PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA AIR PICOHYDRO

Oleh

Angela Rinjani

NIM: 612009059

Skripsi

Untuk Melengkapi salah satu syarat memperoleh

Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Elektro

Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer

Universitas Kristen Satya Wacana

Salatiga

Januari 2016

i

INTISARI

Pada masa kini, energi listrik sangat dibutuhkan untuk menunjang kehidupan

manusia. Banyak upaya terus dilakukan untuk menghasilkan energi listrik dari sumber-

sumber energi yang belum termanfaatkan. Sebagai contoh adalah energi yang dihasilkan

oleh air terjun yang banyak terdapat di Indonesia, salah satunya di desa Gilingsari

Temanggung.

Pada skripsi ini energi yang dihasilkan aliran air terjun tersebut dimanfaatkan

sebagai sumber pembangkit listrik picohidro yang hasilnya nantinya dapat digunakan

untuk penerangan jalan karena letak aliran sungai tersebut berjarak 40 meter dari jalan

yang sering dilalui orang.

Cara kerja alat ini adalah dengan menggunakan kincir air yang digerakkan oleh

aliran air terjun sehingga menghasilkan energi kinetik. Debit air terjun yang dicoba

adalah sebesar 0,0032 ⁄ dengan tinggi air terjun 3,5 yang melalui kincir tersebut

dapat memutar generator 3 fasa sehingga menghasilkan tegangan 14 . Tegangan

AC ini kemudian disearahkan gelombang penuh dan diratakan oleh kapasitor untuk

memperhalus riak. Tegangan DC yang dihasilkan masih fluktuatif namun selalu lebih

tinggi dari 20 volt sehingga digunakan konverter yang akan menurunkan tegangan

menjadi 13,8 volt stabil untuk kemudian digunakan dalam pengisian aki kering 12V/7,2

Ah. Hasil pengujian menunjukkan bahwa energi yang diperoleh selama 7 jam dan

disimpan di aki kering adalah sebesar 8,54 Wh. Energi tersebut dapat digunakan untuk

menyalakan lampu LED 3W selama 19 jam.

Kata kunci : pembangkit listrik alternatif, air terjun, kincir air, generator, aki

kering

ii

ABSTRACT

In this era, electrical energy is needed to support human life. Many efforts are

continuously done to generate electrical energy from unused energy sources. For

example is the energy produced by the waterfalls which are numerous in Indonesia, in

the village Gilingsari Temanggung.

In this final project, the energy generated by the waterfalls is utilized as the

source of Pico hydro power plant where the results will be used for street lighting due to

the location of the river is 40 meters from the main road.

The device works by using a water wheel driven by the flow of the waterfall to

produce kinetic energy. The debit of the waterfalls tried is at 0.0032 with a 3.5 m

waterfall pass the wheel which turn a 3 phase generator into 14 . This AC voltage is

full-wave rectified by a capacitor to smooth the ripple. The DC voltage generated is

unstable but always higher than 20 volt so a converter is used to decrease the voltage

into 13.8 volts to charge a 12V / 7.2 Ah accumulator. The experiment showed that the

energy gained during 7 hours stored in 12V / 7.2 Ah is 8.54 Wh. This energy can be

used to turn on a 3W LED for 19 hours.

Keywords : alternative power plant, waterfall, water wheel, generator,

accumulator

iii

KATA PENGANTAR

Puji dan rasa syukur mendalam penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas

berkat limpahan rahmat dan karunia-Nya dalam menyelesaikan perancangan serta

penulisan skripsi sebagai syarat untuk menyelesaikan studi di Fakultas Teknik

Elektronika dan Komputer Universitas Kristen Satya Wacana.

Pada kesempatan ini penulis juga hendak mengucapkan terima kasih kepada

berbagai pihak yang baik secara langsung maupun tidak langsung telah membantu

dalam menyelesaikan skripsi ini:

1. Bapak Koestomo dan Ibu Siti Rochidah terima kasih untuk semangat, cinta,

kasih saying, dan dana. So lucky to have both of you, Love you so much !

