cover menyusul

Kelompok: 1. Sindu Daniarta (11/319609/TK/38735)2. Futikhatun Rohmah (12/333583/TK/39931)

3. M Rizky Romadhona (11/319803/TK/38917)37

33

KATA PENGANTARPuji syukur kehadirat Allah SWT karena atas berkat rahmat dan kuasa-Nya penulis dapat menyelesaikan makalah matakuliah Pengantar Teknologi Energi Terbarukan ini. Selama penyusunan makalah ini, penulis dibantu oleh pihak-pihak terkait. Untuk itu, melalui kata pengantar ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:1. Bapak Rachmawan Budiarto, S.T., M.T., selaku pembimbing dalam mata kuliah pengantar teknologi energi terbarukan.2. Rekan-rekan Jurusan Teknik Fisika Universitas Gadjah Mada3. Semua pihak yang telah membantu proses pembuatan makalah matakuliah Pengantar Teknologi Energi Terbarukan ini yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu.Penulis menyadari bahwa studi kelayakan ini jauh dari kesempurnaan. Untuk itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun untuk perbaikan dan kebaikan semua pihak.

Yogyakarta, 29 September 2015Penulis

DAFTAR ISIcover menyusuliKATA PENGANTARiiDAFTAR ISIiiDAFTAR TABELivDAFTAR GAMBARvBAB I PENDAHULUAN61.1. Latar Belakang61.2. Tujuan71.3. Batasan Masalah71.4. Manfaat7BAB II PROFIL WILAYAH DESA CEMAGA, BUNGURAN SELATAN, NATUNA, KEPULAUAN RIAU, INDONESIA92.1. Gambaran Wilayah Desa Cemaga92.2. Kondisi Wilayah Desa Cemaga102.2.1. Penduduk102.2.2. Kondisi Kelistrikan112.3. Proyeksi Kebutuhan Listrik Desa Cemaga12BAB III HYBRID RENEWABLE ENERGY SYSTEM: WIND TURBINE, PHOTOVOLTAIC AND OCEAN TURBINE153.1. WindTurbine153.1.1. Gambaran Umum153.1.2. Skema dan Komponen173.1.3. Prinsip Kerja183.2. Photovoltaic193.2.1. Gambaran Umum193.2.2. Skema dan Komponen203.2.3. Prinsip Kerja223.3. Ocean Turbine243.3.1. Gambaran Umum243.3.2. Skema dan Komponen243.3.3. Prinsip Kerja24BAB IV ANALISIS KELISTRIKAN PADA WILAYAH DESA CEMAGA MENGGUNAKAN HYBRID RENEWABLE ENERGY SYSTEM: WIND TURBINE, PHOTOVOLTAIC, AND OCEAN TURBINE254.1. Analisis Kelistrikan Wind Turbine254.1.1. Data Potensi Daerah di Wilayah Desa Cemaga254.1.2. Analisis Kelistrikan Wind Turbine264.2. Analisis Kelistrikan Photovoltaic264.2.1. Data Potensi Daerah di Wilayah Desa Cemaga264.2.2. Analisis Kelistrikan Photovoltaic264.3. Rencana Kelistrikan OceanTurbine264.3.1. Data Potensi Daerah di Wilayah Desa Cemaga264.3.2. Analisis Kelistrikan OceanTurbine26BAB V KESIMPULAN27DAFTAR PUSTAKA28LAMPIRAN29

DAFTAR TABELTabel 2.1. Data Penduduk di Desa Cemaga pada bulan Januari 2015 [2]10Tabel 2.2. Proyeksi kebutuhan listrik harian keluarga menurut golongan12Tabel 2.3. Proyeksi kebutuhan listrik harian semua keluarga di Desa Cemaga12Tabel 2.4. Proyeksi kebutuhan listrik harian puskesmas di Desa Cemaga13Tabel 2.5. Proyeksi kebutuhan listrik harian masjid di Desa Cemaga13Tabel 2.6. Proyeksi kebutuhan listrik harian PAUD dan TK di Desa Cemaga14Tabel 2.7. Proyeksi kebutuhan listrik harian SD-SMP-SMA di Desa Cemaga14Tabel 2.8. Proyeksi kebutuhan listrik harian total Desa Cemaga14Tabel 3.1. Kategori angin menurut skala Beaufort [3]15Tabel 3.2. Penggolongan turbin angin [3]17Tabel 4.1. Data kecepatan angin di 3.780277778 oN 108.3672917 oE [6]25

DAFTAR GAMBARGambar 2.1. Peta Desa Cemaga, Bunguran Selatan, Natuna, Kepulauan Riau [1]9Gambar 2.2. Penggolongan keluarga menurut perekonomiannya11Gambar 3.1. Variasi kecepatan angin akibat dari naik turunnya elevasi permukaan bumi [4]16Gambar 3.2. Pembangkit listrik tenaga angin menggunakan VAWC [4]17Gambar 3.3. Blok diagram prinsip kerja pembangkit listrik tenaga angin [5]18Gambar 3.4. Skema rangkaian photovoltaic untuk ongrid system [7]21Gambar 3.5. Skema rangkaian photovoltaic untuk offgridsystems [8]22

