Vol.1, No.1, Februari 2017, hal. 26-43 ISSN 2549-3698 (printed)/ 2549-3701 (online)

## Simulasi Sistem Hibrid Pembangkit Energi Surya, Angin, dan Generator Untuk Mengoptimalkan Pemanfaatan Daya Energi Terbarukan

## Hendrayana
Magister Teknik Elektro Universitas Syiah Kuala, Darussalam Banda Aceh e-mail: hendra_unida@yahoo.com

## Abstract
Electrical energy crisis related to the increasing population in an area will increase the electrical energy customers. Besides diminishing reserves of fossil energy that is required of alternative energy from renewable energy sources. The problem is in incorporating a potential source of renewable energy with a generator needs power generation hybrid, the hybrid system with a generator as backup energy utilization is less than optimal because when there was a deficit power generator takes over all of the power wasted in renewable energy generation. The purpose of study is to produce a hybrid system design between the generation  of  solar  energy,  wind  energy  and  generator  as  support  (support)  when  the  power  deficit  in energy of renewable generator. Research Method in the design of hybrid system is a design block diagram consisting of solar panels, wind turbines, inverters, and generator. At this stage it has produced research outputs in the form of models of hybrid renewable energy generation systems and generators, then make a circuit simulation  and  measurement.  The  results  of  this  research  is  a  hybrid  system  that works adaptive- connected  the  generator  to  the  system  when  the  power  deficit  or  increase  the  load  to  provide  power support on renewable energy generation. This hybrid system with a capacity of 3.5 kW less power than the previous  system  with  the composition generator 5.7 kW  2.2  kW  of  renewable  energy  consists  of a  1 kW solar panels, wind turbines 1.3 kW and 1.3 kW generator voltage at 310V DC bus coupling, the voltage on the  bus  coupling  AC  220V  /  50  Hz,  total  load  current  at  16A.  The  percentage  utilization  of  renewable energy rose from 11.73% to 24,94% and generator utilization fell from 24.50% to 16.74%.
Keywords: Hybrid, renewable energy, generator

## Abstrak
Krisis energi listrik yang berkaitan dengan meningkatnya jumlah penduduk di suatu daerah yang secara  tidak  langsung  akan  meningkatkan  jumlah  pelanggan  energi  listrik.  Selain  mengurangi  cadangan energi  fosil  juga  diperlukan  energi  alternatif  dari  sumber  energi  terbarukan.  Masalahnya  adalah  dalam menggabungkan potensi sumber energi terbarukan dengan generator diperlukan pembangkit listrik hybrid. Sistem  hybrid  dengan  generator  sebagai  pemanfaatan  energi  cadangan  dinilai  kurang  optimal  karena ketika  ada sebuah  generator  listrik  defisit  mengambil  alih  semua  daya  yang  terbuang  di  pembangkit energy  terbarukan.  Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah  untuk  menghasilkan  desain  sistem  hybrid  antara generasi energi surya, energi angin dan generator sebagai dukungan (support) ketika terjadi defisit daya energi  generator  terbarukan.  Metode  penelitian  dalam  desain  sistem  hybrid  adalah  diagram  blok  desain yang  terdiri  dari  panel  surya,  turbin  angin,  inverter,  dan  generator.  Pada  tahap  ini  telah  menghasilkan output  penelitian  dalam  bentuk  model  sistem  pembangkit  energi  terbarukan  hybrid  dan  generator, kemudian  membuat  simulasi  sirkuit  dan  pengukuran.  Hasil  dari  penelitian  ini  adalah  sistem  hibrida  yang bekerja  adaptive- terhubung  generator  untuk  sistem  ketika  defisit  daya  atau  meningkatnya  beban  untuk memberikan dukungan daya pada pembangkit energi terbarukan. Ini sistem hybrid dengan kapasitas daya 3,5  kW kurang  dari  sistem  sebelumnya  dengan komposisi pembangkit  5.7  kW  2.2 kW  energi  terbarukan terdiri dari 1 kW panel surya, turbin angin 1,3 kW dan 1.3 kW generator tegangan pada kopling bus 310V DC,  yang  tegangan  pada  kopling  bus  AC  220V  /  50  Hz,  beban  total  saat  ini  di  16A.  Persentase
e-ISSN  2549-3701
pemanfaatan  energi  terbarukan  meningkat  dari  11,73%  menjadi  24,94%  dan  pemanfaatan  pembangkit turun dari 24,50% menjadi 16,74%.
Kata kunci: Hybrid, energy terbarukan, generator

