e-ISSN  2549-3701

## Rancang Bangun Sistem Konversi Energi Panas Api Menjadi Energi Listrik Sebagai Alat Charger Baterai Menggunakan Termoelektrik
Rimbawati 1 , Billy Prandika 2 , Cholish 3 1,2 Universitas Muhammadiyah Sumatera Utara
3 Politeknik Negeri Medan e-mail: rimbawati@umsu.ac.id 1 , billyprandika1996@gmail.com 2 , cholish@polmed.ac.id 3 Diterima: 13-07-2021 Disetujui: 19-10-2021 Diterbitkan: 23-02-2022

## Abstract
The  utilization  of  heat  energy  as  a  generator  of  electrical  energy  was  conducted  by  using  thermoelectric elements. The conversion system with Thermoelectric Generator (TEG) elements  currently used in many time  during  the  combustion  process.  Likewise,  the  fuel  is  sourced  from  charcoal,  wood,  coal,  palm  oil shells,  or  garbage.  Based  on  the  properties  and  advantages  of  those  fuel  components,  this  research  is carried out to study and develop a system according to the capabilities of the TEG components to become a useful things. TEG components can be designed into a super mini generating system by converting fire heat  into  electricity.  The  method  used  in  this  research  is  a  bonfire  heat  energy  conversion  system  into electrical energy. The heat from the fire will be used to recharge batteries such as HT batteries, flashlights, GPS, etc. The input of the system is heat, which consisted the heat of a campfire or cooking fire. The input component  itself  is  a  converter,  namely  peltier.  Peltier  function  is  to  convert  heat  energy  directly  into electricity. The result of this research is the output about 3.7 V. This design uses IC LM317 as a regulator to  process  the  output  voltage  of  the  conversion system.  The  regulator  is  important  to succed  the  battery does not overcharge and damage.
Keywords : Thermoelectric, Thermoelectric Generator (TEG), LM317 IC, Heat, Electricity energy

## Abstrak
Pemamfaatan  energi  panas  sebagai  pembangkit  energi  listrik  dengan  kapasitas  mikro  dapat  dilakukan dengan  menggunakan  elemen  termoelektrik.  Sistem  konversi  dengan  elemen Thermoelectric  Generator (TEG)  ini  dapat  digunakan  kapan  saja.  Begitupun,  bahan  bakarnya  dapat  berasal  dari  arang,  kayu,  batu bara,  cangkang  kelapa  sawit,  atau  sampah.  Berdasarkan  sifat  dan  keunggulan  komponen  bahan  bakar tersebut,  penelitian  ini  dijalankan  untuk  mempelajari  dan  mengembangkan  suatu  sistem  sesuai kemampuan  komponen  TEG  guna  menjadi  sebuah  alat  yang  bermanfaat.  Komponen  TEG  dapat dirancang  menjadi  sebuah  sistem  pembangkit  super  mini  yaitu  dengan  mengubah  panas  api  menjadi listrik. Metode yang digunakan pada penelitian ini ialah sebuah sistem konversi energi panas api unggun menjadi  energi  listrik.  Panas  dari  api  akan  difungsikan  untuk  mengisi  ulang  baterai  seperti  baterai  HT, senter, GPS dan lainnya. Input atau masukan pada sistem adalah panas, yaitu panas api unggun atau api masak. Komponen input itu sendiri adalah sebuah konverter yaitu peltier. Fungsi peltier adalah mengubah langsung  energi  panas  menjadi  listrik.  Hasil  penelitian  yakni  output  sebesar  3,7  V.  Rancangan  ini menggunakan  IC  LM317  sebagai  regulator  untuk  mengolah  tegangan  keluar  sistem  konversi.  Tujuan regulasi adalah agar baterai tidak overcharge dan rusak.
Kata kunci : Thermoelectric, Thermoelectric Generator (TEG), IC LM317, Panas, Energi Listrik
e-ISSN  2549-3701

