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

From ccitonlinewiki
Jump to: navigation, search
 
(18 intermediate revisions by the same user not shown)
Line 3: Line 3:
  
 
== '''1. Latar Belakang'''==
 
== '''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 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.  
  
Line 13: Line 12:
  
 
=== 1.1 Pertanyaan Penelitian ===
 
=== 1.1 Pertanyaan Penelitian ===
 
 
Terkait dengan analisis desain KRI LPD sebagai kapal markas berbasis kapal hybrid dapat disusun beberapa pertanyaan sebagai berikut:  
 
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?
 
   a. Mendesain KRI yang memiliki karakteristik stabil dan nyaman melalui perhitungan kurva hydrostatic dan kurva bonjean?
Line 24: Line 22:
  
 
=== 1.2 Tujuan Penelitian ===
 
=== 1.2 Tujuan Penelitian ===
 
 
Dari uraian pertanyaan penelitian yang telah diuraiakn di atas dapat disusun tujuan penelitian adalah sebagai berikut:
 
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.
 
   a. Menganalisis desain KRI yang memiliki karakteristik stabil dan nyaman melalui perhitungan kurva hydrostatic dan kurva bonjean.
Line 34: Line 31:
 
   g. Menganalsis strategi dalam menciptakan KRI yang ramah lingkungan dari limbah yang dihasilkan.
 
   g. Menganalsis strategi dalam menciptakan KRI yang ramah lingkungan dari limbah yang dihasilkan.
  
=='''2. Tinjau Pustaka'''==
+
=='''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 :
 +
 
 +
[[File: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.
 +
 
 +
[[File: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 :
 +
 
 +
[[File: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).
 +
 
 +
[[File: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. [[File: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.
 +
 
 +
[[File: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.
 +
 
 +
[[File: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.
 +
 
 +
[[File: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.
 +
 
 +
[[File: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.
 +
 
 +
[[File: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.
 +
 
 +
[[File:Skema Integrasi Sistem Hibrid.jpg]]
 +
 
 +
Dalam bus AC terdapat satu-satunya komponen beban, dan dalam bus DC terdapat komponen solar cell, fuel cell, dan baterai. Komponen komponen tersebut memiliki fungsi dan spesifikasinya masing masing.
 +
 
 +
==== 3.1.2 Penentuan Nilai Konsumsi Energi Listrik Kapal Markas LPD ====
 +
Berdasarkan peralatan yang mengonsumsi energi listrik pada kapal markas LPD terdapat daya listrik di setiap peralatan. Beberapa peralatan seperti, alat komunikasi, radar, lampu, AC pendingin, pompa, dispenser, magicom, TV, Radio, kompor listrik, exhaust dan lain-lain. Data daya listrik peralatan berdasarkan spesifikasi dari setiap peralatan dan penggunaan harian setiap peralatan juga perlu di hitung untuk dimasukan kedalam simulasi pada software HOMER pro.
 +
 
 +
[[File:Asumsi Penggunaan Listrik Harian Kapal Markas LPD.jpg]]
 +
 
 +
Pada random variability di simulasikan,  dengan asumsi day-to-day 10% dan timestep 10%. Untuk profil harian di jelaskan pada gambar 3.2. Data profil beban di dapatkan dari peralatan yang ada di kapal markas seperti data pada tabel 3.1. Dimana profil beban harian listrik pada kapal markas yang dimasukan kedalam simulasi, menggunakan model profil beban blank, dengan asumsi rata-rata energi skala harian sebesar 4477 kWh per hari dan beban puncak sekitar 291,40 kWp.
 +
 
 +
[[File:Profil Beban Harian Kapal Markas LPD.jpg]]
 +
 
 +
[[File:Grafik Beban Bulanan.jpg]]
 +
 
 +
Gambar 3.3 diatas didapatkan nilai nilai beban dalam 12 bulan. Dalam grafik terdapat beberapa informasi seperti besar beban maksimum yang digunakan, rata-rata pemakaian batas atas per hari pada bulan tersebut, rata-rata pemakaian, rata-rata batas bawah beban yang digunakan, dan besarnya beban minimum yang digunakan dalam satu hari.
 +
 
 +
==== 3.1.3 Sistem Integrasi Hibrid ====
 +
Setelah memasukan data kedalam electric load atau beban kelistikan, kemudian memasukan komponen yang akan di integrasikan. Sumber energi yang di integrasikan pada kapal markas diantaranya solar cell, fuel cell, generator, baterai serta di jembatani oleh converter antara  bus AC dan Bus DC.
 +
 
 +
a. Solar Cell
 +
Dalam skema integrasi ini digunakan solar cell sebagai sumber energi utama yang akan memenuhi semua kebutuhan beban yang ada. Solar cell yang digunakan dalam skema integrasi ini memiliki spesifikasi sebagai berikut :
 +
 
 +
[[File:Spesifikasi Solar Cell.jpg]]
 +
 
 +
Dalam Gambar 3.4 terdapat beberapa hal utama, seperti harga, besar daya yang dapat dihasilkan dari sistem solar cell ini, jenis daya yang dihasilkan dari sistem solar cell, dan jangka waktu pengggunaan sistem solar cell.  Untuk daya yang dipasang diatas deck halikopter sebesar 150 kW.
 +
 
 +
[[File:Deck Atas Helikopter Kapal Markas.jpg]]
 +
 
 +
Untuk perhitungan mendapatkan nilai 150 kW sebagai berikut :
 +
Luas deck halikopter  (L) = 22 m x 67 m = 1474 m2
 +
Luas diameter Lingkaran Halicap = π x r2 = π x (12,25)2 m = 471 m2
 +
Luas Pemasangan Solar Cell (PV) = 1474 m2 - 471 m2 = 1003 m2
 +
 
 +
Ukuran solar cell (PV) yang 1 kW standarnya 6 m2, untuk lebih jelasnya dengan ukuran PV dapat dilihat pada gambar 3.6. Ukuran panel surya dengan kapasitas 335 Wp yaitu 2 m2, berarti untuk kapasitas 1 kWp membutuhkan luas lahan 6 m2. Jika diasumsikan luas lahan yang dipasang PV seluas sekitar 1000 m2. Jadi PV yang di pasang sebesar :
 +
PV yang dipasang = 1000 m2 dibagi 6 m2/kW = 166,67 kW
 +
 
