JURNAL FLYWHEEL, Februari 2023, Vol 14  (1), 19-23 E-ISSN: 2745-7435 P-ISSN: 1979-5858

## Pemanfaatan Energi panas menggunakan Termoelektrik Generator dengan Variasi Peltier
A. A. Rokhim 1 , Luluk Endahwati 1 , S.Sutiyono 1
1 Department of Mechanical Engineering, Universitas Pembangunan National “Veteran” Jawa Timur, Surabaya, Indonesia Email: surname@abc.ac.id

## A BSTRAK
Energi  listrik  merupakan  kebutuhan  dasar  dalam  mendorong  segala  jenis  aktivitas  kehidupan  manusia,  oleh  karena  itu energi listrik begitu sangat diperlukan keberadaannya bagi kehidupan baik untuk beraktivitas sehari-hari  maupun untuk yang  lainnya.  Banyak  teknologi  yang  ditawarkan  sebagai  alternatif  pembangkit  listrik  seperti  solar  cell  (dengan memanfaatkan panas matahari), PLTS (pembangkit listrik tenaga sampah) akan tetapi diperlukan biaya yang besar untuk mewujudkannya.Pengujian  untuk  mengetahui  apakah  generator  termoelektrik  dapat  menghasilkan  tegangan  atau  tidak. Generator  termoelektrik  adalah  sebuah  alat  yang  dapat  digunakan  sebagai  pembangkit  tegangan  listrik  dengan memanfaatkan  konduktivitas  atau  daya  hantar  panas  dari  sebuah  lempeng  logam.  Untuk  mendapatkan  panas  tentunya diikuti  dengan  perpindahan  panas  sesuai  teori  thermodinamika.  Perpindahan  panas  dari  suatu  zat  ke  zat  lain  seringkali terjadi  dalam  industri  proses.hal  ini  dikarenakan  energi  fosil  membutuhkan  waktu  yang  cukup  lama  untuk  dapat diperbaruhi.  Maka  dari  itu  Penggunaan  Pembangkit  Listrik  Berbasis  Thermoelektrik  Generator  (TEG),  dengan  Variasi Peltier  pada  Kulkas  diharapkan  dapat  membantu  masyarakat  dalam  pemanfaatan  energi  panas  yang  dihasilkan  oleh kulkas, sebagai suplai energi listrik yang efisien dan ramah lingkungan.
Keywords Energi, Thermoelektrik Generator, Listrik

## I NTRODUCTION
Energi listrik merupakan kebutuhan dasar dalam mendorong segala jenis aktivitas kehidupan manusia, oleh karena itu energi listrik begitu sangat diperlukan keberadaannya bagi kehidupan baik untuk beraktivitas sehari-hari maupun untuk yang  lainnya.  Banyak  teknologi  yang  ditawarkan  sebagai  alternatif  pembangkit  listrik  seperti  solar  cell  (dengan memanfaatkan panas matahari), PLTS (pembangkit listrik tenaga sampah) akan tetapi diperlukan biaya yang besar untuk mewujudkannya.  Pemanfaatan  energi  alternatif  lainnya  yang  efisien  serta  ramah  lingkungan  yang  kami  tawarkan  salah satunya  adalah  dengan  mengembangkan  teknologi  thermoelectric  generator  dengan  menggunakan  peltier  pada  kulkas sebagai  wadah  atau  media  untuk  memusatkan  energi  panas  agar  mampu  memanaskan  kolektor.  Selama  ini,  beberapa penggunaan  alat  elektronik  diginakan  selama  24  jam  seperti  halnya  alat  pendingin  atau  kulkas.  Berdasarkan  penelitian yang  dilakukan  oleh  I  Made  Rasta  tahun  2009  bahwa  nilai  energi  berupa  panas  yang  dapat  dimanfaatkan  pendingin tersebut  dengan  penambahan  adalah  sebesar  1,508  kJ/detik  dengan  suhu  47,5 ° C  [1].  Output  yang  dihasilkan  oleh termoelektrik bergantung pada perbedaan suhu yang terjadi pada kedua heatsink yaitu heatsink panas dan heatsink dingin. Pada pengujan 6 buah modul yang dirangkai seri didapatkan hasil tegangan maksimal 3,56 Volt dengan arus sebesar 0,171 Ampere dan daya  0,609 Watt  dengan  koefisien  seebeck rata-rata  minimal  0,128  Kelvin dan  maksimal  0,181  Kelvin [2]. Gagasan ini diajukan untuk mengetahui perolehan listrik dengan pemanfaatan teknologi menggunakan peltier pada kulkas.

