ANALISIS PEMANFAATAN PEMBANGKIT HYBRID ANTARA SUMBER ENERGI LISTRIK DARI PLN, PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA, DAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA ANGIN UNTUK MEMENUHI KEBUTUHAN ENERGI LISTRIK DI VILLA ARIK & MAYA CANGGU-BALI Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan menyelesaikan studi Program Sarjana Strata Satu (S1) Program Studi Teknik Elektro
Oleh : I KOMANG WIRA DHARMA NIM. 0619452007
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO PROGRAM NON REGULER FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA DENPASAR 2011
ABSTRAK
Energi matahari dan angin merupakan energi terbarukan yang paling mudah diperoleh secara gratis dan dapat dimanfaatkan menjadi energi listrik, yaitu dengan menggunakan sel photovoltaic dan turbin angin, akan tetapi untuk kekontinuan ketersediaan listrik secara maksimal sangat diperlukan hibridasi dengan jala-jala listrik PLN atau lebih dikenal dengan Sistem Pembangkit Hybrid, seperti halnya di Desa Canggu - Bali dibangun sebuah villa yang telah memenfaatkan Sistem Pembangkit Hybrid untuk dapat memenuhi kebutuhan pasokan energi listriknya,dengan menggabungkan pembangkitan energi listrik dari PLTS(Surya), PLTA(Angin), dan Jala-jala listrik PLN. Dalam penelitian ini analisa yang dilakukan tentang karakteristik beban rata-rata, besar pasokan sistem pembangkit hybrid, dan kerja sistem pembangkit hybrid di Villa Arik & Maya Canggu-Bali. Dari hasil analisa diketahui dalam pemenuhan kebutuhan beban dari pukul 08.00 s/d 15.00, untuk pemenuhan kebutuhan beban energi listrik di Villa, pasokan energi listrik dari PLN mensuplai sebesar 20 % dan Batree mensuplai sebesar 80 %, sedangkan dari pukul 16.00 s/d 21.00, untuk pemenuhan kebutuhan beban energi listrik di Villa, pasokan energi listrik dari PLN mensuplai sebesar 50 % dan Batree mensuplai sebesar 50 %. Sistem pembangkit hybrid dalam melayani beban sangat baik, melihat pelayanan sistem pada pagi, siang, dan malam hari dalam melayani beban memanfaatkan paralel sistem antara pasokan energi listrik PLN dengan Hybrid Sistem dimana keluaran inverter(batree discharge) diparalel dengan pasokan PLN pada Hybrid Sistem Control.
ABSTRACT Solar and wind energy is renewable energy the most easily obtained free of charge and can be harnessed into electricity, using photovoltaic cells and wind turbines, but for continuity to the maximum availability of electricity is indispensable hybridize with the grid PLN or better known as Hybrid power systems, like in the village of Canggu - Bali built a villa that has utilized the Hybrid power system can meet the needs for electrical energy supply, by combining the generation of electrical energy from PLTS (solar system), PLTA (Wind), and the PLN grid . In this study conducted an analysis of load characteristics on average, a large supply of hybrid power systems, hybrid power systems and working in Maya & Arik Villa Canggu, Bali. From the results of the analysis are known in fulfilling the needs of the burden from 08.00 s / d 15.00, to meet the load demand of electric energy in the Villa, the energy supply of electricity supply by 20% and 80% Batree supply, while from 16.00 s / d 21:00, for meeting the needs of electrical energy load at the Villa, the energy supply of electricity supply by 50% and 50% Batree supplying. the hybrid power system to serve the load very well, look at the service system in the morning, noon, and night to serve the load utilizing a parallel between the supply system PLN with a Hybrid electric energy system in which the output inverter (batree discharge) diparalel to supply PLN on Hybrid Control Systems.
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, Ida Sang Hyang Widhi Wasa karena atas berkat dan rahmat-Nyalah penulis bisa menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul “ANALISIS PEMANFAATAN
PENGGUNAAN PEMBANGKIT HYBRID ANTARA SUMBER ENERGI LISTRIK DARI PLN, PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA DAN PEMBANGKIY LISTRIK TENAGA ANGIN DI VILLA ARIK & MAYA CANGGU-BALI”. Penyusunan tugas akhir ini merupakan salah satu persyaratan akademis untuk memperoleh gelar kesarjanaan pada bidang studi Sistem Tenaga Listrik program studi teknik Elektro, Universitas Udayana. Dalam penyusunan tugas akhir ini, penulis banyak memperoleh petunjuk dan bimbingan dari berbagai pihak. Sehubungan dengan hal tersebut, maka pada kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada : 1.
Bapak Prof. Ir I Wayan Redana MA.Sc.,Ph.D selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Udayana.
2.
