Abstrak - Sistem energi hybrid adalah mengkombinasikan dua sumber energi yang akan memberikan daya ke beban . Sumber energi solar dan energi  angin  akan  digunakan  untuk  menghasilkan  daya.  Pada penelitian ini akan dirancang sebuah model sistem hybrid pembangkit energi solar dan energi angin. Sistem yang dibuat dilengkapi dengan sistem penyimpanan  energi berupa baterai. Simulasi atau pemodelan menggunakan  rangkaian  dengan  komponen  yang  sesuai  dengan aplikasi  dilapangan.  Analisa  dari  sistem  ini  adalah  performansi karakteristik  pembangkit  hybrid  berdasarkan  pada  perubahan  beban berupa  nilai  tegangan,  arus  dan  daya.  Daya  yang  dihasilkan  PLTS sebesar 3.000 Watt dan pembangkit angin sebesar 1.000 Watt dengan beban  berupa  beban  resistif  sebesar  4.000  Watt.  Sistem  hybrid menghasilkan  daya  sebesar  2.640  Watt  sehingga  effisiensi  sistem hybrid sebesar 66 %
Kata Kunci : Sistem Hybrid, energi angin, energi solar
Abstract — Hybrid energy system is to combine two energy sources that will provide power to the load. Sources of solar energy and wind energy  will  be  used  to  generate  power.  In  this  research  will  be designed a model of hybrid system of solar energy and wind energy. The system is made equipped with energy storage systems in the form of batteries. Simulation or modeling using a circuit with components appropriate  to  the  field  application.  Analysis  of  this  system  is  the performance  of  hybrid  generator  characteristics  based  on  load changes in the form of voltage, current and power values. The power generated by the PLTS is 3,000 Watts and the wind generator is 1,000 Watt with a resistive load of 4,000 Watt. Hybrid system generates a power of 2640 Watt so that the efficiency of hybrid system by 66% Keywords : Hybrid system, wind energy, solar energy

## I. PENDAHULUAN
nergi listrik merupakan kebutuhan yang sangat diperlukan dalam  kehidupan  sehari-hari.  Ada  dua  jenis  pembangkit energi  listrik  yaitu  sumber  energi  konvensional  dan  non konvensional.  Kebutuhan  energi  listrik  semakin  meningkat sehingga  permintaan  pembangkitan  energi  listrik  juga meningkat.  Saat  ini,  kebutuhan  energi  listrik  dipenuhi  oleh sumber  energi  konvensional  seperti  batu  bara,  minyak  bumi, diesel, nuklir dan sebagainya. Pembangkit energi konvensional memiliki  kekurangan,  pembangkit  energi  batu  bara  akan menghasilkan  gas  CO2  yang  berdampak  pada  lingkungan sedangkan energi nuklir memerlukan biaya yang tinggi, limbah energi nuklir berbahaya bagi manusia [1]. Ketersediaan energi konvensional  semakin  hari  akan  semakin  habis  bahkan  lama kelamaan akan semakin punah,sehingga harus mencari cara lain untuk  menemukan  sumber  energi  listrik  [2].  Sumber  energi baru harus bisa diandalkan, bebas polusi dan ekonomis. Energi non konvensional seharusnya menjadi alternatif sumber energi bagi  energi  konvensional.  Beberapa  sumber  energi  non
konvensional  antara  lain  geothermal,  angin,  matahari, gelombang laut dan sebagainya. Energi gelombang laut
memiliki kelemahan  hanya  bisa diimplementasikan pada  laut, sedangkan energi panas bumi memerlukan proses yang lama untuk mengambil  panas dari dasar bumi. Energi  matahari dan energi  angin  dapat  disediakan  pada  semua  kondisi,  sehingga sumber  energi  non  konvensional  angin  dan  matahari  menjadi sumber energi alternatif yang bagus untuk diterapkan. Sumber energi  matahari  dan  angin  memiliki  kelemahan  yaitu  tidak menghasilkan  energi  yang  besar  pada  musim  hujan  atau mendung,  sehingga  perlu  dicari  alternative  atau  cara  untuk mengatasi  hal  tersebut.  Salah  satu  cara  adalah  dengan menggabungkan  kedua  sumber  energi  tersebut  yang  biasa disebut dengan sistem hybrid. Apabila salah satu sumber energi tidak bisa menghasilkan energi maka sumber energi lain yang akan mensupplay energi ke beban [3]
Sistem  energi  hybrid  adalah  mengkombinasikan  dua  sumber energi yang akan memberikan daya ke beban. Dengan kata lain, sistem energi ini di rancang untuk menghasilkan daya dengan menggunakan  dua  sumber  energi.  Energi  hybrid  memiliki kehandalan  yang  tinggi,  effisiensi  tinggi,  tidak  menimbulkan polusi  dan  biayanya  rendah  [4].  Pada  penelitian  ini,  sumber energi  matahari  dan  energi  angin  akan  digunakan  untuk menghasilkan daya. Energi matahari dan energi angin memiliki beberapa keuntungan dibandingkan dengan sumber energi non konvensional yang lain. Keduanya tersedia disemua tempat dan tidak  memerlukan  tempat  yang  khusus  untuk  membangun pembangkit tersebut.

