Perhitungan Kebutuhan Energi Kapal Tenaga Surya

Bismillahirahmanirrahim.

Halo semua, kali ini kita akan membahas bagaimana perhitungan dari konsumsi energi sebuah kapal teanga surya. Pradhana (mantan ketua tim SBTUI) akan membagikan pengalamannya tentang perhitungan daya yang dibutuhkan oleh kapal tenaga listrik dengan sinar matahari sebagai sumber energinya.

Nah yang belum tau siapa itu Pradhana yuk simak videonya di bawah ini:

Yuk lanjut bahas kalo dah kenal!

Sebelumnya kita harus tau apa sih kompenen-komponen yang ada pada kapal tenaga surya ini. pertama tentunya adalah solar panel sebagai kolektor daya dari sinar matahari. Kedua adalah MPPT (maximum power point tracker) simplenya sih kerja MPPT ini untuk memaksimalkan jumlah daya yang didapat dari solar panel. Ketiga adalah baterai sebagai penyimpan daya. Keempat adalah MCU (Motor Controler Unit) dimana alat ini akan mengatur besaran arus yang akan digunakan oleh motor listrik. Kelima tentunya adalah motor listrik tersebut. Terakhir tentunya kapalnya hehe atau lambung kapal beserta penggerak mekanis (propeller). Nah gambar dibawah ini semoga memudahkan kalian mengetahui tentang komponen kapal tenaga surya secara sederhana.

Ada lima komponen utama yang diperlukan dalam perhitungan konsumsi energi kapal tenaga surya :

1. Kebutuhan energi pada kapal (untuk propulsi,elektronik-navigasi-komunikasi, keperluan awak kapal,dll)

2. Data resistance vs power/speed kapal yg akan kita desain

3. Estimasi luas area yg bisa dimanfaatkan untuk tenaga surya

4. Kapasitas battery dan berat total komponen tenaga surya

5. Performa operasional yg diinginkan/ingin dicapai (kecepatan rata2, rute dan jarak tempuh, jumlah muatan, dll)

Komponen2 diatas harus dimiliki agar dapat menentukan konsumsi energi yang dibutuhkan tenaga surya. Lebih jauh lagi melalui data diatas kita dapat melakukan optimasi terhadap battery ataupun panel surya yg digunakan untuk efisiensi performa maupun biaya produksi kapal.

Data hambatan kapal dapat menggunakan simulasi pada software desain kapal ataupun menggunakan perhitungan empiris dan towing tank (yang belum tau towing tank apa yuk lihat gambar di bawa, tambahan sedikit bahkan salah satu negara maju sudah punya virtual towing tank loh!).

Kapal tenaga surya tidak tentu memiliki aspek ramah lingkungan yang sangat tinggi namun memiliki keterbatasan dalam aspek operasional. Perbedaan mendasar dengan kapal dengan sistem penggerak konvensional adalah dalam aspek mendapatkan energi yg diperlukan untuk berlayar. Kapal tenaga surya perlu waktu dan jumlah paparan matahari yg besar untuk mengisi battery-nya sebelum berlayar. Sedangkan kapal konvensional hanya perlu mengsisi bahan bakar lalu kapal siap berlayar. Oleh karena aspek operasional perlu untul sangat diperhatikan dalam merancang kapal tenaga surya

Sedangkan daya sinar matahair bisa kita cari melalu internet untuk daerah-daerah tertentu. Data ini sangat penting karena daya ini yang akan menentukan kapan kapal kita bisa melakukan kecepatan maximum dan minimum agar tidak kehabisan daya dari betterai hehe alias mogok! Nah dari dua data tersebut nantinya kita bisa mendapatkan daya total dari kebutuhan kapal kita setelah dikurangi effisiensi dari mechanical dan elektrikal.

Lalu gimana cara menghitungnyaa??

Oke lanjut ke formula-formula dan step-step yang dibutuhkan.

1. Menentukan batas maksimum daya kapal

Setelah kalian mendapatkan hambatan kapal, maka kalian perlu menetapkan besaran daya maksimum si kapal tersebut berdasarkan batterai dan solar pane yang kalian gunakan.

2. Membagi variasi persentase daya yang masuk

Nah kita bisa asumsikan daya yang masuk direntan 10-100%. Biasanya kita dapat menggunakan thorttle pada kapal untuk mengatur daya yang akan masuk ke motor listrik dari batterai ataupun solar panel.

