Baru-baru ini, beberapa teknologi surya yang cukup aneh menarik perhatian saya. Di hadapan Anda
terdapat tiga alat baru untuk setiap jenis tukang sulap:
lapisan yang suatu hari nanti dapat mengubah benda menjadi miniatur panel surya,
paduan memori yang dapat mengubah panel menjadi berbagai bentuk, dan pewarna yang dapat mengubah
panel surya menjadi… yang berkinerja lebih baik. panel surya. Setiap hal kecil berarti.
Konsep-konsep ini mungkin tidak dapat diterjemahkan ke dalam teknologi yang dapat digunakan untuk sementara waktu.
Namun seiring dengan kemajuan pesat penerapan dan komersialisasi
tenaga surya , meluangkan waktu sejenak untuk berhenti dan menatap hal-hal kecil aneh
yang ditemukan para ilmuwan masih tetap menyenangkan. Hal ini mungkin akan membawa pada beberapa perkembangan menarik di kemudian hari.
Jadi, apa cerita di balik eksperimen ini? Dan bisakah sesuatu yang praktis dihasilkan darinya?
Saya Matt Ferrell… selamat datang di Undecided. Video ini dipersembahkan oleh Incogni.
Pernah menonton demonstrasi kimia dan memikirkan alkimia kuno,
atau melihat penghenti pameran teknologi dan bertanya-tanya apakah
suatu saat hal itu akan disebut sihir? Batasan antara sains dan sihir bisa menjadi kabur,
terutama ketika teknologi baru terlihat sangat aneh. Namun bagi peneliti laboratorium, ini hanyalah
hari kerja biasa. Saya harus menyelami lebih dalam perkembangan ini karena… ya, Anda akan lihat.
Perovskit banyak muncul di saluran ini, dan untuk alasan yang baik: mereka kuat,
mencapai efisiensi laboratorium sebesar 25% — yang sedikit lebih tinggi dari apa yang biasanya kita lihat pada
sel surya silikon komersial. Tapi mereka masih membaik. Namun ini bukan hanya soal efisiensi;
perovskit tipis, fleksibel, dan serbaguna, memungkinkan beberapa kasus penggunaan yang inovatif.
Para peneliti di departemen fisika Universitas Oxford mengembangkan
lapisan perovskit ultra-tipis, tebalnya hanya satu mikron – hampir 150 kali lebih tipis dari wafer silikon. Biasanya,
membuat sel setipis ini akan mengurangi efisiensi hingga sekitar 7 hingga 18%, namun Oxford mengatasinya
dengan sel multi-persimpangan, menumpuk lapisan untuk menangkap lebih banyak spektrum cahaya dan meningkatkan
efisiensi. Anggap saja seperti melapisi sekumpulan sel surya komplementer yang semuanya disesuaikan dengan
panjang gelombang cahaya berbeda. Dengan bekerja sama, mereka dapat menangkap lebih banyak spektrum cahaya,
dan dengan demikian mendapatkan lebih banyak manfaat dari jumlah sinar matahari tertentu.
Perovskit fleksibel baru Oxford mencapai efisiensi 27% dalam kondisi laboratorium, yang telah
diverifikasi oleh Institut Nasional Sains dan Teknologi Industri Lanjutan (AIST) Jepang. Dan ini
bisa saja menjadi permulaan. Shuaifeng Hu dari tim Oxford mencatat bahwa perangkat mereka melonjak dari
efisiensi 6% menjadi 27% hanya dalam lima tahun, menunjukkan bahwa iterasi di masa depan dapat melebihi
45% dengan penyesuaian multi-persimpangan lebih lanjut. Itu akan luar biasa… jika mereka bisa melakukannya.
Ini semua sangat baik dan bagus, tapi juga tidak terlalu aneh, bukan? Perovskit telah
diketahui mengungguli silikon selama beberapa waktu. Meskipun efisiensi sebesar 45% dapat membawa perubahan besar,
hal ini tetap saja “bisa”. Jadi, mari kita menjadi aneh. Tim Oxford yakin lapisan ultra tipis ini
dapat mengubah benda sehari-hari menjadi panel surya. Seperti yang dikatakan oleh anggota tim Junke Wang:
“Kami dapat membayangkan pelapisan perovskit diterapkan pada jenis permukaan yang lebih luas untuk
menghasilkan tenaga surya yang murah, seperti atap mobil dan gedung dan bahkan
bagian belakang ponsel. Jika lebih banyak energi surya dapat dihasilkan dengan cara ini, kita dapat memperkirakan akan
berkurangnya kebutuhan dalam jangka panjang untuk menggunakan panel silikon atau membangun lebih banyak pembangkit listrik tenaga surya.”
