TURBIN ANGIN
Klasifikasi Turbin Angin Turbin angin adalah kincir angin yang digunakan untuk membangkitkan tenaga listrik. Turbin angin ini pada awalnya dibuat untuk mengakomodasi kebutuhan para petani dalam melakukan penggilingan padi, keperluan irigasi, dll. Turbin angin terdahulu banyak dibangun di Denmark, Belanda dan negara-negara Eropa lainnya dan lebih dikenal dengan Windmill. Kini turbin angin lebih banyak digunakan untuk mengakomodasi kebutuhan listrik masyarakat, dengan menggunakan prinsip konversi energi dan menggunakan sumber daya alam yang dapat diperbaharui yaitu angin.
CONTOH TURBIN ANGIN SUMBU HORIZONTAL
TURBIN ANGIN SUMBU VERTIKAL
TURBIN ANGIN SUMBU VERTIKAL /TEGAK (ATAU TASV) MEMILIKI POROS/SUMBU ROTOR UTAMA YANG DISUSUN TEGAK LURUS. KELEBIHAN UTAMA SUSUNAN INI ADALAH TURBIN TIDAK HARUS DIARAHKAN KE ANGIN AGAR MENJADI EFEKTIF. KELEBIHAN INI SANGAT BERGUNA DI TEMPAT-TEMPAT YANG ARAH ANGINNYA SANGAT BERVARIASI. VAWT MAMPU MENDAYAGUNAKAN ANGIN DARI BERBAGAI ARAH. DENGAN SUMBU YANG VERTIKAL, GENERATOR SERTA GEARBOX BISA DITEMPATKAN DI DEKAT TANAH, JADI MENARA TIDAK PERLU MENYOKONGNYA DAN LEBIH MUDAH DIAKSES UNTUK KEPERLUAN PERAWATAN. TAPI INI MENYEBABKAN SEJUMLAH DESAIN MENGHASILKAN TENAGA PUTARAN YANG BERDENYUT. DRAG (GAYA YANG MENAHAN PERGERAKAN SEBUAH BENDA PADAT MELALUI FLUIDA (ZAT CAIR ATAU GAS) BISA SAJA TERCIPTA SAAT KINCIR BERPUTAR.
TURBIN ANGIN SUMBU VERTIKAL
KARENA SULIT DIPASANG DI ATAS MENARA, TURBIN SUMBU TEGAK SERING DIPASANG LEBIH DEKAT KE DASAR TEMPAT IA DILETAKKAN, SEPERTI TANAH ATAU PUNCAK ATAP SEBUAH BANGUNAN. KECEPATAN ANGIN LEBIH PELAN PADA KETINGGIAN YANG RENDAH, SEHINGGA YANG TERSEDIA ADALAH ENERGI ANGIN YANG SEDIKIT. ALIRAN UDARA DI DEKAT TANAH DAN OBYEK YANG LAIN MAMPU MENCIPTAKAN ALIRAN YANG BERGOLAK, YANG BISA MENYEBABKAN BERBAGAI PERMASALAHAN YANG BERKAITAN DENGAN GETARAN, DIANTARANYA KEBISINGAN DAN BEARING WEAR YANG AKAN MENINGKATKAN BIAYA PEMELIHARAAN ATAU MEMPERSINGKAT UMUR TURBIN ANGIN. JIKA TINGGI PUNCAK ATAP YANG DIPASANGI MENARA TURBIN KIRA-KIRA 50% DARI TINGGI BANGUNAN, INI MERUPAKAN TITIK OPTIMAL BAGI ENERGI ANGIN YANG MAKSIMAL DAN TURBULENSI ANGIN YANG MINIMAL.
TURBIN DARRIEUS Turbin darrieus mula-mula diperkenalkan di perancis pada sekitar tahun 1920-an. Turbin angin sumbu vertikal ini mempunyai bilahbilah tegak yang berputar kedalam dan keluar dari arah angin
TURBIN SAVONIUS Turbin Savonius diciptakan pertama kali di negara Finlandia dan berbentuk S apabila dilihat dari atas. Turbin jenis ini secara umumnya bergerak lebih perlahan dibandingkan jenis turbin angin sumbu horizontal, tetapi menghasilkan torsi yang besar.
