Difference between revisions of "Desain Kri Tipe Landing Platform Dock (Lpd) Sebagai Kapal Markas Berbasis Hybrid - Samsul Maarif"

From ccitonlinewiki
Jump to: navigation, search
Line 231: Line 231:
 
  f. Pengaman untuk peralatan
 
  f. Pengaman untuk peralatan
 
  g. Perlengkapan instalasi tenaga
 
  g. Perlengkapan instalasi tenaga
 +
 +
=='''3. Metodologi'''==
 +
 +
=== 3.1 Perancangan Sistem Hibrid KRI LPD ===
 +
Pada penulisan ini yang menjadi objek pada studi kasus adalah mencari karakteristik sistem hybrid (gabungan) dari solar cell, fuel cell, baterai dan generator pada kapal markas LPD dengan konsep zero energy building. Dari studi kasus ini akan didapatkan komposisi terbaik dalam sistem gabungan dari energi terbarukan berupa solar cell (PV) serta  fuel cell untuk mengecharge baterai ketika malam hari dan generator sebagai base load (beban dasar) dalam mensuplai energi listrik dari kapal markas.
 +
Data yang digunakan untuk memodelkan sistem dan menganalisa sistem itu sendiri dari beberapa faktor, yaitu faktor ekonomi, faktor emisi, dan faktor efisiensi energi. Data yang digunakan berupa pengumpulan data real beban listrik, data radiasi matahari per tahun, data harga pembelian dan perawatan, dan data daya keluaran komponen yang digunakan.
 +
 +
==== 3.1.1. Skema Integrasi Sistem Hibrid Solar Cell - Fuel Cell  - Generator ====
 +
Instrumentasi studi kasus ini menggunakan software Hybrid Optimization Model for Electrical Renewable (HOMER). Dalam software ini terdapat beberapa komponen komponen dasar dalam sistem energi hybrid, seperti primary load, deferrable load, solar cell, fuel cell, generator, baterai, wind turbine, converter, hydrokinetic, hydro turbine ana grid . Software ini digunakan untuk melakukan simulasi terhadap sistem energi hybrid yang telah dibuat. Dimana dalam simulasi yang dilakukan akan didapatkan hasil perhitungan dalam segi ekonomi, polusi yang dihasilkan dari sistem energi hybrid tersebut, dan juga hasil daya yang mampu dihasilkan oleh komponen komponen yang digunakan. Dari hasil yang didapatkan dari simulasi tersebut, dapat dianalisa terkait dengan seberapa optimal sistem yang dibuat, dan seberapa sistem tersebut mampu diaplikasikan pada kapal markas LPD dengan konsep zero energy building.
 +
 +
Dalam skema integrasi sistem hibrid solar cell - fuel cell - generator tersebut terdapat beberapa komponen utama, yaitu beban utama, solar cell, fuel cell, baterai, converter, dan generator. Dalam skema tersebut, terdapat dua bus AC dan DC yang dihubungkan dengan sebuah converter. Lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 3.1 di bawah ini.

Revision as of 23:34, 5 May 2019

Desain Kri Tipe Landing Platform Dock (LPD) Sebagai Kapal Markas Berbasis Hybrid

1. Latar Belakang

Kapal Perang Republik Indonesia (KRI) tipe Lnading Platform Dock ( LPD) merupakan kapal perang yang memiliki kemampuian dalam mengangkut personel maupun kendaraan tempur taktis maupun strategis dalam kegiatan pendaratan adminisntrasi. KRI tipe LPD juga dapat difungsikan sebagai alat angkut kendaraan tempur amfibi dan angkut heli yang memiiiki kemampuan Docking-Undocking guna mamproyeksikan kekuatan dari laut ke darat melalui LCU (Landing Craft Utiiity) dalam operasi amfibi, operasi pendaratan administrasi dan operasi lainnya sesuai direktif yang diberikan. Kapal LPD memiliki fungsi-fungsi yang dapat diemban untuk mendukung tugas pokoknya antara lain : melaksanakan operasi pengeseran pasukan dan logistik atau operasi pendaratan administratif, mengangkut pasukan dan peralatan tempur serta dukungan terhadap OLP, melaksanakan Operasi Bhakti, mendukung pengoperasian heli, melaksanakan dukungan medis terbatas, melaksanakan dukungan logistik cair terbatas, melaksanakan Patroli Kamla dan mendukung tempat praktek pendidikan dan latihanEnergi mempunyai peranan yang penting dalam kehidupan manusia.