 +
Maka biar lebih enak untk pemasangan inverternya lebih baik di pasang sebesar 150 kWp.
 +
 
 +
[[File:Ukuran Panel Surya 335 Wp.jpg]]
 +
 
 +
• Radiasi Matahari
 +
Radiasi Matahari adalah komponen terpenting yang harus diperhatikan dalam penggunaan sistem solar cell karena menjadi sumber energi yang akan digunakan oleh solar cell. Intensitas radiasi matahari sendiri memiliki besar yang berbeda-beda disetiap tempat. Hasil yang didapatkan dari data program HOMER Pro terkait dengan besar radiasi matahari di laut daerah bangka belitung. Gambar 3.7 ditunjukkan grafik radiasi matahari.
 +
 
 +
[[File:Grafik Radiasi Matahari.jpg]]
 +
 
 +
• Temperatur Lingkungan
 +
Temperatur menjadi salah satu komponen yang mempengaruhi seberapa optimal kinerja dari sistem solar cell. Temperatur yang didapatkan didapat langsung dari program dengan menunjukkan titik tempat yang akan diuji. Lebih jelasnya pada gambar 3.8.
 +
 
 +
[[File:Temperatur Lingkungan.jpg]]
 +
 
 +
b. Fuel Cell
 +
Dalam skema integrasi ini digunakan fuel cell sebagai sumber energi utama yang akan memenuhi semua kebutuhan beban yang ada. Fuel Cell yang digunakan dalam skema integrasi ini memiliki spesifikasi sebagai berikut :
 +
 
 +
[[File:Spesifikasi Fuel Cell.jpg]]
 +
 
 +
Dalam Gambar 3.9, kotak penulisan cost mencakup biaya modal awal dan biaya penggantian fuel cell, serta biaya pemeliharaan tahunan (operational & maintenance). Untuk biaya penggantian dan biaya O&M tidak ada, karena dalam fuel cell tidak ada penggantian dan perawatan setiap tahunan atau pun bulanan. Jadi untuk biaya yang dibutuhkan dalam fuel cell hanya biaya awal pembelian alat dan biaya bahan bakar. Fuel cell ini menggunakan bahan bakar methanol dengan harga perliter sebesar Rp. 11.000,- hampir sama dengan biaya bahan bakar diesel. Dalam integrasi hibrid di kapal markas, untuk fuel cell di pasang sebesar 120 kWp.
 +
 
 +
c. Generator
 +
Sumber energi listrik generator merupakan sumber energi utama pada skema integrasi di kapal markas. Generator yang awalnya menggunakan 3 unit dengan kapasitas 156 kW, setelah di integrasikan dengan sumber energi seperti solar cell dan fuelnya menjadi 1 unit generator. Biaya awal untuk pengadaan generator, diasumsikan sebesar Rp. 650.000.000,- dengan biaya  operational & maintenance (O&M) sebesar Rp. 2.5000,- per jam. Untuk biaya bahan bakar menggunakan diesel harga per liternya sebesar Rp. 11.000,- dimana kapasitas generator yang terpasang dengan daya 156 kW. Lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 3.10.
 +
 
 +
[[File:Spesifikasi Generator.jpg]]
 +
 
 +
d. Baterai
 +
Pada skema integrasi ini digunakan baterai sebagai penyimpanan energi dari solar cell pada siang hari dan dari fuel cell yang akan dijadikan cadangan energi untuk penggunaan di malam hari. Jika baterai dalam penggunaan beban yang meksimal, maka akan di suport oleh generator.  Baterai yang digunakan dalam skema integrasi ini memiliki spesifikasi seperti yang telah ditunjukkan pada Gambar 3.11.
 +
 
 +
[[File:Spesifikasi Baterai.jpg]]
 +
 
 +
Dalam Gambar 3.11, kotak penulisan Cost mencakup biaya modal awal (capital cost) dan biaya penggantian baterai (replacement), serta biaya pemeliharaan tahunan (Operational & Maintenance). Saat menentukan biaya modal, masukkan dan hitung semua biaya yang terkait dengan baterai termasuk biaya pemasangan dan lain-lain. Biaya modal adalah harga pembelian awal baterai, biaya penggantian adalah biaya pergantian baterai pada akhir masa pakainya, dan biaya operasi dan perawatan adalah biaya operasi dan pemeliharaan tahunan baterai. Biaya di setiap baris harus sesuai dengan ukuran yang dimasukkan di kolom pertama. Harga adalah salah satu komponen penting dalam penelitian ini. Dalam sistem baterai membutuhkan modal awal sebesar Rp. 8.200.000,00 dan harga pergantian baterai tidak ada, karena life time baterai 10 tahun, sama dengan lama projek berlangsung.
 +
 
 +
e. Converter
 +
Pada percobaan ini terdapat dua jenis bus, yaitu bus AC dan bus DC. Pada bus AC terdapat beban utama dan generator  untuk percobaan ini, dan pada bus DC terdapat semua pembangkit seperti fuel cell, solar cell, dan baterai. Oleh karena itu dibutuhkan converter untuk menyuplai daya ke bus yang berbeda. Pada HOMER ini, terdapat inverter dan rectifier untuk menyuplai daya ke bus yang berbeda. Inverter berfungsi untuk menyuplai daya dari bus DC ke bus AC, dan rectifier berfungsi untuk menyuplai daya dari bus AC ke bus DC. Lebih jelasnya dengan spesifikasi converter, dapat dilihat pada gambar 3.12.
 +
 
 +
[[File:Spesifikasi Converter.jpg]]
 +
 
 +
Harga converter setiap 1 kW sebesar Rp. 12.000.000,- dengan kapasitas converter yang di pasang sebesar 150 kW, sebab rata-rata energi skala harian sebesar 4477 kWh per hari dan beban puncak sekitar 291,40 kWp dan spesifikasi generator yang ada dengan daya sebesar 156 kW. Life time converter selama 10 tahun, sama seperti halnya baterai, fuel cell, solar cell, dan generator.
 +
 