BAB IPENDAHULUAN

Latar BelakangIndonesia merupakan negara kepulauan terbesar di dunia yang dikenal akan potensi Sumber Daya Alam (SDA) yang melimpah, dimana terdiri dari 17.508 pulau dengan populasi sebesar 237,6 jiwa pada tahun 2010. Sehingga kebutuhan listrik bagi negara dengan jumlah populasi seperti itu memang sangat besar. Akan tetapi hingga saat ini kebutuhan akan listrik tersebut belum semua dapat terpenuhi. Hal ini terlihat dari masih adanya pulau-pulau kecil maupun daerah pelosok yang belum mendapatkan aliran listrik, bahkan daerah di pulau-pulau besar pun masih banyak yang belum mendapatkan aliran tersebut. Hal ini tidak terlepas dari masalah sulitnya menjangkau daerah-daerah tersebut. Sebagaimana diketahui bahwa dalam mengalirkan listrik tentu diperlukan media perantara (kabel dan tiang listrik), dimana biaya dalam pembangunannya pasti bukan sekedar biaya pemasangan kabel dan tiang listrik biasa seperti di kota-kota besar ataupun daerah yang masih dapat dijangkau. Jika harus mengalirkan listrik ke pulau-pulau terkecil, dapat dibayangkan berapa biaya yang diperlukan guna membangun jaringan kabel listrik yang mana harus melewati bawah laut. Sehingga dirasa kurang efektif jika harus melakukan hal seperti.Guna mengatasi masalah tersebut maka penggunaan energi alternatif merupakan solusi yang tepat untuk meningkatkan peran energiterbarukan dalam rangka menjadi keamanan pasokan energi (terutama listrik) dan memenuhi kebutuhan energi nasional yang semakin meningkat secara berkelanjutan, baik untuk kegunaan di bidang pembangkit energi listrik maupun di bidang transportasi. Sebagaimana yang diketahui bahwa kegiatan penyediaan tenaga listrik dan transportasi merupakan kegiatan penyediaan sarana dan komoditas penggerak roda perekonomian nasional yang vital dan strategi.Pada studi kasus ini mencoba menganalisis kebutuhan energi listrik di Desa Cemaga, Bunguran Selatan, Natuna, Kepulauan Riau. Kegiatan ini melakukan penggantian minimal 25% pasokan listrik di Desa Cemaga dengan menggunakan renewable energy. Hybrid renewable energy system atau sistem energi terbarukan hibrida merupakan salah satu sumber energi alternatif yang tepat untuk diaplikasikan pada daerah-daerah yang sulit dijangkau oleh system pembangkit listrik besar seperti PLN (Perusahaan Listrik Negara).Tujuan Menganalisis kebutuhan listrik di Desa Cemaga, Bunguran Selatan, Natuna, Kepulauan Riau Memanfaatkan potensi daerah di Desa Cemaga untuk pembangkitan listrik Menggunakan photovoltaic, wind turbine, dan ocean turbine sebagai hybrid renewable energy system di Desa CemagaBatasan Masalah Adapun perhitungan kebutuhan listrik dilakukan di Desa Cemaga, Bunguran Selatan, Natuna, Kepulauan Riau dengan menggunakan pendekatan ideal Kebutuhan listrik perhari setiap rumah berbeda-beda digolongkan dalam beberapa golongan tergantung kondisi ekonomi keluargaManfaat Menggunakan hybrid renewable energy system di Desa Cemaga sebagai model percontohan untuk meningkatkan penggunaan energi terbarukan guna memenuhi kebutuhan listrik khususnya surya, tenaga angin, dan tenaga ombak di pulau-pulau kecil maupun daerah pelosok di Indonesia. Meningkatkan kualitas hidup menuju masyarakat sehat, cerdas, berakhlak mulia, dan berkepribadian Indonesia dengan memperhatikan aspek pengembangan ilmu pengetahuan dan teknologi Meningkatkan kesejahteraan baik dibidang sosial, ekonomi, teknologi, pendidikan, dan budaya.

BAB IIPROFIL WILAYAH DESA CEMAGA, BUNGURAN SELATAN, NATUNA, KEPULAUAN RIAU, INDONESIA

Gambaran Wilayah Desa Cemaga

Gambar 2.1. Peta Desa Cemaga, Bunguran Selatan, Natuna, Kepulauan Riau [1]Desa cemaga termasuk dalam wilayah kecamatan Bunguran Selatan. Letaknya berada di tenggara pulau bunguran. Desa ini memiliki pantai berpasir putih langsung menghadap lautan luas serta memiliki tiga buah gugusan pulau cantik yaitu pulau Akar, pulau Juntai dan pulau Kemudi. Memiliki luas daerah lebih kurang 11.000 km2. Penduduk desa Cemaga berjumlah 1.165 jiwa, dengan jumlah nelayan hanya 4,98% atau 58 orang dari total penduduk yang ada. Desa ini berada di lintasan jalan menuju selat Lampa yang merupakan salah satu pelabuhan utama dari dan ke Natuna setelah pelabuhan Penagih.

