Kincir angin memiliki prinsip cara kerja sangat mudah dimengerti. Sederhananya, kincir angin berputar disebabkan adanya energi kinetik pada angin. Sama halnya mainan kincir angin kertas yang berputar ketika didorong ke depan untuk mendapatkan angin. Bedanya, kincir angin yang dipakai untuk menghasilkan listrik itu ukurannya jauh lebih besar dan angin yang dibutuhkan untuk memutar baling baling juga besar.
Putaran baling-baling pada kincir angin akan memutar bagian penting lainnya yang pada akhirnya terhubung ke generator. Generator ini berfungsi untuk mengubah energi putar (mekanik) menjadi energi listrik. Sampai di sini faham kan bagaimana putaran baling baling bisa menjadi listrik.
Jadi, apa itu kincir angin?
Kincir angin adalah instrumen yang memanfaatkan energi kinetik pada angin menjadi energi mekanik, dan akhirnya dikoversikan menjadi energi listrik oleh generator. Pemanfaatan ini tidak langsung terjadi, tapi melalui beberapa tahap sebelum akhirnya menjadi energi listrik. Selain itu, kecepatan angin juga harus sesuai dan ideal, artinya tidak terlalu lambat juga tidak terlalu keras. Bentuk baling baling pada kincir angin memang dibentuk sedemikian rupa agar bisa secara efektif menangkap energi yang ada pada angin. Karena seperti yang sudah kita ketahui, sumber energi kincir angin adalah hembusan angin itu sendiri.
Komponen kincir angin dan fungsinya
Gambar di atas adalah komponen penting dalam sistem kincir angin. Perlu diketahui bahwa masih banyak komponen lain yang belum disebutkan.
1. Baling baling
Komponen yang paling utama, yang mengubah hembusan angin menjadi putaran yang nantinya dimanfaatkan untuk menghasilkan listrik. Umumnya sebuah kincir angin punya 2-3 baling baling yang terbuat dari bahan dengan desain khusus. Bukan baling baling bambu yah seperti punya Doraemon 🙂
Sama halnya dengan sayap pesawat, baling baling kincir angin bekerja dengan memanfaatkan perbedaan tekanan. Dengan bentuk yang melengkung, baling baling ini menciptakan gaya angkat untuk berputar.
Mudanya seperti ini, coba kalian naik motor dibonceng oleh orang lain, kemudian coba bentuk telapak tangan mu melengkung seperti sayap pesawat/burung di samping. Kamu akan merasa kalau tangan mu mendapat dorongan angin dari arah depan dan bawah.
Seperti itulah sederhanya cara keraj baling baling kincir angin. Kalau kalian melihat lebih dekat, ada lengkungan khusus yang membuatnya bisa berputar setelah angin berhembus. Detail nya tidak akan saya bagikan di sini.
2. Kotak roda gigi
Baling baling memutar roda gigi yang saling terhubung dalam satu tempat, karena itulah namanya kotak roda gigi. Kotak ini berisi beberapa roda gigi digunakan untuk menghantar daya putar yang diterima baling baling ke generator. Kumpulan roda gigi ini juga berperan dalam meningkatkan kecepatan putaran dengan bermacam variasi ukuran gigi. Jadi jangan heran, meski baling baling berputar lambat, ini bisa dipercepat dan disesuaikan dengan kebutuhan generator (generator butuh kecepatan tertentu untuk bisa menghasilkan listrik).
Pada dasarnya, kecepatan putaran baling baling dinaikkan dari 30-60 rpm (rpm artinya jumlah putaran dalam satu menit) menjadi 1000 – 1800 rpm. Sayangnya, gigi pada kincir angin cenderung lebih cepat rusak dikarenakan gaya putar yang berubah ubah tiap waktu (disebabkan kecepatan angin yang berubah ubah).
3. Generator
Generator singkatnya adalah mengubah daya putar (energi mekanik) menjadi energi listrik. Saya tidak akan menjelaskan secara detail bagaimana konsep generator bekerja karena akan ada pembahasan khusus tentang generator ini.
