catu daya B TS. B ab e mpat merupakan analisis berdasarkan ha sil

rancangan, sedangkan ba b l ima be risi penutup yang merupakan kesimpulan da ri

skripsi ini.


3


BAB II

DASAR TEORI

2.1 BASE TRANSCEIVER STATION (BTS)

Secara u mum t erdapat e mpat ko mponen yang diperlukan u ntuk s uatu

arsitektur jaringan GSM, yaitu mobile station (MS), Base Station System (BSS),

Switching System (SS), dan Operation and Support System (OSS) ( lihat Gambar

2.1)

Mobile Switching

Centre (MSC)

Authentication Centre (AUC)

Interworking Location Register

(ILR)

Home Location Register (HLR)

Equipment Identity Register

(EIR)

Data Transmission Interworking

(DTI)

Gateway Mobile

Switching Centre

(GMSC)Transcoder Controller

(TRC)

Mobile Station (MS)

Base Station

Controller (BSC)

Base Transceiver

Station (BTS)

Operation and Support System

(OSS)

Base Station System

Switching System

Gambar 2.1 Arsitektur Jaringan GSM [5]

2.1.1 Mobile Station (MS)

Mobile Station (MS) ada lah pe rangkat terminal transceiver yang berada

pada pelanggan. MS terdiri dari Mobile Equipment (ME) atau telpon selular da n

Subscriber Identification Module (SIM). S IM a dalah smart card yang berisi

seluruh informasi pe langgan da n beberapa feature dari G SM. K artu SIM ini

terlindungi o leh mekanisme Personal Identity Number (PIN) yang dimiliki

pelanggan. Air interface menghubungkan a ntara M S da n Base Station System

(BSS).


4


2.1.2 Switching System (SS)

Switching System (SS) adalah perangkat yang mengatur fungsi switching

dan databasis pelanggan. Sistem ini terdiri atas

a. Gateway Mobile Switching Centre (GMSC)

GMSC i ni m enghubungkan dua j aringan. Gateway sering d itempatkan

pada MSC. MSC yang diset up akan disebut GMSC.

b. Mobile Switching Centre (MSC)

MSC b erfungsi mengontrol pa nggilan da ri da n menuju s istem t elepon

maupun data yang lain.

c. Data Transmission Interworking (DTI)

DTI b erupa pe rangkat l unak da n pe rangkat ke ras yang menyediakan

hubungan da ri berbagai jaringan u ntuk v ariasi ko munikasi d ata. DTI

pelanggan dapat d igunakan sebagai alternatif jalur bicara dan da ta da lam

satu panggilan yang sama. DTI juga sebagai modem untuk menyesuaikan

kecepatan data.

d. Authentication Centre (AUC)

Unit A UC m enyediakan parameter autentikasi ya ng memeriksa i dentitas

pemakai dan memastikan ke mantapan da ri s etiap panggilan. AUC

melindungi operator jaringan dari penipuan di dunia seluler.

e. Home Location Register (HLR)

HLR adalah d atabase u ntuk menyimpan da n mengatur da ta pe langgan.

Data y ang tersedia berupa da ta t etap, s tatus layanan, informasi lokasi,

status a ktivasi pe langgan. Ketika pe langgan membeli nomor da ri sebuah

operator seluler merka akan langsung terdaftar dalam HLR milik operator.

HLR dapat pula digabungkan dengan MSC.

f. Equipment Identity Register (EIR)

EIR merupakan databasis yang berisi informasi tentang identitas perangkat

MS yang mencegah pa nggilan da ri pe ncurian, ke tidakamanan, da n t idak

berfungsinya MS.

g. Interworking Location Register (ILR)


5


ILR adalah perangkat yang digunakan untuk sistem GSM 1900. ILR dapat

membuat roaming antar sistem terjadi

2.1.3 Base Station System (BSS)

Base S tation S ystem ( BSS) merupakan pe rangkat y ang menghubungkan

MS dengan MSC. BSS terdiri dari tiga komponen yaitu :

a. Transcoder Controller (TRC)

TRC berfungsi u ntuk transkoding dan pe nyesuaian ke cepatan.

Transkoding adalah pe ngkodean pe mbicaraan d ari B SC ke M SC at au

mengkonversi informasi da ta da ri P CM coder (A/D converter) k e

informasi bi cara dalam G SM coder. P enyesuaian ke cepatan melakukan

konversi ke cepatan da ta at au suara da ri 64 Kbps yang keluar da ri M SC

menjadi 16 K bps y ang m enuju B SC. Penyesuaian i ni sangat penting

karena t anpa penyesuaian, maka link ke BSC menjadi 4 ka li kemampuan

kecepatan da ta. K emampuan t ransmisi in i sangat m ahal dalam ja ringan.

Dengan mengkonversi kecepatan ini memungkinkan menggunakan ¼ link

transmisi da n p eralatan. D alam system G SM, T RC t erdiri da ri u nit-unit

yang melakukan transkoding dan penyesuaian kecepatan. Perangkat keras

ini d isebut Transcoder and Rate Adaption Units (TRAUs). S etiap BSC

yang terhubung ke T RC da pat meminta u ntuk menggunakan salah s atu

TRAUs u ntuk pa nggilan. T RC ini akan memonitor transmisi s epanjang

waktu. Jika kesalahan terjadi dalam kanal bicara terdeteksi, maka TRAUs

akan menghaluskan suara yang tertuju ke MSC.

b. Base Station Controller (BSC)

BSC b erfungsi m engontrol s emua hu bungan sistem r adio G SM.

BSC m erupakan switch be rkapasitas be sar ya ng menyediakan f ungsi

seperti handover MS, pe nyediaan ka nal r adio, da n ku mpulan beberapa

konfigurasi sel. Beberapa BSC dapat dikontrol oleh setiap MSC.

c. Base Transceiver Station (BTS)

Base Station Transceiver merupakan pe rangkat G SM y ang

berhubungan langsung dengan M S melalui air interface. B TS be rfungsi

sebagai pengirim dan penerima sinyal komunikasi dari dan dengan tujuan


6


antara M S da n jaringan, s ehingga da pat d ikatakan bahwa jika t idak a da

BTS, maka komunikasi seluler tidak dapat terlaksana.

2.2 Base Station Transceiver (BTS)

Bentuk f isik BTS b erupa menara yang mempunyai a ntena s ebagai

transceiver. Ada dua jenis antena yaitu antena yang menghubungkan BTS dengan

ME serta antena microwave yang menghubungkan BTS dengan BSC.

Antena GSM bisa dualband bisa juga singleband. Untuk antena dualband,

GSM900 da n G SM1800 B TS bi sa d ihubungkan ke a ntena ya ng sama. Pada

singleband antena G SM900 lebih besar d ibandingkan a ntena G SM1800. P ita

900/1800 MHz m erupakan f rekuensi y ang dipancarkan oleh antena B TS y ang

kemudian ditangkap oleh M E. Untuk saat i ni s ebagian b esar M E m enggunakan

dualband, sehingga tidak bermasalah jika BTSnya masih berfrekuensi 900 MHz.

Frekuensi mempengaruhi besarnya jangkauan yang diinginkan. Penentuan

jarak a ntar BTS d ipengaruhi o leh kepadatan pe ngguna pada daerah t ersebut da n

jangkauan yang d iinginkan o leh B TS. K edua ha l t ersebut s aling bertentangan.

Bila ing in mendapatkan ja ngkauan yang luas u ntuk s atu B TS, maka ju mlah

pelanggan yang dapat dilayani pun akan berkurang. Pada sistem GSM t iapa BTS

mempunyai a lokasi frekuensi t ersendiri yang biasa d isebut frequency assignment

(FA). GSM menggunakan sistem time division multiple access (TDMA) sehingga

tiap frekuensi d ibagi ke da lam 8 time slot. T iap time slot hanya bisa d igunakan

oleh s atu pe langgan d alam s atu w aktu. P ada s etiap B TS bisa d ialokasikan

beberapa F A. H al ini menyebabkan untuk da erah yang pa dat pe nduduk, maka

vendor akan m embangun lebih banyak B TS, s edangkan u ntuk daerah yang

sebaliknya vendor akan m embangun BTS dengan j arak y ang cukup b erjauhan

sehingga jangkauan dapat luas.

Antena ge lombang microwave mempunyai bentuk s eperti ge ndang.

Gainnya berkisar 30-40 dB. Antena ini t ermasuk jenis high performance antena.

Biasanya ada dua merek, yaitu Andrew da n R FS. C iri k has da ri a ntena high

performance ini adalah bentuknya yang seperti gendang, dan terdapat penutupnya,

yang disebut radome. F ungsi radome antara lain u ntuk melindungi ko mponen

antena t sb, da ri p erubahan c uaca s ekitarnya. Antena ini menghubungkan a ntara


7


BTS de ngan BS C, s ehingga a ntar B TS tidak terhubung secara langsung tapi

melalui BSC da n MSC. S etiap vendor memiliki protocol, sehingga t idak a kan

terjadi hubungan antara BTS dengan BSC yang berbeda vendor.

Perangkat yang terdapat di da lam ruangan menara yaitu BTS, microwave

indoor unit dan sistem rectifier. Rectifier ini berfungsi menyearahkan arus l istrik

yang diterima dari supply PLN ka rena input BTS b erupa t egangan searah.

Ruangan mempunyai AC u ntuk menjaga s uhu d i da lam r uangan p ada s uhu

optimum sehingga umur pakai peralatan dapat lebih lama.

Pada G ambar 2.2 d iperlihatkan ko mponen yang t erdapat da lam sebuah

BTS 3G dengan tiga sektoral frekuensi 2100 Mhz secara umum :

Filter Unit (FU)

Baterai

Supply PLN 3 Phasa

Baterai Fuse Unit

(BFU)

Digital Unit (DU)

Power Supply Unit

(PSU)

AC Connection

Unit (ACCU)

Power Distribution

Unit (PDU)

Radio Unit (RU)

Fan Control Unit

(FCU)

Base Transeiver Station (BTS)

Gambar 2.2 Arsitektur catu daya Base Transceiver Station [5]

Catu daya pada BTS adalah tegangan searah dengan nilai tegangan -48V.

suplai P LN t iga p hasa a kan d iubah menjadi tegangan s earah dengan ni lai

tegangan 48V di bagian PSU. PSU memiliki rectifier. Setelah tegangan menjadi -

48V, maka pe ndistribusian da ya d ilakukan o leh PDU. PDU ini menyuplai da ya

untuk uni t d igital d an u nit r adio. U nit r adio ini menyuplai filter unit yang

menyuplai ke butuhan a ntena. B aterai d igunakan s aat pa sokan listrik pa dam

sehingga B TS t idak mengalami pe madaman. K etika baterai d igunakan maka


8


genset akan menyiapkan diri untuk menggantikan baterai. Baterai yang digunakan

adalah 12 V sebanyak 4 buah. Baterai langsung terhubung ke PDU.

Daya t otal yang d igunakan sebuah B TS a dalah 4800 w att. D engan nilai

tegangan -48V dan nilai arus listrik 100A. Setiap bagian menghabiskan daya 960

watt. Dari Gambar 2.3 diperlihatkan kebutuhan daya pada BTS.

