Bagan Turbin Angin

1. Rotor Blade (Pisau Rotor)

Pisau rotor adalah bilah-bilah yang terpasang pada rotor turbin angin. Bilah ini terbuat dari bahan yang ringan namun kuat, seperti fiberglass atau komposit lainnya [10]. 

fungsi dari rotor blade sendiri yaitu untuk Menangkap energi kinetik angin dan mengubahnya menjadi energi mekanik dengan cara berputar ketika angin bertiup. Putaran ini yang kemudian digunakan untuk menggerakkan rotor. 

2. Gearbox

Gearbox adalah komponen mekanis yang terdiri dari serangkaian roda gigi yang berfungsi untuk meningkatkan kecepatan putaran rotor yang lambat menjadi kecepatan yang lebih tinggi yang dibutuhkan oleh generator. 

fungsinya yaitu mentransmisikan energi mekanik dari rotor dengan kecepatan rendah ke generator dengan kecepatan tinggi. Hal ini memungkinkan generator beroperasi dengan efisiensi yang lebih tinggi dalam menghasilkan listrik [11]. 

3. Generator

Generator adalah perangkat yang mengubah energi mekanik dari poros yang berputar menjadi energi listrik melalui prinsip induksi elektromagnetik. generator memiliki fungsi untuk dapat Mengubah energi mekanik yang dihasilkan oleh rotor (melalui gearbox) menjadi energi listrik yang kemudian dapat disalurkan ke jaringan listrik untuk digunakan oleh konsumen [12]. 

Generator turbin angin dapat menghasilkan dua jenis listrik yaitu arus bolak-balik (AC) dan arus searah (DC), tergantung pada jenis generator yang digunakan pada turbin dan konfigurasi sistemnya.

1. Arus Bolak-Balik (AC)

Turbin angin yang lebih besar biasanya menggunakan generator AC, seperti generator induksi atau generator sinkron. Output dari generator ini adalah tegangan AC, yang lebih umum digunakan dalam jaringan listrik rumah tangga dan industri. Dalam sistem ini, jika generator menghasilkan AC, biasanya diperlukan rectifier untuk mengubah AC menjadi DC jika diperlukan untuk penyimpanan energi dalam aki, dan kemudian inverter untuk mengubah kembali DC menjadi AC saat dibutuhkan [12].

2. Arus Searah (DC)

Banyak turbin angin kecil atau prototipe menggunakan generator DC. Output dari generator ini adalah tegangan DC yang dapat dipengaruhi oleh kecepatan angin. Untuk menjaga agar tegangan tetap stabil, sering digunakan perangkat seperti Automatic Voltage Regulator (AVR) yang berfungsi untuk mengatur arus penguatan pada exciter generator [13]. 

Bagian-bagian yang ada di dalam genartor antara lain adalah :

a. Rotor

 Rotor pada generator berfungsi untuk mengkonversi energi angin menjadi energi mekanik. Rotor merupakan bagian yang berputar di dalam generator. Pada rotor sendiri terdapat medan magnet permanen atau elektromagnet yang menghasilkan medan magnet. Posisi rotor sendiri terhubung langsung ke poros utama turbin angin atau dapat melalui gearbox.

b. Stator

Stator ini berfungsi sebagai komponen diam yang mengelilingi rotor. Di dalam stator terdapat lilitan kawat tembaga yang menerima perubahan medan magnet untuk menghasilkan arus listrik. Stator dipasangkan tetap di dalam generator, mengelilingi rotor. 

c. Poros (Shaft)

Poros pada generator dibagi menjadi 2 yaitu poros utama (main shaft) dan poros kecepatan tinggi (high-speed shaft). Poros utama berfungsi untuk menghubungkan rotor bilah turbin dengan gearbox atau generator, sedangkan poros kecepatan tinggi digunakan pada sistem dengan gearbox untuk mentransfer putaran ke generator dengan kecepatan yang lebih tinggi.

d. Gearbox

Untuk komponen gearbox ini tidak selalu ada pada generator. Gearbox pada generator ini juga berfungsi untuk meningkatkan kecepatan putaran dari poros utama ke poros yang memutar generator.

f. Magnet permanen atau Elektromagnet

Berfungsi untuk membentuk medan magnet yang memicu induksi elektromagnetik pada stator.

g. Lilitan Kawat Tembaga

Berfungsi untuk menyerap perubahan medan magnet untuk menghasilkan arus listrik (Induksi elektromagnetik). Kawat tembaga ini dililitkan di sekitar stator.

h. Pendingin

Berfungsi mendinginkan generator untuk mencegah panas berlebih yang dapat merusak kompenen yang ada dalam generator.

i. Sistem Elektronik Pendukung

1) Inverter, berfungsi untuk mengubah listrik AC yang dihasilkan oleh generator menjadi listrik DC kemudian diubah kembali ke AC dengan frekuensi yang sesuai jaringan listrik.

