1

KONVERTER ENERGI

A. KONVERSI ENERGI PANAS KE LISTRIK

1. KONVERTER TERMOELEKTRIK

1.1. Pengertian Termoelektrik

Prinsip kerja dari Termoelektrik adalah dengan berdasarkan Efek

Seebeck yaitu “jika 2 buah logam yang berbeda disambungkan salah satu

ujunganya, kemudian diberikan suhu yang berbeda pada sambungan, maka terjadi

perbedaan tegangan pada ujung yang satu dengan ujung yang lain”.( Muhaimin,

1993). Untuk keperluan pembangkitan listrik tersebut umumnya bahan yang

digunakan adalah bahan semikonduktor. Termo Elektrik terdiri dari sambungan

serial dari beberapa lapis bahan semi konduktor tipe P dan tipe N menggunakan dua

logam penghubung konstanta yang disambungkan pada salah satu ujung dari bahan

tipe P dan N tersebut. Ketika diberikan temperatur berbeda hingga 12000 C pada

logam-logam penghubung itu, maka dibangkitkan beda potensial pada ujung-ujung

akhir.

1.2. Sejarah Termoelektrik

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 efek Seebeck.

Penemuan Seebeck ini memberikan inspirasi pada Jean Charles Peltier untuk

melihat kebalikan dari fenomena tersebut. Dia mengalirkan listrik pada dua buah

logam yang direkatkan dalam sebuah rangkaian. Ketika arus listrik dialirkan, terjadi

penyerapan panas pada sambungan kedua logam tersebut dan pelepasan panas pada

sambungan yang lainnya. Pelepasan dan penyerapan panas ini saling berbalik begitu

2

arah arus dibalik. Penemuan yang terjadi pada tahun 1934 ini kemudian dikenal

dengan efek Peltier. Efek Seebeck dan Peltier inilah yang kemudian menjadi dasar

pengembangan teknologi termoelektrik.

1.3. Prinsip Kerja Termoelektrik

Teknologi termoelektrik bekerja dengan mengonversi energi panas menjadi

listrik secara langsung (generator termoelektrik), atau sebaliknya, dari listrik

menghasilkan dingin (pendingin termoelektrik). Untuk menghasilkan listrik,

material termoelektrik cukup diletakkan sedemikian rupa dalam rangkaian yang

menghubungkan sumber panas dan dingin. Dari rangkaian itu akan dihasilkan

sejumlah listrik sesuai dengan jenis bahan yang dipakai. Kerja pendingin

termoelektrik pun tidak jauh berbeda. Jika material termoelektrik dialiri listrik,

panas yang ada di sekitarnya akan terserap. Dengan demikian, untuk mendinginkan

udara, tidak diperlukan kompresor pendingin seperti halnya di mesin-mesin

pendingin konvensional.

Untuk keperluan pembangkitan lisrik tersebut umumnya bahan

yang digunakan adalah bahan semikonduktor. Semikonduktor adalah bahan yang

mampu menghantarkan arus listrik namun tidak sempurna. Semikonduktor yang

digunakan adalah semikomduktor tipe n dan tipe p. Bahan semikonduktor

yang digunakan adalah bahan semikonduktor ekstrinsik. Persoalan untuk

Termoelektrik adalah untuk mendapatkan bahan yang mampu bekerja pada suhu

tinggi.

Terdapat tiga sifat bahan Termoelektrik yang penting, yaitu :

1. Koefisien Seebeck(s)2. Konduktifitas panas(k)

3. Resistivitas( r )

3

Gambar 3.1 skema dasar Termoelektrik

Tabel 3.1 Daerah tegangan bahan Termoelektrik

Logam Tegangan (mV)Bismuth -7,7

Konstantan -3,47 hingga -3,4

Kobalt -1,99 hingga -1,52Nikel -1,94 hingga -1,2

Air raksa -0,07 hingga -0,04Platina 0Grafit +0.22

Tentalum +0,34 hingga +0,51Timah putih +0,4 hingga +0,44Timah hitam +0,41 hingga +0,44Magnesium +0,4 hingga +0,43Aluminium +0,37 hingga +0,41Wolfram +0,65 hingga +0,9Rodium +0,65Perak +0,67 hingga +0,79

Tembaga +0,72 hingga +0,77Baja V 2A +0,77

Seng +0,6 hingga +0,79

Manganin +0,57 hingga +0,82Iridium +0,65 hingga +0,68

4

Emas +0,56 hingga +0,8Kadmium +0,85 hingga +0,92

Molibdenum +1,16 hingga +1,31Besi +1,87 hingga +1,89

Chrom nikel +2,2Antimonium +4,7 hingga +4,86

Silikon +44,8

Telirium +50

2. Pemanfaatan Termo Elektrik

Pemanfaatan teknologi Termoelektrik antara lain:

2.1. Pembangkit daya (Power generation)

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. Kira-kira 90 persen energi listrik

dunia yang berasal dari sumber panas masih memakai cara ini. Sehingga efisiensi

energi masih sangat rendah akibat beberapa kali proses konversi. Panas yang

dihasilkan banyak yang dilepas atau terbuang percuma. Apabila proses konversi ini

dapat diubah, efisiensi energi akan menjadi lebih besar karena listrik bisa

didapatkan langsung dari sumber panas tanpa melalui beberapa kali tahap konversi.

Namun, beberapa pembangkit tenaga listrik sudah menggunakan metode

yang dikenal sebagai cogene r a ti on di mana di samping tenaga listrik yang

dihasilkan, panas yang dihasilkan selama proses ini digunakan untuk tujuan

alternatif. Dengan menggunakan Termoelekrik, panas yang dihasilkan selama

proses yang alami pembangkit akan 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.

Termoelektrik juga mengkin dapat digunakan pada sistem s o l ar t he rm al ene r g y .

(Wikipedia, 2009)

5

2.2. Kendaraaan bermotor

Saat ini untuk meningkatkan efisiensi dari kendaraan bermotor,

dilakukan berbagai macam usaha atau teknologi yang dikembangkan, saat ini

sedang popular adalah system hybrid. Pada system hybrid pada kendaraan bermotor

adalah gabungan system kendaran bermotor dengan mesin pembakaran dalam

dan dengan motor listrik. Energi listrik untuk menggerakn motor listrik

diperoleh dari altenantor dan juga dynamic brake, dimana energy gerak (putaran)

diubah menjadi energy listrik. Keuntungan dari kendaraan hybrid adalah bahwa

kendaraan hybrid dapat mengurangi konsumsi bahan bakar melalui 3 mekanisme

yakni

a) Pengurangan energi terbuang selama kondisi ‘idle” atau keluaran rendah, dan

biasanya mesin motor bakardalam keadaan mati.

b) Pengurangan ukuran dan tenaga mesin motor bakar, dalam hal kekurangan

tenaga akan dipenuhi oleh motor listrik,

c) Menyerap energi yang terbuang.

