PEMANFAATAN POTENSI SUMBER AIR PANAS DI
BLAWAN BONDOWOSO SEBAGAI PEMBANGKIT LISTRIK ALTERNATIF BERBASIS TEC
(THERMOELECTRIC COOLER)
Dwi Hardjo Apriyanto
Universitas Gunadarma
Abstrak
Potensi energi di Indonesia besar, salah satunya adalah
potensi energi yang terbarukan yaitu energi geotermal yang berupa sumber air
panas. Banyak daerah di Indonesia yang mempunyai potensi sumber air panas yang
bagus, salah satu daerah di Indonesia yang memiliki pemanfaatan sumber air
panas yang kemudian bisa diubah menjadi pembangkit listrik berada di daerah
Blawan Bondowoso. Penelitian ini, TEC digunakan sebagai pembangkit listrik
tenaga panas / TEG (thermoelectric
generator) yang memanfaatkan efek
dari Seebeck. Dalam penelitian ini menggunakan 9 buah TEC berdimensi 4x4cm
dengan terangkai seri, bahan berupa Bi2Te3 (Bismuth
telluride) sebagai alat bantu dalam pengambilan data. Blawan memiliki
Sumber air panas dengan temperature 45-49,5
°C. Pengambilan data dilaksanakan dalam waktu 3 hari
yaitu. VTEG tertinggi
didapatkan pada hari ke-2 yaitu sebesar 4,506 V pada pukul 9:00 WIB dan VTEG terendah
yang didapatkan terdapat pada hari ke-1 sebesar 2,001 V pada pukul 13:30 WIB.
Besar arus berbeda-beda pada angka 0,04 A dan 0,03 A, namun rata-rata stabil
pada 0,03A. Pada tiga hari penelitian daya tertinggi yang didapatkan sebesar
0,48 Watt, dan daya terendah yaitu sebesar 0,07962 Watt.
Kata Kunci — TEC, TEG, efek seebeck.
I. PENDAHULUAN
Seiiring dengan perkembangan
zaman dan teknologi, kebutuhan akan energi listrik di dunia semakin meningkat
pada masa sekarang ini, kebutuhan akan energy listrik ini juga dirasakan oleh
Negara kita Indonesia. Konsumsi energy listrik yang meningkat disebabkan karena
semakin banyaknya perangkat elektronik yang dalam pengopersaiannya menggunakan
listrik untuk suplai dayanya, perangkat elektronik yang digunakan dalam
kehidupan masyarakat sehari-hari, serta konsumsi listrik pada segmen industri
yang juga turut meningkat sekitar dua kali dari pertumbuhan jumlah
pelanggannya, menunjukkan bahwa Indonesia mulai menjadi tempat yang bagus untuk
bertumbuhnya industri skala besar. Peningkatan kebutuhan listrik ini belum
diimbangi dengan peningkatan kapasitas pembangkit listrik yang ada, sehingga
kondisi pemadaman listrik tidak jarang ditemui terjadi di kawasan pemukiman
setempat[1].
Wilayah indonesia yang secara geografis dikelilingi
banyak gunung berapi dan lapisan batuan bumi yang bervariatif jenisnya,
memiliki potensi geotermal yang banyak tersebar. Selain pemanfaatan geotermal
secara langsung untuk pembangkit listrik, panas yang dihasilkan dari dalam bumi
juga dapat menciptakan sumber air panas yang merupakan hasil proses pemanasan
air dalam tanah secara geotermal akibat terbentuknya celah di dalam lapisan
batuan bumi.
Panas dan temperatur yang dihasilkan tergantung dari
kedalaman sumber geotermal ini [2][3]. Sumber air panas dapat terjadi akibat
pemanasan air dalam tanah karena aktivitas vulkanik di suatu gunung berapi yang
aktif. Melihat potensi energi panas yang dimiliki oleh sumber air panas yakni
sifatnya yang termasuk energi terbarukan, dan keberadaan sumber air panas yang
tidak sedikit di Indonesia.
Dalam Penelitian ini, yang akan dibahas berjudul Pemanfaatan Potensi Sumber Air Panas di Blawan
Bondowoso Sebagai Pembangkit Listrik Alternatif Berbasis TEC [3][4]. Pada
penelitian ini, TEC digunakan sebagai
pembangkit listrik tenaga
panas / thermoelectric generator (TEG).
Dengan memanfaatkan potensi energi yang dimiliki oleh sumber air panas di
daerah Blawan Bondowoso, lebih lanjut dengan mempertimbangkan hasil survei di
lapangan, bukan tidak mungkin pembangkit listrik tenaga air panas akan dapat
menjadi alternatif energi terbarukan yang baru
[5][6]. Ketika terjadi perbedaan panas yang signifikan di antara kedua
sisinya, perbedaan tegangan akan tercipta di antara kedua sisi komponen ini.
