SIMULASI PHOTOVOLTAIC DAN KINCIR ANGIN SAVONIUS SEBAGAI SUMBER ENERGI PENGGERAK MOTOR KAPAL NELAYAN Adam Daniary Ibrahim (2410105003) Dosen Pembimbing : Dr. Ridho Hantoro, ST, MT & Dr. Gunawan Nugroho, ST, MT
Latar Belakang Bahan bakar minyak sebagai sumber energi utama dalam operasional nelayan akan terus mengalami kenaikan harga sehingga akan membebani nelayan (khususnya nelayan kecil)
Adanya pembangkit energi listrik photovoltaic dan kincir angin savonius beserta potensi sumbernya yang dapat memenuhi kebutuhan daya pada motor/load
Perlu dilakukan simulasi photovoltaic dan kincir angin savonius untuk menggantikan bahan bakar minyak sebagai sumber energi penggerak motor/load
Spesifikasi photovoltaic dan kincir angin savonius harus seimbang dengan ukuran kapal nelayan
Rumusan Masalah
Belum diketahui sistem photovoltaic dan kincir angin savonius akan dapat menggantikan penggunaan bahan bakar minyak sebagai sumber energi penggerak motor perahu. Belum diketahui spesifikasi photovoltaic dan kincir angin savonius yang dibutuhkan dan cocok untuk memenuhi kebutuhan beban dan ukuran perahu.
Batasan Masalah
Motor DC/load 380watt digunakan selama 4 jam Tahanan air laut, angin, atau yang lainnya terhadap kapal/perahu tidak diperhitungkan dalam penelitian ini dan dianggap memberi pengaruh yang sangat kecil. Data yang digunakan merupakan data sekunder seperti spesifikasi kapal/perahu, profil angin, profil radiasi matahari, model matematis komponen sistem hybrid photovoltaic, kincir angin savonius, dan baterai Diasumsikan perubahan suhu tidak memberi pengaruh besar sehingga tidak disertakan pada penelitian ini.
Tujuan
Mendapatkan hasil simulasi sistem yang dapat memenuhi kebutuhan beban selama waktu yang ditentukan sehingga dapat dipastikan bahwa sistem photovoltaic dan kincir angin savonius dapat menggantikan bahan bakar minyak untuk menggerakkan motor kapal/perahu nelayan. Mengetahui spesifikasi photovoltaic dan kincir angin savonius untuk memenuhi kebutuhan daya beban dan cocok untuk ukuran perahu nelayan.
Flowchart Penelitian
Data Harian Kecepatan Angin, Radiasi Matahari, dan Load Waktu (jam)
00.00 01.00 02.00 03.00 04.00 05.00 06.00 07.00 08.00 09.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00 16.00 17.00 18.00 19.00 20.00 21.00 22.00 23.00
Intensitas radiasi matahari (W/m2) 0 0 0 0 0 0 27 120 214 270 445 750 760 625 520 430 250 1 0 0 0 0 0 0
Kecepatan angin (m/s)
Load (Watt)
2.9 2.9 3 2.4 1.9 3.1 3.4 3.3 3.2 3.1 2.4 3.4 3.4 3.8 3.6 3.4 4 3.7 3.6 4 3.9 3.4 3.6 3.2
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 380 380 380 380 0 0 0 0 0 0 0 0
Profil Harian Radiasi Matahari dan Kecepatan Angin Profil Radiasi Matahari
Profil Load
Profil Kecepatan Angin
Spesifikasi Perahu
Panjang kapal : 7 meter Lebar kapal : 1,5 meter Tinggi kapal : 0,8 meter Total volume kapal : 8,4 m3 Tipe : 2 GT
Spesifikasi Panel PV dan Rotor Kincir Angin Savonius Panel PV Power Max = 150 WP Isc = 2,10 A Voc = 110 V Imax = 1,9 A Vmax = 79 V TC = 25 C STC (G0)= 1000 W/m2 Size = 1,25m x 0,97m = 1,212 m2
Rotor Savonius
Tinggi rotor = 1 m Diameter rotor = 1,5 m Intensitas Udara = 1,2
Pemodelan Radiasi Matahari
800
700
Irra d ia n ce (W a tt/m 2 )
600
500
Fourier orde 6
400
300
200
100
0
f(x) = 221.1 + (-195.5)*cos(x*0.3148) + (-277.8)*sin(x*0.3148) + (-4.18)*cos(2*x*0.3148) + 129.5*sin(2*x*0.3148) + 27.56*cos(3*x*0.3148) + 5.531*sin(3*x*0.3148) + (-22.92)*cos(4*x*0.3148) + 11.53*sin(4*x*0.3148)+ 39.53*cos(5*x*0.3148) + 25.1*sin(5*x*0.3148) + 1.594*cos(6*x*0.3148) + (-24.2)*sin(6*x*0.3148)
0
5
10
15
Waktu (jam)
Selisih rata-rata = 0,48 watt/m2
20
25
Pemodelan Kecepatan Angin 4.5
Fourier orde 8
K ecep a ta n A n g in (m /s)
4
3.5
3
2.5
2
1.5
0
5
10
15
Waktu (jam)
f(x) = 3.263 + (-0.04171)*cos(x*0.2482) + (-0.5959)*sin(x*0.2482) + 0.05288*cos(2*x*0.2482) + (-0.1775)*sin(2*x*0.2482) + 0.2376*cos(3*x*0.2482) + (-0.008966)*sin(3*x*0.2482) + (-0.09349)*cos(4*x*0.2482) + 0.1813*sin(4*x*0.2482) + (-0.05483)*cos(5*x*0.2482) + (-0.209)*sin(5*x*0.2482) + 0.03905*cos(6*x*0.2482) + (-0.09555)*sin(6*x*0.2482) + 0.07902*cos(7*x*0.2482) + (-0.1874)*sin(7*x*0.2482) + (-0.1323)*cos(8*x*0.2482) + 0.09619*sin(8*x*0.2482)
Selisih rata-rata = 0,14 watt/m2
20
25
Hasil Pemodelan Panel Photovoltaic 200 180
Daya (watt)
160 140 120 100 80 60 40 20 0
0
5
10
15
20
Waktu (jam)
P = 1050 watt.jam FF = Imax x Vmax / (Isc0*Voc0) Isc = G x (Isc0/G0) Voc = Voc0 + (Tc*TVoc)
25
Hasil Pemodelan Kincir Angin Savonius 60
Daya (watt)
50
P
40
Cps As
30
20
10
0
0
5
10
15
20
25
Waktu (jam)
P = 831,1 watt.jam
ρ V3
: daya output kincir angin : koefisien power (0,5) : luas rotor dari hasil perkalian tinggi dan diameter rotor, : massa jenis udara : kecepatan angin.