Sementara energy panas yang dibuang belum dimanfaatkan untuk system

Hybrid ini. Muncullah suatu konsep memanfaatan energy panas yang terbuang pada

kendaraan bermotor yang akan dijadikan energy listrik. Konsep yang

digunakan adalah konsep Seebeck. Apabila terdapat dua sumber temperatur yang

berbeda pada dua material semi konduktor makan akan mengalir arus listrik pada

material tersebut. Konsep ini lebih dikenal dengan pembangkit termoelektrik.

Dengan menggunakan Teknologi Termoelektrik ini apabila diterapkan pada

kendaraan bermotor dimana gas buang pada mesin motor bakar berkisar antara

200-300oC sementara temperatur lingkungan bekisar antara 30-35 oC maka

dengan adanya beda temperatur ini akan diperoleh gaya gerak listrik yang kemudian

dapat digunakan untuk menggerakan motor listrik atau disimpan di dalam batere.

Apabila dapat diterapkan di kendaraan hybrid maka konsumsi bahan bakar pada

kendaraan bermotor akan semakin hemat.

Kombinasi ketiga keuntungan hybrid bisa diterapkan pada

kendaraan sehingga mesin menjadi lebih kecil, ringan, dan lebih efisien dibanding

6

kendaraan konvensional. Dengan demikian diharapkan dapat mengurangi konsumsi

bahan bakar pada kendaraan bermotor lebih banyak lagi karena batere pada

kendaraan dimana berfungsi sebagai sumber utama energy motor listrik akan selalu

penuh karena mendapat suplai dari pembangkit thermoelektrik. Dengan

berkurangnya konsumsi bahan bakar maka dapat pula mengurangi emisi gas buang

ke lingkungan.( Koestoer,2008).

2.3. Mesin Pendingin

Termoelektrik sebagai pendingin dibuat menjadi sebuah modul

semikonduktor yang jika dialiri arus listrik DC maka kedua sisi modul termoelektrik

ini akan mengalami panas dan dingin. Sisi dingin inilah yang dimanfaatkan sebagai

pendingin produk. Dalam bidang kedokteran dan kesehatan, ketersediaan darah

sangat dibutuhkan oleh pasien untuk proses penyembuhannya. Seperti pasien yang

mengalami kecelakaan, melahirkan, dioperasi atau yang memiliki penyakit berat

lainnya setidaknya membutuhkan darah minimal 1000 – 1500 mL. Darah

yang tersedia hasil donor dari orang sehat sekitar 250 – 300 mL disimpan

dalam labu plastik dan harus dijaga agar tidak rusak. Darah harus disimpan pada

kondisi temperatur tertentu agar sel darah mengalami proses metabolisme yang

minimal sehingga tidak mengalami kerusakan dan dapat digunakan untuk jangka

waktu yang cukup lama. Untuk menjawab permasalahan di atas maka diperlukan

suatu tempat penyimpan darah (carrier) hasil donor yang kondisinya dijaga pada

suhu 1 - 6 ºC sehingga bisa digunakan sampai 28 hari ke depan. Adapun solusi yang

ditawarkan adalah membuat suatu kotak penyimpan darah portabel yang

temperaturnya dijaga konstan. Teknologi termoelektrik memungkinkan untuk

mendinginkan darah dalam kapasitas kecil. Sisi dingin pada modul termoelektrik

digunakan untuk mendinginkan darah pada suhu yang diinginkan. Untuk

menjaga agar suhunya konstan maka biasanya digunakan alat kontrol

termostat. Dalam merancang sistem ini, langkah awalnya adalah merencanakan

disain konstruksi kotak penyimpan darah beserta sistem kontrol dan kelistrikan.

Langkah selanjutnya melakukan perhitungan beban pendinginan yang meliputi

beban pendinginan darah, beban kalor konduksi dinding, beban infiltrasi dan beban

7

yang ditimbulkan oleh peralatan listrik. Semua beban dijumlah total sebagai beban

kalor yang harus didinginkan oleh modul termoelektrik. Pemilihan spesifikasi

modul termoelektrik didasarkan pada beban kalor, beda suhu dan parameter

listrik yang digunakan. Kelebihan sistem pendingin termoelektrik adalah tidak

berisik, mudah perawatan, ramah lingkungan dan tidak memerlukan banyak

komponen tambahan. Selain itu manfaat lain dari termoelektrik sebagai mesin

pendingin adalah dapa mengurangi polusi udara. Hydrochlorofluorocarbons

(HCFCs) dan chlorofluorocarbons (CFC) dikenal sebagai ozone depleting

substances (ODSs), yaitu substansi yang meyebabkan penipisan lapisan ozon

merupakan zat yang sudah lama dipakai dalam mesin pendingin. Namun, baru-baru

ini telah diterbitkan regulasi mengenai penggunaan zat-zat tersebut dalam mesin

pendingin, sehingga mesin pendingin berteknologi termoelektrik menjadi solusi

cerdas dalam masalah ini. Dengan teknologi ini dapat mengurangi penggunaan

bahan kimia berbahaya seperti itu dan mungkin akan berjalan lebih tenang (karena

mereka tidak memerlukan bising K o m pre s or). (Tellurex, 2008)

Keunggulan dari teknologi termoelektrik pada mesin pendingin dari

teknologi lainnya adalahi:

a) Pendingin Termoelektrik tidak memiliki bagian yang bergerak, dan

karena itu kebutuhan pemeliharaan tidak terlalu penting.

b) Pengujian ketahanan telah menunjukkan kemampuan

perangkat untuk thermoelectric melebihi 100.000 jam operasi yang

stabil di berbagai Negara.

c) Temperatur kontrol dari masing-masing bagian dapat dijaga

menggunakan perangkat thermoelectric dan dukungan yang sesuai

dari circuit.

d) Fungsi dari Pendingin Termoelektrik dalam lingkungan yang

terlalu parah, terlalu sensitif, atau terlalu kecil untuk pendinginan

konvensional.

e) Pendingin Termoelektrik tidak bergantung pada posisi.

f) Arah panas pemompaan dalam sistem thermoelectric

sepenuhnya dapat dibatalkan. dengan mengubah polaritas dari DC

8

power supply menyebabkan panas yang akan dipompa ke arah-yang

dingin kemudian dapat menjadi panas

3. Konverter Termionik

3.1. Prinsip Kerja Termionik

Pembangkit listrik dengan termionik adalah mengubah energi panas menjadi

energi listrik dengan menggunakan emisi termionik. Emisi termionik adalah

terlepasnya electron dari permukaan logam yang lebih panas ke permukaan logam

lainnya yang dipanasi bersama sama. Emosi Termionik juga dikenal sebagai “Emisi

Thermal Elektron”. Proses ini sangat penting dalam pengoperasian

berbagai perangkat elektronik dan dapat digunakan untuk pe m bangk i t daya a tau

pendinginan

keluaran energi

anoda (kolektor)

beban cairan

masukan energi

kotoda (emiter)

Gambar 3.2 skema dasar converter termionik

Elektron electron bebas dari emitter mempunyai energy yang

seimbang dengan level ferminya. Elektron elektron ini dapat meninggalkan katoda,

jumlah dari energy panas yang disuplai padanya akan sama dengan fungsi kerja

katoda Ø c. Elektron-elekron yang diemisikan akan menuju ke arah kolektor

(anoda), dengan kerugian energy yang kecil. Pada anoda, elektron elektron yang

diserap akan membangkitkan energi Ø a dalam bentuk panas, hal ini menaikkan

level Fermi dari anoda, Karena Ø a < Ø c maka selisihnya (Ø c - Ø a) dapat

ditranformasikan menjadi energy listrik.

