Bahan Perangkat Pengubah Energi Secara Langsung
Pertumbuhan penduduk yang
sangat besar sekali menyebabkan meningkatnya kebutuhan energi (listrik).
Maka diperlukan alat alternatif menghasilkan energi
listrik secara langsung dari energi lain. Beberapa perangkat yang dikembangkan
untuk menghasilkan enegergi listrik antara lain :
o Sel surya
o Magneto hidro dinamik (mhd)
o Sel pembakaran
o Konverter termoelektrik
o Konverter terminonik
Perangkat-perangkat tersebut
efisiensinya masih rendah dan keluaran daya yang dihasilkan belum dapat dalam
skala besar, maka diperlukan penelitihan lebih lanjut lagi.
A.
Sel surya
Sel surya (solar cell)
adalah sebuah foto voltaik yaitu bahan dari semi konduktor yang dapat mengubah
secara langsung energi cahaya matahari menjadi energi listrik.
Awalnya sel surya dirancang untuk kperluan listrik
pada satelit, karena kamajuan pabrikasi sel surya maka dapat dihasilkan sel
surya dengan harga yang murah untuk keperluan lebih luas diantaranya :
o Catu daya televise
o Penerangan
o Pelindung katodik
o Dll
Sel surya silikon (sambungan
p-n) dengan efisiensi tinggi pertama kali didemontrasikan oleh belltelepon pada
1954
Prinsip kerja sel surya, yaitu :
Saat cahaya menembus bahan
semikonduktor atau sel surya tersebut maka elektron dipaksakan keluar dari tempatnya
dan hal ini menimbulkan lubang elektron yang muatannya positif. Dengan adanya
batas lapisan antara p dan n maka elektron dihalangi berkombinasi kembali
dengan demikian maka terdapat beda potensial atau tegangan antara sisi p dan
sisi n.
Masalah utama dalam sel surya antara lain :
o
Memilih bahan semi konduktor
o
Menyiapkan bentuk yang tepat
o
Doping (membuat tipe p dan n perlu
doping)
o
Resin organik untuk penyambungan
o
Pelapis (reflek) yang memantulkan cahaya
yang bagus
o
Konstruksi
o
Resistansi rendah
Bahan sel surya yang baik terdiri dari :
o
Harus berbentuk krital tunggal dengan
doping yang terkontrol
o
Koefisien absorbsi tinggi untuk celah
energi pada suhu rendah.
Membuat kontruksi sel surya
adalah sangat sulit sebab salah satu kristal (biasanya jenis p) telah terbentuk
dengan lapisan transparan yang sangat tipis.
B.
Magneto
hidro dinamik (mhd)
Bekerjanya adalah berdsarkan
hukum faraday. Jika terjadi kecepatan relatif antara penghantar dengan medan
magnet, maka pada penghantar tersebut akan terjadi gaya gerak listrik (ggl).
Cara kerja mhd :
Gas untuk keperluan mhd diperoleh dari ruang
pembakaran 1 yang ditiupkan ke dalam ruang 2, di ruang ini diberikan medan
magnet yang sangat kuat (dapat menggunakan bahan superkonduktor sebsgai
elektromagnet) sehingga gas yang melewati di dalanya terionisasi. Selanjutnya
gas yang terionisasi tersebu mengalir melalui ruang elektroda 3 yaitu ruang
yang bagian atas dan bawahnya terbuat dari elektroda yang dipisahkan dengan
bahan isolasi. Dari elektroda ini dihubungkan dengan beban karena elektroda
atas dan bawah kutubnya berbeda.
Mhd dapat dirancang dengan dua cara :
o
Siklus terbuka
o
Siklus tertutup
Kendala pada mhd dan cara
mengatasinya :
o
Masalah
korosi diatasi dengan menggunakan gas-gas mulia (he, ne, kr, xe)
o
Kualitas
gas diatasi dengan diberikan bubuk halus dari ce, k
o
Suhu
kerja yang tinggi (2500o c) diatasi dengan menggunakan konduktor
(wolfram, rhentum, tentalun, niobium, titanium, zirconium) isolator (mgo, al2o3,
tho2, hfo2, beo, b n , sr o .zro2) yang
mempunyai titik leleh yang tinggi.
o
Elektroda
diatasi dengan dibuat dari bahan konduktor yang baik kerja pada suhu tinggi.
o
Kontak
yang baik dengan gas yang mengalir dan memancarkan termionik yang baik untuk
memperkecil pengurangan arus konduksi.
C.