Kapal LPD.jpg

Sifat tempur Kapal LPD sangat ditentukan oleh reka bentuk bangunan kapal, kapal ini memiliki mobilitas angkut dan ketahanan operasi hingga 30 hari secara terus menerus tanpa pasukan serta kemampuan embarkasi/debarkasi menggunakan LCU. Heli sebagai kepanjangan tangan sistem kesenjataan memungkinkan untuk menambah aksi dukungan logistik maupun kepentingan operasional dan tugas-tugas khusus dalam mendukung rangkaian kegiatan tempur. Dalam kegiatan operasinya KRI tipe LPD mendapatkan tenaga listrik secara mandiri yang dibangkitkan dari Generator Electrical Set (Genset). Seiring dengan perkembangan dunia untuk penghematan energy dimana hampir semua aktivitas manusia sangat tergantung pada energi, dan dihadapkan pada pemanfaatan energi fosil yang berlebihan dapat menimbulkan krisis energi, maka diperlukan desain KRI yang berbasis pada kapal hybrid yang ramah (eco-friendly) bagi setiap perancangan desain kapal.

Pendekatan bangunan kapal yang ramah lingkungan (eco-friendly architecture), menghasilkan beberapa konsep perancangan: conserving energy (Hemat Energi), working with climate (memanfaatkan kondisi dan sumber energi yang alami), respect for site (menanggapi keadaan tapak pada bangunan), respect for user (memperhatikan pengguna bangunan), limitting new resources (meminimalkan sumber daya baru), dan holistic. Dengan latar belakang isu sumber energi tak terbarukan yang mulai menipis serta dampak buruk yang dihasilkan akibat konsumsi energy (tak terbarukan) bagi lingkungan, maka akan lebih baik bila dalam perancangan kapal perang lebih berfokus pada usaha konservasi dan efisiensi energi sehingga menjadi rancangan kapal yang mampu menghemat energi. Disamping juga dalam kondisi darurat KRI masih mampu menghasilkan energi listik yang dapat digunakan sebagai sumber tenaga untuk peralatan deteksi kapal terhadap obyek kapal lain disekitarnya. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mendapatkan desain kapal perang tipe LPD hybrid yang mampu melaksanakan tugas guna mendaratkan unsur administrasi TNI AD, serta mampu sebagai kapal markas yang dapat menghasilkan energy dari sumber panel surya (solar cell). Metode yang dilakukan dalam desain KRI LPD sebagai kapal markas berbasis hybrid dilakukan dengan menganalisis karakteristik kapal LPD dari perhitungan kurva hidrostatik dan kurva bonjean, perhitungan kekuatan memanjang, perhitungan kebutuhan energy, analisis peralatan deteksi dan senjata sebagai kapal markas, perhitungan break event point dan analisis strategi untuk mengkobinasikan sumber tenaga dari solar cell dengan sumber tenaga dari Electrical Genset.

1.1 Pertanyaan Penelitian

Terkait dengan analisis desain KRI LPD sebagai kapal markas berbasis kapal hybrid dapat disusun beberapa pertanyaan sebagai berikut:

 a. Mendesain KRI yang memiliki karakteristik stabil dan nyaman melalui perhitungan kurva hydrostatic dan kurva bonjean?
 b. Menghitung kekuatan memanjang kapal terkait dengan beban kapal secara manjang?
 c. Menghitung kebutuhan tanaga penggerak kapal (main engine) untuk mendesain kapal dengan kecepatan dinas (service velocity) 18 knot?
 d. Menghitung kebutuhan energi listrik bagi seluruh peralatan di atas kapal?
 e. Menghitung break event point terkait dengan biaya pembuatan kapal?
 f. Mengkombinasikan sumber tenaga dari solar cell dengan sumber tenaga dari Electrical Genset?
 g. Membuat strategi dalam menciptakan KRI yang ramah lingkungan dari limbah yang dihasilkan?  

1.2 Tujuan Penelitian

Dari uraian pertanyaan penelitian yang telah diuraiakn di atas dapat disusun tujuan penelitian adalah sebagai berikut:

 a. Menganalisis desain KRI yang memiliki karakteristik stabil dan nyaman melalui perhitungan kurva hydrostatic dan kurva bonjean.
 b. Menganalisis kekuatan memanjang kapal terkait dengan beban kapal secara manjang.
 c. Menganalisis kebutuhan tenaga penggerak kapal (main engine) untuk mendesain kapal dengan kecepatan dinas (service velocity) 18 knot.
 d. Menganalisis kebutuhan energi listrik bagi seluruh peralatan di atas kapal.
 e. Menganalisis break event point terkait dengan biaya pembuatan kapal.
 f. Menaganalisis strategi mengkombinasikan sumber tenaga dari solar cell dengan sumber tenaga dari Electrical Genset.
 g. Menganalsis strategi dalam menciptakan KRI yang ramah lingkungan dari limbah yang dihasilkan.

