Oleh : Achmad Khoirul Huda
Email : [email protected]

ABSTRAK

Pembangkit listrik tenaga surya (PLTS) merupakan salah satu sumber energi terbarukan yang potensial dalam mengatasi krisis energi global dan isu lingkungan. Namun, efisiensi konversi energi dari sinar matahari menjadi listrik masih menjadi tantangan utama dalam pengembangan teknologi ini. Laporan ini membahas berbagai metode dan teknologi untuk meningkatkan efisiensi konversi energi pada sistem PLTS, meliputi optimisasi desain sel surya, penggunaan material baru, dan penerapan teknologi pelacak matahari (solar tracker). Studi ini juga mengkaji implementasi sistem penyimpanan energi untuk meningkatkan stabilitas dan ketersediaan daya dari PLTS. Dengan mengintegrasikan berbagai inovasi ini, diharapkan efisiensi konversi energi dapat ditingkatkan secara signifikan.

Kata kunci: Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS), Sel Surya, Teknologi Pelacak Matahari. 

PENDAHULUAN

Energi surya merupakan salah satu sumber energi terbarukan yang paling menjanjikan karena keberlimpahannya dan dampak lingkungan yang minimal. Namun, efisiensi konversi energi matahari menjadi listrik oleh sel surya masih menjadi kendala utama. Secara umum, efisiensi sel surya komersial saat ini berkisar antara 15-20%, yang berarti sebagian besar energi matahari tidak dapat dimanfaatkan (Green et al., 2021). Dengan kata lain, hanya sebagian kecil dari energi matahari yang dapat dikonversi menjadi energi listrik yang dapat digunakan.

Penelitian dan pengembangan dalam bidang teknologi fotovoltaik terus dilakukan untuk mengatasi kendala ini. Salah satu pendekatan utama adalah dengan meningkatkan efisiensi konversi energi pada tingkat material dan desain sel surya. Teknologi-teknologi baru, seperti sel surya perovskit dan tandem, menunjukkan potensi untuk mencapai efisiensi yang lebih tinggi dibandingkan dengan sel surya silikon konvensional (Polman et al., 2016).

Selain itu, penggunaan teknologi pelacak matahari (solar tracker) dapat membantu meningkatkan efisiensi sistem PLTS dengan mengoptimalkan orientasi panel surya sepanjang hari (Razykov et al., 2011). Namun, teknologi ini juga membawa tantangan baru terkait biaya dan pemeliharaan. Di sisi lain, sistem penyimpanan energi menjadi penting untuk mengatasi intermittensi dan ketidakstabilan produksi energi surya (Ellabban et al., 2014). Dengan demikian, integrasi inovasi dalam desain sel surya, teknologi pelacak matahari, dan sistem penyimpanan energi diharapkan dapat meningkatkan efisiensi dan keandalan PLTS secara keseluruhan.

ISI

1. Optimasi desain dan material sel surya

Desain dan material sel surya merupakan faktor utama yang mempengaruhi efisiensi konversi energi. Dalam beberapa tahun terakhir, penelitian telah difokuskan pada pengembangan material baru dan struktur sel yang lebih efisien. Sel surya perovskit, misalnya, telah menunjukkan efisiensi konversi energi yang sangat tinggi dalam kondisi laboratorium. Penelitian menunjukkan bahwa efisiensi sel surya perovskit dapat mencapai lebih dari 25%, jauh melampaui efisiensi sel surya silikon konvensional (Kojima et al., 2009).

Selain perovskit, teknologi sel surya tandem yang menggabungkan beberapa lapisan material dengan celah energi (bandgap) berbeda juga menunjukkan potensi yang signifikan. Teknologi ini memungkinkan penyerapan spektrum cahaya yang lebih luas, sehingga meningkatkan efisiensi konversi energi (Polman et al., 2016). Namun, tantangan utama dalam penerapan teknologi ini adalah biaya produksi yang tinggi dan stabilitas material dalam jangka panjang (Wu et al., 2014).

Desain struktur sel surya juga menjadi fokus penting dalam penelitian. Struktur tandem dan multijunction, misalnya, memungkinkan peningkatan penyerapan cahaya dan efisiensi konversi energi (Green, 2003). Namun, implementasi struktur ini dalam skala komersial masih menghadapi berbagai tantangan teknis dan ekonomis. Oleh karena itu, penelitian lebih lanjut diperlukan untuk menemukan solusi yang dapat diadopsi secara luas.

