## JEPCA

## Rancang Bangun Pembangkit Listrik Alternatif Menggunakan Termoelektrik dengan Memanfaatkan pada Tungku Pemanas
Muhammad Abdul Manab * , Al Fikri
Program Studi Teknik Elektro Jurusan Teknik Elektro dan Informatika, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Jambi Correspondent email: am@unja.ac.id
Abstrak _ Penelitian ini telah dirancang bangun sebuah pembangkit listrik alternatif menggunakan termoelektrik generator (TEG) dengan  memanfaatkan  tungku  pemanas,  dengan  menggunakan  dua  termoelektrik  generator  (TEG)  yang  di  rangkai  secara  seri. Termoelektrik  yang  memanfaatkan perbedaan suhu dapat menghasilkan tegangan  yang sesuai dengan efek seebeck . Pembangkit listrik alternatif yang telah dirancang tersebut terdiri dari termoelektrik, boost converter , dan beban lampu DC 5 Watt. Pengujian dilakukan  menggunakan Boost  Converter dan  menggunakan  beban  lampu  DC  5  Watt  selama  20  menit.  Hasil  penelitian menggunakan Boost  Converter menghasilkan  tegangan  sebesar  42,8  V  dengan  perbedaan  suhu  sebesar  90°C,  sedangkan menggunakan  beban  lampu  DC  5  Watt  menghasilkan  tegangan  sebesar  8,81  V  dengan  perbedaan  suhu  82°C  dan  arus  yang dihasilkan sebesar 0,6 A, serta daya yang dihasilkan 4,84W.
Kata kunci : Boost Converter ; Termoelektrik Generator
Abstract_ his study aims to design an alternative power generator using a thermoelectric generator (TEG) by utilizing a heating furnace,  using  two  thermoelectric  generators  (TEG)  connected  in  series.  Thermoelectrics  that  take  advantage  of  temperature differences can produce voltages that correspond to the seebeck effect. The alternative power generator that has been designed consist of a thermoelectric, boost converter, and a 5 Watt DC lamp load. The test  was carried out  using a Boost Converter and using a 5 Watt DC lamp load for 20 minutes. The results of the research using the Boost Converter produce a voltage of 42.8 V with  a  temperature  difference  of  90°C,  while  using  a  5  Watt  DC  lamp  load  produces  a  voltage  of  8.81  V  with  a  temperature difference of 82°C and the resulting current is 0.6 A, the resulting power 4.84W.
Keywords: Boost Converter; Thermoelectric Generator

## 1. PENDAHULUAN
Energi  listrik  merupakan  salah  satu  keperluan yang  harus  terpenuhi  bagi  kehidupan  manusia  dalam memenuhi  kebutuhan  sehari-hari.  Energi  listrik  dapat dibangkitkan  dari  beberapa  sumber,  energi  yang  sering digunakan  di  Indonesia  yaitu  batubara,  minyak,  surya, angin, air dan perbedaan suhu [1].
Permasalahan  listrik  di  Indonesia  terutama  di pedesaan masih belum terjangkau oleh penyediaan listrik yangada  karena  berbagai  alasan  dan  kedala,  salah satunya  adalah  jarak  antara  pembangkit  dan  konsumen terlalu jauh. Keadaan desa di Indonesia ada 74.093 desa, diantaranya  39.086  desa  tertinggal  dan  17.268  desa sangattertinggal.  Menurut  Badan  Pusat  Statistik  (BPS) sekitar 15,4% atau lebih dari 12 ribu desa dan kelurahan belum teraliri listrik[2][3].
Kendala  yang  sering  terjadi  di  pedesaan  yaitu akses  jalan  menuju  desa  untuk  mendistribusikan  energi listrik,  permasalahannya  antara  lain,  alokasi  anggaran pemerintah  yang  relatif  kecil  dibanding  luas  wilayah. Indonesia  masih  banyak  tempat-tempat  energi  listriknya tertinggal seperti di pedesaan [2].
Pada  penelitian  ini  dirancang  sistem  pembangkit listrik  menggunakan  dua  termoelektrik  generator, kemudian sebuah Boost Converter digunakan agar dapat menaikan  sumber  tegangan  yang  dihasilkan[4][5]. Sehingga  pada  pengujian  dapat  menghidupkan  lampu DC 12 V.

