PANEN ENERGI LISTRIK DIANTARA SUNGAI DAN MATAHARI: GAGASAN PEMANFAATAN THERMOELEKTRIK DI KALIMANTAN BARAT

Transkripsi

1 PANEN ENERGI LISTRIK DIANTARA SUNGAI DAN MATAHARI: GAGASAN PEMANFAATAN THERMOELEKTRIK DI KALIMANTAN BARAT Supri, Pratiwi Oktaviani, Andreas Setiawan Program Studi Pendidikan Fisika, Fakultas Sains dan Matematika, Universitas Kristen Satya Wacana, Jl. Diponegoro 52-60, Salatiga 50711, Jawa Tengah, Indonesia supridarmawan@yahoo.co.id ABSTRAK Meningkatnya kebutuhan manusia akan energi mengakibatkan muncul penelitian mencari energi alternatif dengan memanfaatkan kekayaan alam yang dapat diperbaharui seperti sungai dan matahari. Salah satu teknologi yang dapat menjawab masalah tersebut adalah termoelektrik. Termoelektrik bekerja dengan memanfaatkan perbedaan suhu dengan prinsip efek seebeck. Penelitian ini mendesain sebuah sistem termoelektrik TEG sebagai pembangkit listrik dengan memnafaatkan gradien suhu diantara kolektor matahari dan sungai, sehingga diharapkan dapat memperlihatkan potensi pemanfaatan TEG di provinsi Kalimantan Barat. Desain alat terdiri dari beberapa bahan utama seperti aspal, lempeng besi, aluminium dan termoelektrik. Aspal digunakan sebagai kolektor panas yang menangkap sinar matahari sedangkan sungai sebagai pendingin. Dengan memanfaatkan aspal dan sungai tersebut didapatkan besarnya tegangan untuk satu termoelektrik adalah 4, volt dan arus sebesar 2,5 ampere, sehingga untuk memenuhi kebutuhan dalam satu rumah dengan daya 450 watt, maka diperlukan sekitar 41 buah termoelektrik dengan luas permukaan sekitar 150 cm 2 dan banyaknya aspal yang diperlukan sekitar 5,55 kg. Kata kunci: termoelektrik, aspal, aluminium, sungai, efek seeback. PENDAHULUAN Salah satu permasalahan besar yang dihadapi sekarang ini adalah semakin menipisnya persedian sumber energi diperut bumi. Perkembangan industri yang demikian pesat makin mempercepat terkurasnya sumber energi yang ada. Dengan melihat keadaan itu maka banyak muncul penelitian-penelitian yang mencari pengganti energi alternatif. Ada banyak kekayaan alam yang dapat di kembangkan sebagai energi alternatif di antaranya adalah air, udara, bahkan sinar matahari. Sinar matahari memiliki peluang yang besar untuk di kembangkan sebagai sumber energi alternatif mengingat sinar matahari adalah sumber energi yang tidak pernah habis. Energi yang dikeluarkan oleh sinar matahari sebenarnya hanya diterima oleh permukaan bumi sebesar 69 persen dari total energi pancaran matahari. Suplai energi surya dari sinar matahari yang diterima oleh permukaan bumi sangat besar yaitu mencapai x Joule pertahun, energi ini setara dengan 2 x Watt. Jumlah energi sebesar itu setara dengan kali konsumsi energi di seluruh dunia saat ini [1]. Salah satu arah pengembangan dari pemanfaatan sinar matahari ini adalah mengubahnya menjadi energi listrik. Beberapa daerah di Indonesia memiliki potensi yang sangat besar untuk dapat mengembangkan energi matahari menjadi energi listrik, salah satunya adalah provinsi Kalimantan Barat. Provinsi Kalimantan Barat pada dasarnya memiliki potensi sumber daya energi yang cukup besar seperti Batubara (182 juta ton), Gambut (2.702 juta ton), Uranium ( ton) Minyak Bumi (1 milyar STBM) dan Gas Bumi (indikasi di 4 Kabupaten), serta energi baru terbaharukan lainnya seperti air, angin, surya (matahari), biogas dan bio massa. Namun demikian potensi sumberdaya energi tersebut belum dapat dimanfaatkan secara optimal, sehingga Kalimantan Barat masih mengalami krisis energi. Salah satu parameter/ukuran krisis energi yang terjadi di Kalimantan Barat adalah masih terbatasnya pasokan energi khususnya energi listrik bagi masyarakat yang disediakan F6-1