CBU20 A960W

RU20A

960W

RU20A

960W

FCU10A

480W

FCU10A

480W

RU20 A

960W

-

+

48 V

Gambar 2.3 Kebutuhan daya untuk BTS[5]

2.2 Tenaga Surya

2.2.1 Potensi Tenaga Surya

Potensi t enaga surya d i dunia sangat besar. Energi yang d ikeluarkan o leh

sinar matahari d iterima permukaan bumi sebesar 69% dari t otal e nergi p ancaran

bumi. Energi matahari yang diterima pe rmukaan bumi adalah 243 10× joule pe r

tahun. Jumlah energi t ersebut a dalah 410 kali ko nsumsi e nergi d i seluruh du nia.

Dengan menutup 0,1% permukaan bumi dengan sel surya yang memiliki efisiensi

10% telah mampu menutupi kebutuhan energi di seluruh dunia., energi ini setara

dengan 172 10× watt.[7]

Sebagai negara t ropis, I ndonesia mempunyai po tensi e nergi surya yang

cukup besar. Berdasarkan data penyinaran matahari yang dihimpun dari 18 lokasi

di I ndonesia, r adiasi surya d i I ndonesia da pat d iklasifikasikan berturut-turut

sebagai b erikut [9]: un tuk ka wasan ba rat da n t imur I ndonesia de ngan d istribusi

penyinaran d i Kawasan B arat I ndonesia ( KBI) s ekitar 4, 5 kWh/ 2m /hari d engan


9


variasi bulanan sekitar 10% ; da n d i Kawasan T imur Indonesia (KTI) sekitar 5, 1

kWh/ 2m /hari dengan va riasi bulanan sekitar 9% . D engan de mikian, pot ensi sel

surya rata-rata Indonesia sekitar 24,8 / /kWh m hari dengan variasi bulanan sekitar

9%.

2.2.2 Prinsip Kerja Sel Surya

Sel surya tersusun atas dua jenis semikonduktor, yakni jenis n dan jenis p.

Semikonduktor j enis n merupakan s emikonduktor y ang memiliki ke lebihan

elektron, s ehingga ke lebihan muatan n egatif, s edangkan semikonduktor j enis p

memiliki k elebihan hole karena ke lebihan muatan po sitif. Pengontrolan j enis

semikonduktor da pat di lakukan de ngan cara menambahkan unsur lain ke d alam

semikonduktor sebagaimana diilustrasikan pada Gambar2.4.

Gambar 2.4 Penambahan unsur lain ke dalam semikonduktor[10]

Pada awalnya, pembuatan dua jenis semikonduktor ini dimaksudkan untuk

meningkatkan t ingkat k onduktifitas a tau tingkat ke mampuan daya hantar l istrik

dan pa nas semikonduktor a lami. Di da lam semikonduktor a lami ( semikonduktor

intrinsik) elektron maupun hole memiliki ju mlah yang sama. Kelebihan elektron

atau hole dapat m eningkatkan daya ha ntar l istrik m aupun panas dari s ebuah

semikoduktor.

Jika semikonduktor i ntrinsik yang d imaksud ialah silikon ( Si), maka

semikonduktor j enis p, bi asanya d ibuat de ngan menambahkan uns ur b oron ( B),

aluminum (Al), gallium (Ga) atau indium (In) ke dalam Si. Unsur-unsur tambahan

ini akan menambah jumlah hole. Sedangkan semikonduktor jenis n dibuat dengan


10


menambahkan nitrogen (N), fosfor (P) atau arsen (As) ke dalam Si. Penambahan

unsur ini disebut dengan doping.

Dua jenis s emikonduktor n dan p jika d isatukan a kan membentuk

sambungan p-n atau dioda p-n (metallurgical junction) yang dapat dilihat pa da

Gambar 2.5

Gambar 2.5 Semikonduktor jenis p dan n sebelum disambung[10]

Sesaat setelah dua jenis semikonduktor ini disambung, terjadi perpindahan

elektron-elektron da ri s emikonduktor n menuju semikonduktor p, da n

perpindahan h ole dari s emikonduktor p m enuju s emikonduktor n. P erpindahan

elektron maupun hole ini hanya sampai pada jarak tertentu dari batas sambungan

awal. Elektron dari semikonduktor n bersatu dengan hole pada semikonduktor p

yang mengakibatkan jumlah hole pada semikonduktor p a kan berkurang. Daerah

ini a khirnya be rubah m enjadi lebih bermuatan po sitif.

Pada saat yang sama. hole dari semikonduktor p bersatu dengan elektron yang ada

pada s emikonduktor n y ang mengakibatkan jumlah e lektron d i da erah ini

berkurang. Daerah ini akhirnya lebih bermuatan positif.

Daerah negatif da n po sitif ini d isebut de ngan d aerah d eplesi ( depletion

region) d itandai de ngan huruf W. B aik e lektron maupun hole yang ada pa da

daerah de plesi d isebut de ngan pe mbawa muatan minoritas ( minority charge

carriers) karena keberadaannya d i jenis semikonduktor yang berbeda. Perbedaan

muatan po sitif da n negatif d i da erah deplesi akan m enyebabkan medan l istrik

internal E dari s isi positif ke s isi negatif, yang mencoba menarik kembali hole ke

semikonduktor p dan e lektron ke semikonduktor n. Me dan listrik ini c enderung

berlawanan de ngan pe rpindahan h ole maupun e lektron pa da aw al t erjadinya

daerah deplesi (lihat Gambar 2.6).


11


Gambar 2.6 Perpindahan elektron dan hole[4]

Medan listrik mengakibatkan sambungan p-n berada pada titik setimbang,

yakni saat di m ana j umlah ho le ya ng berpindah dari semikonduktor p ke n

dikompensasi dengan jumlah hole yang tertarik kembali kearah semikonduktor p

akibat medan l istrik E. Begitu pula de ngan jumlah e lektron yang berpindah dari

semikonduktor n ke p, d ikompensasi dengan mengalirnya k embali elektron ke

semikonduktor n akibat tarikan medan listrik E. Dengan kata lain, medan listrik E

mencegah seluruh e lektron da n hole berpindah d ari semikonduktor yang satu ke

semikonduktor yang lain.

Pada s ambungan p-n inilah pr oses ko nversi c ahaya matahari menjadi

listrik t erjadi. Untuk ke perluan sel s urya, semikonduktor n berada pa da lapisan

atas sambungan p yang menghadap kearah datangnya cahaya matahari, dan dibuat

jauh lebih t ipis da ri semikonduktor p, s ehingga cahaya m atahari y ang jatuh ke

permukaan s el surya da pat terus terserap da n m asuk ke da erah de plesi da n

semikonduktor p.

Ketika s ambungan s emikonduktor i ni t erkena cahaya matahari, maka

elektron mendapat e nergi da ri ca haya matahari untuk melepaskan d irinya da ri

semikonduktor n, daerah deplesi maupun semikonduktor. Terlepasnya elektron ini

meninggalkan hole pada da erah yang d itinggalkan o leh elektron yang d isebut

dengan fotogenerasi e lektron-hole (electron-hole photogeneration) ya kni,

terbentuknya pasangan elektron dan hole akibat cahaya matahari.


12


Pada Gambar 2.7 diperlihatkan penyerapan matahari di sel surya.

Gambar 2.7 Penyerapan cahaya matahari di solar cell[10]

Cahaya matahari de ngan pa njang gelombang (λ) yang berbeda, membuat

fotogenerasi p ada sambungan p-n berada pa da ba gian s ambungan p-n yang

berbeda pu la. S pektrum merah da ri c ahaya matahari yang memiliki pa njang

gelombang lebih pa njang, mampu menembus da erah de plesi hingga t erserap d i

semikonduktor p yang a khirnya menghasilkan pr oses fotogenerasi d i sana.

Spektrum biru dengan panjang gelombang yang jauh lebih pendek hanya terserap

di da erah s emikonduktor n. S elanjutnya, d ikarenakan pa da s ambungan p-n

terdapat m edan listrik E, e lektron hasil fotogenerasi t ertarik ke ar ah

semikonduktor n, begitu pula dengan hole yang tertarik ke arah semikonduktor p.

Apabila rangkaian kabel dihubungkan ke dua bagian semikonduktor, maka

elektron a kan mengalir melalui ka bel. J ika s ebuah lampu kecil d ihubungkan ke

kabel, lampu t ersebut menyala d ikarenakan mendapat a rus listrik, d imana a rus

listrik ini timbul akibat pergerakan elektron(lihat Gambar 2.8)


13


Gambar 2.8 Arus listrik dari solar cell[10]

2.2.3 Komponen Sistem Tenaga Surya

Sistem t enaga s urya t erdiri atas ar ray, rangkaian ko ntroler pe ngisian

(charge controller), dan baterai.

Array merupakan m odul y ang tersusun atas be berapa sel s urya y ang

terpasang paralel maupun seri. Besarnya energi l istrik yang dihasilkan sebanding

dengan luas permukaan panel surya(lihat Gambar 2.9)

Gambar 2.9 Perbedaan sel, modul dan array[3]

Rangkaian ko ntroler pe ngisian a ki berfungsi u ntuk t empat pe nyimpanan

daya listrik sebelum dialirkan ke beban. Pengisian ini p erlu agar nilai t egangan

masukan pada beban sesuai dengan kebutuhan.

Baterai d iperlukan sebagai t empat cada ngan e nergi k etika matahari t idak

mampu memberikan energi foton ke sel surya. Untuk mencegah sel surya menjadi

beban d an ba terai menjadi sumber t egangan, maka d ipasang sebuah al at yang

mengatur pe nsaklaran da ri s el s urya. Ketika nilai t egangan ke luaran sel surya


14


lebih kecil dari nilai tegangan baterai maka hubungan antara sel surya dan baterai

akan diputus.

2.2.4 Parameter sel surya

a. Kurva I-V sel surya

Kharakteristik dasar da ri pa nel sel s urya d iperlihatkan pa da

Gambar 2.10.

Gambar 2.10 Kurva arus listrik terhadap tegangan panel surya [3]

Gambar 2.10 menunjukkan kurva nilai tegangan terhadap nilai arus

listrik yang bervariasi. Berdasarkan hukum Ohm yaitu[3] :

VRI

= (2.1)

dimana R= Hambatan panel surya (Ω)

V = Tegangan panel surya (volt)

I = Arus listrik panel surya (ampere)

Dari persamaan 2.1 diperoleh ni lai tegangan listrik yang me ngalir

pada panel surya, yaitu[3] :

V I R= ⋅ (2.2)

Saat nilai h ambatan y ang kecil ma ka arus l istrik yang mengalir

maksimum dan ni lai tegangan mendekati ni lai nol. K ondisi in i disebut


15


keadaan h ubung s ingkat da n nilai a rus listrik yang mengalir d isebut a rus

hubung s ingkat ( short c ircuit c urrent). A rus listrik ini s ebanding de ngan

jumlah s el surya yang terhubung paralel.Terlihat b ahwa nilai a rus hubung

singkat s ebanding de ngan t ingkat irradiansi matahari. Pada G ambar 2. 10

terlihat semakin tinggi ni lai ir radiansi ma tahari ma ka ni lai arus l istrik pun

semakin tinggi.

Saat nilai h ambatan bertambah ma ka ni lai arus l istrik pu n a kan

menurun hingga mendekati nol. Kondisi ini disebut keadaan hubung terbuka

dan nilai t egangan pa nel s urya d isebut tegangan hubung terbuka ( open

circuit voltage). Tegangan ini menunjukkan keluaran dari panel surya tanpa

beban.

d. Kurva P-V

Gambar 2.11 menunjukkan kurva daya terhadap tegangan.