## M ETHOD
Selama  ini,  penggunaan  mesin  penyimpanan  makanan  (kulkas)  dijalakan  selama  24  jam  penuh.  Panas  yang dihasilkan  pada  bagian  belakang  kulkas  yaitu  pada  bagian  peltier  dapat  dimanfaatkan  panas  yang  dihasilkan  sebagai alternatif pembangkit listrik berbasis Thermoelektrik Generator (TEG) yang efisien dan ramah lingkungan.
Pengujian  dilakukan  untuk  mengetahui  apakah  generator  termoelektrik  dapat  menghasilkan  tegangan  atau  tidak. Maka yang perlu dilakukan diantaranya :
• Meletakan generator termoelektrik pada peltier kulkas.
• Menghubungkan generator termoelektrik dengan amperemeter
• Jika pada amperemeter terbaca ada arus, maka dilanjutkan dengan mengukur tegangan menggunakan voltmeter.
• Jika  pada  amperemeter  tidak  terbaca  adanya  arus  listrik,  maka  perlu  dilakukan  perbaikan  pada  rancangan thermoelektrik generator.

## D ISCUSSION
Energi  terbarukan  adalah  energi  yang  berasal  dari  “proses  alam  yang  berkelanjutan”.  Sejarah  energi  terbarukan dikenal  pada  tahun  1970-an.  Sebagai  upaya  untuk  membuat  suatu  inovasi  agar  energi  tidak  cepat  habis  dan  untuk membantu  mengimbangi  pengembangan  energi  berbahan  bakar  nuklir  dan  fosil.  Pengertian  paling  umum  energi terbarukan adalah sumber energi yang dapat dengan cepat di perbarui kembali secara alami, dan prosesnya berkelanjutan. Dengan pengertian ini maka bahan bakar nuklir dan fosil tidak termasuk didalmnya [3].
Seiring  berkembangnya  teknologi  kebutuhan  akan  energi  listrik  terus  mengalami  peningkatan,  sebagian  besar sumber energi yang digunakan untuk menghasilkan energi listrik yaitu energi fosil seperti gas, minyak bumi, dan batubara. Penggunaan  energi  fosil  secara  terus  menerus  akan  menyebabkan  pesediaan  energi  tersebut  semakin  berkurang,  hal  ini dikarenakan  energi  fosil  membutuhkan  waktu  yang  cukup  lama  untuk  dapat  diperbaruhi.  Selain  itu,  penggunaan  energi fosil  sebagai  sumber  energi  pembangkit  listrik  seringkali  menimbulkan  permasalahan  seperti  pencemaran  udara. Berkembangnya pengetahuan mengenai penggunaan energi alternatif yang aman serta ramah lingkungan dapat dijadikan salah  satu  solusi  untuk  mengurangi  penggunaan  sumber  energi  fosil.  Konsumsi  listrik  di  Indonesia  terus  mengalami peningkatan.  Pada  2015  konsumsinya  baru  910  kilowat  jam  (kWh)  per  kapita.  Kemudian  meningkat  menjadi  1.084 kWh/kapita pada 2019[3]. Seperti yang kita ketahui harga listrik di Indonesia adalah 1.352 per kWh. Hal ini tentunya akan lebih  efisien  apabila  pasokan  listrik  disuplai  dari  alternatif  teknologi  yang  diajukan.  Perlu  diingat  pula  bahwa  yang dimaksud  dengan  efisiensi energi adalah,  suatu  keadaan dimana  dengan jumlah  energi  yang  cukup,  kita  bisa  melakukan pekerjaan dengan nyaman, tanpa hambatan, dan hasilnya tetap optimal.
