KARAKTERISTIK TERMOELEKTRIK SERI BERPENDINGIN UDARA UNTUK PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA

KARAKTERISTIK TERMOELEKTRIK SERI
BERPENDINGIN UDARA UNTUK PEMBANGKIT LISTRIK
TENAGA SURYA

TUGAS AKHIR
Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat
Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Jurusan Teknik Mesin

Disusun Oleh :
FENDI
NIM : 045214011

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA, Januari 2008

THE CHARACTERISTICS OF AIR COOLED
SERIES THERMOELECTRIC
FOR SOLAR POWER GENERATOR

FINAL PROJECT
Presented as Partial Fulfillment of Requirements

for the Degree of Mechanical Engineering

By :
FENDI
Student Number : 045214011

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
FACULTY OF SAINS AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA, January 2008

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tugas akhir ini tidak terdapat karya
orang yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu
Perguruan Tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau
pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali secara
tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Penulis

Fendi

INTISARI

Penelitian ini bertujuan untuk mengatasi masalah tentang krisis energi
listrik yang dihadapi di Indonesia khususnya daerah pedesaan yang masih jauh
dari perkotaan. Dimana termoelektrik memanfaatkan tenaga panas surya untuk
menghasilkan energi listrik.
Karakteristik termoelektrik susunan seri pembangkit listrik tenaga
surya dengan pendingin udara merupakan salah satu solusi alternatif untuk
memecahkan masalah krisis energi. Penelitian ini terdiri dari modul termoelektrik
TEC1 – 12706, termoelektrik ini dapat mengkonversikan energi panas menjadi
energi listrik. Termoelektrik ini berbahan bismuth telluride yang dilapisi keramik
dan hanya berukuran 4cm x 4cm. Selain menggunakan termoelektrik, penelitian
ini juga menggunakan kolektor pelat datar sebagai pengumpul radiasi surya yang
masuk dan dikolektor inilah fluida minyak dipanaskan. Fluida minyak yang telah
dipanasi ini akan naik ke tangki penyimpan panas, disini fluida panas akan

mentransfer panas ke sisi panas termoelektrik dan pada sisi dingin termoelektrik
didinginkan dengan sirip maka pada termoelektrik terdapat perbedaan temperatur,
perbedaan temperatur inilah yang mengakibatkan munculnya energi listrik.
Termoelektrik yang digunakan pada penelitian sebannyak 20 buah disusun dengan
2 variasi yaitu : susunan seri dan susunan seri – paralel
Hasil keluaran generator dan arus yang maksimal diperoleh pada
modul termoelektrik susunan seri 0,05% arus 0,18 amper. Dan hasil keluaran yang
berupa efisiensi total, diperoleh efisiensi yang besar pada modul termoelektrik
susunan seri 0,004% dan pada modul termoelektrik susunan seri-paralel diperoleh
efisiensi total 0,003%.

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur saya hanturkan kepada Tuhan atas berkat, rahmat dan
bimbinganNya selalu sehingga saya dapat menyelesaikan Tugas Akhir (TA) saya
dengan judul “karakteristik termoelektrik seri berpendingin udara untuk
pembangkit listrik tenaga surya” ini dengan baik dan lancar. Dalam penulisan
Tugas Akhir ini saya menyadari banyaknya bantuan, bimbingan serta dukungan
yang diberikan dalam proses penyusunan Tugas Akhir ini sehingga naskah ini
dapat selesai pada waktunya. Oleh karena itu pada kesempatan ini saya ingin

menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Tuhan Yang Maha Kuasa atas berkat dan rahmatnya sehingga Tugas Akhir
ini berjalan dengan lancar.
2. Romo Ir. Greg. Heliarko, S.J, S.S, B.S.T., M.Sc., M.A. selaku Dekan
Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
3. Orangtua tercinta yang telah memberikan semangat dan dukungannya.
4. Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T. selaku Wakil Dekan I (satu) Jurusan
Fakultas Teknik Mesin.
5. Budi Sugiharto, S.T., M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin.
6. Ir. FA. Rusdi Sambada, M.T. selaku dosen pembimbing Tugas Akhir yang
telah sungguh-sungguh membimbing.
7. Laboran laboratorium mekanika fluida, laboratorium teknologi mekanik
dan laboratorium perpindahan panas atas bantuannya selama pembuatan
Alat untuk Tugas Akhir.
8. Vivi, Juwanta Yeonardy, Supriady, Hengky Setiyawan, Shirleen Yohana
dan Yanuar Nanang yang telah memberikan masukan dan dukungannya.
9. Seluruh Mahasiswa Jurusan Teknik Mesin (khususnya angkatan 2004)
Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

Penulis mengharapkan agar Tugas Akhir ini dapat berguna, baik bagi

penulis maupun pihak lain, sebagai modal pengetahuan dan informasi. Penulis
menyadari bahwasanya isi dari subtansial dari Tugas Akhir ini masih jauh dari
kesempurnaan. Oleh karena itu, penulis dengan tangan terbuka dan hati lapang
siap menerima berbagai kritik, saran, masukan konstruktif demi peningkatan
kualitas dan kompetensibilitas di kemudian hari.

Yogyakarta, Desember 2007

Penulis

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ........................................................................................ .i
HALAMAN JUDUL (INGGRIS) ................................................................... ii
HALAMAN SOAL ........................................................................................... iii
HALAMAN PENGESAHAN .......................................................................... iv
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA .......................................................... .v
INTISARI .......................................................................................................... vi
KATA PENGANTAR ...................................................................................... vii
DAFTAR ISI ..................................................................................................... ix

DAFTAR TABEL ............................................................................................. xi
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ xii

BAB I PENDAHULUAN.................................................................................. 1
1.1

Latar Belakang ..................................................................................... 1

1.2

Perumusan Masalah ............................................................................. 2

1.3

Tujuan Penelitian ................................................................................. 3

1.4

Kegunaan dan Manfaat ........................................................................ 4

1.5

Batasan Masalah ................................................................................. 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ...................................................................... 5

BAB III METODE PENELITIAN .................................................................. 14
3.1Peralatanpenelitian ............................................................................... 15
3.2 Langkah Pengambilan dan Pengolahan Data ...................................... 15
3.3 Langkah Penelitian .............................................................................. 16
3.4 Pelaksanaan Penelitian ........................................................................ 17

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ......................................................... 18
4.1 Hasil Pengambilan Data ...................................................................... 18
4.2 Pengolahan Data ................................................................................. 19
4.3 Pembahasan.......................................................................................... 57

BAB V PENUTUP ............................................................................................ 62
5.1 Kesimpulan .......................................................................................... 62
5.2 Saran .................................................................................................... 64

DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Hasil perhitungan koefisien Seebeck, tahanan termal,
konduktansi termal variasi rangkaian seri termoelektrik ………….. 27
Tabel 4.2 Hasil perhitungan efisiensi kolektor dan efisiensi total
Variasi pemasangan termoelektrik secara seri………………………28
Tabel 4.3 Hasil perhitungan koefisien Seebeck,, tahanan termal,
konduktansi termal variasi rangkaian seri-paralel termoelektrik…....29
Tabel 4.4 Hasil perhitungan efisiensi kolektor dan efisiensi total
Variasi pemasangan termoelektrik secara seri-paralel………………30

DAFTAR GAMBAR

Susunan seri
Gambar 4.1 Hubungan antara arus (IO) dengan temperatur sisi panas (TH) ................... 31
Gambar 4.2 Hubungan tegangan (VO) dengan temperatur sisi panas (TH)..................... 31