Gambar 2.11 Kurva daya keluaran terhadap tegangan panel surya [3]

Saat ni lai a rus listrik nol maka da ya yang d ihasilkan pa nel surya

adalah nol. Demikian juga saat tegangan l istrik no l maka daya panel surya

pun a kan nol. S aat ha mbatan be ban be rtambah mulai d ari hubung singkat

maka nilai t egangan a kan bertambah hingga a khirnya ke adaan menjadi

hubung terbuka. S epanjang kur va I -V ( lihat G ambar 2.10) a kan t erdapat

nilai s aat panel surya m enghasilkan ni lai daya m aksimum. K ondisi in i

disebut peak power point (PPP). Gambar 2.11 menunjukkan daya keluaran


16


panel s urya s aat ni lai a rus listrik da n t egangan d itunjukkan o leh G ambar

2.10. Terlihat bahwa nilai P PP t erjadi s aat ni lai t egangan pa nel 80% da ri

nilai t egangan h ubung buka, un tuk j angkauan lebar da ri t ingkat irradiansi

matahari. P ada G ambar 2.10 ni lai ha mbatan bertambah s eperti ni lai

irradiansi berkurang untuk mendapat daya keluaran maksimum dari panel.

Efisiensi d ari k onversi energi s urya dari s el s urya dideskripsikan

melalui persamaan[3] :

100%keluaran

masukan

Daya xDaya

η = (2.3)

Tentunya dengan semakin be sar ni lai e fisiensi m aka s emakin tinggi daya

keluaran sel surya yang kita dapat di bawah sinar matahari.

2.3 Tenaga Angin

2.2.1 Potensi Angin

Angin adalah udara yang bergerak dari tekanan t inggi ke tekanan rendah.

perbedaan t ekanan ini ak ibat da ri r adiasi sinar matahari yang tidak merata

sehingga menyebabkan pe rbedaan s uhu uda ra. Angin yang b ergerak memiliki

energi k inetik. E nergi ini d ikonversi ke d alam b entuk e nergi listrik de ngan

menggunakan turbin angin yang akan memutar generator. Sehingga turbin angin

ini sering disebut sistem konversi energi angin (SKEA).

Angin adalah ud ara yang bergerak sementara uda ra juga memiliki ma ssa

maka a ngin memiliki e nergi k inetik. Menurut f isika k lasik energi kinetik dari

angin adalah[8] :

212

E m v= ⋅ ⋅ (2.4)

dimana : E = energi kinetik (joule)

m = massa angin (kg)

v = kecepatan angin(m/s)


17


Pengaruh ke tinggian t erhadap ke cepatan a ngin da pat d itunjukkan o leh

persamaan[3] :

22 1

1

hv vh

α

=

(2.5)

dimana 1v = kecepatan angin saat ketinggian referensi 1h (m/s)

2v = kecepatan angin saat ketinggian 2h (m/s)

α = ko nstanta pe rmukaan t anah, un tuk daerah de ngan banyak pepohonan

nilainya 0,25 dan untuk daerah pantai 0,1

Daya yang dimiliki oleh angin dapat ditunjukkan oleh persamaan [3]:

312anginP A vρ= ⋅ ⋅ ⋅ (2.6)

dimana : P = daya angin (watt)

ρ = kerapatan udara ( 3/kg m )

A = luas sapuan blade rotor turbin ( 2m )

Terlihat bahwa energi yang dimiliki o leh angin adalah fungsi pangkat tiga

dari kecepatannya. Sementara kerapatan udara berkisar antara 0,9 3( / )kg m hingga

1,4 3( / )kg m .

Persamaan 2.6 merupakan daya yang diperoleh saat keadaan ideal, dengan

mengabaikan r ugi-rugi da ya da n e nergi a ngin dikonversi s eluruhnya menjadi

energi listrik. N amun k enyataan d i lapangan tidak seperti itu. T erdapat faktor

efisiensi mekanik t urbin a ngin dan ge nerator, m aka da ya yang da pat d iperoleh

dari energi angin menjadi [3]:

312turbinP A vη ρ= ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ (2.7)

dimana : η = efisiensi sistem tenaga angin

Secara t eoritik energi a ngin maksimum yang da pat ditangkap h anya

sekitar 59, 3% d ari ka ndungan e nergi yang lewat. Angka 59, 3% di namakan

batasan Betz.[5]


18


Berdasarkan r apat da ya ( power density) ya ng dibawa, a ngin dibedakan

menjadi tujuh kelas seperti tertera pada Tabel 2.1[8]. Tabel 2.1 Kelas angin berdasarkan rapat daya[8]

2.2.2 Komponen Pembangkit Tenaga Angin

Komponen pembangkit tenaga angin dapat dilihat pada Gambar 2.12

Gambar 2.12 Komponen sistem tenaga angin[4]


19


Sistem tenaga angin mempunyai tiga komponen utama, yaitu :

a. Rotor Turbin

Rotor turbin terdiri atas blade untuk menangkap energi angin menjadi

energi g erak pada put arannya. H al yang pe rlu d iperhatikan a dalah d isain

aerodinamis seefisien mungkin serta ketahanan dan berat blade.

Terdapat dua jenis turbin angin, yaitu :

a) Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT)

Turbin je nis HAWT me mpunyai s umbu putar turbin horizontal

dengan t anah. T urbin jenis ini pa ling banyak d ikembangkan d i berbagai

negara. Turbin ini ditunjukkan oleh Gambar 2.13

Gambar 2.13 Horizontal Axis Wind Turbine[4]

Turbin ini terdiri atas dua jenis, yaitu :

(a) me sin upwind mempunyai r otor y ang berhadapan langsung de ngan

angin. D esainnya t idak fleksibel da n memerlukan s istem yaw a gar r otor

tetap berhadapan dengan angin.

(b) mesin downwind mempunyai rotor yang diletakkan di belakang menara.

Disain turbin l ebih f leksibel da n tidak m enggunakan sistem y aw. Namun

kelemahannya angin harus melalui menara t erlebih da hulu sebelum sampai

pada turbin sehingga menambah beban turbin.


20


b) Vertical Axis Wind Turbine (VAWT)

Turbin jenis V AWT m empunyai sumbu putar y ang v ertikal

terhadap tanah memiliki sumbu put ar vertikal t erhadap t anah. Rotor turbin

berputar r elatif pelan (di bawah 100 rpm) dan memerlukan t orsi awal d ari

luar mesin, sehingga jarang digunakan untuk turbin komersial. Keunggulan

turbin angin sumbu vertikal adalah generator berada di tanah sehingga tidak

membebani menara dan t idak memerlukan sistem yaw untuk menyejajarkan

rotor dengan arah angin. Turbin jenis ini diperlihatkan pada Gambar 2.14

Gambar 2.14 Vertical Axis Wind Turbine[4]

VAWT terdiri dari dua tipe, yaitu:

(a) VAWT dorong

VAWT je nis dorong mempunyai ni lai TSR<1 artinya l ebih b anyak

bagian blade yang mengalami ga ya do rong, seperti pa da mangkuk

anemometer da n Savonius. Kecepatan maksimum blade yang d ihasilkan

hampir s ama de ngan k ecepatan a ngin. Ujung blade tidak pernah bergerak

lebih cepat da ripada k ecepatan angin. Turbin jenis in i me miliki efisiensi

daya yang rendah.

(b) VAWT angkat

VAWT jenis angkat mempunyai n ilai TSR>1 artinya lebih banyak

bagian blade yang mengalami g aya an gkat, seperti pa da t urbin D arrius.

Masing-masing blade memperlihatkan momen ga ya a ngkat maksimum

hanya dua k ali setiap put aran da n da ya ke luarannya berbentuk s inusoida.


21


Ukuran blade relatif besar da n t inggi, sehingga menimbulkan ge taran.

Biasanya memakai dua atau tiga blade. Turbin jenis in i menghasilkan lebih

banyak keluaran dan memiliki efisien tinggi.

Bahan blade yang dipilih harus me menuhi aspek fisis y ang meliput i

kekuatan, e lastisitas, dan ke tahanan. D isain blade harus memperhatikan pu la

kejadian mendadak s eperti ke mungkinan adanya a ngin taufan. B ahan blade

yang biasa d ipilih umumnya r elatif r ingan dan m empunyai ketahanan ya ng

bagus.

Jumlah blade pada rotor turbin angin bervariasi, dan tidak ada tinjauan

teoritis ya ng benar sebagai ko nsep t erbaik, t etapi lebih d itentukan o leh jenis

penggunaannya, misalnya u ntuk pembangkit listrik a tau po mpa a ir, s erta

kecepatan angin saat rotor mulai berputar. Ada beberapa konsep blade yaitu :

a) satu blade

Konsep satu blade turbin akan sulit untuk setimbang dan membutuhkan angin

yang sangat kencang untuk menghasilkan gaya angkat putar.

b) dua blade

Konsep dua blade turbin lebih mudah setimbang namun kedudukannya mudah

bergeser. D isain blade harus memiliki k elengkungan yang tajam u ntuk

menangkap angin secara efektif, namun untuk kecepatan angin rendah (sekitar

3 m/s) putaran akan sulit dimulai

c) tiga blade

Konsep t iga blade lebih setimbang dan kelengkungan blade lebih halus untuk

dapat menangkap energi angin secara efektif. Konsep ini paling sering dipakai

pada turbin komersial.

d) multi blade

Konsep multi blade ini justru memiliki efisiensi r endah, t etapi dapat

menghasilkan m omen gaya awal y ang cukup be sar untuk m ulai b erputar,

cocok untuk ke cepatan a ngin r endah. B entuk blade yang tipis, ke cil,

kelengkungan halus, da n ko nstruksi yang solid. Konsep ini banyak d ijumpai

pada t urbin angin u ntuk ke perluan memompa air, me nggiling bi ji-bijian,

karena murah da n mampu bekerja p ada ke cepatan angin rendah s ehingga

tower tidak perlu terlalu tinggi dan air dapat dipompa secara kontinu.


22


b. Gearbox

Gearbox berisi s istem roda gigi ya ng mengubah l aju r endah blade

( ± 100 r pm) menjadi laju put ar tinggi ( ⟩ 1500 r pm) yang a kan masuk ke

generator.

c. Generator

Generator merupakan bagian yang mengkonversi energi kinetik menjadi

energi l istrik. Konversi e nergi di b agian in i ha rus seefisien mu ngkin dalam

menangani nilai masukan yang berubah-ubah dan ni lai keluaran yang sesuai

kebutuhan.

Komponen penunjang dari sebuah sistem tenaga angin, yaitu :

a. Menara

Menara a ngin mendukung t urbin da n nacelle semacam r umah yang di

dalamnya terdapat komponen penting seperti generator, batang penerus putaran,

pengendali, gearbox. T inggi menara a ntara 20 -50 meter. Konstruksi m enara

menggunakan baja da n beton y ang berbentuk pipa dan be rkisi-kisi. H al yang

diperhatikan ada lah menghindari semua frekuensi resonansi dari menara, rotor

dan nacelle dari fluktuasi frekuensi angin.

b. Rem cepat

Rem cepat berada d i po ros terdekat dengan generator. Fungsinya untuk

membatasi laju putar di atas rating yang dapat merusak sistem generator.

c. Rem lambat

Rem lambat terdapat di depan gearbox dan dioperasikan secara manual.

Fungsinya untuk menghentikan blade saat dilakukan perawatan.

d. Sistem Yaw

Sistem ini menjaga a gar p osisi blade tetap menghadap angin s ecara

frontal sehingga blade dapat menangkap angin maksimum

e. Pengontrol kecepatan

Disain turbin mempunyai pengontrol sudut (pitch) pada blade. Pada saat

kecepatan a ngin turun, blade bergerak memutar menghadap arah a ngin, t etapi

pada saat kecepatan angin sangat besar maka bergerak memutar menjauhi arah

angin. Hal ini dibuat agar disain turbin dapat menghasilkan daya yang optimal

dan konstan.