Penggunaan TEC sebagai pembangkit energi alternatif akan lebih ekonomis dari
segi investasi awal dibandingkan dengan pembangkit lain seperti halnya panel
surya.
II. METODE PENELITIAN
Tahapan Penelitian
Demi mencapai tujuan
penelitian yang diharapkan, dalam penelitian yang akan dilakukan terdapat
serangkaian tahap yang harus dilewati. Tahap-tahap dalam penelitian ini:
1. Tahap studi literatur
Pada tahap ini
membantu dalam mendapatkan referensi penelitian dengan topik pembahasan yang
sama, sebagai acuan untuk penelitian yang hendak dilakukan, serta tolak ukur
validitas hasil penelitian yang diperoleh nantinya.
2. Tahap survei kondisi lokasi penelitian
Survei memiliki
peran pada penentuan wilayah cakupan penelitian serta batasan hal-hal yang
masuk dalam penelitian. Hasil survei juga dapat menjadi bekal untuk menyiapkan
antisipasi kebutuhan penelitian bilamana dimungkinkan terjadi gangguan (error)
saat dilakukan pengambilan data di lokasi penelitian.
3. Tahap desain & perencanaan komponen
purwarupa pembangkit listrik tenaga air panas yang berbasis Thermoelectric
Cooler (TEC)
Tahap desain dan
perencanaan purwarupa ini ditujukan sebagai alat bantu pengambilan data potensi
yang disesuaikan dengan kondisi di lokasi penelitian. Sebab dengan menggunakan
komponen termoelektrik sebenarnya di lokasi penelitian diharapkan data yang
diperoleh lebih akurat sesuai kondisi di lokasi Pembangkit Listrik Tenaga Air
Panas atau TEG.
4. Tahap
pembuatan / rancang bangun purwarupa TEG sesuai desain
Berdasarkan desain dan perencanaan yang telah dibuat,
maka dalam proses rancang bangun lebih mudah karena sudah memiliki desain
dengan ukuran yang jelas sesuai dengan kebutuhan di lokasi penelitian. Sehingga
alat bantu ini dapat memudahkan dalam proses pengambilan data potensi.
5. Pengujian
perangkat purwarupa pembangkit listrik dalam menghasilkan keluaran
Sebelum dilakukan pengambilan data potensi di lokasi
penelitian yakni sumber air panas di Blawan Bondowoso, maka mutlak perlu
dilakukan pengujian. Hal ini sebagai bentuk antisipasi dan memastikan alat
bantu pengambilan data potensi bekerja dengan benar, sehingga diharapkan data
yang diperoleh akurat sesuai yang dikehendaki.
6. Tahap
pengambilan data di lokasi penelitian dan analisa potensi
Setelah tahap-tahap bagian sebelumnya dilakukan dan
tidak terdapat kendala yang mengganggu kerja alat bantu pengambilan data, maka
berikutnya dapat dilakukan pengambilan data potensi di lokasi penelitian sesuai
dengan waktu yang telah direncanakan. Data potensi yang telah diambil kemudian
diolah dalam aplikasi Ms. Excel, dan selanjutnya dilakukan analisa mengenai
kinerja, karakteristik, serta tren potensi energi yang mampu dihasilkan.
B. Desain
Alat Bantu Pengambilan Data
Gambar 1 merupakan blok diagram sistem purwarupa TEG sebagai alat bantu untuk
pengambilan data potensi, yang didasarkan pada kondisi lokasi penelitian
seperti ditunjukkan pada Gambar 2. Desain purwarupa TEG yang digunakan
ditunjukkan pada Gambar 3, purwarupa TEG diapungkan diatas bak penampung sumber
air panas untuk memaksimalkan penghantran panas ke blok sisi panas modul
termoelektrik, dan pada bagian atas terdapat kotak heatsink berisikan air
sebagai
 |
Gambar 2. (a) Kondisi lingkungan sumber air panas, (b)
Bak penampung
C.Pembangunan Data Potensi Pembangkit
Parameter penting dalam
pembangkit listrik berbasis TEC yang memanfaatkan efek seebeck yaitu tegangan,
arus, daya keluaran dan efisiensi. Model matematis dari efek seebeck untuk
mencari nilai parameter tersebut adalah sebagai berikut [10][11]:
Tegangan keluaran,
V =
tegangan keluaran (Volt)
α =
koefisien seebeck (V/°C)
=
beda temperatur antara sisi panas dan dingin (Th–Tc) (°C)
Arus keluaran,
I =
arus keluaran (A)
R =
tahanan beban (Ohm)
Gambar 4. Susunan TEC
IV. HASIL
PENELITIAN
A. Hasil
Pengambilan Sample Data Potensi di Blawan
Dari hasil data yang didapat setidaknya cukup
memberikan gambaran mengenai tren energi yang dihasilkan pada hari-hari lainnya
dengan kondisi yang sama.
Selama 3 hari pengambilan data potensi dilakukan
selama 3 hari dari pukul 09:00 s.d. 15:00 WIB. Data potensi yang diperoleh dapat dilihat pada tabel II, III
dan IV.
1) Karakteristik
Tegangan terhadap Waktu: Berdasarkan data potensi ketiga hari pada tabel II,
III dan IV 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.
IV. HASIL
PENELITIAN
A. Hasil
Pengambilan Sample Data Potensi di Blawan
Dari hasil data yang didapat setidaknya cukup
memberikan gambaran mengenai tren energi yang dihasilkan pada hari-hari lainnya
dengan kondisi yang sama.
Selama 3 hari pengambilan data potensi dilakukan
selama 3 hari dari pukul 09:00 s.d. 15:00 WIB. Data potensi yang diperoleh dapat dilihat pada tabel II, III
dan IV.
1) Karakteristik
Tegangan terhadap Waktu: Berdasarkan data potensi ketiga hari pada tabel II,
III dan IV 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 13:00
s.d. 13:30 WIB.
Penurunan tersebut merupakan dampak dari meningkatnya suhu lingkungan yang
memberi pengaruh pada sistem pendingin di sisi dingin TEC. 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 WIB. Adapun
besar nilai data dari ketiga hari tersebut tidak terpaut jauh, grafik pada Gambar 5 dapat menunjukkan selisihnya
secara visual
Gambar 5. Grafik tegangan
VTEG terhadap waktu
Suhu sumber air panas mengalami kenaikan mencapai 49,4
– 49,5 °C ketika pukul 11:30 s.d. 13:30 WIB. Dilihat dari waktu perubahan
suhunya, serta lokasi sumber air panas yang berada di tempat terbuka, maka
perubahan suhu yang terjadi pada air panas merupakan efek langsung dari
perubahan suhu lingkungan yang semakin siang semakin meningkat.
B. Karakteristik
Daya terhadap Waktu: Perbedaan keluaran
daya juga terdapat pada pukul 11:30 dan 12:00 WIB di hari ke-1, ketika pada dua
hari lain memiliki daya yang sama yakni 0,48 Watt dan 0,36 Watt. Nilai daya
pada Gambar 8 diperoleh dengan mengkalikan Vconv (tegangan setelah konverter)
dengan Iconv (arus setelah konverter). Saat pagi hari pukul 9:00 s.d. 9:30 WIB,
ketiga hari memiliki daya yang sama sebesar 0,48 Watt. Lalu saat pukul 10:00
WIB data hari ke-2 mencatatkan daya yang berbeda dibanding dua hari yang lain
yakni lebih kecil 0,36 Watt. Hal tersebut merupakan dampak langsung dari VTEG
yang dihasilkan.
C. Potensi
Penerapan TEG di Sumber Air Panas Blawan
Kajian potensi penerapan TEG diperhitungkan untuk
dapat menyuplai sebuah rumah DC dengan kebutuhan daya sebesar 100Watt dengan
arus 2,9A. Rumah DC adalah rumah yang memiliki beragam perangkat elektronik
dasar yang langsung menggunakan
sumber DC (Direct
Current) sebagai suplai
listriknya. Untuk memudahkan dalam perhitungan kajian
potensi penerapan TEG di Blawan, maka dipilih nilai daya tertinggi yang
dihasilkan oleh TEG yakni sebesar 0,48Watt dengan arus 0,04A. Hal ini dilakukan
dengan alasan karena sample kinerja paling optimal dari TEG dirasa dapat
mewakili potensi sesungguhnya yang dapat dihasilkan.
Berdasar pada keluaran purwarupa TEG seperti
ditunjukkan Gambar 8, maka dibutuhkan 73 purwarupa TEG seperti pada penelitian
yang disusun secara paralel, dengan tujuan untuk mencapai besar arus seperti
kebutuhan yakni 2,9A. Sehingga berdasarkan teori perhitungan, diperoleh arus
total (Itot) yang dapat disuplai sebesar 2,92A.
