Pemanfaatan Energi Panas Menjadi Energi Listrik (Termoelektrik)

Pada tanggal 5 September 1977, NASA meluncurkan Voyager 1 yang dirancang khusus untuk terbang menjauhi tata surya sehingga solar cell tidak dapat dipergunakan. Dalam menempuh perjalanan yang tak terbatas itu diperlukan pula energi listrik yang besar dan stabil untuk mengirimkan data ke Bumi. Voyager menggunakan generator listrik RTG (Radioisotop Thermoelectric Generator) dengan plutonium-238 yang memanfaatkan teknologi termoelektrik. Sistem ini mampu membangkitkan listrik sebesar 400 W, serta secara kontinu dan tanpa perawatan apa pun, Voyager tetap dapat mengirimkan data walau sudah terbang selama 30 tahun.

Gambar 1. Voyager 1 yang diluncurkan NASA

Gambar 2. RTG (Radioisotop Thermoelectric Generator) yang ada pada Voyager 1

Apakah teknologi termoelektrik itu?

Teknologi termoelektrik adalah teknologi yang bekerja dengan mengkonversi energi panas menjadi listrik secara langsung (generator termoelektrik), atau sebaliknya, dari listrik menghasilkan dingin (pendingin termoelektrik). Untuk menghasilkan listrik, material termoelektrik cukup diletakkan sedemikian rupa dalam rangkaian yang menghubungkan sumber panas dan dingin. Dari rangkaian itu akan dihasilkan sejumlah listrik sesuai dengan jenis bahan yang dipakai.

Prinsip kerja dari termoelektrik adalah dengan berdasarkan Efek Seebeck yaitu “jika 2 buah logam yang berbeda disambungkan salah satu ujungnya, kemudian diberikan suhu yang berbeda pada sambungan, maka terjadi perbedaan tegangan pada ujung yang satu dengan ujung yang lain” ( Muhaimin, 1993).

Gambar 3. Thermoelectric conversion material

Untuk keperluan pembangkitan lisrik tersebut umumnya bahan yang digunakan adalah bahan semikonduktor. Semikonduktor adalah bahan yang mampu menghantarkan arus listrik namun tidak sempurna. Semikonduktor yang digunakan adalah semikonduktor tipe n dan tipe p. Bahan semikonduktor yang digunakan adalah bahan semikonduktor ekstrinsik. Terdapat tiga sifat bahan termoelektrik yang penting, yaitu:

1. Koefisien Seebeck (s)

2. Konduktifitas panas (k)

3. Resistivitas (ρ)

Gambar 4. Skema dasar termoelektrik

Sejarah penemuan energi termoelektrik

Fenomena termoelektrik pertama kali ditemukan tahun 1821 oleh ilmuwan Jerman, Thomas Johann Seebeck. Ia menghubungkan tembaga dan besi dalam sebuah rangkaian. Di antara kedua logam tersebut lalu diletakkan jarum kompas. Ketika sisi logam tersebut dipanaskan, jarum kompas ternyata bergerak. Belakangan diketahui, hal ini terjadi karena aliran listrik yang terjadi pada logam menimbulkan medan magnet. Medan magnet inilah yang menggerakkan jarum kompas. Fenomena tersebut kemudian dikenal dengan efek Seebeck.

Penemuan Seebeck ini memberikan inspirasi pada Jean Charles Peltier untuk melihat kebalikan dari fenomena tersebut. Dia mengalirkan listrik pada dua buah logam yang direkatkan dalam sebuah rangkaian. Ketika arus listrik dialirkan, terjadi penyerapan panas pada sambungan kedua logam tersebut dan pelepasan panas pada sambungan yang lainnya. Pelepasan dan penyerapan panas ini saling berbalik begitu arah arus dibalik. Penemuan yang terjadi pada tahun 1934 ini kemudian dikenal dengan efek Peltier. Efek Seebeck dan Peltier inilah yang kemudian menjadi dasar pengembangan teknologi termoelektrik.

Pengembangan energi termoelektrik

Sejak awal tahun 1990, tuntutan dunia tentang teknologi yang ramah lingkungan sangat besar. Ini memberikan imbas kepada teknologi termoelektrik sebagai sumber energi alternatif. Banyak aplikasi lain penggunaan energi termoelektrik selain pada RTG yang digunakan oleh Voyager 1.
Salah satunya adalah penerapan teknologi termoelektrik pada pembangkitan listrik dari sumber panas. Sampai saat ini pembangkitan listrik dari sumber panas harus melalui beberapa tahap proses. Bahan bakar fosil akan menghasilkan putaran turbin apabila dibakar dengan tekanan yang sangat tinggi. Hasil putaran turbin tersebut akan dipakai untuk memproduksi tenaga listrik. Efisiensi energi pembangkit ini masih rendah akibat beberapa kali proses konversi. Panas yang dihasilkan banyak yang dilepas atau terbuang percuma. Dapat digunakan suatu metode yang dikenal sebagai cogeneration di mana panas yang dihasilkan selama proses dapat digunakan untuk tujuan alternatif. Dengan menggunakan termoelekrik, panas yang dihasilkan selama proses diubah menjadi listrik, sehingga panas yang dihasilkan tidak terbuang secara percuma dan energi yang dihasilkan oleh pembangkit menjadi lebih besar, serta efisiensi energi menjadi lebih tinggi.

