BUCK CONVERTER PADA TURBIN ANGIN 500 WATT
1. Pengertian dan Sejara T!r"in Angin Telah lama orang-orang memanfaatkan energi angin, misalnya dalam pelayaran
kapal, sebelum ditemukannya mesin pada kapal, mereka menggunakan angin sebagai sumber tenaga/mesin kapal untuk berlayar. Angin juga dimanfaatkan pada kincir angin untuk menggiling padi, memompa air untuk irigasi, ataupun di Belanda sebagai pencegah abrasi dari laut. Pada awal abad !, listrik mulai digunakan dan kincir angin mulai menjadi turbin angin sebagai rotor yang dihubungkan pada sebuah generator listrik. Poul la "our, salah satu orang pertama yang menghubungkan kincir angin dengan generator, memberi materi kepada para teknisi listrik pertanian. #ebagai contoh $a "our memasang wind tunnel pertama di sekolahnya untuk meneliti aerodinamika rotor. #ecara bertahap, meskipun mesin diesel dan uap memegang kendali produksi listrik dan hanya selama masa perang dunia ke-, di saat persediaan bahan bakar menjadi langka, wind power justru berkembang. %eskipun, bahkan setelah Perang &unia ke-, perkembangan turbin angin yang lebih efisien masih dikejar pada beberapa negara seperti 'erman, Amerika, Perancis, (nggris, dan &enmark. &i &enmark, 'ohannes 'uul, seorang yang bekerja di perusahaan #)A# dan pelajar dari la "our. Pada pertengahan tahun *+!an, 'uul mengenalkan konsep &anish yang sudah ada sebelumnya dengan pembuatan turbin edser, yang memiliki blade up wind , rotor dihubungkan pada sebuah generator A" asynchronous yang berputar pada kecepatan yang hampir konstan. &engan adanya krisis oli pada tahun *+, turbin angin tiba-tiba menjadi menarik kembali untuk beberapa negara yang ingin mengurangi sedikit dari impor minyaknya. Banyak negara mulai melakukan inisiasi program penelitian untuk mencari tahu kemungkinan-kemungkinan pemanfaatan energi angin. Prototype non komersial skala besar dibangun untuk menge0aluasi nilai ekonomis dari hasil produksi listrik oleh turbin angin dan untuk mengukur beban pada turbin angin bes ar. #ejak adanya krisis minyak, turbin angin komersial secara bertahap telah menjadi industri penting dengan omset tahunan pada tahun *++!an sebesar lebih dari * milyar 1#& per tahunnya. #emenjak itu, peningkatan mendekati !2 tiap tahunnya. #. K$%&$nen dari T!r"in Angin #.1. K$%&$en Uta%a #.1.1.Generat$r enerator merupakan salah satu mesin listrik yang mengkon0ersi energi mekanik/putar menjadi energi elektrik. &alam prinsip kerjanya, generator mengubah torsi 3T4 dan kecepatan putar 354 menjadi nilai tegangan
364 dan arus 3(4. 7asil keluaran pada generator turbin angin ini adalah listrik A" fasa, yang kemudian nanti akan di transmisikan ke controller .