## Pendahuluan
Energi  merupakan  suatu obyek  yang  dapat berpindah  akibat  adanya  reaksi fundamental.  Kini, ketersediaan  energi  di  dunia  dan  Indonesia  khususnya  semakin  berkurang.  Mengatasi permasalahan  ini,  seiring  dengan  perkembangan  teknologi,  banyak  dicanangkan  berbagai energi alternatif dan energi terbarukan untuk mengurangi dampak terjadinya pemanasan global (Hasto  Sunarno,  2017).  Salah  satu  upaya  yang  dicetuskan  adalah  dengan  penciptaan Generator  termoelektrik  (TEG)  yang  mampu  mengkonversikan  perbedaan  temperatur  menjadi besaran listrik secara langsung walaupun tingkat efisiensi  yang dimiliki adalah rendah  yaitu 10 %.  TEG  dapat  dimanfaatkan  pada  hasil  daya  listrik  untuk  pengisian  aki  sebagai  penghasil energi  alternatif  (Bachtera  Indarto,  2017).  Pada  dasarnya,  Termoelektrik  terbuat  dari  bahan semikonduktor  yang  tersusun  dari  komposisi  tipe-n  dan  tipe-p.  Fenomena  termoelektrik ditemukan tahun 1821 oleh ilmuwan Jerman yaitu Thomas Johann Seebeck. Thomas Seebeck mencoba  menyambungkan  tembaga  dan  besi  pada  suatu  rangkaian.  Bergeraknya  jarum kompas menyatakan bahwa timbul medan listrik pada kedua logam tersebut akibat pemanasan pada  satu  sisi.  Oleh  karena  hal  itu,  fenomena  tersebut  disebut  efek  Seebeck  (Shanti  Candra Puspita, 2017).
Pemanasan baik itu sinar matahari atau api, menunjukkan panas dari matahari dan api dapat  menjadi  sumber  energi  listrik  dengan  kapasitas  mikro  yang  cukup  potensial  (Martino, 2018).  Termoelektrik  generator  atau  disebut Seebeck  generator adalah  perangkat  generator listrik  yang  mengkonversi  energi  panas  langsung  menjadi  energi  listrik  (Haq,  2017). Berdasarkan  sifat  yang  dimilikinya  TEG,  modul  termoelektrik  dibagi  menjadi  dua  jenis,  yaitu termoelektrik  sebagai  pendingin  ( cooler )  dan  sebagai  generator,  dimana  proses  kerjanya menggunakan  efek  Peltier  untuk  membuat  aliran  panas  ( heat-flux )  pada  percabangan  antara dua  jenis  material  yang  berbeda  (Rafika,  2016).  Berdasarkan  hasil  pertemuan  forum Internasional,  pemanfaatan  panas  matahari  ini  tidak  memberikan  hasil  gas  rumah  kaca  dan limbah  ataupun  racun  yang  berlebihan  (Ansyori,  2017).  Berdasarkan  latar  belakang  di  atas mengenai  sistem  konversi  dengan  elemen  TEG  yang  memungkinkan  dapat  digunakan  kapan dan  dimana  saja.  Sehingga  penelitian  ini  dijalankan  untuk  melakukan  perancangan  alat konversi  energi  dari  panas  api  unggun  menjadi  energi  listrik  dengan  mengatur  regulasi tegangan  hasil  konversi  sehingga  dapat  digunakan  sebagai  alat  charger  baterai  dengan menggunakan  elemen  peltier  untuk  mengubah  panas  api  unggun  menjadi  listrik  arus  (DC) dengan tegangan maksimal 12V.

## Metodologi Penelitian
Metodologi  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini  adalah  dengan  merancang  alat  langsung dengan  peralatan  purwarupa  melalui  desain  pada  program  PSIM  serta  waktu  perancangan selama  enam  bulan.  Beberapa  bahan  yang  digunakan  dalam  perancangan  sistem  ini diantaranya,
a) Thermo  Electric  Generator berfungsi  sebagai  generator  untuk  mengubah  energi panas menjadi listrik.
b) Kabel penghantar dan terminal untuk menghantarkan listrik
c) Besi  pendingin / heatsink untuk mendinginkan sisi dinding agar termoelektrik tetap dingin.
d) Resistor,  kapasitor  dan  diode  serta IC  voltage  regulator berfungsi  untuk menstabilkan tegangan
e) Batere litium ion untuk media menyimpan tegangan
f) Besi plat 2 mm untuk media penghantar panas yang menuju ke termoelektrik
e-ISSN  2549-3701
Gambar 1. Blok Diagram Sistem Konversi Energi Panas Api Unggun Menjadi Energi Listrik.
Dari  gambar  diatas  dapat  dijelaskan  bahwa  Input  sistem  adalah  panas  api  yang diberikan pada elemen Peltier. Peltier akan mengubah panas menjadi listrik  DC.  Dari  beberapa input  elemen  Peltier  tersebut,  listrik  dikumpulkan  dan  diregulasi  sebagai  proses  stabilisasi. Pada tahap proses terjadi perubahan energi panas yang dapat menghasilkan energi listrik pada elemen  thermoelektrik.  Output tegangan setelah adanya  regulasi yang diratakan oleh kapasitor dan  disimpan  ke  baterai.  Gambar  dibawah  ini  menunjukan  desain  rangkaian  kontrol  sistem konversi energi panas api unggun menjadi energi listrik.
Gambar 2. Desain Rangkaian Kontrol Sistem Konversi Energi Panas Api Unggun Menjadi Energi

