Jurnal Integrasi
Vol. 9 No. 1, April 2017, 92-96 e -ISSN: 2548 - 9828
Received March, 2017 Accepted April, 2017

## Heat Energy Harvesting untuk Sumber Listrik DC Skala Kecil
Arif Febriansyah Juwito*
Jurusan Teknik Elektronika, Politeknik Negeri Batam
arifjuwito@polibatam.ac.id

## Abstrak
Kondisi Provinsi Kepulauan Riau yang 95% wilayahnya merupakan laut menyebabkan distribusi listrik pada pulau- pulau kecil yang banyak tersebar di wilayah ini menjadi tidak merata. Kondisi panas matahari yang dihasilkan pada atap rumah nelayan pada siang hari dapat digunakan sebagai sumber listrik skala kecil dengan menggunakan piranti yang disebut dengan thermoelectric generator. Pada penelitian ini dibuat prototype penerima panas matahari yang selanjutnya dikonversi menjadi energy listrik. Prototype ini bekerja berdasarkan prinsip seeback, dimana perubahan panas di salah satu sisi dari thermoelectric generator menyebabkan terjadinya perbedaan suhu ( ∆𝑇 ) antara dua sisi yaitu sisi panas dan sisi dingin dari Thermoelectric Generator (TEG) sehingga menghasilkan beda potensial pada ujung – ujung kutub –p dan –n. Dari percobaan yang dilakukan pada prototype ini diperoleh hasil optimal dengan merangkai 20 TEG yang dihubungkan secara seri dan parallel, dihasilkan listrik dengan  nilai tegangan sebesar 5 VDC dengan kondisi suhu permukaan heat collector sebesar 58,59 0 C.
Kata Kunci: Thermoelectric Generator, Heat Collector, Energi listrik.

## Abstract
The condition of Riau Islands Province which 95% of its territory is the sea causes the distribution of electricity on small islands that are widely spread in this region becomes uneven. The solar heat conditions generated on the roof of  a  fisherman's  house  during  the  day  can  be  used  as  a  small-scale  power  source  by  using  a  device  called  a thermoelectric generator. In this research a prototype of solar thermal receiver is converted into electrical energy. The prototype works based on the seeback principle, where heat changes on one side of the thermoelectric generator cause a temperature difference (ΔT) between the two hot and cold sides of the Thermoelectric Generator (TEG) to produce  a  potential  difference  at  the  polar  ends  -  P  and  -n.  From  the  experiments  performed  on  this  prototype obtained optimal results by assembling 20 TEG which connected in series and parallel, generated electricity with a voltage value of 5 VDC with surface temperature temperature of heat collector of 58,590 C.
Keywords:  Thermoelectric Generator, Heat Collector, Electrical Energy

## 1 Pendahuluan
Propinsi  kepulauan  riau  merupakan  salah  satu provinsi  di  Indonesia  yang    sebagian  besar wilayahnya terdiri dari lautan dengan perbandingan 95%  lautan  dan  5%  daratan,  sehingga  daratan  di provinsi  kepulauan  riau  merupakan  pulau-pulau kecil yang tersebar secara merata diseluruh wilayah di Provinsi ini [1].
Gambar 1. Peta Kepulauan Riau Secara geografis Provinsi Kepulauan Riau terletak di selat  malaka  yang  berbatasan  langsung  dengan Negara  Singapura  dan  Malaysia,  kondisi  ini menjadikan Provinsi Kepulauan Riau memiliki letak yang  sangat  strategis  yang  menjadikan  provinsi  ini salah  satu  tulang  punggung  perekonomian  di Indonesia.  Hal  ini  dapat  dilihat  dengan  banyaknya industri manufaktur, galangan kapal, minyak dan gas yang berinvestasi di provinsi ini.
Gambar 2. Desa nelayan
Banyaknya industri yang ada di Provinsi Kepulauan Riau  terutama  di  pulau  Batam  menyebabkan banyaknya  energi  listrik  yang  diperlukan  untuk melayani  beban  listrik  yang  ada  di  kepulauan  riau semakin  besar  dan  cenderung  bertambah  setiap tahunnya [2]. Sedangkan untuk kondisi kelistrikan di pulau-pulau kecil disekitar pulau Batam dan Bintan sangat  terisolasi  hal  ini  dikarnakan  jauhnya  jarak antara  pulau-pulau  kecil  dengan  pulau  Batam menyebabkan distribusi energi listrik tidak ekonomis,  sehingga  perlu  dilakukan  cara  alternatif untuk untuk mengatasi permasalahan ini.

