Pemanfaatan Panas dan Getaran Sebagai Energi Alternatif

Diposting pada

Pemanfaatan Panas dan Getaran Sebagai Energi Alternatif – Untuk mendapatkan sumber energi alternatif yang gratis dibutuhkan energi permanen dari sumber lingkungan sekitar. Setelah menentukan pilihan sumber energi alternatif tersebut perlu menghitung jumlah energi yang dibutuhkan.

Ada beberapa pilihan sumber energi gratis, misalnya panas matahari dan angin. Yang sering kita lihat saat ini adalah pemanfaatan sumber panas sebagai sumber energi gratis. Pemanfaatan panas misalnya pemakaian solar cell.

Yang jarang kita lihat adalah pemanfaatan piezoelektrik untuk mengubah getaran menjadi energi listrik, mungkin ini akan menjadi efektif dengan kemampuan menghasilkan ratusan microwatt (μW / cm2 ), tergantung pada ukuran dan konstruksi.

Pemanfaatan Panas dan Getaran Gradien Termal

Pemanfaatan energi melalui gradien suhu dilakukan menggunakan solusi piroelektrik dan termoelektrik. Penggunaan piroelektrik terbatas karena memerlukan input suhu variabel, sementara yang lain dapat memberikan operasi tanpa henti selama ratusan ribu jam tetapi memiliki efisiensi rendah. Solusi termoelektrik diwakili oleh apa yang disebut Sel Peltier.

Beberapa contoh bahan termoelektrik adalah bismuth telluride, lead telluride, cobalt triantimonide, dan silicon germanium yang dapat memberikan kinerja yang baik.

Baca Juga :  Kristal Perovskite, Teknologi Baru Panel Surya

Dengan menggunakan bahan-bahan ini, generator termoelektrik dapat mencapai efisiensi  9 hingga 11% dalam penerapan yang ideal dengan generator termoelektrik yang dirancang dengan baik. Pilihan materi yang terbaik tergantung pada banyak pertimbangan tetapi terutama keputusan didasarkan pada kebutuhan penggunaan, anggaran dan desain generator termoelektrik.

Material termoelektrik yang ideal harus memiliki konduktivitas termal yang rendah, konduktivitas listrik yang tinggi, dan koefisien Seebeck yang tinggi.

Efek termoelektrik pada dasar pemanfaatan energi ini dikaitkan dengan Thomas Johann Seebeck. Dalam perangkat termoelektrik, tegangan dihasilkan ketika suhu yang berbeda digabungkan. Demikian juga, perbedaan suhu terjadi ketika tegangan diberikan. Kemampuan bahan atau perangkat untuk menghasilkan tegangan per satuan suhu disebut efek Seebeck.

Bahan yang biasanya digunakan untuk membuat area p dan n (bismuth telluride, atau Bi 2 Te 3 ) memungkinkan mendapatkan tegangan output 0,2mV / K per sel, sedangkan nilai yang lebih tinggi diperoleh jika konverter termoelektrik menggunakan beberapa pasangan p dan n (20mV). menggunakan 10 sel pada ∆T = 10K).

Model ekivalen dari sumber diwakili oleh generator Thévenin dengan resistor keluaran RT, dan daya maksimum yang dapat disuplai ke beban diperoleh dengan adaptasi impedansi resistif Rload = RT.

Baca Juga :  Berbagai Manfaat Buah Bintaro Dalam Dunia Industri

Perbedaan suhu antara dua titik menghasilkan aliran energi panas dari titik suhu tertinggi ke titik suhu terendah. Aliran panas akan muncul sampai kesetimbangan termal tercapai dan dapat digunakan untuk mengumpulkan energi yang dapat digunakan kembali. Proses mengekstraksi energi dari pertukaran panas diatur oleh hukum termodinamika.

Kemudian, Jean Charles Athanase Peltier menemukan bahwa dengan melewatkan arus listrik melalui persimpangan dua konduktor yang berbeda, pemanasan atau pendinginan akan terjadi. Arah aliran menentukan arah perubahan suhu, baik ke atas atau ke bawah. Panas yang dihasilkan atau diserap relatif terhadap arus listrik, dan konstanta proporsionalitas disebut koefisien Peltier.

