PEMANFAATAN PANAS KOMPOR BERBAHAN BAKAR BIOMASSA

SEBAGAI SUMBER ENERGI LISTRIK DENGAN MENGGUNAKAN TEG

(THERMOELECTRIC GENERATOR)

Oleh

Gam Robert Mada

NIM : 612013047

Skripsi

Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh

Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Elektro

Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer

Universitas Kristen Satya Wacana

Salatiga

April 2019

INTISARI

Mayoritas penduduk yang tinggal di daerah-daerah tertinggal, terluar, dan

terdepan di Indonesia masih belum tersentuh oleh sumber listrik negara. Keadaan ini

menyebabkan terganggunya aktivitas yang mereka lakukan pada malam hari. Fakta

lainnya adalah mayoritas dari masyarakat tersebut masih menggunakan kayu bakar

sebagai bahan bakar untuk memasak kebutuhan sehari-hari mereka. Dengan

memanfaatkan keadaan tersebut, panas yang dihasilkan selama kegiatan memasak

dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan sumber energi listrik yang akan digunakan

untuk penerangan ketika malam hari. Terkhusus digunakan oleh anak-anak yang masih

duduk dibangku sekolah untuk dapat belajar dengan lebih baik.

Pada skripsi ini akan dibuat alat yang mampu memanen energi dari panas

kompor biomassa yang digunakan untuk kegiatan memasak yang kemudian diubah

menjadi energi listrik. Alat ini akan menggunakan modul TEG dengan tipe TEG1-PB-

12611-6.0 yang bekerja dengan memanfaatkan perbedaan temperatur pada kedua sisi

modul pemanen. Ketika kegiatan memasak dilakukan, panas dari pembakaran bahan

bakar biomassa akan dialirkan pada penampang yang menempel dengan sisi panas

modul TEG. Pada sisi dingin modul TEG akan ditempelkan pada sistem pendingin

yang menggunakan air sebagai cairan pendinginnya. Kemudian sisi pendingin yang

lain akan ditempelkan pada heat sink. Keluaran modul TEG yang berupa tegangan DC

akan diproses dalam rangkaian dc-dc step up converter yang menggunakan IC MAX

756 ini akan mengubah VOUT modul TEG menjadi 5V agar dapat digunkan untuk

menghidupkan lampu LED 3V 2W atau untuk mengisi baterai powerbank.

Hasil pengujian menunjukkan bahwa modul pemanen, dihasilkan tegangan

1,2V pada keluaran TEG. Keluaran dari modul dc-dc step up converter sebesar 4,9V.

Daya yang dihasilkan sebesar 1,4W pada perbedaan temperatur sebesar 720C. Efisiensi

dari pemanen didapat sebesar 2,65%.

Kata Kunci : modul TEG, DC-DC Step Up Converter, Pemanen Energi

ABSTRACT

The majority of the population living in disadvantaged, outermost, and

foremost areas in Indonesia is still untouched by the country's electricity sources. This

situation causes disruption of activities that they do at night. Another fact is that the

majority of these people still use firewood as fuel to cook their daily needs. By utilizing

these conditions, the heat generated during cooking can be used to produce a source of

electrical energy that will be used for lighting at night. Especially used by children

who are still in school to learn better.

In this thesis, a tool that is capable of harvesting energy from the heat of a

biomass stove is used for cooking which is then converted into electrical energy. This

tool will use TEG module with type TEG1-PB-12611-6.0 that work by utilizing

temperature differences on both sides of the harvester module. When cooking is

carried out, the heat from combustion of biomass fuel will flow to the section attached

to the hot side of the TEG module. On the cold side, the TEG module will be attached

to a cooling system that uses water as the coolant. Then the other side of the cooler

will be attached to the heat sink. The TEG module output in the form of DC voltage

will be processed in a dc-dc step up converter circuit that uses the MAX 756 IC will

convert the VOUT TEG module to 5V so that it can be used to turn on 3V 2W LED

lights or to charge Powerbank batteries.

The test results showed that the harvester module produced a voltage of 1,2V

at TEG output. The output of the dc-dc step up converter module is 4,9V. The power

generated is 1,4W at a temperature difference of 720C. The efficiency of harvesters is

2.65%.

