DUET GETARAN DAN CAHAYA MATAHARI UNTUK MEMENUHI KEBUTUHAN LISTRIK JALAN RAYA

Oleh : Siti Nurrohmah

Konsumsi energi listrik yang meningkat seiring dengan peningkatan jumlah penduduk mengakibatkan Perusahaan Listrik Negara (PLN) harus bekerja keras untuk memenuhi permintaan energi listrik. Selama ini sumber energi listrik banyak didapatkan dari hasil konversi energi fosil seperti minyak bumi, batu bara, dan gas. Situasi global mengindikasikan bahwa cadangan energi fosil (khususnya minyak bumi) semakin lama semakin menipis karena sifatnya yang tak terbarukan. Hal ini juga berimbas pada kenaikan harga BBM dan tarif dasar listrik.

Peraturan menteri ESDM No 13. Tahun 2012 tentang penghematan penggunaan energi listrik menyatakan bahwa dalam rangka meningkatkan penghematan konsumsi energi listrik, perlu dilakukan pemakaian energi listrik secara efisien dan rasional tanpa mengurangi keselamatan, kenyamanan dan produktivitas. Jalan raya merupakan salah satu tempat yang membutuhkan energi listrik untuk penerangan jalan, rambu-rambu lalu lintas, periklanan, dan sebagainya. Kebutuhan listrik di jalan raya berkaitan erat dengan upaya pemeliharaan keselamatan, kenyamanan dan produktivitas manusia yang harus diperhatikan.

Seperti yang diketahui bersama, Negara Indonesia merupakan negara tropis yang mendapat sinar matahari melimpah sepanjang hari. Di sisi lain, jalan raya selalu ramai oleh lalu-lalang kendaraan bermotor. Kedua hal ini sering dianggap manusia sebagai hal yang menyusahkan sewaktu berkendara di jalan raya. Padahal dari keadaan tersebut, kita dapat memetik banyak keuntungan, salah satunya untuk pemenuhan energi listrik di jalan raya.

Konsep terbaru dalam pemenuhan energi listrik adalah dengan pemanenan energi (Harvesting Enegy) atau  sisa energi (Scavenging Energy) (Benisoli, 2010). Energi scavenging memiliki beberapa keuntungan diantaranya : murah, aman, bebas perawatan, fleksibel dan dapat dimanfaatkan pada berbagai kesempatan (Cottone, 2011). Terdapat beberapa metode untuk memanfaatkan sumber energi yang terdapat lingkungan diantaranya perubahan suhu, energi matahari, energi getaran (vibrasi), dan lainnya.

Selayang Pandang Pemanfaatan Energi Getaran

Energi getaran/vibrasi menghasilkan rapat energi listrik yang lebih besar jika dibandingkan dengan energi lainnya, selain itu vibrasi mudah ditemukan disekeliling kita (Muensit, 2012). Salah satu contoh pemanfaatan energi vibrasi pada proses penekanan key pad pada handphone (Kalyanaraman, 2010). Pergerakan manusia (Human Movement) juga dapat dimanfaakan sebagai sumber harvesting energy (Kasyap, 2009) serta pemanfaatan vibrasi (getaran) sebagai sumber energi pada aplikasi sensor (Aktakka, 2011).

Beberapa teknik yang dapat dipergunakan untuk proses konversi energi getaran menjadi energi listrik adalah menggunakan elektrostatik, elektromagnetik dan piezoelektrik. Bahan piezoelektrik memiliki prioritas yang utama karena rapat energi yang stabil dan tidak membutuhkan satu daya dari luar (Muensit, 2012). Bahan piezoelektrik dapat dipergunakan sebagai sumber pemanen energi, yang dapat diaplikasikan sebagai penyuplai daya pada sebuah sensor (Singh, 2007).Selain itu, bahan piezolektrik memiliki kemampuan untuk konversi tekanan mekanik menjadi energi listrik. (Sodano, 2004). Bahan piezoelektrik terbuat dari material antara lain Lead Zirconate Titanate (PZT), Zince Oxide (ZNO), Barium Titanate, dan Barium Stronsium Titanat (BST).

Bahan piezoelektrik merupakan bahan (pada umumnya berupa kristal batuan, keramik, termasuk tulang dan polimer) yang memiliki kemampuan untuk membangkitkan potensial listrik sebagai respon dari tegangan mekanik yang diberikan pada material tersebut. Mekanisme proses pembangkit energi pada bahan piezoelektrik adalah ketika ada tekanan/energi mekanik yang mengenai bahan piezoelektrik, akan menyebabkan deformasi/pergeseran mekanik dan pergeseran muatan. Ketika tekanan/energi mekanik dihilangkan, maka muatan akan kembali seperti semula. Proses pemberian dan penghilangan tekanan pada bahan piezoelektrik yang dilakukan secara berulang /periodik yang akan menyebabkan pergeseran muatan sehingga menimbulkan arus listrik bolak balik.