Pemanfaatan Panas dan Getaran Efek Piezo

Getaran mekanis adalah metode lain untuk memberikan solusi energi yang cukup untuk sistem elektronik. Osilasi transduser piezoelektrik melalui penggunaan massa khusus dan sistem khusus yang memungkinkan pergerakan, telah banyak digunakan dalam beberapa tahun terakhir dalam aplikasi pemanfaatan energi.

Konverter piezoelektrik mengeksploitasi efek piezoelektrik langsung, yaitu, sifat beberapa kristal untuk menghasilkan perbedaan potensial ketika mengalami regangan mekanis. Efek ini terjadi pada skala nano dan bersifat reversibel.

Baca Juga :  Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir, Dampak Positif dan Negatif

Baru-baru ini, bahan piezoelektrik matriks plastik polimer (Pvdf) telah dikembangkan, dan pengembangannya terus dilakukan  untuk menemukan bahan baru dan semakin banyak proses manufaktur yang lebih maju.

Efek piezoelektrik mengubah energi kinetik dalam bentuk getaran atau kejutan menjadi energi listrik. Generator piezoelektrik (pemanfaatan energi) menawarkan solusi yang kuat dan andal dengan mengubah energi getaran yang biasanya terbuang di lingkungan menjadi listrik yang dapat digunakan. Ini sangat ideal untuk penggunaan seperti  mengisi baterai, super kapasitor, atau secara langsung menyalakan sistem sensor jarak jauh.

Kinerja total sistem tergantung pada banyak faktor seperti getaran input, geometri, dan bahan transduser, massa yang menyebabkan getaran, antarmuka elektronik. Untuk alasan ini, bahkan selama fase desain awal, perkiraan kuantitatif yang cepat dan andal dari perilaku transduser dan rangkaian sambungan sangat diinginkan untuk mengoptimalkan sistem secara keseluruhan.

Induktor L M mewakili massa inersia yang setara; kapasitas C M mengacu pada elastisitas transduser; resistor R M merupakan kerugian mekanis.

Bagian mekanis ditenagai oleh generator gaya F IN , berlawanan dengan generator gaya umpan balik α-V P , yang dikendalikan oleh tegangan yang berkembang pada output perangkat pada kapasitas C P(efek terbalik dari piezoelektrik).

Pada saat yang sama, kecepatan mekanik ż menghasilkan arus βż yang memasok output kapasitif (efek langsung dari piezoelektrik) dan kemungkinan beban listrik lainnya yang terhubung ke transduser.

Oleh karena itu, identifikasi model melibatkan berikut enam parameter independen: L M , C M , R M , C P , α dan β (Gambar 1). α dan β adalah koefisien termal yang terkait dengan sistem.

Pemanfaatan Energi  Panas dan Getaran Piezo Elektrik
Piezoelektrik
Pemanfaatan Panas dan Getaran Sebagai Energi Alternatif Rangkaian Efek Piezoelektrik
Rangkaian Efek Piezoelektrik

IC Manajemen Daya (PMIC)

Perbedaan suhu dapat digunakan untuk menghasilkan listrik, sehingga mengeksploitasi kelebihan panas yang akan hilang dalam situasi lain. Limbah panas dari sistem panas matahari dan panas bumi dapat dimanfaatkan. Aliran pembuangan dari peralatan rumah tangga biasa juga dapat digunakan.

Misalkan kita menggunakan perangkat IoT nirkabel bertenaga baterai yang beroperasi di lingkungan yang memiliki gradien termal yang dihasilkan oleh tubuh manusia, oven, motor. Tanpa pemanfaatan energi, baterai perangkat tersebut perlu diganti karena membuang energinya.

Ini menghasilkan biaya operasi. Bergantung pada gradien suhu yang tersedia, TEG (Generator Termoelektrik) dapat menghasilkan dari 20μW hingga 10mW per cm².

