Ditulis oleh Ivanna

Sumber dan pengolahan energi yang efisien, efektif, terjangkau, ramah lingkungan, serta berkelanjutan menjadi salah satu inovasi utama di era ini. Seturut dengan dikeluarkannya Perjanjian Paris, atau Paris Agreement, yaitu kesepakatan internasional untuk mengatasi perubahan iklim global dengan pembatasan pemanasan global hingga 1,5 derajat celcius, Indonesia juga mengumumkan komitmen net-zero emission di 2050. Dengan itu, seluruh negara, termasuk Indonesia memandang pentingnya riset serta implementasi hijau dan keberlanjutan (sustainable) di segala aspek.

Maka dari itu, pengolahan energi baru terbarukan menjadi suatu hal yang terus dikembangkan. Ada berbagai tantangan dalam penerapan energi hijau, antara lain; biaya yang komparatif dengan sumber fosil, tetapi tetap tinggi (irena.org, 2023), tren kebutuhan yang pesat yang masih bergantung pada bahan bakar fosil (ren21.net, 2022), dan energi terbarukan yang sangat bergantung pada kondisi alam..

SEL SURYA

Solar cell merupakan pembangkit listrik yang mampu mengkonversi sinar matahari menjadi arus listrik (Yuliarto, B., 2011). Panel surya adalah gabungan dari sel-sel surya. Seperti namanya, sel surya menggunakan tenaga ‘surya’ atau matahari. Sebuah sel surya mengubah foton menjadi listrik menggunakan efek fotolistrik. Sel surya sendiri memiliki beberapa kriteria fisik yang secara signifikan memengaruhi efektivitas dan aspek fungsional dari sebuah panel surya. Kriteria tersebut antara lain: parameter ukuran dan tipe komponen mekanik, perubahan efisiensi oleh karena kenaikan temperatur, kemampuan elektrikal (arus maksimum & efisiensi), fungsional (performa dan kemudahan penggunaan), kualitas (service life, degradasi sel, keramahlingkungan manufaktur).

Salah satu contoh bahan yang digunakan pada pembuatan sel surya saat pertama dikembangkan ialah sel surya basis silikon. Namun, sel surya berbasis silikon ini mahal untuk diproduksi dan memiliki hambatan utama yang menghalangi untuk melakukan pembangkitan energi primer secara luas. Oleh karena itu, pengembangan sel surya terus dilakukan hingga saat ini untuk meningkatkan efektivitas konversi ke energi listrik, menurunkan biaya, meningkatkan keberlanjutan di setiap aspek, dan fleksibilitas untuk implementasinya..

TEKNOLOGI NANO-HYBRID

  Pengembangan riset yang pesat juga ditunjukkan melalui inovasi nanoteknologi. Nanoteknologi adalah teknologi, ilmu pengetahuan, dan teknik yang dilakukan pada skala nano yang berkisar antara 1 hingga 100 nm (nanometer). (Phogat et. al, 2018). Pengembangan teknologi nano juga diintegrasikan pada sel surya. Oleh karena unit komponen yang berskala nano, maka panel surya yang dihasilkan pun dapat berbentuk lapisan tipis, atau dikenal sebagai thin-film solar panels. Panel surya yang berlapisan tipis memiliki berbagai keunggulan meliputi film yang fleksibel dan mudah untuk diinstal di tempat-tempat tertentu.

Panel surya nano-hybrid terbuat dari lapisan penagkap cahaya dari bahan semikonduktor anorganik dan polimer terkonjugasi. Metode pembuatan sel surya nano-hybrid meliputi metode kimia berbasis larutan dengan pemanasan (metode solvo-termal) (Saunders, B.R., 2012). Sintesisnya cukup sederhana, dan ukuran nanopartikel dapat disesuaikan dengan mengontrol suhu dan waktu reaksi.

Gambar 1.1 Struktur sel surya nano-hybrid

(Sumber : www.sciencedirect.com/science

/article/abs/pii/S0021979711015050)

Nanopartikel dimasukkan ke sel surya melalui pencampuran langsung dispersi nanopartikel pada larutan polimer, melalui spin casting. Spin casting adalah metode fabrikasi untuk menghasilkan lapisan tipis (film tipis). Lalu, sel surya nano-hybrid dikarakterisasi untuk memastikan efektivitas dan validasi pembentukan sel surya nano. Beberapa karakterisasi yang dilakukan berupa karakterisasi ukuran melalui TEM (Transmission Electron Microscopy), analisis ligan dengan termogravimetri, spektrum UV-visible-NIR, menilik tingkat energi dengan voltametri siklik dan PESA (Photoelectron Spectroscopy in Air). Jenis nanopartikel dapat dimodifikasi sehingga indikator sel surya mencapai standar efektif dan baik.

Beberapa indikator yang penting untuk menentukan indikator sel surya yang baik adalah kemampuan PCE (Power Conversion Efficiency) dan EQE (External Quantum Efficiency). PCE (Power Conversion Efficiency) adalah tolak ukur tentang seberapa efektif sel surya mengubah energi matahari (cahaya) yang diterima menjadi energi listrik. Indikator lain yaitu EQE (External Quantum Efficiency) menunjukkan persentase foton yang masuk yang diubah menjadi elektron di rangkaian listrik eksternal.

Pada sel surya nano-hybrid, ada beberapa tantangan untuk menghasilkan PCE (Power Conversion Efficiency) dan EQE (External Quantum Efficiency) yang memiliki persentase melebihi panel dari bahan polimer (tradisional). Hal ini dikarenakan adanya kompleksitas untuk mempertahankan stabilitas dispersi nanopartikel dan morfologinya. Meskipun begitu, dengan jenis nanopartikel dan metode yang tepat, maka sel surya nano-hybrid ini bahkan dapat melebihi yang terdahulu. Keunggulannya antara lain: absorbsi cahaya yang tinggi, desain yang fleksibel, harga yang terjangkau (dibanding solar panel pada umumnya), dan meningkatkan efisiensi dengan menurunkan kerugian rekombinasi. .