11.8 11.6 11.4 11.2 11 10.8
Arus (ampere)
Tegangan (volt)
Hasil Pemodelan Baterai Lead Acid
0
5
10
15
20
25
15
20
25
Waktu (jam) 40 30 20 10 0
0
5
10
Waktu (jam)
Spesifikasi : 12v 150 Ah
Hasil Pemodelan Load 400
350
Daya (watt)
300
250
200
150
100
50
0
0
5
10
15
20
Waktu (jam)
Load = 380 watt x 4 jam = 1520 watt.jam
25
Pemodelan Sistem Photovoltaic
Hasil Simulasi Photovoltaic Load : 1520 watt.jam Supply : 2098 watt.jam
Spesifikasi : Jumlah panel PV 150 WP x 2 panel Ukuran. Panjang = 2,5 m atau Lebar = 1,94 m
Pemodelan Sistem Kincir Angin Savonius
Hasil Simulasi Sistem Kincir Angin Savonius Load : 1520 watt.jam Supply : 1662 watt.jam
Spesifikasi : Tinggi rotor = 2 m Diameter rotor = 1,5 m
Optimasi Sistem Hybrid
Persentase Daya Sistem Photovoltaic dan Kincir Angin Savonius
100% Photovoltaic (PV) = 2 panel (Panjang = 2,5 m atau Lebar = 1,94 m) 100% Savonius (SV) = 2 meter tinggi rotor
Optimasi 50% : 50% Load : 1520 watt.jam Supply : 1880 watt.jam Spesifikasi Sistem : PV = 1 panel Ukuran. Panjang = 1,25m atau Lebar = 0,97m Savonius = Tinggi rotor = 1 m Diameter rotor = 1,5 m
Perbandingan Spesifikasi Sistem dan Spesifikasi Perahu 50% : 50%
Spesifikasi Perahu Panjang kapal : 7 meter Lebar kapal : 1,5 meter Tinggi kapal : 0,8 meter
Spesifikasi Sistem PV = 1 panel Ukuran. Panjang = 1,25m atau Lebar = 0,97m Savonius = Tinggi rotor = 1 m Diameter rotor = 1,5 m
Optimasi 20% PV : 80% Savonius Load : 1520 watt.jam Supply : 1773 watt.jam Spesifikasi Sistem : PV = 0,4 panel = 1 panel Ukuran. Panjang = 1,25m atau Lebar = 0,97m Savonius = Tinggi rotor = 1,6 m Diameter rotor = 1,5 m
Perbandingan Spesifikasi Sistem dan Spesifikasi Perahu 20% : 80%
Spesifikasi Perahu
Spesifikasi Sistem : PV = 0,4 panel = 1 panel
Panjang kapal : 7 meter Lebar kapal : 1,5 meter Tinggi kapal : 0,8 meter
Ukuran. Panjang = 1,25m atau Lebar = 0,97m Savonius = Tinggi rotor = 1,6 m Diameter rotor = 1,5 m
Persentase Daya Sistem Photovoltaic dan Kincir Angin Savonius
Kesimpulan
Pada sistem photovoltaic, digunakan 2 buah panel 150 WP sehingga menghasilkan daya total 2098 watt.jam untuk memenuhi load total 1520 watt.jam Pada sistem kincir angin savonius dibutuhkan spesifikasi tinggi rotor 2 meter dan diameter 1,5 meter sehingga menghasilkan daya total 1662 watt.jam untuk memenuhi load total load 1520 watt.jam. Spesifikasi yang cocok untuk diterapkan pada perahu yaitu perbandingan 50% dari sistem photovoltaic dan 50% dari kincir angin savonius dengan daya total 1880 watt.jam.