Sel pembakaran
Prinsipnya sel pembakaran
berlandaskan reaksi kimia sebagai berikut :
Bahan bakar + o2
---------à oksida
+ energi listrik
Elemen inti dari sebuah sel
pembakaran adalah :
o
Bahan bakar
o
Oksida
o
Elektrolit
o
Dua buah elektroda
Klasifikasi sel pembakaran
berdasarkan elektrolit yang digunkan ada tiga yaitu :
o
Elektrolit
cair dengan suhu kerja 0 hingga 200o c
o
Elektrolit
garam lumer dengan suhu kerja 500 hingga 700o c
o
Elektrolit
padat dengan suhu kerja > 700o
c
Bahan pembakar reaktif adalah yang dapat digunakan atau dioksidasi pada
suhu yang lebih rendah (hidrogen, bahan bakar yang menghasilkan hidrogen) Bahan pembakar elektrolit menggunakan minyak alam dengan
keuntungan harganya murah, tetapi hanya dapat dioksidasikan pada suhu yang
tinggi, larutan yang dipakai adalah alkalin (koh) Elektrolit lumer yang digunakan antara lain : li2co3,
na2co3, k2co3, caco3 bahan
elektrolit padat antara lain : zro2 dengan tambahan cao, y2o3
Kriteria elektroda antara lain :
o
Konduktivitas
tinggi
o
Pergerakan
ion setinggi mungkin
o
Keseimbangan
aliran elektron pada seluruh reaksi
o
Katalis
dari elektroda tidak efisien maka diganti dengan bahan lain untuk mengaktifkan
permukaannya.
D.
Termo elektrik
Pembangkitan listrik dari termo elektrik dasarnya adalah efek seebeck,
yaitu : Jika dua buah logam yang berbeda disambungkan salah satu
ujungnya, kemudian diberikan suhu yang berbeda pada kedua sambungan, maka
terjadi perbedaan tegangan pada ujung yang satu dengan ujung yang lain.
Bahan yang umumnya dipakai adalah
bahan semi konduktor.
Persoalannya adalah :
o
Mendapatkan
bahan yang bersifat termo elektrik
o
Mampu
bekerja pada suhu tinggi
Tiga sifat bahan termo elektrik yang penting adalah :
o
Koefisien
seebeck (s)
o
Konduktivitas
panas (k)
o
Resistivitas
(ρ )
Figure of merit (z) = seebeck (s)
x konduktivitas (k)
Bahan semikonduktor ekstrinsik antara lain : plumbum telurium (pbte) dengan
komposisi 61,9% pb, 38,1% te. Te sebagai jenis –p sedangkan pb sebagai jenis
–n, supaya baik karakteristiknya dibuat senyawa (pbi2, bi2te3,
tate3 untuk jenis –n, untuk jenis –p menggunakan na
Termo elektrik untuk komponen ampere
meter adalah pasangan bahan antara lain :
o
Besi
---- konstantan
o
Tembaga ---- konstantan
o
Nikel ----- chrom nikel
o
Platina ---- platina rhodium 10%
E.
Termionik
Pembangkitan listrik dengan termionik adalah mengubah energi panas menjadi
energi listrik dengan menggunakan efek emisi termionik.
Emisi termionik adalah terlepasnya elektron dari
permukaan logam yang lebih panas ke permukaan logam lainnya yang dipanasi bersama-sama.
Prinsip kerjanya :
Pada katoda,
elektron-elektron bebas dari emiter mempunyai energi yang seimbang dengan level
ferminya. Elektron-elektron ini dapat meninggalkan katoda, jumlah energi panas
yang disuplai padanya akan sama dengan fungsi kerja katoda φc.
Elektron-elektron yang diemisikan akan menuju ke arah kolektor (anoda), dengan
kerugian energi yang kecil.
Pada anoda, elektron-elektron
yang diserap akan membangkitkan energi φa, dalam bentuk panas, hal ini
akan menaikkan level fermi dari anoda.
Syarat bahan katoda :
o
Emisi
yang cukup pada suhu kerja
o
Konduktivitas
listrik yang tinggi
o
Konduktivitas
panas yang tinggi
o
Stabil
terhadap pengaruh kimia
o
Bahannya
(w, mo, ta dilapis ce, barium oksida, uranium karbida dicampur strontium,
calsium oksida)
Syarat bahan anoda :
o
Emisi
termalnya rendah
o
Resistivitas
rendah
o
Sifat
kimia baik
o
Mekanis
baik
o
Bahannya
(cu, ni, ag dilapis ce)
Tidak ada komentar:
Posting Komentar