Bapak Ir. Lie Jasa, MT selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana.
3.
Bapak Ir. I Nyoman Budiastra, MErg., MT selaku Dosen Pembimbing I yang telah banyak meluangkan waktu untuk memberikan bimbingan, pengarahan dan masukan kepada penulis.
4.
Bapak Ir. Nyoman Setiawan, MT selaku Dosen Pembimbing II yang telah sabar memberikan bimbingan, pengarahan dan masukan kepada penulis
5.
Bapak I Made Suartika, ST selaku Pembimbing Akademik .
6.
Bapak dan Ibu dosen, Para Pegawai serta Staf Teknisi Jurusan Teknik Elektro atas sumbangsih ilmu pengetahuan dan bimbingan selama menempuh kuliah di Jurusan Teknik Elektro.
7.
Ketut Sundana Dan Ni Ketut Rahayu selaku orang tua yang selalu sabar memberikan semangat dan doa restu kepada penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini.
8.
Made Darmawan, Kadek Suara Jaya, Wayan Nanong, Sobri Barkah, Made Sanjaya selaku teman-teman yang telah membantu dalam mendapatkan data-data dan materi-materi untuk penyelesaian Tugas Akhir ini.
9.
Bapak Pande dan Bapak Agit selaku pegawai di BMKG(Stasiun Mateorologi) Denpasar
yang telah membantu dalam mendapatkan data
angin dan intensitas radiasi matahari untuk penyelesaian Tugas Akhir ini. 10.
Rekan-rekan mahasiswa yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu, atas bantuan moril maupun material yang telah diberikan sehingga Tugas Akhir ini dapat terselesaikan. Penulis menyadari masih terdapat kekurangan dalam penyusunan Tugas
Akhir
ini,
saran-saran
yang
membangun
sangat
diharapkan
untuk
menyempurnakan Tugas Akhir ini. Semoga Tugas Akhir ini dapat memberikan kontribusi dalam pengembangan ilmu pengetahuan yang bermanfaat bagi kita semua.
Denpasar, September 2011
Penulis
DAFTAR ISI LEMBAR PERNYATAAN ...........................................................................
i
LEMBAR PENGESAHAN REVISI .............................................................
ii
LEMBAR PENGESAHAN ...........................................................................
iii
ABSTRAK ......................................................................................................
iv
ABSTRACT ....................................................................................................
v
KATA PENGANTAR ....................................................................................
vi
DAFTAR ISI ...................................................................................................
viii
DAFTAR GAMBAR .....................................................................................
xi
DAFTAR TABEL ..........................................................................................
xii
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ...........................................................................................
1
1.2 Rumusan Masalah ......................................................................................
2
1.3 Tujuan ........................................................................................................
2
1.4 Manfaat ......................................................................................................
2
1.5 Ruang Lingkup dan Batasan Masalah ........................................................
3
1.6 Sistematika Penulisan ................................................................................
3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Energi Terbarukan ......................................................................................
5
2.2 Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) .................................................
5
2.2.1Komponen-komponen PLTS ............................................................
6
A. Solar Cells Panel ........................................................................
6
B. Alat Pengatur Daya .....................................................................
8
C. Batre ACCU ................................................................................
12
D. Inventer DC to AC ......................................................................
15
2.2.2 Cara Kerja Solar Sel/Sel Fotovoltaik ..............................................
17
2.2.3 Daya dan Efesiaensi Solar sel ..........................................................
21
2.3 Pembangkit Listrik Tenaga Angin/Bayu (PLTA/B) ..................................
22
2.3.1. Bagian Aerodinamik Dari Kincir ....................................................
24
2.3.2. Prinsip Kerja Turbin Angin ............................................................
25
2.3.3 Daya Pada Energi Angin ..................................................................
25
2.4 Sistem Pembangkit Hybrid .......................................................................
27
BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ....................................................................
29
3.2 Data ............................................................................................................
29
3.2.1 Sumber data .................................................................................
29
3.2.2 Jenis data ....................................................................................
29
3.3 Analisa Data ...............................................................................................
30
3.4 Alur Analisis ..............................................................................................
33
BAB IV PEMBAHASAN 4.1 Villa Arik & Maya Sebagai Lokasi Pemanfaatan Sistem Pembangkit Hybrid ........................................................................ 4.2 Sistem Kelistrikan Di Villa Arik & Maya Canggu-Bali…………...……..
34 36
4.3 Pembebanan dan Karakteristik Beban Beban Energi Listrik di Villa Arik & Maya ..............................................................................................
39
4.4 Analisis Besar Pembangkitan Pembangkit Pemasok Energi Listrik di Villa Arik & Maya ..........................................................