Keramik peltier atau yang lebih umum dikenal dengan pelat Peltier adalah pelat berbahan dasar keramik dengan ciri yang sangat unik. Peltier adalah modul termoelektrik, biasanya terbungkus dalam keramik tipis yang mengandung batang telluride  bismut.  Ketika 12  volt  hingga 15  volt  DC disuplai,  satu  sisi  akan  menjadi panas dan  sisi lainnya  akan  menjadi dingin.  Elemen  Peltier  ini  biasanya  berbentuk pelat tipis, paling  umum  40  mm  x  40  mm,  tebal  3  mm,  dengan dua  garis merah dan hitam[4]. Peltier memiliki 2 bagian yang berbeda yaitu :
• Sisi Dingin (Heat Absorbed) digunakan untuk menyerap panas (heat), jadi bagian ini adalah plat dingin.
• Sisi Panas (Heat Released) digunakan untuk melepaskan panas (heat), jadi bagian ini merupakan hot plate.
(a)
(b)
Gambar 1. (a) Peltier dan (b) Susunan Peltier
Fenomena termoelektrik pertama kali ditemukan tahun 1821 oleh ilmuwan Jerman, Thomas Johann Seebeck. Pada penemuannya, jika ada dua bahan yang berbeda yang kemudian kedua ujungnya disambungkan satu sama lain maka akan terjadi dua sambungan dalam satu loop. Jika terjadi perbedaan temperatur di antara kedua sambunga ini, maka akan terjadi arus listrik [5]. Efek Seebeck dirumuskan dalam persamaan :
ܧ = ߙ ( ܶ 1 − ܶ 0) Dimana : E = Tegangan(Volt) ߙ = Koefisien Seebeck T0 = Temperatur Cold junction atau sambungan dingin (K) T1 = Temperatur Hot juction atau sambungan panas (K)
Menurut Seebeck bahwa sebuah voltase timbul dalam sirkuit dua material yang tidak sama jika kedua simpangan ini  dijaga  pada  temperatur  yang  berbeda  [6].  Elemen  thermo  elektrik  dapat  menimbulkan  perbedaan  suhu  antara  kedua sisinya  jika  dialiri  arus  listrik  searah  pada  kedua  kutub  material  semi  konduktor.  Elemen  peltier  merupakan  bagian terpenting  dari  generator  termoleketrik,  kedua  sisi  yang  terbuat dari  keramik  memiliki  fungsi  sebagai  sisi  panas dan  sisi dingin yang kemudian menghasilkan arus positif dan negatif. Jika nilai tegangan (V) dan arus (I) telah didapatkan, besar daya peltier dapat dihitung dengan persamaan :
Efisiensi dalam penggunaan thermoelektrik generator dapat dihitung dengan :
Effisiensi (%) =
Keterangan : P : daya (Watt) I : Arus (Ampere) V : Tegangan (Volt) Q : Panas (Joule)
Pada  tahun  1834  seorang  fisikawan  bernama  Jean  Charle  Athanase  Peltier,  menyelidiki  kembali  eksperimen  dari efek Seebeck. Peltier menemukan kebalikan dari fenomena Seebeck yaitu ketika arus listrik mengalir pada suatu rangkaian dari  material  logam  yang  berbeda  terjadi  penyerapan  panas  pada  sambungan  kedua  logam  tersebut  dan  pelepasan  panas pada sambungan yang lainnya [7]. Pelepasan dan penyerapan panas bersesuaian dengan arah arus listrik pada logam. Hal ini dikenal dengan efek Peltier:
ܳܥ ܽݐܽݑ ܳܪ = (ф ܣܤ I) = (ф ܣ − ф ܤ ) × I Dimana : ܳC ܽݐܽݑ ܳܪ =aliran panas (J) ф ܣ − ф ܤ = koefisien Peltier І = arus (A)
Generator  termoelektrik  adalah  sebuah  alat  yang  dapat  digunakan  sebagai  pembangkit  tegangan  listrik  dengan memanfaatkan  konduktivitas  atau  daya  hantar  panas  dari  sebuah  lempeng  logam.  Untuk  mendapatkan  panas  tentunya diikuti  dengan  perpindahan  panas  sesuai  teori  thermodinamika.  Perpindahan  panas  dari  suatu  zat  ke  zat  lain  seringkali terjadi dalam industri proses. Pada kebanyakan pengerjaan, diperlukan pemasukan atau pengeluaran panas untuk mencapai dan  mempertahankan  keadaan  yang  dibutuhkan  sewaktu  proses  berlangsung.  Perpindahan  panas  dapat  didefinisikan sebagai  perpindahan  energi  akibat  adanya  perbedaan  temperatur  pada  suatu  permukaan  dengan  lingkungan  sekitarnya. Perpindahan panas terjadi dengan tiga cara, yaitu : konduksi, konveksi, dan radiasi[8].