## II. SISTEM HYBRID

## A. Pembangkit Listrik Tenaga Surya
Sinar  matahari  yang  mengenai  permukaan  bumi  dapat dikonversikan menjadi energi listrik melalui solar sel. Solar sel terbuat  dari  bahan  semikondukor.  Solar  sel  memanfaatkan energi  matahari untuk menghasilkan energi  listrik DC (Direct Current).  Energi  listrik  yang  dihasilkan  oleh  solar  sel  tunggal sangat  kecil  sehingga  dibutuhkan  beberapa  solar  sel  yang digabungkan menjadi sebuah panel yang disebut dengan panel surya  atau  panel  solar  photovoltaic.  Pembangkit  listrik  yang memanfaatkan  energi  matahari  adalah  pembangkit  listrik tenaga surya (PLTS). Rangkaian sel surya dapat direpresentasikan sebagai sumber arus yang terhubung paralel dengan  sebuah  dioda    terhubung  seri  dengan  tahanan  (RS) seperti ditunjukan pada Gambar 1.

## PEMODELAN SISTEM PEMBANGKIT HYBRID ENERGI SOLAR DAN ANGIN
Harmini 1) , Titik Nurhayati 2)
1, 2) Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Semarang, Semarang Indonesia 50196 Jl. Soekarno Hatta Tlogosari, Semarang Telp (024)6702757 e-mail: harmini@usm.ac.id 1) , ttknur@usm.ac.id 2)
E
Gambar 1 Rangkaian Ekivalen Sel Surya[6]
Komponen  -  komponen  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Surya ditunjukkan pada Gambar 2.

## Gambar 2 Komponen PLTS

## B. Pembangkit Listrik Tenaga  Angin
Energi  angin  dihasilkan  dari  angin  dan  tidak  memerlukan biaya  besar  dalam  proses  pembangkitan  energi  listrik.  Biaya pemeliharaan juga murah dan angin didapatkan dalam waktu 24 jam.  Energi  listrik  yang  dihasilkan  tergantung  dari  kecepatan angin dan kecepatan turbin angin yang digunakan. Energi angin diubah  menjadi  energi  listrik  oleh  turbin  angin.  Turbin  angin secara umum diklasifikasikan menjadi dua yaitu axis horisontal dan  axis  vertical.  Ekstraksi  energi  angin  berdasarkan  dari ukuran turbin angin, density, friction loss pada mesin turbin dan efisiensi  konversi  dari  energi  mekanik  menjadi  energi  listrik. Turbin  angin  bekerja  berdasarkan  prinsip  konversi  energi kinetik menjadi energi mekanik untuk memutar turbin. Turbin tersebut  akan  dikopel  oleh  generator  untuk  diubah  menjadi energi  listrik[3].  Turbin angin  mengubah energi  kinetik  yang ada angin  menjadi energi  mekanik dengan cara  menghasilkan torsi.  Energi  yang  terkandung  angin  berupa  energi  kinetik, maka  besarnya  energi  yang  dihasilkan  tergantung  pada kerapatan  udara  dan  kecepatan  angin.  Daya  angin  yang dihasilkan ditunjukkan pada persamaan 1.
𝑃 = 1/2 𝐶𝑝 𝜌 𝐴 𝑉 3 1 Dimana Cp adalah coefisien daya, ρ adalah density Kg/m3, A adalah luas daerah blade turbin dalam m2 dan V adalah kecepatan angin dalam m/sec