Prinsip kerja dari rotor Darrieus dapat disederhanakan. Pertama, asumsikan arah angin datang dari depan rotor baling-baling. Ketika pergerakan rotor lebih cepat menyamai dengan kecepatan angin yang tak terganggu yaitu ratio kecepatan blade dengan kecepatan angin bebas, tsr > 3.
Dengan: 1. Panah biru – kecepatan angin relatif. 2. Panah merah – kecepatan relatif ke baling-baling. 3. Panah hitam – resultan kecepatan udara relatif ke baling-baling. 4. Panah hijau – gaya angkat ( l i f t f o r c e ) . 5. Panah abu-abu – gaya seret ( d r a g f o r c e ) .
Dengan nilai tsr yang tinggi, baling-baling akan ”memotong” melalui angin dengan sudut serang ( angle of attack ) yang kecil. Resultan gaya angkat (lift ) akan membantu perputaran baling-baling, sedangkan gaya seret (drag ) akan melawan perputaran dari baling-baling itu. Ketika gaya angkat nol pada sisi kiri (0˚) dan sisi kanan (180˚) dengan baling-baling simetris bergerak pararel menuju arah angin, torsi berubah menjadi negatif disekitar posisi ini. Mendekati posisi depan (90˚) dan posisi dibelakang (270˚), komponen dari gaya 15 angkat ( lift ) lebih besar dibandingkan gaya seret ( d r a g ) sehingga menghasilkan torsi. Torsi total per satu putaran akan bernilai positif jika baling-baling diposisikan pada tempat yang tepat sehingga rotor akan berputar pada arah yang benar.
Keuntungan turbin angin Darrieus : a. tidak memerlukan pengarah angin dan memerlukan konstruksi yang mudah. b. biaya pembuatannya lebih murah dibanding dengan turbin angin sumbu horisontal dan memiliki desain rotor yang lebih mudah c. dapat digunakan di kecepatan angin rendah. Kerugian turbin angin Darrieus : a. tidak memiliki sistem self starting. b. rumit dalam pembuatan sudunya. c. Sudut serang berubah ubah seiring dengan berputarnya turbin.
Teori elemen bilah adalah metode sederhana yang digunakan unutk menganalisis rotor, propeler, fan, dan kompresor. Teori ini digunakan untuk menganalisa gaya aerodinamika pada r o t a t i n g m a c h i n e . Pada teori ini, gaya angkat dan gaya hambat dihitung per elemen sudu kemudian diintregasikan sepanjang sudu. Prinsip teori ini adalah membagi sudu menjadi beberapa bagian dan menghitung gaya-gaya yang timbul pada setiap sub bagian untuk kemudian disatukan kembali. Penerapan teori elemen bilah pada turbin angin Darrieus tipe-H ditunjukkan pada gambar 5 di bawah ini:
diturunkan kecepatan relatif:
Sudut serang α,
Koefisien normal dan tangensial,
Sehingga Torsi yang diperoleh searah putaran pada θ tertentu suatu airfoil adalah:
Dengan: Ur : kecepatan relatif(m/s) ρ : masa jenis udara(kg/m3) U’:kecepatan udara pada sudu(m/s) ω : kecepatan tangensial turbin(rad/s) Fl:Gaya angkat airfoil (N) Fd: Gaya hambat airfoil(N) R : jari-jari turbin(m)
Energi surya adalah salah satu pilihan energi terbaik untuk daerahdaerah terpencil, bilamana jaringan distribusi listrik tidak praktis atau tidak memungkinkan untuk di-instal. Kelemahan utama dari energi surya adalah biaya awal yang tinggi. Panel surya terbuat dari bahan mahal, bahkan dengan penurunan harga yang terjadi hampir setiap tahun, harganya tetap terasa mahal. Panel surya juga perlu untuk ditingkatkan efisiensinya. Untuk mencapai tingkat efisiensi yang memadai dibutuhkan lokasi instalasi yang luas, dan panel surya ini idealnya diarahkan ke matahari, tanpa hambatan seperti pohon dan gedung tinggi, untuk mencapai tingkat efisiensi yang diperlukan Energi surya membutuhkan solusi penyimpanan energi murah dan efisien karena matahari adalah sumber energi intermiten (tidak kontinyu).