## Listrik
Pada gambar 2 menunjukan desain rangkaian kontrol sistem konversi energi panas api unggun menjadi energi listrik.  Panas  dari  api  akan  dimanfaatkan  untuk  mengisi  ulang  baterai seperti baterai HT, senter,  GPS dan sebagainya. Input atau  masukan sistem adalah panas api unggun atau api untuk masak. Komponen pada input itu sendiri adalah sebuah  konverter yaitu peltier. Fungsi peltier adalah untuk mengubah langsung panas menjadi listrik. Beberapa peltier diserikan  untuk  menghasilkan  tegangan  yang  cukup  untuk  mengisi  baterai.  Adapun  tegangan pada  bagian  output  adalah  3,7  V.  Baterai  ini  umumnya  digunakan  untuk  lampu  senter  dan peralatan  elektronik  lainnya.  Pada  bagian  proses  terdapat  komponen  penstabil tegangan yaitu regulator. Rancangan ini menggunakan IC LM317 sebagai  regulator untuk mengolah tegangan keluar  sistem  konversi.  Penggunaan  regulator  adalah  agar  baterai  tidak overcharge dan mengakibatkan kerusakan.
e-ISSN  2549-3701

## Hasil dan Pembahasan
Beberapa pengujian telah dilakukan meliputi pengujian input, pengujian elemen TEG, pengujian hasil regulasi dan output. Pengujian dilakukan dengan mengukur, menghitung dan menganalisa data  hasil  pengukuran.  Berikut  adalah  data  hasil  pengukuran  yang  dilakukan  pada  masing- masing komponen.

## a. Pengujian Elemen Termolektrik Generator (TEG)
Pengujian  elemen  TEG  dilakukan  dengan  memberikan  masukan  melalui  pembakaran  dan mengukur  hasil  nilai  tegangan  setelah  regulasi  dilakukan.  Adapun  hasil  pengukuran  seperti pada tabel 1. berikut.
Tabel 1. Pengujian Elemen TEG T(°C) Volt TEG (V) 32 0.12 V 41 0.23 V 55 0.67 V 77 1.09 V 83 1.97 V 96 2.18 V 102 2.21 V 111 2.31 V 126 2.40 V 131 2.54 V 138 2,63 V 151 2,88 V
Dari tabel 1 dapat dilihat bahwa pada suhu 32˚C tegangan thermoelektrik menghasilkan 0,12  volt,  maka  dari  itu  semakin  tinggi  perbedaan  suhu  maka  semakin  besar  tegangan keluarannya.  Pada suhu  151˚C  tegangan  thermoelektrik  menghasilkan  2,88  volt.  Sehingga dapat  dikatakan  tegangan  output  berbanding  lurus  dengan  panas  yang  diserap  oleh  elemen TEG.
Grafik 1. Pengujian Elemen TEG 0.12 0.23 0.67 1.09 1.97 2.18 2.21 2.31 2.4 2.54 2.63 2.88 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 32 41 55 77 83 96 102 111 126 131 138 151 V o u t TE G (V) Temperatur Elemen (°C) Grafik Pengujian Elemen TEG
e-ISSN  2549-3701
Dari grafik diatas dapat disimpulkan bahwa semakin panas suhu yang dihasilkan maka semakin  besar  pula  tegangan  output  TEG.  Sehingga,  semakin  tinggi  perbedaan  suhu  maka semakin  besar  tegangan  keluarannya.  Dapat  dikatakan  tegangan  output  berbanding  lurus dengan panas yang diserap oleh elemen TEG .
Pengujian  rangkaian  regulator  untuk  input  pada  pengujian  ini  menggunakan power supply  variable yaitu power  supply yang  dapat  diatur  tegangannya.  Input  dan  output  regulator diukur dengan voltmeter dimana tegangan input divariasikan oleh power supply . Berikut adalah hasil pengujian regulator LM317 .
Tabel 2. Hasil Pengujian Tegangan Pada Regulator LM317 Vin (V) Volt (V) 0,0 0,0 1,0 0,13 2,0 0,91 3,0 1,23 4,0 1,32 5,0 4,24 6,0 4,92 7,0 5,00 8,0 5,00 9,0 5,01 10,0 5,01 11,0 5,01 12,0 5,02
Dari  tabel  2  dapat  dilihat  bahwa  regulator tidak  bekerja  saat  tegangan  masuk  masih dibawah  5  V.  Sedangkan  saat  tegangan  masuk  diatas  5  V  regulator  akan  mulai  bekerja meregulasi  tegangan  pada  5  V.  Walaupun  tegangannya  terus  naik,  output  regulator  tetap mempertahankan 5 V sehingga tidak melampaui 5 V. Dari hasil pengujian ini dapat disimpulkan bahwa regulator LM317 telah bekerja sesuai fungsinya.
Grafik 2. Pengujian Regulator
0 0.13 0.91 1.23 1.32 4.24 4.92 5 5 5.01 5.01 5.01 5.02 0 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Vo u t( V)
Vin (V)
Pengujian Tegangan Pada Regulator
e-ISSN  2549-3701
Dari grafik 2 diatas menunjukkan pada tegangan input 0,0 maka output yang dihasilkan adalah  0,0  juga.  Pada  tegangan  input  12  Volt  maka  output  yang  dihasilkan  adalah  5,02  Volt. Dengan  demikian,  regulator  tidak  bekerja  saat  tegangan  masih  dibawah  5  V.  Saat  tegangan masuk  diatas  5  V  regulator  akan  mulai  bekerja  meregulasi  tegangan  pada  5  V.  Dari  hasil pengujian ini dapat disimpulkan bahwa regulator LM317 bekerja sesuai fungsinya.