Biaya energi surya telah turun lebih dari 80% antara tahun 2010
dan 2021, dan seiring dengan semakin baiknya teknologi manufaktur dan semakin populernya energi surya,
biaya tersebut akan terus menurun. Untuk saat ini (dan di masa mendatang),
bagian termahal dalam membangun pembangkit listrik tenaga surya adalah membeli lahan yang luas untuk semua
modul PV Anda. Tim Oxford berteori bahwa penggunaan perovskit untuk membuat PV lebih efisien di
lebih banyak tempat dapat membantu mengurangi kebutuhan lahan yang sangat besar. Tim Oxford berpendapat bahwa
teknologi mereka dapat berdampak besar pada segala hal mulai dari utilitas dan konstruksi hingga manufaktur mobil.
Sekarang mari kita melakukan perjalanan antardimensi. Seringkali, statistik sel surya
mencerminkan apa yang mungkin terjadi dalam kondisi ideal — sinar matahari langsung,
suhu sempurna, dan pengaturan laboratorium yang murni. Namun di dunia nyata,
terutama di rumah, PV menghadapi awan, pepohonan, debu, salju, dan banyak lagi yang menghalangi cahayanya.
Jadi bagaimana kita bisa mendapatkan hasil maksimal dari sel surya ketika kondisinya kurang dari ideal? Nah,
para ilmuwan dari Korea Electrotechnology Research Institute (KERI) punya usulan: ini.
Terlepas dari penampilannya, ini bukanlah kotak LeMarchand,
atau sesuatu dari Hellraiser, tapi sama anehnya. Ini adalah modul PV tiga dimensi terbaru
yang dapat berubah bentuk. Tentu saja, sebagian besar panel surya sudah ada dalam bentuk tiga dimensi,
namun “modul 3D” seperti ini dirancang untuk mengumpulkan energi matahari dari berbagai
arah, bukan hanya satu (atau dua, dalam kasus panel surya bifacial).
Bagaimana PV mengumpulkan lebih banyak cahaya dalam kondisi yang kurang ideal? Mari kita lihat kembali skenario dunia nyata:
matahari dan bumi terus bergerak, jadi mengoptimalkan penyelarasan panel surya adalah kuncinya. Di
belahan bumi utara, hal ini biasanya berarti mengarahkan panel ke selatan. Namun bagaimana jika ada pohon,
bukit, atau papan reklame besar yang menghalangi jalan? Atau mungkin rumah Anda kekurangan
ruang atap yang menghadap ke selatan? Saya sendiri pernah mengalami masalah itu.
Ada beberapa solusi, namun tidak
sempurna. Anda dapat menambahkan lebih banyak panel di tempat yang kurang ideal atau menggunakan
alat pelacak matahari untuk memaksimalkan penangkapan sinar matahari. Namun, kedua opsi tersebut menaikkan biaya.
Hal ini membawa kita kembali ke modul surya 3D yang sedang dikembangkan KERI. Dengan
struktur multidimensinya, modul ini menangkap cahaya dari berbagai arah,
memaksimalkan energi dalam kondisi yang kurang ideal. Ini seperti pendekatan brute force
dengan menambahkan lebih banyak panel di atap, tetapi dengan variasi yang berbeda.
Sebelum membahas hal tersebut, ada alat lain yang telah saya gunakan untuk membantu
kondisi lain yang kurang ideal: yaitu melindungi privasi online Anda dengan sponsor hari ini,
Incogni. Saat saya dan istri sedang membangun rumah, menyiapkan pinjaman, mendapatkan asuransi,
dan segala hal lain yang berkaitan dengan pindahan, saya melihat peningkatan besar dalam jumlah
email promosi spam yang saya terima. Saya yakin Anda juga pernah mengalami hal seperti ini. Hal ini terjadi
karena perusahaan menjual informasi saya kepada pialang data... terkadang mereka menjual informasi Anda kepada
beberapa orang yang tidak bertanggung jawab. Atau mereka bisa menjadi korban pelanggaran data yang membocorkan data Anda ke penipu.