 +
=='''4. Analisa Sistem Hibrid Solar Cell- Fuel Cell - Generator'''==
 +
=== 4.1 Analisa Hibrid Solar Cell – Fuel Cell – Generator ===
 +
Pada studi kasus sistem hybrid ini terdapat dua percobaan yang dilakukan, yaitu percobaan dalam kondisi hibrid menggunakan solar cell, fuel cell serta generator dan percobaan kedua hanya menggunakan sumber energi dari generator saja. Pada perancangan sistem hybrid fuel cell – solar cell – generator ini digunakan program HOMER untuk memperhitungkan tingkat keberhasilan sistem ini. Pada HOMER ini dapat dilihat tingkat keberhasilan dari rancangan sistem hybrid fuel cell – solar cell – generator yang di uji coba khususnya dari segi output energi pada sistemnya.
 +
 
 +
Konfigusi pada presentase produksi enegi pada sistem hibrid dapat dilihat pada tabel 4.1 dan utul presentase produksi energi setiap bulannya dapat dilihat pada gambar 4.1. Presentase energi yang dihasilkan oleh solar cell sebesar 14,2 %  dan fuel cell sebesar 38,3 %. Sedangkan untuk sisanya di back up oleh generator sebesar 47,5 %. Penggunaan zero energi untuk mensuplai listrik pada kapal markas sudah melebihi 50%.  Pada sistem hibrid ini menggunakan baterai sebagai storage untuk menyimpan energi yang dihasilkan oleh fuel cell dan solar cell.
 +
 
 +
[[File:Ringkasa Produksi Energi Sistem Hibrid.jpg]]
 +
 
 +
[[File:Presentase Produksi Sistem Hibrid.jpg]]
 +
 
 +
a. Hibrid Solar Cell (PV)
 +
Pada tabel 4.2 dan gambar 4.2, bahwa energi yang dihasilkan oleh solar cell (PV) sebesar 233.641 kWh/ tahun, dengan mean output 640 kWh/hari. PV yang dipasang pada deck helikopter sebesar 150 kW dengan output maksimum sebesar 136 kW. Untuk rata-rata biaya enegi untuk pemasangan solar cell (PV) sebesar 983 Rp/kWh. Untuk rata-rata radiasi matahari di Indonesia sekitar 5,24 kWh/m2/hari. Dari hasil gambar 4.2 bahwa waktu yang paling optimum di jam 12 siang dan untuk solar cell beroperasi selama matahari terbit hingga matahari terbenam.
  
'''2.1 Metodologi PV off grid system'''
+
[[File:Hasil Simulasi Hibrid Soalr Cell (PV).jpg]]
  
Basis teoritis untuk pemodelan sistem PV dapat ditemukan dalam beberapa referensi,[10]-[15]. Simulasi model untuk pemodelan PV sistem untuk pembangkit tenaga listrik dan prediksi performa dijelaskan pada[10]. Selama tiga dekade, sejumlah metode untuk menentukan parameter dasar sel surya telah dikembangkan[11]. Karakteristik tegangan arus dari modul PV dapat di reproduksi dengan memodelkan sel PV sebagai rangkaian ekuivalen yang terbuat dari komponen linier dan non linier[12]. Selain biaya relatif tinggi, efisiensi konversi modul PV rendah adalah faktor lain yang membatasi penggunaan sistem PV secara luas di masa lalu[13]. Oleh karena itu, power converter yang di buat dengan kemampuan power point tracking(MPPT) terintegrasi dengan sistem PV sangat penting untuk penerapan teknologi ini.[14] Memberikan tinjauan meyeluruh terhadap teknik MPPT yang ada, baik dalam berbagai macam isolasi maupun kondisi sebagian terdapat bayangan.
+
[[File:Output Solar Cell (kW).jpg]]
Sebelum memulai perancangan sistem PV kita harus mengetahui parameter radiasi matahari dari lokasi yang di pilih. Setelah itu perlu untuk menilai konsumsi penggunaan beban listrik perharinya. Berdasarkan konsumsi listrik, daya dan jumlah modul PV, kapasitas baterai, inverter, pengendali biaya dan penampang konduktor di tentukan.
 
  Algoritma yang diusulkan untuk merancang sistem PVoff-grid terdiri dari beberapa langkah utama:
 
  1. memperkirakan beban dan konsumsi listrik dari fasilitas tersebut.
 
  2. penentuan kemiringan optimal dan azimut PV modul dari lokasi yang dipilih.
 
  3. Memperkirakan jumlah radiasi matahari.
 
  4. Pemilihan elemen sistem PV:
 
    4.1. modul PV
 
    4.2 baterai
 
  5. Perhitungan energi dan tenaga listik yang dihasilkan dan kerugian pada sistem PV, dan
 
  6. Perkiraan biaya
 
Merancang sistem PV sederhana saat ini mudah menggunakan beberapa program perancangan, salah satunya ialah Homer. Cukup masukkan semua informasi yang dibutuhkan dan dalam beberapa menit program akan memberikan konfigurasi sistem PV yang optimal.
 
  
'''2.2 HOMER (Hybrid Optimization Model for Energy Renewable)'''
+
b. Hibrid Fuel Cell
2.2.1 Penjelasan Umum Homer
+
Pada tabel 4.3 dan gambar 4.3, bahwa energi yang dihasilkan pada fuel cell untuk mensuplai energi listrik pada kapal markas sebesar 630.600 kWh/tahun. Konsumsi bahan bakar yang spesifik untuk fuel cell sebesar 0,3 L/kWh, dimana electrical output yang dihasilkan sebesar 120 kW. Dari gambar 4.3, bahwa waktu di siang hari beban untuk fuel cell lebih rendah, sebab energi yang paling besar di hasilkan oleh solar cell untuk mengisi baterai. Jadi kondisi fuel cell berkebalikan dengan kondisi solar cell dalam menghasilkan energi untuk pengisian baterai.
 
        Homer merupakan sebuah perangkat lunak yang telah dikembangkan oleh U.S National Renewable Energy Laboratory (NREL) yang bekerja sama dengan Mistaya Engineering dan digunakan oleh Departemen Energi Amerika Serikat. Homer digunakan untuk mempermudah perencanaan, perancangan, simulasi, dan analisis  untuk aplikasi system tenaga listrik mikro secara off-grid.[14]
 
Secara umum, perangkat lunak Homer memiliki keuntungan sebagai berikut[14]:
 
  1. Dapat mengetahui hasil optimal dari konfigurasu system
 
  2. Dapat melakukan analisis sensitifitas
 
  3. Memiliki komponen pembangkit hybrid yang cukup lengkap
 
  4. Dapat memodelkan berbagai macam sumber energy terbarukan seperti sumber energy surya, air, angin, dan sebagainya.
 
  5. Parameter masukan sangat terperinci, seperti sumber daya alam, emisi, bahan bakar, factor ekonomi, dll.
 
  
2.2.2 Prinsip Kerja Homer
+
[[File:Hasil Simulasi Fuel Cell.jpg]]
  
Homer bekerja berdasarkan simulasi, optimisasi, dan analisis. Ketiga parameter tersebut bekerja secara berurutan sehingga hasil simulasi yang diperoleh dapat optimal.
+
[[File:Output Fuell Cell (kW).jpg]]
  
2.2.2.1 Simulasi
+
c. Hibrid Generator
 +
Pada tabel 4.4 dan gambar 4.4, bahwa energi yang dihasilkan generator untuk mensuplai beban listrik sebesar 784.145 kWh/tahun. Konsumsi bahan bakar yang spesifik 89,5 kW. Pada hibrid generator ini hanya mensuplai energi listrik yang tidak tersuplai oleh solar cell dan fuel cell. Lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 4.4 di bawah ini dengan mengamati waktu operasi setiap harinya dalam 24 jam.
  
Proses simulasi dapat menentukan bagaimana konfigurasi dari system, kombinasi dari besarnya kapasitas komponen-komponen system, dan strategi operasi yang menentukan bagaimana komponen tersebut dapat bekerja bersama dalam periode waktu tertentu.
+
[[File:Hasil Simulasi Hibrid Generator.jpg]]
Selanjutnya, Homer dapat mmperkirakan biaya-biaya yang harus dikeluarkan untuk system tersebut dengan mempertimbangkan biaya modal, biaya penggantian, biaya operasi, dan perawatan. Serta Homer dapat memodelkan konfigurasi system secara khusus dengan melakukan beberapa rangkaian simulasi berdasarkan waktu setiap jam selama setahun.
 
  
2.2.2.2 Optimasi
+
[[File:Output hibrid Generator (kW).jpg]]
  
Setelah dilakukan simulasi, langkah selanjutnya yaitu melakukan proses optimasi. Proses optimasi dilakukan untuk emnentukan hasil yang paling optimal dalam konfigurasi system. Pada saat menampilkan daftar semua konfigurasi yang mungkin beserta harga NPC dan levelized cost of energy(COE) terendah untuk jangka waktu yang telah ditentukan.  
+
d. Hibrid Baterai
Homer mensimulasikan konfigurasi system yang berbeda-beda, apabila konfigurasi system tidak layak, maka Homer tidak akan menampilkan hasil optimasi system tersebut.
+
Pada tabel 4.5 dan gambar 4.5, bahwa jumlah baterai sebagai storage sebanyak 936 pcs, dengan nominal capasity sebesar 5.710 kWh. Durasi atau autonomy baterai jika tidak disuplai oleh solar cell ataupun fuel cell, maka mampu bertahan selama 24,5 jam. Energi input yang didapatkan oleh solar cell dan fuel cell sebesar 6.165 kWh/tahun dan energi output yang disuplai kebeban melalui converter sebesar 6.584 kWh/tahun. lifetime throughput baterai sebesar 71.415 kWh atau umur baterai selam 10 tahun.
  
Tujuan dari proses optimasi adalah menentukan nilai optimal dari konfigurasi system dimana variable nilai masukkan dapat diubah-ubah sesuai keinginan pengguna. Variable nilai yang dapat diubah oleh pengguna antara lain:
+
[[File:Hasil Simulasi Hibrid Baterai.jpg]]
1. Kapasitas dava PV
 
2. Jumlah turbin angin
 
3. Kapasitas daya dari turbin air (hanya 1 sistem turbin air)
 
4. Kapasitas daya generator
 
5. Jumlah baterai yang digunakan
 
6. Kapasitas daya converter AC-DC/DC-DC
 
7. Kapasitas daya dari elektrolizer
 
8. Strategi pengisian baterai
 
  
2.2.2.3 Analisis sensitifitas (Sensitifity Analysis)
+
[[File:Baterai  State of Charge (%).jpg]]
 
        Tahap selanjutnya adalah analisa sensitifitas. Analisa ini akan menunjukkan bagaimana hasil konfigurasi system yang optimal apabila nilai parameter masukan berbeda-beda. Pengguna juga dapat menunjukkan analisa sensitifitaas dengan memasukkan beberapa variable sensitifitas.
 
Setiap kombinasi dari nilai variable sensitifitas menentukan kasus sensitifitas yang berbeda. Contohnya, jika pengguna menentukan 6 nilai untuk harga jaringan listrik, dan 5 untuk suku bunga bank, maka akan terjadi 30 kasus sensitifitas. Homer akan melakukan optimisasi tersendiri untuk kasus sensitifitas dan menunjukkan hasil dalam bentuk tabel dan grafik.
 
  
2.2.3 Pemodelan Sistem Fotovoltaik dengan softwareHomer
+
e. Bahan Bakar Hibrid Fuel Cell dan Generator
+
Bahan bakar yang dihabiskan setiap harinya untuk mensuplai generator dan fuel cell rata-rata sebesar 620 L/hari untuk diesel dan 518 L/hari untuk methanol (Fuel cell). Maka bahan bakar setiap tahunnya yang dihabiskan dari diesel dan methanol sebesar 415.356 L/tahun. lebih jelasnya dapat dilihat pada tabel 4.5, gambar 4.5  dan gambar 4.6 dibawah ini.
        Simulasi dengan perangkat lunak Homer dapat dijalankan dengan satu sumber energy listrik dan terhubung oleh beban. Didalamnya, juga terdapat perlengkapan untuk mengonversi listrik AC-DC, elektrolizer, dan peralatan untuk penyimpanan energy seperti elemen penyimpan energy. Komponen tersebut diperlukan tergantung dari jenis pembangkit listrik yang digunakan. Komponen utama dalam pemodelan fotovoltaik menggunakan Homer adalah beban, sumberdaya alam, dan jenis pembangkit listrik.
 