Contoh penerapan lainnya yang sedang dikembangkan saat ini adalah pemanfaatan perbedaan panas di dasar laut dan darat, sistem hybrid pada kendaraan bermotor yang memanfaatkan motor listrik dan mesin pembakaran, serta pemanfaatan pada pembangkit listrik tenaga surya.

Kesulitan terbesar dalam pengembangan energi ini adalah mencari material termoelektrik yang memiliki efisiensi konversi energi yang tinggi. Parameter material termoelektrik dilihat dari besar figure of merit suatu material. Idealnya, material termoelektrik memiliki konduktivitas listrik tinggi dan konduktivitas panas yang rendah. Namun kenyataannya sangat sulit mendapatkan material seperti ini, karena umumnya jika konduktivitas listrik suatu material tinggi, konduktivitas panasnya pun akan tinggi.

Walaupun demikian, teknologi material yang saat ini sedang berkembang pesat terutama kemampuan menyusun material dalam level nano diharapkan dapat menghasilkan suatu material termoelektrik dengan efisiensi yang tinggi.

Referensi:

http://majalahenergi.com/forum/Bentuk-Energi-Baru/333-Termoelektrik-Pemanfaatan-Energi-Panas-Menjadi-Energi-Listrik

Perkampungan dengan Hunian Tenaga Surya di Distrik Vauban – Freiburg

Distrik Vauban di kota Freiburg, Jerman sangat dicocok disebut sebagai Perkampungan Tenaga Surya. Karena semua rumah hingga perkantoran dalam kawasan ini, semuanya menggunakan tenaga matahari sebagai sumber listrik mereka. Dimana layout proyek ini dirancang berdasarkan arah orientasi matahari pada daerah tersebut. Disaat musim panas tiba, sinar matahariyang sangat terik tidak sampai masuk kedalam rumah, namun ketika musim dingin tiba, sinar matahari dapat masuk kedalam rumah dan berfungsi sebagai penghangat pasif.

Sejarah Didirikannya Hunian Tenaga Surya di Distrik Vauban

Sejak 1970-an, kota Freiburg telah mengambil langkah-langkah proaktif untuk menjadi sebuah kota yang ramah lingkungan dengan etika konservasi, perencanaan bertanggung jawab terhadap lingkungan, dan pengembangan energi alternatif – terutamatenaga surya.

Pada tahun 1992, dewan kota mengamanatkan bahwa semua bangunan kota baru harus "rendah energi" bangunan menggunakan kedua komponen surya pasif dan aktif. etika hijau di Freiburg memuncak, karena walikotanya adalah anggota Bundnis 90/Die Grunen (partai hijau Jerman)

The Solarsiedlung (desa surya) yang terletak di Distrik Vauban, Freiburg dirancang oleh Arsitek Rolf Disch. Setiap rumah dianggap sebagai pembangkit listrik mini dengan panel surya. Listrik yang diproduksi oleh semua rumah hingga perkantoran dalam proyek ini membuat Distrik Vauban sebagai proyek pemukiman tenaga surya paling modern di Eropa.

Desain dan Cara Kerja Hunian Tenaga Surya di Vauban dalam Menghasilkan Listrik

  

Cara Kerja Panel surya

Prinsip kerja panel surya dikenal dengan prinsip photoelectric. Prinsip ini dapat dijelaskan, sbb: foton - partikel kecil yang mengandung energi - terdapat di dalam cahaya matahari. Foton akan melepaskan elektron-elektron yang menimbulkan aliran listrik jika foton ini mengenai permukaan sel fotovoltaik atau sel surya. Sel surya ini terbuat dari material semikonduktor - suatu bahan yang bersifat menghantar listrik pada suhu tinggi - yang mengandung silikon.

Selanjutnya, sekelompok sel surya disusun dalam bentuk panel-panel berukuran tertentu yang dilapisi plastik atau kaca bening yang kedap air. Rangkaian panel dirancang sedemikian rupa agar dapat mengubah energi surya menjadi listrik secara efisien, yang dikenal sebagai panel surya. Rancangan panel surya dirangkai secara seri atau paralel, untuk memperoleh output tegangan dan arus listrik yang diinginkan yaitu arus searah (DC) atau arus bolak-balik (AC).
Pada akhirnya, listrik yang dihasilkan oleh panel surya dapat langsung digunakan atau disimpan lebih dahulu di dalam baterai.