Joystick Throttle Motor Propulsi Kapal

3. Menghitung besar daya, arus dan kecepatan kapal sesuai variasi throttle

Dengan data dari hambatan kapal (resistance vs speed), maka dapat ditentukan masing-masing besar daya, arus output ke motor dan kecepatan dari setiap variasi throttle. Rumus daya output motor:

Keterangan:

Im = Arus Output ke motor (Ampere)

Pmotor = Daya yang dibutuhkan motor (Watt) (grafik hambatan total vs kecepatan)

V sistem = Tegangan sistem kapal (Volt)

4. Penetapan parameter

Sebagai acuan dalam perhitungan maka ada beberapa parameter yang perlu ditetapkan, antara lain:

a. Setting throttle pertama kali harus menyebabkan Arus discharge dari baterai agar daya dari Solar Panel tidak terbuang percuma (Minimal throttle 50%).

b. Kondisi awal start adalah saat kapasitas baterai maksimum contoh = 33Ah. Namun, dalam perhitungan untuk mencegah kerusakan baterai, D.O.D (Depth of discharge) yang diizinkan adalah 0.8. Sehingga kapasitas baterai yang boleh digunakan adalah 26.4 Ah.

c. Agar mudah semua kondisi lingkungan diasumsikan ideal. berikut parameter yang telah ditetapkan:

I. Matahari dalam kondisi Peak sehingga Is (solarpanel) contoh = 21.6 Ampere.

II. Tidak ada penyerapan daya pada tiap kabel, konektor, dan komponen elektronika lainnya diabaikan sehingga arus yg di supply ke motor tidak berkurang.

III. Model hull yang digunakan sesuai dengan rancangan. Sehingga perhitungan empiris hampir mendekati hasil akhir aslinya.

d. Kondisi lingkungan dianggap ideal tidak terdapat pengaruh kecepatan arus sungai, dorongan angin maupun gelombang selama kapal beroperasi. Asumsi kapal beroperasi pada perairan tenang.

5. Menghitung beban arus yang diambil dari baterai.

Untuk menghitung arus yang diambil dari baterai dari setiap variasi persentase thortle, maka diperlukan selisih antara arus input motor terhadap arus pengecasan dari PV panel. Kondisi ini jika dituliskan dalam rumus adalah sebagai berikut :

Keterangan:

Ib = Arus beban baterai (Ampere)

Im = Arus Output ke motor (Ampere)

Is = Arus Input dari PV panel (Ampere)

Dalam Perhitungan akan terdapat dua kondisi nilai beban arus yang akan diterima baterai. Apabila hasil perhitungan Ib bernilai positif maka arus yang terjadi pada baterai bersifat discharge, artinya baterai mengeluarkan listrik untuk memenuhi kebutuhan beban listrik. Sedangkan, jika nilai Ib adalah negatif maka kondisi ini menunjukan baterai mengalami charging (pengecasan) akibat beban arus yang dibutuhkan motor lebih kecil dari suplai yang diberikan oleh PV Panel.

6. Menghitung waktu yang dibutuhkan baterai untuk discharge hingga 20%

Pada setiap variasi throttle membutuhkan konsumsi energi yang berbeda, sehingga beban arus yang diberikan baterai akan mempengaruhi kecepatan penurunan energi yang tersimpan dalam baterai. Untuk dapat menentukan waktu penurunan kapasitas baterai hingga batas discharge yang diperbolehkan dari masing-masing variasi throttle , digunakan rumus sebagai berikut :

Keterangan:

Tb = Waktu Draining baterai (Jam)

Cbattery = Kapasitas baterai (Ah)

Ib = Arus beban baterai (Ampere)

7. Menentukan jarak tempuh kapal sebelum baterai mencapai kondisi Discharge maksimum

Setelah mengetahui waktu discharge baterai pada setiap variasi throttle, selanjutnya dapat ditentukan jarak yang dapat ditempuh kapal menggunakan rumus :

Keterangan:

D = Jarak tempuh (km)

t = Waktu Draining baterai (Jam)

v = Kecepatan kapal (km/h) (disesuaikan dengan grafik hambatan dan kecepatan)

8. Menghitung sisa jarak tempuh dari setiap variasi thorttle

Untuk menghitung sisa jarak tempuh maka cukup dilakukan pengurangan dari nilai jarak tempuh tersisa dikurang jarak yang telah ditempuh.

Nah begitu cara perhitungan besar daya yang dibutuhkan dari kapal tenaga surya, jadi yang perlu diingat adalah kecepatan kapal akan dipengaruhi oleh besar daya yang diberikan, setelahnya ketika kita tau akan kecepatan kapal maka kita akan tau juga jarak yang ditempuh kapal berdasarkan sisa daya yang dimiliki batterai dan input daya dari solar panel!

Sekain terima kasih!