## OPTIMASI KUALITAS DAYA HIBRID TURBIN ANGIN DAN PHOTOVOLTAIC
Zainal Abidin 1
Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Islam Lamongan Jl. Veteran No.53 A Lamongan Telp +62 812-3353-2045 zainalabidin@unisla.ac.id

## ABSTRACT
In order to decrease fuel emissions as a staple of electricity generation, renewable energy is one of the choices in the context of green technology. Wind and solar energy are several choices of renewable energy sources that can be used as environmentally friendly power plants without carbon emissions and are cheap. The application of    wind  turbine  and  solar  photovoltaic  hybrids  is  mostly  carried  out  in  several  countries,  especially  in  the fulfillment of isolated land. The HOMER application is one application that can be used to simulate wind turbine and photovoltaic hybrids.
Keywords :  Wind Turbines, Photovoltaics, Hybrid, HOMER

## 1. PENDAHULUAN
Turbin  angin  adalah  suatu  alat  yang  sumber energinya  berasal  dari  angin  yang  kemudian dikonversikan  menjadi  energi  mekanik  untuk menggerakkan  generator  listrik.  Keuntungan  yang didapat  adalah  tidak  mengeluarkan  gas-gas  sisa pembakaran  seperti  karbon  monoksida  (CO)  yang berbahaya  jika  jumlahnya  berlebih,  sehingga  lebih ramah lingkungan. Potensi energi angin di Indonesia cukup  besar  mengingat  keadaan  geografis  yang terdiri  dari  pegunungan  dan  pantai  yang  memiliki tekanan  udara  yang  bervariasi  menyebabkan terjadinya angin. Selain itu, elektrifikasi di beberapa wilayah terutama di wilayah kepulauan masih belum mendapatkan  suply  listrik  dari  PLN.  Hal  ini  sangat besar  potensinya  untuk  mengembangkan  teknologi turbin angin untuk mencukupi kekurangan elektrifikasi  di  daerah  dan  melakukan  optimalisasi pemanfaatan energi terbarukan.
Potensi  angin  yang  besar  di  wilayah  Indonesia masih terbatas penggunaannya untuk menggerakkan turbin  angin  dengan  ukuran  dan  kapasitas  kecil sampai  menengah,  mengingat  kecepatan  angin  rata- rata di Indonesia sekitar 2 m/s hingga 4 m/s, kecuali daerah pantai selatan Jawa, Bali, dan Nusa Tenggara memiliki kecepatan angin rata-rata yang lebih tinggi yaitu sekitar 4 m/s hingga 5 m/s (Nanang, 2010)
Sementara  potensi  pemanfaatan  tenaga  surya  di Indonesia  sebagai  sumber  energi  sangatlah  besar yakni  sebesar  4,8  Kwh/m2  atau  setara  dengan 112.999 giga watt peak (GWP) (ESDM, 2016).
Sementara    dari  hasil  penelitian  (Farret  and Simoes,  2006)  bahwa  proyeksi  tingkat  kebutuhan pelanggan per/ Kwh dapat  ditunjukkan pada tabel 1 berikut :
Tabel  1.  Proyeksi  Kebutuan  Pelanggan  Listrik  / KWh
Dari  tabel  1  di  atas  dapat  dijelaskan  bahwa tingkat  kebutuhan  akan  tenaga  listrik  dari  tahun  ke
tahun mengalami peningkatan seiring dengan jumlah tingkat konsumsi listrik penduduknya.
Dari  latar  belakang  di  atas,  peneliti  mencoba melakukan  kajian  tentang  optimisasi  hibrid  turbin angin  dan  photovoltaic  (energi  surya)  serta pengaturan  daya  pada  sistem  tersebut.  Adapun rumusan  masalah  dari  penelitian  ini  adalah a).Bagaimana  model  optimisasi  hibrid    turbin  angin dan  photovoltaic  dalam  sistem  tenaga  listrik? b).Bagaiamana  tingkat  kualitas  daya  listrik  hibrid turbin  angin  dan  photovoltaic  dalam  sistem berbeban?

## 2. METODE
Beberapa peneliti menggunakan Hybrid Optimization  Model  for  Electric  Renewables (HOMER)  untuk    optimasi  sistem  hibrid  untuk beberapa lokasi (Noviana, 2017). Software HOMER banyak  digunakan  secara  luas  untuk  optimisasi  dan analisis  sensitivitas  sistem  hybrid  (Villagomez, 2010).  Analisis  dari  beberapa  input  sistem  seperti radiasi  matahari, kecepatan angin, data temperature, profile  beban  ,  kontrol  sistem  dan  faktor  ekonomi (Villagomez, 2010).
Deskripsi Alat dan Bahan
1) PV (photovoltaic )  dengan daya  1 kW
2) Turbin Angin  ukuran 5 kW
3) Konverter 4 kW
4) Bateray 150 Ah
Bagan Pemodelan
Gambar 1. Pemodela Homer sistem 6 kW hibrid Turbin Angin-PV

## Spesifikasi Alat
a) Spesifikasi PV
Adapun  deskripsi  spesifikasi  PV    pada  tabel  2 berikut :

## Tabel 2 : Spesifikasi PV
b) Spesifikasi Turbin Angin
Turbin  angin    axis  horizontal  SNT-50 model  Supernova  Technologies  .  Data  teknis turbin angin dapat dilihat pada tabel 3 berikut :
Tabel 3. Data spesifikasi Turbin angin
Daya  pembangkitan  PV  disimulasikan  HOMER menggunakan  persamaan  1.  Model  persamaan  juga memasukkan  unsur  efek  temperatur  pada  produksi daya PV (persamaan 2):
(1)
dimana