  
2.2.3.1Beban
+
[[File:Hasil Simulasi Bahan Bakar Hibrid.jpg]]
Pada Homer permintaan beban terdiri dari beban listrik, dan beban panas. System tenaga listrik dibuat untuk melayani beban, jadi proses perancangan Homer dapat dimulai dari menentukan beban yang harus dilayani berdasarkan data yang nyata.
 
 
  1. Beban Utama (Primary Load)
 
Merupakan permintaan energy listrik yang disuplai oleh suatu system tenaga listrik pada waktu yang telah ditentukan. Permintaan listrik dapat berupa beban seperti lampu, TV, radio, dll. Perencanaan menggunakan Homer harus menentukan jumlah beban listrik dalam kilowatt untuk beberapa jam setiap tahunnya.
 
  
 +
[[File:Diesel Consumption.jpg]]
  
'''3. Topik Pembahahasan'''
+
[[File:Methanol Consumption.jpg]]
  
* Menghitung kebutuhan energi listrik bagi seluruh peralatan di atas kapal
+
Pada tabel 4.6 menjelaskan mengenai emisi yang ditimbulkan dari generator yang dihasilkan dari simulasi Homer, dengan spesifikasi generator sudah sesuai dengan spek. Dimana CO2 yang ditimbulkan oleh generator sebesar 879.065 kg/tahun.
  
* Hybrid sumber tenaga dari Fuel Cell dengan tenaga solar cell
+
[[File:Emisi Hibrid Generator.jpg]]
  a. Profil Beban Kelistrik KRI LPD
 
    Peralatan yang menunjang Kapal KRI LPD setiap harinya mengola sebanyak sekian ton/hari. Dimana profil beban harian listrik pada setiap peralatan elektronik yang berapada di kapal, dimasukan kedalam simulasi menggunakan model profil beban blank, dengan asumsi rata-rata skala tahunan 1.118.325,5 (kWh/day)  dengan beban puncak 180.072,2 kWp. Pada random variability di simulasikan, day-to-day 10% dan timestep 10%. Untuk profil harian di jelaskan pada gambar dibawah ini.  
 
  
[[File:Profil Beban.jpg]]
+
f. Ringkasan Biaya Sistem Hibrid Solar Cell – Fuel Cell – Generator
 +
Biaya awal yang paling tinggi untuk pemasangan sistem hibrid pada kapal markas untuk mensuplai beban listrik yaitu baterai dengan biaya sebesar Rp 7.675.200.000. Biaya bahan bakar merupakan biaya paling tinggi dalam projek selama 10 tahun sebesar Rp 38.799.896.021. Jadi biaya total sistem selama projek 10 tahun membutuhkan biaya sebesar Rp 52.261.025.997. Lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 4.7 dan tabel 4.7 dibawah ini.
  
  b. Konfigurasi Off-Grid Solar Cell hibrid dengan Fuel Cell
+
[[File:Ringkasan Biaya Sistem Hibrid.jpg]]
  
  [[File:Konfigurasi Off-Grid.jpg]]
+
[[File:Tabel Ringkasan Biaya Sistem Hibrid.jpg]]
  
  c. Ringkasan Biaya Hybrid Solar Cell dengan Fuel Cell
+
g. Compare Economic (Sistem Hibrid dengan Sistem Generator Only)
 +
Perbandingan penggunaan sumber energi dari generator only dengan sumber energi hibrid (solar cell – fuel cell – baterai – generator) menunjukan bahwa biaya total sistem selama 10 tahun, bahwa biaya total sistem generator only lebih murah dibandingkan dengan biaya sistem hibrid. Biaya sistem generator only dalam projek 10 tahun sebesar Rp. 46.026.957.009, sedangkan biaya sistem hibrid sebesar Rp 52.261.025.997. Lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 4.8 dan tabel 4.8 dibawah ini.
  
  [[File:Ringkasan Biaya.jpg]]
+
[[File:Ringkasan Biaya Generator Selama Projek 10 Tahun.jpg]]
  
  d. Hasil Simulasi Electrical Hibrid
+
[[File:Tabel Ringkasan Biaya Generator Selama Projek 10 Tahun.jpg]]
  
  [[File:Electrical.jpg]]
+
Referensi
 +
[1]. Markvart, Thomas.2000. Solar Electricity.John wileys & sons, LTD. United Kingdom
 +
[2]. I. Rahardjo and I. Fitriana, “Analisis Potensi Pembangkit Listrik Tenaga Surya Di Indonesia,” Strateg. Penyediaan List. Nas. Dalam Rangka Mengantisipasi Pemanfaat. PLTU Batubara Skala Kecil, PLTN, dan Energi Terbarukan, P3TKKE, BPPT, Januari, pp. 43–52, 2005.
 +
[3]. A. Reinders, H. Veldhuis, and A. Susandi, “Development of grid-connected PV systems for remote electrification in Indonesia,” Solar panel Specialists Conference (PVSC), 2011 37th IEEE. pp. 2420–2425, 2011.
 +
[4]. Lynn, P. A. (2011). Electricity from sunlight: an introduction to solar panels.
 +
[5]. Contaned Energy Indonesia. (2011). Buku Panduan ENERGI yang Terbarukan, 106.
 +
[6]. “Solar panel Cells – Generating electricity.” [Online]. Available: http://www.imagesco.com/articles/solar panel/solar panel-pg4.html
 +
[7] Hydrogen Fuel Cell. 20 Juni 2017. http://large.stanford.edu/courses/2013/ph240/white2/
 +
[8] ElectraGen™ ME Gold Datasheet. 20 Juni 2017. http://www.ballard.com
 +
[9] Home page of HOMER : http://www.nrel.gov/homer/
 +
[10] Canadian Solar. “MaxPower CS6U-325 | 330 | 335P” https://cdn.enfsolar.com/Product/pdf/Crystalline/5bbff600318cb.pdf

Latest revision as of 00:30, 6 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.