Gambar 4.3 Hubungan daya (PO) dengan temperatur sisi panas (TH) ............................ 32
Gambar 4.4 Hubungan efisiensi generator ( ηG ) dengan temperatur sisi panas (TH) ..... 32
Gambar 4.5 Hubungan efisiensi total ( η T) dengan temperatur sisi panas (TH)............. 33
Gambar 4.6 Hubungan arus (IO) dengan temperatur sisi dingin (TC) ............................. 33
Gambar 4.7 Hubungan tegangan (VO) dengan temperatur sisi dingin (TC).................... 34
Gambar 4.8 Hubungan daya (PO) dengan temperatur sisi dingin (TC) ........................... 34
Gambar 4.9 Hubungan efisiensi ( ηG ) dengan temperatur sisi dingin (TC) .................... 35
Gambar 4.10 Hubungan efisiensi total ( η T) dengan temperatur sisi dingin (TC)........... 35
Gambar 4.11 Hubungan arus (Io) dengan koefisien (Ti – Ta)/G ................................... 36
Gambar 4.12 Hubungan tegangan (Vo) dengan koefisien (Ti – Ta) ............................ 36
Gambar 4.13 Hubungan daya (Po) dengan koefisien (Ti – Ta)/G ................................. 37
Gambar 4.14 Hubungan efisiensi generator ( ηG )dengan koefisien (Ti – Ta)/G ........... 37
Gambar 4.15 Hubungan efisiensi Total ( η T) dengan koefisien (Ti – Ta)/G ................ 38
Gambar 4.16 Hubungan arus (Io) dengan selisih temperatur ( ΔT ) .............................. 38
Gambar 4.17 Hubungan tegangan (Vo) dengan selisih temperatur ( ΔT ) ..................... 39
Gambar 4.18 Hubungan daya (Po) dengan selisih temperatur ( ΔT )............................. 39
Gambar 4.19 Hubungan efisiensi generator ( ηG ) dengan selisih temperatur ( ΔT )...... 40
Gambar 4.20 Hubungan efisiensi Total ( η T) dengan selisih temperatur ( ΔT )............ 40

Susunan seri – paralel

Gambar 4.21 Hubungan arus (Io) dengan temperatur sisi panas (TH) ............................ 41
Gambar 4.22 Hubungan tegangan (Vo) dengan temperatur sisi panas (TH)................... 41
Gambar 4.23 Hubungan daya (Po) dengan temperatur sisi panas (TH) .......................... 42
Gambar 4.24 Hubungan efisiensi ( ηG ) dengan temperatur sisi panas (TH) ................... 42
Gambar 4.25 Hubungan efisiensi total ( η T) dengan temperatur sisi panas (TH) .......... 43
Gambar 4.26 Hubungan arus (Io) dengan temperatur sisi dingin (TC) ........................... 43
Gambar 4.27 Hubungan tegangan (Vo) dengan temperatur sisi dingin (TC).................. 44
Gambar 4.28 Hubungan daya (Po) dengan temperatur sisi dingin (TC) ......................... 44
Gambar 4.29 Hubungan efisiensi ( ηG ) dengan temperatur sisi dingin (TC) .................. 45
Gambar 4.30 Hubungan efisiensi total( η T) dengan temperatur sisi dingin (TC)............ 45
Gambar 4.31 Hubungan arus (Io) dengan koefisien (Ti – Ta)/G ................................... 46
Gambar 4.32 Hubungan tegangan (Vo) dengan koefisien (Ti – Ta)/G ........................ 46
Gambar 4.33 Hubungan daya (Po) dengan koefisien (Ti – Ta)/G ................................. 47
Gambar 4.34 Hubungan efisiensi generator ( ηG ) dengan koefisien (Ti – Ta)/G ........... 47
Gambar 4.35 Hubungan efisiensi total ( η T) dengan koefisien (Ti – Ta)/G .................. 48
Gambar 4.36 Hubungan arus (Io) dengan selisih temperatur ( Δ T) .............................. 48
Gambar 4.37 Hubungan tegangan (Vo) dengan selisih temperatur ( Δ T) ..................... 49
Gambar 4.38 Hubungan daya (Po) dengan selisih temperatur ( Δ T)............................. 49
Gambar 4.39 Hubungan efisiensi generator ( η G) dengan selisih temperatur ( Δ T)...... 50
Gambar 4.40 Hubungan efisiensi total ( η T) dengan selisih temperatur ( Δ T) .............. 50

Susunan seri dan seri – paralel
Gambar 4.41 Hubungan arus (Io) dengan selisih temperatur ( ΔT ) ............................... 51
Gambar 4.42 Hubungan tegangan (Vo) dengan selisih temperatur ( ΔT )...................... 51
Gambar 4.43 Hubungan daya keluaran (Po) dengan selisih temperatur ( ΔT )............... 52
Gambar 4.44 Hubungan efisiensi generator ( η G) dengan selisih temperatur ( ΔT )...... 52
Gambar 4.45 Hubungan efisiensi total ( η T) dengan selisih temperatur ( ΔT ) .............. 53
Gambar 4.46 Hubungan efisiensi kolektor ( η ) dengan (Ti-Ta)/G ................................ 53
Gambar 4.47 Hubungan tegangan pengukuran (V) dengan selisih temperatur ( ΔT ) .... 54
Gambar 4.48 Hubungan Arus (I) dari tegangan pengukuran dengan Selisih
Temperatur( ΔT )......................................................................................54
Gambar 4.49 Hubungan daya ( P) dengan selisih temperatur ( ΔT ) .............................. 55
Gambar 4.50 Grafik Hubungan Arus (Io) dengan Ns ..................................................... 55
Gambar 4.51 Grafik Hubungan Arus (Io) dengan Np/Ns ................................................56

BAB I
PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang
Energi listrik memegang peranan penting dalam kehidupan manusia seharihari, seiring dengan kebutuhan energi yang meningkat dewasa ini maka pencarian
sumber energi alternatif menjadi sesuatu yang sangat penting. Dalam hal ini,
energi surya yang melimpah dan tersedia secara cuma-cuma memiliki peran
terdepan. Banyak penelitian dan pengembangan teknologi dilakukan untuk
mencari pembangkit energi listrik alternatif guna memenuhi kebutuhan energi
listrik di daerah-daerah terpencil yang belum terjangkau jaringan listrik. bagi
Negara berkembang seperti Indonesia, yang sedang berusaha dan terus
membangun semua daerahnya, tentu juga membutuhkan sumber energi yang besar
untuk mengerakkan sarana dan prasarana dalam pembangunan tersebut. Sumber
energi akan menjadi mudah disalurkan atau dialirkan ke dalam peralatan kerja jika
dalam bentuk listrik. Bagi negara Indonesia yang memiliki kekayaan melimpah,
sumber energi yang dimiliki tentu juga beraneka ragam. Alam Indonesia memiliki
kekayaan berupa panas bumi, gas alam, minyak bumi, gelombang laut, angin yang
ada di daerah-daerah pantai maupun panas surya. Tetapi sumber energi yang
sangat potensial untuk dimanfaatkan adalah energi panas surya. Hal ini mengingat
bahwa Indonesia terletak di belahan khatulistiwa, yang sebagian besar daerahnya
memiliki musim panas yang cukup panjang.