## (2)
Daya dari turbin angin dihasilkan :

## (3)
Persamaan 3 digunakan untuk menentukan kurva daya  turbin  angin.  Turbin  angin  disimulasikan dengan kurva daya . Daya dari  Turbin angin model SNT- 50 ditunjukkan pada gambar 2 berikut :

## Gambar 2. Kurva Daya  SNT-50 model aplikasi Homer
Sistem  optimisasi  hibrid    dengan  berbagai  jenis ukuran  PV,  turbin  angin  dan  battery  dapat  dilihat pada tabel 4 :

## Tabel 4. Variasi dan Kombinasi Ukuran
dalam Optimisasi

## 3. PEMBAHASAN
Hasil  kombinasi  dan    optimasi  hibrid  turbin angin dan PV dapat didiskusikan sebagai berikut :
1) kWp  hibrid PV-Turbin Angin
Dari  hasil  simulasi Homer produksi  listrik selama  setahun    dengan  daya  6kWp  sistem  hibrid sebesar  1996  kWh/th  dengan  prosentase  61%  PV array  (1214  kWh/yr)  dan  39%    energi  dari  turbin angin  (782  kWh/yr)  .  Produksi  rata-rata    listrik dengan  PV-Turbin  angin    dapat  ditunjukkan  pada gambar  3  .  Nilai net  present  cost (NPC)  dan  nilai cost of energy (COE) dari sistem adalah 306 kWh/yr (22.3%), $30,734 dan $1.156 1/kWh.
Gambar 3. Produksi listrik rata-rata perbulan dari sistem hibrid Turbin Angin-PV

## 2) Kombinasi Optimum Turbin angin-PV
Hasil  optimasi  sistem  hibrid  tergantung  dari kebutuhan  beban,    termasuk  sumber  daya  dan ekonomi  pada  kapasitas  minimal  0  %,  5  %,  10  % dan 20 %  yang ditunjukkan pada gambar 4  (a, b, c
&  d).  Hasilnya  kemudian  dikalkulasi  dengan simulasi lanjutan.
Gambar  4a. Hasil optimasi  kapasitas 0 % sistem hibrid
Gambar 4b. Hasil optimasi kapasitas 5 % sistem hibrid Gambar 4 c. Hasil optimasi kapasitas 10 % sistem
Gambar 4 c. Hasil optimasi kapasitas 20 % sistem

## 4. KESIMPULAN
a. Dalam  sistem    hibrid  ditemukan susunan  surya  PV  2  kWp,  turbin  angin 5 kWp dan sepuluh baterai 12V dengan total  NPC  $  34.861  dan  COE  masing- masing $ 1.051 1 / kWh. Dibandingkan dengan  sistem  yang  ada,  biaya  sistem hibrida  surya  angin  optimal  sedikit lebih tinggi tetapi kekurangan kapasitas turun  menjadi  3,1%  dari  22,3%  karena itu penambahan sistem 1 kWp Solar PV dapat ditambahkan ke sistem yang ada.
b. Sistem  photovoltaik  surya  2  kWp dengan  hanya  menggunakan  sumber daya  matahari  ditemukan  lebih  hemat biaya  daripada  sistem  hibrida  angin- surya  6  kWp  dalam  simulasi  ,  tetapi pemanfaatan  sumber daya angin  sangat penting di lokasi pedesaan terpencil

## PUSTAKA
A. Zaman, M. A. Rahman, and S. Islam, “Design of a  hybrid  power  system  for  rural  area”, Journal  Basic  Science  and  Technology,  Vol. 1, No. 2, pp. 1-4, 2012.
B.  Dursun,  C.  Gokcol,  I.  Umut,  A.  Ucar,  and  S. Kocabey, “Techno-Economic Evaluation of a Hybrid PV—Wind Power Generation System”,  International  Journal  of  Green Energy, Vol.10, pp. 117–136, 2013.
F.  A.  Farret  and  M.  G.  Simoes,  Integration  of Alternative Sources of Energy, John Wiley & Sons Inc., 2006, ch. 15
J.  B.  Fulzele,  and  S.  Dutt,  “Optimium  planning  of hybrid  renewable  energy  system  using HOMER”, International Journal of Electrical and Computer Engineering, Vol. 2, No. 1, pp. 68-74, February 2012.
Nanang  K,2010.  Desain  Turbin  Angin  Kapasitas 1000  W  Sebagai  Penyedia  Listrik  Skala Rumah Tangga
M.  S.  Alam,  and  D.  W.  Gao,  “Modelling  and analysis of a wind/PV/fuel cell hybrid power system in HOMER”, Second IEEE Conference  on  Industrial  Electronics  and
Applications, pp. 1594-1599, 2007.
N. Lopez, and J. F. Espiritu, “An approach to hybrid
power systems integration considering different  renewable  energy  technologies”, Procedia Computer Science, Vol. 6, pp. 463– 468, 2011.
V.  Reddy,  and  A.  Raturi,  “Optimization  and sensitivity  analysis  of  a  PV/wind/diesel hybrid  system  for  a  rural  community  in  the Pacific”,  Applied  Solar  Energy  Vol.  46,  No. 2, pp. 152-156, 2010.