## III. METODE PENELITIAN
Penelitian  ini  dilaksanakan  dalam  kurun  waktu  satu semester (6 bulan) dengan  membagi dalam dua tahapan  yaitu tahap persiapan, tahap kedua yaitu tahap perencanaan. Lokasi penelitian  adalah  di  Laboratorium  Konversi  Energi  Listrik, Teknik  Elektro,  Fakultas  Teknik  sebagai  tempat pengambilan data  dari  pembangkit  listrik  hybrid  Pandansimo  Bantul, Jogjakarta

## A. Model  dan Rancangan Penelitian
Model  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini  adalah perancangan dan pemodelan sistem hybrid antara energi angin dan  energi  matahari.  Proses  perencanaan  berdasarkan  pada skema yang ditunjukkan pada Gambar 3 dan Gambar 4.
Panel SPV Turbin Angin Charge Controller Inverter Beban Gambar 3 . Blok Diagram Sistem Hybrid
Wind Turbin Gambar 4 Blok Diagram Sistem Hybrid

## IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

## A. Rangkaian Keseluruhan Sistem Hybrid
Hasil penelitian meliputi proses atau langkah simulasi sistem  hybrid  antara  pembangkit  listrik  tenaga  surya  dengan pembangkit  listrik  tenaga  angin.  Gambar  5  menunjukkan gambar keseluruhan dari sistem hybrid.

## Gambar 5 Rangkaian Keseluruhan Sistem Hybrid
Kapasitas daya atau beban yang dipakai sebesar 4.000 Watt dengan asumsi 3.000 Watt dibangkitkan oleh PLTS dan 1.000 Watt dibangkitkan oleh pembangkit listrik tenaga angin

## B. Pembangkit Listrik Tenaga Surya
Pembangkit  listrik  tenaga  surya  dibangun  dari  panel surya  dan  inverter.  Simulasi  ini  tidak  menggunakan  baterai karena  sistem  yang  dirancang  adalah  sistem  on  grid  PV, sehingga  langsung  dihubungkan  dengan  inverter  dan  beban yang  digunakan  adalah  beban  AC.  Jumlah  panel  surya  yang perlukan  untuk  membangkitkan  daya  sebesar  3000  Watt sebanyak  12  buah  panel.  Panel  surya  yang  digunakan  adalah Trina  Solar  TSM  -250PA05.08 dengan  kapasitas  daya maksimum  yang  dihasilkan  adlaah  250  WP,  sehingga  jumlah panel surya yang dibutuhkan adalah:
Daya yang dibangkitkan PLTS   : 3000 W Kapasitas modul surya  : 250 W
Jumlah modul surya = 3000  W 250 W = 12 Jadi  jumlah  modul  surya  yang  digunakan  berjumlah  12  buah dengan  masing-masing  modul  berkapasitas  250  W  yang dirangkai secara seri untuk menghasilkan daya output PV array sebesar 3000 W. Daya maksimum panel surya sebesar 249,86 Watt, tegangan open circuit 37.6 Volt, tengangan maksimum 31 Volt,  arus  short  circuit  sebesar  8,55  Ampere  dan  arus maksimum 8,05 Ampere.

## C. Pembangkit Listrik Tenaga Angin
Simulasi pembangkit listrik tenaga angin ditunjukkan pada Gambar 6 yang terdiri dari turbin angin dan generator AC, kemudian  keluaran  dari  generator  akan  dihubungkan  dengan inverter (Inverter digabung menjadi satu dengan inverter pada PLTS).
Paramater  turbin  ditunjukkan  pada  Gambar  7,  dengan parameter sebagai berikut:
 Daya turbin     : 1000 Watt
 Effisiensi     : 90 %
 Kecepatan angin   : 12 m/s
Gambar 8 Parameter Turbin

## D. Hasil Simulasi
Gambar  9  adalah  keluaran  dari  sistem  PLTS  antara lain nilai radiasi matahari sebesar 1000 W/m 2 dengan standart temperatur  25 o C,  tegangan  DC  sebesar  400  Volt,  Arus  DC sebesar 1,4 Ampere dan daya DC sebesar 560 Watt.

