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 konvensonal(Co: 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(Co : batubara, minyak bumi) sebagai bahan dasar
untuk membangkitkan listrik.
Perhitungan daya yang dapat dihasilkan oleh sebuah turbin angin dengan diameter kipas r adalah :
dimana
ρ adalah kerapatan angin pada waktu tertentu dan v adalah kecepatan
angin pada waktu tertentu. Umumnya daya efektif yang dapat dipanen oleh
sebuah turbin angin hanya sebesar 20%-30%. Jadi rumus diatas dapat
dikalikan dengan 0,2 atau 0,3 untuk mendapatkan hasil yang cukup eksak.
Jenis turbin angin ada 2, yaitu :
1. Turbin angin sumbu horizontal(Darrieus wind turbine)
2. Turbin angin sumbu tegak
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 diluar
diguaan akan menyebabkan putaran yang cukup cepat pada poros generator,
sehingga jika tidak diatasi 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 energy
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.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar