Mengenal Sistem Pendingin Termoelektrik (Thermoelectric)

Oleh: Tri Ayodha Ajiwiguna

Termoelektrik (thermoelectric) adalah suatu fenomena konversi dari perbedaan temperatur menjadi energi listrik atau sebaliknya. Fenomena ini telah dikembangkan menjadi menjadi suatu modul sehingga dapat digunakan sebagai pembangkit listrik atau perangkat pendingin/pemanas.

Modul termoelektrik dapat berupa sebuah keping berbentuk persegi dengan ketebalan tertentu, seperti pada gambar.  Jika terdapat perbedaan temperatur antara sisi yang satu dengan yang lainnya, maka akan timbul tegangan listrik searah yang keluar dari modul tersebut.  Sebaliknya, jika tegangan  listrik searah  diberikan ke modul termoelektrik, maka akan terjadi perbedaan temperatur antara kedua sisi modul tersebut. Sisi yang dingin dapat digunakan sebagai pendingin dan sisi yang panas dapat digunakan sebagai pemanas. 

Modul Termoelektrik

Dibandingkan dengan teknologi pendingin konvensional (berbasis refrigeran), termoelektrik memiliki banyak kelebihan seperti: pemanas atau pendingin dapat diatur dengan mengubah arah arus listrik, sangat ringkas,  tidak ada getaran, handal, tidak ada perawatan khusus, dan tidak membutuhkan refrigeran. Namun, kekurangan dari pendingin termoelektrik adalah koefisien kinerjanya relatif sangat rendah.

Teknologi pendingin termoelektrik telah diterapkan di berbagai aplikasi seperti pendingin minuman dan pendingin elektronik. Selain itu juga termoelektrik diterapkan sebagai alat pengontrol temperatur pada sistem tertentu.

Sejarah Thermoelectric

Fenomena termolektrik awalnya ditemukan oleh fisikawan dari Jerman bernama Thomas Johann Seebeck pada tahun 1821. Seebeck mengamati bahwa jika ada dua bahan berbeda yang disambungkan di ujung-ujungnya, kemudian salah satu ujungnya dipanaskan, maka akan ada arus listrik yang mengalir. Fenomena ini disebut dengan efek Seebeck. Pada tahun 1834, peristiwa sebaliknya ditemukan oleh Jean Charles Athanase Peltier. Ketika arus listrik mengalir pada sambungan  dua konduktor yang berbeda akan terjadi peristiwa penyerapaan kalor (pendinginan) atau pembuangan kalor (pemanasan). Peristiwa ini dinamakan efek Peltier.  

 

Selain efek Seebeck dan efek Peltier, sebenarnya ada satu fenomena lagi, yaitu efek Thomson. Fenomena merupakan peristiwa penyerapan atau pembuangan kalor ketika arus listrik mengalir pada material dengan gradient temperatur. Efek Thomson ini sering kali diabaikan karena sangat kecil dibandingkan dengan efek Seebeck dan efek Peltier.

Pada saat perang dunia dan setelahnya, fenomena termoelektrikk dipelajari untuk dapat digunakan dalam suatu teknologi, terutama pada pembangkit listrik dan sistem pendingin. Pada tahun 1950an, efisiensi generator dapat mencapai 5 % dan sebagai sistem pendingin dapat mencapai temperatur dibawah 0 ^oC. Hal ini yang menyebabkan industri mulai melirik teknologi ini. Pada saat ini banyak yang berfikir bahwa termoelektrik dapat menggantikan teknologi konvensional.

Pada tahun 1949, Abram Fedorovich Loffe mengembangkan teori termelektrik berdasarkan konsep figure of merit.  Penelitian Loffe menggunakan semikonduktor dengan doping tertentu sebagai elemen termoelektrik menghasilkan figure of merit yang cukup tinggi. Material tersebut sekarang dikenal dengan Telluride, Bismuth, dan Timbal.

Modul termoelektrik biasanya terdiri dari banyak sambungan (junction) dari bahan yang berbeda. Oleh karena itu efek pendinginan/pemanasannya sudah dapat digunakan untuk beberapa keperluan. Begitu pula sebagai pemangkit listrik, daya istrik yang dihasilkan sudah dapat dideteksi dan mampu menghidupkan sistem elektronik konsumsi daya kecil.

Keyword: Thermoelectric, Termoelektrik, Elemen Peltier, Elemen panas dingin, konsep dasar