Untuk jenis perpindahan panas yang ada pada alternatif teknologi pembangkit listrik menggunakan thermoelektrik generator  dengan  variasi  peltier  kulkas  adalah  perpindahan  panas  secara  konduksi.  Dasar  hukum  perpindahan  panas, Hukum Fourier.
Keterangan : q k = Laju perpindahan panas (KJ/det, W) k = Konduktifitas termal (W/m ° C) A = Luas Penampang (m2) dT  = Perbedaan temperatur ( ° C, ° F) dx  = Perbedaan Jarak (m)
Perpindahan  panas  (Heat  Transfer)  merupakan  perpindahan  energi  yang  terjadi  karena  adanya  perbedaan temperatur  di  antara  benda  atau  material.  Energi  yang  berpindah  dinamakan  kalor  atau  panas.  Pada  sistem  pendingin thermoelectric  peristiwa  perpindahan  panas  terjadi  di  dalam  ruangan  pendingin  atau  pada  saat  alat  di  uji.  Perpindahan panas yang terjadi di dalam ruangan tersebut dinamakan dengan perpindahan panas konveksi.
Apabila  suatu  benda  dapat  berhubungan  (kotak)  dengan  fluida  yang  berbeda  suhunya,  akan  terjadi  perpindahan panas secara Konveksi, dari benda bersuhu rendah ke fluida bersuhu tinggi atau sebaliknya. Udara dingin yang dihasilkan thermoelectric akan berpindah ke ruangan atau ada aliran fluida yaitu udara yang bergerak dari thermoelectric ke ruangan. Untuk menghitung laju perpindahan panas konveksi dirumuskan sebagai berikut.
ݍ = ℎ . ܣ . ∆ ܶ
Dimana : q = Daya keluaran (Watt) h = Koefisisen transfer panas konveksi (W/m 2 K) A = Luar permukaan ( ݉ 2 ) ∆ ܶ = Selisih temperatur
Pada dasarnya generator termoelektrik terdiri dari tiga komponen dasar menurut [3] yaitu :
• Struktur penompang , yaitu tempat dimana komponen termoelektrik diletakkan, sebagaimana peneliti meletakkan di  dalam  aliran  gas  buang  dan  beberapa  dengan  hanya  memanfaatkan  panas  dinding  saluran  gas  buang  untuk menghindari adanya back pressure aliran gas buang.
• Komponen  termoelektrik  yang  tergantung  pada  jangkaun  suhu,  material  termoelektrik  yang  dapat  digunakan dapat berupa bahan silicon ghermanium, lead telluride, dan bismuth telluride.
• Sistem disipasi panas, yang mengatur transmisi panas melalui modul termoelektrik.
Prinsip  kerja  termoelektrik  adalah pada perbedaan  suhu  antara  kedua  sisi  termoelektrik  sebut  saja  sisi dingin dan sisi  panas.  Termoelektrik  sebagai  generator  listrik  perbedaan  suhu  antara  kedua  sisi  semakin  besar  maka  luaran  yang dihasilkan semakin besar. Karena termolektrik terbuat dari logam pasti kedua sisinya saling berpengaruh. Usaha lain perlu dilakukan  agar  perbedaan  suhu  semakin  besar  yaitu  dengan  menjaga  sisi  dingin  supaya  suhunya  tidak  berubah  terlalu signifikan [9].
Selama  ini,  penggunaan  mesin  penyimpanan  makanan  (kulkas)  dijalakan  selama  24  jam  penuh.  Panas  yang dihasilkan  pada  bagian  belakang  kulkas  yaitu  pada  bagian  peltier  dapat  dimanfaatkan  panas  yang  dihasilkan  sebagai alternatif pembangkit listrik berbasis Thermoelektrik Generator (TEG) yang efisien dan ramah lingkungan.
