Pemanfaatan Turbin Angin Darrieus-Savonius dan Panel Surya dengan Sistem Hybrid sebagai Pembakit Listrik pada Charging Station

Latar Belakang

Indonesia merupakan negara yang memiliki potensi Energi Baru Terbarukan (EBT) yang sangat melimpah yaitu sekitar 3.000 giga watt (GW). Potensi EBT akan dimanfaatkan semaksimal mungkin untuk mempercepat transisi energi pada tahun 2060 dengan target kapasitas pembangkit EBT sebesar 700 GW yang berasal dari solar, hidro, bayu, bioenergi, laut, panas bumi, termasuk hidrogen dan nuklir. Indonesia sendiri telah berkomitmen untuk menurunkan emisi gas rumah kaca dan mencapai Net Zero Emission pada tahun 2060 atau lebih cepat. Maka dari itu, diperlukan upaya dalam melakukan mitigasi iklim dengan penurunan gas karbon, tetapi tetap menjaga ketahanan energi.  Hal ini disampaikan oleh Menteri Energi Dan Sumber Daya Mineral (ESDM) Arifin Tasrif dalam acara the 8th Indonesia International Geothermal Convention and Exhibition.

Sejalan dengan kementerian ESDM,  Badan Usaha Milik Daerah (BUMD) DKI Jakarta yaitu PT Moda Raya Terpadu (MRT) bersama dengan Perusahaan Listrik Negara (PLN) menghadirkan charging station bertenaga surya di DKI Jakarta. Charging Station itu didirikan di lokasi Transit Oriented Development (TOD) area Dukuh Atas, Terowongan Kendal, Jakarta Pusat. Selain mengurangi kemacetan, dengan didirikannya charging station di ibukota ini adalah sebagai upaya dalam mendukung program pengurangan emisi gas rumah kaca atau Net Zero Emission (NEZ) pada tahun 2050. Selain itu, MRT menjadi BUMD pertama yang menerima sertifikat Energi Baru Terbarukan (renewable energy certificate) dari General Manager Unit Induk Distribusi Jakarta Raya. Sertifikat yang diterbitkan oleh lembaga APX Inc, ini menjadi bukti bahwa 10 persen kebutuhan listrik MRT Jakarta berasal dari sumber energi baru terbarukan.

Telah ada tiga charging station bertenaga surya yang telah beroperasi dan didirikan di kawasan yang kira-kira akan dibutuhkan oleh warga yang lewat. Charging station ini memiliki beberapa fitur yang terdiri dari solar panel berkapasitas 100 Wp, dua wireless charging 15 watt, dua USB charging DC 5V, dua socket AC 220V, dan rak sepeda. Unit pengisian ini dapat digunakan untuk telepon seluler, tablet, maupun laptop. Dengan panel surya berkapasitas 100 Wp, kita dapat menghasilkan daya maksimal 100 watt dalam 1 jam, tetapi dengan syarat panel surya mendapat penyinaran matahari yang baik dan konstan. Namun sayangnya energi matahari sendiri bukanlah energi yang bisa didapatkan setiap waktu, sehingga panel surya hanya dapat menghasilkan energi listrik secara maksimal pada siang hari atau ketika mendapat sinar matahari yang cukup. Belum lagi karena faktor cuaca seperti saat mendung ataupun hujan, intensitas cahaya matahari akan berkurang yang menyebabkan terhambatnya proses produksi listrik. Hal ini menyebabkan charging station tidak mendapat supply listrik yang cukup.

Maka dari itu, diperlukan pembangkit energi pendamping untuk solar charging station agar nantinya supply chain energinya tidak terputus. Energi terbarukan yang dapat digunakan salah satunya adalah energi angin. Energi angin adalah energi yang mudah didapatkan karena ketersediaan energi angin akan selalu ada pada cuaca apapun. Untuk memanfaatkan energi angin, biasanya menggunakan media turbin yang diputar dengan tenaga angin. Energi putaran ini yang nantinya akan digunakan untuk menghasilkan listrik. Dengan menggabungkan antara supply energi surya dan energi angin secara hybrid, diharapkan akan dapat menghasilkan kombinasi yang baik sebagai pembangkit energi pada charging station.

Berdasarkan latar belakang yang telah dipaparkan, maka disusunlah penelitian ini yang bertujuan untuk melakukan riset terkait penggunaan pembangkit listrik tenaga angin sebagai pembangkit energi pendamping tenaga surya.

Turbin Darrieus-Savonius

Pada penerapannya sebagai pembangkit listrik, turbin angin konvensional yang biasa dipakai adalah turbin bilah horizontal atau yang disebut Horizontal-Axis Wind Turbine (HAWT). Selain itu, ada juga jenis turbin bilah vertikal atau yang disebut Vertical-Axis Wind Turbine (VAWT). Berbeda dengan turbin bilah horizontal, turbin jenis ini dapat diputar dengan tenaga angin yang relatif rendah. Salah satu model turbin dari jenis VAWT adalah turbin savonius. Turbin savonius sendiri dikembangkan oleh Insinyur Finlandia,  Sigurd Johannes Savonius pada tahun 1922. Turbin savonius merupakan turbin single step yang tersusun dari 2 bilah propeller. Masing-masing bilah berbentuk setengah silinder yang dipotong secara vertikal. Angin yang melalui turbin, akan ditangkap oleh bilah pertama dan menyalurkan energi angin ke bilah kedua, sehingga berdasarkan cara kerja ini, turbin savonius dapat menangkap angin dari arah mana pun. Kelemahan dari turbin jenis ini adalah efisiensi dan torsinya yang kecil, sehingga apabila digunakan sebagai pembangkit, daya yang dihasilkan relatif kecil dibandingkan model yang lain. Selain model savonius, turbin VAWT juga dapat didesain dengan model darrieus. Turbin Darrieus ditemukan oleh insinyur penerbangan asal Prancis, George J. M. Darrieus pada tahun 1931. Turbin ini mengusung jenis turbin bilah vertikal yang memiliki efisiensi tinggi dan memiliki torsi yang besar. Torsi yang besar ini didapatkan dengan memaksimalkan jarak antara bilah dengan poros putar. Turbin ini telah dikembangkan menjadi beberapa model seperti model-a, model H, dan model helical.

Sebagai kompensasi dari kelemahan masing-masing model turbin, maka dikembangkan model hybrid yaitu, model darrieus-savonius. Model ini menggabungkan dua model turbin VAWT menjadi satu. Untuk memaksimalkan kekuatan putarnya,  para peneliti sebelumnya mencoba menyusunnya menjadi beberapa tingkat. Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Delffika Canra, dkk (2021), didapatkan bahwa terdapat peningkatan CP (Coefficient of Performance) yang signifikan pada beberapa variasi multistage  savonius-darrieus eggbeater hingga mencapai 0,58. Padahal normalnya menurut Promdee dan Photong (2016), turbin savonius hanya mempunyai CP sebesar 0,1 - 0,2 dan turbin Darrieus sebesar 0,2 -- 0,4.

Penelitian A. Pallota, dkk (2020) menjabarkan karakteristik-karakteristik khusus dari model Darrieus-Savonius dan perbandingan dengan baik model Savonius ataupun model Darrieus berdasarkan dengan parameter sebagaimana di tabel berikut.

Tabel 1. Parameter geometri, fisik, dan kelistrikan saat dilaksanakan pengukuran