Ga%"ar '.( Proses kon0ersi generator 8*9
Pada turbin angin, perancangan generator harus disesuaikan dengan karakteristik titik putaran blade sehingga proses kon0ersi energi mekanik menjadi energi listriknya memiliki efisiensi yang tinggi. #.1.#. Blade)Bi*a
Blade menjadi salah satu bagian penting pada sistem turbin angin dimana blade merupakan komponen yang berhadapan langsung dengan angin yang nantinya hasil putaran dari blade ini akan memutar rotor generator. #ecara umum blade terdiri dari tipe yaitu Horizontal Axis Wind Turbine 37A:T4 dan Vertical Axis Wind Turbine36A:T4. ;edua tipe ini dapat disesuaikan
dengan
orang
yang
ingin
mengimplementasikannya
dan
kemampuannya dalam membangun turbin angin. Blade terdiri dari beberapa bagian yaitu< - =adius 3jari-jari blade4 - Chord 3lebar blade4 - Leading edge - Trailing edge - Chord line 3garis yang menghubungkan leading dan trailing edge4 - Setting o angle 3 pitch! sudut antara chordline dan bidang rotasi dari rotor4 - Angle o Attac" 3sudut antara chord line dengan arah gerak udara relatif4
Ga%"ar '.+ Bagian-bagian pada Blade89 #.#. K$%&$nen Pend!,!ng #.#.1. Controller
Controller mempunyai peran sebagai pengatur sistem tegangan masukan yang bersifat fluktuatif dari generator untuk distabilkan menuju ke baterai. #elain itu pada controller juga terdapat rangkaian rectiier yang berfungsi sebagai penyearah listrik dari A" menjadi &".
Ga%"ar '.- Controller %PPT
#axi$u$ power point trac"er 3%PPT4 adalah suatu rangkaian &" yang mengoptimalisasi keluaran daya dari generator sebelum dialirkan untuk disimpan pada
baterai. %egulator tegangan berfungsi untuk melindungi komponen-komponen yang ada di dalam controller dari aliran arus tinggi. Controller juga dapat menghentikan pengecasan saat baterai penuh secara otomatis. Pada controller! rectiier berperan dalam mengubah tegangan A" menjadi &" sehingga sesuai dengan penyimpanan listrik, yaitu baterai &". 7asil dari rectiier ini kemudian diolah oleh sistem %PPT dengan bantuan transor$er dan $oset yang mengkon0ersi &" power untuk dipecah-pecahkan menjadi tegangan &" yang lebih kecil dan arus yang disesuaikan sehingga cocok dengan kapasitas baterai.
Ga%"ar '.10 &iagram alir rectiier 8*9 #.#.#.E,$r)Tail
)kor dari turbin angin berfungsi untuk mengarahkan turbin angin menghadap ke arah datangnya angin. 1kuran ekor perlu disesuaikan dengan turbin angin sehingga mampu mendorong badan turbin ke arah angin. )kor ini bisa terbuat dari bahan fiber dan batang ekornya terbuat dari besi. Biasanya bahan tersebut digunakan untuk turbin angin skala mikro.
Ga%"ar '.11 )kor turbin angin 8>9 #.#.'. Gear Box
&ear box adalah rangkaian roda gigi yang terdiri dari beberapa gabungan roda gigi yang berfungsi untuk memindahkan tenaga dari satu as ke as yang lain. Pada turbin angin gear box digunakan untuk menambah kecepatan putar pada generator yang didapat dari putran pada bilah. =oda gigi planet adalah suatu rangkaian roda gigi dimana sumbu dari satu roda gigi atau lebih bergerak relatif terhadap kerangkanya yang diam. =oda gigi yang terletak di pusat disebut matahari 3 sun4, dan roda-roda gigi yang sumbunya bergerak disebut planet 3 planet 4. 1ntuk mendapatkan 'elocity ratio 36=4 atau perbandingan kecepatannya maka dapat diperoleh dari persamaan berikut< VR
h asil kali gigi gigi padaroda gigi yang digerakkan h asil kali gigi gigi padaroda gigi yangmenggerakkan −
=
−
Ga%"ar '.1# &earbox8>9 #.#.. Data Logger /D
(ata Logger 3&$4 berfungsi sebagai media untuk menyimpan data dari turbin angin. Tegangan dan arus dari controller akan melewati &$ untuk direkam, kemudian tegangan dan arus ini akan dialirkan ke baterai. =ekaman data disimpan pada S( Card dalam format excel seperti waktu perekaman data dalam detik, tegangan, arus, kecepatan angin, dan juga arah angin.
