Aplikasi Termoelektrik Generator Sebagai Sumber Energi Listrik Dengan Lensa Fresnel Sebagai Kolektor Panas Matahari

(1)

APLIKASI TERMOELEKTRIK GENERATOR SEBAGAI SUMBER

ENERGI LISTRIK DENGAN LENSA FRESNEL SEBAGAI

KOLEKTOR PANAS MATAHARI

SKRIPSI

JERRI SIMANJUNTAK

110801064

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

APLIKASI TERMOELEKTRIK GENERATOR SEBAGAI SUMBER

KOLEKTOR PANAS MATAHARI

SKRIPSI

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar

Sarjana Sains

JERRI SIMANJUNTAK

110801064

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(3)

PERSETUJUAN

Judul :APLIKASI TERMOELEKTRIK GENERATOR SEBAGAI SUMBER ENERGI LISTRIK DENGAN LENSA FRESNEL SEBAGAI KOLEKTOR PANAS MATAHARI

Kategori : SKRIPSI

Nama : JERRI SIMANJUNTAK Nomor Induk Siswa : 110801064

Program Studi : SARJANA (S1) FISIKA Departemen : FISIKA

Fakultas : MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

Diluluskan di

Medan, Oktober 2015

Komisi Pembimbing :

Diketahui

Departemen Fisika FMIPA USU Pembimbing

(4)

PERNYATAAN

APLIKASI TERMOELEKTRIK GENERATOR SEBAGAI SUMBER

KOLEKTOR PANAS MATAHARI

SKRIPSI

Saya mengaku bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing – masing disebutkan sumbernya.

Medan, Oktober 2015

(5)

PENGHARGAAN

Penulis memanjatkan puji dan syukur atas berkat Allah di dalam nama Tuhan Yesus Kristus yang senantiasa melimpahkan Rahmat dan kasih KaruniaNya, sehingga penulis dapat menyelesaikan Skripsi ini dengan judul “Aplikasi termoelektrik generator sebagai sumber energi listrik dengan lensa Fresnel sebagai kolektor panas matahari” guna melengkapi persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana Fisika pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Medan.

Dalam menyelesaikan skripsi ini penulis banyak mendapat bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak, baik dalam bentuk materi, ide, dorongan semangat serta do’a yang tulus. Untuk itu penulis mengucapkan terima kasih sebesar-besarnya kepada :

1. Orang tua penulis P.Simanjuntak dan S.Tambunan saya ucapkan banyak terima kasih yang senantiasa membimbing, mendukung dan selalu memberikan penulis motivasi yang sangat berguna dan membangun untuk saya dapat menyelesaikan penulisan skripsi ini dengan cepat. Dan terimakasih juga penulis ucapkan untuk setiap doa-doa yang diberikan kepada penulis.

2. Bapak Drs. Kurnia Brahmana MSi sebagai Dosen Pembimbing yang telah banyak meluangkan waktu, pikiran, tenaga, dan saran – saran untuk membimbing penulis menyelesaikan skripsi ini.

3. Bapak Drs.Takdir Tamba, M.Eng.Sc sebagai Dosen Pembimbing yang telah memberikan arahan dan saran kepada penulis untuk menyempurnakan skripsi ini.

4. Bapak Dr. Marhaposan Situmorang, sebagai Ketua Jurusan Fisika FMIPA USU. Bapak Drs. Syahrul Humaidi, M. Si, sebagai Sekretaris JurusanFisika FMIPA USU.

5. Dekan dan Pembantu Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.

(6)

7. Kakak dan Abang saya Nunut Riko Simanjuntak, Romatua Clara Simanjuntak ST dan adik –adik saya Dina Simanjuntak , Ririn Margaret Simanjuntak yang selalu memberikan doa dan semangat bagi penulis dalam menyelesaikan skripsi.

8. Teman- teman stambuk 2011 Physic Prolix Tabita, Jepri, Hendra Damos, Jansius, Parasian, David, Dosni, Hendri, Russel, Juliana, Rinto, William, Togar, Randy, Trisno, Edi, Ita, Steven, Putri, Diana, Heni, Rusti, Desi, Nova, Lilis, Widya, Iwan, Hendra, Rahel, Pesta, Lurani, Nensi, Fahmi, Simon, Eman, Wahyu, saya ucapkan terimakasih atas bantuan moril, semangat dan motivasi untuk menyelesaikan skripsi ini.

9. Abang dan kakak Alumni IMF dan adik adik stambuk 2012, 2013, 2014, 2015 yang telah memberikan dukungan dan motivasi untuk menyelesaikan penulisan skripsi ini.

Penulis menyadari bahwa penulisan Skripsi ini masih jauh dari sempurna karena keterbatasan pengetahuan dan ilmu yang dimiliki penulis. Oleh karena itu, penulis mengharapkan saran- saran dari pembaca untuk menyempurnakan skripsi ini. Kiranya Skripsi ini dapat bermanfaat bagi pembaca.