Salah satu media yang sangat menarik untuk dicermati adalah termoelektrik.
Termoelektrik

merupakan

suatu

cara

alternatif

yang

digunakan

untuk

mengkonversikan panas menjadi energi listrik, panas yang diperlukan dapat
berasal dari surya, laut, uap atau panas buangan suatu proses produksi.
Pada prinsipnya termoelektrik mengkonversi panas menjadi listrik berdasarkan
efek Seebeck metode ini sangat sesuai terutama jika sumber panasnya mempunyai
temperatur di bawah 500 K. Pada umumnya termoelektrik digunakan sebagai
pendingin atau pemanas sehingga literatur tentang penggunaan termoelektrik
sebagai pembangkit energi listrik belum banyak.

1.2. Perumusan Masalah
Dengan menggunakan termoelektrik sebagai salah satu cara alternatif
pembangkit energi listrik dapat menjadi solusi untuk memenuhi kebutuhan energi
listrik terutama di daerah terpencil seperti yang banyak terdapat di Indonesia. Hal
ini disebabkan termoelektrik dapat mengkonversikan panas dari energi surya
menjadi energi listrik. Selain itu teknologi pemanfaatan termoelektrik sebagai
sumber energi listrik ini termasuk teknologi yang mudah dalam pembuatan dan
perawatannya, biaya yang diperlukan tidak terlalu besar dan umur pakai yang
panjang. Tetapi juga termoelektrik sebagai sumber energi listrik juga mempunyai
kekurangan terutama efisiensinya yang masih rendah sehingga pemanfaatannya
masih terbatas, dan literature yang membahas hal ini belum banyak maka
informasi bagaimana karakteristik dari termoelektrik untuk membangkitkan energi
listrik juga masih sedikit.

Pada penelitian ini panas dari energi surya yang diterima oleh kolektor
termal pelat datar tidak langsung dimanfaatkan untuk memanasi termoelektrik
tetapi digunakan untuk memanasi minyak dalam tangki penyimpan yang
terhubung dengan kolektor. Panas yang digunakan untuk memanasi termoelektrik
diambil dari panas minyak yang tersimpan dalam tangki. Dalam hal ini minyak
berfungsi sebagai penyimpan panas sehingga pemanasan termoelektrik tetap dapat
dilakukan walaupun cuaca mendung atau pada malam hari.
Penelitian ini akan mengamati karakteristik (unjuk kerja dan batasan
operasional yang ada) termoelektrik yang ada di pasaran di Yogyakarta jika
digunakan sebagai pembangkit energi listrik menggunakan sumber panas energi
surya dengan menggunakan kolektor termal pelat datar.

1.3. Tujuan Penelitian
Tujuan yang ingin dicapai oleh peneliti yaitu :
1. Menjajagi kemungkinan penggunaan termoelektrik sebagai pembangkit
energi listrik dengan energi surya dan sumber panas lain.
2. Mengamati karakteristik (unjuk kerja dan batasan kondisi opereasi)
termoelektrik sebagai pembangkit listrik energi surya.
3. Membuat model pembangkit energi listrik tenaga surya dengan
menggunakan termoelektrik.

1.4. Kegunaan dan Manfaat
Manfaat yang dapat diperoleh dari penelitian ini :
1. Dapat

mengetahui

karakteristik

pembangkit

listrik

menggunakan

termoelektrik dengan memanfaatkan energi surya.
2. Dapat dikembangkan untuk membuat prototipe pembangkit listrik energi
surya dengan termoelektrik yang sesuai dengan kondisi daerah terpencil
yang ada di Indonesia.
3. Menambah

kepustakaan

teknologi

pembangkit

listrik

alternatif

menggunakan termoelektrik.
4. Mengetahui yang dicari seperti efisiensi kolektor, efisiensi generator,
koefisien seebeck, arus dan tegangan yang dihasilkan.
5. Membandingkan hasil dari penelitian modul termoelektrik variasi secara
susunan seri dengan susunan seri – paralel.
1.5. Batasan Masalah
Pada penelitian ini alat (modul termoelektrik) yang digunakan untuk
pengambilan data disesuaikan dengan kondisi dan lingkungan yang ada. Jadi
dalam hal ini, bentuk, susunan maupun komposisi alat berubah sesuai dengan
kebutuhan. Namum demikian,pelat sisi panas, jumlah modul termoelektrik dan
sirip sisi dingin tetap sama. Modul yang dipakai adalah TEC1 12706 dengan Imax =
6 A, Vmax = 14,9 V. Sumber panas berupa radiasi surya dan pendinginnya adalah
udara dengan termoelektrik susunan seri dan seri – paralel.

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA

Modul termoelektrik umumnya digunakan untuk pendinginan dengan arus
listrik DC sebagai masukkannya. Modul termoelektrik dibungkus oleh keramik
tipis yang berisikan batang-batang Bismuth Telluride di dalamnya, Lapisan
keramik ini berfungsi untuk menyatukan keseluruhan struktur termoelektrik secara
mekanis dan juga sebagai isolator listrik antar tiap elemen semikonduktor.
Komponen ini juga dikenal dengan nama Peltier. Skema modul termoelektrik
untuk pembangkit energi listrik dapat dilihat pada gambar 1 berikut :

Gambar 1. Elemen termoelektrik pembangkit energi listrik
Elemen semikonduktor dan konduktor listriknya ini disisipkan diantara dua
buah lapisan keramik. Pada sisi dingin kalor diserap elektron ketika elektron
mengalir dari elemen semikonduktor level energi rendah (tipe P) ke elemen
semikonduktor level energi tinggi (tipe N). Sumber arus DC menggerakkan

elektron mengalir ke tiap elemen semikonduktor (tipe N dan tipe P) yang
terhubung seri dengan konduktor listrik. Pada sisi panas energi (kalor) dilepas
elektron ketika elektron mengalir dari elemen semikonduktor level energi tinggi
(tipe N) ke elemen semikonduktor level energi rendah (tipe P), kalor kemudian
dibuang dari sisi panas ke lingkungan melalui sebuah penukar kalor (heatsink).
Pada pemakaiannya generator termoelektrik terdiri dari beberapa modul yang
terhubung seri atau paralel, seperti dapat dilihat pada gambar 2 :

Gambar 2. Modul termoelektrik yang terangkai seri dan pararel
Satu rangkaian seri terdiri atas NS modul dan satu rangkaian paralel terdiri atas NP
modul, total modul NT dapat dihitung dengan persamaan (Richard J. Buist and
Paul G. Lau, 1997) :
NT = NS x NP

(1)

Arus (I) dalam amper yang melewati tahanan beban RL dapat dihitung dengan
persamaan (Richard J. Buist and Paul G. Lau, 1997) :

I=

NS x S M x DT
NS x R M
+ RL
NP

(2)

Tegangan keluaran generator (VO) dalam volt dapat dihitung dengan persamaan
(Richard J. Buist and Paul G. Lau, 1997) :
⎡
⎤
⎢ NS x S M x DT ⎥
VO = R L x ⎢
⎥
⎢ NS x R M + R 2 ⎥
L
⎢⎣ NP
⎥⎦

(3)

Daya keluaran generator (PO) dalam watt dapat dihitung dengan persamaan
(Richard J. Buist and Paul G. Lau, 1997) :

NT x (S M x DT )2
PO = VO x I =
4 x RM

(4)

Total energi panas masuk ke generator QH dalam watt dapat dihitung dengan
persamaan (Richard J. Buist and Paul G. Lau, 1997) :
2
⎡ S M x TH x I
⎤
⎡ I ⎤
Q H = NT x ⎢
− 0,5 x ⎢
x
R
K
x
DT
+
⎥
M
M
⎥
NP
⎣ NP ⎦
⎢⎣
⎥⎦