23


II.2.3 Prinsip Kerja Pembangkit Tenaga Angin

Prinsip kerja pembangkit tenaga listrik dapat dilihat pada Gambar 2.15.

Gambar 2.15 Prinsip kerja pembangkit tenaga angin[4]

Blade bergerak karena a ngin yang mempunyai kecepatan. Blade berputar

pada po rosnya. P utaran yang dihasilkan t idak terlalu cepat ka rena massa blade

yang besar. L aju yang rendah ini d ilanjutkan o leh gearbox. Gearbox mengubah

laju putar m enjadi lebih cepat s esuai de ngan ke butuhan ge nerator. G enerator

kemudian mengubah energi gerak menjadi energi listrik yang dialirkan ke beban.

Efisiensi turbin angin ditentukan o leh Cp dengan nilai maksimum 59,3%.

Efisiensi t ransmisi gearbox Nb bisa mencapai 9 5% da n efisiensi ge nerator Ng

hingga 80%.[9]

Tiga jenis kecepatan angin yang perlu diperhitungkan yaitu kecepatan cut-

in speed, kecepatan r ating, da n ke cepatan cut-off . K ecepatan cut-in adalah

besarnya ke cepatan a ngin ke tika t urbin mulai berputar. Kecepatan r ating adalah

kecepatan s aat t urbin d apat bekerja o ptimal, sedangkan ke cepatan cut-off adalah

kecepatan maksimum yang d iperbolehkan sebelum t urbin mengalami kerusakan.

Pada G ambar 2.16 ditunjukkan hu bungan a ntara laju angin dengan da ya yang

dihasilkan turbin.


24


Gambar 2.16 Kurva daya keluaran terhadap kecepatan angin [4]


25


BAB III

PERANCANGAN SISTEM HYBRID CATU DAYA

BASE TRANSCEIVER STATION

3.1 Perancangan Catu Daya BTS 3G Dengan Sistem Hybrid Tenaga Surya

dan Tenaga Angin

3.1.1 Spesifikasi kebutuhan beban BTS 3G

BTS 3G mempunyai k ebutuhan da ya sebesar 4800 w att de ngan nilai

tegangan searah -48V dan arus listrik 100A. Sumber catu daya berasal dari PLN,

genset da n baterai sebagai cadangan. C atu daya PLN 3 P hasa a kan d iubah

menjadi t egangan s earah de ngan nilai t egangan 48V d i bagian P SU. P SU

memiliki rectifier. S etelah t egangan menjadi -48V, maka pe ndistribusian daya

dilakukan oleh PDU. PDU menyuplai daya untuk unit digital dan unit radio. Unit

radio i ni m enyuplai f ilter unit y ang m enyuplai kebutuhan antena. Baterai

digunakan s aat pa sokan l istrik pa dam, sehingga B TS t idak mengalami

pemadaman. Ketika baterai digunakan, maka genset akan menyiapkan d iri untuk

menggantikan baterai. B aterai yang d igunakan adalah 12 V sebanyak 4 buah.

Baterai langsung terhubung ke PDU.

Kebutuhan daya sebuah BTS 3G ditunjukkan oleh Gambar 3.1

CBU20 A960W

RU20A

960W

RU20A

960W

FCU10A

480W

FCU10A

480W

RU20 A

960W

-

+

48 V

Gambar 3.1 Kebutuhan daya untuk BTS[5]


26


3.1.2 Perancangan Catu Daya BTS 3G

Catu da ya B TS 3G menggunakan e nergi a lternatif yaitu t enaga s urya da n

tenaga an gin. P emilihan ke dua s umber e nergi ini berdasarkan po tensi d i lokasi

pembangunan BTS.

1. Tenaga Surya

Kebutuhan B TS s ebesar 4800 w att dapat di penuhi dengan m enggunakan

modul sel surya dengan spesifikasi :

a. Modul sel surya STPOO5S-12/Ob dengan ocV =21,40 V dan scI =0,33 A

N(series) = 480,9 21,40x

= 2,07≈3

N(paralel) = 2

480048(33 10 0.9)x x− = 336,7≈337

Hal ini berarti jumlah modul sel surya yang dibutuhkan adalah 1011 buah

b. Modul sel surya KC130TM dengan ocV =21,90 V dan scI =8,02 A

N(series) = 480,9 21,90x

= 2,03≈3

N(paralel) = 480048(8,02 0,9)x

= 13,85≈14

Hal ini berarti modul sel surya yang dibutuhkan adalah 42 buah.

2. Tenaga Angin

Kebutuhan BTS 3G sebesar 4800 w att dapat dipenuhi d engan lima buah

turbin angin 1000 watt tipe LWS-1000 dengan spesifikasi yaitu[11] :

1) Rated Power : 1000 watt

2) Rated wind speed : 6 m/s

3) Cut-in wind speed : 2 m/s

4) Wind speed protection: voltage control

5) Diameter rotor : 4 m

6) Rated output voltage : 220 V


27


3.1.3 Perancangan sistem hybrid catu daya BTS

Sistem hybrid catu daya BTS dapat dilihat pada Gambar 3.2

Modul Sel Surya

Baterai Mikrokontroller Relai I

Voltage Divider

Relai IIISwitching Regulator

Tenaga Angin

PLN

Regulator Linier

Voltage Divider

Relai II

Genset

Rectifier

Driver Genset

BTS

Gambar 3.2 Sistem hybrid catu daya BTS 3G

Sistem hybrid catu daya terdiri a tas blok pe ngontrol yang a kan memilih

penggunaan empat s umber cat u daya B TS. P ergantian p enggunaan cat u daya

menggunakan relai. Relai I memilih antara sel surya dan tenaga angin. R elai I I

memilih antara ke luaran r elai I d an P LN, sedangkan relai I II memilih antara

keluaran relai I I dan genset. Rectifier dibutuhkan untuk menyearahkan t egangan

keluaran PLN.

3.2 Perancangan Simulasi Sistem Hybrid Tenaga Surya dan Tenaga Angin

sebagai Catu Daya BTS 3G

3.2.1 Spesifikasi Beban

Beban yang d igunakan u ntuk s imulasi adalah lampu de ngan t egangan 12

volt dan daya 5 watt. Tegangan masukan lampu adalah tegangan searah.


28


3.2.2 Perancangan Simulasi Catu Daya BTS 3G

3.2.2.1 Modul sel surya

Modul s el s urya y ang digunakan m empunyai s pesifikasi yang d itunjukkan pa da

Tabel 3.1 Tabel 3.1 Data Kelistrikan modul sel surya STPOO5S-12/Ob

Parameter Kelistrikan Nilai*

Daya puncak

Tegangan puncak

Arus puncak

Tegangan hubung terbuka

Arus hubung singkat

5 W

16,80 V

0,30 A

21,40 V

0,33 A

* Standard Test Condition (STC): l evel i rradiansi 1000 W / 2m , S pektrum

AM 1.5 dan Temperatur sel surya 25 0C

‘mpp’ merupakan singkatan dari maximum power point

Modul sel surya STPOO5S-12/Ob dipilih karena modul sel surya ini telah

memenuhi ke butuhan da ya, t egangan da n arus b eban. Jumlah modul yang

digunakan dua buah.

3.2.2 Tenaga Angin[2]

Turbin angin yang digunakan a dalah turbin angin po ros vertikal bersudu

variabel yang d iletakkan d i Gedung Engineering Centre lantai 4 FTUI (lihat

lampiran 2).

Spesifikasi turbin angin yang digunakan yaitu :

1. Jenis sumbunya adalah vertikal

2. Tidak membutuhkan kecepatan angin yang tinggi

3. Mekanisme pemutar turbin angin tidak diperlukan untuk menangkap angin

4. Fabrikasi tidak rumit.

Berikut penjelasan mengenai turbin angin yang digunakan :

Profil sudu : Khusus

Bahan sudu : plat galvonil dan lembaran aluminium

Jumlah sudu : 4 buah


29


Berat setiap sudu : 4 kg

Tinggi setiap sudu : 1 m

Lebar sudu : 0,84 m

Diameter rotor : 1 inchi

Diameter selubung : 0,4 m

Diameter turbin : 1,5 kg

Berat total : 20 kg

Bahan rangka turbin : stainless steel

Bahan pendukung : carbon steel

Jenis bantalan rotor : ball bearing

Bahan selubung : fiberglass

Rancangan sudu

1. Membuat mal kurva penampang sudu

2. Membuat 12 buah rangka ( 3 buah untuk 1 sudu)

3. Tiga r angka d itempatkan di at as, t engah dan bawah lalu diselubungi

dengan aluminium dan direkatkan dengan paku keeling

4. Membuat plat untuk tempat tumpuan poros putar

Proses manufaktur

Materialnya :

1. Pipa stainless steel diameter 2,5 inchi

2. Plat profil “U” dari stainless steel

3. Empat buah sudu

4. Dua buah ball bearing

5. Poros diameter 1 inchi dua buah

6. Dua tiang penopang dengan tinggi 1700 mm dari besi karbon

7. Empat b uah p lat pe nyangga de ngan pa njang 1000 m m da ri besi k arbon

dengan profil “L”

8. Dua b uah duduka n bearing dari be si karbon de ngan be ntuk silinder

berongga

9. Dua buah pondasi bagian bawah dari besi karbon dengan profil “L”

10. Delapan buah bushing dan pasangannya dari besi karbon


30


11. Lembaran fiberglass untuk selubung dan plat galvanis untuk rangka

Manufaktur rangka

1. Memotong material p ipa stainless steel profil “U”, poros, tiang penopang,

plat penyangga, bushing, po ndasi profil “L” sesuai ukuran de ngan mesin

gerinda potong dan dihaluskan

2. Membuat dudukan bearing dengan mesin cutting plasma

Manufaktur rangka turbin angin

1. Pada p lat “U” bagian u jungnya d ibuat juring t erlebih da hulu a gar lebih

mudah dilas pada profil lingkaran

2. Proses balancing pada bagian rangka agar memiliki ketinggian yang sama

tegak lurus

3. Melakukan las titik sebelum las penuh

4. Membuat rangka turbin angin dengan menggunakan mesin las argon dan

kawat las untuk stainless steel. Bagian yang dilas penuh adalah profil “U”

dengan pipa stainless steel diameter 2,5 inchi

5. Las rumah bushing dengan las argon

Manufaktur sudu

1. Membuat mal kurva sudu agar dapat dibentuk sudu sesuai ukuran

2. Membuat kurva sudu dari mal de ngan menggunakan bahan da ri galvanis

dengan ketebalan 0,5 mm

3. Membuat r angka da ri p lat galvanis dengan ke tebalan 0, 8 mm. Rangka

diatur mengikuti pr ofil d ari kur va sudu. Jumlah r angka yang d ibutuhkan

dalam satu sudu adalah t iga. Kemudian lembaran a luminium sebagai

penutup selubung untuk rangka direkatkan dengan paku keling.

4. Untuk bushing dilas dengan argon

Proses manufaktur penopang

1. Dua b uah t iang pe nyangga bearing atas da n ba wah d isambung de ngan

tiang penopang kanan dan kiri menggunakan paku baut M8 dan M6.

