## PERANCANGAN PROTOTYPE HYBRID ENERGI ANTARA SOLAR CELL DAN THERMOELECTRIC GENERATOR (TEG)
Mohamad Rifal a* , Nurmala Shanti Dera b , Rifaldo Pido c a,b,c Program Studi teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Gorontalo *rivalr48@gmail.com

## Abstract
Until 2012,  the  electrification  ratio  in  Gorontalo  Province  was  64.35%.  The  potential  of  primary energy available in Gorontalo to generate electrical energy is quite large and has opportunities to be developed,  be  it  hydro,  solar  or  geothermal.  The  use  of  sunlight  as  a  source  of  electrical  energy  is carried out using solar cells or solar panels. Solar panels can be used to convert solar radiation into electrical energy. The electric voltage generated by the solar panels can be used to charge the battery. In addition, the potential for thermal energy from hot springs can also be used as electrical energy by using  a  Thermoelectric  Generator  (TEG).  The  purpose  of  this  study  is  to  test  whether  the  use  of thermoelectric  placed  on  aluminum  plates  can  increase  the  voltage  output  of  the  thermoelectric generator  and  compare  the  resulting  output  voltage  between  hybrid  energy,  (solar  cell  and thermoelectric generator). The method used in this study is to measure the output voltage generated by the solar panels and each TEG every 1 hour. Then measure the total voltage of the hybrid generator. The  results  showed  that  the  voltage  obtained  from  TEG  utilization  depends  on  the  temperature received by the TEG. The highest voltage is at TEG 6 at 3.7V at 10.00. the highest hybrid voltage is 37.4 v.
Kata kunci: photovoltaic; TEG; Energy; Hybrid Energy; Thermal Energy

## Abstrak
Sampai dengan tahun 2012 rasio elektrifikasi di Provinsi Gorontalo sebesar 64,35%[1]. Potensi energi primer  yang  tersedia  di  Gorontalo  untuk  membangkitkan  energi  listrik  cukup  besar  dan  mempunyai peluang  untuk  dikembangkan  baik  itu  tenaga  air,  matahari  maupun  tenaga  panas  bumi.  Pemanfaatan cahaya  matahari  sebagai  sumber  energi  listrik  dilakukan  dengan  menggunakan  solar  sel  atau  panel surya.  Panel  surya  dapat  dimanfaatkan  untuk  mengkonversi  radiasi  matahari  menjadi  energi  listrik. Tegangan listrik yang dihasilkan oleh panel surya dapat dipakai untuk mengisi baterai. Selain itu juga Potensi  energi  panas  dari  sumber  air  panas  juga  dapat  dimanfaatkan  menjadi  energi  listrik  dengan menggunakan  Thermoelectric  Generator  (TEG).  Tujuan  dari  penelitian  ini  yaitu  menguji  apakah penggunaan Termoelektrik yang diletakkan pada pelat almunium dapat meningkatkan output tegangan dari thermoelektrik  generator dan  membandingkan  tegangan  output  yang  dihasilkan  antara hybrid energy, (solar  cell  dan  thermoelektrik  generator).  Metode  yang  dilakukan  pada  penelitian  ini  yaitu mengukur  tegangan  output  yang  dihasilkan  oleh  panel  surya  dan  masing-masing  TEG  tiap  1  jam. Kemudian mengukur tegangan total pembangkit hybrid. Hasil penelitian menunjukan bahwa tegangan yang  di  dapatkan  dari  pemanfaatan  TEG  tergantung  dari  suhu  yang  di  terima  oleh  TEG  tersebut. tegangan  paling  tinggi  berada  pada  TEG  6  sebesar  3.7V  pada  pukul  10.00.  tegangan  hybrid  paling tinggi yaitu 37.4 v.
Kata kunci: Panel Surya; TEG; Energi; Energi Hibrida; Energi Panas