## b. Pengujian Keseluruhan Sistem
Pengujian keseluruhan dilakukan setelah semua komponen sistem telah dirakit dan disatukan. Pada  pengujian  ini  menggunakan  sumber  panas  seperti  api  unggun.  Proses  ini  terus berlangsung  selama  api  unggun  tetap  menyala  atau  tetap  panas.  Setelah  api  unggun  padam, beberapa  saat  kemudian  tegangan  pembangkit  mulai  turun.  Secara  rangkaian,  alat  telah berfungsi dengan benar. Berikut disajikan tabel hasil pengujian yang dilakukan.
Tabel 3. Hasil Pengujian Alat Secara Keseluruhan
Kondisi api unggun Waktu (Menit) Temperatur Plat pembangkit (°C) Output TEG (V) Output Regulator(V) Kondisi charger hidup 0 29 0,00 0,00 Off hidup 1 45 0,41 0,00 Off hidup 4 78 6,32 4,93 On hidup 7 97 7,67 4,99 On hidup 11 177 8,81 5,00 On hidup 16 189 9,33 5,01 On hidup 21 192 9,52 5,01 On Mati 26 83 7,28 5,01 On Mati 37 47 0,34 0,0 Off
Dari  tabel  3  diatas  dapat  dilihat  pada  kondisi  api  unggun  hidup  dengan  waktu 0 menit dan temperature suhu 29˚C, maka output Regulator 0,00 dan kondisi charger off. Pada waktu 1 menit dengan suhu 45˚C,  maka output regulator masih tetap pada tegangan 0,00 dan kondisi charger tetap off. Setelah waktu 4 menit suhu pun semakin lama semakin panas dengan suhu 78˚C.  maka  output  TEG  menghasilkan  6,32  volt  dan  output  regulator  4,93,  dengan  kondisi charger on.
Gambar 3. Pengujian Saat Mengisi Baterai Ponsel
e-ISSN  2549-3701
Tabel 4. Hasil Pengujian Volt TEG Terhadap Beban (HP)
T(°C) Volt TEG (V) Arus pada R 1k ohm (mA) 29 0,01 0,0 33 0,09 0,0 43 0,21 0,19 59 0,50 0,48 68 0,87 0,80 80 1,32 1,29 97 1,89 1,83 102 2,01 1,99 119 2,10 2,02 127 2,24 2,21 136 2,31 2,28 141 2,46 2,45 145 2,52 2,49 157 2,63 2,61 162 2,68 2,66 179 2,82 2,87
Dapat  dilihat  pada  tabel  4  diatas,  menunjukkan  bahwa  pada  saat  suhu 29˚C menghasilkan  Volt  TEG  sebesar  0.01  V,  dan  pembebanan  masih  sebesar  0,0  mA.  Kemudian pada  saat  suhu  sebesar  102˚C  tegangan  yang  dihasilkan  sebesar  2,01  V  sehingga pembebanan  mampu  mencapai  1,99  mA.  Sehingga dapat disimpulkan  bahwa  ketika suhu dari TEG berbanding  lurus dengan  Volt TEG  yang dihasilkan dan pembebanan  yang dapat dicapai juga semakin besar.