2. Pada b agian po ndasi d ilakukan pr oses pe ngelasan k emudian d igerinda

agar hasilnya menjadi halus.


31


Berdasarkan pe ngambilan da ta yang d ilakukan pa da t ahun 2006 d i G edung

Engineering C entre lantai 4 F TUI d iperoleh u njuk k erja t urbin angin sebagai

berikut :

1. Kecepatan angin terhadap putaran turbin angin

Semakin cepat angin yang bertiup maka semakin cepat put aran turbin angin.

Hubungan ke cepatan a ngin (v) de ngan put aran turbin angin da pat

diperlihatkan pada persamaan :

5, 2479 0,6859vω = − (3.1)

2. Putaran turbin angin terhadap torsi

Semakin cepat putaran turbin angin maka torsi yang dihasilkan akan semakin

besar. H ubungan put aran turbin angin ( ω ) de ngan t orsi ( Τ ) da pat

diperlihatkan pada persamaan : 20,0019 1,0659 1,9407ω ωΤ = + + (3.2)

3. Putaran turbin angin terhadap daya

Semakin cepat putaran angin maka semakin besar pu la daya yang d ihasilkan

oleh turbin angin. Hubungan putaran turbin angin (ω ) dengan daya (P) dapat

diperlihatkan pada persamaan : 3 20,0043 0,0677 2,6831 10,759P ω ω ω= − + − (3.3)

3.2.3 Perancangan simulasi sistem hybrid catu daya BTS

Sistem hybrid catu daya mempunyai fitur-fitur sebagai berikut :

1. Perlindungan terhadap arus hubung singkat

2. Memberikan indikator keadaan sistem

3. Mengendalikan sistem secara otomatis melalui mikrokontroler

4. Switching regulator untuk menjaga ke stabilan keluaran d ari c atu da ya

tenaga surya dan tenaga angin

5. Regulator linier untuk mengatur tegangan masukan sistem minimum

6. Voltage divider untuk menurunkan nilai t egangan s el surya da n t enaga

angin yang akan dibandingkan oleh mikrokontroller

7. Relai sebagai saklar penyalaan catu daya ke beban


32


Rangkaian ini d irancang u ntuk da pat m engatur catu daya yang a kan

diberikan ke beban. Rangkaian ini memiliki tiga buah masukan sumber daya yang

akan diberikan, yaitu modul sel surya, turbin angin dan genset, dan sumber daya

yang memenuhi kr iteria yang akan d ijadikan sumber da ya u ntuk menyalakan

beban, dalam hal in i lampu dengan spesifikasi 12V/5W. Blok diagram rangkaian

dapat dilihat pada Gambar 3.3

Modul Sel Surya


Voltage Divider

Lampu 5W/12V

Switching Regulator

Tenaga Angin*

Genset**

Regulator Linier

Voltage Divider

Relai II

Gambar 3.3 Blok diagram perancangan simulasi sistem hybrid tenaga surya

dan tenaga angin untuk BTS

Berikut i ni penjelasan m engenai bl ok d iagram sistem pa da G ambar 3.3

terbagi atas 8 bagian utama, yaitu :

1. Modul sel surya sebagai sumber catu daya

2. Tenaga angin sebagai sumber catu daya

3. Genset sebagai sumber catu daya

4. Switching regulator

5. Regulator tegangan meliput voltage divider dan regulator linier

6. Sistem minimum meliputi mikrokontroller

7. Switching sumber catu daya

8. Beban, yaitu lampu 12 V 5 watt


33


Pada Gambar 3.3 tegangan keluaran modul sel surya dan turbin angin akan

masuk ke da lam voltage divider sehingga m ikrokontroler dapat m embaca,

membandingkan dan m emilih ni lai tegangan y ang a kan d igunakan u ntuk

menyuplai beban.

Setelah d ilakukan pe milihan sumber catu daya yang t erpakai, maka ni lai

tegangan ini aka n d iatur ke da lam r angkaian regulator switching agar

mendapatkan nilai yang konstan sebesar 12V

Jika modul sel surya dan turbin angin tidak dapat memenuhi nilai tegangan

12 volt maka genset akan digunakan.

3.2.3 Rangkaian Switching Regulator

Switching regulator yang dipilih, yaitu buck regulator, yang d igunakan

untuk mengkonversi t egangan D C menjadi t egangan D C de ngan nilai po tensial

yang lebih rendah da n po laritas yang sama. Nilai tegangan keluaran yang d ipilih

adalah 12 volt dan nilai tegangan masukan maksimum 40 volt.

Gambar 3.4 berikut ini menunjukkan IC L4970 dilihat dari atas.

Gambar 3.4 Tampak atas L4970[Lampiran1]

Agar dapat mengatur tegangan masukan sel surya (Voc = 22,3 V dan Isc =

4,72 A) menjadi t egangan ke luaran ( Vout = 1 2 V da n I out = 4A) maka L4970

mempunyai nilai 9R = 4,7 kΩ dan R7 = 6,2 kΩ (berdasarkan datasheet L4970)

Pada Gambar 3.5 diperlihatkan rangkaian switching regulator


34


Gambar 3.5 Rangkaian switching regulator

3.2.4 Rangkaian Voltage Divider

Rangkaian voltage divider bertujuan u ntuk menurunkan nilai t egangan

keluaran dari sel surya dan tenaga angin. Sehingga nilai tegangan keduanya dapat

dibandingkan o leh mikrokontroler tanpa m erusak mikrokontroler. Pembagi

tegangan yang digunakan berjumlah dua buah(lihat Gambar 3.7)

Gambar 3.6 Pembagi tegangan

Nilai 1R = 1000 Ω dan 2R = 330 Ω

2

1 2out in

RV VR R

= ⋅+

330 .1000 330out inV VΩ

=Ω+ Ω

0, 248out inV V=


35


Pada G ambar 3.7 ditunjukkan r angkaian pembagi t egangan sumber da ya

modul sel surya dan turbin angin

Gambar 3.7 Rangkaian pembagi tegangan sumber daya modul surya dan

turbin angin

3.2.5 Rangkaian regulator linier

Regulator linier dirancang untuk m emberikan t egangan konstan pa da

mikrokontroller s ebesar 5V . R angkaian r egulator linear yang menggunakan I C

L7805 dapat dilihat pada Gambar 3.8

Gambar 3.8 Rangkaian regulator mikrokontroller

Rangkaian ini d iberikan t egangan masukan da ri baterai s ebesar 12V da n

akan memberikan tegangan keluaran sebesar 5V, untuk diberikan sebagai sumber

tegangan pada mikrokontroller. K eluaran pada I C ini d iberikan ka pasitor yang

berguna u ntuk s tabilisasi t egangan ke luaran, s ehingga t egangan ke luaran lebih

stabil. Dioda yang diberikan pada masukan IC L7805 merupakan pengaman, agar

pada s aat t erjadi k esalahan pe masangan po laritas t egangan, I C L7805 tidak


36


mengalami ke rusakan, ka rena ar us t idak mengalir ak ibat d ioda b erada da lam

posisi reverse bias. K eluaran da ri I C t ersebut d iberikan L ED s ebagai indikator

bahwa rangkaian regulator linear bekerja.

3.2.6 Rangkaian Sistem Minimum

Sistem m inimum in i me nggunakan A TMEGA16. Masukan d ari

mikrokontroler ini berasal da ri ke luaran voltage divider modul s el s urya dan

turbin a ngin. Masukannya melalui P ort.A0 da n Port.A1 yang m erupakan A DC.

Keluaran da ri mikrokontroler akan mengatur r elai yaitu P ort.C0 da n Port.C7.

Port.C0 akan memberi sinyal kepada transistor driver relai II, sedangkan Port.C7

akan memberikan sinyal kepada transistor driver relai I.

Indikator sistem menggunakan tiga buah LED yaitu :

1. LED merah indikator sumber daya baterai melalui Port.B5

2. LED kuning indikator sumber daya turbin angin melalui Port.B6

3. LED hijau indikator sumber daya modul sel surya melalui Port.B7

Mikrokontroler membandingkan t egangan modul s el s urya da n t enaga

angin dengan nilai 0 hingga 5. N ilai ini d iperoleh da ri hasil k eluaran voltage

divider. K etika nilai yang terbaca ada lah ≥ 3 m aka mikrokontroler a kan

mengganggap catu da ya memenuhi kebutuhan beban s ehingga ke luaran da ri

mikon ke r elai I a dalah ‘1’. N amun jika nilai yang t erbaca a dalah < 3 b erarti

tegangan sumber kurang dari 12 volt maka mikrokontroler akan membaca sebagai

‘0’. Rangkaian ini berfungsi untuk membaca ni lai tegangan sumber t enaga surya

dan tenaga a ngin. Kemudian membandingkan k eduanya da n a khirnya memilih

sumber t egangan yang sesuai de ngan ke butuhan beban. H asil pe rbandingan ini

akan diberikan pengontrol ke relai I dan relai II.

Rangkaian sistem minimum dapat dilihat pada Gambar 3.9


37


Gambar 3.9 Rangkaian sistem minimum

3.2.7 Rangkaian Switching Sumber Catu Daya

Rangkaian switching sumber catu daya berguna s ebagai pe nsaklaran

sumber t egangan yang a kan d ipakai beban. R angkaian in i me nggunakan relai.

Relai mempunyai masukan pe ngontrol da ri mikrokontroler. M ikrokontroler

memilih sumber daya yang nilai keluarannya sesuai dengan kebutuhan beban.

Cara kerja rangkaian switching catu daya, yaitu(lihat Gambar 3.10):

a. R elai I be rfungsi u ntuk memilih antara s umber tenaga s urya da n t enaga a ngin.

Jika salah satu nilai sumber t ersebut sesuai de ngan ke butuhan maka relai I akan

dalam keadaan on.

b. Relai II mempunyai masukan dari relai I dan baterai. Ketika relai I dalam keadaan

on maka r elai a kan langsung memilih keluaran da ri r elai I . D emikian pu la jika

relai I dalam keadaan off m aka ke luaran dari r elai I I adalah nilai t egangan dari

baterai.


38


Sebuah r elay t ersusun at as ku mparan, pe gas, saklar ( terhubung pada

pegas) dan 2 kontak elektronik, yaitu :

1. Normally close (NC) : saklar terhubung dengan kontak ini saat relay tidak aktif

atau dapat dikatakan saklar dalam kondisi terbuka.

2. Normally open (NO) : saklar terhubung dengan kontak ini saat relay akt if atau

dapat dikatakan saklar dalam kondisi tertutup.

Relai da pat b ekerja ka rena ada medan magnet yang digunakan un tuk

menggerakkan saklar. Saat kumparan d iberikan t egangan sebesar t egangan kerja

relay maka akan t imbul medan magnet pada kumparan karena adanya arus yang

mengalir pa da lilitan ka wat. K umparan yang bersifat s ebagai e lektromagnet ini

kemudian akan menarik saklar dari kontak NC ke kontak NO. Jika tegangan pada

kumparan dimatikan m aka m edan magnet pa da k umparan a kan hilang sehingga

pegas akan menarik saklar ke kontak NC

Rangkaian driver relai d ipicu oleh t egangan ke luaran dari mikrokontroler

yaitu bernilai 1 d an 0. Tegangan t ersebut m enggerakkan t ransistor y ang

dimanfaatkan s ebagai s aklar t ransistor y aitu t ransistor 2N 2219. S inyal ko ntrol

yang berasal dari mikrokontroler mengkondisikan transistor pada kondisi saturasi

atau cutoff-nya. Bila s inyal kontrol bernilai tinggi (1) maka nilai VBE > 0,7 volt,

sehingga t ransistor saturasi. Resistor 1 kΩ berfungsi untuk membatasi arus yang

mengalir pada basis transistor yaitu sebesar 5 mA. Pada kondisi sebaliknya maka

transistor cutoff sehingga relay berada pada kondisi normalnya.