Berikut ini adalah lima elemen dasar yang harus saling berkaitan satu dengan lainnya dalam rancangan rumah tenaga surya.

1.Pengumpul
kaca jendela yang besar yang berhubungan langsung dengan matahari harus menghadap 30 derajat ke utara dan tidak boleh terhalang oleh bangunan lain atau batang kayu mulai jam 9 pagi sampai 3 sore.

2.Penyerap
dinding, lantai dan partisi merupakan benda - benda yang mampu menyerap panas dan menyimpannya.

3.Thermal mass

Thermal Mass adalah material yang bisa menimpan panas dari energi matahari dan terletak dibalik permukaan benda - benda yang bisa menyerap panas seperti lantai

4.Pendistribusian
panas yang telah dikumpulkan dan disimpan kemudian didistribusikan atau di sirkulasikan dari satu ruangan ke ruangan lain. Metode untuk mendistribusikan ini bisa secara konduksi, konveksi dan radiasi.

5.Pengaturan.
Alat - alat kontrol perlu digunakan untuk memanfaatkan energi yang telah dikumpulkan seperti termostat untuk mengetahui keadaan temperatur sehingga bisa menghidupkan dan mematikan perangkat listrik

Beberapa Gambar Hunian Tenaga Surya di Vauban

Referensi:

http://www.kaskus.us/showthread.php?t=6117514

Pemanfaatan Tenaga Surya dalam Menghasilkan Listrik

Listrik tenaga surya memanfaatkan sinar matahari sebagai sumber penghasil listrik. Energi matahari yang dianugerahkan Tuhan untuk kita. Alat utama untuk menangkap, perubah dan penghasil listrik adalah Photovoltaic atau yang disebut secara umum Modul / Panel Solar Cell.
Dengan alat tersebut sinar matahari dirubah menjadi listrik melalui proses aliran-aliran elektron negatif dan positif didalam cell modul tersebut karena perbedaan electron. Hasil dari aliran elektron-elektron akan menjadi listrik DC yang dapat langsung dimanfatkan untuk mengisi battery / aki sesuai tegangan dan ampere yang diperlukan.

Rata-rata produk modul solar cell yang ada dipasaran menghasilkan tegangan 12 s/d 18 VDC dan ampere antara 0.5 s/d 7 Ampere. Modul juga memiliki kapasitas beraneka ragam mulai kapsitas 10 Watt Peak s/d 200 Watt Peak, juga memiliki type cell monocrystal dan polycrystal. Komponen inti dari sistem PLTS ini meliputi peralatan : Modul Solar Cell, Regulator / controller, Battery / Aki, Inverter DC to AC, Beban / Load.

Di pasaran biasanya dijual dalam bentuk paket, tergantung besar watt nya. Pemakaiannya dapat juga dikombinasikan dengan listrik dari PLN. Pada umumnya digunakan untuk lampu-lampu penerangan di rumah, kantor, tempat ibadah, tempat umum dan yang lagi trend dipakai untuk traffic light / lampu merah.

Instalasi, untuk memasang PLTS, sebenarnya tidak terlalu susah, dapat dikerjakan sendiri kok, komponen utama Solar Panel dipasang menghadap sinar matahari dengan intensitas tinggi, selanjutnya hubungkan dengan Battery untuk media penyimpan energi (arus DC), untuk pemakaian arus AC kita bisa menghubungkan dengan DC to AC Converter dan siap digunakan untuk keperluan rumah tangga (Lampu, TV, Kulkas, dsb). Ingat besaran dayanya, jangan sampai overload.

Harga, inilah yang menjadi kendala utama, investasi awalnya cukup besar, tetapi kalau dihitung dengan penggunaan listrik dari PLN untuk beberapa tahun, tentu bisa sangat hemat, umur ekonomis Solar Panel bisa lebih dari 10 tahun, yang agak singkat Battery (kurang lebih 2 tahun) dan DC to AC Converter (tergantung kualitas perangkatnya). Untuk 50 Watt Peak (wp), dipasaran dijual paket lengkap seharga Rp. 3 juta - Rp. 4 juta. Untuk 100 wp Rp. 4 juta - Rp. 6 juta. Harga Battery bervariasi tergantung merk, biasanya untuk 100 AH sekitar Rp. 1 juta, demikian juga dengan DC-AC Converter harga nya tergantung kapasitas (watt) dan merknya.
Panel Surya (Pembangkit Listrik Tenaga Surya)

Energi matahari, energi natural yang tidak akan habis dan kita dapat memakainya dimana pun berada. Di saat hari yang cerah, energi matahari yang menyinari bumi menghasilkan rata-rata 1 kilowatt per meter persegi area bumi, berarti dalam satu jam energi matahari yang menyinari bumi mampu mensuplai energy yang dibutuhkan di seluruh dunia untuk 1 tahun.