## Kesimpulan
Untuk  mendapatkan  tegangan  dan  arus  yang  cukup  dapat  dilakukan  dengan  menserikan beberapa elemen yang mampu meningkatkan tegangan keluaran. Dengan demikian rangkaian seri beberapa elemen pertier dibutuhkan untuk  meningkatkan tegangan pada alat tersebut. Pada kondisi  api  unggun  hidup  dengan  waktu  0  menit  dan  temperature  suhu  29˚C,  maka  output Regulator  0,00  dan  kondisi  charger  off.  Pada  waktu  1 menit  dengan  suhu  45˚C, maka  output regulator masih tetap pada tegangan 0,00 dan kondisi charger tetap off . Setelah waktu 4 menit suhu  pun  semakin  lama  semakin  panas  dengan  suhu  78˚C.  maka  output  TEG  menghasilkan 6,32 volt dan output regulator 4,93, dengan kondisi charger on .
Adapun  saran  berdasarkan  hasil  penelitian  ini,  bahwa  perlu  adanya  pengembangan lebih  lanjut  agar  alat  rancangan  dapat  dimamfaatkan  sebagai  alat  konversi  yang  lebih  besar dan  efisien  dengan  menggunakan  pendingin  yang  lebih  baik  agar  tegangan  yang  dihasilkan lebih maksimal dan efisien.

## Referensi
Abduh,  Muhammad,  Iradiratu  D.P.K,  and  Belly  Yan  Dewantara.  (2019).  Deteksi  Kerusakan Outer  Race  Bearing  Pada  Motor  Induksi  Menggunakan  Analisis  Arus  Stator.” Seminar Nasional Inovasi dan Aplikasi Teknologi di Industri 1(2): 1 –6.
J.  T.  Elektro,  F.  T.  Industri,  and  U.  Gunadarma.  (2013).  Generator  Mini  dengan  Prinsip Termoelektrik dari Uap Panas Kondensor pada Sistem Pendingin, 10(4), 180 –185. D. Wulandari, (2018). Thermoelectric Generator Dengan Variasi Perubahan Suhu. 05, 66 –72.
e-ISSN  2549-3701
M.  Yusuf.  (2018).  Memanfaatkan  Limbah  Panas  Mesin  Mobil  City  Car  Menggunakan  Modul Thermoelectric Cooler ( TEC ), 1 –6
M.  Khalid,  M.  Syukri,  and  M.  Gapy,  (2016).  Pemanfaatan  Energi  Panas  Sebagai  Pembangkit Listrik Alternatif Berskala Kecil Dengan Menggunakan Termoelektrik, 1(3), 57 –62
J. Sumarjo, A. Santosa, and M. I. Permana. (2017). Pemanfaatan Sumber Panas Pada Kompor Menggunakan 10 Thermoelectric Generator Dirangkai Secara Seri. 11(2), 123 –128 Nogueira,  Jason  Scott.  (1997). A  Guide  to  Designing  and  Optimizing  Small  Photovoltaic System. Massachusetts Institute of Technology.
A. A. Rafsanjani, E. Kurniawan, F. T. Elektro, U. Telkom, and B. Converter. (2017). Desain Dan Implementasi  Generator  Thermoelectric  Sebagai  Sumber  Energi  Alternatif  Untuk Keperluan  Darurat  Desain  and  Implementation  Thermoelectric  Generator,  4(3),  3311 – 3316,
A.  R.  Fajria,  B.  Priyanto,  and  I.  Pakaya.  (2017). Rancang  Bangun  Penstabil  Tegangan  pada Pembangkit Termoelektrik Skala Pico Berbasis Boost Converter. 2(2), 117 –124
N. Putra, R. A. Koestoer,  M. Adhitya,  A. Roekettino,  and  B. Trianto. (2009). Kendaraan Hibrid . 13(2), 53 –58
S.  C.  Puspita,  H.  Sunarno,  and  B.  Indarto.  (2017).  G enerator  Termoelektrik  untuk  Pengisisan Aki. 2 –5