THERMOELECTRIC
Fenomena termoelektrik pertama kali ditemukan tahun 1821 oleh
ilmuwan Jerman, Thomas Johann Seebeck. Ia menghubungkan tembaga dan besi dalam
sebuah rangkaian. Di antara kedua logam tersebut lalu diletakkan jarum kompas.
Ketika sisi logam tersebut dipanaskan, jarum kompas ternyata bergerak.
Belakangan diketahui, hal ini terjadi karena aliran listrik yang terjadi pada
logam menimbulkan medan magnet. Medan magnet inilah yang menggerakkan jarum
kompas. Fenomena tersebut kemudian dikenal dengan hukum "efek Seebeck".
Thermoelectric
generator merupakan teknologi pembangkit listrik dengan menggunakan Energi
Panas (kalor). Pada alat ini digunakan komponen yang bernama
"Peltier". Pada umumnya Peltier adalah keramik yang bisa menghasilkan
energi panas dan dingin jika di beri tegangan .
Namun
pada Prinsip Thermoelectrik, Peltier jika di panaskan salah satu sisinya dan
sisi lain panasnya dibuang, maka akan menghasilkan Tegangan. Teknologi
termoelektrik bekerja dengan mengonversi energi panas menjadi listrik secara
langsung (generator termoelektrik). Cara kerja generator ini adalah apabila ada
perbedaan suhu lebih dari 30c diantara kedua sisi peltier maka peltier akan
menghasilkan listrik.
Misalnya suhu heatsink yang
dipanaskan 85c sedangkan suhu heatsink pembuangan panas 55c sehingga peltier
mengalami selisih perbedaan suhu 30c, semakin Jauh selisih suhunya maka listrik
yang di hasilkan akan naik, namun sebaiknya jika terlalu panas bisa Overheat
dan menyebabkan rusaknya solderan Batangan BIsmuth didalam Peltier.
|
|
|
Skema cara kerja Generator
|
Pada gambar diatas merupakan simulasi cara kerja
alat, pada gambar Peltier yang diapit oleh kedua heatsink yaitu heatsink panas
dan heatsink dingin . Api spirtus digunakan untuk memanaskan heatsink kecil
(heatsink panas), kemudian energi panas/kalor melewati peltier dan kalor
tersebut di serap dan di buang oleh heatsink dingin. Dari perpindahan Kalor
tersebut maka peltier akan mengalami perbedaan suhu panas 85c dan suhu dingin
55c sehingga dari selisih suhu tersebut Peltier akan menghasilkan Output
tegangan.
Bahan Thermo-Electric
Semikonduktor
adalah bahan pilihan untuk Thermo-Electric
yang umum dipakai. Bahan semikonduktor Thermo-Electric
yang paling sering digunakan saat ini adalah Bismuth Telluride (Bi2Te3) yang telah diolah untuk menghasilkan
blok atau elemen yang memiliki karakteristik individu berbeda yaitu N dan P.
Bahan Thermo-Electric lainnya
termasuk Timbal Telluride (PbTe), Silicon Germanium (SiGe) dan Bismuth-Antimony (SbBi) adalah paduan
bahan yang dapat digunakan dalam situasi tertentu. Namun, Bismuth Telluride adalah bahan terbaik dalam hal pendinginan.
Bismuth
Telluride memiliki dua karakteristik yang patut dicatat. Karena struktur
kristal, Bismuth Telluride sangat anisotropic.
Perilaku anisotropic perlawanan lebih besar daripada konduktivitas
termalnya. Sehingga anisotropic ini
dimanfaatkan untuk pendinginan yang optimal. Karakteristik lain yang menarik
dari Bismuth Telluride adalah kristal
Bismuth Telluride (Bi2Te3) terdiri
dari lapisan heksagonal atom yang sama.
Konstruksi
Thermo-Electric dibangun oleh dua buah
semikonduktor yang berbeda, satu tipe N dan yang lainnya tipe P. (mereka harus berbeda karena mereka harus
memiliki kerapatan elektron yang berbeda dalam rangka untuk bekerja). Kedua semikonduktor diposisikan
paralel secara termal dan ujungnya digabungkan dengan lempeng pendingin
biasanya lempeng tembaga atau aluminium.
Penampang
Thermo-Electric
Ujung penghantar dari dua bahan yang berbeda dihubungkan
ke sumber tegangan, dengan demikian arus listrik akan mengalir melalui dua buah
semikonduktor yang terhubung secara seri. (lihat gambar diatas). Aliran arus DC
yang melewati dua semikonduktor tersebut menciptakan perbedaan suhu. Sebagai
akibat perbedaan suhu ini, Peltier pendingin menyebabkan panas yang diserap
dari sekitar pelat pendingin akan pindah ke pelat lain (heat sink).