Keywords : TEG Module, DC-DC Step Up Converter, Energy harvesters

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah dan

akan selalu menyertai dan membimbing penulis, sehingga penulis mampu

menyelesaikan perancangan serta penulisan tugas akhir berjudul “Pemanfaatan Panas

Kompor Berbahan Bakar Biomassa Sebagai Sumber Energi Listrik Dengan

Menggunakan TEG (Thermoelectric Generator)” ini, sebagai syarat kelulusan di

Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer Universitas Kristen Satya Wacana.

Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada berbagai pihak yang telah

secara langsung maupun tidak langsung membantu dalam penyelesaian pembuatan

dan penulisan tugas akhir. Penulis mengucapkan terima kasih terkhusus kepada :

1. Tuhan Yesus Kristus yang selalu menyertai selama menempuh pendidikan

S1 di FTEK UKSW dari awal hingga akhir.

2. Bapak Marius dan Ibu Farida selaku orang tua penulis yang selalu

mendukung dan mendoakan serta memberikan motivasi.

3. Bapak Deddy Susilo, S.T., M.Eng. serta bapak F. Dalu Setiaji, M.T. selaku

dosen pembimbing yang telah memberikan banyak pengarahan dan

bimbingan selama pembuatan tugas akhir.

4. Teman-teman angkatan 2013 yang telah membantu selama pengerjaan

tugas akhir.

5. Berbagai pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu.

Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih jauh dari sempurna, oleh sebab

itu penulis mengharapkan saran dan kritik agar tugas akhir ini dapat lebih bermanfaat

bagi kemajuan pendidikan di FTEK UKSW.

Salatiga, 24 April 2019

Penulis

DAFTAR ISI

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

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

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

DAFTAR ISI ..............................................................................................iv

DAFTAR GAMBAR .................................................................................vi

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

DAFTAR LAMBANG ................................................................................ x

DAFTAR SINGKATAN ............................................................................xi

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, 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. Perpindahan Kalor .................................................................. 15

2.4.1. Konduksi ..................................................................... 15

2.4.2. Konveksi ..................................................................... 15

2.5. Dc-dc Step Up Converter ........................................................ 16

2.5.1. Integrated Circuit (IC) MAX 756 ................................ 16

2.6. Kompor Biomassa ................................................................... 17

BAB III PERANCANGAN SISTEM ........................................................ 18

3.1. Gambaran Alat ........................................................................ 18

3.2. Perancangan Mekanik ............................................................. 19

3.3. Termoelektrik Generator ......................................................... 22

3.3.1. Termoelektrik generator TEG1-PB-12611-6.0 ............. 23

3.4. Perancangan Perangkat Keras.................................................. 26

3.4.1. Dc-dc Step Up Converter ............................................. 27

BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS ................................................... 29

4.1. Pengujian Termoelektrik Generator ......................................... 29

4.2. Pengujian Dc-dc Step Up Converter ........................................ 36

4.3. Pengujian Alat Keseluruhan .................................................... 38

4.4. Pengujian Pengisian Baterai dan Penggunaan

pada Lampu LED 3V 2W ........................................................ 43

4.4.1. Proses Pengisian Baterai .............................................. 43

4.4.2. Proses Penggunaan Pada Lampu LED 3V 2W ............. 44

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ..................................................... 45

5.1. Kesimpulan ............................................................................. 45

5.2. Saran Pengembangan .............................................................. 46

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................ 47

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Diagram untai Seebeck A dan B adalah logam ....................... 5

yang berbeda

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 ..................... 11

yang berbeda-beda

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

Gambar 2.7. Termoelektrik generator ........................................................ 13

Gambar 2.8. Termoelektrik cooler ............................................................ 13

Gambar 2.9. Perbandingan efisiensi peltier dengan pembangkit ................ 14

daya yang lain

Gambar 2.10. Konfigurasi pin IC MAX 756 ............................................. 16

Gambar 2.11. Kompor biomassa Prime .................................................... 17

Gambar 3.1. Blok diagram alat ................................................................. 18

Gambar 3.2. Kompor biomassa prime yang digunakan ............................. 19

Gambar 3.3. Batang-batang logam ............................................................ 19

Gambar 3.4. Penampang awal .................................................................. 20

Gambar 3.5. Water cooling block ............................................................. 20

Gambar 3.6. Heat sink .............................................................................. 21