2 oleh PT. PLN dengan rasio elektrifikasi 48,6 % dan rasio desa berlistrik 68,79 % [2]. Padahal letak geografis provinsi Kalimantan barat sangat strategis yaitu terletak di garis khatulistiwa, dimana daerah Kalimantan Barat tepat dilalui garis lintang 0 tepatnya di atas Kota Pontianak. Karena pengaruh letak ini, maka Kalimantan Barat merupakan salah satu daerah tropik dengan suhu udara yang cukup tinggi dan kelembaban yang tinggi. Tabel 1. Potensi Sumber Daya Energi Surya di Beberapa Kota di Indonesia [] NO Kota Provinsi Tahun Pengukuran Radiasi Rata-rata (kwh/ ) 1 Banda Aceh Aceh ,1 2 Jakarta Jakarta ,19 Denpasar Bali ,26 4 Pontianak Kal-Bar ,55 5 Menggala Lampung ,2 Kisaran curah hujan tahunan sekitar mm, rata-rata hari hujan hari, distribusi hujan tetap tinggi yaitu di atas 100 m per bulan yang jatuh pada bulan Juni- Agustus, bulan lain-lainnya merupakan bulan basah. Fluktuasi suhu rata-rata adalah 22 C-2 C dengan rata-rata suhu siang hari 29 C [4]. Selain letak provinsi Kalimantan Barat yang strategis yaitu terletak di garis khatulistiwa, provinsi ini juga memiliki kekayaan alam lainnya yaitu banyaknya mata air. Dengan banyaknya mata air tersebut, maka Kalimantan Barat mendapatkan julukan Provinsi Seribu Sungai. Julukan ini selaras dengan kondisi geografis yang mempunyai ratusan sungai besar dan kecil yang diantaranya dijadikan jalur pelayaran. Beberapa sungai besar sampai saat ini masih merupakan urat nadi dan jalur utama untuk angkutan daerah pedalaman, walaupun prasarana jalan darat telah dapat menjangkau sebagian besar kecamatan [5]. Dua hal di atas merupakan potensi besar untuk membantu mengatasi krisis energi di provinsi Kalimantan Barat yaitu pemanfaatan panas sinar matahari dan kekayaan sungai sebagai pembangkit energi listrik alternatif. Salah satu gagasan untuk memanfaatkan adanya kondisi alam dengan perbedaan temperatur yang cukup signifikan ini adalah pemanfaatan generator thermoelektrik (TEG Thermo Electric Generator). TEG merupakan salah satu terobosan baru dalam teknologi konversi energi, yaitu mengubah aliran kalor dari dua kondisi dengan temperatur yang berbeda menjadi bentuk energi listrik. Teknologi TEG berkembang cukup pesat seiring dengan pesatnya perkembangan fisika material, khusunya semikonduktor. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mendesain sebuah sistem thermoelektrik TEG sebagai pembangkit energi listrik dengan memanfaatkan gradien suhu antara kolektor matahari dan sungai, sehingga diharapkan dapat memperlihatkan potensi pemanfaatan TEG di provinsi Kalimantan Barat yang memiliki kondisi alam unik yaitu tersediannya secara melimpah dua kondisi alam dengan temperatur yang berbeda. BAHAN DAN METODE PENELITIAN BAHAN PENELITIAN Beberapa alat dan bahan utama yang di perlukan dalam penelitian ini adalah aluminium, lempeng besi, termoelektrik, dan aspal METODE PENELITIAN Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah Perancangan alat yang menarik dan sederhana untuk mengetahui nilai efisiensi alat yang dibuat. Kegiatan ini di rancang untuk mengetahui seberapa besar tegangan (V), arus (I), dan daya (P) yang di hasilkan oleh termoelektrik jika menggunakan aspal sebagai penyerap sinar matahari yang datang di permukaannya dan air sungai sebagai pendinginnya. Berikut adalah gambar dari gagasan desain generator thermoelektrik F6-2