Ga%"ar '.1' (ata Logger 8>9 #.#.5. Baterai
Baterai berfungsi sebagai media penyimpanan listrik. Pada baterai terjadi reaksi elektrokimia charging dan discharging . Proses charging ini bekerja saat baterai berfungsi sebagai beban dan sumber energinya dari generator. #ementara itu proses discharging adalah ketika baterai menjadi sumber energi untuk pengisian lainnya.
Ga%"ar '.1 Proses charging dan discharging pada baterai8*9
Ga%"ar '.15 Baterai kapasitas *6 / *!!Ah 8>9 2.2.5.Inverter
)n'erter berfungsi sebagai alat kon0ersi listrik &" dari baterai menjadi listrik A" 3! 64 sehingga dapat digunakan pada peralatan listrik atau beban rumah tangga berjenis A". )n'erter memiliki kapasitas daya sesuai dengan spesifikasi dari in'erter itu sendiri.
Ga%"ar '.12 )n'erter kapasitas *!! :8>9
'. In&!t3 O!t&!t dari T!r"in Angin
Turbin angin merupakan alat kon0ersi energi angin menjadi energi mekanik. )nergi angin sendiri merupakan hasil dari setengah kali massa jenis udara 3?4 dengan luas penampang cakupan dari turbin angin 3A4 dan pangkat tiga dari kecepatan anginnya 364.
'adi, sedikit saja selisih kecepatan anginnya, maka perbedaan energi yang dihasilkannya dapat berkali lipat besarnya. %isalkan, bila jari-jari turbin yang digunakan sebesar *m dan densitas udaranya *. maka pada kecepatan angin m/s energinya : dan pada kecepatan angin >m/s energinya jauh lebih besar yaitu @* :. (nilah yang dinamakan )nergi Angin 3P wind4. #etiap sistem pasti memiliki suatu tingkat efisiensi kerja karena hampir tidak ada sistem yang mampu bekerja sempurna, seperti halnya turbin angin ini. leh karena itu, untuk mendapatkan )nergi %ekanik dari hasil turbin ini sudah ditentukan dari awal mula sistem 3turbin angin4 ini didesain. )nergi mekanik dari turbin ini berupa kecepatan putaran bilah turbin 354 dan torsinya T, 3besar gaya yang diberikan pada suatu panjang lengan beban/blade4.
Ga%"ar '.# #kema aliran kon0ersi energi angin menjadi energi mekanik 8*9
. Pengertian dan Pr$4e4 Kerja B!, C$n6erter
Buck "on0erter adalah #istem yang berfungsi sebagai step down 0oltage pada tegangan &" agar tegangan pengisian sesuai dengan tegangan operasi pada alat penyimpanan seperti aki, baterai, dll.
Buck-con0erter memanfaatkan sifat induktor terhadap guncangan listrik berfrekwensi tinggi dan bekerja dengan adanya denyut-denyut tegangan. ;arena itu di dalam sebuah rangkaian buck-con0erter selalu terdapat generator sinyal, transistor penguat, dioda, kondensator dan induktor.
Adapun le0el tegangan keluaran yang dihasilkan oleh buck-con0erter secara praktis didapatkan dengan perhitungan <
V+out = V+in (tON / T) Apabila waktu munculnya denyut tegangan adalah sama dengan waktu kosongnya 3duty-cycle ! persen4 maka tegangan keluaran yang dihasilkan adalah setengah dari tegangan masukan. "ontoh < 6out 6in. & @ *>!. & & @/*>! & !.* & *2 3&uty "ycle4
V+out = V+in.D
#emakin besar tC akan semakin besar tegangan keluaran dan semakin kecil tC akan semakin kecil pula tegangan keluaran. ;arena itu pada buck-con0erter untuk menyetel le0el tegangan keluaran dapat dilakukan dengan menyetel DdutycycleE dari denyut-denyut yang dihasilkan oleh generator sinyal. ;omponen pada Buck "on0erter <
Transistor : IPB320N20N3G
Dioda : RF!0N3"
R#sistor : 3$3% 2&
'aasitor : 2200F 200V
'aasitor : 2200uF !0V
Indutor : 200u*
