Pemodelan Matematis Turbin Angin

Jumlah energi kinetik yang dapat diubah oleh turbin angin menjadi energi mekanik P secara matematis dituliskan seperti persamaan III.1[24], dimana Cp adalah koefisien daya, rho adalah kerapatan udara (pada permukaan laut bernilai 1.22 Kg/m3), V adalah kecepatan angin (m/s), dan A luas wilayah usapan dari sudu turbin angin (m2). Luas wilayah A untuk berbagai jenis turbin angin ditunjukkan seperti pada gambar III.3. 

Gambar III. 3 Luas wilayah usapan pada turbin angin (a) turbin sumbu horizontal (b) turbin dengan selubung (c) rotor Savonius (d) Turbin sumbu vertikal

Cp merupakan fungsi dari tip speed ratio lamda dan pitch angle beta . Pada beberapa referensi seperti [25],[26],[27],dan [28], pendekatan yang digunakan adalah,


Dimana,

c1 hingga c6 merupakan koefisien yang bergantung terhadap desain dari turbin yang digunakan. Cp menyatakan besar energi kinetik angin yang dapat diekstrak oleh turbin angin. Secara teori nilai maksimum Cp adalah 0.593, hal ini sesuai dengan teori Betz limit pada tahun 1919. Namun praktek di lapangan, untuk turbin angin modern nilai Cp hanya dapat mencapai 0.5 [29]. Tip speed ratio (lamda) adalah rasio antara kecepatan rotasi ujung sudu terhadap kecepatan angin, secara matematis dituliskan sebagai berikut

 


r adalah jari-jari sudu turbin, omega adalah kecepatan angular, dan V adalah kecepatan angin.

Artikel ini merupakan bagian dari makalah tesis penulis (lihat)

Referensi 

[24]	Chen, Z., Guerrero, J.M. & Blaabjerg, F. (2009): A Review of The State of The Art of Power Electronics For Wind Turbines, IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 24, no. 8, pp. 1859-1875.
[25]	Rolán, A., Luna, Á., Vázquez, G., Aguilar, D. AND Azevedo, G. (2009): Modeling of A Variable Speed Wind Turbine With A Permanent Magnet Synchronous Generator, IEEE International Symposium on Industrial Electronics 2009, pp. 734-739.
[26]	Yokoyama, H., Tatsuta, F. and Nishikata, S. (2011): Tip Speed Ratio Control Of Wind Turbine Generating System Connected In Series, 2011 International Conference on Electrical Machines and Systems 2011.
[27]	Liu, W., Chen, L., Ou, J. and Cheng, S. (2011):. Simulation of PMSG Wind Turbine System With Sensor-Less Control Technology Based On Model Reference Adaptive System, 2011 International Conference on Electrical Machines and Systems, ICEMS 2011.
[28]	Chen, J. and Jiang, D. (2009): Study on Modeling And Simulation Of Non-Grid-Connected Wind Turbine, World Non-Grid-Connected Wind Power and Energy Conference 2009, pp. 292-296.
[29]	Mathew S. (2011): Advance in Wind Energy Conversion Technology, Springer, Springer-Verlag Berlin Heidelberg.