Jika energi matahari dapat diserap diatas 1% dari luas permukaan bumi, maka akan menutupi konsumsi energi listik yang dibutuhkan untuk seluruh dunia. Permukaan bumi disinari matahari dengan jumlah volume yang sangat besar. Tidak seperti minyak bumi, batu bara dan energi fosil lainnya, energi matahari ramah lingkungan, untuk pemakaiannya tidak menghasilkan emisi gas buang CO2 yang dapat merusak lingkungan, oleh karena itu teknologi panel surya sangat mendukung penyediaan energi alternatif pada saat krisis energi dan mendukung pencegahan pemanasan global di dunia.

Teknologi panel surya telah dikembangkan secara luas dan potensial. Setelah dikembangkan dimensi ketebalan dari panel surya jadi semakin tipis dan tanpa menghilangkan fungsinya untuk mendapatkan energi yang alami dan efisien. Setelah berinovasi sejak dari setengah abad yang lalu, jepang terus prioritaskan pengembangan teknologi panel surya untuk memenuhi kebutuhan listrik yang bersih dan ramah lingkungan.

Panel surya terdiri dari susunan sel surya yang dihubungkan secara seri. Sel surya berfungsi mengubah cahaya matahari menjadi energi listrik. Sel surya umumnya dibuat dari silikon yang merupakan bahan semikonduktor. Daya yang dihasilkan sebuah panel surya bergantung pada radiasi matahari yang diterima, luas permukaan panel dan suhu panel. Daya yang dihasilkan semakin besar jika radiasi dan luas permukaan lebih besar, sedang kenaikan suhu mengakibatkan penurunan daya. Karena itu, pada saat pemasangan panel perlu diperhatikan untuk menyediakan jarak dengan atap agar udara dapat bersirkulasi di bawah panel (efek pendinginan). Panel Surya type terbaru mempunyai daya 130 Wattpeak per m2 . Wattpeak menunjukkan daya maksimum yang dihasilkan pada kondisi radiasi matahari 1000 W/m2 dan suhu panel 25oC. Panel surya diproduksi dalam berbagai ukuran (daya terpasang). Konstruksi panel surya terdiri dari susunan sel surya, tutup kaca, bingkai Alumunium khusus dan soket. Panel surya memiliki usia yang relatif panjang yaitu minimal 20 tahun, dan umumnya suplier panel surya memberi garansi out put power hingga 10-25 tahun.

Beberapa hal yang perlu diingat pada saat pemasangan panel surya adalah:

1. Panel ditempatkan di bagian atap yang tidak terkena bayangan pohon atau benda lain.

2. Atap cukup kuat menahan beban panel dan angin

3. Penempatan panel memungkinkan pembersihan dan perbaikan.

4. Tersedia jarak dengan atap untuk sirkulasi udara di bawah panel surya

Jenis - jenis panel surya:

Monokristal (Mono-crystalline)

Merupakan panel yang paling efisien yang dihasilkan dengan teknologi terkini & menghasilkan daya listrik persatuan luas yang paling tinggi. Monokristal dirancang untuk penggunaan yang memerlukan konsumsi listrik besar pada tempat-tempat yang beriklim ekstrim dan dengan kondisi alam yang sangat ganas. Memiliki efisiensi sampai dengan 15%. Kelemahan dari panel jenis ini adalah tidak akan berfungsi baik ditempat yang cahaya mataharinya kurang (teduh), efisiensinya akan turun drastis dalam cuaca berawan.

Polikristal (Poly-crystalline)

Merupakan panel surya yang memiliki susunan kristal acak karena dipabrikasi dengan proses pengecoran. Type ini memerlukan luas permukaan yang lebih besar dibandingkan dengan jenis monokristal untuk menghasilkan daya listrik yang sama. Panel suraya jenis ini memiliki efisiensi lebih rendah dibandingkan type monokristal, sehingga memiliki harga yang cenderung lebih rendah.
Thin Film Photovoltaic

Merupakan panel surya (dua lapisan) dengan struktur lapisan tipis mikrokristal-silicon dan amorphous dengan efisiensi modul hingga 8.5% sehingga untuk luas permukaan yang diperlukan per watt daya yang dihasilkan lebih besar daripada monokristal & polykristal. Inovasi terbaru adalah Thin Film Triple Junction PV (dengan tiga lapisan) dapat berfungsi sangat efisien dalam udara yang sangat berawan dan dapat menghasilkan daya listrik sampai 45% lebih tinggi dari panel jenis lain dengan daya yang ditera setara.