2. Teknologi Pelacak Matahari (Solar Tracker)

Penggunaan teknologi pelacak matahari dapat meningkatkan efisiensi penangkapan energi dengan mengoptimalkan orientasi panel surya sesuai dengan posisi matahari sepanjang hari. Sistem pelacak satu sumbu dan dua sumbu masing-masing memiliki keunggulan dan keterbatasan. Pelacak satu sumbu memungkinkan panel surya mengikuti pergerakan matahari dari timur ke barat, sementara pelacak dua sumbu memungkinkan penyesuaian dalam dua arah, sehingga dapat menangkap sinar matahari secara optimal sepanjang hari (Razykov et al., 2011).

Pelacak dua sumbu, meskipun lebih mahal dan kompleks, dapat meningkatkan efisiensi hingga 30% dibandingkan dengan sistem tetap (Chen et al., 2019). Namun, teknologi ini juga membawa tantangan baru terkait biaya investasi awal yang tinggi dan kebutuhan pemeliharaan yang intensif. Selain itu, implementasi pelacak matahari memerlukan lahan yang lebih luas dan struktur pendukung yang kuat untuk mengatasi beban angin dan kondisi cuaca ekstrem.

Meskipun demikian, keuntungan dari peningkatan efisiensi penangkapan energi membuat teknologi pelacak matahari menjadi pilihan menarik untuk diimplementasikan pada sistem PLTS, terutama di daerah dengan intensitas cahaya matahari tinggi dan lahan yang memadai. Penelitian lebih lanjut dan pengembangan teknologi ini dapat membantu menurunkan biaya dan meningkatkan keandalan sistem pelacak matahari, sehingga dapat diadopsi secara lebih luas dalam industri energi terbarukan.

3. Sistem Penyimpanan Energi

Salah satu tantangan utama dalam pemanfaatan energi surya adalah ketidakstabilan dan intermittensi sumber daya. Implementasi sistem penyimpanan energi, seperti baterai lithium-ion dan teknologi penyimpanan energi lainnya, dapat membantu mengatasi masalah ini dengan menyimpan energi yang dihasilkan pada saat produksi berlebih untuk digunakan saat produksi berkurang (Ellabban et al., 2014).

Baterai lithium-ion merupakan salah satu teknologi penyimpanan energi yang paling umum digunakan karena densitas energinya yang tinggi dan efisiensinya yang baik. Namun, baterai ini memiliki umur pakai terbatas dan biaya yang relatif tinggi. Oleh karena itu, penelitian dan pengembangan terus dilakukan untuk meningkatkan umur pakai dan menurunkan biaya produksi baterai lithium-ion (Schmela et al., 2021).

Selain baterai lithium-ion, teknologi penyimpanan energi lain seperti baterai solid-state dan penyimpanan energi mekanik (misalnya, flywheel dan pompa hidroelektrik) juga menunjukkan potensi yang signifikan. Teknologi baterai solid-state menawarkan keamanan yang lebih tinggi dan potensi densitas energi yang lebih besar, namun masih dalam tahap pengembangan awal dan menghadapi tantangan teknis (Green et al., 2003).

Sistem penyimpanan energi yang efisien dan andal sangat penting untuk memastikan kestabilan dan kontinuitas pasokan energi dari PLTS. Dengan integrasi teknologi penyimpanan energi yang tepat, sistem PLTS dapat mengurangi dampak intermittensi dan meningkatkan kontribusinya terhadap jaringan listrik nasional. Penelitian dan pengembangan lebih lanjut dalam bidang ini diharapkan dapat menghasilkan solusi yang lebih baik dan lebih ekonomis.

Permasalahan yang Belum Terselesaikan dan Solusinya

Meskipun telah banyak kemajuan dalam pengembangan teknologi PLTS, beberapa permasalahan utama dalam peningkatan efisiensi konversi energi di PLTS masih belum terselesaikan. Berikut adalah beberapa permasalahan utama beserta solusinya:

