## Perancangan Thermoelectric Generator (TEG) sebagai Sumber

## Energi Terbarukan
Faikul Umam 1* , Hairil Budiarto 2 , Sri Wahyuni 3 1,2,3 Fakultas Teknik Universitas Trunojoyo Madura
* faikul@trunojoyo.ac.id
DOI: http://dx.doi.org/10.21107/rekayasa.v10i2.6345
Abstrak: Kebutuhan  bahan  bakar  fosil  untuk  pembangkit  listrik  semakin  meningkat, sehingga cadangan bahan bakar semakin menipis. Energi listrik merupakan energi yang sangat  mudah  untuk  dipergunakan,  karena  sangat  mudah  dikonversi  menjadi  bentuk energi lain dengna mudah dan efisien. Pemerintah telah mencanangkan untuk berhemat energi  dan  memberikan  program  program  perancangan  energi  terbarukan  melalui perubahan energi matahari, angin, air dan biomassa. Penelitian energi terbarukan pada solar  cell,  micro  hydro  dan  biomassa  telah  banyak  dilakukan,  isu  terkini  pada  energi terbarukan  adalah  pemanfaatan  panas  buang  (waste  heat),  pada  dunia  industri  dan permesinan  seperti  automobiles,  boilers  dan  radiator  pada  mobil  dan  kapal  banyak menyumbang  panas  yang  terbuang.  Thermoelectric  generator  (TEG)  merupakan  jenis semikonduktor yang dapat menghasilkan tegangan berdasarkan perbedaan temperatur yang  melewati  kedua  sisi  alatnya.  Perancangan  media  ajar  energi  terbarukan  dengan memanfaatkan Thermoelectric generator (TEG) akan menggunakan dua jenis fluida yaitu fluida panas da fluida dingin, untuk membangkitkan fluida panas digunakan heater dan untuk  fluida  dingin  akan  menggunakan  air  es.  Metode  pada  penelitian  ini  adalah eksperimental  dari  5  TEG  yang  disusun  secara  seri  dan  di  paralel  dengan  5  TEG berikutnya. Data hasil percobaan bahwa media ajar TEG dapat menghasilkan tegangan 9,20  volt  pada  kondisi  fluida  panas  pada  temperatur  64oC  dan  fluida  dingin  pada temperatur 11oC, sedangkan perbedaan temperatur (ΔT=53oC) .
Kata Kunci: media ajar, energi terbarukan, TEG

## PENDAHULUAN
Ketergantungan  pada  bahan  bakar  fosil untuk pembangkit listrik semakin meningkat  dari  tahun  ketahun,  namun demikian  cadangan  bahan  bakar  fosil akan terus menipis seperti minyak & gas bumi adalah sumber yang paling banyak digunakan namun tidak dapat diperbaharui  [1].  Isu  masalah  energi  dan permintaan untuk sumber energi alternatif  sangat  diperlukan  untuk mengurangi ketergantungan pada bahan bakar  fosil  tersebut,  bagi  perkembangan suatu negara, krisis energi memaksa untuk mencari  sumber  alternatif  energi  baru terbarukan  yang  ramah  lingkungan sehingga  tidak  berdampak  buruk  bagi lingkungan.
Pada  pembuatan  media  ajar  ini,  kami menggunakan  satu  perangkat  yang digunakan untuk dibuat dan diperkenalkan  oleh  manusia  sebagai energi  terbarukan  yaitu  thermo  electric peralatan  generator  untuk  menghasilkan listrik. Seperti kita tahu energi terbarukan adalah,  energi  matahari,  angin  energi, energi  air,  energi  gelombang  laut,  dll, energi tersebut dapat menghasilkan listrik dalam  berbagai  bentuk  dan  metode.
Namun beberapa
penggunaannya memiliki  kekurangan.  Sel  surya  adalah yang paling umum digunakan di aplikasi seperti industri rumah tangga dan sistem kelistrikan  pesawat  ruang  angkasa. Namun,  jika  tidak  ada  cahaya  matahari tidak  akan  ada  produksi  listrik  sumber alternatif diperlukan untuk  menghasilkan
listrik. Energi angin dan hidro listrik punya kekurangan yqng membuat mereka lebih sedikit  daya  produksi  dan  tidak  cukup untuk penggunaan yang lebih luas. Dunia industri  dan  permesinan,  menghasilkan panas  buang  yang  sangat  banyak,  jika panas  tersebut  dapat  dimanfaatkan menjadi  energi  listrik  maka  kita  dapat menghemat  bahan  bakar,  dengan memanfaatkan Thermoelectric  generator (TEG) pada sisi panas dilewati fluida panas (berupa air panas) dan sisi dingin dilewati fluida  dingin  (air  es),  maka  TEG  tersebut akan menghasilkan voltage listrik [2].