Skema Integrasi Sistem Hibrid.jpg

Dalam bus AC terdapat satu-satunya komponen beban, dan dalam bus DC terdapat komponen solar cell, fuel cell, dan baterai. Komponen komponen tersebut memiliki fungsi dan spesifikasinya masing masing.

3.1.2 Penentuan Nilai Konsumsi Energi Listrik Kapal Markas LPD

Berdasarkan peralatan yang mengonsumsi energi listrik pada kapal markas LPD terdapat daya listrik di setiap peralatan. Beberapa peralatan seperti, alat komunikasi, radar, lampu, AC pendingin, pompa, dispenser, magicom, TV, Radio, kompor listrik, exhaust dan lain-lain. Data daya listrik peralatan berdasarkan spesifikasi dari setiap peralatan dan penggunaan harian setiap peralatan juga perlu di hitung untuk dimasukan kedalam simulasi pada software HOMER pro.

File:Asumsi Penggunaan Listrik Harian Kapal Markas LPD.jpg

Pada random variability di simulasikan, dengan asumsi day-to-day 10% dan timestep 10%. Untuk profil harian di jelaskan pada gambar 3.2. Data profil beban di dapatkan dari peralatan yang ada di kapal markas seperti data pada tabel 3.1. Dimana profil beban harian listrik pada kapal markas yang dimasukan kedalam simulasi, menggunakan model profil beban blank, dengan asumsi rata-rata energi skala harian sebesar 4477 kWh per hari dan beban puncak sekitar 291,40 kWp.

Profil Beban Harian Kapal Markas LPD.jpg

Grafik Beban Bulanan.jpg

Gambar 3.3 diatas didapatkan nilai nilai beban dalam 12 bulan. Dalam grafik terdapat beberapa informasi seperti besar beban maksimum yang digunakan, rata-rata pemakaian batas atas per hari pada bulan tersebut, rata-rata pemakaian, rata-rata batas bawah beban yang digunakan, dan besarnya beban minimum yang digunakan dalam satu hari.

3.1.3 Sistem Integrasi Hibrid

Setelah memasukan data kedalam electric load atau beban kelistikan, kemudian memasukan komponen yang akan di integrasikan. Sumber energi yang di integrasikan pada kapal markas diantaranya solar cell, fuel cell, generator, baterai serta di jembatani oleh converter antara bus AC dan Bus DC.

a. Solar Cell Dalam skema integrasi ini digunakan solar cell sebagai sumber energi utama yang akan memenuhi semua kebutuhan beban yang ada. Solar cell yang digunakan dalam skema integrasi ini memiliki spesifikasi sebagai berikut :

Spesifikasi Solar Cell.jpg

Dalam Gambar 3.4 terdapat beberapa hal utama, seperti harga, besar daya yang dapat dihasilkan dari sistem solar cell ini, jenis daya yang dihasilkan dari sistem solar cell, dan jangka waktu pengggunaan sistem solar cell. Untuk daya yang dipasang diatas deck halikopter sebesar 150 kW.

Deck Atas Helikopter Kapal Markas.jpg

Untuk perhitungan mendapatkan nilai 150 kW sebagai berikut :

Luas deck halikopter  (L) = 22 m x 67 m = 1474 m2
Luas diameter Lingkaran Halicap = π x r2 = π x (12,25)2 m = 471 m2
Luas Pemasangan Solar Cell (PV) = 1474 m2 - 471 m2 = 1003 m2

Ukuran solar cell (PV) yang 1 kW standarnya 6 m2, untuk lebih jelasnya dengan ukuran PV dapat dilihat pada gambar 3.6. Ukuran panel surya dengan kapasitas 335 Wp yaitu 2 m2, berarti untuk kapasitas 1 kWp membutuhkan luas lahan 6 m2. Jika diasumsikan luas lahan yang dipasang PV seluas sekitar 1000 m2. Jadi PV yang di pasang sebesar : PV yang dipasang = 1000 m2 dibagi 6 m2/kW = 166,67 kW

Maka biar lebih enak untk pemasangan inverternya lebih baik di pasang sebesar 150 kWp.

Ukuran Panel Surya 335 Wp.jpg

• Radiasi Matahari Radiasi Matahari adalah komponen terpenting yang harus diperhatikan dalam penggunaan sistem solar cell karena menjadi sumber energi yang akan digunakan oleh solar cell. Intensitas radiasi matahari sendiri memiliki besar yang berbeda-beda disetiap tempat. Hasil yang didapatkan dari data program HOMER Pro terkait dengan besar radiasi matahari di laut daerah bangka belitung. Gambar 3.7 ditunjukkan grafik radiasi matahari.

Grafik Radiasi Matahari.jpg

• Temperatur Lingkungan Temperatur menjadi salah satu komponen yang mempengaruhi seberapa optimal kinerja dari sistem solar cell. Temperatur yang didapatkan didapat langsung dari program dengan menunjukkan titik tempat yang akan diuji. Lebih jelasnya pada gambar 3.8.