Penulis,

(7)

ABSTRAK

Telah dirancang sebuah alat termoelektrik generator untuk menghasilkan energi listrik. Dengan memanfaatkan panas matahari sebagai sisi panas dari elemen peltier. Lensa Fresnel digunakan untuk mengumpulkan sinar matahari kearah plat aluminium yang langsung mengenai sisi panas dari elemen peltier. Prinsip kerja dari termoelektrik generator sesuai dengan efek Seebeck, dimana dengan adanya perbedaan temperature di antara sisi panas dan sisi dingin peltier maka akan terjadi aliran arus sehingga menghasilkan tegangan. Hasil pengujian menunjukkan bahwa dengan dua belas modul termoelektrik yang biasa disebut dengan elemen peltier yang disusun secara seri, dapat menghasilkan tegangan keluaran sebesar 12,5 Volt dengan perbedaan temperature maksimal 72,2 0C. Segingga diperoleh besar daya mencapai 13,875 Watt.

(8)

ABSTRACT

It has been designed a thermoelectric generator to produce electricity. By utilizing solar heat as the hot side of the peltier element. Fresnel Lens is used to collect sunlight towards the aluminium plate which is directly on the hot side of the peltier element. The working principle of thermoelectric generator according to the Seebeck effect, where the presence of the temperature difference between the hot side and a cold side peltier there will be a flow of current to produce a voltage.Test results show that by twelve thermoelectric module commonly called a peltier element arranged in series, can produce output voltage of 12,5 Volt to a maximum temperature difference of 72,2 0C. So it can produce power reached 13,875 Watt

(9)

DAFTAR ISI

Halaman

Persetujuan i

Pernyataan ii

Penghargaan iii

Abstrak v

Abstract vi

Daftar Isi vii

Daftar Tabel ix

Daftar Gambar x

Bab I Pendahuluan 1

1.1 Latar Belakang 1

1.2 Rumusan Masalah 2

1.3 Batasan Masalah 2

1.4 Tujuan Penelitian 2

1.5 Manfaat Penelitian 3

1.6 Sistematika Penulisan 3

Bab II Tinjauan Pustaka 5

2.1 Efek Seebeck 5

2.2 Efek Peltier 6

2.3 Elemen Peltier 7

2.4 Termoelektrik Generator 9

2.5 Daya Listrik 12

2.6 Perpindahan Panas 14

2.6.1 Konduksi 14

2.6.2 Konveksi 14

2.6.3 Radiasi 15

2.7 Kolektor Surya 16

2.7.1 Jenis Kolektor Surya 16

2.8 Lensa Fresnel 19

2.9 Sensor Suhu 20

2.10 Heatsink 21

2.11 Sensor Arus 22

Bab III Perancangan Alat 23

3.1 Diagram Blok 23

3.2 Sistem Pendingin 24

3.3 Sistem Pemanas 25

3.4 Kolektor Panas Matahari 26

3.5 Elemen Peltier TEC1 – 12706 27 3.6 Rangkaian Sensor Temperatur 28 3.7 Rangkaian Sensor Arus (ACS712) 29

3.8 Rangkaian Sensor Tegangan 30

(10)

3.10 Rangkaian LCD 32 3.11 Rangkaian Mikrokontroller ATMega 8535 33

Bab IV Hasil dan Pembahasan 34

4.1 Pengujian Alat Termoelektrik Generator 34

4.4 Pengukuran Temperatur 34

4.5 Pengukuran Tegangan dan Arus 51

Bab V Kesimpulan dan Saran 64

5.1 Kesimpulan 64

5.2 Saran 64

Daftar Pustaka 65

(11)

DAFTAR TABEL

Halaman

(12)

DAFTAR GAMBAR

Halaman Gambar 2.1 Eksperimen Rangkaian dari Efek Seebeck 5

Gambar 2.2 Efek peltier 6

Gambar 2.3 Struktur Elemen Peltier 8 Gambar 2.4 Modul termoelektrik mengkonversi panas menjadi listrik 9 Gambar 2.5 Perbedaan Kalor pada peltier 11 Gambar 2.6 Kolektor Surya Pelat Datar 17 Gambar 2.7 Kolektor Surya Tabung Hampa 17

Gambar 2.8 Kolektor Parabola 18

Gambar 2.9 Reflective mirror fresnel dan refractive fresnel 19 Gambar 2.10 Bentuk permukaan lensa fresnel 20

Gambar 2.11 Heatsink 21

Gambar 2.10 Bentuk permukaan lensa fresnel 20

Gambar 2.11 Sensor Arus ACS712 22

Gambar 3.1 Diagram Blok Rangkaian 23

Gambar 3.2 Peltier TEC1-12706 27

Gambar 3.3 Rangkaian Sensor Temperatur MAX6675 Termokopel K 28 Gambar 3.4 Rangkaian Sensor Arus ACS712 29 Gambar 3.5 Rangkaian Sensor Tegangan 30

Gambar 3.6 Rangkaian RS 232 31

(13)

Gambar 4.8 Grafik perubahan tegangan (V) terhadap perbedaan

temperatur (∆T) ke 1 52

Gambar 4.13 Pengujian dengan lampu beban menyala 59 Gambar 4.14 Grafik perubahan tegangan (V) terhadap perbedaan