TEG dan transduser piezo yang dikombinasikan dengan PMIC yang sesuai akan mengisi ulang baterai dalam aplikasi IoT.

Ada banyak fitur yang perlu dipertimbangkan untuk merancang sistem pemanfaatan energi termoelektrik yang lebih baik. Hanya beberapa pertimbangan termasuk, persyaratan listrik dan termal, menggunakan bahan termoelektrik yang sesuai, pertimbangan spesifik aplikasi, target daya tahan, harga jual produk, dan anggaran teknik.

Getaran adalah sumber energi yang ada di mana-mana. Setiap mobil di jalan menciptakan getaran pada aspal, dan di dalam kokpit, jika kita mempertimbangkan panjangnya jalan raya dan sejumlah besar mobil yang menjalankannya, gagasan untuk memperoleh energi dari getaran tampaknya sangat menarik bagi bidang pemanfaatan energi.

MAX17710 adalah sistem lengkap untuk mengisi dan melindungi sel penyimpanan tenaga mikro dan dapat mengelola sumber yang tidak diatur dengan baik seperti perangkat pemanfaatan energi dengan tingkat output mulai dari 1μW hingga 100mW.

PMIC lainnya adalah AEM30940, sebuah subsistem manajemen energi terintegrasi yang mengekstraksi daya DC dari TEG, generator piezo, generator mikroturbin atau input RF frekuensi tinggi untuk secara bersamaan menyimpan energi dalam elemen yang dapat diisi ulang dan memasok sistem dengan dua tegangan yang diatur independen.

Ini mengintegrasikan konverter boost ultra-daya rendah untuk mengisi elemen penyimpanan, seperti baterai Li-Ion, baterai film tipis, atau kapasitor super atau konvensional. Itu dapat mulai beroperasi dengan elemen penyimpanan kosong pada tegangan input serendah 380mV dan daya input hanya 3μW.

 LTC3588-1 sirkuit terpadu adalah penawaran solusi penyimpanan energi yang lengkap, dioptimalkan untuk generator impedansi tinggi seperti transduser piezoelektrik. Ini fitur penyearah gelombang penuh gelombang penuh rugi rendah dan konverter sinkron buck efisiensi tinggi yang mentransfer energi dari perangkat penyimpanan di input ke output tegangan teregulasi yang mampu memasok beban hingga 100mA. Ini tersedia dalam paket MSE 3mm × 3mm DFN atau 10-konduktor.

Untuk secara efektif merancang sistem sensor nirkabel yang sepenuhnya otonom, Anda memerlukan mikrokontroler dan transduser konsumsi daya rendah yang mengkonsumsi jumlah minimum listrik menggunakan lingkungan energi rendah. Solusi daya untuk sistem tersebut dapat terdiri dari penyimpanan energi mekanik, termal, atau elektromagnetik yang tersedia di lingkungan lokal sensor itu sendiri.

Superkapasitor adalah prasyarat teknologi untuk pemanfaatan energi agar dapat diterapkan secara efektif. Ini adalah kapasitor dengan kapasitas yang sangat tinggi yang secara bersamaan memiliki karakteristik fungsional kapasitor elektrolitik dan baterai yang dapat diisi ulang.

Namun mampu menyimpan energi 10 hingga 100 kali lebih banyak per satuan volume atau massa daripada kapasitor elektrolitik, dan mampu mengakumulasi muatan listrik dengan kecepatan jauh lebih tinggi daripada yang khas dari baterai yang dapat diisi ulang dan untuk mengalami siklus pengisian lebih banyak daripada baterai yang dapat diisi ulang.

Pemanfaatan Panas dan Getaran

Loading...
loading...
Gambar Gravatar
Saya bekerja di sebuah perusahaan Marine Service di Batam, aktivitas saya setiap hari selain melakukan kegiatan pokok di perusahaan juga menulis di blog, membangun web. Saya nge-blog sejak 2009 dan merupakan hobi sekaligus saya berbagi pengalaman.

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.