Temperatur Lingkungan.jpg

b. Fuel Cell Dalam skema integrasi ini digunakan fuel cell sebagai sumber energi utama yang akan memenuhi semua kebutuhan beban yang ada. Fuel Cell yang digunakan dalam skema integrasi ini memiliki spesifikasi sebagai berikut :

Spesifikasi Fuel Cell.jpg

Dalam Gambar 3.9, kotak penulisan cost mencakup biaya modal awal dan biaya penggantian fuel cell, serta biaya pemeliharaan tahunan (operational & maintenance). Untuk biaya penggantian dan biaya O&M tidak ada, karena dalam fuel cell tidak ada penggantian dan perawatan setiap tahunan atau pun bulanan. Jadi untuk biaya yang dibutuhkan dalam fuel cell hanya biaya awal pembelian alat dan biaya bahan bakar. Fuel cell ini menggunakan bahan bakar methanol dengan harga perliter sebesar Rp. 11.000,- hampir sama dengan biaya bahan bakar diesel. Dalam integrasi hibrid di kapal markas, untuk fuel cell di pasang sebesar 120 kWp.

c. Generator Sumber energi listrik generator merupakan sumber energi utama pada skema integrasi di kapal markas. Generator yang awalnya menggunakan 3 unit dengan kapasitas 156 kW, setelah di integrasikan dengan sumber energi seperti solar cell dan fuelnya menjadi 1 unit generator. Biaya awal untuk pengadaan generator, diasumsikan sebesar Rp. 650.000.000,- dengan biaya operational & maintenance (O&M) sebesar Rp. 2.5000,- per jam. Untuk biaya bahan bakar menggunakan diesel harga per liternya sebesar Rp. 11.000,- dimana kapasitas generator yang terpasang dengan daya 156 kW. Lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 3.10.

Spesifikasi Generator.jpg

d. Baterai Pada skema integrasi ini digunakan baterai sebagai penyimpanan energi dari solar cell pada siang hari dan dari fuel cell yang akan dijadikan cadangan energi untuk penggunaan di malam hari. Jika baterai dalam penggunaan beban yang meksimal, maka akan di suport oleh generator. Baterai yang digunakan dalam skema integrasi ini memiliki spesifikasi seperti yang telah ditunjukkan pada Gambar 3.11.

Spesifikasi Baterai.jpg

Dalam Gambar 3.11, kotak penulisan Cost mencakup biaya modal awal (capital cost) dan biaya penggantian baterai (replacement), serta biaya pemeliharaan tahunan (Operational & Maintenance). Saat menentukan biaya modal, masukkan dan hitung semua biaya yang terkait dengan baterai termasuk biaya pemasangan dan lain-lain. Biaya modal adalah harga pembelian awal baterai, biaya penggantian adalah biaya pergantian baterai pada akhir masa pakainya, dan biaya operasi dan perawatan adalah biaya operasi dan pemeliharaan tahunan baterai. Biaya di setiap baris harus sesuai dengan ukuran yang dimasukkan di kolom pertama. Harga adalah salah satu komponen penting dalam penelitian ini. Dalam sistem baterai membutuhkan modal awal sebesar Rp. 8.200.000,00 dan harga pergantian baterai tidak ada, karena life time baterai 10 tahun, sama dengan lama projek berlangsung.

e. Converter Pada percobaan ini terdapat dua jenis bus, yaitu bus AC dan bus DC. Pada bus AC terdapat beban utama dan generator untuk percobaan ini, dan pada bus DC terdapat semua pembangkit seperti fuel cell, solar cell, dan baterai. Oleh karena itu dibutuhkan converter untuk menyuplai daya ke bus yang berbeda. Pada HOMER ini, terdapat inverter dan rectifier untuk menyuplai daya ke bus yang berbeda. Inverter berfungsi untuk menyuplai daya dari bus DC ke bus AC, dan rectifier berfungsi untuk menyuplai daya dari bus AC ke bus DC. Lebih jelasnya dengan spesifikasi converter, dapat dilihat pada gambar 3.12.

Spesifikasi Converter.jpg

Harga converter setiap 1 kW sebesar Rp. 12.000.000,- dengan kapasitas converter yang di pasang sebesar 150 kW, sebab rata-rata energi skala harian sebesar 4477 kWh per hari dan beban puncak sekitar 291,40 kWp dan spesifikasi generator yang ada dengan daya sebesar 156 kW. Life time converter selama 10 tahun, sama seperti halnya baterai, fuel cell, solar cell, dan generator.

4. Analisa Sistem Hibrid Solar Cell- Fuel Cell - Generator

4.1 Analisa Hibrid Solar Cell – Fuel Cell – Generator

Pada studi kasus sistem hybrid ini terdapat dua percobaan yang dilakukan, yaitu percobaan dalam kondisi hibrid menggunakan solar cell, fuel cell serta generator dan percobaan kedua hanya menggunakan sumber energi dari generator saja. Pada perancangan sistem hybrid fuel cell – solar cell – generator ini digunakan program HOMER untuk memperhitungkan tingkat keberhasilan sistem ini. Pada HOMER ini dapat dilihat tingkat keberhasilan dari rancangan sistem hybrid fuel cell – solar cell – generator yang di uji coba khususnya dari segi output energi pada sistemnya.

Konfigusi pada presentase produksi enegi pada sistem hibrid dapat dilihat pada tabel 4.1 dan utul presentase produksi energi setiap bulannya dapat dilihat pada gambar 4.1. Presentase energi yang dihasilkan oleh solar cell sebesar 14,2 % dan fuel cell sebesar 38,3 %. Sedangkan untuk sisanya di back up oleh generator sebesar 47,5 %. Penggunaan zero energi untuk mensuplai listrik pada kapal markas sudah melebihi 50%. Pada sistem hibrid ini menggunakan baterai sebagai storage untuk menyimpan energi yang dihasilkan oleh fuel cell dan solar cell.

Ringkasa Produksi Energi Sistem Hibrid.jpg

Presentase Produksi Sistem Hibrid.jpg

a. Hibrid Solar Cell (PV) Pada tabel 4.2 dan gambar 4.2, bahwa energi yang dihasilkan oleh solar cell (PV) sebesar 233.641 kWh/ tahun, dengan mean output 640 kWh/hari. PV yang dipasang pada deck helikopter sebesar 150 kW dengan output maksimum sebesar 136 kW. Untuk rata-rata biaya enegi untuk pemasangan solar cell (PV) sebesar 983 Rp/kWh. Untuk rata-rata radiasi matahari di Indonesia sekitar 5,24 kWh/m2/hari. Dari hasil gambar 4.2 bahwa waktu yang paling optimum di jam 12 siang dan untuk solar cell beroperasi selama matahari terbit hingga matahari terbenam.