## 1. PENDAHULUAN
Gorontalo  sebagai  Provinsi  pemekaran  dari  Sulawesi  Utara  saat  ini  terdiri  dari  5  (lima)  kabupaten  dan  1 (satu) kota yaitu Kabupaten Pohuwato,  Kabupaten Boalemo, Kabupaten Gorontalo, Kabupaten Bone Bolango, Kabupaten  Gorontalo  Utara  dan  Kota  Gorontalo.  Sampai  dengan  tahun  2012  rasio  elektrifikasi  di  Provinsi Gorontalo  sebesar  64,35%[1].  Potensi  energi  primer  yang  tersedia  di  Gorontalo  untuk  membangkitkan  energi listrik cukup besar dan  mempunyai peluang  untuk dikembangkan baik  itu tenaga air,  matahari  maupun tenaga panas bumi.
Energi  matahari  merupakan  sumber  energi  yang  mudah  diperoleh.  Karena  itu,  energi  matahari  tergolong sebagai  sumber  energi  terbarukan  atau  energi  alternatif  dari  sumber  energi  fosil.  Energi  matahari  yang  sering pula disebut sebagai energi surya mengandung dua jenis energi, yaitu energy cahaya (radiasi) dan energi panas (termal) [2]. Pemanfaatan cahaya matahari sebagai sumber energi listrik dilakukan dengan menggunakan solar sel  atau  panel  surya.  Panel  surya  dapat  dimanfaatkan  untuk  mengkonversi  radiasi  matahari  menjadi  energi listrik. Tegangan listrik yang dihasilkan oleh panel surya dapat dipakai untuk mengisi baterai [2]. Potensi energi panas  dari  sumber  air  panas  juga  dapat  dimanfaatkan  menjadi  energi  listrik  dengan  menggunakan Thermoelectric Generator (TEG). TEG dapat memanfaatkan perbedaan suhu yang terdapat pada dua sisi benda yang berbeda suhunya untuk dikonversi menjadi beda potensial (tegangan listrik) [3].
Penggabungan  energy  listrik  dari  pemanfaatan  radiasi  matahari  oleh  panel  surya  dan  pemanfaatan  panas matahari  oleh  TEG  sangat  menarik  untuk  menjadi  bahan  penelitian.  Salah  satu  diantaranya  adalah  penelitian yang berjudul “ Pengembangan Hybrid Solar Cell dan Thermoelectric Generator .” Pada penelitian tersebut daya yang  dihasilkan  dengan  penambahan  TEG  pada  sel  surya  lebih  besar  [4].  Pada  tahun  2019  sukma  abadi  dkk melakukan penelitian mengenai Pemanfaatan Thermoelectric Generator pada Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS). Penelitian dilakukan  dengan  memasang beberapa modul TEG pada bagian bawah  modul panel  surya. Tujuh modul TEG disusun secara seri. Tegangan yang dihasilkan oleh panel surya diperoleh dari energi cahaya matahari (radiasi), sedangkan tegangan dari TEG diperoleh dari energi panas matahari. Penggabungan tegangan yang  dihasilkan  dari  solar  panel  dan  tegangan  dari  TEG  disebut  sebagai  tegangan  sistem  hybrid  solar  energy. Dari pengujian yang dilakukan diperoleh tegangan sistem hybrid lebih besar daripada tegangan panel surya, baik dengan 6 TEG maupun dengan 7 TEG. Pada pemanfaatan 6 TEG, terdapat penambahan tegangan, yaitu rata-rata sebesar 0,60 Volt, sedangkan dengan pemanfaatan 7 TEG rata-rata sebesar 0,77 Volt.[5].
Intensitas cahaya matahari sangat berpengarung terhadap tegangan output yang dihasilkan oleh panel surya itu  sendiri.  Peforma  panel  surya  dipengaruhi  oleh  intensitas  matahari,  temperatur  permukaan,  dan  sudut pengarah  semakin  besar  faktor  yang  mempengaruhinya  daya  yang  dihasilkan  juga  semakin  besar[6].  Hasyim Asy’ari dkk melakukan penelitin mengenai intensitas cahaya matahari terhadap daya keluaran panel sel surya, metode penelitian yang mereka gunakan adalah pengukuran intensitas matahari secara real dan pengukuran daya keluaran panel sel surya tersebut, adapun bahan yang digunakan adalah lumen meter digunakan untuk mengukur intensitas cahaya matahari, multimeter digunakan untuk mengukur tegangan dan arus, battery charge regulator dengan kapasitas 10 A, Panel sel surya dengan kapasitas 100 Wp, dan battery 7 Ah. Pengujian dilakukan selama 6  hari,  setiap  hari  pengujian  dimulai  dari  jam  07.00  –  18.00.  Hasil  penelitian  menunjukkan  bahwa  intensitas cahaya  matahari  tertinggi  terjadi  antara  jam  11.00  –  13.00  dengan  nilai  intensitas  cahaya  matahari  sebesar 99.900  lux  –  115.800  lux,  sedangkan  daya  keluaran  sel  surya  tertinggi  sebesar  15,53  watt  dengan  intensitas cahaya matahari terukur 115.800 lux [7].
Tujuan  dari  penelitian  ini  yaitu  menguji  apakah  penggunaan  Termoelektrik  yang  diletakkan  pada  pelat almunium  dapat  meningkatkan  output  tegangan  dari thermoelektrik  generator dan  membandingkan  tegangan output yang dihasilkan antara hybrid energy, (solar cell dan thermoelektrik generator).