Prinsip Panel Surya

Prinsip dari Panel surya ialah mengubah intensitas cahaya matahari menjadi energi listrik yang dapat digunakan untuk menjalankan peralatan elektronik. Panel surya/modul surya merupakan suatu paket yang terdiri dari sel-sel yang disusun secara horizontal dan dilapisi oleh kaca sehingga dapat di pasang menghadap matahari. Sebuah modul diklasifikasikan berdasarkan daya maksimumnya. Sel-sel itu terbuat dari kristal silikon yang dikembangkan dalam bentuk ingot. Dalam potongan tipis yang disambungkan melalui elektroda untuk membentuk sel.
Keuntungan Panel Surya

PLTS mampu menyuplai listrik untuk lokasi yang belum dijangkau jaringan listrik PLN, dimana keuntungan panel surya adalah sebgaai berikut:

1. Potensi pemanfaatan energi surya tersebar secara merata sehingga dapat digunakan untuk daerah yang terpencil

2. Listrik surya merupakan solusi yang cepat, karena proses instalasi yang relatif cepat untuk menghasilkan listrik penerangan dll.

3. Tenaga Surya merupakan energi yang sangat bersih, karena sifatnya secara fisika dapat Meng-absorbsi UV radiasi (dari matahari), tidak menghasilkan emisi sedikitpun, tidak menimbulkan suara berisik dan tidak memerlukan bahan bakar yang perlu dibeli setiap harinya.

4. Sistem tenaga Surya sudah terbukti handal lebih dari 50 tahun mendukung program luar angkasa, dimana tidak ada sumber energi lain, tidak juga juga nuklir, yang mampu bertahan dalam keadaan extrim di luar angkasa.

5. Panel Surya merupakan salah satu alat yang dapat memanfaatkan potensi energi radiasi matahari sebesar 4,8 Kwh/ m2 / hari (* Data BPPT tahun 2005) yang merupakan potensial daya yang cukup besar dan belum maksimal dimanfaatkan di Indonesia.

6. Panel Surya mempunyai kesan modern dan futuristik, tetapi juga mempunyai kesan peduli lingkungan dan bersih. Sangat cocok untuk dunia arsitektur modern yang memadukan unsur-unsur penting tersebut.

Referensi:

http://www.alpensteel.com/article/46-102-energi-matahari--surya--solar/3299--tenaga-surya-menghasilkan-listrik.html

Pemanfaatan PLTN Sebagai Pembangkit Listrik

Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) adalah stasiun pembangkit listrik thermal di mana panas yang dihasilkan diperoleh dari satu atau lebih reaktor nuklir pembangkit listrik. Prinsip kerja sebuah PLTN hampir sama dengan sebuah Pembangkilt Listrik Tenaga Uap, menggunakan uap bertekanan tinggi untuk memutar turbin. Putaran turbin inilah yang diubah menjadi energi listrik. Perbedaannya ialah sumber panas yang digunakan untuk menghasilkan panas. Sebuah PLTN menggunakan Uranium sebagai sumber panasnya. Reaksi pembelahan (fisi) inti Uranium menghasilkan energi panas yang sangat besar. PLTN termasuk dalam pembangkit daya base load, yang dapat bekerja dengan baik ketika daya keluarannya konstan (meskipun boiling water reactor dapat turun hingga setengah dayanya ketika malam hari). Daya yang dibangkitkan per unit pembangkit berkisar dari 40 MWe hingga 1000 MWe. Unit baru yang sedang dibangun pada tahun 2005 mempunyai daya 600-1200 MWe. Hingga tahun 2005 terdapat 443 PLTN berlisensi di dunia, dengan 441 diantaranya beroperasi di 31 negara yang berbeda. Keseluruhan reaktor tersebut menyuplai 17% daya listrik dunia.

Gambar 1. Sebuah Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir. Reaktor nuklir di kungkung dalam containment building silindris.

Prinsip Kerja Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN)

Prinsip kerja PLTN sebenarnya mirip dengan pembangkit listrik lainnya, misalnya Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU). Yang membedakan antara dua jenis pembangkit listrik itu adalah sumber panas yang digunakan. PLTN mendapatkan suplai panas dari reaksi nuklir, sedang PLTU mendapatkan suplai panas dari pembakaran bahan bakar fosil seperti batubara atau minyak bumi.  Uap bertekanan tinggi pada PLTU digunakan untuk memutar turbin. Tenaga gerak putar turbin ini kemudian diubah menjadi tenaga listrik dalam sebuah generator. Dampak dari pembakaran bahan bakar fosil ini, akan mengeluarkan karbon dioksida (CO2, sulfur dioksida (SO2) dan nitrogen oksida (Nox), serta debu yang mengandung logam berat. Sisa pembakaran tersebut akan teremisikan ke udara dan berpotensi mencemari lingkungan hidup, yang bisa menimbulkan hujan asam dan peningkatan suhu global.