## 1. Pendahuluan
Krisis  energi  menjadi  masalah  serius  mengingat  cadangan  energi  fosil  yang  tersedia semakin  menipis.  Masalah  tersebut  menjadikan  manusia  saling  berlomba  untuk  mencari sumber  energi  alternatif.  Perkembangan  teknologi  tentang  sumber  energi  alternatif  seiring dengan  berkembangnya  perhatian  masyarakat  akan  isu-isu  lingkungan,  maka  energi terbarukan  (renewable  energy)  telah  banyak  digunakan.  Beberapa  teknologi  telah  diterapkan dengan berbagai sumber energi terbarukan diantaranya energi surya, energi angin, pikro hidro, dan biomasa [1, 2].
Sistem  pembangkit  hibrid  adalah  suatu  sistem  pembangkit  yang  menggunakan  lebih dari  satu  jenis  energi  primer  untuk  satu  beban  yang  sama.  Tujuan  utama  dikembangkan pembangkit  hibrid  adalah  untuk  menjamin  suplai  energi  primer  pada  pembangkit  sehingga produksi listrik juga terjamin.
Dari sisi lain  dengan menggunakan sistem hibrid ini  maka pembangkit juga akan lebih efisien dan ekonomis [3]. Sistem pembangkit hibrid yang terdiri dari beberapa jenis pembangkit pada  umumnya  menggunakan  baterai  sebagai  penyimpanan  energi  dan  pengendali  yang mengoptimalkan  pemakaian  energi  dari  masing-masing  sumber  dan  baterai  disesuaikan dengan beban dan ketersediaan energi dari sumber yang digunakan [4].
Penelitian  sebelumnya  membahas  mengenai  sistem  hibrid  pada  daerah  terisolasi dimana terdapat beberapa jenis pembangkit sumber energi terbarukan dan pembangkit diesel. Beban-beban  listrik  disuplai  oleh  sumber  energi  terbarukan  sedangkan  generator  digunakan sebagai backup atau cadangan apabila sistem pembangkit energi terbarukan tidak mampu lagi menyuplai  daya  ke  beban  ketika  beban  bertambah  atau  ketika  pembangkit  energi  terbarukan mengalami gangguan atau dalam perbaikan [5].
Pada  penelitian  ini  akan  memodifikasi  sistem  hibrid  dimana  generator  yang  hanya digunakan sebagai backup menjadi sumber energi pendukung (support) untuk mengoptimalkan pembangkit  energi  terbarukan  dalam  penyaluran  daya  ke  beban.  Pada  sistem  sebelumnya seluruh  beban  akan  dilayani  oleh  generator  ketika  terjadi  defisit  daya  dari  pembengkit  energi terbarukan,  sedangkan  pada  penelitian  ini  generator  bertidak  sebagai  energi  pendukung membantu  pembangkit  energi  terbarukan  dalam  suplai  daya  ke  beban.  Sistem  yang dimodifikasi  ini  akan  menghemat  bahan  bakar  generator  ketika  terjadi  defisit  daya  dan  juga dapat  digunakan  sebagai  backup  apabila  seluruh  sistem  pembangkit  energi  terbaukan mengalami gangguan.. Sistem hibrid ini mempunyai manfaat untuk diterapkan di daerah-daerah terisolasi  atau  pulau-pulau  kecil  dimana  tersedianya  potensi  energi  terbarukan  lainnya  selain energi surya.

## 2. Landasan Teori
Sistem  hibrid  adalah  sistem  pembangkit  yang  terdiri  dari  beberapa  jenis  pembangkit listrik  yang  terintegrasi.  Sistem  hibrid  bisa  berupa  gabungan  antara  pembangkit  listrik  dari sumber  energi  terbarukan  (renewable  energy)  dan  pembangkit  listrik  dari  sumber  energi konvensional  atau  tidak  terbarukan  (non  renewable  energy)  atau  gabungan  antar  pembangkit listrik  terbarukan.  Salah  satu  persyaratan  utama  untuk  sistem  hibrid  adalah  untuk memastikan
aliran  daya  yang  berkelanjutan  dengan  menyimpan  kelebihan  energi  dari  sumber  energi terbarukan.

## 2. 1 Model Sistem Hibrid

## A. Kopel DC
Konfigurasi  dari  kopel  DC  ditunjukkan  pada  Gambar  1,  beberapa  sumber  energi terbarukan  dihubungkan  pada  bus  DC  melalui  perangkat  elektronik.  Sumber  DC  dapat dihubungkan  langsung  pada  bus  DC  atau  melalui  DC konverter  untuk mendapatkan  tegangan DC yang sama.
Gambar 1. Skema sistem hibrid kopel DC [4].

## B. Kopel AC
Kopel  AC  dapat  dibagi  menjadi  dua  sub  kategori:  kopel  PFAC  (power  frequency  AC)  dan kopel  HFAC  (high  frequency  AC).  Kopel  PFAC  ditujukkan  pada  Gambar  2.2 (a),  dimana beberapa sumber energi yang berbeda terintegrasi melalui perangkat elektronik pada bus AC.
Gambar 2 (a) Skema sistem hibrid AC kopel PFAC [4].
Kopel  HFAC  ditunjukkan  pada  Gambar  2  (b).  Sumber  energi  yang  berbeda digabungkan  ke  bus  HFAC  dimana  beban  HFAC  juga  terhubung.  Konfigurasi  sistem  ini  telah digunakan  pada  pesawat  terbang,  kapal,  kapal  selam  dan  dalam  aplikasi  stasiun  ruang angkasa. Pada sistem PFAC dan HFAC sumber DC diperoleh dari perangkat AC/DC konverter. Pada  sistem  HFAC  bisa  juga  terdapat  bus  PFAC  dan  jaringan  listrik  nasional  melalui  AC/AC atau DC/AC konverter yang dapat dihubungkan dengan beban AC [4].
e-ISSN  2549-3701
Gambar 2 (b) sistem hibrid kopel AC HFAC [4].