## 2. TINJAUAN PUSTAKA
Termoelektrik  generator  merupakan  sebuah  alat yang mampu mengkonversi energi panas menjadi energi listrik  secara  langsung  berdasarkan  efek Seebeck yang akan  membangkitkan  tegangan  DC,  termoelektrik  juga memiliki  biaya  perawatan  yang  murah  dan  tidak adabiaya  pengoperasian,  dan  teknologi  pembangkit listrikyang    menggunakan  efek Seebeck dimana  dapat mengubah perbedaan temperatur pada material semikonduktor menjadi listrik [6].
Prinsip  kerja  dari  Termoelektrik  generator  yaitu membutuhkan  perbedaan  temperatur  yang  tinggi  agar menghasilkan  tegangan,  arus,  dan  daya  yang  besar, termoelektrik  generator  mampu  menghasilkan  daya  12 μW/cm2 hanya dengan selisih temperatur 5°C[7].
Termoelektrik  generator  (TEG)  menggunakan sistem  efek Seebeck , efekSeebeck membuktikan  adanya medan  magnet  yang  menggerakan  jarum  kompas  ketika dipasangkan  diantara  rangkaian  logambesi  dan  tembaga salah  satu  sisinya  dipanaskan,  medan  magnet  timbul karena adanya listrik akibat logam yang dipanaskan[8].
Muhammad Abdul Manab dan Al Fikri, Rancang Bangun Pembangkit Listrik Alternatif Menggunakan Termoelektrik dengan Memanfaatkan pada Tungku Pemanas
Gambar 1 . Skema Efek Seebeck [8]
Bahan  termoelektrik  yang  baik  seharusnya memiliki  karakteristik,  konduktivitas  listrik  yang  tinggi meminimalkan  kenaikan  temperatur  dari  hambatan  ke arus listrik yang mengalir, koefisien Seebeck yang besar pada perubahan maksimal dari panas ke daya listrik, dan konduktivitas  panas  yang  rendah  dapat  mencegah konduksi panas melalui bahan[9].
Pengertian  kayu  bakar  adalah  sumber  energi penting  untuk  memasak  baik  untuk  rumah  tangga maupun  industri  rumaha  tangga,  namun  penggunaan kayu  bakar  masih  ada.  Kayu  bakar  digunakan  untuk memasak makanan dan  air, kayu bakar bagi masyarakat di  pedesaan  belum  tergantikan  oleh  jenis  energi  seperti minyak  tanah  dan  gas  karena  daya  belinya  yang rendah[10][11].

## 3. METODE PENELITIAN
Perancangan  pada  penelitian  ini  terdiri  dari rangkaian  sumber  tegangan  (TEG),  rangkaian  converter sebagai  menaikkan  tegangan  tipe Boost  Converter ,  dan Lampu DC 5 Watt sebagai beban.
Gambar 2 . Rangkaian keseluruhan
Gambar 3 . Diagram alir Penelitian

## 4. HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil  pengujian  menggunakan  Termoelektrik Generator,  didapatkan  3  data  sebagaimana  ditampilkan pada tabel 1 berikut ini.
Tabel 1. Pengujian Menggunakan Termoelektrik Generator Waktu (Menit) Temperatu r Panas (°C) Temperatur Dingin (°C) ∆T (° C) Tegangan (V) 2 90 30 60 5,27 4 100 28 72 5,72 6 89 30 59 5,41 8 110 29 81 5,87 10 88 32 56 5,33 12 100 28 72 5,63 14 90 30 60 5,57 16 110 29 81 6,10 18 87 30 57 5,49 20 100 28 72 5,63 Rata-rata 72 5,63
Muhammad Abdul Manab dan Al Fikri, Rancang Bangun Pembangkit Listrik Alternatif Menggunakan Termoelektrik dengan Memanfaatkan pada Tungku Pemanas
Gambar 4 . Karakterisktik Beda Temperatur Terhadap
Tegangan 0 10 20 30 40 50 80 60 90 60 88 70 67 70 82 70 Teg an ga n ( V ) Beda Temperatur (∆T) ∆T Terhadap Tegangan Gambar 5 . Karakteristik ∆T Terhadap Tegangan
Gambar 6 . Karakteristik Tegangan Terhadap Waktu
Data  yang  diperoleh  dari  pengujian  tabel 1,teganganyangdihasilkansebesar6,10Vdenganbedatemp eratur yang dihasilkan 81°C.Pada gambar 5 dapat dilihat bahwa pada 2 menit  awal  terjadi beda temperatur 60°C. Pada  menit  ke  2  sampai  ke  8  terjadi  kenaikan  beda temperatur  yang  terlalu  besar  yang  mencapai  beda temperatur maksimumnya 81°C pada menit ke 8. Setelah mencapai beda temperatur maksimum, terjadi penurunan beda temperatur pada TEG yang dimulai pada menit ke 6 yaitu  59°C,  menit  ke  10  dengan  beda  temperatur  56°C
dan  menit  ke  18  dengan  beda  temperatur  57°C,  akan mengalami  penurunan  jika  tidak  ditambahkan  kayu bakar dan es batu kembali.