(5)

Efisiensi generator (ηG) dapat dihitung dengan persamaan (Richard J. Buist and
Paul G. Lau, 1997) :

ηG =

PO
x 100 %
QH

(6)

Harga-harga SM, RM, dan konduktansi termal (KM) modul termoelektrik
tergantung dari temperatur dan harga-harganya dapat dihitung dengan persamaan
(berlaku untuk kisar temperatur –100OC sampai +150OC) :
Koefisien Seebeck :

s 2 T 2 s 3T 3 s 4 T 4
S MTH atau S MTC = s1T +
+
+
2
3
4

(7)

SM = (SMTh - SMTc) / DT

(8)

dengan :
SMTH : koefisien Seebeck modul pada sisi panas TH (V/K)
SMTC : koefisien Seebeck modul pada sisi dingin TC (V/K)
T

: temperature rata-rata modul (K)

Koefisien untuk modul dengan 71 pasang semikonduktor dan arus 6 amper :
s1 = 1.33450x10-2 , s2 = -5.37574x10-5 ,s3 = 7.42731 x 10-7 ,s4 = -1.27141 x 10-9
Tahanan listrik modul termoelektrik :

r2 T 2 r3 T 3 r4 T 4
R MTH atau R MTC = r1T +
+
+
2
3
4

(9)

RM = (RMTH - RMTC) / DT

(10)

dengan :
RM

: tahanan listrik modul (ohm)

T

: temperatur rata-rata modul (K)

RMTH

: tahanan listrik modul pada sisi panas TH (ohm)

RMTC

: tahanan listrik modul pada sisi dingin TC (ohm)

Koefisien untuk modul dengan 71 pasang semikonduktor dan arus 6 amper :
r1 = 2.08317, r2 = -1.98763 x 10-2 , r3 =

8.53832 x 10-5, r4 = -9.03143 x 10-8

Konduktansi termal modul :

k 2 T 2 k 3T 3 k 4 T 4
K MTH atau K MTC = k 1T +
+
+
2
3
4

(11)

KM = (KMTH - KMTC) / DT

(12)

dengan :
KM

: konduktansi termal modul (W/K)

T

: temperatur rata-rata modul (K)

KMTH

: konduktansi termal modul pada sisi panas TH (W/K)

KMTC

: konduktansi termal modul pada sisi dingin TC (W/K)

Koefisien untuk modul dengan 71 pasang semikonduktor dan arus 6 amper :
k1=

4.76218x10-1 , k2 =-3.89821x10-6, k3=-8.64864x10-6 , k4=2.20869x10-8

Untuk modul termoelektrik dengan jumlah semikonduktor dan arus selain 71
pasang dan 6 amper maka harga SM, RM, dan KM diatas harus dikonversi dengan
menggunakan persamaan-persamaanberikut (Richard J. Buist and Paul G.
Lau,1997) :

S new = S M x

N new
71

(13)

N new
71

(14)

I
N
K new = K M x new x new
6
71

(15)

R new = R M x

6
I new

x

dengan :
Snew

: koefisien Seebeck untuk modul yang baru (V/K)

Rnew

: tahanan listrik untuk modul yang baru (ohm)

Knew

: konduktansi termal untuk modul yang baru (W/K)

Nnew

: jumlah pasangan semikonduktor untuk modul yang baru

Inew

: arus optimum atau maksimum untuk modul yang baru (A)

Daya keluaran modul termoelektrik (PO) persamaan (Richard J. Buist and Paul G.
Lau, 1997) :

⎡ S x DT ⎤
PO = R L x ⎢ M
⎥
⎣R M + R L ⎦

2

(16)

Efisiensi kolektor termal surya sangat menentukan unjuk kerja secara
keseluruhan pembangkit listrik. Efisiensi kolektor merupakan fungsi temperatur
fluida kerja masuk kolektor dan dapat dinyatakan dengan persamaan
(Arismunandar, Wiranto, 1995) :
⎛ T − Ta ⎞
η = FR (τα ) − FR U L ⎜ i
⎟
⎝ G ⎠

dengan :
FR

: faktor pelepasan panas

G

: radiasi yang datang (W/m2)

Ta

: temperatur sekitar (K)

Ti

: temperatur fluida kerja masuk kolektor (K)

UL

: koefisien kerugian (W/(m2.K))

τα

: faktor transmitan-absorpan kolektor

(17)

Gambar 3. Bagian bagian kolektor datar
Faktor pelepasan panas kolektor (FR) dihitung dengan persamaan (Arismunandar,
Wiranto, 1995) :
.

m F .C PF (TO − Ti )
FR =
A C [G ( τα) − U L (Ti − Ta )]
dengan :
AC

: luasan kolektor (m2)

CPF

: panas jenis fluida kerja (J/(kg.K))

G

: radiasi yang datang (W/m2)

mF

: massa fluida kerja dalam pipa di kolektor (kg)

Ta

: temperatur sekitar (K)

Ti

: temperatur fluida kerja masuk kolektor (K)

(18)

TO

: temperatur fluida kerja keluar kolektor (K)

UL

: koefisien kerugian (W/(m2.K) ≈ 8 W/(m2.K)

τα

: faktor transmitan-absorpan kolektor

Efisiensi secara keseluruhan (ηTOTAL) dapat dihitung dengan persamaan
(Arismunandar, Wiranto, 1995) :

ηTOTAL = ηG x η

(19)

Penelitian yang pernah dilakukan oleh E. Burke, R. Buist. (1983) mendapatkan
batasan operasional pembangkit listrik dengan termoelektrik, agar termoelektrik
tidak mengalami kerusakan atau perubahan struktur elemen yang dapat
mengakibatkan turunnya harga efisiensi dan memperpendek umur pakai adalah
temperature sumber panas sebesar 1380C sampai 200 0C sehingga pengaturan
panas masukan dan pemilihan heat sink sangat berpengaruh karena heat sink pada
sisi panas merupakan faktor penting dalam pengoperasian termoelektrik sebagai
pembangkit listrik. Penelitian yang dilakukan Richard J. Buist and Paul G. Lau,
(1997) menghasilkan efisiensi pembangkit listrik dengan termoelektrik semakin
tinggi jika beda temperatur antara sisi panas dan temperatur sisi dingin semakin
besar.

BAB III
METODE PENELITIAN

3.1. Peralatan Penelitian.

Heat sink

Gambar 4. Skema alat penelitian

Detil pembangkit listrik termoelektrik dapat dilihat pada gambar 5 :

Gambar 5. Detil pembangkit listrik termoelektrik

Peralatan Penelitian yang Dipergunakan:
1. Kolektor surya pelat datar
2. Rangka pendukung
3. Termoelektrik
4. Alat ukur suhu (termokopel)
5. Pelat aluminium
6. Isolasi
7. Sirip (heat sink)
8. Multimeter
9. Sel surya

3.2. Langkah Pengambilan dan Pengolahan Data
Parameter yang diukur :

TH : temperatur sisi panas termoelektrik
TC : temperatur sisi dingin termoelektrik
IO : arus keluaran
VO : tegangan keluaran
Ta : temperatur udara sekitar
Ti : temperatur fluida kerja masuk kolektor
TO : temperatur fluida kerja keluar kolektor
G

: radiasi surya yang datang pada permukaan kolektor

Pengambilan data dilakukan tiap 10 menit sekali. Untuk pengukuran
temperatur digunakan termokopel dan untuk pengukuran radiasi surya digunakan
solarcell yang telah dikalibrasi.

Pengolahan dan analisa data.