Desa ini memiliki perairan yang luas dan terkenal dengan hasil perikanannya. Daerah ini juga memiliki banyak sungai kecil yang di sekitarnya terdapat hutan bakau yang masih cukup baik. Daerah ini sering menjadi tumpuan masyarakat di sekitar pulau Bunguran Timur untuk mencari ikan. Tercatat sebanyak 27 pompong, 9 buah sampan sebagai sarana penangkapan nelayan di desa Cemaga.Kondisi Wilayah Desa CemagaPendudukDesa Cemaga terdiri dari beberapa dusun, yaitu Dusun Cemaga, Air Buluh, Lada Hitam, Munung Darat, Munung Laut, Air Ranggas, dan Cemaga Baru. Pembagian dusun-dusun tersebut berdasarkan RT dan RW. Desa Cemaga memiliki populasi penduduk yang lumayan banyak dimana jumlah anggota terdiri dari 652 dengan jumlah kepala keluarga sebesar 285. Setiap jumlah kepala keluarga memiliki rumah hunian sendiri. Adapun rincian dari jumlah penduduk di Desa Cemaga dibagi menjadi dusun-dusun dapat dilihat pada Tabel 2.1.Tabel 2.1. Data Penduduk di Desa Cemaga pada bulan Januari 2015 [2]NoNama DusunJumlah Penduduk

Jumlah Kepala KeluargaJumlah Anggota Keluarga

1Cemaga RT 01/RW 0146125

2Air Buluh RT 02/RW 013678

3Lada Hitam RT 03/RW 014579

4Munung Darat RT 04/RW 0268173

5Munung Laut RT 05/RW 0248109

6Air Ranggas RT 06/RW 021630

7Cemaga Baru RT 07/RW 022658

TOTAL285652

Gambar 2.2. Penggolongan keluarga menurut perekonomiannyaJumlah kepala keluarga ini dibagi lagi menjadi beberapa golongan. Golongan A untuk keluarga dengan perekonomian lebih dengan membuka usaha toko di rumahnya, golongan B untuk keluarga dengan perekonomian menengah, dan golongan C untuk keluarga dengan perekonomian kurang. Adapun rincian dari penggolongan keluarga tersebut dapat dilihat dari Gambar 2.2.Kondisi KelistrikanKabupaten Natuna merupakan salah satu daerah yang mengalami krisis energi listrik. PLN merupakan salah satu perusahaan pemasok listrik utama di Natuna. Apabila unit ini mengalami gangguan atau dilakukan pemeliharaan, maka akan terjadi pemadaman bergilir di sistem kelistrikan Natuna tersebut. Permintaan akan energi listriklebih tinggi dari kemampuan PLN untuk melayaninya. Selain itu dalam beberapa waktu terakhir PLN tidak dapat memenuhi permintaan sambungan baru di daerah Natuna. Selain itu, masyarakat di Desa Cemaga juga menggunakan pembangkitan listrik yang didapatkan dari genset dengan bahan bakar solar.Proyeksi Kebutuhan Listrik Desa CemagaProyeksi kebutuhan listrik di Desa Cemaga ini mengasumsikan dari data kemampuan perekonomian setiap keluarga. Proyeksi kebutuhan listrik keluarga ini dilakukan dengan kondisi-kondisi tertentu yang dapat dilihat secara rinci pada Tabel 2.2.

Tabel 2.2. Proyeksi kebutuhan listrik harian keluarga menurut golonganKebutuhanDaya (watt)Lama Pemakaian (jam)Golongan

ABC

JmlWatthoursJmlWatthoursJmlWatthours

Lampu rumah1061060074205300

Televisi LCD 25-27 inch905145014501450

Komputer Desktop LCD11032660133000

Refrigerators/Kulkas 12 cubic feet1408222401112000

Peralatan yang lain (menit)4001140014001400

Peralatan yang lain (jam)4003224001120000

TOTAL (WattHours)A6750B3920C1150

Dengan meninjau jumlah kebutuhan energi keluarga pergolongan, maka didapatkan hasil untuk proyeksi kebutuhan energi listrik semua penduduk di Desa Cemaga, Bunguran Selatan, Natuna, Kepulauan Riau. Adapun rincian untuk kebutuhan listrik semua keluarga di Desa Cemaga dapat dilihat pada Tabel 2.3.Tabel 2.3. Proyeksi kebutuhan listrik harian semua keluarga di Desa CemagaKategoriWattHoursJumlah KKSatu tahu operasional (jam)Jumlah Daya tahunan

Golongan A67505287603074760000

Golongan B392018487606318412800

Golongan C1150498760493626000

TOTAL WattHours9886798800

Desa Cemaga juga memiliki fasilitas-fasilitas umum seperti puskesmas, masjid, dan bangunan sekolah. Adapun puskesmas terdiri dari puskesmas kecamatan yang terletak di Dusun Munung Darat, dan puskesmas desa yang terletak di Dusun Cemaga. Disetiap dusun di Desa Cemaga memiliki masjid/musholla. Adapun bangunan sekolah PAUD, TK, SD, SMP, dan SMA. PAUD, TK Negeri 1, SD Negeri 1 Bunguran Selatan, SMP Negeri 001 Bunguran Selatan terletak di Dusun Cemaga, sedangkan SMA Negeri 1 Bunguran Selatan terletak di Dusun Munung Darat. Adapun rincian kebutuhan listrik harian untuk fasilitas-fasilitas umum ini dapat dilihat pada tabel berikut ini.Tabel 2.4. Proyeksi kebutuhan listrik harianpuskesmas di Desa CemagaKebutuhanDaya (watt)Lama pemakaian (jam)JumlahWattHours

Lampu1064240

Televisi LCD 25-27 inch9051450

Komputer Desktop LCD11031330

Peralatan yang lain waktu penggunaannya per menit40011400

TOTAL1420

TOTAL kebutuhan listrik dua puskesmas Desa Cemaga2840

TOTAL kebutuhan listrik dua puskesmas Desa Cemaga tahunan9780960

Tabel 2.5. Proyeksi kebutuhan listrik harianmasjid di Desa CemagaKebutuhanDaya (watt)Lama pemakaian (jam)JumlahWattHours