2. Landasan Teori Sistem Hibrid

2.1 Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PV)

2.1.1 Definisi

Pembangkit listrik tenaga surya atau yang biasa disebut sebagai sel surya atau solar panel adalah suatu divais yang dapat mengkonversi energi matahari menjadi energi listrik secara langsung dengan memanfaatkan efek fotovoltaik. Fotovoltaik dapat bekerja secara optimum dalam kondisi tertentu. Pengoperasian maksimum sel surya sangat tergantung pada suhu panel surya, radiasi solar, keadaan atmosfir bumi, orientasi panel, serta letak panel surya terhadap matahari (tilt angle) [1]. Istilah fotovotaik sendiri telah digunakan dalam bahasa Inggris sejak tahun 1849. Yang memiliki arti berasal dari prosesnya yang memanfaatkan energi cahaya (photon) untuk dapat dikonversikan menjadi energi listrik secara langsung. energi listrik yang muncul berupa tegangan dan arus. Hal ini dapat terjadi karena energi cahaya yang diserap oleh material sel surya dapat membuat elektron bergerak bebas. Prinsip konversi energi matahari menjadi energi listrik pertama kali ditemukan oleh Alexandre – Edmund Becquerel seorang ahli fisika asal Perancis pada tahun 1839. Kemudian dilanjutkan penelitiannya oleh Willoughby Smith pada tahun 1873 tentang penemuannya pada satu elemen photo conductivity. Kemudian pada tahun 1876, seorang ilmuwan bernama William Grylls dan Richard Evans Day berhasil membuktikan suatu material ketika disinari oleh matahari dapat menghasilkan arus listrik.

2.1.2 Pemanfaatan Solar Cell (PV) di Indonesia

Dengan pemanfaatanya sebagai solar panel surya, pada keadaan cuaca cerah, permukaan bumi dapat menerima sekitar 1000 watt energi matahari per-meter persegi.Berdasarkan letak Indonesia yang secara astronomis (6o LU – 11O LS) berada pada daerah garis khatulistiwa dimana matahari akan selalu berada pada daerah Indonesia sepanjang tahun membuat Indonesia menjadi salah satu Negara yang tidak akan kehabisan energi matahari. Berbagai penelitian telah membuktikan bahwa Indonesia merupakan salah satu Negara yang memiliki potensi energi surya sangat besar.

Intensitas radiasi matahari di Indonesia sangat besar, rata-rata sekitar 4,8 kWh/m2[2], hasil pengukuran intensitas radiasi matahari telah dilakukan penelitian sejak tahun 1965, sedangkan enelitian yang telah dilakukan oleh BPPT dan BMG dapat dilihat pada Tabel berikut :

Intensitas Matahari di Indonesia.jpg

Berdasarkan Tabel 2.1 dapat dilihat bahwa persebaran radiasi matahari di seluruh Indonesia. Sedangkan Gambar 2.1 menunjukkan gambaran peta di Indonesia berdasarkan intensitas Matahari.

Rata-rata Tahunan Intensitas Matahari.jpg

Berdasarkan Gambar 2.1 dapat dilihat bahwa persebaran intensitas Matahari di Indonesia yang memiliki potensi sangat besar terhadap energi surya dikarenakan mayoritas seluruh daerah di Indonesia tersinari oleh Matahari.Sedangkan, radiasi yang diterima oleh solar sel di klasifikasikan menjadi tiga bagian yaitu Radiasi Langsung (Direct Radiation), Radiasi Sebaran (Diffuse Radiation), dan Radiasi Pantulan (Albedo), seperti ditunjukan pada gambar berikut :

Penerimaan Radiasi Matahari oleh Sel Surya.jpg

Komponen diffuse merupakan pancaran sinar dilakukan oleh awan dan partikel debu di atmosfer, sedangkan komponen albedo menyatakan cahaya yang direfleksikan dari permukaan tanah objek seperti pohon-pohon dan bangunan. Listrik Keluaran dari sel tergantung dari pada kombinasi efek semua komponen, langsung, tidak langsung dan albedo [4].

