PENGARUH EFEK SEEBECK PADA PEMBANGKITAN PEMBANGKITAN LISTRIK DENGAN TERMOELEKTRIK
Intan Aprilia Medina 1404405053 Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana Kampus Bukit Jimbaran, Bali ABSTRAK
Efek Seebeck merupakan efek yang menghasilkan tegangan kecil pada sambungan dua buah logam logam atau semikonduktor karena perbedaan perbedaan temperatur. Apabila nilai perbedaan temperaturnya tinggi, maka tegangan yang dihasilkan juga tinggi. Efek Seebeck menggunakan dua logam logam semikonduktor tipe-p dan semikonduktor tipe-n dengan koefisien Seebeck yang yang berbeda dan dan membentuk sebuah rangkaian loop. Koefisien semikonduktor tipe-p yaitu -455,0 μ Volt/K dan koefisien seebeck tipetipe -n yaitu 375 μVolt/K. Adapun metode penulisan yang digunakan adalah metode kajian pustaka yang mengambil sumber dari buku dan internet yang yang berdasarkan fakta serta informasi yang dapat dipercaya. Hasil dari analisis efek Seebeck yaitu arus listrik dan perbedaan tegangan berkisar antara 1 – 70 microvolt tiap derajat celcius. Sehingga efek Seebeck merupakan cara alternatif pembangkit listrik yang yang menghasilkan menghasilkan energi listrik cukup besar untuk memenuhi keperluan listrik yang semakin meningkat. Kata Kunci : Efek Seebeck, Koefisien Seebeck, Pembangkitan Listrik Termoelektrik I. PENDAHULUAN 1.1
Latar Belakang Pertumbuhan penduduk menyebabkan bertambahnya keperluan energi listrik. Cara untuk menghasilkan energi listrik adalah menggunakan peralatan yang dapat mengubah energi lain. Pada konverter termoelektrik terdapat suatu istilah yang dinamakan efek termoelektrik. Efek termoelektrik dipengaruhi oleh efek Seebeck. Konsep efek Seebeck menggambarkan bahwa jika terdapat dua buah material atau bahan logam (biasanya bersifat semikonduktor) yang tersambung berada di lingkungan dengan dua temperatur atau suhu yang berbeda, maka pada material logam
akan mengalir arus listrik atau gaya gerak listrik. Kelebihan dari prinsip kerja efek Seebeck yaitu dapat digunakan untuk pembangkit listrik termoelektrik. (Sukur, Edi. Agustus 2004. :http://www.energi.lipi.go.id/utama) Banyak pembangkit listrik yang masih menghasilkan energi listrik sangat rendah akibat proses konversi yang berulang kali dan panas yang dihasilkan banyak yang terlepas atau terbuang percuma. Tetapi, dengan adanya teknologi listrik yang menggunakan prinsip kerja efek Seebeck, seperti pembangkitan listrik termoelektrik, diharapkan efisiensi energi yang dihasilkan oleh pembangkit akan menjadi lebih tinggi dan panas 1
yang dihasilkan tidak terbuang secara percuma. 1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang yang telah dijelaskan penulis, dapat dirumuskan beberapa permasalahan yaitu tentang pengertian efek Seebeck, prinsip kerja efek Seebeck, dan pengaruh efek seebeck pada pembangkitan listrik termoelektrik. 1.3 Manfaat Manfaat dari pembuatan laporan ini yaitu sebagai referensi untuk mempelajari Efek Seebeck pada pembangkitan listrik serta menambah pengetahuan mengenai Efek Seebeck dan pengaruhnya pada pembangkitan listrik termoelektrik baik bagi mahasiswa/mahasiswi ataupun bagi masyarakat umum. II. MATERI DAN METODE Materi Materi pada analisis efek seebeck ini yaitu 2 komponen logam semikonduktor tipe p dan semikonduktor tipe n. Koefisien semikonduktor tipe-p yaitu -455,0 μ Volt/K dan koefisien seebeck tipe-n yaitu 375 μVolt/K .Resistivitas semikonduktor tipe-p sebesar 0.0015 ohm dan resistivitas tipe-n sebesar 0,0025 ohm. Dua komponen logam semikonduktor akan diputuskan kemudian disambung kembali menggunakan galvanometer. Analisis efek Seebeck ini terdapat di kawasan Desa Dalung, Kuta Utara, Bali.
Metode Metode penulisan ini menggunakan metode kajian pustaka yang mengambil sumber dari buku dan internet. Adapun cara menganalisis data yaitu menggunakan metode kualitatif dan metode kuantitatif. Metode kualitatif yaitu metode penulisan secara deskripsi, sedangkan metode kuantitatif yaitu analisis data menggunakan perhitungan dalam pembahasan efek Seebeck. III. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1 Hasil Hasil dari analisis efek Seebeck menunjukkan bahwa dua jenis kawat semikonduktor yang berbeda (semikonduktor tipe-p dan semikonduktor tipe-n) dengan koefisien Seebeck tipe-p yaitu -455,0 μ Volt/K dan koefisien Seebeck tipe-n yaitu 375 μVolt/K berada pada temperatur yang berbeda akan menghasilkan sebuah arus listrik. Jika kawat diputuskan lalu disambung kembali akan menghasilkan perbedaan tegangan berkisar antara antara 1 hingga 70 microvolt tiap derajat celcius. Tegangan yang dihasilkan bersifat berbahaya, karena material ini digunakan pada pembangkit listrik. Namun, apabila dua kawat konektor mempunyai jenis yang sama, maka tidak akan menghasilkan tegangan listrik serta tidak ada fenomena efek Seebeck.