## 2. METODE PENELITIAN
Penelitian  ini  di  awalai  dengan  pembuatan  rangka  dudukan  panel  surya  dan  TEG.  Bagian  atas  rangka  di tempatkan panel surya dan bagian bawah di letakan pelat alumunium sebagai media perambat panas pada TEG yang digunakan.
Gambar 1. Perangkat Pengujian
Modul  Thermoelectric  Generator  (TEG)  yang  digunakan  dalam  penelitian  sebanyak  6  buah  dan  disusun secara  seri  seperti  pada  gambar  2.1  diata.  Pada  sistem  hybrid  ini,  digunakan  6  TEG  yang  diletakkan  di  atas permukaan  pelat  alumunium.  Tujuannya  adalah  untuk  memudah  perambatan  panas  dari  sumber  air  panas  dan memfokuskan  suhu  panas  ke  TEG,  sehingga  panas  yang  didapatkan  bisa  optimal.  Untuk  bagian  dingin  TEG digunakan heatsink yang bertujuan untuk menyerap panas kemudian dipindahkan ke lingkungan sekitarnya.
Pengukuran pengujian data output berupa tegangan (V) Mulai Studi Literatur Survey lapangan Pengambilan data lapangan Persiapan Alat Dan Bahan Data hasil pengujian Pengolahan data Penyusunan Laporan Selesai
Perancangan dan pembuata rangkaian pembangkit hybrid (panel surya dan TEG) Ya Tidak

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Data Hasil pengujian di peroleh dengan melakukan pengukuran besaran-besaran yang diperlukan dalam penelitian ini, mencakup :
a) Suhu sumber air panas
b) Suhu yang merambat dari plat alumuniam ke peltier (TEG)
c) Tegangan Panel Surya
d) Tegangan TEG
e) Tegangan Hybrid
Dari hasil data yang didapat setidaknya cukup memberikan gambaran mengenai tren energi yang dihasilkan pada hari-hari lainnya dengan kondisi yang sama.
a) Karakteristik Tegangan Solar Cell (V SC ) Terhadap Waktu
Berdasarkan hasil yang diperoleh dari pengujian lapangan dengan variabel rangkaian yang telah dilakukan sebelumnya  dan  kemudian  dibuktikan  dengan  hasil  studi  literatur,  rangkaian  modul  thermoelektrik  yang  akan menghasilkan tegangan terbesar adalah rangkaian seri. Oleh karena itu, pada pengujian lapangan rangkaian yang digunakan adalah rangkaian seri. Data hasil pengujian tegangan dapat dilihat pada Tabel 1 dibawah ini.
Tabel 1. Data Hasil Pengujian Tegangan No Waktu Tegangan Solar Cell (V) Tegangan TEG (V) TEG1 TEG2 TEG3 TEG4 TEG5 TEG6 1 9:00 19.15 1.803 2.612 2.866 3.31 3.487 3.633 2 10:00 19.47 1.948 2.39 2.611 3.609 3.709 3.732 3 11:00 20.56 1.767 2.209 2.43 3.428 3.528 3.551 4 12:00 21.37 0.779 1.221 1.442 2.44 2.54 2.563 5 13:00 20.82 0.652 1.094 1.315 2.313 2.413 2.436 6 14:00 19.32 1.16 1.602 1.823 2.821 2.921 2.944 7 15:00 18.54 1.332 1.774 1.995 2.993 3.093 3.116
Hasil  yang  didapat  pada  pengujian  ini  sangat  bergantung  pada  kondisi  cuaca,  pada  saat  pengambilan  data intensitas  radiasi  matahari  dilakukan.  Kondisi  cuaca  yang  terjadi  sangat  cerah,  sehingga  nilai  tegangan  yang dibangkitkan oleh solar cell sangat baik, seperti yang diperlihatkan pada Gambar 1 berikut :
Gambar 2. Grafik karakteristik tegangan Solar Cell terhadap waktu
Pada  gambar  diatas  dapat  dilihat  bahwa  tegangan  panel  surya  yang  didapatkan  bervariatif  tergantung pada intensitas cahaya yang di dapatkan. Tegangan output yang paling tinggi sebesar 21.3 v pada pukul 12:00. Hal ini sesuai dengan penelitian yang telah dilakukan oleh Hasyim Asy’ari pada tahun 2012 dan Suwarti pada tahun  2018  dimana  hasil  penelittian  mereka  menunjnukan  bahwa  intensitas  matahari  memiliki  pengaruh terhadap  tegangan  yang  disahilkan.  Semakin  tinggi  intensitas  matahari,  semakin  besar  pula  tegangan  yang dihasilkan oleh panel surya [6,7].  Intesitas matahari yang paling tinggi berkisar pada pukul 11.00-13.00 [7]
18 18.5 19 19.5 20 20.5 21 21.5 22 7:12 8:24 9:36 10:48 12:00 13:12 14:24 15:36 Teg an gan ( V )