Penentuan letak posisi matahari sangat diperlukan untuk mendapatkan radiasi matahari yang optimum. Oleh karena itu, orientasi pada sel surya memiliki peran yang penting dalam menyerap radiasi matahari. Letak matahari ditentukan oleh dua sudut [5], yaitu :

 1. Sudut ketinggian matahari adalah sudut antara cahaya matahari dan bidang horizontal
 2. Azimuth Matahari adalah sudut antara proyeksi cahaya matahari pada bidang horizontal (sudut kemiringan modul panel surya) dan utara (di belahan bumi selatan) atau selatan (di belahan bumi utara)

Berikut ini ada beberapa pengertian yang digunakan antara lain:

 a. Sudut Datang
    Adalah sudut antara permukaan dan matahari. Daya maksimum yang diperoleh ketika sudut datang adalah sebesar 90o.
 b. Ketinggian Sudut
    Adalah sudut matahari terhadap horizontal bumi. Ketinggian sudut ini memiliki nilai yang bervariasi sepanjang tahun tergantung bagaimana  
    matahari bergerak pada lintasannya.
 c. Sudut Lintang
    Merupakan sudut antara garis yang ditarik dari sebuah titik pada permukaan bumi ke pusat bumi. Bidang datar ekuator dengan bentuk        
    permukaan bumi khatulistiwa yang ditetapkan sebesar 0 derajat garis lintang (0oL). sudut lintang untuk Tropic of Cancer sebesar             
    23,45o L sedangkan untuk Tropin  of Capricorn -23,45o L.
 d. Sudut Azimut Matahari
    Adalah sudut antara proyeksi sinar matahari pada bidang horizontal terhadap utara (di belahan bumi selatan) atau selatan (di belahan    
    bumiutara)
 e. Sudut Jam
    Merupakan jarak antara garis bujur pengamat dan garis bujur bidang datar matahari. Pada Siang hari, sudut jam adalah nol derajat. Sudut        
    jam akan meningkat setiap jam nya sebesar 15 derajat.

2.1.3 Prinsip Kerja dan Konstruksi Solar Cell

Pada dasarnya, Solar cell atau sel surya merupakan suatu divais elektronika yang berfungsi untuk mengkonversi energi radiasi matahari/cahaya menjadi energi listrik. Pada prinsipnya, Sel surya tersusun atas 2 struktur utama yaitu, semikonduktor tipe p, semikonduktor tipe n. Dimana pada semikonduktor tipe p majority carrier yang dimilikinya yaitu berupa hole, karena kelebihan muatan positif. Sedangkan untuk semikonduktor tipe n majority carrier nya berupa elektron karena kelebihan muatan negatif. Hole dan elektron bertindak sebagai pembawa mayoritas yang bertugas untuk mengalirkan arus listrik. Sehingga, dengan adanya pembaya mayoritas yang dimiliki oleh masing-masing tipe semikonduktor, dapat dikatakan semikonduktor tipe n disebut sebagai donor(pemberi) sedangkan semikonduktor tipe p disebut sebagai aseptor(penerima).

Skema Sederhana Sel Surya.jpg

Ketika semikonduktor tipe p dan n digabungkan, maka akan terbentuk pn junction. Ketika terdapat cahaya yang mengenai sel surya, maka energi foton yang berasal dari matahari akan membuat elektron dan hole yang terdapat pada semikonduktor tersebut akan cenderung tereksitasi. Berdasarkan prinsip diode, dengan adanya elektron dan hole maka akan terbentuklah beda potensial diantara keduanya yang menyebabkan timbulnya medan listrik pada sambungan pn. Karena adanya medan listrik, maka akan mendorong elektron bebas dan hole untuk bergerak ke arah yang berlawanan. Elektron akan bergerak menjauhi sisi negatif, sedangkan hole akan bergerak menjauhi sisi positif. Jika sambungan pn tersebut disambungkan oleh suatu konduktor tertentu, maka elektron dan hole akan berekombinasi yang menyebabkan timbulnya arus listrik. Dengan adanya arus, dan tegangan pada semikonduktor tersebut akan memunculkan daya keluaran pada semikonduktor tersebut.Sebuah sel surya dapat menghasilkan tegangan keluaran sebesar 0,6 V pada kondisi STC (Standard Test Condition), yaitu ketika sel surya mendapatan intensitas radiasi matahari sebesar 1000 W/m2 dengan suhu sebesar 25oC. Besar ini tergantung dari tipe konstruksi dan bahan semikonduktor yang digunakan. Untuk menghasilkan tegangan yang besar, sel surya disusun secara seri, sedangkan untuk mendapatkan arus yang lebih besar sel surya disusun secara parallel baik dalam bentuk array ataupun modul. Nilai tegangan, dan arus yang dihasilkan oleh sel surya yang tersusun secara seri dan parallel dirumuskan berdasarkan persamaan berikut ini :