## METODE PENELITIAN
A. Alur Sistem Pembuatan  media  ajar  dilakukan  di Laboratorium Mekatronika fakultas Teknik Universitas  Trunojoyo  madura,  fluida panas  yang  digunakan  adalah  air  panas yang dipanaskan dengan bantuan heater, fluida  dingin  yang  digunakan  adalah  air es. Sebagai aktuator digunakan pompa air mini  untuk  memompa  kedua  fluida tersebut. Sensor temperatur mengguakan LM35  yang  tahan  air,  dua  buah  sensor diletakkan  pada  aliran  fluida  panas  dan fluida  dingin  untuk  mencatat  keluaran temperatur  dan  ditampilkan  pada  LCD. Percobaan  dengan  memerikan  beban berupa  lampu  LED  12  volt.  Langkah langkah  pembuatan  dan  pegujian  media ajar, seperti pada Gambar 1.

## B. Spesifikasi TEG
Seperti  pada  Gambar  2,  TEG  pada penelitian ini menggunakan tipe TEG127- 40A,  sedangkan  semikonduktor  yang digunakan  adalah  Bismuth  (Bi)  dan Telurium  (Te).  Selain  itu  digunakan heatsink sebagai sistem pendingin. Hal ini dilakukan  agar  penyerapan  panas  lebih maksimal dari sisi dingin TEG127-40A.
Gambar 1. Alur Sistem
Gambar 2. Rangkaian seri dan paralel TEG127-40A
C.
Thermoelectric Generator (TEG)
Konversi  energi  panas  menjadi  energi listrik  sedang  marak  dilakukan  oleh  para peneliti  salah  satunya  menggunakan Thermoelectric Generator (TEG) [3][4]. TEG terdiri dari sisi panas dan sisi dingin yang memungkinkan dapat mengalirkan elektron dari sisi panas ke sisi yang lebih
dingin.  Thermoelectric  memiliki  tiga antara  lain  Seebeck  Effect,  Peltier  Effect, dan  Thomson  Effect  [5].  Seperti  pada Gambar 3, penjelasan seebek terkait hal ini yakni  jika  kedua  simpangan  stabil  pada temperatur berbeda, maka
akan menghasilkan  tegangan.  Konduktifitas termal air biasanya lebih tinggi dari pada udara,  sehingga  koefisien  perpindahan panas lebih maksimal [6].
Aliran daya thermoelektrik menggunakan konsep  aliran  fluida,  yaitu  aliran  panas tertutup seperti seperti pada persamaan 1. Pada kasus penggunaan logam, koefisien Seebeck  sangat  kecil,  oleh  karena  itu digantikan dengan bahan semikonduktor misalnya  germanium-silikon  dengan koefisien 830 µV/K [7].

## (1)
Efek  Peltier  merupakan  kebalikan  efek Seebeck  yakni  perbedaan  temperatur disebabkan  oleh  tegangan,  dan  ketidak stabilan  temperature  yang  disebabkan oleh  koefisien  Seebeck  merupakan  efek Thomson.  Dari  sini  TEG  dibangun menggunakan prinsip dasar efek Seebeck, sehingga  panas  yang  tersedia  di  bumi dapat  dimanfaatkan  lebih  maksimal  [8]. Modul  thermoelectric  generator  dapat dilihat pada Gambar 4(a) dan Gambar 4(b).
Gambar 3. Prinsip Kerja TEG
Gambar 4 (a)(b). Diagram Skematik TEG

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Desain media ajar TEG Proses  pembuatan  alat  ini  dilakukan sepenuhnya  dilaboraturium  Mekatronika Dasar  Universitas  Trunojoyo  Madura, media ajar menggunakan TEG sebanyak 5 buah  yang  dirangkai  secara  seri  dan diparalel  dengan  5  buah  TEG  yang dirangkai secara seri juga. Berikut adalah skema  rancangan  alat  yang  dibuat  pada Gambar 5
Gambar 5. Desain media ajar
Keterangan : 1. Pompa fluida panas (heat pump)
2. Pompa fluida dingin (cold pump)
3. Tangki fluida panas
4. Tangki fluida dingin
5. Volt  meter  (display  tegangan  yang dihasilkan)
6. Valve kran
7. Fluida dingin masuk 8. Fluida dingin keluar
9. Generator thermal(TEG)
Media  ajar  energi  terbarukan  dengan memanfaatkan TEG seperti pada Gambar 6., langkah selanjutnya adalah melakukan pengujian pada media ajar tersebut.
Gambar 6. Hasil Pembuatan Alat