## b) Karakteristik Suhu TEG Terhadap Waktu

## Gambar 3. Grafik Hasil Pengukuran Suhu Pada TEG
Dari Gambar di atas dapat dilihat bahwa suhu TEG yang paling tinggi yaitu TEG1, hal ini dikarenakan TEG1 berada  paling  bawah  dan  dekat  dengan  sumber  air  panas.  Selisih  suhu  yang  terjadi  cenderung  konstan  di karenakan  penggunaan heatsink . Heatsink merupakan  media  penukar  kalor  yang  menyerap  panas  dari  suatu komponen  elektronika,  panas  tersebut  kemudian  merambat  menuju  sirip  (fin)  untuk  ditransfer  ke  lingkungan sekitar [1]. Suhu pada heatsink juga akan dipengaruhi oleh suhu dari pelat alumunium yang terendam di sumber air panas karena terjadi proses perpindahan panas/kalor pada kedua material tersebut[2].
c) Karakteristik Tegangan (V TEG ) Terhadap Waktu Gambar  3  adalah  untuk  menunjukkan  karakteristik  tegangan  terhadap  waktu  pengukuran  yang  terjadi  pada modul termoelektrik (TEG) sebanyak 6 buah dan dihubungkan secara seri dimana posisi modul TEG diletakkan berbaris, masing-masing berkontak langsung dengan pelat almunium.
Gambar 4. Grafik Tegangan (V TEG ) terhadap waktu
Pada Gambar 3. dapat dilihat bahwa TEG yang digunakan dapat menghasilkan Output berupa tegangan. Hal ini sesuai  dengan  prinsip  kerja  dari  TEG  yang  berdasarkan  pada efek  seebeck ,  yaitu  jika  dua  buah  logam  yang berbeda  disambungkan  salah  satu  ujungnnya,  kemudian  diberikan  suhu  yang  berbeda  pada  sambungan,  maka terjadi  perbedaan  tegangan  pada  kedua  ujungnya[3].  Tegangan  yang  dihasilkan  oleh  TEG  pada  penelitian  ini bervariasi berkisar antara 0.6-3.7 V.
Berdasarkan data potensi keenam TEG yang terpasang terdapat tren potensi tegangan yang sama. Saat pagi hari menghasilkan tegangan yang cukup besar, lalu menurun seiring waktu beranjak siang meskipun penurunan tidak terjadi  secara  linier.  Puncak  penurunan  tegangan  (VTEG)  terjadi  antara  pukul  12:00  s.d.  13:00.  Penurunan tersebut merupakan dampak dari meningkatnya suhu lingkungan yang memberi pengaruh pada sistem pendingin di sisi dingin TEG (fin). Namun TEG tidak terus menerus mengalami penurunan produksi VTEG. Tercatat pada ketiga hari tersebut mengalami tren kenaikan produksi VTEG mulai pukul 14:00 s.d. 15:00.
Perbedaan  nilai  tegangan  TEG  tersebut  juga  di  pengaruhi  oleh  suhu  yang  merambat  pada  pelat  alumunium. Dimana  pada  TEG  1  tegangan  yang  di  dapatkan  lebih  kecil  dibandingkan  tegangan  pada  TEG  6  pada  waktu yang  sama  yaitu  pukul  09:00  masing-masing  sebesar  1.8V  untuk  TEG1  dan  3.6V  untuk  TEG6. Perbedaan  ini terjadi  karena  suhu  yang  di  terima  oleh  TEG  1  cukup  tinggi  dan  suhu  yang  berada  di  lingkungan  juga  tinggi
75.5 76 76.5 77 77.5 78 78.5 8:24 9:36 10:48 12:00 13:12 14:24 15:36
Su h u ( 0 C) Waktu (t) TEG 1 TEG2 TEG3 TEG4 TEG5 TEG6 0 1 2 3 4 7:12 9:36 12:00 14:24 16:48 Teg an gan ( v) Waktu TEG1 TEG2 TEG3 TEG4 TEG5 TEG6
karena  di  pengaruhi  oleh  uap  panas  dari  sumber  air  panas  sehingga  heatsink  yang  digunakan  kurang  optimal dalam mereduksi suhu.