Perbedaan PLTN dengan pembangkit lain terletak pada bahan bakar yang digunakan untuk menghasilkan uap, yaitu Uranium. Reaksi pembelahan (fisi) inti Uranium menghasilkan tenaga panas (termal) dalam jumlah yang sangat besar serta membebaskan 2 sampai 3 buah neutron. Sebagai pemindah panas biasa digunakan air yang disirkulasikan secara terus menerus selama PLTN beroperasi. Proses pembangkit yang menggunakan bahan bakar uranium ini tidak melepaskan partikel seperti CO2, SO, atau NOx, juga tidak melepaskan asap atau debu yang mengandung logam berat yang dilepas ke lingkungan. Oleh karena itu PLTN merupakan pembangkit listrik yang ramah lingkungan. Limbah radioaktif yang dihasilkan dari pengoperasian PLTN, adalah berupa elemen bakar bekas dalam bentuk padat. Elemen bakar bekas ini untuk sementara bisa disimpan dilokasi PLTN, sebelum dilakukan penyimpanan secara lestari.

Reaktor daya dirancang untuk memproduksi energi listrik melalui PLTN. Reaktor daya hanya memanfaatkan energi panas yang timbul dari reaksi fisi, sedang kelebihan neutron dalam teras reaktor akan dibuang atau diserap menggunakan batang kendali. Karena memanfaatkan panas hasil fisi, maka reaktor daya dirancang berdaya thermal tinggi dari orde ratusan hingga ribuan MW. Proses pemanfaatan panas hasil fisi untuk menghasilkan energi listrik di dalam PLTN adalah sebagai berikut : 

• Bahan bakar nuklir melakukan reaksi fisi sehingga dilepaskan energi dalam bentuk panas yang sangat besar. 
• Panas hasil reaksi nuklir tersebut dimanfaatkan untuk menguapkan air pendingin, bisa pendingin primer maupun sekunder bergantung pada tipe reaktor nuklir yang digunakan. 
• Uap air yang dihasilkan dipakai untuk memutar turbin sehingga dihasilkan energi gerak (kinetik). 
• Energi kinetik dari turbin ini selanjutnya dipakai untuk memutar generator sehingga dihasilkan arus listrik. 

Gambar 2 Prinsip Kerja PLTN

Jenis-jenis Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN)

·         Pressurized Water Reactor (PWR)

PWR adalah jenis reaktor daya nuklir yang menggunakan air ringan biasa sebagai pendingin maupun moderator neutron. Reaktor ini pertama sekali dirancang oleh Westinghouse Bettis Atomic Power Laboratory untuk kepentingan kapal perang, tetapi kemudian rancangan ini dijadikan komersial oleh Westinghouse Nuclear Power Division. Reaktor PWR komersial pertama dibangun di Shippingport, Amerika Serikat yang beroperasi sampai tahun 1982.
Selain Westinghouse, banyak perusahaan lain seperti Asea Brown Boveri-Combustion Engineering (ABB-CE), Framatome, Kraftwerk Union, Siemens, and Mitsubishi yang mengembangkan dan membangun reaktor PWR ini. Reaktor jenis ini merupakan jenis reaktor yang paling umum. Lebih dari 230 buah reaktor digunakan untuk menghasilkan listrik, dan beberapa ratus lainnya digunakan sebagai tenaga penggerak kapal.

Gambar 3 Skema Reaktor Pressurized Water Reactor (PWR)

Pada reaktor jenis PWR, aliran pendingin utama yang berada di teras reaktor bersuhu mencapai 325oC sehingga perlu diberi tekanan tertentu (sekitar 155 atm) oleh perangkat pressurizer sehingga air tidak dapat mendidih. Pemindah panas, generator uap, digunakan untuk memindahkan panas ke aliran pendingin sekunder yang kemudian mendidih menjadi uap air dan menggerakkan turbin untuk menghasilkan listrik. Uap kemudian diembunkan di dalam kondenser menjadi aliran pendingin sekunder. Aliran ini kembali memasuki generator uap dan menjadi uap kembali, memasuki turbin, dan demikian seterusnya

·         Boiling water reactor (BWR)

Reaktor jenis BWR merupakan rancangan reaktor jenis air ringan sebagai pendingin dan moderator, yang juga digunakan di beberapa Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir. Reaktor BWR pertama sekali dirancang oleh Allis-Chambers dan General Electric (GE). Sampai saat ini, hanya rancangan General Electric yang masih bertahan. Reaktor BWR rancangan General Electric dibangun di Humboldt Bay di California. Perusahaan lain yang mengembangkan dan membangun reaktor BWR ini adalah ASEA-Atom, Kraftwerk Union, Hitachi. Reaktor ini mempunyai banyak persamaan dengan reaktor PWR; perbedaan yang paling kentara ialah pada reaktor BWR, uap yang digunakan untuk memutar turbin dihasilkan langsung oleh teras reaktor.

