PEMANFAATAN MODUL TERMOELEKTRIK GENERATOR UNTUK

MENGISI BATERAI PONSEL

oleh

Daniel Adven Andriyanto

NIM : 612008012

Skripsi

Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh

Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Elektro

Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer

Universitas Kristen Satya Wacana

Salatiga

Juli 2015

PEMANFAATAN MODUL TERMOELEKTRIK GENERATOR UNTUK

MENGISI BATERAI PONSEL

oleh

Daniel Adven Andriyanto

NIM : 612008012

Skripsi ini telah diterima dan disahkan

Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh

Gelar Sarjana Teknik

dalam

Konsentrasi Teknik Elektronika

Program Studi Teknik Elektro

Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer

Universitas Kristen Satya Wacana

Salatiga

Disahkan oleh :

Pembimbing I Pembimbing II

Ir. Lukas B. Setyawan, M.Sc. Deddy Susilo, M.Eng.

Tgl : ................................... Tgl : ............................

PENYATAAN BEBAS PLAGIAT

Saya yang bertanda tangan dibawah ini :

NAMA : Daniel Adven Andriyanto

NIM : 612008012

JUDUL SKRIPSI : Pemanfaatan Modul Termoelektrik Generator Untuk

Mengisi Baterai Ponsel

Menyatakan bahwa skripsi tersebut bebas plagiat. Apabila ternyata ditemukan

unsur plagiat didalam skripsi saya, maka saya bersedia mendapatkan sanksi apapun

sesuai aturan yang berlaku.

Salatiga, Juli 2015

Daniel Adven Andriyanto

i

INTISARI

Sistem yang direalisasikan adalah suatu sistem yang memanfaatkan panas yang

terbuang dari kompor gas portable, yang digunakan untuk memanaskan nesting atau

rantang masak. Dengan menggunakan modul termoelektrik generator, energi panas

dapat dikonversi menjadi energi listrik dengan memanfaatkan perbedaan temperatur.

Dengan dasar itu skripsi ini bertujuan untuk merancang sistem pengisian baterai ponsel,

menggunakan modul termoelektrik generator tipe TEP 1-12656-0.8.

Hasil pengujian menunjukkan bahwa modul termoelektrik generator bisa

menghasilkan tegangan 1 volt DC untuk posisi diatas dan 2,3 volt DC untuk posisi

disamping. Keluaran sistem menghasilkan tegangan 4 volt DC ketika posisi alat diatas

dan 5 volt DC ketika alat disamping, dan bisa digunakan untuk mengisi baterai ponsel

blackberry tipe gemini. Dimensi alat dengan panjang 10 cm, lebar 10 cm, tinggi 8 cm

dan bobot 540 gram. Efisiensi yang dihasilkan dari perubahan energi panas menjadi

energi listrik sebesar 1,19 % untuk posisi diatas dan 3,6 % untuk posisi disamping.

ii

ABSTRACT

The system is realized by utilizing of waste heat from a portable gas stove,

which is used to heat the nesting. By using a thermoelectric generator module, heat can

be converted into electrical energy by exploiting the temperature difference. With that

basis this thesis aims to design mobile phone battery charging systems, using

thermoelectric generator module type of TEP 1-12656-0.8.

Result of testing showed that the thermoelectric generator can generate voltage

of 1 volt DC to above position and 2.3 volts DC to side position. Output system

generates voltage 4 volt DC when in above and 5 volt DC in side position, and can be

used to charge the phone battery type blackberry Gemini. This tool dimensions with a

length of 10 cm, width 10 cm, height 8 cm and weighs 540 grams. The efficiency

resulting from charges of heat energy into electrical energy by 1.19% at above and 3.6%

at besides nesting.

iii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala berkat

dan anugerah yang telah diberikan-Nya pada penulis. Sehingga penulis dapat

menyelesaikan perancangan serta penulisan skripsi sebagai syarat untuk menyelesaikan

studi di Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer Universitas Kristen Satya Wacana.

Pada kesempatan ini penulis juga hendak mengucapkan terimakasih kepada

berbagai pihak baik secara langsung maupun tidak telah membantu penulis dalam

menyelesaikan skripsi ini :

1. Tuhan Yesus Kristus atas kasih karunia dan penyertaan yang diberikan-Nya

sehingga penulis bisa mengerjakan dan menyelesaikan skripsi dengan baik

2. Keluarga penulis bapak Djarmintoro, ibu Luntiah, mbak Ester dan saudara-

saudara saya yang tidak bisa disebutkan satu persatu. Terimakasih atas

semangat dan motivasinya secara langsung maupun tidak langsung,

dukungan dari kalian selalu membuatku bersemangat mengerjakan skripsi

ini.

3. Bapak Ir. Lukas B. Setyawan, M.Sc. dan Deddy Susilo, M.Eng selaku

pembimbing I dan pembimbing II. Terimakasih atas arahan, bimbingan dan

pengajarannya sehingga dapat menyelesaikan skripsi ini.