## d) Tegangan Total Hybrid
Gambar 5. Grafik Tegangan Hybrid (V)
Pada gambar 4. data hasil pengujian tegangan keluaran sistem hybrid solar energy dapat dilihat bahwa tegangan keluaran  sistem  lebih  besar  daripada  tegangan  yang  dihasilkan  oleh  panel  surya.  Pada  pemanfaatan  6  TEG, terdapat  penambahan  tegangan,  yaitu  rata-rata  sebesar  17.10  Volt.  Besarnya  tegangan  yang  diberikan  oleh masing-masing TEG pada sistem bersifat variatif, namun cenderung mengikuti fluktuasi perubahan suhu yang di terima oleh pelat tembaga dari sumber air panas.

## 4. KESIMPULAN
Radiasi matahari dan sumber air panas yang berada di lokasi penelitian dapat di gunakan sebagai sumber energy yang sustainable .  Semakin  besar  intensitan  matahari  maka  tegangan  output  yang  dihasilkan  semakin  tinggi meskipun tidak terlalu besar. Semakin besar suhu yang diterima oleh TEG, maka semakin kecil tegangan yang dihasilkan.  Untuk  menghasilkan  tegangan  total  dari  penggunaan  beberapa  TEG  dalam  sistem  hybrid  solar energy, maka TEG harus disusun secara seri. Dengan demikian, semakin banyak modul TEG yang disusun seri, maka tegangan total yang dihasilkan juga akan semakin besar.

## 5. DAFTAR PUSTAKA
[1] BPS Gorontalo
[2]  Kreith,  Frank  dan  Arko  Prijono  M.Sc.  1997. Prinsip-Prinsip  Perpindahan  Panas  edisi  Ketiga .  Jakarta: Penerbit Erlangga.
[3] Yunianto, Bambang. 2010. Pengujian Perpindahan Panas Konveksi pada Heatsink Plat Jenis Extrude dan Heatsink Plat dengan Slot . Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin ke-9, Palembang Oktober 2010.
[4]  Nurulianthy,  Annisa.  2012. Pengembangan  Hybrid  Solar  Cell  dengan  Thermoelectric  Generator .  Skripsi. Fakultas Teknik. Universitas Indonesia.
[5] Sukma Abadi, Makmur Saini, Andar Triwijaya, Fina Pratiwi. Pemanfaatan Thermoelectric Generator pada Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS)
[6]  Suwarti,  Wahyono,  Budhi  Prasetiyo.  Analisis  Pengaruh  Intensitas  Matahari,  Suhu  Permukaan  &  Sudut Pengarah Terhadap Kinerja Panel Surya. Jurnal Teknik Energi Vol 14 No. 3 September 2018; 78 – 85
[7] Hasyim Asy’ari1 , Jatmiko , Angga. Intensitas Cahaya Matahari Terhadap Daya Keluaran Panel Sel Surya. Simposium Nasional RAPI XI FT UMS – 2012. ISSN : 1412-9612
30 32 34 36 38 7:12 8:24 9:36 10:48 12:00 13:12 14:24 15:36 Teg an gan H yb ri d ( V ) Waktu Teg. Total Hybrid