Hasil Simulasi Hibrid Soalr Cell (PV).jpg

Output Solar Cell (kW).jpg

b. Hibrid Fuel Cell Pada tabel 4.3 dan gambar 4.3, bahwa energi yang dihasilkan pada fuel cell untuk mensuplai energi listrik pada kapal markas sebesar 630.600 kWh/tahun. Konsumsi bahan bakar yang spesifik untuk fuel cell sebesar 0,3 L/kWh, dimana electrical output yang dihasilkan sebesar 120 kW. Dari gambar 4.3, bahwa waktu di siang hari beban untuk fuel cell lebih rendah, sebab energi yang paling besar di hasilkan oleh solar cell untuk mengisi baterai. Jadi kondisi fuel cell berkebalikan dengan kondisi solar cell dalam menghasilkan energi untuk pengisian baterai.

Hasil Simulasi Fuel Cell.jpg

Output Fuell Cell (kW).jpg

c. Hibrid Generator Pada tabel 4.4 dan gambar 4.4, bahwa energi yang dihasilkan generator untuk mensuplai beban listrik sebesar 784.145 kWh/tahun. Konsumsi bahan bakar yang spesifik 89,5 kW. Pada hibrid generator ini hanya mensuplai energi listrik yang tidak tersuplai oleh solar cell dan fuel cell. Lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 4.4 di bawah ini dengan mengamati waktu operasi setiap harinya dalam 24 jam.

Hasil Simulasi Hibrid Generator.jpg

Output hibrid Generator (kW).jpg

d. Hibrid Baterai Pada tabel 4.5 dan gambar 4.5, bahwa jumlah baterai sebagai storage sebanyak 936 pcs, dengan nominal capasity sebesar 5.710 kWh. Durasi atau autonomy baterai jika tidak disuplai oleh solar cell ataupun fuel cell, maka mampu bertahan selama 24,5 jam. Energi input yang didapatkan oleh solar cell dan fuel cell sebesar 6.165 kWh/tahun dan energi output yang disuplai kebeban melalui converter sebesar 6.584 kWh/tahun. lifetime throughput baterai sebesar 71.415 kWh atau umur baterai selam 10 tahun.

Hasil Simulasi Hibrid Baterai.jpg

Baterai State of Charge (%).jpg

e. Bahan Bakar Hibrid Fuel Cell dan Generator Bahan bakar yang dihabiskan setiap harinya untuk mensuplai generator dan fuel cell rata-rata sebesar 620 L/hari untuk diesel dan 518 L/hari untuk methanol (Fuel cell). Maka bahan bakar setiap tahunnya yang dihabiskan dari diesel dan methanol sebesar 415.356 L/tahun. lebih jelasnya dapat dilihat pada tabel 4.5, gambar 4.5 dan gambar 4.6 dibawah ini.

Hasil Simulasi Bahan Bakar Hibrid.jpg

Diesel Consumption.jpg

Methanol Consumption.jpg

Pada tabel 4.6 menjelaskan mengenai emisi yang ditimbulkan dari generator yang dihasilkan dari simulasi Homer, dengan spesifikasi generator sudah sesuai dengan spek. Dimana CO2 yang ditimbulkan oleh generator sebesar 879.065 kg/tahun.

Emisi Hibrid Generator.jpg

f. Ringkasan Biaya Sistem Hibrid Solar Cell – Fuel Cell – Generator Biaya awal yang paling tinggi untuk pemasangan sistem hibrid pada kapal markas untuk mensuplai beban listrik yaitu baterai dengan biaya sebesar Rp 7.675.200.000. Biaya bahan bakar merupakan biaya paling tinggi dalam projek selama 10 tahun sebesar Rp 38.799.896.021. Jadi biaya total sistem selama projek 10 tahun membutuhkan biaya sebesar Rp 52.261.025.997. Lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 4.7 dan tabel 4.7 dibawah ini.

Ringkasan Biaya Sistem Hibrid.jpg

Tabel Ringkasan Biaya Sistem Hibrid.jpg

g. Compare Economic (Sistem Hibrid dengan Sistem Generator Only) Perbandingan penggunaan sumber energi dari generator only dengan sumber energi hibrid (solar cell – fuel cell – baterai – generator) menunjukan bahwa biaya total sistem selama 10 tahun, bahwa biaya total sistem generator only lebih murah dibandingkan dengan biaya sistem hibrid. Biaya sistem generator only dalam projek 10 tahun sebesar Rp. 46.026.957.009, sedangkan biaya sistem hibrid sebesar Rp 52.261.025.997. Lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 4.8 dan tabel 4.8 dibawah ini.

Ringkasan Biaya Generator Selama Projek 10 Tahun.jpg

Tabel Ringkasan Biaya Generator Selama Projek 10 Tahun.jpg

Referensi [1]. Markvart, Thomas.2000. Solar Electricity.John wileys & sons, LTD. United Kingdom [2]. I. Rahardjo and I. Fitriana, “Analisis Potensi Pembangkit Listrik Tenaga Surya Di Indonesia,” Strateg. Penyediaan List. Nas. Dalam Rangka Mengantisipasi Pemanfaat. PLTU Batubara Skala Kecil, PLTN, dan Energi Terbarukan, P3TKKE, BPPT, Januari, pp. 43–52, 2005. [3]. A. Reinders, H. Veldhuis, and A. Susandi, “Development of grid-connected PV systems for remote electrification in Indonesia,” Solar panel Specialists Conference (PVSC), 2011 37th IEEE. pp. 2420–2425, 2011. [4]. Lynn, P. A. (2011). Electricity from sunlight: an introduction to solar panels. [5]. Contaned Energy Indonesia. (2011). Buku Panduan ENERGI yang Terbarukan, 106. [6]. “Solar panel Cells – Generating electricity.” [Online]. Available: http://www.imagesco.com/articles/solar panel/solar panel-pg4.html [7] Hydrogen Fuel Cell. 20 Juni 2017. http://large.stanford.edu/courses/2013/ph240/white2/ [8] ElectraGen™ ME Gold Datasheet. 20 Juni 2017. http://www.ballard.com [9] Home page of HOMER : http://www.nrel.gov/homer/ [10] Canadian Solar. “MaxPower CS6U-325 | 330 | 335P” https://cdn.enfsolar.com/Product/pdf/Crystalline/5bbff600318cb.pdf