IMPLEMENTASI

Menurut data target PLTS yang dikerjakan pemerintah (databoks.katadata.co, 2021), target sebanyak 648,7 Megawatt (MW) dari PLTS dicakup oleh rumah tangga. Artinya, ada suatu target yang besar untuk mengintegrasikan PLTS ke aspek rumah tangga, misalnya perumahan/residential units. Beberapa aspek yang dipertimbangkan dalam integrasi PLTS ke perumahan hijau antara lain:

Dibutuhkan kolaborasi antar berbagai pihak di lingkup suatu negara meliputi pemerintah, masyarakat, perusahaan manufaktur sel surya, serta developer perumahan. Perlu adanya sosialisasi aktif dan peraturan yang mengimplementasikan langsung green energy melalui renewable policy.

Dibutuhkan penyamarataan pembangunan agar integrasi PLTS efektif dan tidak timpang.

Perlu rancangan engineering yang akurat agar peletakan panel surya tepat sasaran dan tidak berujung tidak digunakan/kembali sepenuhnya bergantung pada bahan bakar fosil.

Jenis sel surya terbaik yang mempertimbangkan aspek efisiensi, kemudahan, dan keterjangkauan.

Monitoring keberjalanan implementasi ke perumahan hijau.

Maka dari itu, teknologi sel surya berukuran nano menjadi potensi yang dapat dikembangkan. Implementasi dapat dilakukan dengan strategic planning. Rancangan tersebut meliputi perencanaan terintegrasi yang melibatkan berbagai pihak untuk menyurvei, menilik keadaan lapangan, dan merencanakan secara spesifik tipe perumahan/residental area yang akan diintegrasikan dengan panel surya. Lalu, rancangan dapat dimulai perlahan dari perumahan yang tidak kompleks instalasinya ke yang lebih kompleks. Selanjutnya instalasi dilakukan dengan timeline yang telah ditentukan. Lalu, monitoring dan maintenance rutin dilakukan guna memperhatikan keberjalanan dan efektivitas instalasi PLTS. Terakhir, evaluasi dilakukan untuk menilik kembali dan memperbaiki serta mengembangkan yang kurang.

Gambar 1.2 Integrasi Panel

Surya di Perumahan

(Sumber : https://www.researchgate.

net/publication/272672998_Solar_Energy

_and_Residential_Building_Integration_

Technology_and_Application)

.

Untuk menyimpulkan, meningkatnya emisi karbon mengharuskan setiap pihak untuk menerapkan praktis hijau dan keberlanjutan di semua aspek kehidupan. Salah satu yang sangat erat kaitannya ialah penggunaan energi. Energi surya adalah energi terbarukan yang menjadi suatu potensi besar di Indonesia. Namun, pengembangan sel surya juga menjadi sebuah tantangan yang tidak mudah. Meskipun begitu, peneliti telah menemukan berbagai teknologi berbasis nano yang menghadirkan berbagai keunggulan. Pengembangan dan penemuan sel surya nano-hybrid dapat menjadi suatu titik untuk menggali potensi lebih pada nanoteknologi di PLTS. Penerapan sel surya nano-hybrid yang fleksibel ini dapat diimplementasikan ke perumahan hijau, sehingga menjadikan lingkungan yang berkelanjutan, energi efisien, dan ramah lingkungan.

DAFTAR PUSTAKA

Saunders, B. R. (2011). Hybrid polymer/nanoparticle solar cells: Preparation, principles and challenges. Journal of Colloid and Interface Science, 369(1), 1–15. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2011.12.016

Ma, D., & Xue, Y. (2013). Solar Energy and residential building Integration Technology and Application. International Journal of Clean Coal and Energy, 02(02), 8–12. https://doi.org/10.4236/ijcce.2013.22b002

Phogat, N., Kohl, M., Uddin, I., & Jahan, A. (2018). Interaction of nanoparticles with biomolecules, protein, enzymes, and its applications. In Elsevier eBooks (pp. 253–276). https://doi.org/10.1016/b978-0-12-805364-5.00011-1

Pambudi, N. A., Firdaus, R. A., Rizkiana, R., Ulfa, D. K., Salsabila, M. S., Suharno, N., & Sukatiman, N. (2023). Renewable energy in Indonesia: current status, potential, and future development. Sustainability, 15(3), 2342. https://doi.org/10.3390/su15032342

Renewable power generation costs in 2023. (2024, September 1). https://www.irena.org/Publications/2024/Sep/Renewable-Power-Generation-Costs-in-2023

Renewable Energy Data in Perspective. (2022). https://www.ren21.net/wp-content/uploads/2019/05/GSR2022_Key_Messages

Pusparisa, Y. (2021, March 9). Pemerintah Targetkan Bangun PLTS Atap 2.145 MW hingga 2030. Katadata. https://databoks.katadata.co.id/utilitas/statistik/473a185a032db39/pemerintah-targetkan-bangun-plts-atap-2145-mw-hingga-2030

Solar cell, sumber energi terbarukan masa depan. (n.d.). ESDM. https://www.esdm.go.id/id/media-center/arsip-berita/solar-cell-sumber-energi-terbarukan-masa-depan

Dallaev, R., Pisarenko, T., Papež, N., & Holcman, V. (2023). Overview of the current state of flexible solar panels and photovoltaic materials. Materials, 16(17), 5839. https://doi.org/10.3390/ma16175839

.