                         Varray=nSeri x Vmodul(2.1)
                  Varray = Tegangan keluaran array fotovoltaik (Volt)
                  nSeri  = Jumlah modul fotovoltaik yang dihubung seri	
                  Vmodul = Tegangan keluaran modul fotovoltaik
                  Iarray =nParalel x Imodul(2.2)
                  Iarray = Arus keluaran array fotovoltaik
                  nParalel = Jumlah Modul fotovoltaik yang dihubung parallel
                  Imodul   = Arus keluaran modul fotovoltaik
                  Parray   = Varray x Iarray  (2.3)
                  Parray   = Daya keluaran array (Watt)
                  Iarray   = Arus keluaran array (Ampere)
                  Varray   = Tegangan keluaran array (Volt)

2.1.4 Kelebihan dan Kekurangan Teknologi Solar Cell

Beberapa bintang adalah sumber sinar-X yang luar biasa, salah satunya adalah matahari sebagai bintang terbesar di tata surya ini dan menjadi sumber energi terbesar. Matahari melepaskan 95% energi outputnya menjadi cahaya. Oleh sebab itu, untuk memanfaatkan energi sebesar matahari maka teknologi solar cell ini sangat penting. Semua teknologi pasti memiliki kelebihan dan kekurangan dalam penggunaannya, begitu pula dengan teknologi solar cell ini. Kelebihan dan kekurangan solar cell ditunjukkan pada Tabel 2.1 dibawah ini.

File:Kelebihan dan Kekurangan Teknologi Solar Cell.jpg

2.1.5 Jenis Solar Cell (PV)

a. Panel Surya Generasi pertama Panel surya jenis ini memanfaatkan material silikon sebagai bahan utama penyusun sel surya. Tipe crystalline merupakan generasi pertama dasi sel surya dan memiliki 3 jenis panel utama. Tipe panel surya ini mendominasi pasar dan banyak digunakan untuk pembangkit listrik surya di dunia saat ini. Tipe panel ini yaitu :

• Monocystalline Silicon (Mono-Si) Jenis panel surya (terbuat dari silikon monokristalin) adalah yang paling murni . Anda dapat dengan mudah mengenalinya dari tampilan gelap yang seragam dan ujung yang membulat . Kemurnian silikon yang tinggi menyebabkan panel surya jenis ini memiliki tingkat efisiensi tertinggi, dengan yang terbaru mencapai di atas 20%. Panel monokristalin memiliki output daya tinggi, menempati ruang lebih sedikit, dan bertahan paling lama. Tentu saja, itu juga berarti mereka adalah yang paling mahal dari kelompok itu. Keuntungan lain yang perlu dipertimbangkan adalah bahwa mereka cenderung sedikit kurang terpengaruh oleh suhu tinggi dibandingkan dengan panel polikristali. Monocystalline Silicon.jpg

• Polycrystalline silicon (Poly-Si) Anda dapat dengan cepat membedakan panel-panel ini karena panel surya jenis ini memiliki bujur sangkar, sudut-sudutnya tidak terpotong, dan memiliki tampilan biru berbintik-bintik . Mereka dibuat dengan melelehkan silikon mentah , yang merupakan proses yang lebih cepat dan lebih murah daripada yang digunakan untuk panel monokristalin. Ini mengarah pada harga akhir yang lebih rendah tetapi juga efisiensi yang lebih rendah (sekitar 15%) , efisiensi ruang yang lebih rendah, dan umur yang lebih pendek karena mereka dipengaruhi oleh suhu panas ke tingkat yang lebih besar. Namun, perbedaan antara jenis panel surya mono dan poli kristalin tidak begitu signifikan dan pilihannya akan sangat bergantung pada situasi spesifik Anda. Opsi pertama menawarkan efisiensi ruang yang sedikit lebih tinggi dengan harga yang sedikit lebih tinggi tetapi output daya pada dasarnya sama. File:Polycrystalline silicon.jpg

b. Panel Surya Generasi Kedua Panel surya thin film menggunakan banyak lapisan material sebagai bahan material penyusunnya. Panel surya ini merupakan panel surya generasi kedua. Ketebalan lapisan materialnya mula dari nanometers (nm) hingga micrometer (um). Beberapa tipe panel surya thin film yang ada di pasaran berdasarkan material penyusunnya, yaitu :

• Thin-Film Solar Cell (TFSC) Jika Anda mencari opsi yang lebih murah , Anda mungkin ingin melihat film tipis. Panel surya film tipis diproduksi dengan menempatkan satu atau lebih film dari bahan fotovoltaik (seperti silikon, kadmium atau tembaga) ke substrat. Jenis panel surya ini adalah yang paling mudah diproduksi dan skala ekonomis membuatnya lebih murah daripada alternatif karena bahan yang dibutuhkan untuk produksinya lebih sedikit. Mereka juga fleksibel yang membuka banyak peluang untuk aplikasi alternatif dan tidak terlalu terpengaruh oleh suhu tinggi. Masalah utama adalah bahwa mereka mengambil banyak ruang, umumnya membuat mereka tidak cocok untuk instalasi perumahan . Selain itu, mereka membawa jaminan terpendek karena umur mereka lebih pendek dari jenis panel surya mono dan polikristalin. Namun, mereka bisa menjadi pilihan yang baik untuk memilih di antara berbagai jenis panel surya di mana banyak ruang tersedia. File:Thin-Film Solar Cell.jpg