Incogi dapat membantu dalam hal ini. Kami berhak meminta broker data menghapus informasi kami,
namun hal ini membutuhkan banyak waktu dan tenaga. Saya mendaftar ke Icogni, memberi mereka hak hukum untuk
bekerja atas nama saya, dan kemudian… hanya duduk dan bersantai. Anda akan melihat pembaruan di akun Anda tentang
pialang data mana yang telah mereka kirimkan permintaan hukumnya juga dan mana yang telah mematuhinya. Ini sangat
mudah. Incogi benar-benar telah membantu saya. Jika Anda ingin mengambil kembali sebagian kendali atas
siapa yang memiliki akses ke informasi pribadi Anda, cobalah Icogni. Ambil kembali data pribadi Anda
dengan Incogni! Gunakan kode UNDECIDED pada tautan di bawah dan dapatkan diskon 60% untuk paket tahunan. Terima kasih kepada Incogni
dan Anda semua yang telah mendukung saluran ini. Jadi kembali ke twist menarik KERI di bidang tenaga surya.
Desain KERI sebelumnya menggunakan PV semi-fleksibel yang terbuat dari segitiga yang dilekatkan pada tekstil logam
yang dapat dilipat seperti origami, sehingga memungkinkan penempatan di tempat yang tidak biasa seperti bangku, tenda,
atau bahkan tiang telepon. Berdasarkan hal ini, para peneliti mengembangkan
paduan memori yang memungkinkan PV mengikuti matahari tanpa motor, berubah menjadi bentuk 3D
untuk menangkap cahaya dari semua sudut. Ini bukan Optimus Prime, tapi ini adalah trafo pintar
yang meningkatkan efisiensi sebesar 60% dibandingkan dengan PV datar dan stasioner yang menghadap ke selatan sepanjang hari.
KERI tidak membandingkan perangkat mereka dengan pelacak matahari lainnya,
jadi mereka menampilkan diri mereka dengan cara terbaik — permainan kata-kata. Namun tidak seperti pelacak bermotor,
PV KERI menghindari titik kegagalan tambahan tersebut.
Masih belum cukup aneh bagimu? Nah, sekarang, studi terbaru KERI, “Tenaga listrik dari bayangan
dan di dalam ruangan: sel surya dalam kondisi cahaya menyebar,” mengeksplorasi seberapa banyak cahaya tersebar
yang ada di lingkungan perkotaan dan dalam ruangan — yang memantul dari awan, bangunan berkilau,
mobil, dan permukaan dalam ruangan seperti dinding dan tabel. Ini adalah makalah yang sangat sarat teori,
namun temuan penulis menunjukkan bahwa terdapat lebih banyak cahaya tersebar di
kondisi perkotaan dan dalam ruangan daripada yang mungkin Anda perkirakan sebelumnya. Untuk memulainya, ada cahaya menyebar yang masuk melalui
awan. Itu terpantul dari kaca mengkilap, baja, dan eksterior batu yang dipoles di dekatnya
bangunan. Itu memantul pada mobil yang lewat. Lalu ada berbagai macam lampu listrik di kota-kota,
dan semua cahaya tersebut memantul dari berbagai permukaan di dalam ruangan seperti meja dan dinding.
Meskipun penelitian ini berfokus pada PV 2D, KERI menyarankan agar modul 3D menjadi
langkah berikutnya. Jika cahaya masuk dari setiap sudut ganjil, PV 3D yang dapat berubah bentuk dapat memanfaatkannya semaksimal mungkin.
Meskipun saya selalu skeptis terhadap penelitian yang menyebut perangkat mereka sendiri sebagai solusinya, jika
teknologi KERI berhasil, hal ini dapat membuka jalan bagi PV yang bekerja dengan baik dalam kondisi yang kurang ideal.