Bahan katoda hendaknya mempunyai kemampuan emisi yang

cukup pada suhu kerja, mempunyai konduktifitas listrik maupun konduktifitas

panas yang tinggi dan stabil terhadap pengaruh kimia. Bahan yang relative

memenuhi syarat di atas antara lain: W,Mo, dan Ta yang permukaannya dilapisi Ce

untuk menghindari penguapan dan mendapatkan emisi yang lebih baik pada suhu

sekitar 2000° C. Bahan bahan lainnya adalah Barium Oksida, Uranium Karbida

yang dicampur dengan Stontium dan Calsium Oksida.

Bahan bahan yang digunakan sebagai anoda harus memenuhi

syarat: kemampuan emisi ternyata rendah, restistivitas rendah, sifat kimia maupun

mekanismenya baik. Bahan bahan yang digunakan untuk anoda antara lain: Cu,

Ni, Ag yang dilapisi Ce. ( Muhaimin, 1993).

3.2. Pemanfaatan Konverter Termionik

Pemanfaatan dari teknologi Termionik dapat dilihat pada diode, pada

pembangkit listrik tenaga nuklir untuk keperluan kapal ruang angkasa, rektor

spektrum termionik, dan lain-lain. Pemanfaatan teknologi Termionik pada

diode dapat dilihat pada Diode Termionik, dimana diode ini dapat mengkonversi

perbedaan yang panas ke tenaga listrik secara langsung. Dan pada teknologi

pembangkit listrik tenaga nuklir untuk keperluan kapal ruang angkasa dapat

dilihat pada pemanfaatan dari panas yang terbuang dari pembangkit dengan

mengkonversinya menjadi listrik.

B. KONVERSI ENERGI KIMIA MENJADI LISTRIK

1.1. Pengertian Sel Pembakaran

Fuel Cell atau sel pembakaran adalah sebuah perangkat elektrokimia yang mengubah energi kimia ke energi listrik secara kontinyu. Pada sebuah baterai biasa, energi kimia yang diubah oleh sebuah sel adalah tetap. Jika bahan bakar (fuel) dan oksidan di baterai telah habis, maka baterai tersebut harus diganti atau diisi ulang (recharge). Perbedaan mendasar sebuah sel bahan bakar dengan baterai biasa ditentukan dengan supply bahan bakar (oksidan) ke dalam sel. Pada sel bahan bakar, energi dipasok terus menerus. Hal ini sama dengan sebuah mesin yang memerlukan bahan bakar untuk mengubah dari energi kimia menjadi energy mekanik. Sedangkan pada sel bahan bakar, energi yang dihasilkan langsung menjadi energi listrik. (Wahyu Hidayat, 2007). Batere dan sel pembakaran (fuel cell) adalah sistem dimana energi kimia yang disimpan dalam sistem diubah menjadi energi listrik secara langsung. Karena pada sistem ini perubahan energi tidak melewati energi panas, dan tidak dibatasi dengan efisiensi siklus mesin kalor serta dapat balik secara eksternal.

1.2. Prinsip Kerja Sel Pembakaran

Pada prinsipnya, sel pembakaran berlandaskan reaksi kimia sebagai berikut :

Bahan bakar + O2 Oksida + energi listrik

2

Elemen inti dari sebuah sel pembakaran adalah bahan bakar, oksida, elektrolit, dan dua buah elektroda. Skema sel pembakaran seperti yang terlihat pada gambar berikut. Reaksi kimia yang terjadi pada fuel cell :

Anoda : 2H2 ¾¾® 4H+ + 4e-

Katoda : 4e- + 4H+ + O2 ¾¾® 2H2O

Sebuah sel bahan bakar bekerja dengan prinsip sebagai berikut. Dua buah elektrode karbon yang tercelup dalam larutan elektrolit (dalam hal ini asam) dan dipisahkan dengan sebuah pemisah gas. Bahan bakar, dalam hal ini hidrogen, digelembungkan melewati permukaan satu elektrode melewati elektrode lainnya. Ketika kedua elektrode dihubungkan dengan beban luar, beberapa hal akan terjadi yaitu :

a. Hidrogen menempel pada permukaan katalitik elektrode, membentuk ionion hidrogen dan elektron-elektron.

b. Ion-ion hidrogen (H+) bermigrasi melewati elektrolit dan pemisah gas ke permukaan katalitik elektrode oksigen.

c. Secara simultan, elektron-elektron bergerak melewati lintasan luar (external circuit) pada permukaan katalitik yang sama.

d. Oksigen, ion-ion hidrogen, dan elektron bersatu pada permukaan electrode membentuk air(H2O).

Bagian terpenting pada fuel cell adalah 2 lapis elektroda dan elektrolit. Elektrolit disini adalah zat yang akan membiarkan ion lewat, namun tidak halnya dengan elektron. Pada anoda, H2 dialirkan, kemudian platina (Pt) yang terkandung pada pada anoda akan bekerja sebagai katalis, yang kemudian akan “mengambil” elektron dari atom hidrogen. Kemudian, ion H+ yang terbentuk akan melewati elektrolit, sedangkan elektron tetap tertinggal di anoda. Pada katoda, oksigen dialirkan. Kemudian, ion H+ yang melewati elektrolit akan berikatan dengan oksigen menghasilkan air dengan bantuan platina yang terkandung pada katoda sebagai katalis. Reaksi ini akan berlangsung jika ada elektron. Pada anoda, elektron tertinggal, sedangkan pada katoda membutuhkan elektron. Sehingga, jika anoda dan katoda dihubungkan maka elektron akan mengalir. Hal ini lah yang menjadi prinsip dasar dari fuel cell. Bahan pembakar yang lebih reaktif adalah yang dapat digunakan atau dapat dioksidasi pada suhu yang lebih rendah. Hidrogen atau bahan pembakar yang menghasilkan hidrogen secara langsung dapat dioksidasi pada suhu rendah. Bahan pembakar elektrolit dapat menggunakan minyak alam. Keuntungannya adalah harganya murah, tetapi minyak alam hanya dapat dioksidasi pada suhu yang tinggi. Pemilihan macam bahan pembakaran tergantung pada keseimbangan antara kemudahan reaksi dan biaya keseluruhan pada proses produksi listrik. Elektrolit cair yan lazim digunakan adalah larutan alkalin (KOH). Sedangkan bahan elektrolit lumer antara lain : Li2CO3, Na2CO3, K2CO3 danCaCO3. Bahan-bahan elektrolit padat antara lain : ZrO2 dengan tambahan CaO atau Y2O3. Elektroda harus dipilih dengan kriteria : mempunyai konduktivitas yang tinggi. Hal ini diharapkan agar pergerakan ion setinggi mungkin, seimbang dengan aliran elektron pada reaksi secara keseluruhan. Jika sifat katalis dari elektroda tidak efisien, maka perlu menggunakan bahan lain utnuk katalisator yang bertujuan mengaktifkan permukaan elektroda. Pemilihan bahan lain tersebut tergantung dari bahan pembakar pada anoda dan oksida pada katoda. (Muhaimin, 1993). Satu unit sel bahan bakar yang terdiri atas 2 lembar Elektroda, Pt dan elektrolit disebut sel tunggal. Tegangan yang diperoleh dari 1 buah sel tunggal ini berkisar 1 volt, sama dengan sel kering. Untuk mampu menghasilkan tegangan yang lebih tinggi (yang dinginkan), maka sel tersebut bisa

disusun secara seri / paralel. Kumpulan dari banyak sel tunggal ini disebut stack. Untuk membuat stack, selain dibutuhkan single sel tunggal, juga diperlukan sel seperator. Agar bisa digunakan pada telepon seluler, diperlukan beberapa single cell.

Sedangkan untuk penggunaan rumah tangga diperlukan 20 lebih dan untuk mobil diperlukan 200 lebih single cell. Sehingga elektroda Pt, elektrolit, dan sel separator yang dibutuhkan ikut meningkat.

1.3. Jenis-Jenis Sel Pembakaran

Berdasarkan atas perbedaan elektrolit yang digunakan, fuel cell dapat dibagi menjadi 4 tipe. Keempat tipe tersebut, suhu dan skala energi yang dihasilkan pun berbeda. Empat tipe tersebut bisa dipisah menjadi 2, yaitu yang bekerja pada suhu tinggi (dua tipe) dan pada suhu rendah (2 tipe), antara lain :

a. Tipe pada suhu tinggi adalah MCFC (Molten Carbonate Fuel Cell) dan SOFC (Solid Oxide Fuel Cell). Kedua tipe ini berkerja pada suhu 500-1000°C. Pada suhu tinggi, reaksi bisa berlangsung cepat, sehingga tidak diperlukan katalis (Pt). Namun, pada suhu tinggi diperlukan bahan yang mempunyai durabilitas bagus dan tahan terhadap korosi. MCFC bekerja pada suhu 650°C, dan elektrolit yang digunakan adalah garam karbonat (Li2CO3, K2CO3) dalam bentuk larutan. Sedangkan SOFC bekerja pada suhu 1000°C, dengan keramik padat (misal, ZrO2) sebagai elektrolitnya. MCFC dan SOFC sendiri hingga saat ini masih tahap lab, dan belum dikomersilkan. Diharapkan di masa depan bisa diterapkan dalan skala besar. Dan apabila teknologi dimana suhu kerja bisa diturunkan berkembang, kemungkin kedua fuel cell tipe ini bisa diterapkan dalam skala rumah tangga.

b. Sedangkan untuk tipe suhu rendah adalah PAFC (Phosphoric acid Fuel Cell) dan PEFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell). Pada kedua tipe ini, berkerja pada suhu dibawah 200°C. Keunggulan pada tipe ini adalah waktu untuk mengaktifkannya cukup cepat dan bisa diterapkan dalam skala kecil. Namun, karena memerlukan Pt, yang harganya cukup mahal, sebagai elektroda, maka biayanya pun menjadi mahal. PAFC bekerja pada suhu 200°C, dan asam fosfat (H3PO4) sebagai elektrolitnya. Ditemukan pada tahun 1967, dan sejak tahun 1980-an, khususnya di Jepang dan Amerika, mulai dipergunakan pada hotel, rumah sakit, dan tempat lainnya. Diantara 4 tipe fuel cell, tipe inilah yang paling cepat untuk dikomersialkan. PEFC bekerja pada suhu dibawah 100°C, membrane polimer sebagai elektrolitnya. Karena menggunakan lapisan tipis membrane 6 polimer, ukuran secara kesulurahan sangatlah kecil. Dewasa ini, penggunaan fuel cell tipe ini sudah cukup luas digunakan, mulai dari mobil hingga telepon seluler.Jenis fuel cell ditentukan oleh material yang digunakan sebagai elektrolit yang mampu menghantar proton. Pada saat ini ada beberapa jenis fuel cell, yaitu:

a. Alkaline Fuel Cell (AFC)

b. Phosphoric Acid Fuel Cell (PAFC)

c. Solid Oxide Fuel Cell (SOFC)

d. Proton Exchange Membrane, juga disebut dengan Proton Electrolyt Membrane (PEM)

e. Direct Methanol Fuel Cells (DMFC)

f. Molten Carbonate Fuel Cell (MCFC)

g. Biofuel Cell

h. Microbial Fuel Cell

1.4. Kelebihan dan Kelemahan Sel Pembakaran

Kelebihan Sel Pembakaran

1 Tidak Mengeluarkan Emisi Berbahaya (Zero Emission)

Sebuah sistem fuel cell hanya akan mengeluarkan uap air apabila memakai hidrogen murni. Tetapi, ketika memakai hidrogen hasil dari reforming hidrokarbon / fosil (misalnya batu bara dan gas alam), maka harus dilakukan uji emisi untuk menentukan apakah sistem tersebut masih dapat dikategorikan zero emission. Menurut standar yang dikeluarkan United Technologies Corporation (UTC) pada tahun 2002, maka sebuah sistem fuel cell dapat dikategorikan zero emission ketika mengeluarkan emisi pencemar udara yang sangat rendah, dengan kriteria NOx ≤ 1 ppm, SO2 ≤ 1 ppm, CO2 ≤ 2 ppm.

2 Efisiensi yang Tinggi (High Efficiency)

Oleh sebab fuel cell tidak menggunakan proses pembakaran dalam konversi energi, maka efisiensinya tidak dibatasi oleh batas maksimum temperatur operasional (tidak dibatasi oleh efisiensi siklus Carnot). Hasilnya, efisiensi konversi energi pada fuel cell melalui reaksi elektrokimia lebih tinggi dibandingkan efisiensi konversi energi pada mesin kalor (konvensional) yang melalui reaksi pembakaran.

3 Cepat Mengikuti Perubahan Pembebanan (Rapid Load Following)

Fuel cell memperlihatkan karakteristik yang baik dalam mengikuti perubahan beban. Sistem Fuel cell yang menggunakan hidrogen murni dan digunakan pada sebagian

besar peralatan mekanik (misalnya motor listrik) memiliki kemampuan untuk merespon perubahan pembebanan dengan cepat.

4 Temperatur Operasional Rendah

Sistem fuel cell sangat baik diaplikasikan pada industri otomotif yang beroperasi pada temperatur rendah. Keuntungannya adalah fuel cell hanya memerlukan sedikit waktu pemanasan (warmup time), resiko operasional pada temperatur tinggi dikurangi, dan efisiensi termodinamik dari reaksi elektrokimia lebih baik

5 Reduksi Transformasi Energi

Ketika fuel cell digunakan untuk menghasilkan energi listrik, maka fuel cell hanya membutuhkan sedikit transformasi energi, yaitu dari energi kimia menjadi energi listrik. Bandingkan dengan mesin kalor yang harus mengubah energi kimia menjadi energi panas kemudian menjadi energi mekanik yang akan memutar generator untuk menghasilkan energi listrik. Fuel cell yang diaplikasikan untuk menggerakkan motor listrik memiliki jumlah transformasi energi yang sama dengan mesin kalor, tetapi transformasi energi pada fuel cell memiliki efisiensi yang lebih tinggi.

Kelemahan Sel Pembakaran

1 Hidrogen yang Sulit Diproduksi

Hidrogen sulit untuk diproduksi dan disimpan. Saat ini proses produksi hidrogen masih sangat mahal dan membutuhkan input energi yang besar, artinya efisiensi produksi hidrogen masih rendah. Untuk mengatasi kesulitan ini, banyak 20 negara menggunakan teknologi reforming hidrokarbon / fosil untuk memperoleh hidrogen. Tetapi, cara ini hanya digunakan dalam masa transisi untuk menuju produksi hidrogen dari air yang efisien.

2 Sensitif pada Kontaminasi Zat Asing

Sel bahan bakar membutuhkan hidrogen murni, bebas dari kontaminasi zat asing. Zat asing yang meliputi sulfur dan campuran senyawa karbon dapat menonaktifkan katalisator dalam sel pembakaran dan secara efektif akan menghancurkannya. Pada mesin kalor, pembakaran dalam (internal combustion engine), masuknya zat asing tersebut tidak menghalangi konversi energi melalui proses pembakaran.

3 Harga Katalisator Platinum yang Mahal

Sel pembakaran yang diaplikasikan pada industri otomotif memerlukan katalisator yang berupa Platinum untuk membantu reaksi pembangkitan listrik. Platinum adalah logam yang jarang ditemui dan sangat mahal. Berdasarkan survey geologis ahli USA,

total cadangan logam platinum di dunia hanya sekitar 100 juta kg (Bruce Tonn an Das Sujit, 2001). Dan pada saat ini, diperkirakan teknologi sel bahan bakar berkapasitas 50 kW memerlukan 100 gram platinum sebagai katalisator (DEO, 2000). Misalkan penerapan teknologi sel bahan bakar berjalan baik (meliputi penghematan pemakaian platinum pada sel bahan bakar, pertumbuhan pasar sel bahan bakar rendah, dan permintaan platinum rendah) maka sebelum tahun 2030 diperkirakan sudah tidak ada lagi logam platinum (Anna Monis Shipley and R. Neal Elliott, 2004). Untuk itulah diperlukan penelitian untuk menemukan jenis katalisator alternatif yang memiliki kemampuan mirip katalisator dari platinum.

4 Pembekuan

Selama beroperasi, sistem sel bahan bakar menghasilkan panas yang dapat berguna untuk mencegah pembekuan pada temperatur normal lingkungan. Tetapi, jika temperatur lingkungan terlampau sangat dingin (-10 s.d. -20°C), maka air 21 murni yang dihasilkan akan membeku di dalam sel bahan baker dan kondisi ini akan dapat merusak membran sel bahan bakar (David Keenan, 10/01/2004). Untuk itu harus didesain sebuah sistem yang dapat menjaga sel bahan bakar tetap berada dalam kondisi temperatur operasi normal.

5 Memerlukan Teknologi Tinggi dan Baru

Perlu dikembangkan beberapa material alternatif dan metode konstruksi yang baru sehingga dapat mereduksi biaya pembuatan sistem fuel cell. Diharapkan dimasa depan dapat dihasilkan sebuah sistem fuel cell yang lebih kompetitif dibandingkan mesin bakar / otomotif konvensional dan sistem pembangkit listrik konvensional. Teknologi baru tersebut akan mampu menghasilkan reduksi biaya, reduksi berat dan ukuran, sejalan dengan meningkatnya kehandalan dan umur operasi (lifetime) sistem fuel cell. Penggunaan sistem fuel cell dalam industri otomotif minimal harus memiliki umur operasi 4.000 jam (ekivalen 100.000 mil pada kecepatan 25 mil per jam) dan dalam industri pembangkit listrik minimal harus memiliki umur operasi 40.000 jam (Matthew M. Mench, 24/05/2001).

6 Ketiadaan Infrastruktur

Infrastruktur produksi hidrogen yang efektif belum tersedia. Tersedianya teknologi manufaktur dan produksi massal yang handal merupakan kunci penting usaha komersialisasi sistem fuel cell. (Thomas, 2008).

5 Pemanfaatan Sel Pembakaran Saat Ini dan Masa Datang

Secara umum, pemanfaatan sel bahan bakar antara lain :

a. Sebagai pembangkit tenaga listrik.

b. Dikembangkan sebagai batere pada handphone, laptop, MP3 player, kamera digital dan perangkat portabel lainnya.

c. Pemakaian fuel cell pada rumah tangga untuk pembangkit tenaga listrik.

d. Digunakan sebagai sumber energi listrik pada mobil.

e. Digunakan pada alat transportasi massal, seperti pada bis dan kereta api. 22

Penerapan fuel cell untuk skala rumah tangga sudah mulai diterapkan sejak tahun 2005 yang lalu. Di Jepang sendiri sudah terpasang sekitar 600 fuel cell skala rumah tangga. Dengan adanya pemakaian fuel cell pada rumah tangga, maka sudah tidak diperlukannya lagi kabel pengalir listrik (dari pembangkit listrik ke rumah), sehingga loss dayanya menjadi nol. Selain itu, bila panas yang dihasilkan bisa dimanfaatkan lagi, salah satunya untuk memanaskan air. Dengan koordinasi seperti ini, maka tingkat efisiensi pemanfaatan energi fuel cell bisa mencapai 80%. Jenis fuel cell yang banyak digunakan pada perangkat elektronik mobile adalah DMFC (Direct Methanol Fuel Cell). DMFC merupakan salah satu jenis PMFC, dengan methanol sebagai bahan bakarnya. Keunggulan dari DMFC ini, terletak pada methanol. Berbeda dengan hidrogen, yang sangat sulit untuk dibawa kemana-mana, methanol dapat disimpan dalam botol plastik sehingga dapat dibawa ketika bepergian. Namun, ada sisi negatif dari methanol, yaitu merupakan zat yang berbahaya. Sehingga penggunaan methanol diperlukan kehati-hatian tinggi. Mengingat methanol cukup berbahaya bagi manusia, maka saat ini sedang dicari alternatif lainnya seperti ethanol atau NaBH4 (yang dikembangkan oleh Millennium Cell Corp)