## C. Kopel Hibrid
Semua  pembangkit  DC  atau  AC  yang  berbeda  dapat  dihubungkan  pada  bus  DC  atau bus  AC  dari  sistem  hibrid.  Gambar  3  menunjukkan  sistem  hibrid kopel  dimana  sumber  energi terhubung  pada  bus  DC  dan  bus  AC.  Pada  konfigurasi  ini  beberapa  sumber  energi  dapat  di integrasikan  secara  langsung  tanpa  perantara  perangkat  lain.  Hasilnya  sistem  ini  mempunyai efisiensi  energi  yang  lebih  tinggi  dan  dapat  mengurangi  biaya.  Pada  kopel  hibrid  kontrol  dan manajemen energi lebih rumit dari kopel DC atau kopel AC [4].
Gambar 3. Skema sistem hibrid hybrid-couple [4].
Skema  dari  kopel  lainnya  lebih  efektif  jika  sumber  utama  dari  sistem  hibrid menghasilkan  daya  DC dan  sebagian  besar  beban  adalah  DC  sehingga  sistem  kopel  DC adalah  pilihan  yang  baik.  Di  sisi  lain  jika  sumber  utama  menghasilkan  daya  AC  (yang  bisa dihubungkan dengan grid) maka lebih efektif menggunakan sistem kopel AC. Jika sumber daya utama  sistem  hibrid  campuran  dari  AC  dan  DC  maka  sistem  integrasi  hibrid  kopel  dapat dipertimbangkan  untuk  digunakan.  Pada  Gambar  2.2  dan  2.3  daya  dari  perangkat  elektronik penghubung dapat dibuat sebagai sebuah blok bangunan modular memberikan dan skalabilitas yang lebih fleksibilitas dalam hal menghubungkan pembangkit-pembangkit baik pada kopel AC maupun DC [4].
Berdasarkan  penjelasan  diatas  penelitian  ini  akan  menggunakan  skema  dari  sistem kopel hibrid karena efisiensinya lebih tinggi, hal ini karena sistem ini memilki dua kopel dimana pada  kopel  DC  langsung  terhubung  pada  pembangkit  DC  yaitu  panel  surya  dan  turbin  angin DC,  sedangkan  pada  kopel  AC  terhubung  pada  generator.  Sistem  hibrid  kopel  ini  lebih  efektif untuk  mengurangi  rugi-rugi  karena  perangkat  konversi  tegangan  dibandingkan  dengan  kopel lainnya.  Misalnya  pada  kopel  DC,  untuk  mengintegrasikan  generator  pada  sistem,  tegangan generator  dikonversikan  dulu  dari  AC  ke  DC.  Begitu  pula  pada  kopel  AC,  untuk mengintegrasikan  pembangkit  energi  terbarukan  dengan  tegangan DC  harus  dirubah  menjadi AC dengan konverter tegangan.

## 2.2 Relevansi Penelitian
Pada  daerah-daerah  yang  terisolasi  yang  tidak  terjangkau  dari  jaringan  listrik  nasional menggunakan  sumber-sumber  energi  terbarukan  untuk  memenuhi  kebutuhan  energi  mereka. Dalam kelompok  ini  penggunaan  energi  listrik  untuk  keperluan  rumah  tangga  seperti pencahayaan. Layanan energi litrik memberikan kontribusi terutama untuk pembangunan sosial yang  menyeluruh  untuk  meningkatkan  pertumbuhan  ekonomi  serta  kelestarian  lingkungan [5].Meskipun  ada  berbagai  jenis  kombinasi  dari  sumber  energi,  kombinasi  umum  untuk  mikro- grid  daerah  terisolasi  adalah  panel  surya  dan  turbin  angin  [6].  Sistem  ini  telah  terbukti  efektif untuk di aplikasikan pada daerah yang sulit di akses [7, 8].
Kajian-kajian pada sistem hibrid yang sering di diskusikan terkait masalah daya, kinerja, kehandalan  dan  masalah  kelembagaan.  Dalam  desain  dan  optimasi  sistem  hibrid  beberapa penelitian membahas mengenai desain optimal dari sistem hibrid surya dan angin baik off-grid atau  on-grid  dengan  menggunakan  teknik  pemograman  linear  untuk  meminimalkan  rata-rata biaya  produksi  listrik  sementara  untuk  memenuhi  kebutuhan  beban  [9].  Selain  itu  prosedur otomatis  untuk  melakukan  pengaturan  yang  optimal  hibrid  surya-angin  terhubung  ke  grid menggunakan logika fuzzy multi fungsi untuk mendapatkan desain  yang ekonomis dan handal [10].

## 2.3Sumber Energi Hibrid

## A. Panel Surya (PV)
Panel  surya    ialah  suatu  konverter  energi  yang  dapat  mengonversi  cahaya  matahari menjadi  energi  listrik  DC  dengan  kapasitas  tertentu  sesuai  dengan  jenis  material  dan  luasan dari  panel  surya.  Penggunaan  pembangkit  energi  ini  sangat  bermanfaat  dan  menguntungkan karena selain tidak menghasilkan kebisingan dan  polusi udara juga tidak memakai energi fosil sebagai  bahan  bakarnya  [11].  Berikut  adalah  blok  diagram  sistem  pembangkit  listrik  tenaga surya yang ditunjukkan pada Gambar 4 di bawah ini.
Gambar 4 Blok diagram sistem pembangkit tenaga surya
e-ISSN  2549-3701
Panel  surya mempunyai  rangkaian  ekivalen  seperti  pada  Gambar 5.  Arus  I  pada terminal output adalah sama dengan arus yang dibangkitkan arus I L yang dikurangi dengan arus dioda  I D dan  arus  kebocoran  paralel  I sh yang bernilai  kecil.  Resistansi  seri  R s ialah  resistansi internal aliran arus. Resistansi paralel Rsh dihubungkan untuk membalik arus bocor ke ground . Dari  rangkaian  ekivalen,  terlihat  arus  disampaikan  ke  beban  eksternal  sama  besar  dengan  I L , lebih kecil dari arus I D dan I sh .
Gambar 5 Rangkaian ekivalen panel surya [7].
Dari rangkaian di atas, arus yang mengalir pada panel surya dinyatakan dengan persamaan [11]:
(1)
(2)
dimana:
= arus sumber (A) = arus saturasi dioda reverse (A) = tahanan seri (  ) =   tahanan shunt (  ) =  dioda ideality factor
B.  Turbin Angin ( Wind Turbin ) Output DC
Energi angin merupakan salah satu potensi energi terbarukan yang dapat memberikan kontribusi  signifikan  terhadap  kebutuhan  energi  listrik,  khususnya  wilayah  terpencil.  Energi angin  dapat  dimanfaatkan  menjadi  energi  listrik  dengan  turbin  angin.  Saat  pembangkit  energi angin terpasang hingga dalam MW meluas penggunaannya dalam jaringan distribusi serta telah banyak  terhubung  ke  jaringan  transmisi. Karakteristik  dari  turbin  angin  dapat  dilihat  dari  kurva hubungan  antara  kecepatan  rotor  dengan  daya  yang  dihasilkan  (  r – P)  dan  kurva  hubungan kecepatan angin dengan daya.
Gambar 6. Kurva hubungan kecepatan rotor dengan daya [13].
Daya yang di tangkap oleh turbin angin Pm adalah fungsi dari bentuk baling-baling. Pitch angle , diameter baling-baling dan kecepatan rotor [13].
(3)
Dimana : =  kerapatan udara (1.22 kg/m 3 )
=  tip-speed ratio
=  pitch angle (dalam derajat)
=  koefisien daya dari turbin angin
R =  diameter baling-baling (m)
V =  kecepatan angin (m/s)
Persamaan dari didefinisikan sebagai :
(4)
Dimana adalah kecepatan rotor dari turbin angin dengan satuan (rad/s), dan Cp didapat dari persamaan:
(5)
(6)