2) Controller, berfungsi untuk mengatur kinerja generator dan memastikan efisiensi operasi yang terjadi di dalam generator.

Generator pada turbin angin mengubah energi gerak dari putaran bilah turbin menjadi listrik. Saat angin meniup bilah turbin, bilah tersebut berputar dan menggerakkan poros yang terhubung ke generator. Di dalam generator, ada dua bagian utama: rotor (bagian yang berputar) dan stator (bagian yang diam). Rotor memiliki magnet, dan ketika berputar, magnet ini menciptakan perubahan medan magnet di sekitar stator. Perubahan medan magnet ini menghasilkan listrik di lilitan kawat tembaga pada stator, melalui proses yang disebut induksi elektromagnetik.

Listrik yang dihasilkan oleh generator masih perlu disesuaikan agar bisa digunakan. Komponen seperti inverter digunakan untuk mengatur frekuensi dan tegangan listrik agar sesuai dengan jaringan listrik yang ada. Proses ini membuat energi angin yang awalnya hanya gerakan udara menjadi listrik yang bisa dimanfaatkan untuk kebutuhan sehari-hari [14].

4. Nacelle

Nacelle adalah struktur pelindung yang terletak di atas menara turbin angin. Di dalam nacelle terdapat berbagai komponen utama seperti gearbox, generator, poros utama, dan sistem kontrol [15]. 

Nacelle berfungsi sebagai pelindung komponen-komponen penting dari turbin angin dari cuaca dan elemen eksternal lainnya. Juga menyediakan akses untuk perawatan dan pemeliharaan komponen-komponen tersebut. 

5. Power Cable

Power cable adalah kabel listrik yang digunakan untuk mengalirkan energi listrik yang dihasilkan oleh generator ke tanah dan kemudian ke jaringan listrik. 

Fungsinya adalah untuk mentransmisikan listrik yang dihasilkan oleh turbin angin dari generator ke titik koneksi jaringan listrik atau ke penyimpanan energi. Kabel ini biasanya terhubung dari nacelle ke dasar menara dan kemudian ke jaringan listrik [16]. 

6. Tiang (menara) 

Tiang atau menara adalah struktur tinggi yang mendukung nacelle dan rotor pada ketinggian tertentu. Menara terbuat dari bahan yang kuat seperti baja atau beton.

fungsi tiang pada turbin angin sendiri yaitu untuk Meninggikan rotor dan nacelle untuk menangkap angin yang lebih kencang dan stabil di ketinggian yang lebih tinggi. Ketinggian menara memungkinkan turbin angin beroperasi dengan efisiensi yang lebih tinggi [15]. 

7. Transformator

Transformator pada turbin angin merupakan komponen krusial yang berfungsi untuk mengatur tegangan listrik yang dihasilkan oleh generator sebelum disalurkan ke jaringan listrik. Fungsinya adalah untuk menaikkan atau menurunkan tegangan agar sesuai dengan kebutuhan distribusi.

Transformator memiliki fungsi sebagai berikut :

1. Menaikan tegangan (Step-Up Transformer)

Listrik yang dihasilkan generator biasanya memiliki tegangan rendah (antara 400–690 Volt). Agar listrik dapat disalurkan ke jaringan transmisi jarak jauh, tegangannya harus dinaikkan menjadi beberapa kilovolt (kV) hingga ratusan kilovolt (kV). 

2. Menurunkan tegangan (Step-Down Transformer)

Dalam beberapa sistem, transformator juga digunakan untuk menurunkan tegangan agar sesuai dengan kebutuhan peralatan lokal atau pengguna akhir. 

Transformator bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. Ketika arus listrik melewati kumparan primer, medan magnet yang dihasilkan menginduksi arus pada kumparan sekunder. Perbandingan jumlah lilitan antara kumparan primer dan sekunder menentukan apakah tegangan dinaikkan atau diturunkan.

Berikut adalah video penjelasan mengenai bagan-bagan yang ada pada turbin angin.