Proses
pemindahan panas
Dalam prakteknya banyak pasangan Thermo-Electric (pasangan) seperti dijelaskan diatas, yang
terhubung paralel dan diapit dua buah pelat keramik dalam sebuah Thermo-Electric tunggal. Sedangkan
besarnya perbedaan suhu panas dan dingin adalah sebanding dengan arus dan
jumlah pasangan semikonduktor di unit.
Keuntungan
Kulkas/Almari
Es dan pendingin ruangan memanfaatkan kompresor, kondensor dan refrigeran cair
untuk mendapatkan suhu yang rendah, dengan sumber tegangan AC. Sementara Thermo-Electric menggunakan tegangan DC,
heat sink dan semikonduktor. Perbedaan mendasar ini memberikan pendingin Thermo-Electric mempunyai keunggulan
dibanding kompresor. Keunggulan itu antara lain :
1. Tidak
ada bagian yang bergerak. Sehingga sangat sedikit atau bahkan tidak memerlukan
perawatan. Hal ini sangat ideal untuk penggunaan yang mungkin sensitif terhadap
getaran mekanis pendinginan.
2. Tidak
ad zat pendingin semisal CFC yang berpotensi membahayakan.
3.
Mengurangi kebisingan semisal kipas pendingin sementara memberikan pendinginan
yang lebih besar.
4. Cocok
untuk aplikasi-aplikasi yang berukuran kecil semisal mikroelektronik.
5. Umur
panjang, lebih dari 100.000 jam MTBF (Mean Time Between Failures).
6. Mudah dikontrol (dengan tegangan
dan arus).
7. Respon dinamis cepat.
8. Dapat memberikan pendinginan di
bawah suhu lingkungan.
9. Ukuran
kecil dan ringan.
Kelemahan
1.
Mempunyai keterbatasan untuk panas yang dihasilkan
2. Lempeng
pendinginan dan pemanasan sebanding, semakin rendah sisi panas, maka sisi
dingin juga semakin rendah juga.
3. Tidak
efisien
Pengembangan Energi Termoelektrik
Sejak awal tahun 1990, tuntutan dunia tentang teknologi yang ramah lingkungan
sangat besar. Ini memberikan imbas kepada teknologi termoelektrik sebagai
sumber energi alternatif. Banyak aplikasi lain penggunaan energi termoelektrik
selain pada RTG yang digunakan oleh Voyager 1.
Salah satunya adalah penerapan teknologi termoelektrik pada pembangkitan
listrik dari sumber panas. Sampai saat ini pembangkitan listrik dari sumber
panas harus melalui beberapa tahap proses. Bahan bakar fosil akan menghasilkan
putaran turbin apabila dibakar dengan tekanan yang sangat tinggi. Hasil putaran
turbin tersebut akan dipakai untuk memproduksi tenaga listrik. Efisiensi energi
pembangkit ini masih rendah akibat beberapa kali proses konversi. Panas yang
dihasilkan banyak yang dilepas atau terbuang percuma. Dapat digunakan suatu
metode yang dikenal sebagai cogeneration di mana panas yang dihasilkan
selama proses dapat digunakan untuk tujuan alternatif. Dengan menggunakan termoelekrik,
panas yang dihasilkan selama proses diubah menjadi listrik, sehingga panas yang
dihasilkan tidak terbuang secara percuma dan energi yang dihasilkan oleh
pembangkit menjadi lebih besar, serta efisiensi energi menjadi lebih tinggi.
Contoh penerapan lainnya yang sedang dikembangkan saat ini adalah pemanfaatan
perbedaan panas di dasar laut dan darat, sistem hybrid pada kendaraan bermotor
yang memanfaatkan motor listrik dan mesin pembakaran, serta pemanfaatan pada
pembangkit listrik tenaga surya.
Kesulitan terbesar dalam pengembangan energi ini adalah mencari material
termoelektrik yang memiliki efisiensi konversi energi yang tinggi. Parameter
material termoelektrik dilihat dari besar figure of merit suatu material.
Idealnya, material termoelektrik memiliki konduktivitas listrik tinggi dan
konduktivitas panas yang rendah. Namun kenyataannya sangat sulit mendapatkan
material seperti ini, karena umumnya jika konduktivitas listrik suatu material
tinggi, konduktivitas panasnya pun akan tinggi.
Walaupun demikian, teknologi material yang saat ini sedang berkembang pesat
terutama kemampuan menyusun material dalam level nano diharapkan dapat
menghasilkan suatu material termoelektrik dengan efisiensi yang tinggi.
Sumber :
1. http://knowlage-is-power.blogspot.co.id/2015/08/cara-membuat-pembangkit-listrik-dari.html
2. http://www.vedcmalang.com/pppptkboemlg/index.php/menuutama/listrik-electro/1292-mengenal-thermo-electric-peltier
3. http://majalahenergi.com/forum/energi-baru-dan-terbarukan/bentuk-energi-baru/termoelektrik-pemanfaatan-energi-panas-menjadi-energi-listrik