4. Seluruh staff dosen, karyawan dan laboran FTEK, Mbak Rista, Mbak Vera,

Mbak Dita, Pak Budi, Pak Harto, Pak Bambang serta Mas hari.

5. Arlinda yang selalu ada dalam susah senang, selalu memberi semangat dan

mendoakan dalam kondisi apapun.

6. Bang deka, face, hendro, dung, gendud, eko, cesar, anak-anak 2009, dan

yang lainnya yang selalu ada menemani hari-hari di lab skripsi.

7. Teman-teman seangkatan 2008 yang tidak bisa disebutkan satu persatu.

8. Temen-temen RCSM yang selalu ada dalam kondisi susah, senang, sedih,

dan bahagia.

9. Temen-temen futsal, sepak bola, dota, naik gunung, dan teman-teman

lainnya.

iv

10. Dan berbagai pihak yang tidak bisa disebutkan satu persatu, terimakasih buat

semuanya.

Sebagai kalimat penutup, penulis mengharapkan skripsi ini dapat member

manfaat yang krusial bagi pihak yang membacanya. Karena kekurangan dan

keterbatasan yang penulis miliki menjadikan skripsi ini jauh dari sempurna. Maka dari

itu kritik dan saran yang membangun akan saya terima dengan besar hati

Salatiga, Juli 2015

Penulis

Daniel Adven Andriyanto

v

DAFTAR ISI

INTISARI ................................................................................................................ i

ABSTRACT ............................................................................................................... ii

KATA PENGANTAR .................................................................................................. iii

DAFTAR ISI ................................................................................................................ v

DAFTAR GAMBAR ......................................................................................................... vii

DAFTAR TABEL ............................................................................................................... ix

DAFTAR SINGKATAN ..................................................................................................... x

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

1.1. Tujuan ........................................................................................ 1

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

1.3. Spesifikasi Sistem ....................................................................... 2

1.4. Sistematika Penulisan ................................................................. 2

BAB II LANDASAN TEORI ............................................................................ 4

2.1. Efek Termoelektrik ..................................................................... 4

2.1.1. Efek Seebeck ............................................................... 4

2.1.2. Efek Peltier ................................................................. 6

2.1.3. Efek Thomson ............................................................. 7

2.2. Elemen Termoelektrik ................................................................. 8

2.2.1. Figure of Merit ............................................................. 9

2.2.2. Efisiensi, Perbedaan Temperatur dan Figure of Merit. . 11

2.3. Modul Termoelektrik ............................................................... 12

2.3.1. TEG ........................................................................... 12

2.3.2. TEC .......................................................................... 13

2.3.3. Efisiensi modul termoelektrik ................................... 14

2.4. Dc-dc Step Up Converter ........................................................... 15

2.4.1. Integrated Circuit (IC) MAX756 ............................... 15

2.5. Konektor USB ........................................................................... 16

BAB III PERANCANGAN SISTEM .................................................................. 17

3.1. Gambaran Alat .......................................................................... 17

3.2. Perancangan Mekanik ............................................................... 18

3.3. Termoelektrik Generator ............................................................ 20

vi

3.3.1. Termoelektrik Generator TEP 1-12656-0.8 ................ 21

3.4. Perancangan Perangkat Keras ................................................... 24

3.4.1. Dc-dc Step Up Converter ............................................ 24

3.4.2. USB Konektor ............................................................ 26

BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS ............................................................ 28

4.1. Pengujian Termoelektrik Generator .......................................... 28

4.2. Pengujian Dc-dc Step Up Converter .......................................... 33

4.3. Pengujian USB konektor ........................................................... 34

4.3. Pengujian Alat Keseluruhan ....................................................... 36

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................. 42

5.1. Kesimpulan ............................................................................... 42

5.2. Saran Pengembangan ................................................................ 42

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................. 44

LAMPIRAN ............................................................................................................... 45

vii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Diagram untai seebeck A dan B adalah logam yang berbeda ................... 5

Gambar 2.2. Skema Efek Seebeck ................................................................................. 6

Gambar 2.3. Skema Efek Peltier .................................................................................... 7

Gambar 2.4. Pergerakan ion pada logam ....................................................................... 9

Gambar 2.5. Nilai Figure of Merit dari bahan semikonduktor yang berbeda-beda ..... 11

Gambar 2.6. Efisiensi terhadap beda temperature dalam pengaruh ZT ......................... 12

Gambar 2.7. Termoelektrik Generator ........................................................................... 13

Gambar 2.8. Termoelektrik Cooler ................................................................................ 14

Gambar 2.9. Perbandingan efisiensi peltier dengan pembangkit daya yang lain ........... 15

Gambar 2.10. Konfigurasi pin IC MAX 756 ................................................................. 15