2. Bapak Ir. F. Dalu Setiaji, M.T. dan Bapak Ir. Lukas B. Setyawan, M.Sc.

selaku pembimbing, terima kasih atas bimbingan, arahan, dan nasehat

selama mengerjakan skripsi ini.

3. Om Panut dan warga desa Gilingsari Temanggung terima kasih atas bantuan

tenaga dan waktu,

4. Ponakan-ponakan super Kitul, Katul, Evanul, Iyok, yang meramaikan hidup

dengan kepolosan kalian, Mbah Kakung di surga, Mas Neo, Mas Wawan,

Mbak Tutik, Mbak U’ut, Budhe, atas semangat dan dukungannya.

5. Teman-teman FTEK 2009, Yuli, Wikan, Pakdhe, Gigih, Daniel, Ardit,

Agung, Aksa, Angga, Andre, Martino, Herlambang, dan semua yang tidak

dapat disebutkan satu-persatu, terima kasih karena kalian selalu ada di suka

maupun duka.

6. Seluruh staff dosen, staff TU, karyawan dan laboran FTEK, terima kasih atas

bantuan dan perhatiannya.

7. Teman-teman kost Seruni 23 kece serta bapak ibu kost, terima kasih atas

bantuan, semangat, dan dukungannya.

8. Anak-anak gaul Temanggung, Tia, Zulfa, Mario, yang menemani dan

menyemangati, Cici, Fitria, Vika, Dewi, Hastoro, Andy, Bobby, dan semua

teman-teman Buldoggrip.

iv

9. Berbagai pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah turut

andil dalam proses pengerjaan skripsi ini.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kata sempuna, oleh karena

itu penulis sangat mengharapkan kritik maupun saran dari pembaca sekalian sehingga

skripsi ini dapat berguna bagi kemajuan teknik elektronika

Salatiga, Januari 2016

Penulis

v

DAFTAR ISI

INTISARI .............................................................................................. i

ABSTRACT .......................................................................................................... ii

KATA PENGANTAR .......................................................................................... iii

DAFTAR ISI ......................................................................................................... v

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ vii

DAFTAR TABEL ................................................................................................. viii

DAFTAR ISTILAH .............................................................................................. ix

BAB I PENDAHULUAN ............................................................................. 1

1.1. Tujuan ......................................................................................... 1

1.2. Latar Belakang Permasalahan ..................................................... 1

1.3. Spesifikasi Sistem ....................................................................... 2

1.4. Sistematika Penulisan ................................................................. 3

BAB II LANDASAN TEORI ......................................................................... 4

2.1. Energi Potensial Gravitasi ........................................................... 4

2.2. Generator Listrik ......................................................................... 4

2.3. Penaik Tegangan (Boost Converter) ........................................... 5

2.4. Penurun Tegangan (Buck Converter) .......................................... 8

BAB III PERANCANGAN SISTEM .............................................................. 9

3.1. Aliran Sungai .............................................................................. 9

3.2. Kincir .......................................................................................... 10

3.3. Generator ............................................ ........................................ 12

3.4. Konverter AC-DC dan Konverter DC-DC ................................ 13

3.4.1. Konverter AC-DC ...................................................... ...... 14

3.4.2. Konverter DC-DC .............................. .............................. 14

vi

3.5. Penyimpan Energi ....................................................................... 15

3.6. Kerangka Besi ............................................................................ 16

BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS ......................................................... 18

4.1. Generator ..................................................................................... 18

4.2. Konverter Penurun Tegangan ..................................................... 20

4.3. Penyimpan Energi ....................................................................... 22

4.4. Penerangan .................................................................................. 27

4.5. Perbandingan dengan Spesifikasi ............................................... 29

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................... 30

5.1. Kesimpulan ................................................................................. 30

5.2. Saran Pengembangan .................................................................. 30

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 32

LAMPIRAN ......................................................................................................... 33

DATASHEET GENERATOR 3 FASA............................................ . 33

DATASHEET LM2596 ..................................................................... 34

DATASHEET LM2577-ADJ ........................................................... .. 35

vii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1. Peta lokasi sungai desa Gilingsari Temanggung ........................... 1