Untuk mendapatkan tegangan lebih besar, 73 purwarupa
TEG tersebut ditambah sebanyak 3 kalinya kemudian disusun secara seri. Tanpa
memperhitungkan rugi-rugi yang terjadi TEG yang diterapkan di sumber air panas
Blawan kini dengan keluaran 36V, 2,92A dapat menyuplai daya sebesar 105,12
Watt. Untuk mencapai daya tersebut total modul TEC yang diperlukan adalah 1971
buah.
V. KESIMPULAN
Setelah melakukan penilitian ini dapat ditarik
kesimpulan, yaitu sebagai berikut:
1. Di
Blawan Suhu sumber air panas stabil pada 49,3
°C, walaupun terdapat suhu lingkungan (Tenv) naik
antara 28,5 – 31,3 °C berpengaruh terhadap kenaikan suhu sumber air panas yaitu naik pada kisaran 49,4 – 49,5 °C.
2. Perbedaan
suhu yang tecatat antara sisi panas
(Thot) & sisi dingin (Tcold) pada modul termoelektrik (TEC1-12706)
berbanding lurus dengan besar energi yang dihasilkan. Telah terbukti pada
contoh data hari ke-3, saat bernilai
2,7 °C
tegangan keluaran TEG
(VTEG) hanya
3,277V dan saat
sebesar 17,4 °C
nilai VTEG diketahui
lebih besar yakni 4,014V.
3. Output
tegangan (VTEG) didalam proses pengambilan data berubah dalam rentang tegangan
2,001 – 4,506 V arus keluaran (Iconv) stabil pada 0,03 –
0,04A, hal ini merupakan akibat dari 9 modul
termoelektrik (TEC1-12706) yang disusun secara seri.
4. Potensi
penerapan TEG di sumber air panas Blawan DC 100Watt dengan arus 2,9A,
membutuhkan modul termoelektrik cukup banyak yakni sejumlah 1971 buah,
disebabkan TEG bekerja hanya sekitar 10% dari suhu operasi optimalnya seperti
yang tertera dalam data sheet.
5. Efesiensi
model TEG yang diaplikasikan di daerah Blawan cukup rendah, berkisar 6,62% dan
efisiensi terendah yang didapat 0,957%, lebih rendah dari penelitian sebelumnya
yang diterapkan di Korea. Sehingga penerapan TEG di sumber air panas Blawan
diperhitungkan kurang ekonomis dalam segi investasi pembangunan manufakturnya.
REFERENSI
[1] Administrator. (2013). “Pemakaian Listrik Semester
1/2013, Tumbuh Tinggi Di Sektor Produktif Dan Rendah Di Kelompok Konsumtif”.
Dari sumber https://www.esdm.go.id. Diakses pada 17 februari 2015.
[2] Challoner,
Jack. (2000). “Jendela Iptek Seri 5: Energi”. Jakarta: PT Balai Pustaka.
[3] Komunitas
Dian Aksara. (2007).
“Energi Alternatif”. Bogor: Yudhistira Ghalia Indonesia.
[4] The World
Bank Washington, D.C. (1994). “Indonesia: Environment and Development”. U.S.A.: World Bank
Publications. Hal. XXIX.
[5] Gutierrez, F dan Mendez, F. (2008). “Generation
Minimization of a Thermoelectric Cooler”. The Open Thermoelectric Journal
Vol.2.
[6] Sukur, Edi. (2004). “Melirik Teknologi
Termoelektrik sebagai Sumber Energi Alternatif”. Dari sumber
http://www.energi.lipi.go.id/utama.cgi- artikel. Diakses pada 19 februari 2015.
[7] Dewo, E. Setio. (2003). “Teknologi Pendingin
Prosesor”. Dari sumber https://ilmukomputer.com. Diakses pada 19 februari 2015.
[8] John, Stephen T. (2014). “High Efficient
Seebeck Thermoelectric Device for Power System Design and Efficiency
Calculation: A Review
of Potential Househod Appliances”. India:
Sathyabama University. International Journal of Computer Applications
(0975-8887) Volume 97-No.18.
[9] Dr. O’Halloran, Steven dan Mr. Rodrigues, Matthew.
(2012). “Power and Efficiency
Measurement in a Thermoelectric Generator”. Oregon: University of Portland.
American Society for Engineering Education.
[10] José Rui Camargo and Maria Claudia Costa de
Oliveira (2011). “Principles of Direct Thermoelectric Conversion, Heat Analysis
and Thermodynamic Effects”. Dr. Amimul Ahsan (Ed.), ISBN: 978-953- 307-585-3,
InTech.
[11] Baatar, Nyambayar dan Kim, Shiho. (2011). “A
Thermoelectric Generator Replacing Radiator for Internal Combustion Engine
Vehicles”. Korea: Chungbuk National University dan Yonsei University Songdo.
0 komentar:
Posting Komentar