Duet Energi Getaran dan Cahaya Matahari di Jalan Raya

Telah disampaikan sebelumnya bahwa sumber energi yang belum banyak dimanfaatkan di jalan raya diantaranya yaitu energi cahaya dan energi getaran/vibrasi. Keduanya tergolong ke dalam energi baru dan terbarukan (EBT) di Indonesia. Pemanfaatan keduanya dalam waktu bersamaan dapat mencukupi kebutuhan energi listrik di jalan raya.

Energi cahaya matahari diubah menjadi energi listrik melalui teknologi photovoltaic. Photovoltaic atau solar cell (sel surya) terbuat dari bahan semikonduktor seperti silikon, yang digunakan pada industri mikroelektronik. Pada sel surya, semikonduktor yang tipis diperlakukan khusus untuk membentuk medan magnet, positif di satu sisi dan negatif di sisi yang lain. Ketika energi cahaya mengenai sel surya, elektron terlepas dari atom bahan semikonduktor. Jika konduktor listrik dipasangkan, sisi positif dan negatif membentuk sirkuit listrik sehingga elektron dapat ditangkap dalam bentuk arus listrik (menjadi listrik). Energi listrik ini dapat digunakan sebagai sumber tenaga lampu atau peralatan elektronik lainnya. Sel surya ini dapat menghasilkan energi listrik dalam jumlah yang tidak terbatas langsung diambil dari matahari, tanpa ada bagian yang berputar dan tidak memerlukan bahan bakar.

Energi getaran dimanfaatkan menjadi energi listrik dengan teknologi harvesting. Getaran-getaran yang dihasilkan oleh lalu-lalang kendaraan bermotor di jalan raya merupakan salah sumber vibrasi yang dapat dimanfaatkan sebagai pemicu pada pembangkit listrik menggunakan bahan piezoelektrik. Pembangkit energi listrik menggunakan bahan piezoelektrik memiliki prinsip kerja sebagai berikut:

·         Sensor piezoelektrik sebagai modul pembangkit energi listrik melakukan proses konversi energi vibrasi menjadi energi listrik.

·         Modul penyearah mengkonversi energi listrik yang semula bertegangan AC menjadi DC.

·         Modul penguat berfungsi sebagai penguat tegangan dan regulator tegangan, tegangan yang dihasilkan dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi listrik atau dapat disimpan pada baterai (Anurag Kasyap, 2009). Contoh rangkaian penguat tegangan DC-DC dengan menggunakan skema rangkaian Joule Thief atau Buck Boost.

Energi listrik yang dihasilkan dari energi cahaya dan energi getaran sepanjang hari kemudian disimpan untuk digunakan pada malam harinya. Dengan cara ini, diharapkan dapat membantu pemenuhan kebutuhan energi listrik di jalan raya tanpa harus selalu bergantung pada listrik PLN.

Referensi:

Dongna Shen, 2009, “Piezoelectric Energy Harvesting Devices For Low Frequency Vibration Aplications”, Dissertation,Auburn University, Alabama U.S

F.Cottone, 2011, “Introduction to Vibration Energy Harvesting”, NiPS Energy Harvesting Summer School, August 1-5, 2011

H.A. Sodano, D.J. Inman, and G. Park, 2004  "A review of power harvesting from vibration using piezoelectric materials," The Shock and Vibration Digest, vol. 36, n. 3, pp. 197-205, 2004.

Karthik Kalyanaraman, Jaykrishna Babu, 2010, “Power Harvesting System in Mobile Phones and Laptops using Piezoelectric Charge Generation” Proceedings of the World Congress on Engineering and Computer Science 2010 Vol II WCECS 2010, October 20-22, 2010, San Francisco, USA

N.Muensit, 2012, “Small-Scale Energy Harvesting With Low Dimensional Piezoelectric”, Proceeding of International Conferences on Physics and Application, October 03, 2012, Solo Indonesia

Schwartz, Robert W, 1997 “Chemical Solution Deposition of Perovskite Thin Film”, Chem. Mater, 2325-2340

U.K. Singh, R Hmiddleton, 2007, “Piezoelectric Power Scavenging of Mechanical Vibration Energy”, Australian Minning Technology Conference