## C. Generator
Generator adalah salah satu pembangkit listrik dari bahan fosil. Prinsip kerja generator adalah merubah energi mekanik menjadi energi listrik. Bagian-bagian generator yaitu mesin dan generator,  selain  itu  motor  starter  dan  juga  baterai  untuk  starter  motor.  Single  line  diagram generator  ditunjukkan  pada  Gambar  7.  Saat  saklar  Start  di  tekan  motor  starter  menyalakan mesin dan memutar generator, MCB akan terhubung ke beban ketika generator sudah normal bekerja,  atau  pada  saat  kondisi  steady  state  yaitu  pada  waktu  10  detik,  saat  tombol  stop  di tekan mesin akan berhenti, generator dan beban tidak terhubung lagi.
e-ISSN  2549-3701

## Gambar 7 Single line diagram generator
D. Baterai
Baterai  merupakan  piranti  penyimpan  energi  dalam  bentuk  elektrokimia  yang  banyak digunakan  untuk  menyimpan  energi  untuk  berbagai  aplikasi.  Terdapat  dua  jenis  baterai  [17], yaitu:
a. Baterai  primer,  yang  mengubah  energi  kimia  menjadi  energi  listrik.  Reaksi elektrokimia  yang  terjadi  bersifat  non-reversible  (tidak  dapat  balik).  Sehingga setelah digunakan, baterai ini harus dibuang.
b. Baterai  sekunder  atau  dikenal  dengan  baterai  rechargeable  (bisa  diisi  ulang). Reaksi elektrokimia yang terjadi bersifat reversible (dapat balik). Sehingga setelah digunakan,  baterai  ini  dapat  diisi  (charging)  dengan  memberikan  arus  listrik  dari luar.
Rangkaian  ekivalen  baterai  yang  paling  sederhana  diperlihatkan  pada  gambar  8, dimana terdiri dari sebuah sumber tegangan dengan hambatan yang disusun seri [17,18]. Dari gambar ini,tegangan pada terminal baterai (Vbat) dinyatakan oleh [17]:
(7)
Dimana adalah  tegangan  internal  baterai,  dan
adalah  hambatan  internal  baterai,  dan adalah arus yang mengalir dari / ke baterai. jika baterai digunakan (discharge) maka arus ib  bertanda  positif  (+),  dan  jika  bateri  diisi  (charge)  maka  arus  ib  bertanda  negatif  (-).  Energi yang  disimpan/diberikan adalah [17]:
(8) dimana
adalah energi awal baterai.

## 3. Perancangan Sistem Hibrid

## A. Permodelan Sistem Hibrid
Pada  penelitian  ini  dimulai  dengan  membuat  desain  rancangan  awal  sistem  hibrid berupa  blok  diagram  seperti  ditunjukkan  pada  Gambar  9  yang  terdiri  dari  panel  surya,  turbin angin, generator, beban, dan baterai.
Gambar 9. Blok diagram sistem hibrid panel surya, turbin angin dan generator
Blok diagram diatas adalah sistem pembangkit hibrid energi terbarukan dan generator, pembangkit energi  terbarukan terdiri dari panel surya dengan daya 1 kW, turbin angin dengan daya  1,3  kW  dan  generator  3,5  kW,  selain  itu  terdapat  baterai  bank  yang  berfungsi  sebagai penyimpanan  energi.  Estimasi  daya  yang  dilayani  pada  sistem  pembangkit  hibrid  ini  minimal 660W dan maksimal 3,5 kW.