Pengolahan dan analisa data diawali dengan melakukan perhitungan pada
parameter-parameter yang diperlukan dengan menggunakan persamaan (1) sampai
dengan persamaan (19). Analisa akan lebih mudah dilakukan dengan membuat
grafik hubungan arus (IO), tegangan (VO), daya (PO), efisiensi generator (ηG) dan
efisiensi total (η) dengan TH, TC dan waktu.

3.3. Langkah Penelitian.
Parameter yang divariasikan :

a. Variasi I

: hubungan termoelektrik semua seri.

b. Variasi II

: hubungan termoelektrik gabungan seri dan paralel

1. Penelitian diawali dengan penyiapan alat seperti pada gambar 4
Pengambilan data dilakukan dengan memvariasikan parameter hubungan
termoelektrik yang dihubungkan seri semua (Variasi I).
2. Tiap variasi parameter dilakukan pengambilan data sebanyak 20 data tiap
10 menit.

3. Pada variasi salah satu parameter, parameter lainnya diatur pada salah satu
harga variasi yang tetap.
4. Data yang dicatat adalah temperatur sisi panas termoelektrik, temperatur
sisi dingin termoelektrik, arus keluaran, tegangan keluaran, temperatur
udara sekitar, temperatur fluida kerja masuk kolektor, temperatur fluida
kerja keluar kolektor, radiasi surya yang datang pada permukaan kolektor
dan waktu.
5. Sebelum melanjutkan pengambilan data untuk varaisi berikutnya kondisi
alat harus di diamkan agar kembali ke kondisi awal sebelum dilakukan
penelitian.
6. Penelitian dilanjutkan dengan variasi II.

3.4. Pelaksanaan Penelitian

Penelitian dimulai pada bulan agustus 2007, yang meliputi pembuatan alat
dan pengujian modul termoelektrik mula – mula. Untuk pengambilan data dimulai
pada tanggal 15 oktober 2007 dan berakhir pada 22 oktober 2007. Pengambilan
data dengan sumber panas radiasi surya dilakukan di depan laboratorium Mesin
Konversi Energi Universitas Sanata Dharma, mulai jam 10.30 WIB hingga 13.30
WIB.

BAB IV
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

4.1. Hasil Pengambilan Data

a. Modul termoelektrik variasi susunan seri dengan pendingin udara :
•

Dilakukan dengan 2 variasi yaitu : seri dan seri - paralel

•

Di mulai pada jam : 10.30 WIB

•

Lama percobaan : 3 jam

•

Termoelektrik yang digunakan : TEC - 12706

•

Resistor yang digunakan adalah : 2 ohm

•

Kolektor yang digunakan : Tipe paralel

•

Kemiringan kolektor : 600

•

Luasan kolektor yang digunakan : 0,6 m2

b. Modul termoelektrik variasi susunan seri - paralel dengan pendingin udara
•

Dilakukan dengan 2 variasi yaitu : seri dan seri - paralel

•

Di mulai pada jam : 10.30 WIB

•

Lama percobaan : 3 jam

•

Termoelektrik yang digunakan : TEC - 12706

•

Resistor yang digunakan adalah : 2 ohm

•

Kolektor yang digunakan : Tipe paralel

•

Kemiringan kolektor : 600

4.2. Pengolahan Data

Berdasarkan data pertama pada variasi pemasangan termoelektrik secara seri,
maka didapatkan :
1.

Beda temperatur sisi panas dan sisi dingin (∆T)
∆T= TH – TC
= 309 - 305
=4K

2.

Koefisien Seebeck (Sm)

Koefisien Seebeck dapat dihitung dengan persamaan 7 dan 8:

SMTH

s 2 T 2 s 3T 3 s 4 T 4
= s1T +
+
+
2
3
4

= 1,3345.10-2.309 +

- 5,37579.10-5.309 2 7,42731.10-7.3093 - 1,27141.10-9.309 4
+
+
2
3
4

= 5,96388 V/K

S MTC

s 2 T 2 s 3T 3 s 4 T 4
= s1T +
+
+
2
3
4

= 1,3345.10-2.305 +
= 5,84366 V/K

- 5,37579.10-5.3052 7,42731.10-7.3053 - 1,27141.10-9.3054
+
+
2
3
4

SM

= (SMTh - SMTc) / DT
=(5,96388 - 5,84366)/4
=0,03006 V/K

3.

Koefisien Seebeck untuk jumlah modul yang dipakai (Snew)

Modul termoelektrik dengan jumlah semikonduktor 127 pasang dan arus 6 ampere
maka harga SM dikonversi menjadi Snew dengan menggunakan persamaan (13) :

= SM x

Snew

N new
71

= 0,03006 x

127
71

= 0,05376 V/K

4.

Tahanan Listrik (Rm)

Tahanan Listrik dapat dihitung dengan persamaan 9 dan 10 :

R MTH

r2 T 2 r3 T 3 r4 T 4
= r1T +
+
+
2
3
4

= 2,08317.309 +

- 1,98763.10-2.309 2 8,53832.10-5.309 3 - 9,03143.10-8.309 4
+
+
2
3
4

= 328,65946 ohm

R MTC = r1T +

r2 T 2 r3 T 3 r4 T 4
+
+
2
3
4

- 1,98763.10-2.305 2 8,53832.10-5.3053 - 9,03143.10-8.305 4
+
+
= 2,08317.305 +
2
3
4
= 322,99852 ohm
RM

= (RMTh -RMTc) / DT
= (328,65946 – 322,99852) / 4
=1,41524 ohm

5.

Tahanan Listrik untuk jumlah modul yang dipakai (Rnew)

Modul termoelektrik dengan jumlah semikonduktor 127 pasang dan arus 6 ampere
maka harga R M dikonversi menjadi R new dengan menggunakan persamaan (14) :

R new = R M x

6
I new

= 1,41524 x

6.

x

N new
71

6 127
x
6 71

= 2,53148 ohm

Konduktansi Termal (Km)

Konduktansi Termal dapat dihitung dengan persamaan 11 dan 12:

K MTH

= k1T +

k 2 T 2 k 3T 3 k 4 T 4
+
+
=
2
3
4

4,76218.10-1.309 +

- 3,89821.10-6.309 2 - 8,64864.10-6.3093 2,20869.10-8.309 4
+
+
2
3
4

= 112,24931 W/K

k 2 T 2 k 3T 3 k 4 T 4
K MTC = k1T +
+
+
=
2
3
4
4,76218.10-1.305 +

- 3,89821.10-6.3052 - 8,64864.10-6.3053 2,20869.10-8.3054
+
+
2
3
4

= 111,05338 W/K
KM

= (KMTH - KMTC) / DT
=(112,24931-111,05338) / 4
=0,29898 W/K

7.

Konduktansi Termal (Km)

Modul termoelektrik dengan jumlah semikonduktor 127 pasang dan arus 6 ampere
maka harga K M dikonversi menjadi K new dengan menggunakan persamaan (15) :

K new

= KM x

I new N new
x
6
71

= 0,029898 x

6 127
x
= 0,5348 W/K
6 71

8.

Total Modul

Satu rangkaian seri terdiri atas NS 20 modul dan NP 1 modul, total modul NT
dapat dihitung dengan persamaan (1) :
NT

= NS x NP
= 20 x 1
= 20

9.

Arus keluaran Generator (I)

Arus yang melewati tahanan beban RL dapat dihitung dengan persamaan (2) :

NS x S M x DT
NS x RM
+ RL
NP
20 x 0,05376 x 4
=
20 x 2,53148
+2
1
= 0,0817 A

I=

10.