Gambar 2.11. Konfigurasi USB female .......................................................................... 16

Gambar 3.1. Blok Diagram alat ..................................................................................... 17

Gambar 3.2. Penampang awal ....................................................................................... 18

Gambar 3.3. Peredam panas bubble laminated foil ....................................................... 18

Gambar 3.4. Heat sink .................................................................................................... 19

Gambar 3.5. Kipas DC ................................................................................................... 19

Gambar 3.6. Antarmuka permukaan yang tidak rata ..................................................... 20

Gambar 3.7. Termoelektrik generator TEP-1-12656-0.8 ............................................... 22

Gambar 3.8. Grafik keluaran tegangan dengan beban V dan Th (T panas) terhadap

variasi Tc (T dingin) ................................................................................. 22

Gambar 3.9. Grafik keluaran arus dengan beban V dan Th (T panas) terhadap variasi Tc

(T dingin) .................................................................................................. 23

Gambar 3.10. Grafik keluaran daya dengan beban V dan Th (T panas) terhadap variasi

Tc (T dingin) ........................................................................................... 23

Gambar 3.11. Skema modul dc-dc step up converter ..................................................... 25

Gambar 3.12. Realisasi untai dc-dc step up converter ................................................... 25

Gambar 3.13. Skema konektor USB female .................................................................. 26

Gambar 3.14. Realisasi untai konektor USB ................................................................. 26

Gambar 4.1. Kompor gas portable sebagai sumber panas ............................................. 28

Gambar 4.2. Nesting yang digunakan untuk memasak sebagai konduktor panas .......... 28

viii

Gambar 4.3. Grafik percobaan awal tanpa menggunakan heat sink dalam waktu yang

singkat dan keadaan nesting yang sudah panas ........................................ 29

Gambar 4.4. Grafik percobaan awal menggunakan heat sink dalam waktu yang singkat

dan keadaan nesting yang sudah panas ..................................................... 30

Gambar 4.5. Grafik percobaan menggunakan heat sink dari awal memanaskan air

perbedaan temperatur terhadap waktu ...................................................... 31

Gambar 4.6. Grafik percobaan menggunakan heat sink dari awal memanaskan nesting,

perbedaan tegangan terhadap perbedaan temperatur ................................ 32

Gambar 4.7. Indikator dc-dc step up converter menyala, menandakan sudah bisa bekerja

............................................................................................................... 32

Gambar 4.8. Pengujian dc-dc step up converter masukan 0.7 Volt ............................... 33

Gambar 4.9. Pengujian dc-dc step up converter masukan dan keluaran ........................ 33

Gambar 4.10. Rangkaian USB konektor ........................................................................ 34

Gambar 4.11. Pengukuran tegangan pada data 1 dan data 2 USB konektor .................. 34

Gambar 4.12. Indikator ponsel menyala proses pengisian baterai ................................ 35

Gambar 4.13. Grafik percobaan perbedaan temperatur terhadap waktu ........................ 36

Gambar 4.14. Grafik percobaan perbedaan tegangan pada keluaran TEG terhadap beda

temperatur .................................................................................................. 37

Gambar 4.15. Grafik percobaan perbedaan temperatur tegangan masukan dc-dc step up

converter terhadap perbedaan temperatur ................................................. 37

Gambar 4.16. Grafik percobaan perbedaan tegangan keluaran dc-dc step up converter

terhadap perbedaan temperature ............................................................... 38

Gambar 4.17. Grafik percobaan perbedaan arus terhadap perbedaan temperatur .......... 38

Gambar 4.18. Grafik percobaan perbedaan tegangan terhadap perbedaan temperatur .. 39

Gambar 4.19. Grafik percobaan perbedaan tegangan terhadap perbedaan temperatur di

samping ................................................................................................... .. 41

ix

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Deskripsi pin IC MAX 756. ............................................................................ 16

Tabel 2.2. Deskripsi pin USB female ............................................................................ 16

Tabel 3.1. Spesifikasi TEP 1-12656-0.8 ........................................................................ 21

Tabel 4.1. Percobaan awal tanpa menggunakan heat sink dalam waktu yang singkat dan

keadaan nesting yang sudah panas ........................................................... 29

Tabel 4.2. Percobaan awal menggunakan heat sink dalam waktu yang singkat dan

keadaan nesting yang sudah panas ........................................................... 30

Tabel 4.3. Percobaan menggunakan heat sink dari awal memanaskan air ..................... 31

Tabel 4.4. Percobaan keseluruhan alat ........................................................................... 36

Tabel 4.5. Percobaan keseluruhan alat ketika ditaruh samping ...................................... 40

x

DAFTAR SINGKATAN

GPS Global Positioning System

EMF Electromotive Force

TEG Thermoelectric Generator

TEC Thermoelectric Cooler

IC Integrated Circuit

USB Universal Serial Bus

DC Direct Current