SISTEM PEMANEN ENERGI DENGAN TRANDUSER PIEZOELEKTRIK UNTUK PERANGKAT DAYA RENDAH

DEDDY SUSILO, Eka Firmansyah, S.T., M.Eng, Ph.D.

2013 | Tesis | S2 Teknik Elektro

Energi getaran adalah sumber energi baru dan terbarukan, yang dapat diperoleh di alam, secara berkelanjutan dan sangat berpotensi untuk dikembangkan. Getaran tersebut dapat dipanen energinya dengan menggunakan teknologi piezoelektrik yang akan mengubah getaran mekanis menjadi arus listrik. Melalui kajian pustaka dari beberapa jurnal internasional dan buku, pemanfaatan teknologi piezoelektrik yang utama adalah sebagai sensor dan pemanen energi. Bahan piezoelektrik yang dipakai umumnya adalah PZT dan PVDF yang berbentuk cantilever beam with mass, sedangkan penulis menggunakan PZT disc bender dengan diameter 20mm. Sistem pemanen energi yang diteliti terdiri dari beberapa bagian yaitu : tranduser piezoelektrik, dioda penyearah bertingkat sebagai pengubah arus bolak-balik menjadi arus searah, superkapasitor sebagai penyimpan energi. Pengujian dengan cara memberikan tekanan mekanis pada bidang piezoelektrik melalui mekanisme langkah kaki (paving generator) dari tubuh manusia dengan massa 60 kilogram. Melalui studi empiris di laboratorium, didapatkan bahwa frekuensi resonansi dari tranduser pada frekuensi menengah adalah 6,6kHz dan 7,4kHz. Sedangkan frekuensi dari getaran akibat langkah kaki yang terukur adalah 10Hz hingga 1kHz. Daya dan energi yang dihasilkan oleh sebuah tranduser piezoelektrik dalam waktu 85ms adalah 88,74 μW dan 7,54 μJoule, sedangkan sistem pemanen dengan superposisi energi dari delapan buah tranduser, dan penyearah bertingkat dapat menghasilkan 23,6mW dan 4,36 mJoule dalam waktu 185ms. Untuk sistem pemanen energi dengan 8x8 tranduser, dapat menghasilkan energi sebesar 35mJ untuk sekali pijakan sehingga diperlukan 357 pijakan untuk mengisi penuh supercapacitor sebesar 1F.

Vibration energy is a renewable energy source, which can be obtained in natural, sustainable and has the potential to be developed. The vibration energy can be harvested using piezoelectric technology that will transform the mechanical vibrations into electrical current. Through a literature review of several international journals and books, the main use of piezoelectric technology is as sensors and energy harvesters. Commonly used piezoelectric material is PZT and PVDF shaped cantilever beam with mass, while the author using PZT bender disc with a diameter of 20mm . Energy harvester system under study consists of several parts: piezoelectric transducer, multilevel rectifier diodes as modifiers alternating current into direct current, a supercapacitor as energy storage. Testing by providing mechanical stresses on the piezoelectric field through mechanisms footsteps (paving generator) of the human body with a mass 60 kilograms. Through empirical study in the laboratory, it was found that the resonance frequency of the transducer at intermediate frequency is 6.6 kHz and 7.4 kHz. While the frequency of vibrations due to footsteps is measured 10Hz to 1kHz. Power and energy generated by a piezoelectric transducer within 85ms is 88.74 μW and 7.54 μJoule, while the system energy harvester with a superposition of eight transducer, and multilevel rectifier can generate 23.6 mW and 4.36 mJoule within 185ms. The energy harvesting with 8x8 piezoelectric transducer arrays, can produce energy for 35mJ for one footstep so that once required 357 footsteps to fully charge the 1F supercapacitor.

Kata Kunci : sistem pemanen energi, energi vibrasi, piezoelektrik.