4. Brake (Rem)
Brake atau rem berfungsi untuk menurunkan kecepatan putaran. Angin kencang yang berpotensi untuk merusak komponen kincir angin bisa diatasi dengan adanya rem ini yang secara otomatis aktif sesuai dengan desain kincir angin.
5. Yaw drive
Untuk memutar kincir angin sesuai dengan arah datangnya angin. Jadi selain baling baling, kincir angin juga bisa berputar secara vertikal. Sensor pada kincir angin akan mendeteksi arah datangnya angin yang sesuai dan memutar kincir angin.
6. Yaw motor
Sebagai sumber energi untuk memutar yaw drive. Tentu untuk berputar, yaw drive butuh tenaga yang berasal dari motor/mesin.
7. Menara
Tinggi menara tidak boleh asal, harus sesuai dengan karakteristik angin pada suatu daerah geografis. Misalnya, tinggi menara kincir angin di laut yang berbeda dengan kincir angin di pegunungan disebabkan pada ketinggian tertentu, angin pada kondisi ideal untuk memutar baling baling.
Baca juga: Kenapa Pesawat Bisa Terbang Melawan Gravitasi Bumi? Ini Jawabannya!
Proses Cara Kerja Kincir Angin
Berikut proses bagaimana energi pada angin diubah menjadi energi listrik berdasarkan hukum Termodinamika 1, energi tidak dapat dibuat dan dihancurkan, hanya bisa diubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Dalam hal ini, kita mengubah energi kinetik menjadi energi listrik. Lantas, bagaimana kincir angin bisa berputar?
- Kecepatan angin harus sesuai dengan kriteria kincir angin
- Ketika angin berhembus, baling baling akan menangkap energi kinetik yang terdapat pada angin dan berputar
- Putaran (energi mekanik) akan diteruskan oleh shaft ke kotak roda gigi
- Kotak roda gigi berfungsi untuk menaikkan kecepatan putaran beberapa kali lipat, bisa sampai 100x lipat
- Putaran dengan kecepatan yang sesuai akan dikonversikan oleh generator untuk menjadi energi listrik
Yang harus diperhatikan ketika membangun kincir angin
Ketika ingin memasang kincir angin, ada beberapa hal yang harus diperhatikan:
- letak geografis
- keadaan sekitar, apakah dekat dengan pekarangan warga, bagiamana dampaknya
- tinggi angin yang ideal
- dan lain lain
Aplikasi dan Jenis Kincir Angin
Secara umum, pengaplikasian kincir angin tergantung dari jenis kincir angin tersebut. Berikut 3 jenis kincir angin beserta penjelasannya:
1. Kincir angin berbasis daratan
Kincir angin jenis ini bisa menghasilkan listrik sebesar 100 kilowatt sampai beberapa megawatt per buahnya. Kincir angin berbasis daratan adalah yang paling ekonomis dibanting jenis kincir angin lainnya. Biasanya, kincir angin ini ditempatkan sekaligus untuk menghasilkan energi listrik yang lebih besar.
2. Kincir angin berbasis offshore
Kincir angin berbasis lautan cenderung lebih besar dan tinggi, kira kira seperti patung Liberty. Komponen turbin seperti baling baling bisa diangkut dengan menggunakan kapal raksasa. Kinci tipe ini bisa menangkap hembusan angin kuat di lautan dan menghasilkan listrik yang besar.
Kesimpulan
Ketika mengubah satu bentuk energi ke bentuk lainnya, kita tidak dapat mengubah seluruhnya (100%), pasti ada beberapa persen energi yang tidak terkonversi, itulah yang kita sebut “efisiensi”. Misalnya, 100 energi kinetik hanya akan menjadi 70 energi listrik. Dalam kasus angin, kabar baiknya adalah energi angin ini terjadi secara alami alias gratis. Dengan bantuan baling baling yang didesain yang sesuai, kotak roda gigi dan generator, kita bisa melihat bagaimana angin dimanfaatkan menjadi sumber pembangkit tenaga listrik.