Tegangan keluaran generator (VO)

Tegangan keluaran generator dapat dihitung dengan persamaan (3) :

⎡
⎤
⎢ NS x S M x DT ⎥
VO = RL x ⎢
⎥
NS x R M
2
⎢
+ RL ⎥
⎣ NP
⎦
⎡
⎤
⎢ 20 x 0,05376 x 4 ⎥
=2x⎢
⎥
20 x 2,53148
⎢
+ 22 ⎥
1
⎣
⎦
= 0,1643 V

11.

Daya keluaran generator (PO)

Daya keluaran generator dapat dihitung dengan persamaan (4) :
NT x (S M x DT )
PO =
4 x RM

2

20 x (0,05376 x 4)
4 x 2,53148
= 0,013 W

2

=

12.

Total energi panas masuk ke generator (QH)

Total energi panas masuk ke generator dapat dihitung dengan persamaan (5) :
2
⎡ S x TH x I
⎤
⎡ I ⎤
− 0,5 x ⎢
x R M + K M x DT ⎥
QH = NT x ⎢ M
⎥
NP
⎣ NP ⎦
⎢⎣
⎥⎦
2
⎡ 0,05376 x 309 x 0,0817
⎤
⎡ 0,0817 ⎤
= 20 x ⎢
− 0,5 x ⎢
+
x
2,53148
0
,
534801
x
4
⎥
⎥
1
⎣ 1 ⎦
⎣⎢
⎦⎥

= 45,778 W

Efisiensi generator ( η G )

13.

Efisiensi generator dapat dihitung dengan persamaan 6 :

ηG =

PO
x 100 %
QH

0,013
x 100 %
45,778
= 0,029 %
=

14.

Radiasi Matahari (G)

I
x1000
0,4
0,32
x1000
=
0,4

G=

= 800 W/m 2

15.

I=

V
RL

3,2
10
= 0,32 A
=

Faktor pelepasan panas kolektor (FR)

Faktor pelepasan panas kolektor dapat dihitung menggunakan persamaan (18)
dengan :
•

Fluida kerja dalam pipa di kolektor

: 0,0002 kg

•

Panas jenis fluida

: 2927,72 J/kg.K

•

Luasan kolektor

: 0,6 m2

•

Faktor transmitan-absorpan kolektor

: 0,84

•

Koefisien kerugian

: 8 W/m2K

m F .C PF (TO − Ti )
FR =
A C [G(τα) − U L (Ti − Ta )]
.

0,0002.2927,72.(585 − 348)
0,6.[800.0,84 − 8(348 − 312)]
= 0,059
=

16.

Efisiensi kolektor ( η )
Efisiensi kolektor dapat dihitung menggunakan persamaan (17) dengan :

⎛

⎛ Ti − Ta ⎞ ⎞
⎟ ⎟⎟ ×100%
⎝ G ⎠⎠

η = ⎜⎜ FR (τα ) − FRU L ⎜
⎝

⎛
⎛ 312 − 303 ⎞ ⎞
= ⎜⎜ 0,059.0,84 − 0,059.8.⎜
⎟ ⎟⎟ ×100%
⎝ 800 ⎠ ⎠
⎝
= 4,425%

17.

Efisiensi total (ηTOTAL)
Efisiensi secara keseluruhan dapat dihitung dengan persamaan (19) :

η TOTAL = η G x η
= 0,029 x 4,425
= 0,00128%

Gambar - gambar hasil pembahasan :
1. Variasi rangkaian secara seri

Gambar 4.1 Grafik hubungan antara arus (IO) dengan temperatur sisi panas
(TH) secara susunan seri

Gambar 4.2 Grafik hubungan tegangan (VO) dengan temperatur sisi panas
(TH) secara susunan seri

Gambar 4.3 Grafik hubungan daya (PO) dengan temperatur
sisi panas (TH) secara susunan seri

Gambar 4.4 Grafik hubungan efisiensi generator ( ηG ) dengan temperatur
sisi panas (TH) secara susunan seri

Gambar 4.5 Grafik hubungan efisiensi total ( η T) dengan temperatur
sisi panas (TH) secara susunan seri

Gambar 4.6 Grafik hubungan arus (IO) dengan temperatur
sisi dingin (TC) secara susunan seri

Gambar 4.7 Grafik hubungan tegangan (VO) dengan temperatur sisi dingin
(TC) secara susunan seri

Gambar 4.8 Grafik hubungan daya (PO) dengan temperatur sisi dingin (TC)
secara susunan seri

Gambar 4.9 Grafik hubungan efisiensi generator ( ηG ) dengan temperatur
sisi dingin (TC) secara susunan seri

Gambar 4.10 Grafik hubungan efisiensi total ( η T) dengan temperatur sisi
dingin (TC) secara susunan seri

Gambar 4.11 Grafik hubungan arus (Io) dengan (Ti – Ta)/G
secara susunan seri

Gambar 4.12 Grafik hubungan tegangan (Vo) dengan (Ti – Ta)/G secara
susunan seri

Gambar 4.13 Grafik hubungan daya (Po) dengan (Ti – Ta)/G secara
susunan seri

Gambar 4.14 Grafik hubungan efisiensi generator ( ηG )
dengan (Ti – Ta)/G secara susunan seri

Gambar 4.15 Grafik hubungan efisiensi total ( η T) dengan (Ti – Ta)/G
secara susunan seri

Gambar 4.16 Grafik hubungan arus (Io) dengan Selisih Temperataur ( ΔT )
secara susunan seri

Gambar 4.17 Grafik hubungan tegangan (Vo) dengan Selisih temperataur
( ΔT ) secara susunan seri

Gambar 4.18 Grafik hubungan daya (Po) dengan Selisih temperataur
( ΔT ) secara susunan seri

Gambar 4.19 Grafik hubungan efisiensi generator ( ηG ) dengan Selisih
temperataur ( ΔT ) secara susunan seri

Gambar 4.20 Grafik hubungan efisiensi total ( η T) dengan Selisih
temperataur ( ΔT ) secara susunan seri

2. Variasi rangkaian seri-paralel

Gambar 4.21 Grafik hubungan arus (Io) dengan selisih temperatur sisi
panas (TH) secara susunan seri – paralel

Gambar 4.22 Grafik hubungan tegangan (Vo) dengan selisih temperatur
sisi panas (TH) secara susunan seri – paralel

Gambar 4.23 Grafik hubungan daya (Po) dengan selisih temperatur sisi
panas (TH) secara susunan seri – paralel

Gambar 4.24 Grafik hubungan efisiensi generator ( η G) dengan Selisih
temperatur sisi panas (TH) secara susunan seri – paralel

Gambar 4.25 Grafik hubungan efisiensi total ( η T) dengan selisih
temperatur sisi panas (TH) secara susunan seri – paralel

Gambar 4.26 Grafik hubungan arus (Io) dengan Selisih temperatur sisi
dingin (Tc) secara susunan seri – paralel

Gambar 4.27 Grafik hubungan tegangan (Vo) dengan selisih temperatur
sisi dingin (Tc) secara susunan seri – paralel

Gambar 4.28 Grafik hubungan daya (Po) dengan selisih temperatur sisi
dingin (Tc) secara susunan seri – paralel

Gambar 4.29 Grafik hubungan efisiensi generator ( η G) dengan selisih
temperatur sisi dingin (Tc) secara susunan seri – paralel

Gambar 4.30 Grafik hubungan efisiensi total ( η T) dengan selisih
temperatur sisi dingin (Tc) secara susunan seri – paralel