Sumber Energi Tenaga Surya Energi surya disebut-sebut oleh banyak orang sebagai sumber energi utama di masa depan, jadi mari kita melihat keuggulan dan kelemahan energi surya. Energi surya memiliki keunggulan yang lebih banyak dibandingkan dengan kelemahannya, tapi kelemahan ini masih merupakan batu sandungan utama untuk pemakaian energi surya yang lebih luas. sekarang pertama-tama kita akan membahas keunggulan dari energi surya.Kita sudah mengetahui, bahwa energi surya merupakan sumber energi terbarukan. Matahari hampir tak terbatas sebagai sumber energi, dan energi surya tidak dapat habis, tidak seperti bahan bakar fosil yang akhirnya akan habis. Setelah bahan bakar fosil habis, dunia akan memerlukan alternatif sumber energi yang baik, dan energi surya jelas terlihat sebagai salah satu alternatif terbaik. Energi surya merupakan sumber energi yang ramah lingkungan karena tidak memancarkan emisi karbon berbahaya yang berkontribusi terhadap perubahan iklim seperti pada bahan bakar fosil. Setiap watt energi yang dihasilkan dari matahari berarti kita telah mengurangi pemakaian bahan bakar fosil, dan dengan demikian kita benarbenar telah mengurangi dampak perubahan iklim. Penelitian terbaru melaporkan bahwa rata-rata sistem rumah surya mampu mengurangi 18 ton emisi gas rumah kaca di lingkungan setiap tahunnya. Energi surya juga tidak memancarkan oksida nitrogen atau sulfur dioksida yang berarti tidak menyebabkan hujan asam atau kabut asap. Matahari merupakan sumber energi yang benar-benar bebas untuk digunakan oleh setiap orang. Tidak ada yang memiliki Matahari, jadi setelah Anda menutupi biaya investasi awal, pemakaian energi selanjutnya dapat dikatakan gratis.
Sistem Energi Surya Ada dua jenis sistem energi surya: pasif dan aktif. Sistem pasif tidak memerlukan peralatan, seperti ketika panas menumpuk di dalam mobil ketikadiparkir di bawah sinar matahari. Sedangkan sistem yang aktif memerlukan beberapa cara untuk menyerap dan mengumpulkan radiasi matahari dan kemudian menyimpannya.
Pembangkit listrik termal tenaga surya adalah sistem aktif. Ada beberapa kesamaan dasar dari beberapa jenis pembangkit tenaga surya yakni: Cermin memantulkan dan mengkonsentrasikan sinar matahari, dan penerima mengumpulkan energi matahari serta mengubahnya menjadi energi panas. Sebuah generator kemudian digunakan untuk menghasilkan listrik dari energi panas ini.
Sistem panas matahari adalah solusi energi terbarukan yang menjanjikan karena matahari adalah sumber daya yang melimpah. Kecuali dimalam hari. Atau saat matahari terhalang oleh awan. Sistem penyimpanan energi panas tekanan tinggi pada tangki penyimpanan cairan digunakan bersama dengan sistem panas matahari untuk memungkinkan pembangkit menyimpan energi potensial listrik. Penyimpanan off-peak adalah komponen penting untuk efektivitas pembangkit listrik panas matahari.
Beberapa Penerapan Sederhana Pembangkit Tenaga Surya
Rumah Kaca Energy Surya Ide menggunakan bahan massa termal - bahan yang memiliki kapasitas untuk menyimpan panas - untuk menyimpan energi surya berlaku untuk lebih dari sekedar surya skala besar pembangkit listrik termal dan fasilitas penyimpanan. Idenya dapat bekerja dalam sesuatu yang lebih sederhana seperti rumah kaca. Semua rumah kaca sebagai perangkap energi matahari di siang hari, biasanya dengan manfaat menghadap keselatan dan atap miring untuk memaksimalkan paparan sinar matahari. Tapi setelah matahari terbenam, rumah kaca panas matahari dapat mempertahankan panas termal dan menggunakannya untuk menghangatkan rumah kaca di malam hari.