• Amorphous Silicon Solar Cell (A-Si) Sel surya silikon amorphous adalah di antara berbagai jenis panel surya, salah satu yang digunakan terutama dalam kalkulator saku tersebut. Panel surya jenis ini menggunakan teknologi tiga lapis , yang merupakan yang terbaik dari variasi film tipis. Hanya untuk memberikan kesan singkat tentang apa artinya "tipis", dalam hal ini, kita berbicara tentang ketebalan 1 mikrometer (sepersejuta meter). Dengan hanya tingkat efisiensi 7%, sel-sel ini kurang efektifdaripada silikon silikon-yang memiliki tingkat efisiensi sekitar 18% -tapi keuntungannya adalah fakta bahwa A-Si-Cells relatif berbiaya rendah.

2.2 Fuel Cell

2.2.1 Pengertian Fuel Cell

Fuel Cell adalah alat yang menghasilkan listrik dengan sebuah reaksi kimia. Setiap sel bahan bakar masing-masing memiliki dua elektroda yang masing-masing disebut anoda dan katoda. Reaksi kimia yang nantinya akan menghasilkan listrik terjadi pada elektroda. Fuel Cell juga memiliki elektrolit yang berfungsi membawa partikel bermuatan listrik dari satu elektroda ke elektroda lainnya. Fuel Cell juga memiliki sebuah katalis yang berfungsi mempercepat reaksi pada elektroda.

2.2.2 Cara Kerja Fuel Cell

Fuel Cell membutuhkan hidrogen dan oksigen sebagai bahan bakar dasarnya. Kelebihan utama dari fuel cell adalah mampu untuk menghasilkan listrik dengan polusi yang sangat sedikit. Hidrogen dan oksigen yang digunakan untuk menghasilkan listrik dengan sebuah reaksi kimia hanya akan membentuk air sebagai sebuah produk sampingan yang tidak berbahaya.

Tujuan dari fuel cell adalah untuk menghasilkan arus listrik yang bisa diarahkan ke luar sel untuk melakukan pekerjaan. Ada beberapa jenis fuel cell, dan masing-masing beroperasi sedikit berbeda, namun secara umum cara kerja fuel cell tidak jauh berbeda seperti yang digambarkan pada Gambar 2.4, atom hidrogen memasuki fuel cell di anoda di mana reaksi kimia menurunkan elektron. Atom hidrogen sekarang terionisasi dan membawa muatan listrik positif. Setelah itu, atom hidrogen yang membawa tersebut bergabung dengan oksigen menjadi air sebagai produk sampingan.

Proses Reaksi Kimia Fuel Cell.jpg

  Reaksi yang terjadi pada anoda,
   2H_2→4H^++4e^-
  Reaksi yang terjadi pada katoda,
   O_2+4H^++4e^-→2H_2 O
  Reaksi keseluruhan pada fuel cell,
   2H_2+O_2→2H_2 O

2.2.3 Fuel Cell dengan Teknologi Lain

Dibalik semua kelebihan tentang fuel cell, teknologi ini tetap memiliki sebuah kelemahan seperti teknologi yang lain seperti yang digambarkan pada Tabel 2.3.

Kelebihan dan Kekurangan Fuel Cell.jpg

Fuel cell adalah solusi yang sangat menjanjikan untuk mencukupi kebutuhan energi pada rumah, kantor dan kendaraan. Seiring dengan kemajuan teknologi, fuel cell akan menjadi semakin penting dalam kehidupan kita sehari-hari. Dikombinasikan dengan sumber energi terbarukan lainnya, seperti matahari dan angin, dimana energi tidak dapat diproduksi secara konstan, hidrogen bisa menjadi penghasil energi cadangan, menyimpan energi hingga dibutuhkan.

Teknologi fuel cell ini lebih baik dibandingkan dengan generator konvensional biasa. Fuel cell memiliki beberapa kelebihan dari generator biasa seperti yang ditunjukkan pada Tabel 2.4.

File:Perbandingan Fuel Cell dan Generator.jpg

Pada percobaan ini, digunakan ElectraGen™ ME Gold seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.5 sebagai fuel cell utama. ElectraGen™ ME Gold memiliki cara kerja sama seperti dengan fuel cell pada umumnya, yaitu dengan menggunakan hidrogen yang telah ditempatkan di dalam sebagai bahan bakar utama.