Gambar 4.31 Grafik hubungan arus (Io) dengan (Ti – Ta)/G secara
susunan seri – paralel

Gambar 4.32 Grafik hubungan tegangan (Vo) dengan (Ti – Ta)/G secara
susunan seri – paralel

Gambar 4.33 Grafik hubungan daya (Po) dengan (Ti – Ta)/G

Gambar 4.34 Grafik hubungan efisiensi generator ( η G) dengan
(Ti – Ta)/G secara susunan seri – paralel

Gambar 4.35 Grafik hubungan eisiensi total ( η T) dengan (Ti – Ta)/G
secara susunan seri – paralel

Gambar 4.36 Grafik hubungan arus (Io) dengan selisih temperatur ( ΔT )
secara susunan seri – paralel

Gambar 4.37 Grafik hubungan tegangan (Vo) dengan selisih temperatur
( ΔT ) secara susunan seri – paralel

Gambar 4.38 Grafik hubungan daya (Po) dengan selisih temperatur ( ΔT )
secara susunan seri – paralel

Gambar 4.39 Grafik hubungan efisiensi generator ( η G) dengan selisih
temperatur ( ΔT ) secara susunan seri – paralel

Gambar 4.40 Grafik hubungan efisiensi Total ( η T) dengan selisih
temperatur ( ΔT ) secara susunan seri – paralel

Gambar 4.41 Grafik hubungan arus (Io) dengan selisih temperatur ( ΔT )

Gambar 4.42 Grafik hubungan tegangan (Vo) dengan selisih temperatur ( ΔT )

Gambar 4.43 Grafik hubungan daya keluaran (Po) dengan selisih
temperatur ( ΔT )

Gambar 4.44 Grafik hubungan efisiensi ( η G) dengan selisih temperatur ( ΔT )

Gambar 4.45 Grafik hubungan efisiensi total ( η T) dengan selisih
temperatur ( ΔT )

Gambar 4.46 Grafik hubungan efisiensi kolektor ( η ) dengan (Ti – Ta)/G
secara susunan seri dan susunan seri – paralel

Gambar 4.47 Grafik hubungan tegangan pengukuran (V) dengan selisih
temperatur ( ΔT )

Gambar 4.48 Grafik hubungan arus ( I ) dari tegangan pengukuran dengan
selisih temperatur ( ΔT )

Gambar 4.49 Grafik hubungan daya ( P ) dari tegangan pengukuran dengan
selisih temperatur ( ΔT )

Gambar 4.50 Grafik hubungan arus perhitungan (Io) dengan Ns

Gambar 4.51 Grafik hubungan arus perhitungan (Io) dengan Ns/Np

4.3. Pembahasan

1. Semua hasil perhitungan dan data yang disajikan dalam bentuk gambar di
atas merupakan unjuk kerja alat karakteristik termoelektrik untuk
pembangkit listrik tenaga surya dengan pendingin udara, dari grafik-grafik
ini maka dapat diketahui jumlah arus, tegangan, daya,efisiensi generator
serta efisiensi kolektor dari alat tersebut.
2. Pada penelitian ini dipakai kolektor tipe paralel dengan sistem termosifon,
hal ini menguntungkan karena menaikkan efisiensi kolektor sebab fluida di
dalam mengalir secara alami dan tanpa memakai pompa sehingga fluida
tidak teraduk yang menyebabkan fluida yang masuk kolektor dan fluida
yang keluar kolektor suhunya hampir sama. Intinya dapat mencapai selisih
temperatur yang tinggi atau maksimal pada termoelektrik maka akan
menghasilkan arus, tegangan, daya keluaran yang maksimal pula walaupun
dengan adanya kerugian efisiensi pada termoelektrik, dengan ∆T yang
maksimal untuk termoelektrik sebesar 650C maka akan dihasilkan efisiensi
total yang sangat tinggi dengan unjuk kerja yang baik dari “Karakteristik
Termoelektrik Pembangkit Listrik Tenaga Surya Dengan Pendingin
Udara”.
3. Pada gambar 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 dan 4.5 grafik sedara seri, dan gambar 4.21,
4.22, 4.23, 4.24 dan 4.25 terlihat bahwa trendline atau kecenderungan
grafik memiliki bentuk yang sama. Hal ini menunjukkan bahwa untuk
pengujian alat uji dengan sumber panas radiasi matahari dan dengan
pendingin udara menghasilkan kenaikan nilai keluaran baik arus, tegangan,

daya, efisiensi kolektor dan juga efisiensi generator. Dari grafik
menunjukkan bahwa variasi seri menghasilkan keluaran arus yang paling
tinggi yaitu 0,18 amper dan tegangan maksimum 0,35 volt serta daya
maksimum sebesar 0,06 watt. Arus keluaran untuk kedua jenis variasi
tersebut sangat bergantung pada besar kecilnya selisih temperatur sisi
panas dan sisi dingin termoelektrik, semakin besar selisih temperatur yang
kita peroleh maka semakin besar arus keluaran yang dihasilkan. Apabila
termoelektrik diberi input arus 6 amper dan tegangan 12 volt maka
tempertur sisi panas akan mencapai 800C dan temperatur sisi dingin
sebesar 150C. Jadi selisih temperaturnya adalah sebesar 650C dengan input
6 amper, bila pendinginan dapat disempurnakan dengan menggunakan
fluida air mungkin selisih temperatur akan semakin besar dan tentunya
akan menghasilkan arus keluaran yang lebih tinggi dari sebelumnya. Dari
hasil perhitungan efisinsi generator maksimum pada susunan seri 0,057%
hal ini karena daya yang dihasilkan besar. Begitu pula dengan efisiensi
total yang dihasilkan 0,004%, hal ini di karenakan efisiensi total
merupakan perkalian antara efisiensi generator dan efisiensi kolektor
sedangkan pada susunan seri – paralel efisiensi total maksimum yang
dihasilkan 0,00059% lebih rendah dibandingkan dengan efisiensi total
yang dihasilkan susunan seri karena pada susunan seri – paralel daya yang
dihasilkan rendah maka efisiensi generator rendah begitu juga dengan
efisiensi total.

4. Pada gambar 4.6, 4.7, 4.8, 4.9 dan 4.10 grafik secara seri, gambar 4.26,
4.27, 4.28, 4.29 dan 4.30 secara seri – paralel terlihat bahwa trendline atau
kecenderungan grafik menurun ini karena arus, tegangan, daya, efisiensi
generator dan efisiensi kolektor dihubungkan dengan sisi dingin pada
modul termoelektrik, dimana pada sisi dingin ini tentunya suhu nya lebih
rendah dari suhu lingkungan karena dengan rendahnya suhu yang
dihasilkan maka akan semakin baik tetapi pada grafik kita lihat bahwa suhu
yang diperoleh lebih besar atau sebanding dengan suhu lingkungan ini
dikarenakan pemasangan sirip (heatsink) yang tidak sempurna dan
kerugian dari lebarnya pelat aluminium yang dipanasi. Daya keluaran
maksimum diperoleh pada susunan seri sebesar 0,051 watt sedangkan pada
susunan seri – paralel sebesar 0,03 watt semakin panas suhu yang
dihasilkan pada sisi dingin maka daya keluaran yang dihasilkan semakin
kecil. Pada efisiensi generator susunan seri dihasilkan efisiensi 0,056% dan
efisiensi total maksimum pada susunan seri dihasilkan 0,0039%
5. Pada gambar 4.11, 4.12 dan 4.13 grafik secara seri, gambar 4.31, 4.32 dan
4.33 secara seri – paralel terlihat bahwa trendline atau kecenderungan
grafik meningkat ini karena arus, tegangan dan daya juga meningkat. Dari
kedua susunan modul termoelektrik, terlihat hasil arus,tegangan dan daya
maksimal pada susunan seri, namun demikian terdapat titik – titik pada
susunan seri – paralel mampu melebihi pencapaian susunan seri pada suatu
waktu yang sama. Hal ini dapat disebabkan cuaca yang begitu terik pada
saat pengambilan data.