## B. Cara Kerja Sistem
Cara kerja sistem hibrid pada blok diagram diatas adalah sebagai berikut : Pembangkit energi  terbarukan  terdiri  dari  panel  surya  dan  turbin  angin,  panel  surya  berkapasitas  1  kW. Panel  surya  di  atur  pada  intensitas  cahaya  300-1000  w/m2  pada  tegangan  yang  telah  di stabilkan 120 V, dan turbin angin berkapasitas 1,3 kW dengan kecepatan angin antara 3 – 4,2 m/s pada tegangan stabil 120 V, Kedua pembangkit tersebut dihubungkan pada bus kopel DC dengan perangkat full bridge konverter yang berfungsi menaikkan tegangan dari 120V menjadi 310 V.
Tegangan  DC  keluaran  dari  full  bridge  konverter  310  VDC  kemudian  dirubah  menjadi tegangan AC 220 VAC/50 Hz melalui inverter, hasil tersebut merupakan proses konversi sesuai dengan  rumus  konversi  tegangan  DC-AC  yaitu  tegangan  rata-rata  yang  diperoleh  dari√(1/2) VMax.  Total  daya  dari  inverter  725  W - 2200  W  berasal  dari  panel  surya  dan  turbin angin.Generator  3,5  kW  dan  inverter  terhubung  pada  bus  kopel  AC  dimana  beban-beban terhubung.
e-ISSN  2549-3701
Beban-beban  pada  bus  kopel  AC  bervariasi  antara  660  W – 3520  W.  Pembangkit energi  terbarukan  akan  mensuplai  daya  ke  beban  sebesar  kemampuan  dari  penjumlahan  dari panel surya dan turbin angin. Kemampuan dari pembangkit energi terbarukan di pengaruhi oleh intensitas cahaya matahari pada panel surya dan kecepatan angin pada turbin angin, selain itu dari  kapasitas  daya  baterai.  Ketika  daya  beban  naik  lebih  besar  dari kemampuan  pembangkit energi  terbarukan  (PB  >  P¬ET)  maka  generator  akan  menyala.  Ketika  daya  beban  lebih  kecil dari  daya  pembangkit  energi  terbarukan  maka  generator  akan  padam.  Cara  kerja  sistem ditunjukkan pada Tabel 1 dan 2.
Tabel 1 Hasil simulasi perangkat hibrid Simulasi Perangkat Radiasi (w/m 2 ) Kecepatan (m/s) Tegangan Arus Daya (W) Frekuensi Panel Surya 300- 1000 - 120 V 2,36-8.3 A 283-1000 - Turbin angin - 3 - 4.2 120 V 11 A 340-1341 - Generator - - 220 V 6 A 3520 50 Hz Battery bank 120 V 100Ah 2200 Full Bridge Konverter - - 120/310 - 2300 - Inverter - - 310/220 10 A 2200 50 Hz Tabel 2 Hasil simulasi perangkat hibrid [1] Percobaan simulasi [1] Sistem Backup [1] Sistem Support [1] PET < PB [2] ET OFF [2] PG ON [1] ET ON [1] PG ON [1] PET >= PB [3] ET ON [3] PG OFF [2] ET ON [2] PG OFF

## C. Rangkaian Simulasi
Pada  desain  rangkaian  simulasi  sistem  hibrid  ini,  terdapat  dua  bus  yaitu  bus  DC  dan bus AC. Bus DC menghubungkan antara panel surya dengan turbin angin, sedangkan bus AC menghubungkan    inverter  dan  generator,  selain  itu  beban  juga  terhubung  pada  bus  AC. Simulasi ditunjukkan pada Gambar 10.
Gambar 10 Simulasi hibrid Inverter dan Generator
e-ISSN  2549-3701
Fungsi generator sebagai  backup  yaitu ketika pengurangan nilai daya dari pembangkit energi terbarukan (PET ) yang berasal dari panel surya dan turbin angin terhadap daya beban (PB  )  hasilnya  lebih  kecil  atau  bernilai  negatif  maka  generator  (PG  )  akan  menyala,  dan pembangkit  energi  terbarukan  akan  off.  Generator  akan  mengambil  alih  beban  selain  itu  juga digunakan  untuk  mengisi  baterai.  Setelah  daya  dari  pembangkit  energi  terbarukan  telah  lebih besar dari nilai beban maka generator akan padam sesuai dengan Tabel 2.
Variasi dari daya beban dan daya masing-masing pembangkit yang telah disusun pada simulasi ini dapat diskema kan seperti pada Tabel 3 berikut ini:
Tabel 3. Skema simulasi generator sebagai backup Waktu Daya Beban PB (Watt) Panel Surya (Watt) Turbin Angin (Watt) Total ET (Watt) Selisih PET-PB (Watt) Posisi ET Posisi Genset 0 0 0 0 0 0 OFF OFF 1 2200 1000 1200 2200 0 ON OFF 2 660 385 340 725 65 ON OFF 3 2860 800 1137 1937 -923 OFF ON 4 3520 1000 1200 2200 -1320 OFF ON 5 1320 600 1137 1737 417 ON OFF 6 2200 800 688 1488 -712 OFF ON 7 2860 800 688 1488 -1372 OFF ON
Dari  tabel  diatas  dapat  di  jelaskan  ketika  daya  beban  nol,  semua  pembangkit  dalam keadaan  off.  Ketika  selisih  daya  bernilai  positif  generator  off  dan  energi  terbarukan  on,  saat selisih daya bernilai negatif genset akan on dan energi terbarukan akan off.
Fungsi  generator  sebagai  support  yaitu  ketika  nilai  beban  lebih  besar  dari  pembangkit energi  terbarukan  atau  selisih  dari  daya  energi  terbarukan  dan  daya  beban  bernilai  negatif maka  generator  akan  menyala,  pembangkit  energi  terbarukan  tidak  perlu  di  off  karena  fungsi generator  digunakan  untuk  menambahkan  daya  pada  pembangkit  energi  terbarukan  ketika terjadi  defisit  daya.  Ketika  nilai  beban  lebih  kecil  dari  pembangkit  energi  terbarukan  generator akan padam. Selisih dari daya beban dan daya pembangkit energi terbarukan dipengaruhi oleh perubahan daya pada beban dan pengaruh intensitas cahaya pada panel surya dan kecepatan pada  turbin  angin.  Sistem  ini  akan  terus  mendeteksi  selisih  dari  hal  ini  dan  akan  menjadi perintah kapan waktu penyalaan generator.
PET < PB : PG ON, PET ¬ON PET > PB : PG OFF, PET ¬ON
Skema  dari  sistem  kedua  dimana  fungsi  genset  sebagai  support  ditunjukkan  pada Tabel 4 berikut:
Tabel 4. Skema simulasi generator sebagai support Waktu Daya Beban PB (Watt) Panel Surya (Watt) Turbin Angin (Watt) Total ET (Watt) Selisih PET- PB (Watt) Posisi Genset Posisi ET 0 0 0 0 0 0 OFF OFF 1 2200 1000 1200 2200 0 OFF ON 2 660 385 340 725 65 OFF ON 3 2860 800 1137 1937 -923 ON ON 4 3520 1000 1200 2200 -1320 ON ON 5 1320 600 1137 1737 417 OFF ON 6 2200 800 688 1488 -712 ON ON 7 2860 800 688 1488 -1372 ON ON
Dari tabel tersebut dapat di jelaskan ketika daya beban nol, semua pembangkit dalam keadaan  off.  Ketika  selisih  daya  bernilai  positif  generator  off  dan  energi  terbarukan  on,  saat selisih daya bernilai negatif genset akan on dan energi terbarukan akan off.