ElectraGen.jpg

Fuel cell biasa digunakan sebagai sebuah back-up power khususnya dalam bidang telekomunikasi, seperti menara telekomunikasi dan beberapa perangkat telekomunikasi yang penting. Fuel Cell biasa digunakan sebagai back-up power pada bidang telekomunikasi seperti menara telekomunikasi karena pada menara telekomunkasi yang sulit untuk dijangkau, fuel cell bisa jadi salah satu pilihan yang baik. Fuel cell ElectraGen™ ME Gold memiliki beberapa komponen bagian, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.6 dibawah ini.

File:Komponen pada ElectraGen.jpg

Pada fuel cell terdapat beberapa komponen penting yang saling berkaitan dalam berjalannya proses penghasilan energi pada fuel cell seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.6. Komponen pada fuel cell di atas yaitu :

  • Lifting Hooks
  • Fuel Cell Stack
  • DC/DC Converter
  • Aluminium Enclosure
  • Customer Connection Panel
  • Exhaust
  • User Interfere (Display & Keypad)
  • Breaker Panel
  • Fuel Processing Module
  • Fuel Fill Port
  • Fuel Storage

2.3 Tenaga Generator

2.3.1 Pengertian Generator

Generator adalah mesin yang dapat mengubah tenaga mekanis menjadi tenaga listrik melalui proses induksi elektromagnetik. Generator arus bolak-balik sering disebut juga sebagai alternator, generator AC (alternating current), atau generator sinkron. Dikatakan generator sinkron karena jumlah putaran rotornya sama dengan jumlah putaran medan magnet pada stator. Kecepatan sinkron ini dihasilkan dari kecepatan putar rotor dengan kutub-kutub magnet yag berputar dengan kecepatan yang sama dengan medan putar stator. Mesin ini tidak dapat dijalankan sendiri karena kutub-kutub rotor tidak dapat tiba-tiba mengikuti kecepatan medan putar pada waktu sakelar terhubung dengan jala-jala. Generator arus bolak-balik dibagi menjadi 2 jenis, yaitu :

 1. Generator arus bolak-balik 1 fasa 
 2. Generator arus bolak-balik 3 fasa

2.3.2 Kontruksi Generator Arus Bolak-balik

Kontruksi generator arus bolak-balik ini terdiri dari 2 bagian utama yaitu :

 1. Stator, yakni bagian diam yang mengeluarkan tegangan bolak-balik 
 2. Rotor, yakni bagian bergerak yang menghasilkan medan magnit yang menginduksikan ke stator 

Stator terdiri dari badan generator terbuat dari bajayang berfungsi melindungi bagian dalam generator, kotak terminal name plate pada generator. Inti stator yang terbuat dari bahan feromagnetik yang berlapis-lapis dan terdapat alur-alur tempat meletakan lilitan stator. Lilitan stator yang merupakan tempat untuk menghasilkan tegangan,. Sedangkan, rotor berbentuk kutub sepatu (salient) atau kutub dengan celah udara sama rata (rotor selinder). Kontruksi generator sinkron ini dapat dilihat pada Gambar 2.7.

Kontruksi Generator Arus Bolak-balik.jpg

Pada umumnya generator AC ini dibuat sedemikian rupa, sehingga lilitan tempat terjadinya GGL induksi tidak bergerak, sedangkan kutub-kutub akan menimbulkan medan magnet berputar. Generator itu disebut dengan generator berkutub dalam seperti dapat di lihat pada gambar 2.8.

Kontruksi Generator Berkutub Dalam.jpg

Keuntungan generator kutub dalam bahwa untuk mengambil arus tidak dibutuhkan cincin geser dan sikat arang. Karena lilitan-lilitan tempat terjadinya GGL itu tidak berputar. Generator sinkron sangat cocok untuk mesin-mesin dengan tegangan tinggi dan arus yang besar. Secara umum kutub magnet generator sinkron dibedakan atas, Kutub magnet dengan bagian kutub yang menonjol (salient pole). Konstruksi seperti ini digunakan untuk putaran rendah, dengan jumlah kutub yang banyak. Diameter rotornya besar dan berporos pendek.

Kutub magnet dengan bagian kutub yang tidak menonjo l (non salient pole). Konstruksi seperti ini digunakan untuk putaran tinggi (1500 rpm atau 3000 rpm), dengan jumlah kutub yang sedikit. Kira-kira 2/3 dari seluruh permukaan rotor dibuat alur-alur untuk tempat lilitan penguat. Yang 1/3 bagian lagi merupakan bagian yang utuh, yang berfungsi sebagai inti kutub.

2.3.3 Prinsip Kerja Generator

Prinsip kerja dari generator sesuai dengan hukum Lens yaitu arus listrik yang diberikan pada stator akan menimbulkan momen elektromagnetik yang bersifat melawan putaran rotor sehingga menimbulkan electromotive force (EMF) atau GGL pada kumparan rotor. Tegangan EMF ini akan menghasilkan suatu arus jangkar. Jadi diesel sebagai prime mover akan memutar rotor generator, kemudian rotor diberi eksitasi agar menimbulkan medan magnet yang berpotongan dengan konduktor pada stator dan menghasilkan tegangan pada stator. Karena ada dua kutub yang berbeda, utara dan selatan, maka tegangan yang dihasilkan pada stator adalah tegangan bolak-balik. Besarnya tegangan induksi memenuhi persamaan:

 E = Kd . Ks. ω. Φ . p .g . Nc                                              (2.1) 
 E = 4,44 . Kd . Ks . f . Φ . p. g. Nc
 Dimana:
 E = ggl yang dibangkitkan (volt)
 Kd = faktor kisar lilitan
 ω = kecepatan sudut dari rotor (rad/second)
 f = frekuensi (hertz)
 Φ = fluks medan magnet
 Nc = jumlah lilitan
 g = jumlah kumparan per pasang kutub per fasa

Generator AC bekerja dengan prinsip induksi elektromagnetik. Generator AC terdiri atas stator yang merupakan elemen diam dan rotor yang merupakan elemen berputar dan terdiri dari belitan-belitan medan. Pada generator AC jangkamya diam sedangkan medan utamanya berputar dan lilitan jangkarnya dihubungkan dengan dua cincin geser. Suatu mesin diesel generator set terdiri atas :

a. Prime mover atau pengerak mula, dalam hal ini mesin diesel (dalam bahasa inggris disebut diesel engine)
b. Generator
c. AMF (Automatic Main Failure) dan ATS (Automatic Transfer Switch)
d. Baterai dan Battery Charger
e. Panel ACOS (Automatic Change Over Switch)
f. Pengaman untuk peralatan
g. Perlengkapan instalasi tenaga

3. Metodologi

3.1 Perancangan Sistem Hibrid KRI LPD

Pada penulisan ini yang menjadi objek pada studi kasus adalah mencari karakteristik sistem hybrid (gabungan) dari solar cell, fuel cell, baterai dan generator pada kapal markas LPD dengan konsep zero energy building. Dari studi kasus ini akan didapatkan komposisi terbaik dalam sistem gabungan dari energi terbarukan berupa solar cell (PV) serta fuel cell untuk mengecharge baterai ketika malam hari dan generator sebagai base load (beban dasar) dalam mensuplai energi listrik dari kapal markas. Data yang digunakan untuk memodelkan sistem dan menganalisa sistem itu sendiri dari beberapa faktor, yaitu faktor ekonomi, faktor emisi, dan faktor efisiensi energi. Data yang digunakan berupa pengumpulan data real beban listrik, data radiasi matahari per tahun, data harga pembelian dan perawatan, dan data daya keluaran komponen yang digunakan.

3.1.1. Skema Integrasi Sistem Hibrid Solar Cell - Fuel Cell - Generator

Instrumentasi studi kasus ini menggunakan software Hybrid Optimization Model for Electrical Renewable (HOMER). Dalam software ini terdapat beberapa komponen komponen dasar dalam sistem energi hybrid, seperti primary load, deferrable load, solar cell, fuel cell, generator, baterai, wind turbine, converter, hydrokinetic, hydro turbine ana grid . Software ini digunakan untuk melakukan simulasi terhadap sistem energi hybrid yang telah dibuat. Dimana dalam simulasi yang dilakukan akan didapatkan hasil perhitungan dalam segi ekonomi, polusi yang dihasilkan dari sistem energi hybrid tersebut, dan juga hasil daya yang mampu dihasilkan oleh komponen komponen yang digunakan. Dari hasil yang didapatkan dari simulasi tersebut, dapat dianalisa terkait dengan seberapa optimal sistem yang dibuat, dan seberapa sistem tersebut mampu diaplikasikan pada kapal markas LPD dengan konsep zero energy building.

Dalam skema integrasi sistem hibrid solar cell - fuel cell - generator tersebut terdapat beberapa komponen utama, yaitu beban utama, solar cell, fuel cell, baterai, converter, dan generator. Dalam skema tersebut, terdapat dua bus AC dan DC yang dihubungkan dengan sebuah converter. Lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 3.1 di bawah ini.