6. Pada gambar 4.14 grafik secara seri dan gambar 4.34 secara seri – paralel
terlihat bahwa trendline memiliki bentuk yang hampir sama, menunjukkan
kenaikan output efisiensi generator secara kontinyu dan seragam ini karena
hasil daya dan energi total yang masuk seragam. Pada gambar 4.15 grafik
secara seri dan gambar 4.35 secara seri – paralel terlihat bahwa trendline
atau kecenderungan grafik mengalami penurunan, karena efisiensi kolektor
yang kurang baik maka efisiensi total keluaran yang dihasilkan juga kurang
baik (menurun).
7. Pada gambar 4.16, 4.17, 4.18, 4.19 dan 4.20 grafik secara seri, gambar
4.36, 4.37, 4.38, 4.39 dan 4.40 secara seri – paralel terlihat bahwa trendline
atau kecenderungan grafik yang meningkat. Hal ini menunjukkan bahwa
untuk pengujian alat uji dengan sumber panas radiasi matahari dengan
pendingin udara menghasilkan kenaikan pada arus, tegangan, daya,
efisiensi generator dan efisiensi total. Dari kedua susunan tersebut, hasil
yang berupa arus, tegangan, daya, efisiensi generator dan efisiensi total
yang paling besar didapatkan pada susunan seri.
8. Pada gambar 4.41 grafik seri menghasilkan arus maksimum yang lebih
besar yaitu 0,35 amper dibandingkan dengan grafik seri – paralel sebesar
0,15 amper ini karena pada susunan seri selisih temperatur yang dihasilkan
lebih besar dari susunan seri – paralel, pada grafik 4.42 dan 4.43 hasil
tegangan dan daya keluaran yang dihasilkan juga besar dengan perbedaan
temperatur yang bertambah besar. Pada grafik 4.44 efisiensi generator pada
susunan seri lebih baik hasilnya ini sesuai dengan hasil daya yang besar,

semakin besar daya yang diperoleh semakin baik juga efisiensi generator
keluaran yang dihasilkan. Efisiensi total yang dihasilkan pada susunan seri
lebih baik akan tetapi harga yang di peroleh masih rendah ini karena daya,
efisiensi generator dan efisiensi kolektor yang dihasilkan sangat rendah.
9. Pada gambar 4.46 merupakan efisiensi yang dihitung untuk kolektor surya
pelat rata. Hasil efisiensi kolektor ini tergantung dari temperatur
lingkungan, tingkat radiasi surya, dan temperatur fluida pada saluran
masuk ke kolektor, semakin besar hasil dari (Ti-Ta)/G maka akan
menghasilkan penurunan pada efisiensi kolektor.
10. Hasil dari tegangan pengukuran secara susunan seri diperoleh sebesar
0,035 volt lebih kecil dari tegangan perhitungan secara susunan seri 0,349
volt, ini karena pada susunan seri dengan perhitungan mempunyai variabel
seperti Rm (tahanan dalam termoelektrik) dan Sm (koefisien pada
termoelektrik).
11. Pada gambar 4.48 dan gambar 4.49 diperoleh arus dan daya dari tegangan
pengukuran dimana pada rangkaian susunan seri lebih baik, yaitu arus
sebesar 0,018 amper dan daya sebesar 6.23E-04 watt
12. Pada gambar 4.50 dan gambar 4.51dengan hasil simulasi diperoleh arus
optimum jika perbandingan dari jumlah termoelektrik sama dengan satu.

BAB V
PENUTUP

5.1 Kesimpulan

1. Penelitian dengan menggunakan termoelektrik berhasil menghasilkan
energi listrik tenaga surya.
2. Dari kedua susunan modul termoelektrik terlihat bahwa hasil output atau
keluaran dari termoelektrik berupa arus, tegangan dan daya dihasilkan
paling tinggi didapatkan pada variasi termoelektrik secara seri yaitu arus
0,18 ampere, tegangan 0,349 volt, daya keluaran 0,061 watt dibandingkan
dengan variasi seri-paralel menghasilkan arus 0,17amper, tegangan 0,17
volt, daya keluaran 0,059 watt. Jadi bila diperlukan output arus /tegangan
/daya keluaran yang besar maka dipakai variasi termoelektrik susunan
secara seri.
3. Semakin besarnya radiasi yang diterima kolektor maka akan semakin baik
efisiensi keluaran kolektor, efisiensi kolektor maksimum sebesar 8,22%
4. Efisensi generator pada susunan seri lebih baik 0,057% daripada efisiensi
generator pada susunan seri-paralel 0,017%
5. Efisiensi total yang paling baik dapat kita peroleh dari variasi rangkaian
secara seri 0,0039% dibandingkan dengan variasi seri-paralel 0,0006%

6. Hasil simulasi menghasilkan arus, tegangan, daya, efisiensi generator dan
efisiensi total yang semakin besar, jika perbandingan termoelektrik yang
terangkai seri dan seri–paralel (Ns/Np) sama dengan satu.
7. Semakin besar selisih temperatur antara sisi dingin dan sisi panas pada
termoelektrik maka baik arus, tegangan, daya, efisiensi generator dan
efisiensi total yang dihasilkan akan baik atau besar.

DAFTAR PUSTAKA

Arismunandar, Wiranto,. 1995. “Teknologi Rekayasa Surya”. Jakarta :
Pradnya Paramita.
Duffie, J.A.; Beckman, W.A., 1991. “Solar Engineering of Thermal
Processes”, New York : John Wiley.
E. Burke, R. Buist. (August 21-26, 1983), Thermoelectric Coolers as Power
Generators, 18th Intersociety Energy Conversion Engineering
Conference, Orlando, Florida.
Menteri Energi Dan Sumber Daya Mineral (2003), Kebijakan Pengembangan Energi
Terbarukan Dan Konservasi Energi (Energi Hijau), Departemen Energi Dan
Sumber Daya Mineral, Jakarta

Paul G. Lau and Richard J. Buist. (August 26-29, 1997), Calculation of
Thermoelectric Power Generation Performance Using Finite Element
Analysis, XVI International Conference on Thermoelectrics, Dresden,
Germany.
Paul G. Lau and Richard J. Buist. ( August 26-29, 1997), Thermoelectric
Power Generator Design and Selection from TE Cooling Module
Specifications, XVI International Conference on Thermoelectrics,
Dresden, Germany.

LAMPIRAN

Data variasi rangkaian seri

Jam

TH

TC

O

O

C

IO

VO

C

Ampere

Volt

Ta

Ti

TO

O

O

O

C

Volt

C

C

VG

TBawah
O

C

TAtas
O

C

10:30

36,0

32

0,014

0,028

30

39

75

3,2

28,5

55

10:40

37,7

32,0

0,015

0,0301

31,1

40,9

85,1

3,10

29,0

60,0

10:50

40,5

35,2

0,0176

0,0353

29,6

41,0

86,4

2,60

29,0

69,3

11:00

44,6

3