Turbin angin adalah kincir angin yang digunakan untuk
membangkitkan tenaga listrik. Turbin angin ini pada awalnya dibuat untuk
mengakomodasi kebutuhan para petani dalam melakukan penggilingan padi,
keperluan irigasi, dll. Turbin angin terdahulu banyak dibangun di
Denmark, Belanda, dan negara-negara Eropa lainnya dan lebih dikenal
dengan Windmill.
Kini turbin angin lebih banyak digunakan untuk mengakomodasi
kebutuhan listrik masyarakat, dengan menggunakan prinsip konversi energi
dan menggunakan sumber daya alam yang dapat diperbaharui yaitu angin.
Walaupun sampai saat ini pembangunan turbin angin masih belum dapat
menyaingi pembangkit listrik konvensional (Contoh: PLTD,PLTU,dll),
turbin angin masih lebih dikembangkan oleh para ilmuwan karena dalam
waktu dekat manusia akan dihadapkan dengan masalah kekurangan sumber
daya alam tak terbaharui (Contoh : batubara, minyak bumi) sebagai bahan
dasar untuk membangkitkan listrik.
Perhitungan daya yang dapat dihasilkan oleh sebuah turbin angin dengan diameter kipas r adalah :
dimana adalah kerapatan angin pada waktu tertentu dan adalah kecepatan angin pada waktu tertentu.
Umumnya daya efektif yang dapat dipanen oleh sebuah turbin angin
hanya sebesar 20%-30%. Jadi rumus di atas dapat dikalikan dengan 0,2
atau 0,3 untuk mendapatkan hasil yang cukup eksak.
Prinsip dasar kerja dari turbin angin adalah mengubah energi mekanis
dari angin menjadi energi putar pada kincir, lalu putaran kincir
digunakan untuk memutar generator, yang akhirnya akan menghasilkan listrik.
Sebenarnya prosesnya tidak semudah itu, karena terdapat berbagai
macam sub-sistem yang dapat meningkatkan safety dan efisiensi dari
turbin angin, yaitu :
1. Gearbox
Alat ini berfungsi untuk mengubah putaran rendah pada kincir menjadi
putaran tinggi. Biasanya Gearbox yang digunakan sekitar 1:60.
2. Brake System
Digunakan untuk menjaga putaran pada poros setelah gearbox agar bekerja
pada titik aman saat terdapat angin yang besar. Alat ini perlu dipasang
karena generator memiliki titik kerja aman dalam pengoperasiannya.
Generator ini akan menghasilkan energi listrik maksimal pada saat
bekerja pada titik kerja yang telah ditentukan. Kehadiran angin di luar
diguaan akan menyebabkan putaran yang cukup cepat pada poros generator,
sehingga jika tidak di atasi maka putaran ini dapat merusak generator.
Dampak dari kerusakan akibat putaran berlebih diantaranya : overheat,
rotor breakdown, kawat pada generator putus karena tidak dapat menahan
arus yang cukup besar.
3. Generator
Ini adalah salah satu komponen terpenting dalam pembuatan sistem turbin
angin. Generator ini dapat mengubah energi gerak menjadi energi listrik.
Prinsip kerjanya dapat dipelajari dengan menggunakan teori medan
elektromagnetik. Singkatnya, (mengacu pada salah satu cara kerja
generator) poros pada generator dipasang dengan material ferromagnetik
permanen. Setelah itu disekeliling poros terdapat stator yang bentuk
fisisnya adalah kumparan-kumparan kawat yang membentuk loop. Ketika
poros generator mulai berputar maka akan terjadi perubahan fluks pada
stator yang akhirnya karena terjadi perubahan fluks ini akan dihasilkan
tegangan dan arus listrik tertentu. Tegangan dan arus listrik yang
dihasilkan ini disalurkan melalui kabel jaringan listrik untuk akhirnya
digunakan oleh masyarakat. Tegangan dan arus listrik yang dihasilkan
oleh generator ini berupa AC(alternating current) yang memiliki bentuk
gelombang kurang lebih sinusoidal.
4. Penyimpan energi
Karena keterbatasan ketersediaan akan energi angin (tidak sepanjang hari
angin akan selalu tersedia) maka ketersediaan listrik pun tidak
menentu. Oleh karena itu digunakan alat penyimpan energi yang berfungsi
sebagai back-up energi listrik. Ketika beban penggunaan daya listrik
masyarakat meningkat atau ketika kecepatan angin suatu daerah sedang
menurun, maka kebutuhan permintaan akan daya listrik tidak dapat
terpenuhi. Oleh karena itu kita perlu menyimpan sebagian energi yang
dihasilkan ketika terjadi kelebihan daya pada saat turbin angin berputar
kencang atau saat penggunaan daya pada masyarakat menurun. Penyimpanan
energi ini diakomodasi dengan menggunakan alat penyimpan energi. Contoh
sederhana yang dapat dijadikan referensi sebagai alat penyimpan energi
listrik adalah aki mobil. Aki mobil memiliki kapasitas penyimpanan
energi yang cukup besar. Aki 12 volt, 65 Ah dapat dipakai untuk mencatu
rumah tangga (kurang lebih) selama 0.5 jam pada daya 780 watt. Kendala dalam menggunakan alat ini adalah alat ini memerlukan catu
daya DC (Direct Current) untuk meng-charge/mengisi energi, sedangkan
dari generator dihasilkan catu daya AC (Alternating Current). Oleh
karena itu diperlukan rectifier-inverter untuk mengakomodasi keperluan
ini. Rectifier-inverter akan dijelaskan berikut.
5. Rectifier-inverter
Rectifier berarti penyearah. Rectifier dapat menyearahkan gelombang
sinusodal(AC) yang dihasilkan oleh generator menjadi gelombang DC.
Inverter berarti pembalik. Ketika dibutuhkan daya dari penyimpan
energi(aki/lainnya) maka catu yang dihasilkan oleh aki akan berbentuk
gelombang DC. Karena kebanyakan kebutuhan rumah tangga menggunakan catu
daya AC , maka diperlukan inverter untuk mengubah gelombang DC yang
dikeluarkan oleh aki menjadi gelombang AC, agar dapat digunakan oleh
rumah tangga.
No comments:
Post a Comment