3 Gambar 1. Gagasan desain generator termoelektrik DESAIN UKURAN DAN PERHITUNGAN DAYA GENERATOR Metode perhitungan besarnya daya keluaran yang di hasilkan mengacu pada hasil penelitian yang telah dilakukan oleh Lau [6]. Hasil dari penelitianya adalah Performa dari generator termoelektrik ditentukan dari parameter-paramater tegangan (V), arus (I), dan daya yang dihasilkan. Lau Mendapatkan grafik hubungan antara suhu junction dengan V dan I di tunjukan pada grafik gambar 2a dan 2b. (a) (b) Gambar 2. Kurva karakteristik modul termoelektrik terhadap suhu Dari beberapa survei komponen TEM yang ada dipasaran Indonesia didapatkan data sebagai berikut Q Hot = 16,8 Watt, V max = 15,2 Volt, I max = 9 A. Sedangkan jenis keping termoelektrik yang digunakan dapat dilihat pada gambar. Untuk bisa memprediksi daya yang dihasilkan TEM maka parameter penting yang harus diketahui adalah temperatur sisi panas maupun dingin. Berdasarkan beberapa laporan penelitian didapatkan suhu air di TN Bukit Baka Bukit Raya Kalimantan Barat (Sintang) berkisar 2 C-24 C [7]. Untuk aspal, suhu ketika aspal mencapai titik lelehnya yaitu 160 C [8]. Dalam satuan Kelvin (K), suhu air didapatkan 296 K, dan aspal 4 K. F6-

4 Gambar. Keping/sel termoelektrik Dengan data TEM yang digunakan dan kondisi Tpanas=4 K dan Tdingin=296 K maka mengacu pada kurva gambar 4a dan 4b didapatkan parameter seperti pada persamaan (1), (2) dan (). V = 0,28 x Vmax (1) I = 0,28 x Imax (2) P = V x I () Besarnya nilai 0,28 pada persamaan (1) dan (2) di dapat dari perbandingan antara suhu panas dan suhu dingin untuk masing-masing tegangan (V) dan arus (I) yang mengacu pada gambar 2a dan 2b. Dari persamaan (1) besarnya tegangan (V) yang di hasilkan dengan V maks = 15,2 Volt, V = 0,28 x 15,2 = 4, Volt Dari persamaan (2) besarnya arus (I) yang mengalir dengan Imax = 9 A, adalah I = 0,28 x 9 A = 2,5 A Dari persamaan () dapat di tentukan besarnya daya yang di hasilkan yaitu : P = 4, Volt x 2,5 A = 10,75 Watt sebanding dengan 11 Watt Jika daya TEG diharapkan dapat digunakan dalam satu rumah dengan daya 450 Watt maka jumlah TEM yang di perlukan adalah daya yang diperlukan n = (4) daya 1thermoelektrik Dari persamaan (4) dapat di tentukan banyaknya jumlah thermoelektrik yang di perlukan thermoelektrik 450Watt n = = 40,9 sebanding dengan 41 buah 11Watt Mengacu pada gambar besarnya ukuran sisi-sisi satu thermoelektrik adalah cm. Maka luas satu thermoelektrik adalah cm x cm = 9 Untuk mendapat daya 450 Watt akan diperlukan daya berkas sinar matahari sebesar 975 Watt. Dengan melihat Tabel.1 didapatkan radiasi rata-rata Pontianak 4550 Wh/m 2, sehingga luasan kolektor yang diperlukan minimal 2 m 2. Jika kolektor dibuat persegi sama sisi maka panjang setiap sisinya = cm atau dibulatkan 150 cm. Jadi untuk menempatkan 41 buah thermoelektrik maka di perlukan aluminium yang panjang sisi-sisinya 150 cm seperti gambar 4. F6-4

5 Gambar 4. Lempengan aluminium yang di perlukan Untuk menghitung berapa banyak aspal yang diperlukan dalam pembuatan generator thermoelektrik maka dapat di hitung dengan rumus Q = m c T (5) Dengan Qpanas = 6,75x10 6 Joule, kalor jenis aspal = 0,92x 10 J / kgk, dan perbedaan suhu yang di hasilkan = = 17 K, banyaknya aspal yang diperlukan adalah m = Q/ c T, 6 6,75x10 J J m = = = 5, 55kg (0,92x10 J / kgk )(17 K ) J / kg Dengan melihat banyaknya aspal yang di perlukan maka dapat di hitung tingginya lempengan aluminium yang di perlukan dengan menggunakan persamaan (6), dimana rho dari aspal 721 kg/ m m l = (6) V m 5,55kg Sehingga V = = = 0, 074m, l 721kg / m Untuk menghitung tingginya lempeng aluminium yang di gunakan dapat menggunakan persamaan (7), dengan panjang dan lebar aluminium 150 cm = 1,5 m V= p x l x t (7) V 0,074m 0,074m t = = = = 0, 0m atau, cm (lihat gambar 4) 2 pxl 1,5mx1,5 m 2,25m Untuk ukuran aluminium yang di gunakan dalam pembuatan kaki dan sirip pendingin generator thermoelektrik di tunjukan pada gambar 5. Lempengan besi yang di gunakan sebagai penutup dipasang diatas thermoelektrik memiliki ukuran yang lebih kecil dari ukuran lempengan aluminium yaitu sekitar 149,5 ukuran ini di buat tidak sama dengan tujuan agar lempengan besi tidak bersentuhan dengan lempengan aluminium, sehingga tidak terjadi perpindahan kalor/panas. Setelah semuanya selesai maka aspal dipasang di posisi paling atas. F6-5