Pemanfaatan Sel Pembakaran Pada Batere

Batere dan sel bahan bakar adalah sistem dimana energi kimia yang disimpan dalam sistem diubah menjadi energi listrik secara langsung.Batere dan sel bahan bakar operasinya sangat mirip, sedang perbedaannya terletak pada bahan bakarnya,dimana batere mempunyai jumlah bahan bakar atau energi kimia yang tetap, sedang sel bahan bakar mempunyai bahan bakar yang terus – menerus diisikan.

Batere digunakan sebagai sistem penyimpan energi dan dapat dibagi menjadi dua kategori batere primer dan batere sekunder.Batere primer , seperti sel konvensional C dan D ,tidak dapat diisi kembali ,sedang batere sekunder seperti batere mobil dengan asam dan timah,dapat diisi berkali – kali.

Sel bahan bakar dan batere komposisinya sama,dimana keduanya terdiri dari dua elektroda yang dipisahkan oleh larutan elektrolit atau matriks.Dalam sel bahan

bakar ,reaktan bahan bakar ,biasanya hydrogen atau karbon monoksida,diberikan ke salah satu elektroda yang berpori – pori dan oksigen atau udara dimsukkan ke dalam elektroda berpori yang lain.

Elektroda sel bahan bakar harus memenuhi tiga hal.Elektroda harus berpori – pori sehingga bahan bakar dan elektrolit dapat menembusnya untuk mendapatkan kontak yang cukup.Ukuran pori – pori elektroda sangat penting.Jika pori – pori terlalu besar, gas bahan bakar akan menggelembung dan hilang keluar.sedang,jika pori – pori terlalu kecil,akan terjadi kontak yang tidak cukup antara reaktan dan elektrolit sehingga kapasitas sel berkurang.Elektroda harus mengandung katalisator kimia untuk memecah ikatan bahan bakar menjadi atom sehingga dapat menjadi lebih reaktif.Katalisator paling populer yang digunakan sekarang ini adalah platina dan nikel yang disinter.akhirnya ,elektroda harus bias melewatkan electron ke terminal.

Larutan elektrolit harus mempunyai permeabilitas tinggi terhadap ion H+ atau OH- yang dihasilkan sebagai produk antara pada salah satu electrode.Ion yang sama di transfer ke lain elektroda dan dikombinasikan dengan reaktan lain.Elektron berpindah melalui sirkuit luar ke elektroda yang lain,dimana produk oksidasi dibentuk.

Jika sel membakar oksigen dan hydrogen dan mempunyi elektrolit asam,ion antaranya ialah H+ dan reaksi umumnya sebagai berikut

Unjuk Kerja Sel Bahan Bakar

C. KONVERSI ENERGI ELEKTROMAGNETIK KE ENERGI LISTRIK

1. SEL SURYA

1.1. Pengertian

Sel surya adalah bahan semi konduktor yang mengubah secara langsung energi cahaya menjadi energi listrik. Surya Matahari mengenai sel surya sehingga elektron valensin terlepas dari orbit. Sambungan P-N menghalangi aliran elekton itu, dan dibangkitkan beda potensial. Sel surya terdiri dari sambungan p-n, sehingga menghasilkan akumulasi muatan yang berbeda pada kedua sisi sambungan yaitu positif pada posisi ndan negatif pada sisi p. Pada saat cahaya menembus bahan semi konduktor tersebut maka elektron dipaksakan keluar dari tempatnya dan ini menimbulkan lubang elektron yang muatannya positif. Dengan adanya bataslapisan antara p dan n maka elektron dihalangi berkombinasi kembali dengan demikian maka terdapat beda tegangan antara sisi p dan n. Contoh penggunaanny a adalah pada PLTS (Pembangkit Listrik Tenaga Suya)

Sel surya terbuat dari rangkaian dua atau lebih lapisan semikonduktor yang didukung oleh piranti lain untuk meningkatkan efisiensinya. Berdasarkan konfigurasi semikonduktor yang menyusunnya, secara umum sel surya digolongkan menjadi dua macam yaitu:

1. Tipe p-n junction

Pada tipe ini sel surya terdiri dari dua lapisan semikonduktor yaitu tipe n (sebagai window) dan tipe p (sebagai adsorber). Tebal lapisan window berkisar antara 0,6 – 1 μm sedangkan tebal lapisan adsorber berkisar antara 1 – 2 μm.

2. Tipe p-i-n junction

Pada tipe ini sel surya terdiri dari tiga lapisan semikonduktor yaitu tipe n (sebagai window), tipe I (sebagai buffer) dan tipe p (sebagai adsorber). Hal yang menarik

dari sistem ini terutama adalah kemampuannya untuk mengubah energi elektromagnetik dari sinar matahari menjadi energi listrik secara langsung.Dengan menggunakan konstanta matahari 1395 W/m2 ,dapat dilihat bahwa temperatur radiasi efektif di permukaan matahri ialah sekitar 60000 K (108000 R).Menurut hukum perpindahan panas radiasi dari Wiens,energi radiasi matahari yang paling mungkin ialah sekitar 2,8eV.Meskipun energi ini sangat kecil dibanding dengan energi yang didapat dari reaksi nuklir,tetapi sudah lebih dari cukup untu mengupas elektrron valensi dari bermacam material.

Prinsip kerja sel surya didasarkan pada penggabungan

semikonduktor tipe-p yang kelebihan hole dan semikonduktor tipe-n yang kelebihan elektron. 

1.   Semikonduktor tipe-p dan tipe-n sebelum disambungkan.

            2.  Ketika kedua jenis semikonduktor ini disambung, terjadi perpindahan

elektron dari emikonduktor tipe-n menuju semikonduktor tipe-p dan perpindahan hole dari semikonduktor tipe-p ke semikonduktor tipe-n pada derah sambungan. Perpindahan elektron maupun hole ini hanya sampai pada jarak tertentu dari batas sambungan awal.

3.  Elektron dari semikonduktor n yang bersatu dengan hole pada semikonduktor p yang mengakibatkan jumlah hole pada semikonduktor p akan berkurang. Daerah ini akhirnya berubah menjadi lebih bermuatan positif. Pada saat yang sama. hole dari semikonduktor p bersatu dengan elektron yang ada pada semikonduktor n yang mengakibatkan jumlah elektron di daerah ini berkurang. Daerah ini akhirnya lebih bermuatan positif.