Gambar 3.7. Antarmuka permukaan yang tidak rata ................................. 21

Gambar 3.8. Antarmuka permukaan dengan menggunakan pasta termal ... 22

Gambar 3.9. Termoelektrik generator TEG1-PB-12611-6.0 ...................... 24

Gambar 3.10. Grafik keluaran tegangan dengan beban terhadap ............... 24

TH (T panas) dan variasi TC (T dingin)

Gambar 3.11. Grafik keluaran arus dengan beban terhadap ....................... 25

TH (T panas) dan variasi TC (T dingin)

Gambar 3.12. Grafik keluaran daya dengan beban terhadap ...................... 25

TH (T panas) dan variasi TC (T dingin)

Gambar 3.13. Skema modul dc-dc step up converter ................................ 27

Gambar 3.14. Realisiasi untai dc-dc step up converter .............................. 27

Gambar 4.1. Kompor biomassa Prime sebagai sumber panas ..................... 29

Gambar 4.2. Sistem pemanen energi yang sudah terpasang ....................... 30

Gambar 4.3. Grafik percobaan awal tanpa menggunakan sistem ................ 31

pendingin water cooling block dalam waktu yang

singkat dan keadaan penampang sudah panas

Gambar 4.4. Grafik percobaan awal dengan menggunakan sistem ............. 32

pendingin water cooling block dalam waktu yang

singkat dan keadaan penampang yang sudah panas

Gambar 4.5. Grafik percobaan dengan menggunakan sistem ..................... 33

pendingin water cooling block ketika keadaan sumber api

kompor sudah stabil perbedaan temperatur terhadap waktu

Gambar 4.6. Grafik percobaan dengan menggunakan sistem pendingin ..... 34

water cooling block ketika keadaan sumber api kompor sudah

stabil, perubahan tegangan terhadap perbedaan temperatur

Gambar 4.7. LED indikator sudah menyala menandakan ........................... 35

sudah bisa bekerja

Gambar 4.8. Pengujian dc-dc step up converter dengan ............................. 36

masukan 0,7 volt

Gambar 4.9. Pengujian modul dc-dc step up converter ............................. 37

masukan dan keluaran

Gambar 4.10. Grafik percobaan perbedaan temperatur terhadap waktu ...... 39

Gambar 4.11. Grafik percobaan perbedaan tegangan pada keluaran ........... 39

modul TEG terhadap beda temperatur

Gambar 4.12. Grafik percobaan perbedaan temperatur tegangan ................ 40

masukan dc-dc step up converter terhadap

perbedaan temperatur

Gambar 4.13. Grafik percobaan perbedaan temperatur tegangan ................ 40

keluaran dc-dc step up converter terhadap perbedaan

temperature

Gambar 4.14. Grafik percobaan perbedaan arus terhadap perbedaan .......... 41

temperatur

Gambar 4.15. Grafik percobaan perbedaan tegangan terhadap .................. 41

perbedaan temperatur

Gambar 4.16. pengujian pengisian baterai ................................................ 43

Gambar 4.17. pengujian penggunaan pada lampu LED 3V 2W ................. 44

DAFTAR TABEL

Table 2.1. Deskripsi pin IC MAX 756 ...................................................... 17

Tabel 3.1. Spesifikasi TEG1-PB-12611-6.0 ............................................... 23

Tabel 4.1. Percobaan awal tanpa menggunakan sistem ............................. 30

pendingin water cooling block dalam waktu yang

singkat dengan kondisi penampang sudah mulai panas

Tabel 4.2. Hasil pengujian keluaran tegangan modul TEG ......................... 31

dengan hambatan yang di variasikan

Tabel 4.3. Percobaan awal dengan menggunakan sistem ........................... 32

pendingin water cooling block dalam waktu yang

singkat dan keadaan penampang yang sudah panas

Tabel 4.4. Percobaan dengan menggunakan sistem pendingin water .......... 33

cooling block ketika keadaan sumber api kompor sudah stabil

Tabel 4.5. percobaan keseluruhan alat ....................................................... 38

DAFTAR SINGKATAN

TEG Thermoelectric Generator

TEC Thermoelectric cooler

LED Light Emitting Diode

EMF Electromotive Force

IC Integrated Circuit

CSI Clean Stove Initiative

ESDM Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral