Inovasi Teknologi Panel Surya Terbaru, Lebih Efisien dan Lebih Terang!

Teknologi Panel Surya Terbaru - Dari waktu ke waktu, teknologi solar panel atau panel surya terus berinovasi.

Tujuannya adalah untuk menghasilkan panel surya yang lebih efisien. Apalagi, energi yang tersedia dari sinar matahari 10.000 kali lebih banyak daripada total energi yang dibutuhkan seluruh dunia.

Sinar matahari memiliki 2 (dua) karakteristik yang sangat berguna dalam desain sistem energi terbarukan. Yang pertama adalah jumlah energi yang jatuh pada area yang tetap, seperti atap rumah dan permukaan tanah.

Jumlahnya sendiri berbeda-beda bergantung pada waktu dan musim (ada lebih sedikit sinar matahari pada musim dingin dibandingkan pada musim panas). Dan yang kedua adalah warna atau spektrum sinar matahari.

Pengumpul Cahaya Hologram untuk Tingkatkan Efisiensi Panel Surya

Salah satu cara untuk menangkap energi surya adalah menggunakan sel-sel surya yang secara langsung mengubah sinar matahari menjadi energi listrik.

Dalam modul panel surya seperti yang masyarakat pasang pada atap rumah, sering kali sel-sel surya tersebut dirangkai pada panel dan terhubung satu sama lain, disegel, dan ditutupi dengan gelas pelindung.

Sel surya dapat bekerja paling efisien ketika ada warna tertentu dari sinar matahari yang jatuh mengenainya, dan ketika seluruh permukaan sel surya terkena photocell.

Akan tetapi, beberapa area panel perlu menghubungkan sel-sel surya, sementara bentuk selnya sendiri bisa jadi tidak memungkinkan seluruh area panel terkena paparan sinar matahari.

Hal tersebut menyebabkan panel surya jadi kurang efisien dibandingkan dengan apa yang dikehendaki.

Sebab, pada dasarnya desain panel surya dibuat agar bisa mengumpulkan energi surya secara efisien, baik dari segi jumlah input maupun output-nya.

Hal tersebut pun mendorong sekelompok peneliti dari University of Arizona untuk mengembangkan teknik inovatif yang digunakan untuk menangkap energi surya yang tidak tergunakan pada panel surya.

Sebagaimana yang telah dilaporkan di dalam journal of Photonics for Energy (JPE), para peneliti tersebut membuat hologram khusus yang bisa diselipkan ke dalam masing-masing panel surya.

Setiap hologram akan dapat memisahkan warna-warna dari sinar matahari, dan kemudian mengarahkannya ke dalam sel-sel solar yang terdapat di dalam panel.

Dengan metode ini, jumlah energi surya yang dapat dikonversikan oleh panel surya terbukti meningkat hingga sekitar 5 persen dalam kurun waktu 1 tahun.

Lebih jauh lagi, inovasi ini akan mengurangi baik biaya maupun jumlah panel surya yang dibutuhkan untuk memasok energi bagi sebuah rumah, kota, atau bahkan negara.

Penelitian tersebut didukung oleh QESST Engineering Research Center, yang juga disponsori oleh US Department of Energy dan US National Science Foundation.

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menjawab tantangan dalam mengubah proses produksi listrik agar bisa memenuhi permintaan yang terus meningkat, namun secara berkelanjutan.

Desain yang Sustainable dan Hemat Biaya

Desain untuk pengumpul cahaya holografis ( holographic light collector) tersebut didesain oleh Jianbo Zhao, seorang mahasiswa Ph.D yang berada di bawah supervise Raymond K. Kostuk, profesor di bidang teknik listrik dan komputer dan ilmu optis. Penelitian ini juga dilakukan berkolaborasi dengan Benjamin Chrysler, mahasiswa Ph.D lainnya.

Pengumpul cahaya holografis tersebut mengombinasikan elemen optis holografis yang hemat biaya dengan sebuah diffuser.

Elemen optis yang digunakan kemudian dipasang secara simetris pada bagian tengah modul photovoltaic agar dapat bekerja secara maksimal dalam mengumpulkan cahaya secara efisien.

Mereka kemudian menghitung peningkatan energi yang berhasil dikumpulkan secara tahunan, dan menyajikan metode yang dapat direproduksi untuk mengevaluasi efisiensi pengumpulan energi dari pengumpul cahaya holografis tersebut.

Penyajian metode dilakukan dengan mempertimbangkan sudut sinar matahari dari waktu ke waktu dalam sehari, di musim yang berbeda-beda, serta di lokasi geografis yang berbeda pula.

Inovasi teknologi ini mendapatkan tanggapan positif dari pemimpin redaksi JPE, Sean Shaheen dari University of Colorado Boulder.

Shaheen menilai teknologi pengumpulan cahaya tersebut beserta metode yang terkait sangat signifikan, terutama karena teknologi tersebut dapat dibuat ulang dengan biaya yang minim (low-cost), terukur, dan punya dampak luar biasa.

Menurut Shaheen, peningkatan yang berkisar 5 persen dalam pengumpulan energi surya membuat teknik yang dikembangkan Zhao, Profesor Kostuk, dan Chrysler bisa memberikan dampak yang besar, bahkan saat diaplikasikan hanya dalam jumlah yang kecil – sekitar 100 gigawatt dari total photovoltaic yang telah terpasang di seluruh dunia.

Shaheen juga memuji bahwa tim mampu mendemonstrasikan pendekatan holografis mereka dengan memanfaatkan material yang harganya murah, sehingga inovasi ini bisa segera diproduksi dalam jumlah besar sekalipun.

Pasalnya, teknologi holografis yang dibuat memanfaatkan gelatin sebagai bahan dasar utamanya, yang umumnya diperoleh dari kolagen hewan.

Ditambah lagi, progres untuk versi turunan di laboratorium juga menunjukkan bahwa bahan sintetis juga bisa digunakan.

Sel Surya Perovskite dengan Efisiensi Tinggi

Pada kesempatan yang berbeda, penelitian yang lain berfokus pada penggunaan silikon untuk sel-sel surya yang cukup mahal.

Oleh karena itu, penggunaan bahan baku alternatif yang relatif lebih baru pun dikembangkan, yaitu perovskite.

Ketika ditempatkan pada pusat sel surya, struktur perovskite sama-sama bisa mengubah cahaya menjadi energi listrik, namun dengan biaya yang lebih rendah dibandingkan silicon.

Lebih jauh lagi, sel surya perovskite juga dapat dibuat menggunakan substrat yang kaku maupun lentur, sehingga hasilnya tak hanya lebih murah, tapi juga lebih fleksibel dan ringan.

Inovasi ini adalah hasil studi dan penelitian dari Energy Materials and Surface Sciences Unit pimpinan Profesor Yabing Qi di Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST), serta dipublikasikan di dalam Nano Energy.

Lewat studi dan penelitian ini, tim Profesor Yabing Qi telah mendemonstrasikan pembuatan bahan baku mentah yang dibutuhkan untuk menghasilkan perovskite dalam cara berbeda, yang bisa menjadi kunci kesuksesan sel surya ini.

Pasalnya, terdapat bubuk crystalline penting dalam perovskite yang disebut FAPbI3, yang membentuk lapisan penyerap pada perovskite.

Sebelumnya, lapisan ini dibuat dengan mengombinasikan dua material (PbI2 dan FAI), yang menghasilkan reaksi dan memproduksi FAPbI3.

Tapi, metode tersebut masih jauh dari kata sempurna, ditambah ada banyak sisa dari salah satu atau kedua material asalnya sehingga memengaruhi efisiensi sel surya yang dihasilkan.

Untuk mengatasinya, para peneliti membuat bubuk crystalline menggunakan metode perekayasaan bubuk yang lebih tepat.

Meskipun masih menggunakan material mentah yang sama, peneliti juga menerapkan langkah-langkah tambahan, seperti memanaskan campuran dalam suhu 90 derajat Celcius dan dengan cermat menyaring segala sisa material yang ada.

Metode tersebut juga membuat stabilitas perovskite meningkat dalam temperatur yang berbeda-beda sekalipun. Lebih jauh lagi, bubuk perovskite yang dibuat dengan metode ini juga telah menghasilkan efisiensi konversi energi lebih dari 23 persen pada sel surya, dan umur pakai lebih dari 2.000 jam.

Pada saat diaplikasikan pada modul surya berukuran 5x5 cm², sel surya perovskite masih mampu mencapai efisiensi sebesar 14 persen.

Hasil dari kedua inovasi di atas – pengumpul cahaya holografis dan sel surya perovskite – tentu merupakan lompatan besar lainnya dalam kemajuan teknologi panel surya. Semoga informasi di atas bermanfaat untuk Anda!