Gambar 3.10 Rangkaian switching catu daya


39


BAB IV

ANALISIS SISTEM HYBRID CATU DAYA BTS 3G

Analisis Perancangan Sistem Hybrid Catu Daya BTS

4.1.1 Modul Sel Surya

Jumlah pemasangan modul s el surya t ergantung dengan nilai ocV dan scI .

Berdasarkan pe rhitungan[6] d iperoleh bahwa modul s el s urya y ang diperlukan

yaitu

a. 1011 buah modul sel surya tipe STPOO5S-12/Ob de ngan ocV =21,40 V da n

scI =0,33 A yaitu 3 modul tersusun seri dan 337 modul tersusun parallel

b. 42 buah modul sel surya t ipe KC130TM dengan ocV =21,90 V dan scI =8,02 A

yaitu 3 modul tersusun seri dan 14 modul tersusun paralel.

Pemasangan modul s el surya bisa d ilakukan d engan membangun t empat

modul sel surya dekat menara BTS.

4.1.2 Turbin angin

Turbin a ngin yang d igunakan yaitu lima buah t urbin a ngin 1000 w att.

Kecepatan angin di Indonesia yang rendah menyebabkan spesifikasi turbin angin

yang digunakan mempunyai rating yang kecil yaitu 6 m/s.

4.1.3 Analisis sistem hybrid catu daya BTS

Sistem hybrid catu da ya BTS d itunjukkan o leh G ambar 4.1. Sistem catu

daya BTS t erdiri da ri empat komponen yaitu modul s el surya, t urbin a ngin da n

PLN serta genset. Sistem hybrid yang digunakan adalah offline atau keluaran dari

modul sel surya dan turbin angin mencatu baterai sebelum dihubungkan ke beban.

Hal ini untuk menjaga agar catu daya tetap terjamin kontiniu dan bernilai konstan


40


Modul Sel Surya


Voltage Divider

Relai IIISwitching Regulator

Tenaga Angin

PLN

Regulator Linier

Voltage Divider

Relai II

Genset

Rectifier

Driver Genset

BTS

Gambar 4.1 Sistem Hybrid Catu Daya BTS 3G

Pengontrol s istem hybrid akan membandingkan t egangan k eluaran s el

surya d an t urbin a ngin. B lok p engontrol ini t erdiri atas voltage divider,

mikrokontroler da n switching regulator. Voltage divider bertujuan u ntuk

menurunkan ni lai tegangan m odul s el surya da n t urbin angin yang ke mudian

dibandingkan oleh mikrokontroler.

Catu daya utama yaitu modul sel surya. Hal ini karena irradiansi matahari

untuk daerah Indonesia terutama pantai termasuk tinggi dan lebih stabil. Hal yang

perlu d iperhatikan a dalah t ingkat e fisiensi modul harus t inggi sehingga luas

daerah yang dipasang modul sel s urya da pat d iminimal. C atu da ya ke dua yaitu

turbin angin. Kecepatan a ngin yang tinggi d i da erah pa ntai da pat d imanfaatkan

untuk mengisi baterai sebagai cadangan catu daya BTS dan pengganti modul sel

surya jika daya keluaran modul sel surya kurang dari 4800 watt. Baterai discharge

oleh t urbin angin da n modul sel s urya. B aterai a kan t erhubung dengan r elai

kemudian ke BTS.

Ketika tegangan baterai tidak mencukupi maka rangkaian pengontrol akan

mengaktifkan PLN untuk menyuplai BTS melalui r elai I . Kemudian ketika PLN

padam maka genset akan digunakan mencatu BTS.


41


Sistem hybrid ini a kan menjamin ke terlangsungan s uplai da ya B TS 3G

dan penggunaannya lebih hemat karena menggunakan energi alternatif.

Rangkaian s istem hybrid tidak m emerlukan rectifier karena t egangan

keluaran dari catu da ya adalah searah da n beban membutuhkan t egangan searah

pula. Penggunaan t enaga s urya da n t enaga a ngin memungkinkan pe mbangunan

BTS da pat di lakukan d i da erah yang memiliki p otensi t enaga s urya da n t enaga

angin yang mencukupi kebutuhan BTS.

4.2 Perancangan Simulasi Sistem Hybrid Catu Daya BTS

Simulasi sistem hy brid i ni m enggunakan tiga catu daya, y aitu m odul s el surya,

turbin angin dan genset yang akan diganti dengan baterai.

4.2.1 Pengolahan data klimatologi BMKG wilayah Serpong tanggal 3 April

2009

Analisis di lakukan de ngan menggunakan da ta klimatologi b ulan April

2009 yang d iperoleh da ri B MKG u ntuk w ilayah Serpong. D ata yang d igunakan

adalah tanggal 3 April 2009. Pengambilan data mengenai irradiansi matahari dan

kecepatan angin dilakukan setiap satu menit. Dimulai dari pukul 00.00.04 hingga

23.59.04. P engolahan da ta s elama 1 hari ini un tuk mengetahui switching

penggunaan t iga s umber c atu da ya yaitu pa nel s urya, t urbin a ngin da n baterai.

Pengolahan data secara lengkap dapat dilihat pada lampiran 3.

4.2.1.1 Modul sel surya

Modul sel surya yang digunakan mempunyai daya keluaran sebesar 5 w att untuk

irradiansi 1000 2/watt m , s edangkan nilai irradiansi t idak mencapai 100 0 2/watt m , maka digunakan dua buah modul yang tersusun secara parallel. Hal ini

akan m enyebabkan modul sel surya STPOO5S-12/Ob de ngan ocV =21,40 V dan

scI =0,33 A akan mempunyai nilai tegangan keluaran dan daya sebesar :


42


N(series) = 0,9

out

oc

VxV

( ) 0,9out ocV N series x xV=

1 0,9 21,40outV x x=

19,26outV V=

N(paralel) =( 0,9)

out

out sc

PV I x

( ). . .0,9out out scP N paralel V I=

2 19,26 0,33 0,9outP x x x= 11,44outP = watt

Hal ini berarti sel surya yang digunakan memenuhi kebutuhan beban sebesar 5

watt/12 V

1. Efisiensi modul sel surya yang digunakan

Modul sel s urya y ang digunakan m empunyai daya k eluaran s ebesar 11, 44 watt

untuk irradiansi 1000 2/watt m . Luas modul sel surya adalah 0,126 2m . Hal ini

berarti nilai daya masukan untuk modul sel surya adalah :

0,126masukanP = 2m x 1000 2/watt m = 126 watt

nilai efisiensi modul sel surya yaitu :

100%keluaranpanel

masukan

P xP

η =

11,4 100%126panel

watt xwatt

η =

9,04%panelη =

Maka diperoleh nilai efisiensi modul sel surya yang digunakan adalah 9,04%.


43


2. Pengolahan data modul sel surya

1) Pada pukul 09.08.04 Irradiansi matahari tercatat 569,356 2/watt m .

Hal ini berarti untuk luas 1 2m diperoleh daya sebesar 569,356 watt.

Luas modul sel surya yang digunakan adalah 0,30m x 0,21 m atau

0,063 2m . Modul sel surya yang digunakan dua buah sehingga luas

modul keseluruhan adalah 0,126 2m .

Untuk irradiansi 569,356 2/watt m , modul sel surya dapat menyerap

sebesar daya sebesar :

0,126masukanP = 2m x 569,356 2/watt m = 71,738 watt

Untuk efisiensi modul sel surya sebesar 9,04% maka daya keluaran

modul sel surya adalah

9,04% 71,738keluaranP x watt=

6, 486keluaranP watt=

Hal ini berarti untuk pukul 09.08.04 irradiansi matahari sebesar

569,356 2/watt m dan modul sel surya dapat menghasilkan daya

sebesar 6,486 watt.

2) Pada pukul 09.09.04 Irradiansi matahari tercatat 425,675 2/watt m .

Hal ini berarti untuk luas 1 2m diperoleh daya sebesar 425,675 watt.

Luas modul sel surya yang digunakan adalah 0,30m x 0,21 m atau

0,063 2m . Modul sel surya yang digunakan dua buah sehingga luas

modul keseluruhan adalah 0,126 2m .

Untuk irradiansi 425,675 2/watt m , modul sel surya dapat menyerap

sebesar daya sebesar :

0,126masukanP = 2m x 425,675 2/watt m = 53,635 watt

Untuk efisiensi panel surya sebesar 9,04% maka daya keluaran

modul sel surya adalah

9,04% 53,635keluaranP x= watt

4,848keluaranP = watt


44


Tabel 4.2 menunjukkan contoh pengolahan data panel surya untuk pukul 09:24:04

hingga pukul 09:43:04 Tabel 4.2 Daya keluaran panel surya

No Waktu Irradiansi matahari

( 2/watt m ) Daya masukan

(watt) Daya keluaran

(watt) 1 9:08:04 569,356 122,981 11,117 2 9:09:04 425,675 91,946 8,312 3 9:10:04 531,475 114,799 10,378 4 9:11:04 443,223 95,736 8,655 5 9:12:04 411,431 88,869 8,034 6 9:13:04 359,202 77,588 7,014 7 9:14:04 364,673 78,769 7,121 8 09:15:04 405,238 87,531 7,913 9 09:16:04 463,247 100,061 9,046

10 09:17:04 544,584 117,630 10,634 11 09:18:04 600,941 129,803 11,734 12 09:19:04 601,457 129,915 11,744 13 09:20:04 565,744 122,201 11,047 14 9:21:04 754,325 162,934 14,729 15 9:22:04 803,767 173,614 15,695 16 9:23:04 812,128 175,420 15,858 17 9:24:04 801,496 173,123 15,650 18 9:25:04 777,446 167,928 15,181 19 9:26:04 771,563 166,658 15,066 20 9:27:04 566,157 122,290 11,055

4.2.1.2. Pengolahan data daya keluaran turbin angin

Turbin angin yang digunakan mempunyai khakteristik sebagai berikut :

a. Persamaan putaran turbin angin terhadap kecepatan angin

5,2479 0,6859vω = −

b. Persamaan putaran turbin angin terhadap torsi 20,0019 1,0659 1,9407ω ωΤ = + +

c. Persamaan putaran turbin angin terhadap daya keluaran turbin 3 20,0043 0,0677 2,6831 10,759P ω ω ω= − + −


45


1. Pengolahan data kecepatan angin

1) Pada pukul 09.08.04 Kecepatan angin tercatat sebesar 0,684 knot

Kecepatan angin 0,684 knot diubah ke dalam SI menjadi 1,329 m/s.

Ketinggian pengukuran adalah 4 m, sedangkan turbin angin diletakkan

setinggi 21 m, maka kecepatan angin untuk ketinggian 21 m dapat

diperoleh melalui persamaan 2.5 0,25

12 1

2

hv vh

=

0.25

2211,329m/s4

mvm

=

2 2,014v = m/s

Kecepatan angin 2,014 m/s akan menghasilkan putaran turbin sebesar :

(5, 2479 0,6859)vω = − rpm

(5,2479 2,014 0,6859)xω = − rpm

9,882ω = rpm

Maka daya keluaran turbin angin yaitu :

3 20,0043 0,0677 2,6831 10,759P ω ω ω= − + −

( ) ( )3 20,0043 9,882 0,0677 9,882 2,6831(9,882) 10,759P = − + −

13,293P = watt

b. Pada waktu 09.25.04 Kecepatan angin tercatat sebesar 0,45 knot

Kecepatan a ngin 0, 45 kn ot di ubah ke da lam SI m enjadi 0, 874 m/s.