Penggunaan  energi  tersebut  dimaksudkan  sebagai  bentuk  upaya  manusia  untuk  dapat  mempertahankan keberadaannya dan mampu meningkatkan kesejahteraan. Energi terbarukan merupakan proses yang secara terus menerus dan secara berkelanjutan dapat terus diproduksi tanpa harus menunggu  waktu jutaan tahun layaknya energi berbasis non terbaharukan.  EBT  merupakan  energi  alternatif  yang  dapat  dimanfaatkan  oleh  manusia  di  zaman  modern  ini  sebagai pengganti dari energi fosil yang sifatnya tidak dapat diperbaharui dan tak terbarukan. Pemahaman EBT menurut Undang- Undang No 30 Tahun 2007 dapat diklasifikasikan menjadi 2 bagian, yaitu “Energi baru” yang berasal dari sumber energi baru  yaitu jenis-jenis energi  yang  pada  saat ini belum  dipergunakan  secara  massal  oleh manusia dan  masih  dalam  tahap pengembangan teknologi. Sedangkan, “Energi terbarukan” merupakan energi yang berasal dari sumber energi terbarukan yang ketersediaan sumbernya bisa digunakan kembali setelah sumber itu digunakan atau dihabiskan. Pihak terkait tentang potensi pembangkit listrik EBT oleh diperlukan dukungan oleh PLN yang dapat dilakukan melalui penunjukan langsung oleh PT. Perusahaan Listrik Negara (PLN) apabila sistem tenaga listrik setempat sedang dalam kondisi krisis atau kondisi darurat, seperti : darurat penyediaan listrik setempat, excess power, penambahan kapasitas pembangkit. Selain itu, untuk produksi  produk  secara  komersial  diperlukan  pihak-pihak  yang  dapat  mendukung  proses  packaging  dengan  baik  serta pemasaran produk.
Potensi  Pembangkit  Listrik  Berbasis  Thermoelektrik  Generator  (TEG),  dengan  Variasi  Peltier  pada  Kulkas dilaksanakan dengan metode seedback.

## Gambar 2. Skema Generator Termoelektrik
Pada  tahap  ini  peneliti  menggunakan  beberapa  prosedur  untuk  membuat  rancangan  generator  termoelektrik. Generator termoelektrik dibuat dengan skema seperti pada gambar. Modul termoelektrik Peltier umumnya dibungkus oleh keramik tipis yang berisikan batang-batang Bismuth Telluride di dalamnya. Gambar di atas adalah skema kerja sederhana dari modul termoelektrik. Sesuai dengan efek Seebeck bahwa perbedaan temperatur antara penghantar akan menghasilkan arus listrik. Jika kedua konduktor dibiarkan mencapai kesetimbangan termodinamika, proses ini akan menghasilkan panas yang didistribusikan secara merata sepanjang konduktor tersebut.
Cara kerja thermoelektrik generator :
Suatu elemen Termoelektrik generator memiliki dua sisi dimana satu sisi bertindak sebagai bagian panas dan sisi lainnya bertindak sebagai bagian dingin. Berikut cara kerja element termoelektrik generator :
• Teknologi  termoelektrik  bekerja  dengan  mengonversikan  energi  panas  menjadi  energi  listrik  secara  langsung (generator  termoelektrik),  atau  sebaliknya.  Untuk  menghasilkan  listrik,  material  termoelektrik  cukup  diletakkan sedemikian  rupa  dalam  rangkaian  yang  menghubungkan  sumber  panas  dan  dingin.  Dari  rangkaian  itu  akan dihasilkan sejumlah listrik sesuai dengan jenis bahan yang dipakai.
• Kerja pendingin termoelektrik pun tidak jauh berbeda. Jika material termoelektrik dialiri listrik, panas yang ada di sekitarnya akan terserap [3].
Secara  umum,  material-material  yang  digunakan  pada  generator  termoelektrik  adalah  Silicon  Germanium,  Lead Telluride dan Bismuth Telluride Alloys. Spesifikasi modul termoelektrik TEC1 12706 yang dipergunakan dalam penelitian ini adalah :
• Ukuran sisi 40 mm x 40 mm dengan tebal 3,8 mm.
• Perbedaan temperature sisi panas dan dingin maksimal 66 ° C.
• Arus listrik yang mengalir maksimal 6 A.
• Tegangan listrik yang diperbolehkan maksimal 14,4 V.
• Material keramik insulator yang dipergunakan adalah Aluminia.