Gambar  6  dapat  dilihat  bahwa  semakin  besar beda  temperatur  maka  tegangan  yang  dihasilkan  dari termoelektrik  generator  juga  semakin  besar.  Pada pengujian  ini  beda  temperatur  terbesar  adalah  81°C dengan tegangan keluarannya sebesar 6,10 V.
Sedangkan  beda  temperatur  terkecilnya  adalah  56°C yang  menghasilkan  tegangan  sebesar  5,33  V.  Maka dapat  dilihat  nilai  tegangan  sebanding  dengan  beda temperatur.
Perubahan pada ∆T terus terjadi seiringnya waktu sehingga  ∆T  sejajar  dengan  pertambahan  waktu  seperti pada  gambar  diatas  yaitu  tegangan  yang  dihasilkan terhadap  waktu  maka  tegangan output akan  terus mengalami  kenaikan  hingga  mencapai  titik  maksimum dari  termoelektrik  generator  yang  menerima  dan melepaskan  (∆T)  dari  panas  pembakaran.  Tegangan yang  dihasilkan  dari  menit  2  adalah  5,27  Vdengan∆T 60°C  dan  terus  mengalami  kenaikkan  di  menit  ke  4 dengan  tegangan  5,72  V  dengan  ∆T  72°C  maka menambahkan  batu  es  dan  kayu  bakar  untuk mempertahankan  beda  temperatur  agar  tegangan  tidak megalami penurunan.Tegangan maksimum yang dihasilkan  selama  20  menit  yaitu  6,10  V  pada  menit  ke 16 dengan beda temperatur 81°C.
Tabel 2. Pengujian Menggunakan Boost
Gambar 7. Karakteristik Beda Temperatur Terhadap Beda Temperatur
Muhammad Abdul Manab dan Al Fikri, Rancang Bangun Pembangkit Listrik Alternatif Menggunakan Termoelektrik dengan Memanfaatkan pada Tungku Pemanas
Gambar 8 . Karakteristik Beda Temperatur Terhadap Tegangan
Gambar 9 . Karakteristik Tegangan Terhadap Waktu
Hasil  pengujian  tabel  2  dapat  dilihat  tegangan
yang dihasilkan sebesar 42,8 V dengan beda  temperatur 90°C.Pada  gambar  7  dapat  dilihat  bahwa  2  menit  awal terjadi  peningkatan  beda  temperatur  yang  signifikan. Pada  menit  ke  2  sampai  ke  6  terjadi  kenaikan  beda temperatur  yang  terlalu  besaryangmencapai  beda temperaturnya  90°C  pada  menit  ke6.  Setelah  mencapai beda  temperatur  maksimum,  terjadilah  penurunan  beda temperatur  pada  TEGyang  dimulai  pada  menit  ke  6 hingga  ke  menit  ke  8  yaitu  60°C  dan  akan  mengalami penurunan  jika  tidak  ditambahkan  kayu  bakar  dan  batu es kembali.
Pada gambar 8 dapat dilihat bahwa semakin besar beda  temperatur  maka  tegangan  yang  dihasilkan  dari termoelektrik  generator juga semakin besar.  Begitu pula sebaliknya  apabila  beda  temperatur  semakin  kecil  maka tegangan  yang  dihasilkan  semakin  kecil  juga.  Pada pengujian  ini  beda  temperatur  terbesar  adalah  90°C dengan  tegangan  keluarannya  sebesar  25,52  V. Sedangkan  beda  temperatur  terkecilnya  adalah  60°C yangmenghasilkan tegangan sebesar 16,62V.