## Pengujian Alat
Sebelum mengetahui data hasil
percobaan  yang  telah  dilakukan  terlebih dahulu  mengetahui  dan  menghitung parameter  pengukuran  yang  akan dilakukan :
a. Tegangan  maksimal  yang  dihasilkan TEG
Menurut datasheet untuk 1 buah TEG memiliki  dengan  kapasitas  panas maksimal  150 o dapat  menghasilkan tegangan  listrik  sebesar  4,8  V. Percobaan  ini  menggunakan  5  buah TEG yang disusun secara seri sehingga kapasitas tegangan maksimal (diasumsikan  panas  yang  diberikan
maksimal)  yang  akan  dihasilkan adalah : V total =  TEG 1 + TEG 2 + TEG 3 + TEG 4 +
TEG 5 V total =  4,8 +4,8 +4,8 +4,8 +4,8 V total =  24 V
b. Arus maksimal yang dihasilkan TEG
Menurut datasheet untuk 1 buah TEG memiliki  dengan  kapasitas  panas maksimal  150 o dapat  menghasilkan arus  listrik  sebesar  669  mA.  Namun dalam penelitian ini penggunaan arus diabaikan.  Hal  ini  dilakukan  karena susunan  rangkaian  TEG  berupa rangkaian  seri  yang  menurut  hukum pembagi arus, arus akan bernilai tetap apabila  sebuah  rangkaian  disusun seri.
Penelitian  ini  terbagi  menjadi  2  siklus yakni  siklus  naik  dan  siklus  turun.  Siklus naik adalah percobaan dimana suhu awal dibiarkan sama dengan suhu ruang yang kemudian    diberikan  perlakuan  pada masing-masing  tabung  fluida.  Tabung  I diberikan perlakuan pemanasan, sedangkan Tabung II diberikan perlakuan pendinginan.  Siklus  ini  dilakukan  selama 20  menit  dengan  pembacaan  hasil  yang akan  di record per  2  menit.  Data  hasil pengujian  akan  disajikan  dalam  bentuk Tabel 1

## Tabel 1. Tabel Hasil Pengujian Media Ajar
Menit ke- T panas ( o C) T dingin ( o C) ΔT ( o C) V (Volt)
0 30 30 0 0,28
2
35 23 12 1,92
4
39 21 18 2,86
6
43 20 23 3,66 8 46
18 28 4,40
10
50 17 33 5,09 12
52 14 38 5,88 14 55
13
42 6,46 16 57
12
46 7,40 18 60
13 47 8,70 20
64 11 53 9,20
Rata-rata kenaikan temperatur T panas 4 o C Rata-rata penurunan temperatur T dingin 2 o C Rata-rata perbedaan temperatur ( ΔT) 31 o C Rata-rata tegangan yang dihasilkan 5,08 V

## KESIMPULAN DAN SARAN
Berdasarkan  hasil  pengujian  didapatkan bahwa  rata  rata  kenaikan  temperatur sekitar  4 o C,  dan  rata  rata  penurunan temperatur  sekitar  2 o C,  perbedaan temperatur rata rata ( Δ T) adalah 31 o C, dan tegangan  yang  dihasilkan  rata  rata  5,08 volt.  Pada  percobaan  selama  20menit, tegagan tertinggi yang dihasilkan adalah 9,20  volt,  dan  dapat  terus  meningkat berbanding  lurus  dengan  perbedaan temperatur yang semakin besar, semakin besar  perbedaan  temperatur  maka semakin  besar  tegangan  yang  dihasilkan oleh  media  ajar  tersebut.  untuk mendapatkan  perbedaan  temperatur yang  tinggi  maka  diperlukan  suatu metode  kontrol  temperatur,  dengan mengatur valve dc kran, penambahan TeG secara seri dan paralel untuk mendapatkan  tegangan  listrik  dan  arus yang  besar,disarankan  untuk  membuat rangkaian  charging  sehingga  tegangan dari media ajar dapat disimpan pada suatu storage (baterai).

## DAFTAR PUSTAKA
Cengel, Yunus A. (2003). Heat transfer: A practical  approach  (2nd  ed.).  New York: McGrow-Hill.
Date, Ashwin. et.al. (2015). Theoritical and experimental  estimation  of  limiting input  heat  flux  for  thermoelectric power  generators  with  passive cooling. Solar Energy, 111, 201-217.
E.F.  Thacher,  B.T.  Helenbrook  M.A  Karri,
“Exhaust  energy  conversion  by thermoelectric  generator.  Two  case studies,”Elsevier. November 2010.
G  Rohit,  D  Manaswini,  Vinod  Kotebavi, Nagaraja  S.R,”Performance  Study  of
Thermo- Electric Generator”, International conference on functional materials, characterization, solid  state  physich,  power,  thermal and  combustion  energy.  AIP  Conf. Proc. 1859,02094-6; doi:10.1063/1.4990247. Published by AIP Publishing. Ismail,  Basel  I.  Wael  H.  Ahmed. Thermoelectric  Power  Generation Using Waste-Heat Energy as Alternative Green Technology. Recent Patents on Electrical Engineering. 2009.
Jorge  Vázquez,  Miguel  A.  Sanz-Bobi, Rafael  Palacios,  Antonio  Arenas “State  of  the  Art  of  Thermoe lectric Generators Based on Heat Recovered from  the  Exhaust  Gases  of Automobiles
Rislima  Sitompul,  “Teknologi  Energi Terbarukan  yang  Tepat  Untuk Aplikasi  di  Masyarakat  Perdesaan (Manual Pelatihan)” DANIDA, International Development Cooperation, 2011. Sugiyanto,  Muh  Tarum  N  Umam,  Endra Suciawan, “Rancang Bangun Kontruksi TEG ( thermoelectric Generator )  pada  knalpot  Sepeda
Motor  Untu  Pembangkit  Listrik Mandiri”. Forum Teknik Vol. 36,No.1,
Januari2015.