6 Gambar 5. Kaki dan sirip pendingin generator thermoelektrik Dengan potensi sumber energi yang melimpah seperti uraian di atas maka, thermoelektrik merupakan salah satu alat untuk dapat memanfaatkan kekayaan itu. Pemanfaatkan thermoelektrik sebagai pembangkit energi listrik yang menggunakan panas matahari dan sungai sebagai pendingin akan sangat membantu terutama untuk daerah-daerah yang pada saat ini belum terjangkau oleh listrik PLN karena pengembangan teknologi thermoelektrik dapat di lakukan di mana saja dan tidak di batasi oleh kondisi suatu daerah tetapi dengan adanya panas dan dingin maka alat ini sudah dapat menghasilkan energi listrik. Selain itu kelebihan dari teknologi thermoelektrik ini adalah dapat mengurangi terjadinya pemanasan global, karena alat ini menyerap panas yang akan diolah menjadi energi listrik. Cara kerja dari teknologi thermoelektrik ini juga sangat sederhana, yaitu alat ini hanya memanfaatkan perbedaan suhu untuk menghasilkan listrik. Dengan meletakan sedemikian rupa dalam suatu rangkaian yang menghubungkan sumber panas dan dingin maka alat ini akan menghasilkan listrik. Semakin besar perbedaan suhu yang di hasilkan maka energi listrik yang di hasilkan akan semakin besar. Dalam gagasan penelitian ini pemanfaatan thermoelektrik sangat perlu di lakukan untuk provinsi Kalimantan Barat sehingga dapat berguna dan bermanfaat bagi masyarakat. KESIMPULAN Kalimantan Barat adalah salah satu provinsi yang kaya akan sumber daya alam (SDA), baik yang dapat di perbaharui maupun tidak dapat di perbaharui, salah satunya kekayaan tersebut adalah fluktuasi penyinaran matahari yang tinggi dan banyaknya sungai-sungai besar maupun kecil. Melihat kekayaan tersebut provinsi Kalimantan Barat memiliki potensi besar untuk dapat mengembangkan generator termoelektrik sebagai energi alternatif untuk menghasilkan energi listrik. DAFTAR PUSTAKA [1] Susilo, Danang., Rusminto Tj.W., Eng., dan Agus Indra G. Peningkatan Daya Keluaran Sel Surya dengan PenjejakMatahari dan Pemantulan Cahaya Matahari sebagai Sumber Daya Pendukung Perusahaan Listrik Negara (PLN), Sub judul: Penjejak Matahari Berbasis Sensor Cahaya dan Waktu. Jurusan Teknik Elektronika, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya Kampus PENS-ITS Sukolilo, Surabaya. [2] Anonim, Kunjungan Kerja Dewan Energi Nasional (DEN) Ke Kalimantan Barat (15/02/11) [] Rahardjo, Amien., Herlina, dan Husni Safruddin Optimalisasi Pemanfaatan Sel Surya pada Bangunan Komersial secara Terintegrasi sebagai Bangunan Hemat Energi. Jurusan Teknik Elektro - Fakultas Teknik Universitas Indonesia Kampus FT-UI Pondok Cina Depok F6-6

7 [4] Anonim, Keadaan Umum. (14/02/11) [5] Anonim,2009. Letak Wilayah dan Keadaan Umum Kalbar. (14/02/11) [6] J. Richard Buist and Paul G. Lau. Thermoelectric Power Generator Design and Selection from TE Cooling Module Specifications. TE Technology, Inc., 1590 Keane Drive, Traverse City, MI USA. [7] Aenni, Noor., Stefhen Daniel., dan Oktavianus T. M. D., Karakteristik Habitat Katak tanpa Paru-Paru (Barbourula Kalimantanensis) di Taman Nasional Bukit Baka Bukit Raya. Departemen Konservasi Sumberdaya Hutan dan Ekowisata Fakultas Kehutanan, Institut Pertanian Bogor. [8] Anonim, KANTONG ASPAL: EFISIEN DAN TANPA LIMBAH. d=58&itemid=1 F6-7