Pada  gambar  9,  berdasarkan  dari  pembahasan pada  gambar  4  dan  gambar  5  dapat  disimpulkan  bahwa tegangan output dihasilkan  berdasarkan  perbedaan temperatur  yang  terjadi  seiringnya  waktu  sehingga  beda temperatur  sejajar  dengan  pertambahan  waktu  seperti pada  gambar  3  yaitu  tegangan  yang  dihasilkan  terhadap waktu  maka  tegangan output akan  terus  mengalami kenaikan  hingga  mencapai  titik  maksimum  dari termoelektrik  generator  yang menerima dan  melepaskan beda  temperatur  dari  panas  pembakaran.  Tegangan maksimum  yang  dihasilkan  selama  20  menit  yaitu  42,8 V.
Tabel 3. Pengujian menggunakan beban lampu
Waktu (Menit) Temperatur Panas (°C) Temperatur Dingin (°C) ∆T (°C) Tegangan (V) V I P 2 100 20 80 18,62 8,56 0,55 4,71 4 90 30 60 19,08 8,69 0,53 4,61 6 110 20 90 25.52 8,81 0,53 4,67 8 90 30 60 16,62 8,65 0,55 4,76 10 110 22 88 42,8 8,78 0,52 4,57 12 100 30 70 18,23 8,60 0,54 4,64 14 100 33 67 24,52 8,83 0,54 4,77 16 100 30 70 14,41 8,63 0,53 4,57 18 110 28 82 26,73 8,80 0,55 4,84 20 100 30 70 20,01 8,65 0,52 4,50 Rata- rata 73,7 22,34 8,7 0,54 4,66
Muhammad Abdul Manab dan Al Fikri, Rancang Bangun Pembangkit Listrik Alternatif Menggunakan Termoelektrik dengan Memanfaatkan pada Tungku Pemanas
Gambar 10 . Karakterisktik Waktu Terhadap ∆T
Gambar 11 . Karakteristik ∆T Terhadap Tegangan
Gambar 12 . Karakteristik Tegangan Terhadap Waktu
Gambar 13. Karakteristik Arus Terhadap Waktu
Gambar 14. Karakteristik Daya Terhadap Waktu
Gambar 15 . Pengujian Menggunakan Lampu
Hasil  pengujian  dari  tabel  3,  tegangan  yang dihasilkan  sebesar  8,83V  dengan  beda  temperatur  yang dihasilkan82°C.Pada  gambar  10  dapat  dilihat  beda temperatur terhadap waktu dalam rentang 20 menit. Pada menit  ke  6  terjadi  peningkatan  temperatur  yang signifikan.  Kemudian  temperatur  mengalami  naik  turun yang tidak terlalu signifikan, dikarenakan setiap 4 menit dilakukan  penambahan  batu  es  atau  kayu  bakar, sehingga  apabila  tidak  ditambahkan  batu  es  atau  kayu bakar  maka  tegangan  akan  mengalami  penurunan sehingga panas yang dihasilkan tidakmaksimal.
Pada  gambar  11  dapat  dilihat  semakin  besarnya perbedaan  suhu  maka  tegangan  yang  dihasilkan  akan semakin  besar  dan  sebaliknya.  Perbedaan  suhu  terbesar adalah  82°C  dengan  keluaran  tegangan  8,81  V.  dan gambar  12  dapat  dilihat  nilai  tegangan  yang  dihasilkan pada  perbedaan  suhu  antara  kedua  sisi.  Perbedaan  suhu terus  mengalami  kenaikan  setiap  4  menit,  sehingga menyebabkan  teganganyangdihasilkan  setiap  4  menit terus  mengalami  kenaikan.  Kemudian  tegangan  yang dihasilkan mengalamipenurunan secara bertahap seiringnya perbedaan suhu.
Gambar  13  dapat  dilihat  nilai  keluaran  arus  dari lampu  mengalami  nilai  yang  tetap.  Percobaan  ini dilakukan  dengan  durasi  waktu  20  menit,  dapat disimpulkan  bahwa  nilai  arus  yang  di  uji  pada  durasi
Muhammad Abdul Manab dan Al Fikri, Rancang Bangun Pembangkit Listrik Alternatif Menggunakan Termoelektrik dengan Memanfaatkan pada Tungku Pemanas
waktu  20  menit  tidak  melebihi  0,6A.  Dan    gambar  14 daya  yang  dihasilkan  dari  perbedaan  suhu  cenderung meningkat pada awal dan setiap 4 menit, kemudian turun pada  menit  ke  20.  Perbedaan  suhu  terus  mengalami kenaikan pada menit ke 18, sehingga menyebabkan daya yang  dihasilkan  4,84  W.  Tegangan  mengalami penurunan secara bertahap seiringnya perbedaansuhu.