1. Stabilitas Material Sel Surya: Material baru seperti perovskit menunjukkan efisiensi tinggi namun masih menghadapi tantangan dalam hal stabilitas jangka panjang. Perovskit rentan terhadap degradasi di bawah kondisi lingkungan yang keras, seperti paparan cahaya UV, kelembaban, dan suhu tinggi (Wu et al., 2014). Solusi potensial untuk mengatasi masalah ini adalah dengan mengembangkan teknik pelapisan dan enkapsulasi yang lebih baik untuk melindungi material dari kondisi lingkungan yang merusak. Penelitian lebih lanjut juga diperlukan untuk memahami mekanisme degradasi dan menemukan material perovskit yang lebih stabil.
2. Biaya Produksi: Teknologi canggih seperti sel surya tandem dan pelacak matahari membutuhkan biaya investasi yang tinggi, sehingga menjadi penghalang untuk adopsi secara luas. Salah satu solusi untuk mengatasi masalah ini adalah dengan mengembangkan proses produksi yang lebih efisien dan skala besar untuk menurunkan biaya per unit. Selain itu, inovasi dalam desain modular dan penggunaan material yang lebih murah dapat membantu mengurangi biaya produksi. Pemerintah dan industri juga perlu bekerja sama untuk menyediakan insentif dan dukungan finansial bagi pengembangan dan penerapan teknologi baru ini.
3. Efektivitas Sistem Penyimpanan Energi: Baterai yang digunakan dalam sistem penyimpanan energi memiliki umur pakai yang terbatas dan biaya yang masih relatif tinggi. Pengembangan teknologi baterai yang lebih efisien, seperti baterai solid-state, dapat menjadi solusi jangka panjang. Baterai solid-state menawarkan keunggulan dalam hal keamanan, kapasitas penyimpanan, dan umur pakai yang lebih lama dibandingkan dengan baterai lithium-ion konvensional (Schmela et al., 2021). Selain itu, penelitian dalam bidang material baru untuk baterai, seperti penggunaan nanomaterial dan elektrolit berbasis gel, dapat membantu meningkatkan kinerja dan menurunkan biaya.
4. Integrasi dengan Grid Listrik: Integrasi PLTS dengan jaringan listrik konvensional seringkali menghadapi kendala teknis dan regulasi. Salah satu solusi adalah pengembangan smart grid yang mampu mengelola aliran energi dari berbagai sumber secara efisien dan fleksibel. Smart grid menggunakan teknologi informasi dan komunikasi untuk mengoptimalkan distribusi energi, mengurangi kehilangan energi, dan meningkatkan keandalan sistem (Ellabban et al., 2014). Selain itu, diperlukan kerjasama antara pemerintah, penyedia energi, dan regulator untuk menyusun kebijakan yang mendukung adopsi teknologi PLTS secara luas dan memastikan bahwa jaringan listrik mampu mengakomodasi kontribusi energi terbarukan dengan baik.

KESIMPULAN

Meningkatkan efisiensi konversi energi dalam sistem PLTS adalah langkah penting dalam memaksimalkan potensi energi surya sebagai sumber energi terbarukan. Melalui optimisasi desain dan material sel surya, penerapan teknologi pelacak matahari, dan integrasi sistem penyimpanan energi, efisiensi konversi dapat ditingkatkan secara signifikan. Penelitian lebih lanjut dan penerapan teknologi inovatif ini diharapkan dapat mendukung pengembangan sistem PLTS yang lebih efisien dan andal.

DAFTAR PUSTAKA

Green, M. A., Dunlop, E. D., Hohl-Ebinger, J., Yoshita, M., Kopidakis, N., & Ho-Baillie, A. W. Y. (2021). Solar cell efficiency tables (version 57). Progress in Photovoltaics: Research and Applications, 29(1), 3-15.

Kojima, A., Teshima, K., Shirai, Y., & Miyasaka, T. (2009). Organometal halide perovskites as visible-light sensitizers for photovoltaic cells. Journal of the American Chemical Society, 131(17), 6050-6051.

Polman, A., Knight, M., Garnett, E. C., Ehrler, B., & Sinke, W. C. (2016). Photovoltaic materials: Present efficiencies and future challenges. Science, 352(6283), aad4424.

Chen, W., Shen, L., Guo, Z., & Li, H. (2019). A review on the solar energy resource assessment and photovoltaic applications. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 104, 202-219.

King, R. R., Law, D. C., Edmondson, K. M., Fetzer, C. M., Kinsey, G. S., Yoon, H., … & Karam, N. H. (2007). 40% efficient metamorphic GaInP/GaInAs/Ge multijunction solar cells. Applied Physics Letters, 90(18), 183516.

Green, M. A. (2003). Third generation photovoltaics: solar cells for 2020 and beyond. Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, 14(1-2), 65-70.

Schmela, M., Philipps, S., & Haenel, T. (2021). Photovoltaics report. Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE.

Wu, W., Zhang, Q., & Yang, X. (2014). Perovskite solar cells: materials, processes, and devices. Advanced Materials, 26(27), 4982-5013.

Razykov, T. M., Ferekides, C. S., Morel, D., Stefanakos, E., Ullal, H. S., & Upadhyaya, H. M. (2011). Solar photovoltaic electricity: Current status and future prospects. Solar Energy, 85(8), 1580-1608.

Ellabban, O., Abu-Rub, H., & Blaabjerg, F. (2014). Renewable energy resources: Current status, future prospects and their enabling technology. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 39, 748-764.