Ketinggian pe ngukuran a dalah 4 m, sedangkan turbin a ngin d iletakkan

setinggi 21 m, maka ke cepatan a ngin u ntuk ke tinggian 21 m d apat

diperoleh melalui persamaan 2.5


46


0,25

12 1

2

hv vh

=

0.25

2210,874m/s4

mvm

=

2 1,324v = m/s

Kecepatan angin 1,324 m/s akan menghasilkan putaran turbin sebesar :

(5, 2479 0,6859)vω = − rpm

(5,2479 1,324 0,6859)xω = − rpm

6,263ω = rpm

Maka daya keluaran turbin angin yaitu :

3 20,0043 0,0677 2,6831 10,759P ω ω ω= − + −

( ) ( )3 20,0043 6,263 0,0677 6,263 2,6831(6,263) 10,759P = − + −

4, 445P = watt


47


Tabel 4.3 menunjukkan contoh pengolahan data turbin angin untuk pukul

09:08:04 hingga pukul 09:27:04

Tabel 4.3 Daya keluaran turbin angin

No Waktu Kecepatan angin (knot)

Kecepatan angin (m/s)

Putaran Turbin Angin

(rpm)

Daya keluaran

(watt) 1 09:08:04 0,684 2,014 9,882 13,293

2 09:09:04 1,040 3,060 15,371 30,103

3 09:10:04 0,645 1,898 9,273 11,728

4 09:11:04 1,318 3,879 19,671 48,556

5 09:12:04 1,040 3,060 15,371 30,103

6 09:13:04 0,523 1,538 7,385 7,094

7 09:14:04 0,743 2,187 10,793 15,719

8 09:15:04 0,572 1,684 8,151 8,941

9 09:16:04 0,413 1,216 5,696 3,122

10 09:17:04 0,566 1,664 8,048 8,691

11 09:18:04 0,624 1,837 8,953 10,922

12 09:19:04 0,365 1,075 4,954 1,394

13 09:20:04 0,877 2,580 12,855 21,681

14 09:21:04 0,807 2,375 11,776 18,470

15 09:22:04 0,260 0,764 3,325 -2,427

16 09:23:04 0,721 2,121 10,443 14,774

17 09:24:04 1,190 3,501 17,687 39,310

18 09:25:04 0,450 1,324 6,263 4,445

19 09:26:04 0,597 1,756 8,531 9,872

20 09:27:04 0,507 1,698 8,223 9,117

4.2.2 Analisis simulasi sistem hybrid catu daya

4.2.2.1 Analisis pengolahan data untuk waktu 24 jam

1. Analisis irradiansi matahari terhadap waktu


48


Gambar 4.2 memperlihatkan nilai irradiansi matahari sepanjang 24 jam

pada tanggal 3 April 2009.

Irradiansi matahari terhadap waktu

0

200

400

600

800

1000

1200

waktu (s)

Irrad

ians

i mat

ahar

i (w

att/m

2)

Gambar 4.2 Kurva irradiansi matahari terhadap waktu

Irradiansi matahari mulai mengalami k enaikan p ukul 05. 44.04 na mun

nilainya t idak mencukupi untuk kebutuhan beban. Nilai e fisiensi modul

sel surya 9,04% maka irradiansi minimum yang harus ada yaitu :

min 2

59,04% 0,126imum

wattIrradiansix m

=

min 438,96imumIrradiansi = 2/watt m

Nilai ir radiansi m inimum in i b aru diperoleh pukul 08:15:05, na mun

belum stabil. I rradiansi baru stabil saat pukul 08:50:04. Nilai irradiansi

yang m engalami kenaikan secara b ertahap i ni m enyebabkan tenaga

surya dipilih menjadi prioritas utama sebagai catu daya.

2. Analisis daya keluaran modul surya

Gambar 4.3 memperlihatkan daya keluaran modul sel surya sepanjang 24

jam pada tanggal 3 April 2009


49


Daya keluaran panel surya terhadap waktu

0

2

4

6

8

10

12

waktu (s)

Day

a ke

luar

an(w

att)

Gambar 4.3 Kurva daya keluaran modul sel surya terhadap waktu 24 jam

Pada Gambar 4.3 terlihat bahwa nilai daya keluaran 5 watt diperoleh di

siang hari dan nilainya relatif konstan di atas 5 watt. Hal ini berarti pagi

hari dan malam hari catu daya tenaga surya tidak digunakan.

3. Analisis kecepatan angin terhadap waktu

Gambar 4.4 memperlihatkan nilai kecepatan angin pada ketinggian 21 m

sepanjang 24 jam pada tanggal 3 April 2009.

Kecepatan angin terhadap waktu

0

1

2

3

4

5

6

waktu (s)

Kec

epat

an a

ngin

(m/s

)

Gambar 4.4 Kurva kecepatan angin terhadap waktu

Kecepatan a ngin ke naikan puku l 04. 57.04 na mun nilainya t idak

mencukupi u ntuk ke butuhan be ban. Kecepatan a ngin bersifat fluktuatif

sehingga t urbin a ngin menjadi pr ioritas ke dua s ebagai cat u daya.

Terlihat bahwa ke cepatan angin di daerah serpong termasuk rendah,

maka turbin a ngin ya ng sesuai ya itu t ipe poros vertikal. Pemilihan sudu

variabel agar turbin lebih lentur dalam menangkap angin.


50


4. Analisis daya keluaran turbin angin

Gambar 4.5 memperlihatkan daya keluaran turbin angin sepanjang 24 jam

pada tanggal 3 April 2009

Daya keluaran turbin angin terhadap waktu

-200

20406080

100120

waktu (s)

Day

a ke

luar

an tu

rbin

an

gin

(wat

t)

Gambar 4.5 Kurva daya keluaran turbin angin terhadap waktu 24 jam

Pada G ambar 4.5 t erlihat bahwa nilai da ya ke luaran t urbin a ngin pun

terjadi s iang h ari. Namun ketika m odul s el surya cukup m emenuhi

kebutuhan beban maka da ya ke luaran t urbin angin d igunakan u ntuk

mengisi baterai. Baterai ini dapat digunakan saat matahari telah tenggelam

dan angin yang bertiup tidak mampu memutar turbin.

4.2.2.1 Analisis pengolahan data

1. Analisis pengolahan data modul sel surya

Pada Tabel 4.2 terlihat b ahwa d aya t enaga surya yang dapat di peroleh

cukup besar namun tingkat efisiensi m odul s el s urya y ang h anya 9 ,04%

menyebabkan daya keluaran modul sel surya tergolong rendah.

Nilai i rradiansi m atahari y ang tidak m encapai nilai 1000 2/watt m

menyebabkan daya keluaran untuk satu modul t idak mencapai 5 w att, sedangkan


51


kebutuhan beban adalah 5 watt maka modul yang digunakan berjumlah dua buah

dan disusun paralel.

Berdasarkan pengolahan data maka potensi tenaga surya dapat digunakan

untuk pengujian simulasi sistem hybrid catu daya.

2. Analisis pengolahan data turbin angin

Berdasarkan Tabel 4.3 terlihat bahwa kecepatan angin di daerah Serpong

termasuk rendah n amun m encukupi untuk m enyuplai b eban. Nilai daya y ang

minus menandakan bahwa t urbin a ngin bersifat s ebagai k ipas a ngin. U ntuk

mengatasi hal ini maka turbin angin di-off dari sistem catu daya.

3. Analisis sistem hybrid catu daya Tabel 4.4 Perbandingan daya keluaran tenaga surya dan tenaga angin

No Waktu

Tenaga Surya Tenaga Angin

Keterangan Irradiansi Matahari

( 2/watt m )

Daya Keluaran

(watt)

Kecepatan angin (knot)

Daya Keluaran

(watt) 1 9:08:04 569,356 6,485 0,684 13,293 Tenaga Surya

2 9:09:04 425,675 4,849 1,040 30,103 Tenaga Angin

3 9:10:04 531,475 6,054 0,645 11,728 Tenaga Surya

4 9:11:04 443,223 5,048 1,318 48,556 Tenaga Surya

5 9:12:04 411,431 4,686 1,040 30,103 Tenaga Angin

6 9:13:04 359,202 4,091 0,523 7,094 Tenaga Angin

7 9:14:04 364,673 4,154 0,743 15,719 Tenaga Angin

8 9:15:04 405,238 4,616 0,572 8,941 Tenaga Angin

9 9:16:04 463,247 5,277 0,413 3,122 Tenaga Surya

10 9:17:04 544,584 6,203 0,566 8,691 Tenaga Surya

11 9:18:04 600,941 6,845 0,624 10,922 Tenaga Surya

12 9:19:04 601,457 6,851 0,365 1,394 Tenaga Surya

13 9:20:04 565,744 6,444 0,877 21,681 Tenaga Surya

14 9:21:04 754,325 8,592 0,807 18,470 Tenaga Surya

15 9:22:04 803,767 9,155 0,260 -2,427 Tenaga Surya


52


16 9:23:04 812,128 9,250 0,721 14,774 Tenaga Surya

17 9:24:04 801,496 9,129 1,190 39,310 Tenaga Surya

18 9:25:04 777,446 8,855 0,450 4,445 Tenaga Surya

19 9:26:04 771,563 8,788 0,597 9,872 Tenaga Surya

20 9:27:04 566,157 6,449 0,577 9,117 Tenaga Surya

Data yang dianalisis a dalah da ta da ri puku l 09.08.04 hi ngga puku l

09.27.04. Nilai ir radiansi yang berfluktuatif de ngan rentang nilai 359,202 2/watt m hingga 812, 128 2/watt m menyebabkan d iperlukan c atu da ya ke dua

untuk m enyuplai be ban. Nilai min imumirradiansi untuk m enyuplai be ban y aitu

438,96 2/watt m . S aat ni lai irradiansi matahari ≥ 438,96 2/watt m maka panel

surya a kan d igunakan s ebagai sumber cat u daya. N amun ke tika irradiansi

matahari ≤ 438,96 2/watt m maka pa nel s urya aka n berada da lam ko ndisi off.

Selanjutnya r angkaian ko ntroller a kan melihat ni lai da ya k eluaran d ari t urbin

angin. Ketika daya keluaran turbin angin ≥ 5 watt maka turbin angin akan dipilih

sebagai catu daya beban (lihat data ke-2 Tabel 4.4).

4.3 Rancang Bangun Simulasi Sistem Hybrid Catu Daya BTS

Simulasi s istem hybrid ini menggunakan t iga catu da ya, yaitu modul s el

surya, turbin angin dan genset. Untuk pengujian simulasi sistem hybrid digunakan

catu daya P LN s ebagai ga nti t urbin a ngin. H al ini d ilakukan k arena kekuatan

angin yang r endah da n t idak t ersedianya ge nerator y ang d apat menghasilkan

tegangan 12 volt dengan rpm yang rendah, sedangkan ge nset d igantikan de ngan

baterai 12 volt. B aterai yang d igunakan s atu b uah u ntuk s uplai da ya

mikrokontroler dan suplai BTS.

Rangkaian s istem hybrid telah d irealisasikan ke da lam r angkaian

elektronika menggunakan PCB. Kemudian sistem diletakkan dalam sebuah kotak.

