Apa itu Pembangkit Listrik Termoelektrik?

Apa itu Pembangkit Listrik Termoelektrik?

Definisi Pembangkit Listrik Termoelektrik

Pembangkit listrik termoelektrik (TEG) adalah perangkat yang mengubah energi panas menjadi energi listrik menggunakan efek Seebeck. Efek Seebeck adalah fenomena yang terjadi ketika ada perbedaan suhu antara dua konduktor yang berbeda atau rangkaian konduktor, yang menciptakan perbedaan potensial listrik. TEG adalah perangkat padat tanpa bagian bergerak dan dapat beroperasi dengan tenang dan andal untuk jangka waktu yang lama. TEG dapat digunakan untuk memanen panas limbah dari berbagai sumber, seperti proses industri, kendaraan, pembangkit listrik, bahkan panas tubuh manusia, dan mengubahnya menjadi listrik yang berguna. TEG juga dapat digunakan untuk memberdayakan perangkat jarak jauh, seperti sensor, transmitter nirkabel, dan pesawat ruang angkasa, dengan menggunakan radioisotop atau panas matahari sebagai sumber panas.

Prinsip Kerja

Pembangkit listrik termoelektrik terdiri dari dua komponen utama: bahan termoelektrik dan modul termoelektrik.

Bahan termoelektrik adalah bahan yang menunjukkan efek Seebeck, menghasilkan tegangan listrik ketika ada perbedaan suhu. Bahan-bahan ini diklasifikasikan menjadi dua jenis: tipe-n dan tipe-p. Bahan tipe-n memiliki elektron ekstra, sedangkan bahan tipe-p kekurangan elektron. Ketika dihubungkan secara seri dengan elektroda logam, bahan-bahan ini membentuk termokopel, unit dasar dari pembangkit listrik termoelektrik.

Modul termoelektrik adalah perangkat yang mengandung banyak termokopel yang dihubungkan secara seri secara listrik dan paralel secara termal. Modul termoelektrik memiliki dua sisi: sisi panas dan sisi dingin. Ketika sisi panas terpapar sumber panas dan sisi dingin terpapar sink panas, perbedaan suhu dibuat di seluruh modul, menyebabkan arus mengalir melalui sirkuit. Arus tersebut dapat digunakan untuk menerangi beban eksternal atau mengisi baterai. Tegangan dan daya keluaran modul termoelektrik tergantung pada jumlah termokopel, perbedaan suhu, koefisien Seebeck, dan resistansi listrik dan termal bahan-bahan tersebut.

Efisiensi pembangkit listrik termoelektrik didefinisikan sebagai rasio daya listrik keluaran terhadap panas masukan. Efisiensi ini dibatasi oleh efisiensi Carnot, efisiensi maksimum yang mungkin untuk mesin panas apa pun antara dua suhu. Efisiensi Carnot diberikan oleh:

di mana Tc adalah suhu sisi dingin, dan Th adalah suhu sisi panas.

Efisiensi sebenarnya dari pembangkit listrik termoelektrik jauh lebih rendah dari efisiensi Carnot karena berbagai kerugian seperti pemanasan Joule, konduksi termal, dan radiasi termal. Efisiensi sebenarnya dari pembangkit listrik termoelektrik tergantung pada nilai unggulan (ZT) bahan termoelektrik, yang merupakan parameter tanpa dimensi yang mengukur kinerja bahan untuk aplikasi termoelektrik. Nilai unggulan diberikan oleh:

di mana α adalah koefisien Seebeck, σ adalah konduktivitas listrik, κ adalah konduktivitas termal, dan T adalah suhu absolut.

Semakin tinggi nilai unggulan, semakin tinggi efisiensi pembangkit listrik termoelektrik. Nilai unggulan tergantung pada sifat intrinsik (seperti transportasi elektron dan fonon) dan sifat ekstrinsik (seperti tingkat doping dan geometri) bahan. Tujuan penelitian bahan termoelektrik adalah untuk menemukan atau merancang bahan yang memiliki koefisien Seebeck tinggi, konduktivitas listrik tinggi, dan konduktivitas termal rendah, yang sering kali merupakan persyaratan yang bertentangan.

Bahan Umum

• Bismut tellurida (Bi2Te3) dan paduannya

• Timbal tellurida (PbTe) dan paduannya

• Skutterudit

• Kompleks Half-Heusler

Aplikasi

• Perangkat pendingin

• Pembangkitan listrik dari panas limbah

• Pembangkitan listrik dari radioisotop

 Tantangan

• Efisiensi rendah

• Biaya tinggi

• Manajemen termal

• Integrasi sistem

Arah Masa Depan

• Bahan termoelektrik baru

• Modul termoelektrik canggih

• Sistem termoelektrik inovatif

Kesimpulan

Pembangkit listrik termoelektrik adalah perangkat yang dapat mengubah energi panas menjadi energi listrik menggunakan efek Seebeck. Pembangkit listrik termoelektrik memiliki banyak keunggulan dibandingkan metode pembangkitan listrik konvensional, seperti ukuran kompak, keandalan, tidak berisik, dan konversi langsung. Pembangkit listrik termoelektrik memiliki berbagai aplikasi di berbagai bidang, seperti perangkat pendingin, pembangkitan listrik dari panas limbah, dan pembangkitan listrik dari radioisotop. Namun, pembangkit listrik termoelektrik juga menghadapi beberapa tantangan dan batasan yang perlu diatasi untuk implementasi praktis, seperti efisiensi rendah, biaya tinggi, manajemen termal, dan integrasi sistem. Arah masa depan untuk penelitian dan pengembangan pembangkit listrik termoelektrik termasuk bahan termoelektrik baru, modul termoelektrik canggih, dan sistem termoelektrik inovatif. Pembangkit listrik termoelektrik memiliki potensi besar untuk aplikasi konversi dan pemanenan energi di berbagai sektor dan skenario.