Lampu10610600

amplifier TOA ZA-212012011120

speaker column2044320

TOA ZH-5025BM2522100

TOTAL1140

TOTAL kebutuhan listrik tujuh masjid Desa Cemaga7980

TOTAL kebutuhan listrik tujuh masjid Desa Cemaga tahunan69904800

Tabel 2.6. Proyeksi kebutuhan listrik harianPAUD dan TK di Desa CemagaKebutuhanDaya (watt)Lama pemakaian (jam)JumlahWattHours

Lampu1012101200

Komputer Desktop LCD11011110

Peralatan yang lain waktu penggunaannya per menit40011400

TOTAL1710

TOTAL kebutuhan listrik PAUD dan TK Desa Cemaga3420

TOTAL kebutuhan listrik PAUD dan TK Desa Cemaga tahunan23556960

Tabel 2.7. Proyeksi kebutuhan listrik harian SD-SMP-SMA di Desa CemagaKebutuhanDaya (watt)Lama pemakaian (jam)JumlahWattHours

Lampu106402400

Komputer Desktop LCD11041440

Peralatan yang lain waktu penggunaannya per menit40011400

TOTAL3240

TOTAL kebutuhan listrik SD-SMP-SMA Desa Cemaga9720

TOTAL kebutuhan listrik SD-SMP-SMA Desa Cemaga tahunan66951360

Maka proyeksi kebutuhan listrik Desa Cemaga dihitung berdasarkan jumlah kebutuhan listrik rumah tangga, masjid, puskesmas, dan bangunan sekolah. Adapun rincian jumlah seluruh kebutuhan listriktahunan Desa Cemaga dapat dilihat pada Tabel 2.8.Tabel 2.8. Proyeksi kebutuhan listriktahunan total Desa CemagaNoJenis kebutuhanJumlah (WattHours)

1Rumah tangga9886798800

2Puskesmas9780960

3Masjid69904800

4PAUD & TK23556960

5SD, SMP, & SMA66951360

TOTAL10056992880

Maka total kebutuhan listrik tahunan Desa Cemaga 10.056 GWh.BAB IIIHYBRID RENEWABLE ENERGY SYSTEM: WIND TURBINE, PHOTOVOLTAIC AND OCEAN TURBINE

WindTurbineGambaran Umum

Tabel 3.1. Kategori angin menurut skala Beaufort [3]Angin merupakan salah satu potensi untuk pembangkit listrik. Data kecepatan angin merupakan salah satu factor vital dalam penentuan pembangkitan listrik yang dapat diproduksi serta perancangan pembangkit listrik yang harus dilakukan. Dalam studinya kondisi angina dibedakan menjadi beberapa kategori menurut skala Beaufort. Adapun rincian kategori ini dapat dilihat pada Tabel 3.1.

Gambar 3.1. Variasi kecepatan angin akibat dari naik turunnya elevasi permukaan bumi [4]Kondisi angin pada suatu lokasi tertentu sangat dipengaruhi oleh suhu setempat, bentuk topografi, tetumbuhan dan pepohonan, serta berbagai jenis bangunan yang ada. Kombinasi pengaruh faktor-faktor tersebut sangat ikut membentuk arah dan kecepatan angin lokal. Ketinggian dan banyaknya benda disekitar pembangkit listrik juga mempengaruhi jumlah pembangkitan listrik yang dihasilkan. Hal ini dikarenakan semakin banyak pohon dan bangunan disekitar pembangkitan maka akan mengurangi kecepatan angin. Berikut ini merupakan variasi kecepatan angin akibat dari naik turunnya elevasi permukaan bumi.

Angin yang bergerak ini memiliki energy kinetic yang dapat dikonversikan menjadi energy listrik dengan menggunakan generator yang digerakkan dari putaran turbin. Penggolongan turbin disini dapat dibagi berdasarkan kapasitas, posisi sumbu, dan pengoperasiannya. Penggolongan ini dimaksudkan untuk mengetahui jenis turbin mana yang harus digunakan sesuai dengan kebutuhan pembangkit listrik tenaga angin yang akan dipasang disuatu daerah. Adapun penggolongan turbin angin ini dapat dilihat pada Tabel 3.2.

Tabel 3.2. Penggolongan turbin angin [3]

Skema dan KomponenAdapun jenis turbin yang digunakan untuk pembangkit listrik tenaga angin yang digunakan yaitu dengan posisi sumbu vertical. Adapun gambarannya dapat dilihat pada Gambar 3.2.

Gambar 3.2. Pembangkit listrik tenaga angin menggunakan VAWC [4]

Adapun komponen turbin angin ini disusun atas beberapa komponen dasar antara lain: Baling-baling Gearbox Break System Generator Penyimpan Energi Rectifier- Inverter MenaraPemasangan pembangkit listrik tenaga angin ini dipasang di laut dimana letaknya dekat dengan Pulau Akar. Pulau Akar ini nantinya akan dipakai untuk penyimpanan listrik atau sebagai power bank storage untuk selanjutnya dapat digunakan untuk memenuhi kebutuhan sehari-hari setelah diconvert ke listrik AC.Prinsip Kerja

Gambar 3.3. Blok diagram prinsip kerja pembangkit listrik tenaga angin [5]Prinsip kerja dari pembangkit listrik tenaga angin ini dapat dijelaskan pada blok diagram pada Gambar 3.3.

Energi kinetik angin akan memuratkan kincir angin, dimana kincir angina nanti akan menggerakan generator. Pada generator terjadi konversi energi mekanik menjadi energi listrik. Setelah itu listrik mengalir menuju ke inverter untuk distabilkan menjadi listrik AC dan siap digunakan, disisi lain listrik menunju ke power bank storage untuk disimpan. Jika ingin digunakan makan listrik dari power bank harus di rubah menjadi listrik AC menggunakan inverter.PhotovoltaicGambaran UmumMatahari adalah sebuah sumber energi utama di bumi. Energi yang tersimpan dalam sinar matahari juga berlimpah. Hampir semua yang ada di bumi mendapatkan energi dari matahari baik secara langsung maupun tidak langsung. Energi yang berlimpah ini dapat pula digunakan sebagai pembangkit energi listrik yang dibutuhkan dalam kehidupan manusia sehari-hari.Selain itu, energi matahari merupakan sumber energi yang penggunaannya hampir tidak meninggalkan limbah sehingga tidak mencemari lingkungan. Tidak seperti sumber energi lain yang terkadang terkonsentrasi pada daerah tertentu, energi matahari dapat didapatkan hampir di seluruh permukaan bumi.Radiasi matahari yang memancar ke bumi selain membawa panas dan gelombang elektromagnetik dalam berbagai panjang gelombang, juga membawa photon atau paket-paket energi. Dalam upaya untuk memdapatkan listrik dari energi matahari, terdapat dua jenis cara yaitu dengan memanfaatkan panas dari radiasi matahari dan dengan menggunakan efek photovoltaic. Penggunaan energi thermal dari sinar matahari biasanya digunakan untuk pembangkit listrik energi surya skala besar. Sebab energi thermal yang terkumpul digunakan untuk memanaskan Work Liquid yang nantinya menggerakkan turbin pembangkit. Photovoltaic (PV) adalah salah satu teknologi energi terbarukan yang menggunakan energi photon dari radiasi matahari untuk menghasilkan listrik. Teknologi ini hadir dalam bentuk module yang memungkinkan penggunaan dalam rentang skala yang beragam, dari sell surya untuk sekedar menyalakan lampu hingga mengangkat air dari dalam tanah. Teknologiini sangat cocok digunakan sebagai pembangkit listrik di daerah-daerah yang sulit dijangkau oleh jaringan listrik dari pembangkit listrik konvensional sepeti PLTU,PLTA, dan PLTG. Hal ini dikarenakan photovoltaic tidak memerlukan banyak komponen dan dapat langsung mengubah energi matahari menjadi energi listrik yang kemudian dapat disimpan ke dalam baterai atau accumulator. Teknologi ini juga sangat ramah lingkungan karena hampir tidak meninggalkan limbah.Skema dan KomponenBerikut ini adalah komponen-komponen yang digunakan dalam pembangkitan listrik menggunakan photovoltaic [7]: ModulModul Photovoltaic atau biasa disebut modul surya adalah perangkat yang terdiri dari bahan semikonduktor seperti silikon, galium arsenide dan kadmium telluride, dll yang mengubah sinar matahari langsung menjadi listrik. Ketika solar cell menyerap sinar matahari, elektron-elektron bebas dan lubang-lubang membuat sambungan positif / negatif, dan ketika dihubungkan dengan beban DC, maka arus listrik akan mengalir ke beban tersebut. Solar Charge ControllerSolar Charge Controller adalah suatu alat kontrol yang berfungsi untuk mengatur tegangan dan arus yang dikeluarkan dari modul surya, malakukan proses pengisian battery, mencegah battery dari pengisian yang berlebihan, juga mengendalikan proses discharge. Yang perlu diperhatikan dalam menggunakan charge controller ini adalah besarnya tegangan dan daya yang dikeluarkan modul surya dan yang dapat diterima battery. Satuan untuk tegangan adalah Volt, sedangkan kuat arus dalam ampere, misalnya 12volt/10A. Battery Battery berfungsi untuk menyimpan sementara listrik yang dihasilkan modul surya, agar dapat digunakan pada saat energi matahari tidak ada (malam hari atau cuaca), besaran kemampuan menyimpan arus listrik diukur dalam satuan watt jam (watthour/WH). Besarnya kemampuan menyimpan arus listrik ditentukan dari berapa besar kebutuhan daya listrik dan kemampuan modul surya dalam mengisi battery. InverterListrik yang dihasilkan dari Solar System adalah listrik arus searah / direct current (DC), sedangkan peralatan listrik yang kita gunakan kebanyakan menggunakan listrik arus tidak searah (alternating current (AC), karena itu agar peralatan listrik AC kita dapat tepa beroperasi menggunakan listrik hasil dari solar system, maka harus menggunakan inverter, yaitu alat untuk mengubah arus searah menjadi arus tidak searah, dan tegangannya disesuaikan dengan tegangan yang dibutuhkan. KabelAdapun skema alat untuk rangkaian photovoltaic untuk ongrid system dapat dilihat pada Gambar 3.4.

Gambar 3.4. Skema rangkaian photovoltaicuntuk ongrid system [8]

Sedangkan skema alat untuk rangkaian photovoltaic untuk offgrid systems dapat dilihat pada Gambar 3.5.

Gambar 3.5. Skema rangkaian photovoltaic untuk offgridsystems [9]

Prinsip KerjaPrinsip kerja dari photovoltaic adalah dengan menggunakan efek photovoltaic. Efek photovoltaic sederhananya adalah sebagai berikut: cahaya matahari menembus sel photovoltaic. Cahaya matahari ini membawa energi foton yang akan digunakan untuk membuat elektron pada bahan semikonduktor pada sel surya terlepas dari ikatan dan menjadi elektron bebas. Dalam suatu semikonduktor, pada awalnya elektron-elektron yang mempunyai kemampuan untuk membangkitkan arus listrik terletak pada pita valensi, yang memiliki tingkat energi rendah. Agar bisa membangkitkan arus listrik, elektron-elektron tersebut mesti lompat berpindah ke pita konduksi (conduction band). Antara pita valensi dan konduksi terdapat daerah yang dikenal sebagai forbidden gap. Di daerah antara tersebut terdapat energi yang disebut band-gap energy yang harus bisa diatasi oleh elektron-elektron. Band-gap energy tersebut merupakan beda energi yang dimiliki oleh elektron di pita valensi dengan yang dimiliki oleh elektron di pita konduksi. Selisih energi tersebut dinyatakan dalam electronvolt (eV) dan besarnya bervariasi antara satu material ke material yang lain. Logam, yang merupakan penghantar listrik yang baik, mempunyai banyak elektron dalam pita konduksi-nya. Sebaliknya bahan-bahan insolator (band-gapenergy> 3 eV), yang tidak mampu menghantarkan listrik, tidak mempunyai elektron dalam pita tersebut.Jika foton yang energinya lebih besar dibanding dengan band-gapenergy mengenai elektron dari semikonduktor n, maka elektron tersebut akan mampu lepas dari pita valensi lompat ke pita konduksi. Di sel surya yang memanfaatkan sambungan p-n, elektron bebas dari semikonduktor n yang telah berada di pita konduksi tersebut dapat bergerak langsung ke arah semikonduktor p. Namun demikian, muatan negatif di depletionzone sisi semikonduktor p menghalangi elektron bebas tersebut. Jika sisi n dihubungkan dengan sisi p melalui sirkuit eksternal, maka lewat sirkuit tersebut elektron bebas dapat mengalir dari sisi n bergabung dengan lobang di sisi p. Terjadilah aliran listrik dalam sirkuit eksternal tersebut. Elektron yang telah dilepaskan dan menjadi arus listrik dapat kemudian dialirkan menuju chargecontroller sebelum disimpan pada batterai untuk kebutuhan DC atau dihubungkan ke inventer untuk kebutuhan listrik AC. Listrik yang dihasilkan dapat digunkan langsung (offgrid) atau dihubingkan dengan jaringan listrik PLN (ongrid).Ocean TurbineGambaran UmumLaut menyimpan potensi energi dalam berbagai bentuk: gelombang, pasang surut, arus, gradien suhu, dan gradien kadar garam. Arus laut berupa pasang surut yang diakibatkan oleh interaksi bumi, bulan, matahari, dan arus geostropik karena gaya Coriolis akibat rotasi bumi serta perbedaaan salinitas, temperatur, dan densitas. Indonesia mempunyai lautan sekitar 65% dari seluruh wilayah Indonesia sehingga potensi untuk memanen energi terbarukan cukup menjanjikan.

Gambar 3.6 Peta Arus Laut Indonesia []Potensi energi tersebut dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan listtrik yang berasal dari energi terbarukan. Prinsip yang dikembangkan pada teknologi ekstraksi energi arus laut ini dilakukan dengan mengadopsi prinsip teknologi energi angin yang telah lebih dulu berkembang, yaitu dengan mengubah energi kinetik arus laut menjadi energi rotasi dan energi listrik. Daya yang dihasilkan oleh turbin arus laut jauh lebih besar daripada daya yang dihasilkan oleh turbin angin, karena rapat massa air laut hampir 800 kali rapat massa udara. Kapasitas daya yang dihasilkan dihitung dengan pendekatan matematis yang memformulasikan daya yang dihasilkan dari suatu aliran fluida yang menembus suatu permukaan A dalam arah yang tegak lurus permukaan. Tercatat beberapa negara telah berhasil melakukan instalasi pembangkit energi listrik dengan memanfaatkan energi arus laut, mulai dari prototype turbin hingga mencapai turbin skala komersial dengan kapasitas 1,2 mW/turbin. Negara-negara tersebut seperti di Skotlandia, Swedia, Perancis, Norwegia, Inggris, Irlandia Utara, Australia, Italia, Korea Selatan ,dan Amerika Serikat. [10]Skema dan KomponenBerikut ini adalah komponen-komponen dasar yang dgunakan pada sistem Pembangkit Listrik Tenaga Arus Laut (PLTAL):- Rotor (Turbin) Rotor adalah bagian dari PLTAL yang bergerak (berputar). Rotor ( turbin) digunakan untuk menangkap energi kinetik dari arus laut menjadi energi mekanik yang berupa gerak memutar. Terdapat beberapa jenis turbin yang digunakan pada PLTAL, antara lain : Turbin VertikalTurbin jenis ini dapat menangkap energi arus laut dari segala arah, cara kerjanya mirip dengan turbin vertikal pada pembangkit tenaga angin. Pada PLTAL turbin jenis vertikal biasa dipasang pada struktur yang terapung dengan hanya bagian rotor saja yang tercelup, generator dan perangkat lain berada di atas permukaan laut.

Gambar 3.7 Turbin Arus Laut Vertikal [10] Turbin HorizontalTurbin horizontal bekerja dengan menangkap energi kinetic arus laut yang searah dengan arah aksial turbin. Untuk mengatasi perubahan arah arus laut maka turbin horizontal juga memerlukan sebuah sistem untuk menyesuaikan arah hadap turbin sehingga dapat menyesuaikan terhadap perubahan arah arus laut. Turbin jenis ini biasa dipasang di dasar laut dengan seluruh bagian komponen tercelup di bawah permukaan air. Meskipun sulit diakses karena berada di bawah laut turbin ini merupakan yang paling banyak digunakan saat ini sehingga banyak pihak yang sedang mengembangkan.

Gambar 3.8 Turbin Horizontal [10]- GeneratorGenerator berfungsi untuk mengubah energi mekanik turbin menjadi energi listrik. Dalam desain generator biasanya mempertimbangkan karakteristik turbin dan karakteristik generator terhadap kecepatan putar turbin dan listrik yang dihasilkan generator.- Transmision Line (Kabel)Kabel digunakan untuk menyalurkan listrik yang dihasilkan turbin ke storage sistem. Biasanya pada PLTAL kabel ditanam di dasar laut.Pembangkit Listrik Tenaga Arus Laut akan dipasang di daerah laut sekitar Pulau Akar. Pulau tersebut akan digunakan sebagai tempat peletakan power storage bank PLTAL.Prinsip Kerja

Gambar 3.9 Diagram Prinsip Kerja Turbin Arus Laut[12]Prinsip kerja dari turbin arus laut adalah memanfaatkan energi kinetik arus laut yang diubah menjadi energi mekanik oleh rotor. Kemudian energi mekanik tersebut bias digunakan untuk memutar generator sehingga generator akan menghasilkan listrik. Untuk optimalisasi kerja turbin maka sistem dilengkapi dengan berbagai sensor sepertri sensor kecepatan arus laut yang digunakan untuk menentukan pitch optimal dari blade turbin. Selain itu terdapat sensor arah arus laut yang digunakan untuk menentukan arah hadap turbin sehingga energi kinetik arus laut yang ditangkap turbin maksimal.

BAB IVANALISIS KELISTRIKAN PADA WILAYAH DESA CEMAGA MENGGUNAKAN HYBRID RENEWABLE ENERGY SYSTEM: WIND TURBINE, PHOTOVOLTAIC, AND OCEAN TURBINE

Analisis KelistrikanWind TurbineData Potensi Daerah di Wilayah Desa CemagaBerikut ini merupakan data potensi daerah di wilayah Desa Cemaga terkait data meteorologi di kawasan tersebut. Daerah yang akan di pasang pembangkit listrik tenaga angin ini berada di koordinat 3.780277778 oN, 108.3672917 oE. Adapun rincian data meteorologi tersebut dapat dilihat pada Tabel 4.1.Tabel 4.1. Data kecepatan angin di 3.780277778 oN 108.3672917 oE [6]BulanTemp Udara (C)RH (%)Kecepatan Angin (m/s)

Januari26.182.50%5.2

Februari25.982.50%4.5

Maret26.482.00%3.4

April27.180.50%2.5

Mei27.680.20%2.8

Juni27.678.90%4.2

Juli27.477.80%4.1

Agustus27.478.30%4.6

September27.179.10%3.8

Oktober27.180.00%3.4

November26.683.00%3.5

Desember26.383.30%4.8

Dari data diatas didapatkan nilai kecepatan angin rata-rata setiap tahunnya sebesar 3.9 m/s.Analisis Kelistrikan Wind TurbinePotensi yang ada di titik yang akan dibangun pembangkit listrik tenaga angin ini memiliki kecepatan rata-rata yaitu 3.9 m/s. Pada sistem pembangkit listrik tenaga angin yang akan dipasang menggunakan turbin VESTAS V-27 225kWAnalisis Kelistrikan PhotovoltaicData Potensi Daerah di Wilayah Desa CemagaAnalisis Kelistrikan PhotovoltaicRencana KelistrikanOceanTurbineData Potensi Daerah di Wilayah Desa Cemaga

Dari peta arus laut tersebut dapat diamati bahwan kecepatan arus laut di daerah laut china selatan berkisar antara 0-4 m/s. Namun menurut sebuah jurnal ilmiah yang memetakan potensi laut di sekitar pesisir Kabupaten Natuna pada tahun 2005 kecepatan arus laut berkisar antara 0,73-0,87 m/s [13]. Sedangkan data dari BMKG Batam menyebutkan bahwa kecepatan arus laut pada 1 februari 2015 berada pada 0,7 m/s [14]. Dari rentang kecepatan tersebut dapat diasumsikan bahwa nilai kecepatan rerata arus laut adalah nilai tengah dari rentang tersebut 0,8 m/s. Kecepatan arus laut tersebut memungkinkan digunakan untuk menggerakkan turbin arus laut dengan kecepatan start up di bawah 0,8 m/s untuk menghasilkan listrik. Analisis Kelistrikan OceanTurbinePengembangan teknologi ekstraksi energi arus laut lazimnya dilakukan dengan mengadopsi prinsip teknologi energi angin yang telah lebih dulu berkembang, yaitu dengan mengubah energi kinetik arus laut menjadi energi rotasi dan energi listrik. Daya yang dihasilkan oleh turbin arus laut jauh lebih besar dari pada daya yang dihasilkan oleh turbin angin, karena rapat massa air laut lebih besar dari rapat massa udara. Kapasitas daya yang dihasilkan dapat dihitung dengan pendekatan matematis yang memformulasikan daya yang melewati suatu permukaan atau luasan, maka rumus umum yang digunakan adalah formulasi Fraenkel (1999) yaitu: P = 0.5 x x A x V3Dimana :P = daya (watt); = rapat massa air (kg/m); A = luas penampang (m); dan V = kecepatan arus (m/s)