2
3.2 Pembahasan
Adapun bahasan dari hasil analisis di atas yaitu jika terdapat dua kawat logam dengan material yang berbeda yaitu semikonduktor tipe-p dan semikonduktor tipe-n dengan koefisien semikonduktor tipe-p yaitu -455,0 μ Volt/K dan koefisien seebeck tipe-n yaitu 375 μVolt/K dihubungkan dalam suatu rangkaian tertutup dan berada pada temperatur yang berbeda maka arus listrik akan mengalir dalam rangkaian tertutup itu.
Salah satu kawat diputuskan lalu disambung kembali dengan sebuah galvanometer, maka akan menghasilkan perbedaan tegangan berkisar 1-70 microvolt tiap derajat celcius dari kedua ujung kawat logam. Tegangan yang muncul (Vo) dikenal sebagai emf (electro motive force), dapat dinyatakan dengan persamaan Seebeck yaitu :
Vo = αXY ( Th-Tc) Vo
αXY
= Tegangan keluaran (Volt ) = Koefiesien
Seebeck antara
dua material, X dan Y ( Volt/K ) Th,Tc = Temperatur panas dan dingin
Selenium
900
Tellurium
500
Silicon
440
Germanium
330
Antimony
47
Nichrome
25
Molybdenum
10
Cadmium, tungsten
7.5
Gold, silver, copper
6.5
Rhodium
6.0
Tantalum
4.5
Lead
4.0
Aluminium
3.5
Carbon
3.0
Mercury
0.6
Platinum
0 (definition)
Sodium
-2.0
Potassium
-9.0
Nickel
-15
Constantan
-35
Bismuth
-72
Tabel 1.1 Koefisien Seebeck pada material umum Koefisisen Seebeck menjelaskan kondisi pada sisi yang bersuhu dingin. Apabila bahan dipanaskan, arus akan berpindah dari sisi yang bersuhu panas ke sisi yang bersuhu dingin. Pada semikonduktor tipe-n, elektron akan berpindah dari suhu panas ke suhu yang dingin, maka sisi yang bersuhu dingin akan terisi banyak elektron, sehingga koefisien Seebecknya akan bertanda negatif. Namun, pada semikonduktor tipe-p hole akan berpindah dari sisi suhu panas ke sisi 3
yang bersuhu dingin, sehingga sisi yang bersuhu dingin akan kekurangan muatan elektron dan akan bersifat positif. Maka, koefisien Seebecknya bertanda positf. Jadi koefisien Seebeck tiap logam ada yang positif dan negatif. Nilai dari koefisien Seebeck (αXY) tergantung dari jenis material yang digunakan, dan nilai koefisien Seebeck bisa bernilai positif atau negatif. Dari nilai koefisien Seebeck, maka arah aliran arus juga bisa diketahui apakah mengalir dari T1 ke T2 atau T2 ke T1. Pengukuran Seebeck dibagi menjadi dua yaitu koefisien Seebeck relatif dan koefisien Seebeck absolut. Koefisien Seebeck dinyatakan dengan :
relatif
dapat
Koefisien Seebeck dinyatakan dengan :
absolut
dapat
Prinsip efek Seebeck pada pembangkit listrik, menyebabkan panas yang dihasilkan dapat 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. Bahan yang digunakan untuk keperluan pembangkitan lisrik adalah bahan semikonduktor. Semikonduktor adalah bahan yang mampu menghantarkan arus listrik namun tidak sempurna. Semikonduktor yang digunakan adalah semikonduktor tipe n dan tipe p. IV. SIMPULAN Bahan logam yang umum digunakan dalam pembangkit listrik termoelektrik yaitu semikonduktor tipe-p dan semikonduktor tipe-n dengan koefisien Seebeck tipe p- yaitu -455,0 μVolt/K dan tipe-n 375 μVolt/K. Prinsip kerja dari efek Seebeck dapat menjadi cara alternatif pembangkit listrik termoelektrik yang menghasilkan energi listrik yang cukup besar serta penghematan energi listrik yang cukup tinggi. Sehingga efek Seebeck dapat menjadi solusi untuk memenuhi keperluan energi listrik yang semakin meningkat seiring dengan peningkatan jumlah penduduk. DAFTAR PUSTAKA
1. Muhaimin, M.H (2007). Bahanbahan
Listrik .
Edisi
Ketiga.
Jakarta : PT Pradnya Paramita Grafik 1.1 Perbandingan antara Koefisien Seebeck pada beberapa material dengan temperatur.
2. http://id.swewe.net/word_show. htm/?36843_1&Efek_Seebeck Diakses
pada
tanggal
29
November 2014. 4
3. http://id.termwiki.com/ID:Seebe ck_effect .Diakses pada tanggal 30 November 2014 4. https://id.scribd.com/doc/24831 0150/Jurnal-ThermoelektrikGenerator . Diakses pada tanggal 30 November 2014. 5. https://id.scribd.com/queri=efek +termoelektrik
Diakses
pada
tanggal 1 Desember 2014. 6. http://en.wikipedia.org/wiki/Tho mas_Johann_Seebeck
Diakses
pada tanggal 1 Desember 2014 7. http://searchnetworking.techtarg et.com/definition/Seebeck-effect Diakses
pada
tanggal
2
Desember 2014.
5