## 4. Hasil Simulasi
Pada  penelitian  ini  menggunakan  software  simulasi  untuk  mendapatkan  hasil  yang  di inginkan. Software simulasi merupakan aplikasi komputer yang berguna untuk eksperimen awal penelitian sebelum diaplikasikan kedalam bentuk aslinya.

## A. Sistem hibrid generator backup
Penelitian  sebelumnya  sistem  hibrid  pembangkit  energi  terbarukan  terdiri  dari  panel surya,  turbin  angin  dan  generator. Daya maksimum  yang mampu dihasilkan panel surya 1000 W, turbin angin 1200 W dan generator 3520 W. Total daya hibrid yang dihasilkan sebesar 5720 W,  generator  digunakan  sebagai  backup  apabila  pembangkit  energi  terbarukan  tidak  mampu menyuplai daya saat terjadi penambahan beban. Hasil simulasi seperti pada Gambar 11.
Gambar 11 Hasil simulasi penelitian awal
Grafik  1  menunjukkan  performa  dari  sistem  hibrid  dengan  generator  sebagai  backup, terlihat  bahwa  generator  bekerja  mandiri  mensuplai  daya  pada  beban  lebih  besar  dari kemampuan pembangkit energi terbarukan.
e-ISSN  2549-3701
Grafik 1. Efisiensi daya generator Vs energi terbarukan (%)
Komposisi  masing-masing  pembangkit  sesuai  dengan  keadaan  beban  yang  telah ditentukan  seperti  pada  Grafik  2.  Terlihat  bahwa  pada  saat  beban  naik  diatas  kemampuan pembangkit energi surya dan angin generator mengambil alih keseluruhan beban, hal ini dapat dilihat dari persentase generator dalam mensubstitusikan daya sebesar 100% saat terjadi defisit energi. Panel surya hanya mampu menyuplai daya lebih kecil dari kemampuan generator.

## Grafik 2 Komposisi pembangkit dalam suplai daya beban

## B. Sistem hibrid generator support
Simulasi  hasil  rancangan  sistem  hibrid  yang  terdiri  dari  sumber  pembangkit  energi terbarukan  2200  W  dan  generator  3520  W  ditunjukkan  pada  Gambar  4.12.  total  daya  yang dihasilkan  dari  sistem  hibrid  ini  sebesar  sama  dengan  sistem  backup  yaitu  5720  W. perbedaannya pada daya yang dihasilkan generator pada saat bekerja sebagai support energi primer.  Generator  berfungsi  sebagai  support  energi  atau  suplai  daya  tambahan  apabila  terjadi penambahan  beban  ketika  daya  dari  pembangkit  energi  terbarukan  tidak  mampu  mensuplai daya karena terbatasnya kapasitas daya pembangkit.
Gambar 12 Hasil simulasi penelitian generator sebagai support.
Grafik  3  menunjukkan  performa  dari  sistem  hibrid  dengan  generator  sebagai  support, terlihat  bahwa  generator  bekerja  mendukung  pembangkit  energi  terbarukan  menambah  daya yang dibutuhkan beban sebesar 923 W pada beban 2860 W, 712 W pada beban 2200 W dan 1320 W pada beban 2860 W. sedangkan beban dari 0-2200 W di suplai oleh energi terbarukan.
Grafik 3 Performa sistem hibrid generator sebagai support
Komposisi dari tiap pembangkit pada tiap waktu ditunjukkan pada Grafik 4.8 berikut :
Grafik 4 Komposisi Pembangkit (%)
e-ISSN  2549-3701
Dari  Grafik  4  dapat  dijelaskan  pada  saat  beban  0W  semua  pembangkit  tidak  bekerja, ketika  beban  2200  W  panel  surya  menyuplai  daya  45%  dan  turbin  angin  55%  sedangkan generator  0%,  pada  beban  660  W  panel  surya  58%,  turbin  angin  51%  generator  0%.  Ketika beban  2860  W  panel  surya  hanya  menyuplai  28%  ditambah  dengan turbin  angin  40% selebihnya dari generator 32%. Saat daya beban naik lagi menjadi 3520 panel surya dan turbin angin  masing-masing  menyuplai  daya  28%  dan  34%  sedangkan  generator  38%.  Saat  beban turun  menjadi  1320  W  panel  surya  menyuplai  daya  45%  dan  turbin angin  86%  sedangkan generator off. Saat beban naik 2200 W panel surya dan turbin angin menyuplai daya 36% dan 31%  sedangkan  sisanya  dari  generator  32%.  Kemudian  daya  beban  naik  menjadi  2860  W, panel surya 28%, turbin angin 24% dan generator menambah daya menjadi 38%.
Dari komposisi diatas menunjukkan energi terbarukan berpartisipasi sepenuhnya dalam hal  penyuplaian  daya  ke  beban,  sedangkan  genset  berkontribusi  menyuplai  daya  tambahan pada saat energi terbarukan mengalami defisit daya saat terjadi kenaikan beban.Hal ini karena generator  digunakan  bersama-sama  dengan  pembangkit  energi  terbarukan  dalam  melayani beban.
Generator menyuplai daya tambahan untuk membantu energi terbarukan ketika terjadi kenaikan  beban  diluar  batas  kemampuan  pembangkit  energi  terbarukan,  sehingga  kontinuitas suplai  daya  beban  tidak  terganggu.  Perbedaan  lainnya  pada  kapasitas  generator  yang digunakan.  Generator  yang  digunakan  pada  sistem  hibrid  ini  lebih  kecil  dibandingkan  dengan sebelumnya,  sehingga  dapat  menghemat  biaya  generator.  Selain  itu  karena  generator digunakan hanya pada saat tertentu dengan daya kecil, hanya memerlukan bahan bakar yang sedikit, jadi menghemat biaya untuk operasional generator.