4.  Daerah negatif dan positif ini disebut dengan daerah deplesi (depletion region) ditandai dengan huruf W.Pada daerah deplesi ini terdapat banyak keadaan terisi (hole+elektron). Baik elektron maupun hole yang ada pada daerah deplesi disebut dengan pembawa muatan minoritas (minority charge carriers) karena keberadaannya di jenis semikonduktor yang berbeda.

5.  Perbedaan muatan pada daerah deplesi ini menimbulkan medan listrik internal E dari daerah positif ke daerah negatif pada daerah deplesi yang disebut arus drift. Dengan memperhatikan perpindahan elektron pada arus drift dari arah semikonduktor p ke arah semikonduktor n, sebaliknya perpindahan hole dari arah semikonduktor tipe-n ke arah semikonduktor tipe-p yang mana berlawanan dengan arus yang muncul pada poin 2.

6.  Adanya medan listrik mengakibatkan sambungan p-n berada pada titik setimbang, yakni saat di mana jumlah hole yang berpindah dari semikonduktor p ke n dikompensasi dengan jumlah hole yang tertarik kembali kearah semikonduktor p akibat medan listrik E. Begitu pula dengan jumlah elektron yang berpindah dari smikonduktor n ke p, dikompensasi dengan mengalirnya kembali elektron ke semikonduktor n akibat tarikan medan listrik E. Dengan kata lain, medan listrik E mencegah seluruh elektron dan hole berpindah dari semikonduktor yang satu ke semiikonduktor yang lain. Dengan demikian dalam keadaan ini tidak ada arus dan tegangan yang timbul.

Jadi jika sel surya tidak menerima energi cahaya, tidak ada arus yang dapat dimanfaatkan. Untuk keperluan sel surya, semikonduktor n berada pada lapisan atas sambungan p yang menghadap kearah datangnya cahaya matahari, dan dibuat jauh lebih tipis dari semikonduktor p, sehingga cahaya matahari yang jatuh ke permukaan sel surya dapat terus terserap dan masuk ke daerah deplesi dan semikonduktorp.

Ketika sambungan semikonduktor ini terkena cahaya matahari, elektron dari daerah deplesi (-) memiliki energi untuk naik ke tingkat energi yang lebih tinggi (pita konduksi). Lepasnya elektron ini menyebabkan munculnya hole pada daerah yang ditinggalkan elektron (deplesi), peristiwa ini disebutelectron-hole photogeneration. Karena adanya medan listrik E yang menarik hole ke arah semikonduktor tipe-p dan elektron ke arah semikonduktor tipe-n maka terjadi pergerakan elektron dan hole pada tiap semikonduktor. Apabila kedua ujung semikonduktor dihubungkan dengan kabel maka elektron akan mengalir melalui kabel dari semikonduktor tipe-n bertemu dengan hole yang mengalir dari semikonduktor tipe-p yang disebut peristiwa recombinating. Jika sebuah lampu kecil dihubungkan ke kabel, lampu tersebut menyala dikarenakan mendapat arus listrik yang timbul akibat pergerakan elektron.

Masih banyak hal-hal yang berkaitan dengan sel surya, seperti analisis diagram I-V, efisiensi, fill factor, instalasi, dan lain-lain. Namun pembahasan saya cukup sampai pada prinsip kerjanya saja. selebihnya mungkin pada postingan selanjutnya.

1.3. Pemanfaatan Sel Surya dalam Menghasilkan Listrik

Listrik tenaga surya memanfaatkan sinar matahari sebagai sumber penghasil

listrik. Alat utama untuk menangkap, perubah dan penghasil listrik adalah

Photovoltaic atau yang disebut secara umum Modul / Panel Solar Cell.Dengan alat

tersebut sinar matahari dirubah menjadi listrik melalui proses aliran-aliran elektron

negatif dan positif didalam cell modul tersebut karena perbedaan electron. Hasil dari

aliran elektron-elektron akan menjadi listrik DC yang dapat langsung dimanfatkan

untuk mengisi battery / aki sesuai tegangan dan ampere yang diperlukan.

Rata-rata produk modul solar cell yang ada dipasaran menghasilkan tegangan

12 s/d 18 VDC dan ampere antara 0.5 s/d 7 Ampere. Modul juga memiliki kapasitas

beraneka ragam mulai kapsitas 10 Watt Peak s/d 200 Watt Peak, juga memiliki type

cell monocrystal dan polycrystal. Komponen inti dari sistem PLTS ini meliputi

peralatan : Modul Solar Cell, Regulator / controller, Battery / Aki, Inverter DC to

AC, Beban / Load.

Instalasi, untuk memasang PLTS, sebenarnya tidak terlalu susah.Komponen

utama Solar Panel dipasang menghadap sinar matahari dengan intensitas tinggi,

selanjutnya hubungkan dengan Battery untuk media penyimpan energi (arus DC),

untuk pemakaian arus AC kita bisa menghubungkan dengan DC to AC Converter

dan siap digunakan untuk keperluan rumah tangga (Lampu, TV, Kulkas, dsb).

.

Panel Surya (Pembangkit Listrik Tenaga Surya)

Panel surya terdiri dari susunan sel surya yang dihubungkan secara seri. Sel

surya berfungsi mengubah cahaya matahari menjadi energi listrik. Sel surya

umumnya dibuat dari silikon yang merupakan bahan semikonduktor. Daya yang

dihasilkan sebuah panel surya bergantung pada radiasi matahari yang diterima, luas

permukaan panel dan suhu panel. Daya yang dihasilkan semakin besar jika radiasi

dan luas permukaan lebih besar, sedang kenaikan suhu mengakibatkan penurunan

daya. Karena itu, pada saat pemasangan panel perlu diperhatikan untuk menyediakan

jarak dengan atap agar udara dapat bersirkulasi di bawah panel (efek pendinginan).

Panel Surya type terbaru mempunyai daya 130 Wattpeak per m2 . Wattpeak

menunjukkan daya maksimum yang dihasilkan pada kondisi radiasi matahari 1000

W/m2 dan suhu panel 25oC. Panel surya diproduksi dalam berbagai ukuran (daya

terpasang). Konstruksi panel surya terdiri dari susunan sel surya, tutup kaca, bingkai

Alumunium khusus dan soket. Panel surya memiliki usia yang relatif panjang yaitu

minimal 20 tahun, dan umumnya suplier panel surya memberi garansi out put power

hingga 10-25 tahun.

Beberapa hal yang perlu diingat pada saat pemasangan panel surya adalah:

1. Panel ditempatkan di bagian atap yang tidak terkena bayangan

pohon atau benda lain.