## 2 Metode
Penelitian  ini  dilakukan  dengan  memanfaatkan panas  matahari  pada  atap  rumah  penduduk  di  desa nelayan  kepulauan  riau.  Dimana  suhu  rata-rata ketika  siang  hari  mencapai  50 0 C.  perbedaan  suhu antara  permukaan  dan  bawah  atap  ( ∆𝑡 ),  digunakan sebagai penghasil listrik menggunakan Thermoelectric generator. Berdasarkan efek seeback,  dimana  koefisien  seeback  diperoleh menggunakan persamaan [3]:
𝛼 𝐴𝐵 = 𝑉 Δ𝑇 ..........  ............................................. (1) dimana : 𝛼 𝐴𝐵 : koefisien seeback 𝑉 : tegangan Δ𝑇 : perbedaan suhu
Gambar  3.  Bagian  thermoelectric  generatorSistem
energi  harvesting  yang  dibuat  pada  penelitian  ini memanfaatkan  plat  alumunium  yang  digunakan untuk  merangkai  komponen Thermo  Electric Generator (TEG)  yang  terhubung  secara  seri- parallel,  yang  kemudian  plat  alumunium  tersebut dapat dipasang dibawah atap seng, atau dipaparkan langsung dibawah sinar matahari, sehingga langsung menyerap  energi  panas.  Bentuk  modul Heat Collector dapat dilihat pada gambar berikut:
Dikarnakan  output  dari Heat  Collector sangat dipengaruhi  oleh  perbedaan  suhu  antara  bagian panas  dan  bagian  dingin  dari  TEG,  maka  untuk mengoptimalkan  daya  output  pada  collector,  pada sisi  bawah/  bagian  dingin  dari  TEG  dipasang heatsink sebagai  media  pelepas  panas  yang dihasilkan pada bagian dingin dari TEG dikarnakan pengaruh  panas  dari  plat  alumunium  yang  terkena sinar matahari.
Plat  alumunium  dipasang  TEG  dengan  jumlah  20 buah,  dimana  dengan  jumlah  tersebut  diharapkan dapat menghasilkan daya listrik yang optimal sesuai dengan suhu yang terukur pada heat collector .
Gambar. 5. Pemasangan heatsink dan kabel

## 3 Hasil dan Pembahasan
Kondisi  suhu  puncak yang  diperoleh  dari pengukuran dalam  kurun  waktu antara pukul 11.00 hingga  pukul  14.00,  rata-rata  adalah  50 0 C.  Untuk mendapatkan  tegangan  output  yang  optimal  dari sistem,  Thermo  Electric  Generator  (TEG)  yang terpasang  di collector, dirangkai  dengan  beberapa konfigurasi. Dimana output tegangan yang dihasilkan,  diukur  menggunakan  alat  monitoring tegangan dan suhu. Sehingga setiap perubahan suhu dan  tegangan  yang  terjadi  dapat  disimpan  dan digunakan sebagai bahan analisa.
Gambar 6. Pengujian dan pengambilan data