## Gambar 9 Tegangan AC Keluaran Inverter PLTS
Hasil simulasi pembangkit listrik tenaga angin berupa nilai kecepatan  sudut  turbin,  kecepatan  putar  rotor  turbin,  Torsi elektrik  dan  Torsi  Mekanik.  Gambar  10    menunjukkan  hasil simulasi  turbin  angin,  dimana  kecepatan  sudut  turbin mengalami overshoot pada saat awal turbin mulai bekerja yaitu sebesar 1.4 wrad/s dan kecepatan sudut mulai stabil atau steady state  pada  saat  waktu    mencapai  0.1  detik  sebesar  1  wrad/s. Kecepatan  rotor  turbin  juga  mengalami  overshoot  pada  saat awal  turbin  bekerja  sebesar  200  rpm  dan  mencapai  kondisi steady  state pada  saat  rotor  bekerja  sekitar  0.1  detik  dengan kecepatan  rotor  sebesar  150  rpm.  Torsi  elektrik  dan  torsi mekanik turbin angin sebesar 40 Nm.
Gambar 10 Tegangan Keluaran Pembangkit Listrik Tenaga Angin
Gambar 11 menunjukkan tegangan keluaran pembangkit  listrik  tenaga  angin,  dimana  generator  yang digunakan  adalah  generator  AC.  Tegangan  maksimum  yang dihasilkan  sebesar  500  Vac  dan  arus  maksimum  sebesar  10 Ampere,  sehingga  daya  maksimum  yang  dihasilkan  sekitar 5000 Watt.
Sistem  hybrid  dibebani  dengan  beban  daya  aktif sebesar 4000 Watt. Beban ini akan di layani oleh sistem PLTS sebesar 3000 Watt dan sistem pembangkit angin sebesar 1000 Watt.  Tegangan  dan  arus  yang  dihasilkan  oleh  sistem  hybrid ditunjukkan pada gambar 11. Tegangan yang dihasilkan sistem hybrid sebesar 220 Volt dan arus kira-kira sebesar 12 Ampere, sehingga daya yang dihasilkan oleh sistem hybrid sebesar 220 V x 12 A = 2.640 Watt. Effisiensi sistem hybrid sebesar 2.640 Watt / 4.000 watt = 0.66 atau 66 %.

## Gambar 11 Arus dan Tegangan AC keluaran sistem hybrid

## V. KESIMPULAN
Dari penelitian yang telah dilakukan dapat  diambil kesimpulan sebagai berikut:
1. Sistem hybrid dibangun dari dua buah sistem pembangkit yaitu  pembangkit  listrik  tenaga  surya  (PLTS)  dan
pembangkit  listrik  tenaga  angin.  pemodelan  pembangkit listrik hybrid ini menggunakan simulasi Matlab.
2. Daya  yang  dihasilkan  PLTS  sebesar  3.000  Watt  dan pembangkit angin sebesar 1.000 Watt dengan beban berupa beban resistif sebesar 4.000 Watt.
3. Sistem  hybrid  menghasilkan  daya  sebesar  2.640  Watt sehingga effisiensi sistem hybrid sebesar 66 %.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] B.Chitti  Babu  and  K.B.Mohanty,  “Double-fed  induction generator  for  variable  speed  wind  energy  conversion system-modelling and simulation”, International journal of computer and electrical engineering, Vol.2 No.1, February,
2010, 1793-8163,pp 141-147.
[2] Deb,  G,  2012,”Hybrid  Power  Generation  System”, International  Journal  of  computer  and  electrical engineering, Vol.4, No.2, April 2012
[3] Geetha, U, 2015, “Design of a wind – solar hybrid power generation system in Sri Lanka”
[4] Hendrayana,  2017,  “Simulasi  sistem  hybrid  pembangkit surya,  angin  dan  generator  untuk  mengoptimalkan pemanfaatan  daya  energi  terbarukan”,  Jurnal  Ilmiah Pendidikan  Teknik  Elektro,  Vol.1,  No.1,  Februari  2017, Hal 26-43., ISSN 2549-3698.
[5] Ingole, S, Ashish, 2015,”Hybrid Power Generation System Using  Wind  Energy  and  Solar  Energy”,  International Journal of Scientific and Research Publications, volume 5, Issue 3, March 2015, ISSN 2250-3153
[6] Kumar,  S,2013,”A  Hybrid  Model  of  Solar-Wind  Power Generation  System”,  International  Journal  of  Advanced Research  in  Electrical,  Electronics  and  Instrumentation Engineering, Vol.2, Issue 8, August 2013
[7] S.A.  abbasi  and  Naseema  Abbasi,”Renewable  energy source  and  their  environment  impact,”Prentice  Hall  of India Private Limited, 2005, pp 36.
[8] Yuliarto,  B.  2011.  Solar  Sel  Sumber  Energi  Terbarukan Masa Depan, www.esdm.go.id/berita/artikel/, diakses pada 18 Agustus 2017