Gambar 2.1. Potensial Gravitasi ........................................................................ 4

Gambar 2.2. GGL Induksi .................................................................................. 5

Gambar 2.3. Susunan Pin IC LM2577-Adj ........................................................ 5

Gambar 2.4. Blok Diagram IC LM2577-Adj ..................................................... 5

Gambar 2.5. Grafik Pemilih Nilai Pada LM2577 .............................................. 7

Gambar 2.6. Susunan Pin IC LM2596s-adj ....................................................... 8

Gambar 2.7. Grafik Nilai Induktor ..................................................................... 8

Gambar 3.1. Blok Diagram Sistem Secara Keseluruhan ................................... 9

Gambar 3.2. Lokasi Pengujian ........................................................................... 10

Gambar 3.3. Skema Kincir ................................................................................. 11

Gambar 3.4. Tahapan Perakitan Kincir 1 ........................................................... 11

Gambar 3.5. Tahapan Perakitan Kincir 2 ........................................................... 12

Gambar 3.6. Wujud fisik kincir air yang telah dibuat ........................................ 12

Gambar 3.7. Generator 3 fasa hubung Y ........................................................... 13

Gambar 3.8. Generator AC 3 Fasa ..................................................................... 13

Gambar 3.9. Blok Diagram Konverter ............................................................... 13

Gambar 3.10. Dioda Penyearah 3 Fasa ................................................................ 14

Gambar 3.11. Rangkaian Penurun Tegangan ....................................................... 14

Gambar 3.12. Akumulator ................................................................................... 15

Gambar 3.13. (a)Skema Kerangka besi tampak samping .................................... 16

Gambar 3.13. (b)Skema kerangka besi tampak atas ............................................ 16

Gambar 3.14. Wujud fisik kerangka besi ............................................................. 16

Gambar 3.15. Box untuk menempatkan akumulator ........................................... 17

Gambar 4.1. Skema pengujian fasa generator .................................................... 18

Gambar 4.2. Blok Diagram Pengujian Daya Generator ..................................... 18

Gambar 4.3. Hasil Pengujian Tegangan DC tanpa Beban ................................. 19

Gambar 4.4. Grafik daya beban terhadap variasi nilai beban ............................ 20

Gambar 4.5. Diagram pengujian pengisian aki .................................................. 22

Gambar 4.6. Grafik tegangan aki terhadap waktu saat pengisian ...................... 22

viii

Gambar 4.7. Grafik arus terhadap waktu saat pengisian .................................... 23

Gambar 4.8. Pengujian dua modul konverter buck ............................................ 24

Gambar 4.9. Grafik tegangan terhadap waktu saat pengisian ............................ 26

Gambar 4.10. Grafik arus terhadap waktu saat pengisian .................................... 26

Gambar 4.11. lampu LED yang digunakan .......................................................... 27

Gambar 4.12. Tegangan dan arus pada lampu LED ............................................ 27

Gambar 4.13. Grafik tegangan terhadap waktu saat dipakai untuk penerangan .. 28

Gambar 4.14. Grafik arus terhadap waktu saat dipakai untuk penerangan .......... 29

Gambar 4.15. (a)Gambar alat dilokasi pengujian ................................................ 30

Gambar 4.15. (b)Box untuk menempatkan konverter dan aki ............................. 30

Gambar 4.16. LED indikator saat pengisian ........................................................ 30

ix

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1. Tegangan Generator Tanpa Beban ................................................ 18

Tabel 4.2. Daya Generator ............................................................................. 19

Tabel 4.3. Hasil Pengujian Konverter Penurun Tegangan ............................. 21

Tabel 4.4. Hasil pengujian konverter buck ..................................................... 24

Tabel 4.5. Hasil pengujian dua modul konverter buck ................................... 25

Tabel 4.6. Hasil pengujian pengisian aki dengan menggunakan dua

konverter buck ............................................................................... 25

x

DAFTAR ISTILAH

AC Alternative Current

DC Direct Current

IC Integrated Circuit

LED Light Emitting Dioda