Densitas air laut bergantung pada temperatur (T), salinitas (S) dan tekanan (p). Kebergantungan ini dikenal sebagai persamaan keadaan air laut (Equation of State of Sea Water): = (T,S,p)Penentuan dasar pertama dalam membuat persamaan di atas dilakukan oleh Knudsen dan Ekman pada tahun 1902. Pada persamaan mereka, dinyatakan dalam g cm-3. Penentuan dasar yang baru didasarkan pada data tekanan dan salinitas dengan kisaran yang lebih besar, menghasilkan persamaan densitas baru yang dikenal sebagai Persamaan Keadaan Internasional (The International Equation of State, 1980). Persamaan ini menggunakan temperatur dalam oC, salinitas dari Skala Salinitas Praktis dan tekanan dalam dbar (1 dbar = 10.000 pascal = 10.000 N m-2). Densitas dalam persamaan ini dinyatakan dalam kg m-3. Jadi, densitas dengan harga 1,025 g cm-3 dalam rumusan yang lama sama dengan densitas dengan harga 1025 kg m-3 dalam Persamaan Keadaan Internasional. [15]Dengan potensi arus pada kecepatan 0,8 jenis turbin yang sesuai adalah jenis turbin vertikal dengan struktur platform terapung dengan spesifikasi start up speed 0,5 m/s tipe vertikal, panjang blade rotor 3,5 m dan kedalaman 6 m meter dengan efisiensi turbine 40%[16] .

Gambar Karakteristik Turbin [16]maka daya yang dapat dihasilkan adalahP = Cp x 0.5 x x A x V3 = 0.3 x 0.5 x 1025 kg/m3 x 6 m x 3,5m x (0.8)3 = 1653,12 wattRencana akan dipasang 7 turbin yang masing-masing turbin menghasilkan daya 1653,12watt. Turbin tersebut diperkirakan dapat beroperasi 12 jam sehari selama 355 hari dalam setahun. Sehingga dari PLTAL diprediksi akan menghasilkan energi sebesar 46.29 MWh per tahun.

BAB VKESIMPULAN

DAFTAR PUSTAKA

[1] Google Earth Applications[2] Program KKN-PPM UGM 2015 Kode Sektor KPR-03 sub unit 1: Desa Cemaga, Bunguran Selatan, Kabupaten Natuna, Kepulauan Riau.[3] Buku PTET[4] Energy-bridge.com.-.http://energy-bridge.com/freeimages/Flytebru_060_002.jpg. Diakses tanggal 8 Oktober 2015[5] Rifadil M M, Purwanto E, Jaya A, Prabowo G. 2013. Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Angin Menggunakan Kincir Angin sumbu Vertikal untuk Beban Rumah Tinggal. 14th Seminar on Intellegence, Technology, and Its Applications SITIA 2013. ITS-Surabaya. 2013[6] NASA. -. NASA Surface meteorology and Solar Energy: RETScreen Data. https://eosweb.larc.nasa.gov/cgi-bin/sse/retscreen.cgi?email=skip%40larc.nasa.gov&step=1&lat=3.780277778&lon=108.3672917&submit=Submit. diakses pada tanggal 5 Oktober 2015.[7] S.Nandang.2012.Komponen Solar Cell https://informasiplts.wordpress.com/2012/09/13/komponen-solar-system/ diakses pada tanggal 10 Oktober 2015[8] Gambar skema ongrid. https://buatberbagisaja.files.wordpress.com/2011/07/pv-gridsystem2.jpg diakses pada tanggal 10 Oktober 2015[9] Gambar skema ofgrid https://gautamakarisma.files.wordpress.com/2014/03/pv-off-grid.gif diakses pada tanggal 10 Oktober 2015[10] Implementasi Pengembangan Energi Arus Laut dalam Pengembangan Wilayah (Studi Kasus Kawasan Pesisir Flores Timur, NTT)[11] Renewable Energy Option, Hydrokinetic Power, HydroQuebec[12] Tribological design constraints of marine renewable energy systems Robert J. K.Wood,AbuBakr S.Bahaj,Stephen R.Turnock,LingWang,MartinEvans Published 20 September 2010.DOI:10.1098/rsta.2010.0192[13] Identifikasi Potensi dan Pemetaan Sumberdaya Pesisir Pulau - Pulau Kecil dan Laut, Kabupaten Natuna - Provinsi Kepulauan Riau, Bitta Pigawati, Jurusan Perencanaan Wilayah dan Kota, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro, Semarang[14] http://www.antaranews.com/print/353143/gelombang-laut-natuna-capai-empat-meter-arus-kuat[15] http://oseanografi.blogspot.co.id/2005/07/densitas-air-laut.html[16] Investigation in how to design a marine current turbine, Anders Nilsson Upsalla Universitet 2009

LAMPIRAN