Dan berbicara tentang memeriksa sesuatu, periksa apakah Anda berlangganan saluran tersebut. Saya
mendapat banyak pesan dari orang-orang yang mengira mereka berlangganan, namun ternyata tidak. Jika
menurut Anda saya pantas mendapatkannya, berlangganan dan menekan bel notifikasi tidak hanya membantu memastikan Anda
tidak ketinggalan video, namun juga membantu algoritma YouTube yang maha kuasa. Bagaimanapun, ke yang berikutnya…
Fleksibilitas memang bagus, tapi bagaimana dengan sel surya dengan sedikit tinta? Bukan
tato – tapi pewarna yang memusatkan lebih banyak cahaya ke sel surya. Hal itulah yang
diungkapkan oleh para peneliti dari Silesian University of Technology di Polandia.
Sel-sel konsentrator pewarna ini mirip dengan sel-sel yang peka terhadap pewarna (DSSC),
tetapi dengan perbedaan utama. Biasanya, panel surya bekerja dengan memaparkan silikon ke sinar matahari,
melepaskan elektron dan “lubang”. Jika kita dapat menangkapnya sebelum mengendap, kita akan mendapatkan
arus listrik yang dapat digunakan. Anggap saja seperti permainan biliar. Bayangkan bola isyaratnya adalah
sinar matahari, dan sisanya di atas meja adalah elektron dan hole kita. Bola isyarat mengenai rak,
membuat benda padat dan garis-garis itu beterbangan, dan jika kita cukup terampil — atau hanya beruntung — kita akan memasukkan
beberapa ke dalam saku dan mencetak poin…dengan kata lain, arus listrik yang dapat digunakan.
DSSC menggunakan pewarna fotosensitif dibandingkan silikon, sehingga lebih mudah untuk melepaskan elektron karena
pewarna lebih sensitif terhadap cahaya. Lapisan semikonduktor, biasanya titanium dioksida, membantu menjaga
elektron tetap bergerak. Menggunakan pewarna seperti bermain biliar dengan perangkat snooker yang lebih ringan. Jika foton break shot Anda
terhubung dengan rak, bobot yang lebih ringan akan memudahkan Anda mendapatkan
lebih banyak gerakan, jadi kemungkinan besar Anda akan memasukkan sesuatu ke dalam salah satu saku dan mencetak gol.
Meskipun DSSC fokus pada elektron, konsentrator pewarna bekerja pada foton. Mereka
bertindak seperti lensa, memfokuskan cahaya secara lebih efektif ke permukaan sel,
sehingga lebih mudah menangkap cahaya dari semua sudut. Ini seperti meletakkan corong di
meja biliar (tidak disarankan di bar), mengarahkan bola langsung ke dalam saku.
Dalam studi tersebut, pewarna merah meningkatkan pembangkit listrik rata-rata sebesar 1,21%. Kedengarannya mungkin tidak terlalu banyak,
tetapi setiap poin berarti. Konsentrator pewarna juga lebih mudah dibuat dibandingkan DSSC,
yang memerlukan manufaktur rumit dan tidak mudah diskalakan. Konsentrator
hanya fokus pada satu pekerjaannya. Para peneliti menjelaskan:
“Pewarna ini digunakan sebagai elemen yang memusatkan radiasi matahari ke sel silikon;
mereka tidak menghasilkan listrik sendiri
sehingga tidak perlu mengalami serangkaian reaksi kimia,
menunjukkan sifat yang memungkinkan sambungan ke permukaan konduktor, atau memiliki sifat redoks.”
Karena konsentrator tidak memerlukan sinar matahari langsung, konsentrator cocok untuk area dengan cahaya tersebar,
seperti Eropa Tengah yang berawan. Bahkan di daerah yang sering berawan, sinar UV masih melimpah,
dan konsentrator pewarna membantu menangkap cahaya yang menyebar ini,
sehingga membuka lebih banyak peluang untuk kondisi yang kurang ideal.
Manfaatnya tidak berhenti pada langit mendung. Bahkan pada 1.000 watt per meter persegi (W/m^2) —
penyinaran pada hari-hari cerah pada umumnya — peningkatan efisiensi berkisar antara 0,1% hingga 1,1%, bergantung pada
jenis pewarna, warna, dan suhu. Namun, tidak semua variabel menunjukkan perbaikan; empat konfigurasi
menurunkan efisiensi dalam cahaya rendah (200 W/m^2). Namun, pewarna merah bercahaya secara konsisten
meningkatkan kinerja, mencapai puncaknya pada peningkatan 1,21% — alasan yang kuat untuk mengecat kota dengan warna merah.