## C. Pembahasan
Dari  sistem  hibrid  yang  dirancang  hasilnya  saat  terjadi  kenaikan  beban  sumber pembangkit sekunder (generator) akan adaptif untuk melengkapi dalam suplai energi listrik dan fungsi  generator  sebagai  sumber  energi  pendukung  bekerja  secara  sistematis  jika  daya  beban naik di atas kemampuan pembangkit energi terbarukan.
Jika  dibandingkan  dengan  penelitian  sebelumnya  dimana  fungsi  generator  sebagai backup  daya  apabila  pembangkit  energi  terbarukan  mengalami  defisit  daya  saat  terjadi penambahan  beban  atau  dalam  kondisi  perbaikan  maka  di  perlukan  ukuran  generator  dengan kapasitas  daya  yang  sanggup  melayani  seluruh  beban.  Hal  ini  tidak  efisien  dan  ekonomis mengingat  harus  mengeluarkan  biaya  yang  tinggi  untuk  menyediakan  generator  dengan kapasitas besar selain itu biaya yang di keluarkan untuk pengoperasian generator dalam jangka waktu lama berupa bahan bakar dan lain-lainnya.
Perbedaan  yang  jelas  dari  sistem  sebelumnya  yaitu  sistem  ini  memanfaatkan  seluruh pembangkit ketika  terjadi  defisit  energi  listrik.  Pada sistem sebelumnya  terdapat  daya  terbuang yang tidak manfaatkan secara optimal, dari hal tersebut dengan menggunakan sistem hibrid ini dapat  mengoptimalkan  kerja  pembangkit  energi  terbarukan  dengan  pemanfaatan  generator sebagai energi pendukung. Hasil modifikasi sistem hibrid ini dari pemanfaatan generator backup menjadi  support  dapat  meningkatkan  persentase  pemanfaatan  energi  terbarukan  dari  11,73% menjadi 25,94% dan penggunaan generator turun dari 24,5% menjadi 10,3%.
Pembangkit  sumber  energi  terbarukan  yang  berasal  dari  energi  surya,  angin,  air,  dan lainnya  merupakan  sumber  energi  primer,  mengingat  pembangkit  sumber  energi  terbarukan
merupakan  sumber  energi  yang  selalu  tersedia  dan  tidak  akan  habis  untuk  digunakan  kecuali perangkat-perangkat konversi energi atau sistem mengalami kerusakan. Karena itu pembangkit energi  terbarukan  harus  dijaga  dan  jangan  sampai  mengalami  kerusakan  atau  gagal  bekerja, perbaikan  dan  perawatan  tidak  mesti  melakukan  pemadaman  sehingga  penyaluran  daya terganggu.  Setiap  pembangkit  harus  dapat  saling  menutupi  kekurangan  dan  menjamin kelangsungan suplai daya. Pemanfaatan generator di minimalisir kerjanya yaitu hanya melayani beban-beban  tambahan  pada  waktu-waktu  tertentu  untuk  menghemat  biaya  operasional sehingga dapat digunakan generator dengan kapasitas yang lebih kecil.
Jika di tinjau dari ketersediaan potensi energi terbarukan tidak disemua daerah memiliki potensi  sumber  energi  terbarukan,  tetapi  potensi  sumber  energi  surya  hampir  semua  tersedia. Indonesia salah satu negara yang terletak pada garis equator merupakan daerah yang memiliki potensi  energi  surya  terbesar  sehingga  cocok  untuk  pembangkit  listrik  tenaga  surya  karena mendapatkan intensitas cahaya yang tinggi.
Selain  dari  pada  itu  ketersediaan  potensi  sumber  energi  terbarukan  lainnya  seperti potensi tenaga air, tenaga angin, pasang-surut dan lainnya memungkinkan untuk di gabungkan menjadi pembangkit hibrid sehingga dapat saling melengkapi dalam penyaluran daya ke beban. Penggunaan pembangkit dari fosil seperti generator sebisanya di minimalisir karena memerlukan biaya untuk bahan bakar dan perawatan.
Perencanaan  sistem  hibrid  harus  mempertimbangkan  efisiensi  penggunaan  daya  dan mengurangi  penggunaan  bahan  bakar  untuk  menghemat  cadangan  fosil  di  dunia.  Emisi  yang dihasilkan  dari  penggunan  bahan  bakar  harus  di  kurangi  untuk  menciptakan  atmosfer  yang bersih  bagi  makhluk  hidup.  Perkembangan  teknologi  harus  efisien  dan  ramah  terhadap lingkungan untuk kesejahteraan manusia.