2. Atap cukup kuat menahan beban panel dan angin

3. Penempatan panel memungkinkan pembersihan dan perbaikan.

4. Tersedia jarak dengan atap untuk sirkulasi udara di bawah panel

surya

1.3.Jenis - jenis panel surya:

Monokristal (Mono-crystalline)

Merupakan panel yang paling efisien yang dihasilkan dengan teknologi terkini &

menghasilkan daya listrik persatuan luas yang paling tinggi. Monokristal dirancang

untuk penggunaan yang memerlukan konsumsi listrik besar pada tempat-tempat yang

beriklim ekstrim dan dengan kondisi alam yang sangat ganas. Memiliki efisiensi

sampai dengan 15%. Kelemahan dari panel jenis ini adalah tidak akan berfungsi baik

ditempat yang cahaya mataharinya kurang (teduh), efisiensinya akan turun drastis

dalam cuaca berawan.

Polikristal (Poly-crystalline)

Merupakan panel surya yang memiliki susunan kristal acak karena dipabrikasi

dengan proses pengecoran. Type ini memerlukan luas permukaan yang lebih besar

dibandingkan dengan jenis monokristal untuk menghasilkan daya listrik yang sama.

Panel suraya jenis ini memiliki efisiensi lebih rendah dibandingkan type monokristal,

sehingga memiliki harga yang cenderung lebih rendah.

Thin Film Photovoltaic

Merupakan panel surya (dua lapisan) dengan struktur lapisan tipis mikrokristal-

silicon dan amorphous dengan efisiensi modul hingga 8.5% sehingga untuk luas

permukaan yang diperlukan per watt daya yang dihasilkan lebih besar daripada

monokristal & polykristal. Inovasi terbaru adalah Thin Film Triple Junction PV

(dengan tiga lapisan) dapat berfungsi sangat efisien dalam udara yang sangat

berawan dan dapat menghasilkan daya listrik sampai 45% lebih tinggi dari panel

jenis lain dengan daya yang ditera setara.

2.1. Prinsip Panel Surya

Prinsip dari Panel surya ialah mengubah intensitas cahaya matahari menjadi

energi listrik yang dapat digunakan untuk menjalankan peralatan elektronik. Panel

surya/modul surya merupakan suatu paket yang terdiri dari sel-sel yang disusun

secara horizontal dan dilapisi oleh kaca sehingga dapat di pasang menghadap

matahari. Sebuah modul diklasifikasikan berdasarkan daya maksimumnya. Sel-sel itu

terbuat dari kristal silikon yang dikembangkan dalam bentuk ingot. Dalam potongan

tipis yang disambungkan melalui elektroda untuk membentuk sel.

1.5. Keuntungan Panel Surya

PLTS mampu menyuplai listrik untuk lokasi yang belum dijangkau jaringan

listrik PLN, dimana keuntungan panel surya adalah sebgaai berikut:

1. Potensi pemanfaatan energi surya tersebar secara merata sehingga dapat

digunakan untuk daerah yang terpencil

2. Listrik surya merupakan solusi yang cepat, karena proses instalasi yang

relatif cepat untuk menghasilkan listrik penerangan dll.

3. Tenaga Surya merupakan energi yang sangat bersih, karena sifatnya

secara fisika dapat Meng-absorbsi UV radiasi (dari matahari), tidak

menghasilkan emisi sedikitpun, tidak menimbulkan suara berisik dan tidak

memerlukan bahan bakar yang perlu dibeli setiap harinya.

4. Sistem tenaga Surya sudah terbukti handal lebih dari 50 tahun mendukung

program luar angkasa, dimana tidak ada sumber energi lain, tidak juga juga

nuklir, yang mampu bertahan dalam keadaan extrim di luar angkasa.

5. Panel Surya merupakan salah satu alat yang dapat memanfaatkan potensi

energi radiasi matahari sebesar 4,8 Kwh/ m2 / hari (* Data BPPT tahun

2005) yang merupakan potensial daya yang cukup besar dan belum

maksimal dimanfaatkan di Indonesia.

6. Panel Surya mempunyai kesan modern dan futuristik, tetapi juga

mempunyai kesan peduli lingkungan dan bersih. Sangat cocok untuk dunia

arsitektur modern yang memadukan unsur-unsur penting tersebut.

D. KONVERSI ENERGI MEKANIK MENJADI LISTRIK

1. Magneto HidrodinamikGenerator magnetohidrodinamika

1.1. Pengertian

Magneto Hidrodinamik adalah suatu alat yang mengubah energi mekanik menjadi

energi listrik. Magneto Hidrodinamik terdiri dari ruang bakar, ruang ionisasi, dan

elektroda. Di sekeliling ruang ionisasi dipasang magnet. Bahan bakar hydrogen

ditiup ke dalam pada temperatur 2.5000 C. Beda potensial dibangkitkan pada

elektroda-elektroda.

1.2. Prinsip Kerja

Magneto Hidrodinamik (MHD) bekerjanya adalah berdasarkan HukumFaraday.

Seperti prinsip kerja generator konvensional, jika terjadi kecepatanrelatif antara

penghantar dengan medan magnet, maka pada penghantar tersebut akan terjadi gaya

gerak listrik (ggl). Gas untuk keperluan MHD diperoleh dari ruang pembakaran 1

yangditiupkan ke dalam ruang 2, di ruang ini diberikan medan magnet yang

kuatsehingga gas yang melewati di dalamnya terionisasi. Selanjutnya gas

yangterionisasi tersebut mengalir melalui ruang elektroda 3 yaitu ruang yangbagian

atas dan bawahnya terbuat dari elektroda yang dipisahkan dengan bahan isolasi. Dan

elektroda ini dihubungkan dengan beban karena elektroda atas dan bawah kutubnya

berbeda. MHD dapat dirancang dengan siklus terbuka maupun tertutup. Kendala

pada MHD di antaranya adalah korosi. Usaha untuk menanggulanginya adalah

dengan menggunakan gas-gas mulia He, Ne, Krdan Xe. Untuk meningkatkan

kualitas gas disemprotkan dari ruang pembakaran, pada gas tersebut diberikan bubuk

halus dari Cc atau K.

Generator magnetohidrodinamika tergantung dari efek Faraday untuk modus

operasinya,sebagaimana generator mekanis-elektris konvensional.Dalam sistem

MHD ,fluida yang bias menghantar listrik ditekan lewat suatu medan magnit yang

tegak lurus pada kecepatan tinggi.

BAHAN, SUMBER, DAYA, DAN EFISIENSI

Bahan Sumber Daya (kW) Efisiensi (%)

Sel Surya Matahari 0,25 14

MHD Panas 20.000 60

Sel Pembakaran Udara, H, O 15 90

Termo Elektrik Panas 5 35

Termionik Panas 0,3 10

DAFTAR PUSTAKA

Mostavan,Aman.1999.Konversi Energi.Bandung : ITB

Sitompul,Darwin.1991.Prinsip – Prinsip Konversi Energi.Jakarta : Erlangga

http://www.wikipedia.com

http://www.elektro.com

http://www.mynice.com