## 5. KESIMPULAN
Pembangkit listrik alternatif menggunakan termoelektrik  generator  denganmemanfaatkan  tungku pemanas  bekerja  denganbaik.  Damana  hasil  dari perancangan  menggunakan  2  termoelektrik  generator (TEG)  yang  dipasangkan  secara  seri  kemudian dihubungkan  ke boost  converter ,  dan  dihubungkan  ke lampu  DC  5  Watt  dapat  digunakan.  Perbedaan temperatur maksimalmenggunakan termoelektrik generator (TEG) sebesar 81°C pada menit ke 16 dengan tegangan 6,10V.
Nilai  keluaran  tegangan  maksimal  termoelektrik generator  (TEG)  dengan  menggunakan  lampu  sebesar 8,83V.Perbedaan  temperatur  maksimal  yang  dihasilkan menggunakan Boost  Converter adalah  90°C  ,  dengan tegangan  sebesar  25,52V.Arus  yang  dihasilkan  dari percobaan  menggunakan  lampu  bernilai  0,55  A  dan sedangkan  daya  yang  dihasilkan  sebesar  4,84  W  pada temperatur maksimal 82°C.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] M.Bachtiar,  “Prosedur  Perancangan  Sistem Pembangkit  Listrik  Tenaga  Surya”  SMARTek, Vol.4, No.3,pp.176-182, 2006.
[2] Pennelli.G," Review of Nanostructured Devices for Thermoelectric  Applications,"  Beilstein  Journal  of Nanotechnology, Vol.5, pp.1268- 1284, 2014.
[3] Lie.J,  Putu.  A,  I  Nyoman.S,“Usaha  Mengatasi Krisis  Energi  Dengan  Memanfaatkan  Aliran Pangkung  Sebagai  Sumber  Pembangkit  Listrik Alternatif  Bagi  Masyarakat  Dusun  Gambuk Pupuan  Tabanan,”  Universitas  Udayana  Bali, Laporan Penelitian, 2010.
[4] C.Y.Sirait dan Hendi Matalata,"PERANCANGAN
BOOST CONVERTER DENGAN LDR SEBAGAI  PENGENDALI  SINYAL  PWM,"
JEPCA, Vol.1, No.2, 2018.
[5] Hendi  Matalata,"Analisa  Buck  Converter  dan Boost  Converter  Pada  Perubahan  Duty  Cycle PWM  Dengan  Membandingkan  Frekuensi  PWM 1,7  KHz  dan  3,3  KHz,"  Jurnal  Ilmiah  Universitas Batanghari Jambi, Vol.18, No.1, Februari 2018.
[6] Zhang.  H.,  Xu  .T,  Hashimoto.S  and  Watanabe.T," The  Possibility  of  mW-Class-On-Chip  Power Generation  Using  Ultrasmall  SI  Nanowire-Based Thermoelectric Generator,".IEEE Transactions, 65,
1-8, 2018.
[7] Rowe  DM.  Thermoelectric  CRChandbook.  Boca
Raton (FL): CRC Press; 2005
[8] Roekettino,  Ardian,"  perancangan  awal  dan manufaktur  termoelektrik  generator,"  Universitas Indonesia, 2008.
[9] T.  Kania1,  A.  Dreizler,  J.  Janicka,  B.Schilder,S. Hardt,  P.  Stephan,"  Conceptual  Study  of  a  Micro Energy Converter Using Thermoelectric
Materials,"  The  Sixth  International  Workshop  on Micro  and  Nanotechnology  for  Power  Generation and  Energy  Conversion  Applications,  Berkeley, U.S.A, Nov. 29 - Dec. 1, 2006.
[10] Hariyatno  Dwiprabowo,"Kajian  Kebijakan  Kayu Bakar  Sebagai  Sumber  Energi  di  Pedesaan  Pulau Jawa," Jurnal Analisa Kebijakan Kehutanan Vol. 7, No.1, 2010.
[11] Ade  Chandra,"  Pengujian  Performansi  Penerapan Termoelektrik Pada Tong Sampah," 2017.