Kotak tersebut mempunyai t iga pasang masukan untuk keluaran modul sel surya,

PLN da n baterai. T erdapat pul a t iga buah lampu L ED s ebagai indikator s etiap

catu daya.


53


4.2.2 Pengujian sistem simulasi hybrid catu daya

Pengujian sistem ini menggunakan :

1. Modul sel surya STPOO5S-12/Ob dua buah

2. Baterai 12 volt 1 buah

3. Catu daya PLN sebagai p engganti t urbin a ngin de ngan menggunakan adaptor

sehingga tegangan keluaran 20 volt dan 6 volt.

4. Digital mu ltimeter H eles UX-838TR d igunakan u ntuk mengukur t egangan

keluaran modul sel surya

5. Rangkaian switching regulator

6. Rangkaian sistem minimum ATMEGA16

7. Rangkaian regulator linier

8. Rangkaian switching sumber catu daya

9. Lampu 12V/5 watt

Pengujian d ilakukan s aat cua ca b erfluaktif s ehingga da pat di lihat ke rja

sistem yang dirancang dalam switching catu da ya. P engujian d ilakukan pa da

tanggal 5 J uli 2009 pukul 12 .00 di Gedung Engineering Centre. C uaca b ersifat

fluaktif ka rena a da a wan yang menyebabkan t erkadang sinar m atahari tertutup

oleh a wan sehingga a da ke mungkinan t egangan keluaran modul sel s urya t idak

selalu memenuhi kebutuhan beban.

Pengujian yang dilakukan meliputi :

1. Pemasangan catu daya baterai 12 volt

2. Pemasangan catu daya baterai, modul sel surya dan PLN tegangan 20 volt

3. Pemasangan catu daya baterai, modul sel surya dan PLN tegangan 6 volt

4.2.3 Analisis pengujian sistem simulasi hybrid catu daya

Data pengukuran keluaran sel surya berkisar antara 4,6 volt hingga 19,45

volt. P erubahan nilai t egangan pa da multimeter b erlangsung cepa t na mun tidak

terlalu berpengaruh pada s istem hybrid karena pe rubahan yang t erjadi t idak

signifikan. Pergerakan a wan menutupi matahari berlangsung pelan s ehingga

perubahan irradiansi matahari tidak terlalu besar.


54


Untuk analisis pengujian ha nya m enggunakan empat bua h data y ang

menyebabkan lampu LED nyala bergantian

1. Data ketika catu da ya baterai d ipasang ke a lat sedangkan dua buah c atu lain

tidak digunakan.

Pengujian ini d ilakukan pe rtama ka li ka rena c atu da ya mikrokontoler

diperoleh da ri baterai s edangkan s istem harus s elalu menyala. D alam

pengujian in i la mpu LED me rah me nyala y ang be rarti ind ikator kalau beban

disuplai oleh catu daya ke-3 yaitu baterai. Dalam kondisi ini relai I bersifat off

sehingga m ikrokontroler me merintahkan r elai II un tuk menyambungkan

baterai dengan beban.

2. Data ketika t iga buah cat u daya d ipasang ke alat dan nilai t egangan PLN 20

volt

a. Multimeter mencatat keluaran modul sel surya 19,76 volt

a) Catu daya modul sel surya

Tegangan keluaran modul sel surya sebesar 19,76 volt akan masuk ke

dalam voltage divider, s ehingga k eluaran voltage divider yaitu

0, 248 19,48outV x V= = 4.831 volt.

Tegangan masukan pada Port.A0 adalah 4,831 volt

b) Catu daya PLN 20 Volt

Tegangan keluaran PLN sebesar 20 volt akan masuk ke dalam voltage

divider, s ehingga k eluaran voltage divider yaitu 0, 248 20outV x V= =

4,96 volt.


Mikrokontroler akan mempunyai keluaran port.C7 bernilai 1, sehingga

masukan t ransistor driver relai I adalah 1. Hal ini akan menyebabkan

masukan t ransistor m emberikan ke luaran nilai 0 pa da r elai I , maka

relai I akan mempunyai keluaran 1. Pada kondisi ini Port.C0 bernilai 0

sehingga masukan t ransistor driver II y aitu 0. H al ini a kan

menyebabkan m asukan untuk mengontrol r elai II y aitu 0 s ehingga


55


relai II akan bernilai 1 sehingga menghubungkan beban dengan relai I

dan r elai I a kan menghubungkan beban de ngan modul sel s urya.

Berarti pada keadaan ini catu daya yang digunakan ada lah modul sel

surya da n da pat d ilihat bahwa l ampu i ndikator y ang menyala adalah

berwarna hijau.

c) Catu daya Baterai 12 V

Penggunaan catu daya baterai hanya untuk menyuplai mikrokontroler.

b. Multimeter mencatat keluaran modul sel surya 5,46 volt




0, 248 5,46outV x V= = 1,35 volt.



Tegangan keluaran PLN sebesar 20 volt akan masuk ke dalam voltage

divider, s ehingga k eluaran voltage divider yaitu 0, 248 20outV x V= =

4,96 volt.


Mikrokontroler a kan mempunyai k eluaran P ort.C7 b ernilai 0,

sehingga masukan t ransistor driver relai I ada lah 0. H al ini akan

menyebabkan m asukan transistor memberikan s inyal kontrol ni lai 1

pada relai I, maka relai I akan mempunyai keluaran 0.

Pada ko ndisi ini P ort.C0 b ernilai 0 ka rena nilai t egangan P LN

mencukupi ke butuhan b eban, sehingga m asukan transistor driver II

yaitu 0. Hal ini akan menyebabkan masukan untuk mengontrol relai II

yaitu 0 s ehingga r elai I I a kan bernilai 1 sehingga menghubungkan

beban de ngan r elai I da n r elai I a kan menghubungkan beban de ngan

PLN. Berarti pada keadaan ini catu daya yang digunakan adalah PLN


56


dan d apat d ilihat b ahwa lampu indikator y ang menyala a dalah

berwarna kuning.



3. Data ketika tiga buah catu daya dipasang ke alat dan nilai tegangan PLN 6 volt

a. Multimeter mencatat keluaran modul sel surya 17,14 volt




0, 248 17,14outV x V= = 4,25 volt.

Tegangan masukan pada Port.A0 adalah 4,25volt


Tegangan ke luaran PLN sebesar 6 volt akan masuk ke dalam voltage

divider, s ehingga ke luaran voltage divider yaitu 0, 248 6outV x V= =

1,488 volt.


Mikrokontroler a kan mempunyai k eluaran P ort.C7 bernilai 1,

sehingga masukan t ransistor driver relai I ada lah 1. Hal i ni a kan

menyebabkan masukan t ransistor m emberikan sinyal ko ntrol nilai 0

pada relai I , maka relai I akan mempunyai ke luaran 1. Hal in i berarti

relai I akan memilih modul sel surya sebagai catu daya

Pada kondisi ini Port.C0 bernilai 0 karena relai I dalam kondisi on,

sehingga masukan t ransistor driver II y aitu 0. H al ini a kan

menyebabkan m asukan untuk mengontrol relai II y aitu 0 s ehingga

relai II akan bernilai 1 sehingga menghubungkan beban dengan relai I

dan relai I a kan menghubungkan beban de ngan PLN. B erarti pa da

keadaan i ni catu da ya yang d igunakan a dalah modul s el surya dan

dapat di lihat b ahwa lampu indikator yang menyala a dalah b erwarna

hijau.



57



b. Multimeter mencatat keluaran modul sel surya 4,6 volt


Tegangan k eluaran modul s el s urya sebesar 4, 6 volt a kan masuk ke


0, 248 4,6outV x V= = 1,14 volt.



Tegangan keluaran PLN sebesar 6 v olt akan masuk ke dalam voltage

divider, s ehingga ke luaran voltage divider yaitu 0, 248 6outV x V= =

1,488 volt.


Pada kondisi ini P ort.C0 b ernilai 1 ka rena modul s el s urya da n

PLN t idak memenuhi s yarat s ebagai ca tu daya b eban., s ehingga

masukan t ransistor driver II y aitu 1. H al ini akan menyebabkan

masukan u ntuk m engontrol r elai I I yaitu 1 sehingga r elai I I a kan

bernilai 0 sehingga m enghubungkan b eban ba terai B erarti pada

keadaan ini catu daya yang digunakan adalah baterai dan dapat dilihat

bahwa lampu indikator yang menyala adalah berwarna merah.


Baterai 12 volt tidak dibaca o leh mikrokontroler ka rena nilai

tegangannya konstan.

Berdasarkan pe ngujian t erlihat b ahwa s istem be kerja de ngan ba ik u ntuk

membaca da n membandingkan t egangan catu da ya k emudian mengeluarkan

sinyal u ntuk mengontrol r elai melalui drivernya. Waktu de lay yang d iperlukan

oleh relay yaitu selama 2 ms (lihat pada lampiran 2)


58


BAB V

KESIMPULAN

1. Perancangan sistem hybrid tenaga s urya d an t enaga angin u ntuk menyuplai

BTS 3G m embutuhkan 42 b uah modul s el s urya tipe KC130TM de ngan

ocV =21,90 V da n scI =8,02 A dengan 3 modul t ersusun seri da n 14 modul

tersusun paralel serta turbin angin tipe LWS-1000 sebanyak 5 buah.

2. Perancangan simulasi sistem hybrid menggunakan

a. dua buah modul sel surya tipe STPOO5S-12/Ob dengan ocV =21,40 V dan

scI =0,33 A a kan mempunyai nilai t egangan ke luaran da n da ya sebesar

19,26 V dan daya 11,44 watt

b. turbin angin poros horizontal bersudu variabel.

3. Simulasi s istem hybrid tenaga surya dan tenaga angin sebagai catu daya BTS

3G mempunyai waktu delay switching sistem selama 2 ms.


59


DAFTAR REFERENSI

[1] Fateta, Energi Angin, IPB, Bogor, 2004

[2] Harliman, Niko dan Supriyatna, Yanto.,Pembangkitan daya dengan

menggunakan kincir angin poros vertikal bersudu variabel, skripsi,

Departemen Mesin Fakultas Teknik Universitas Indonesia, Depok, 2006

[3] Patel, Mukul R., Wind and Solar Power Systems, CRC Press,Boca Raton,

1999

[4] Pikatan, Sugata, Resume Konversi Angin, Seminar, MIPA Universitas

Surabaya, Surabaya, Maret 1999

[5] Ridwan, Mochammad., System GSM, Jakarta, September 2007.

[6] Sigh, Jasprit, Semiconductor Optoelectronics Physics and Technology,

Mc. Graw.Hill, Inc., Singapura, 1995

[7] Susandi, Armi., Potensi energi angin dan surya di Indonesia, Geografi

ITB, Bandung, 2006

[8] Tarigan, Elieser.,Karakteristik Angin, Seminar, MIPA Ubaya, Surabaya,

1999

[9] Yuliarto, Brian., Sel surya untuk energi masa depan, Bandung, Juni 2008

[10] www.scribd.com, Photovoltaic (PV) System Design.,Agustus 2008

[11] http://pltb.blogspot.com/


http://www.scribd.com/

http://pltb.blogspot.com/

60


Gambar perangkat simulasi sistem hybrid catu daya BTS 3G


61


Diagram Delay Relai

Switching dari tenaga angin ke baterai


62



63


Switching dari tenaga surya ke baterai


64



tenaga surya dan tenaga angin sebagai catu daya...

Documents