Cara Kerja Rumah Kaca Panas Surya: Dalam satu skenario, udara yang mengumpul di puncak atap rumah kaca ditarik melalui pipa dan di bawahlantai. Pada siang hari, udara ini panas dan menghangatkan tanah. Pada malam hari, udara dingin ditarik ke dalam pipa. Tanah hangat memanaskan udara dingin, yang pada gilirannya memanaskan rumah kaca. Atau, air kadangkadang digunakan sebagai media transfer panas. Air dikumpulkan dan solar dipanaskan dalamtangki penyimpanan eksternal dan kemudian dipompa melalui pipa-pipa untuk menghangatkan rumah kaca.
Cerobong Asap Tenaga Surya Sama seperti rumah kaca panas matahari, cara untuk menerapkan teknologi panas matahari untuk kebutuhansehari-hari digunakan pula untuk cerobong asap panas matahari, atau cerobong termal yang memanfaatkanbahan massa termal. Cerobong termal pasif sistem ventilasi surya, yang berarti nonmechanical. Contoh ventilasi mekanis termasuk ventilasi seluruh rumah yang menggunakan ventilasi dan saluran untuk membuang udara kotor dan udara segar. Melalui prinsip pendinginan konvektif, cerobong termal memungkinkan udara dingin sementara mendorong udara panas dari dalam ke luar. Dirancang berdasarkan pada kenyataan bahwa udara panas naik,mengurangi panas yang tidak diinginkan selama seharian dan melakukan pertukaran interior (hangat) udara untuk eksterior (dingin) udara. Cerobong termal biasanya terbuat dari hitam, massa termal berongga dengan bukaan di bagian atas untuk udara panas berperan sebagai knalpot. Bukaan inlet lebih kecil dari outlet pembuangan dan ditempatkan pada ketinggian rendah sampai tinggi sedang di kamar. Ketika udara panas naik lolos melalui eksterior knalpotoutlet, baik ke luar atau ke dalam tangga terbuka atau atrium. Karena ini terjadi, sebuah updraft menarikudara dingin masuk melalui lubang. Dalam menghadapi pemanasan global, kenaikan biaya bahan bakar dan permintaan yang semakin berkembang untuk energi, kebutuhan energi diperkirakan akan meningkat hampir setara dengan 335 jutabarel minyak per hari, dan sebagian besar untuk listrik. Salah satu hal yang besar tentang tenaga panas surya adalah bahwa hal tersebut diperlukan sekarang, tidak menunggu lagi. Dengan mengkonsentrasikan energi surya dengan bahan reflektif dan mengubahnya menjadi listrik, pembangkit listrik panas matahari modern, jika diadopsi hari ini sebagai bagian tak terpisahkan daripembangkit energi, mungkin mampu menjadi sumber listrik untuk lebih dari 100 juta orang selama 20 tahun ke depan. Semua dari satu sumber daya terbarukan paling besar yakni matahari.
Cerobong Asap Tenaga Surya, sumber gambar: topgreencontractors.com
Proyek Proyek Energi Surya Proyek-proyek energi surya skala besar (pembangkit listrik tenaga surya yang besar) akan membutuhkan lahan yang luas, dan banyak air untuk tujuan pendinginan. Banyak daerah di dunia yang tidak memiliki cukup sinar matahari untuk menjadikan energi surya bernilai ekonomis. Karena itu, solusi ilmiah yang lebih maju sangat diperlukan untuk membuat energi surya menjadi komersial di daerah-daerah tersebut. Seperti yang telah disebutkan di atas, energi surya benar-benar memiliki banyak keunggulan dibandingkan dengan kekurangannya, tetapi biaya awal yang tinggi dan masalah efisiensi tidak dapat diabaikan.