## 1. 5 TEG terhubung secara seri
Pada  konfigurasi  ini,  output  tegangan  yang diperoleh  masih  sangat  kecil.  Hal  ini dikarnakan  suhu  yang  terukur  pada  kolektor berkisar  antara  30  –  35 0 C.  dimana  tegangan yang dihasilkan dapat dilihat pada tabel berikut.
Tabel 1. 5 TEG terhubung seri Tegangan (V dc) Temperatur ( 0 C) 32,71 33,2 34,18 0,11 0,13 0,16 Pada  tabel  1  diatas  dapat  dilihat  bahwa  pada suhu  32,71 0 C  tegangan  yang  terukur  sebesar
0,11  Vdc,  dan  tegangan  ini  akan  naik  seiring dengan naiknya suhu pada kolektor.
2. 12 TEG terhubung secara seri Tidak terdapat kenaikan yang signifikan ketika 12  TEG  dihubungkan  secara  seri,  pada konfigurasi  ini  nilai  tegangan  yang  diperoleh adalah 0,37 Vdc pada suhu 37,11 C.
Tabel 2. 12 TEG terhubung seri Tegangan (V dc) Temperatur ( 0 C) 35,6 36,62 37,11 0,29 0,33 0,37
3. 20 TEG terhubung secara seri dan parallel. Pada  konfigurasi  ini  2  x  10  TEG  terhubung secara seri kemudian dari dua baris TEG seri ( 10 seri) dihubungkan secara parallel.
Tabel 3. 20 TEG terhubung seri-paralel
Tegangan (V dc) Temperatur ( 0 C) 44,92 56,64 58,59 3,89 4,51 5
Tegangan  yang  terukur  pada  konfigurasi  ini mencapai 5 Vdc pada suhu 58,59 0 C .
Jenis  plat  yang  digunakan  juga  mempengaruhi kecepatan  dan  panas  maksimal  dari  kolektor  panas matahari,  berdasarkan  percobaan  yang  dilakukan
menggunakan tiga jenis plat yang berbeda yaitu Plat Alumunium, Plat Besi dan Plat Seng diperoleh data sebagai berikut.
Tabel 4. Kecepatan perubahan panas pada plat alumunium. Suhu Waktu (s) 0 18 36 54 72 90 108 126 144 162 180 28,32 28,8 29,79 30,76 32,23 34,18 36,13 38,09 40,04 41,02 42,48
Gambar 7. Grafik hubungan perubahan suhu terhadap waktu.
Pengambilan data kecepatan penyerapan panas pada masing-masing plat dilakukan pada siang hari antara pukul  12.00  hingga  13.00,  dimana  kondisi  cuaca disaat pengambilan data dalam kondisi cerah. Durasi pengambilan data, diambil dalam waktu yang sama yaitu 180 detik.
Pada gambar 7 terlihat bahwa pada plat alumunium, perubahan  panas  yang  terjadi  sangat  cepat  dan memiliki  kecendrungan  meningkat  seiring  dengan waktu.  Suhu  tertinggi  pada  detik  ke  180  adalah 42,48 0 C.
Tabel 5. Kecepatan perubahan panas pada plat besi
Suhu Waktu (s) 0 18 36 54 72 90 108 126 144 162 180 27,83 27,34 27,34 26,86 26,86 26,86 26,86 27,34 27,83 27,83 27,83
Gambar 8. Grafik hubungan perubahan suhu terhadap waktu.
Pada gambar 8 terlihat bahwa perubahan suhu yang terjadi pada plat besi berbeda pada plat alumunium. Pada plat besi terjadi penurunan suhu pada detik ke 20 menjadi 27,34 0 C , dari suhu awal sebesar 27,83 0
C.  hal  ini  dikarnakan  lambatnya  plat  besi  untuk
menyebarkan  panas  pada  permukaannya.  Hal  ini terlihat dalam durasi waktu antara 0 hingga 180 detik tidak  terjadi  kenaikan  suhu  pada  permukaan  plat besi.
Tabel 6. Kecepatan perubahan panas pada plat seng
Suhu Waktu (s) 0 18 36 54 72 90 108 126 144 162 180 28,10 29,3 28,81 28,81 28,81 28,81 29,3 23,3 29,3 29,3 29,3
Gambar 9. Grafik hubungan perubahan suhu terhadap waktu plat seng.
Pada plat seng kondisi suhu permukaan plat memiliki kencendrungan konstan dalam waktu 180 detik, hal ini terlihat bahwa terdapat perbedaan yang sangat kecil terhadap kondisi suhu diawal yang sebesar 28,10 0 C menjadi 29,3 0 C.

## 4 Kesimpulan
Dari penilitian yang dilakukan mengenai pemanfaatan panas matahari untuk menghasilkan energi listrik dapat diambil beberapa kesimpulan :
1. Konfigurasi optimal dari 20 TEG yang digunakan pada  Heat  Collector  adalah  2  baris  seri,  dimana pada  masing-masing  baris  terdiri  dari  10  TEG yang  dirangkai  secara  seri,  dihubungkan  secara parallel.
2. Pada  konfigurasi  ini  diperoleh  nilai  tegangan sebesar 5 Vdc pada suhu sebesar 58,59 0 C.
3. Dari  hasil  percobaan  terhadap  3  jenis  plat  yang digunakan  pada  collector,  diperoleh  data  yang menunjukkan  bahwa  plat  alumunium  memiliki kecenderungan  perubahan  panas  yang  relative cepat apabila dibandingkan dengan plat besi dan plat seng.

## Daftar Pustaka
[1]  “Tentang Kepri.” [Online]. Available: http://kepriprov.go.id/index.php/tentang-kepri. [Accessed: 29-Dec-2016].
[2]  “b’right PLN Batam.” [Online]. Available: http://www.plnbatam.com/bright/content.asp?con tentid=417. [Accessed: 01-Mar-2017].
[3]  L. E. Bell, “Cooling, Heating, Generating Power, and Recovering Waste Heat with Thermoelectric Systems,” Science , vol. 321, no. 5895, p. 1457,
Sep. 2008.