Tim Silesian berharap konsentrator pewarna akan membuat panel surya lebih efisien,
mengurangi kebutuhan panel lebih banyak dan mengurangi limbah PV. Silikon mungkin berlimpah,
namun dengan hilangnya material hingga 40% selama produksi wafer, pengurangan apa pun akan bermanfaat.
Jadi, seberapa dekatkah teknologi ini dengan pasar? Sebenarnya, semuanya masih dalam
tahap awal pengembangan, dan masih banyak rintangan yang harus diselesaikan sebelum mendekati
komersialisasi. Jangan berharap untuk melihat inovasi-inovasi tersebut dalam waktu dekat, namun hal tersebut tidak membuat inovasi-inovasi tersebut menjadi
kurang menarik — inovasi-inovasi ini merupakan landasan bagi sesuatu yang berpotensi revolusioner.
Tim KERI mendeskripsikan desain tenaga surya 3D mereka sebagai “mobil konsep” — sebuah prototipe
yang menantang norma-norma yang ada tetapi tidak dimaksudkan untuk langsung diproduksi. Mereka
percaya bahwa ide-ide inti mereka dapat menginspirasi produk-produk generasi berikutnya, meskipun produk-produk tersebut tidak memasuki
pasar persis seperti yang terlihat sekarang. Mengingat kompleksitasnya, pendekatan tersebut masuk akal.
Dengan cara serupa, para peneliti Universitas Silesia mengakui bahwa meskipun
konsentrator pewarna mereka memiliki potensi yang jelas, beberapa “aspek utama” masih dalam tahap penelitian.
Mereka berupaya mengoptimalkan penempatan, menyesuaikan rasio konsentrator
terhadap komponen PV, dan mengembangkan pewarna yang stabil, tahan lama, ramah lingkungan,
dan terjangkau untuk diproduksi. Anda tahu, hal-hal sederhana. Mereka juga mencatat bahwa mengganti sebagian
sel PV dengan konsentrator dapat mengurangi efisiensi secara keseluruhan, menjadikannya paling cocok untuk
kondisi cahaya menyebar atau sistem PV skala besar yang manfaatnya lebih besar daripada kerugiannya.
Mengenai penelitian perovskit Oxford, masih belum ada jawaban jelas terhadap
masalah stabilitas material yang terkenal itu. Namun, Oxford PV – sebuah spin-off dari universitas tersebut – mengklaim bahwa sel tandemnya
akan “memenuhi atau melampaui semua harapan seumur hidup industri” dan telah memulai
produksi sel perovskit-on-silikon dalam skala besar di pabrik mereka di Jerman, yaitu yang pertama dari
jenisnya di dunia. Oxford PV baru saja meluncurkan modul tandem perovskitnya secara komersial, dan
meskipun kami tidak dapat memastikan apakah mereka berbagi wawasan dengan tim peneliti, hal ini tidak mengherankan.
Sebelum kita terlalu terbawa suasana, izinkan saya membawa kita semua kembali ke bumi sejenak,
dan menegaskan kembali bahwa meskipun teknologi PV yang aneh ini menarik, mereka masih dalam
tahap pengembangan awal. Tidak ada cara untuk mengetahui kapan atau bahkan apakah kita akan melihat hal-hal ini di alam liar.
Jalan menuju komersialisasi dipenuhi dengan teknologi yang tampaknya kokoh namun tidak pernah
berhasil. Saya harap semua fenomena PV yang aneh dan menakjubkan ini dapat berhasil diatasi,
karena jika hal ini terjadi, berarti akan ada lebih banyak energi surya. Dan semakin banyak tenaga surya, semakin baik.
Tapi bagaimana menurut Anda? Manakah dari bidang penelitian berikut yang menarik perhatian Anda? Langsung ke
komentar dan beri tahu saya dan pastikan untuk mendengarkan podcast tindak lanjut saya, Still TBD, di mana kita akan
melanjutkan percakapan ini. Terima kasih seperti biasa kepada pelanggan saya atas
dukungan Anda yang tiada henti… bantuan Anda sangat membantu menjaga saluran ini tetap berjalan. Sampai jumpa di kesempatan berikutnya.