## 5. Kesimpulan
Berdasarkan  hasil  kerja  dari  rancangan  sistem  hibrid  dengan  pemanfaatan  generator sebagai  daya  tambahan  (support)  energi  pembangkit  energi  terbarukan  dan  perhitungan efisiensi dari sistem tersebut dapat disimpulkan bahwa:
1. Persentase  pemanfaatan  energi  terbarukan  naik  dari  11,73%  menjadi  25,94%. Pemanfaatan  generator  turun  dari  24,50%  menjadi  16,74%  dengan  efisiensi pemanfaatan pembangkit pada kedua sistem 36,23%.
2. Performansi  dari  sistem  ini  yaitu  sistem  hibrid  ini  bekerja  adaptif  menghubungkan generator  ketika  terjadi  penambahan  beban  atau  defisit  daya  tanpa  perlu memutuskan  daya  dari  panel  surya  atau  turbin  angin, dan  generator  akan dipadamkan jika daya beban sesuai dengan kemampuan daya pembangkit energi terbarukan, dengan demikian pemanfaatan generator sebagai support lebih efektif dan efisien dibandingkan pemanfaatan generator sebagai backup.

## REFERENSI
[1] Isheng Wang, M Hashem Nehrir. Power Management of a Stand-Alone Wind/Photovoltaic/ Energy System. IEEE Transactions On Energy Conversion , VOL. 23, NO. 3, September 2008
[2] S Rehman,  A M Mahbub, Meyer, L M. Al-Hadhrami. Feasibility Study Of A Wind-Pv-Diesel Hybrid Power  System  For  A  Village. Center  for  Engineering  Research,  Research  Institute,  King  Fahd University for Petroleum and Minerals, Dhahran-31261. Saudi Arabia. 2010
[3] Hongxing  Yang,  Lin  Lu,  Wei  Zhou. A  novel  optimization  sizing  for  hybrid  solar-wind  power generation. RERG Sciene Dirrect, Elsevier. 2007
[4] M H Nehrir, C Wang, K Strunz, H Aki, R Ramakumar, J Bing, Z. Miao, and Z. Salameh. A Review of Hybrid  Renewable/Alternative  Energy  Systems  for  Electric  Power  Generation:  Configurations, Control, and Applications . IEEE Transactions On Sustainable Energy, VOL. 2, NO. 4, October 2011
[5] Luiz  A.  de  S.  Ribeiro,  Osvaldo  R.  Saavedra,  Shigeaki  L. Lima, José  G.  de  Matos. Isolated  Micro- Grids  with  Renewable  Hybrid  Generation:  The  Case of  Lençóis  Island. ElectricalEngineering Institute, IEE-UFMA , Av. dos Portugueses s/n, Campus do Bacanga, CEP 65040-080, Brazil, 2008
[6] Ahmed N. A. Miyatake M. A Stand-Alone Hybrid Generation System Combining Solar Photovoltaic and Wind Turbine with Simple Maximum Power Point Tracking Control. In Conf. Rec IEEE-IPEMC , 2006.
[7] Boyle G. Renewable: power for a sustainable future. Oxford. 2004
[8] Mendez  L,  Narvarte  L,  Marsinach  A G.  Izquierdo,  P.  Carrasco,  L  M Eyras,  R.  Centralized  stand alone  PV system  in  microgrid  in  Morocco. Photovoltaic  Energy  Conversion,  2003. Proceedings  of 3rd World Conference on Volume 3 , Page(s): 2326 – 2328. 2003
[9] Chedid R, Raiman S. Unit sizing and control of hybrid wind-solar power systems. IEEE Transaction on Energy Conversion, Vol. 12, No. 1 , pp. 79 – 85, 1997.
[10] La  Terra,  G.  Salvina  G.  Marco  T.  G. Optimal  Sizing  Procedure  for  Hybrid  Solar Wind  Power Systems Fuzzy Logic. In IEEE MELECOM , Benalmadena (Malaga). Spain, pp. 865 – 868, 2006
[11] Tom  Markvart, Luis  Castafier. Practical  Handbook  of  Photovoltaics:  Fundamentals  and Applications”,  Elsevier  Advanced  Technology,  The  Boulevard.  Langford  Lane,  Kidlington, OxfordOX5 lGB, UK, 2003.
[12] Riad Chedid, Saifur Rahman. Unit Sizing And Control Of Hybrid Wind-Solar Power Systems. IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 12 , No. 1, March 1997
[13] Dzulfiqar  Rais  Mushthafa,  Mochamad  Ashari,  Vita  Lystianingrum. Optimasi  Sistem  Pembangkit Listrik  Tenaga  Angin  Menggunakan  Maximum  Power  Point  Tracker  (MPPT)  dengan Metode Gradient Approximation. Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS, 2011
[14] Lena Max. Energy Evaluation for DC/DC Converters in DC-Based Wind Farms. Division of Electric Power  Engineering,  Department  of  Energy  and  Environment,  Chalmers  University  Of  Technology, G¨oteborg, Sweden, 2007
[15] Muhammad  H  Rashid. Power  Electronics,  Third  Edition. Prentice  Hall, United  States    of America, 2004
[16] Sigit Prasetya, M Zaenal Efendi, Sutedjo. Pemanfaatan Harmonisa pada Beban Non Linier Sebagai Sumber  EnergiMenggunakan  Full  Bridge DC-DC  Converter  dan  Inverter. Electronic  Engineering Polytechnic Institute of Surabaya (EEPIS), Indonesia, Indutrial Electronics Seminar. 2011.
[17] Liem  Ek  Bien,  Ishak  Kasim,  Wahyu  Wibowo. Perancangan  Sistem  Hibrid  Pembangkit  Listrik Tenaga Surya Dengan Jala-Jala Listrik PLN Untuk Rumah Perkotaan. JETri, Volume 8, Nomor 1, Halaman 37-56, ISSN 1412-0372.
[18] Aryuanto  Soetedjo,  Abraham  Lomi,  Yusuf  Ismail  Nakhoda. Pemodelan  Sistem  Pembangkit  Listrik Hibrid  Angin  dan  Surya. Jurusan  Teknik  Elektro,  Fakultas  Teknologi  Industri,  Institut Teknologi Nasional (ITN) Malang. 2010