41
4.4.1 Analisis Hasil Pengukuran Pembangkitan Pembangkit Listrik Tenaga Surya………………………………………………
41
4.4.2 Analisis Hasil Perhitungan Pembangkitan Pembangkit Listrik Tenaga Surya…………………………………………….…
45
4.4.3 Analisis Hasil Pengukuran Pembangkitan Pembangkit Listrik Tenaga Bayu/angin………………………………………..
48
4.4.4 Analisis Hasil Perhitungan Pembangkitan Pembangkit Listrik Tenaga Bayu/angin………………………………………... 4.4.5 Analisis Besar Pasokan Energi Listrik Dari PLN ...........................
50 52
4.5 Analisis Kerja Sistem Pembangkit Hybrid Untuk Dapat Memenuhi Kebutuhan Energi di Villa Arik & Maya ............................. ...
54
BAB V PENUTUP 5.1 Simpulan ....................................................................................................
60
5.2 Saran ...........................................................................................................
60
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Sekema PLTS ...............................................................................
6
Gambar 2.2 Solar sel .......................................................................................
6
Gambar 2.3 Hirarki module (cell-module-array) .............................................
8
Gambar 2.4 Alat pengatur daya (charge controller)........................................
12
Gambar 2.5 Gambar Accu................................................................................
15
Gambar 2.6 Inventer DC to AC .......................................................................
17
Gambar 2.7 Beberapa jenis semi konduktor pada sel surya fotovoltaik ..........
18
Gambar 2.8 Proses terjadinya pembangkitan listrik pada sel surya fotovoltaik 1 ..................................................................
19
Gambar 2.9 Proses terjadinya pembangkitan listrik pada sel surya fotovoltaik 2 ..................................................................
20
Gambar 2.10 Proses terjadinya pembangkitan listrik pada sel surya fotovoltaik 3 ...................................................................
20
Gambar 2.2 Sketsa Dalam Kincir angin ..........................................................
23
Gambar 2.13 Sebuah PLTB .............................................................................
23
Gambar 2.14 Sebuah pembangkit hybrid .........................................................
28
Gambar 2.15 Sistem Pembangkit Hybrid Antara Sumber PLN, Tenaga Surya, Tenaga Angin ...................
28
Gambar 3.1 Skema Sistem Pembangkit Hybrid ...............................................
32
Gambar 4.1 SkemaVilla Arik & Maya Canggu - Bali .....................................
34
Gambar 4.2 a. Tampak Depan Villa dan b. Office and Staff Room ................
35
Gambar 4.3 Rumah Utama ...............................................................................
35
Gambar 4.4 a. Tampak Depan dan b.Tampak Atas Rumah Tamu ..................
36
Gambar 4.5 Skema Sistem Kelistrikan di Villa Arik & Maya Canggu-Bali....
37
Gambar 4.6 Ruang Sistem Pembangkit Hybrid ...............................................
38
Gambar 4.7 Grafik Karateristik Beban Rata-rata Di Villa Arik & Maya ........
41
Gambar 4.8 Skema Bagan Sistem Pembangkit Hybrid ...................................
56
Gambar 4.9 Grafik Beban Rata-rata di Villa Arik & Maya .............................
57
xi
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Beban-beban Di Vila Arik & Maya .................................................
39
Tabel 4.2 Karateristik Beban Rata-rata Di Villa Arik & Maya .......................
40
Tabel 4.3 Besar Pembangkitan Rata-rata Pembangkit Listrik Tenaga Surya Saat Cuaca Cerah...........................................
43
Tabel 4.4 Besar Pembangkitan Rata-rata Pembangkit Listrik Tenaga Surya Saat Cuaca Mendung .....................................
44
Tabel 4. 5 Data Intensitas Radiasi Matahari ( pada saat cuaca cerah) .............
46
Tabel 4. 6 Perbandingan Besar Pembangkitan Pembangkit Listrik Tenaga Surya Hasil Pengukuran dengan Perhitungan Pada Saat Cuaca Cerah dan Cuaca Mendung …………………….
47
Tabel 4.7 Besar Pembangkitan Rata-rata Pembangkit Listrik Tenaga Angin .
49
Tabel 4.8 Kekencangan Angin Rata-rata ........................................................
50
Tabel 4.9 Perbandingan Besar Pembangkitan Rata-rata Antara Pengukuran dan Perhitungan Pada Pembangkit Listrik Tenaga Angin..............
52
Tabel 4.10 Besar Pasokan Rata-rata Energi Listrik Dari PLN pada Sistem Pembangkit Hybrid di Villa Arik & Maya Canggu ...........
53
Tabel 4.11 Data Pelayanan Sistem Pembangkiy Hybrid Dalam Memenuhi Kebutuhan Energi di Villa Arik & Maya Canggu bali………………………………………….. .
xii
57