Gambar 4 Skema Reaktor Boiling Water Reactor (BWR)

Pada reaktor BWR hanya terdapat satu sirkuit aliran pendingin yang bertekanan rendah (sekitar 75 atm) sehingga aliran pendingin tersebut dapat mendidih di dalam teras mencapai suhu 285oC. Uap yang dihasilkan tersebut mengalir menuju perangkat pemisah dan pengering uap yang terletak di atas teras kemudian menuju turbin. Karena air yang berada di sekitar teras selalu mengalami kontaminasi oleh peluruhan radionuklida, maka turbin harus diberi perisai dan perlindungan radiasi sewaktu masa pemeliharaan. Kebanyakan zat radioaktif yang terdapat pada air tersebut beumur paro sangat singkat, misalnya N-16 dengan umur paro 7 detik sehingga ruang turbin dapat dimasuki sesaat setelah reaktor dipadamkan. Uap tersebut kemudian memasuki turbin-generator. Setelah turbin digerakkan, uap diembunkan di kondenser menjadi aliran pendingin, kemudian dipompa ke reaktor dan memulai siklus kembali seperti di atas.

·         Reaktor Air Didih Lanjut (Advanced Boiling Water Reactor, ABWR)

ABWR adalah reaktor air didih lanjut, yaitu tipe modifikasi dari reaktor air didih yang ada pada saat ini. Perbaikan ditekankan pada keandalan, keselamatan, limbah yang rendah, kemudahan operasi dan faktor ekonomi. Perlengkapan khas ABWR yang mengalami perbaikan desain adalah (1) pompa internal, (2) penggerak batang kendali, (3) alat pengatur aliran uap, (4) sistem pendinginan teras darurat, (5) sungkup reaktor dari beton pra-tekan, (6) turbin, (7) alat pemanas untuk pemisah uap (penurun kelembaban), (8) sistem kendali dijital dan lain-lain.

·         Reaktor CANDU

Reaktor CANDU atau CANada Deuterium Uranium adalah jenis reaktor air berat bertekanan yang menggunakan Uranium alam oksida sebagai bahan bakar. Reaktor ini dirancang oleh Atomic Energy Canada Limited (AECL) semenjak tahun 1950 di Kanada. Karena menggunakan bahan bakar Uranium alam, maka reaktor ini membuthkan moderator yang lebih efisien seperti air berat

Gambar 5 Skema Reaktor CANDU atau CA Nada Deuterium Uranium

Moderator reaktor CANDU terletak pada tangki besar yang disebut calandria, yang disusun oleh tabung-tabung bertekanan horisontal yang digunakan sebagai tempat bahan bakar, didinginkan oleh aliran air berat bertekanan tinggi yang mengalir melewati tangki calandria ini sampai mencapai suhu 290oC. Sama seperti Reaktor PWR, uap dihasilkan oleh aliran pendingin sekunder yang mendapat panas dari aliran pendingin utama. Dengan digunakannya tabung-tabung bertekanan sebagai tempat bahan bakar, memungkinkan untuk mengisi bahan bakar tanpa memadamkan reaktor dengan memisahkan tabung bahan bakar yang akan diisi dari aliran pendingin.

·         Reaktor tabung tekan

Reaktor tabung tekan merupakan reaktor yang terasnya tersusun atas pendingin air ringan (ada juga air berat) dan moderator air berat atau pendingin air ringan dan moderator grafit dalam pipa kalandria. Bahan pendingin dan bahan moderator dipisahkan oleh pipa tekan, sehingga bahan pendingin dan bahan moderator dapat dipilih secara terpisah. Pada kenyataannya terdapat variasi gabungan misalnya pendingin air ringan moderator air berat (Steam-Generating Heavy Water Reactor, SGHWR), pendingin air berat moderator air berat (Canadian Deuterium Uranium, CANDU), pendingin air ringan moderator grafit (Channel Type Graphite-moderated Water-cooled Reactor, RBMK). Teras reaktor terdiri dari banyak kanal bahan bakar dan dideretkan berbentuk kisi kubus di dalam tangki kalandria, bahan pendingin mengalir masing-masing di dalam pipa tekan, energi panas yang timbul pada kanal bahan bakar diubah menjadi energi penggerak turbin dan digunakan pada pembangkit listrik. Disebut juga rektor nuklir tipe kanal.