• • Temperatur maksimal dalam penggunaannya sebesar 138 ° C [10].

## C ONCLUSION
Seiring  berkembangnya  teknologi  kebutuhan  akan  energi  listrik  terus  mengalami  peningkatan,  sebagian  besar sumber energi yang digunakan untuk menghasilkan energi listrik yaitu energi fosil seperti gas, minyak bumi, dan batubara, hal ini dikarenakan energi fosil membutuhkan waktu yang cukup lama untuk dapat diperbaruhi. Maka dari itu Penggunaan Pembangkit  Listrik  Berbasis  Thermoelektrik  Generator  (TEG),  dengan  Variasi  Peltier  pada  Kulkas  diharapkan  dapat membantu  masyarakat  dalam  pemanfaatan  energi  panas  yang  dihasilkan  oleh  kulkas,  sebagai  suplai  energi  listrik  yang efisien dan ramah lingkungan.

## R EFERENCES
[1] I Made Rasta, “Pemanfaatan Energi Panas Terbuang pada Kondensor AC Sentral Jenis Water Chiller untuk Pemanas Air Hemat Energi,” J. Ilm. Tek. Mesin CakraM, vol. 3, no. 2, hal. 114–120, 2009.
[2] Ginanjar,  A.  Hiendro,  dan  D.  Suryadi,  “Perancangan  dan  Pengujian  Sistem  Pembangkit  Listrik  Berbasis  Termoelektrik  dengan  Menggunakan Kompor  Surya  sebagai  Media  Pemusat  Panas,”  J.  Tek.  Elektro  Univ.  Tanjungpura,  vol.  2,  no.  1,  2019,  [Daring].  Tersedia  pada: https://journal.mediapublikasi.id/index.php/okta/article/view/38
[3] Ninla Elmawati Falabiba et al., “Prototipe Pembangkit Listrik Termoelektrik Generator Menggunakan Penghantar Panas Alumunium, Kuningan dan Seng,” Pap. Knowl. . Towar. a Media Hist. Doc., vol. 5, no. 2, hal. 40–51, 2014.
[4] D. Aditya Artha, “Perancangan Generator Thermoelectric Untuk Charger Smartphone Menggunakan Peltier,” vol. 3, no. 1, hal. 288–297, 2022.
[5] M. S. Pua, A. H. J. Ontowirjo, P. D. K. Manembu, J. T. Elektro, U. S. Ratulangimanado, dan J. K. Bahu, “Studi Perbandingan Kontrol PID dan Metode ON-OFF Pada Sistem Kotak Pendingin Menggunakan Thermoelectric,” hal. 1–13, 2019.
[6] Wardoyo, “Studi Karakteristik Pembangkit Listrik Thermoelektrik Melalui Pemanfaatan Panas Knalpot Sepeda Motor Sport 150 cc.,” J. Konversi Energi dan Manufaktur, vol. 3, no. 2, hal. 70–75, 2016, doi: 10.21009/jkem.3.2.3.
[7] H. Haryanto, M. R. Makhsum, dan I. Saraswati, “Perancangan Modul Termoelektrik Generator Menggunakan Peltier,” Tek. J. Sains dan Teknol., vol. 11, no. 1, hal. 26, 2015, doi: 10.36055/tjst.v11i1.6970.
[8] R.,  S.  Anwar,  dan  S.  P.  Sari,  “Generator  Mini  dengan  Prinsip  Termoelektrik  dari  Uap  Panas  Kondensor  pada  Sistem  Pendingin,”  J.  Rekayasa Elektr., vol. 10, no. 4, hal. 180– 185, 2014, doi: 10.17529/jre.v10i4.1108.
[9] D. N. Huda, “Identifikasi Termoelektrik Generator sebagai Pembangkit Tenaga Listrik,”
[10] Pros. Semin. Nas. Sains 2020, vol. 1, no. 1, hal. 6–13, 2020.
[11] T. Maulana, T. Azuar Rizal, dan Nazaruddin, “Rancang Bangun dan Evaluasi Kinerja Kotak Pendingin Berbasis Termoelektrik,” JURUTERA - J. Umum Tek. Terap., vol. 8, no. 1, hal. 1–10, 2021, doi: 10.55377/jurutera.v8i01.4473.