·         Pebble Bed Modular Reactor (PBMR)

Reaktor PBMR menawarkan tingkat keamanan yang baik. Proyek PBMR masa kini merupakan lanjutan dari usaha masa lalu dan dipiloti oleh konglomerat internasional USA berbasis Exelon Corporation (Commonwealth Edison PECO Energy), British Nuclear Fuels Limited dan South African based ESKOM sebagai perusahaan reaktor.

Gambar 6 Skema PBMR

PBMR menggunakan helium sebagai pendingin reaktor, berbahan bakar partikel uranium dioksida yang diperkaya, yang dilapisi dengan Silikon Karbida berdiameter kurang dari 1mm, dirangkai dalam matriks grafit. Bahan bakar ini terbukti tahan hingga suhu 1600oC dan tidak akan meleleh di bawah 3500oC. Bahan bakar dalam bola grafit akan bersirkulasi melalui inti reaktor karena itu disebut sistem pebble-bed.

·         Reaktor Magnox

Gambar 7 Skema Reaktor Magnox

Reaktor Magnox merupakan reaktor tipe lama dengan siklus bahan bakar yang sangat singkat (tidak ekonomis), dan dapat menghasilkan plutonium untuk senjata nuklir. Reaktor ini dikembangkan pertama sekali di Inggris dan di Inggris terdapat 11 PLTN dengan menggunakan 26 buah reaktor Magnox ini. Sampai tahun 2005 ini, hanya tinggal 4 buah reaktor Magnox yang beroperasi di Inggris dan akan didekomisioning pada tahun 2010. Reaktor Magnox menggunakan CO2 bertekanan sebagai pendingin, grafit sebagai moderator dan berbahan bakar Uranium alam dengan logam Magnox sebagai pengungkung bahan bakarnya. Magnox merupakan nama dari logam campuran yaitu dengan logam utama Magnesium dengan sedikit Aluminium dan logam lainnya, yang digunakan sebagai pengungkung bahan bakar logam Uranium alam dengan penutup yang tidak mudah teroksidasi untuk menampung hasil fisi.

·         Advanced Gas-cooled Reactor (AGR)

Advanced Gas-Cooled Reactor (AGR) merupakan reaktor generasi kedua dari reaktor berpendingin gas yang dikembangkan Inggris. AGR merupakan pengembangan dari reaktor Magnox. Reaktor ini menggunakan grafit sebagai moderator netron, CO2 sebagai pendingin dan bahan bakarnya adalah pelet Uranium oksida yang diperkaya 2,5%-3,5% yang dikungkung di dalam tabung stainless steel. Gas CO2 yang mengalir di teras mencapai suhu 650oC dan kemudian memasuki tabung generator uap. Kemudian uap yang memasuki turbin akan diambil panasnya untuk menggerakkan turbin. Gas telah kehilangan panas masuk kembali ke teras.

Gambar 8 Skema Advanced Gas-cooled Reactor (AGR)

·         Russian Reaktor Bolshoi Moshchnosty

RBMK merupakan singkatan dari Russian Reaktor Bolshoi Moshchnosty Kanalny yang berari reaktor Rusia dengan saluran daya yang besar. Pada tahun 2004 masih terdapat beberapa reaktor RMBK yang masih beroperasi, namun tidak ada rencana untuk membangun reaktor jenis ini lagi. Keunikan reaktor RBMK terdapat pada moderator grafitnya yang dilengkapi dengan tabung untuk bahan bakar dan tabung untuk aliran pendingin.

Gambar 9 Skema RBMK

Pada rancangan reaktor RBMK, terjadi pendidihan aliran pendingin di teras samapi mencapai suhu 290°C. Uap yang dihasilkan kemudian masuk ke perangkat pemisah uap yang memisahkan air dari uap. Uap yang telah dipisahkan kemudian mengalir menuju turbin, seperti pada rancangan reaktor BWR. Masalah yang dihadapi pada BWR yaitu uap yang dihasilkan bersifat radioaktif juga terjadi pada reaktor ini. Namun, dengan adanya pemisahan uap, maka terdapat waktu jeda yang menurunkan radiasi di sekitar turbin. Dengan menggunakan moderasi netron yang sangat bergantung pada grafit, apabila terjadi pendidihan yang berlebihan, maka aliran pendingin akan berkurang sehingga penyerapan netron juga berkurang, tetapi reaksi fisi akan semakin cepat sehingga dapat menimbulkan kecelakaan.

Referensi :

http://www.batan.go.id/FAQ/faq_pltn.php

http://www.elektroindonesia.com/elektro/ener36a.html