Seiring pertumbuhan peradaban, energi yang dibutuhkan untuk mendukung cara hidup kita meningkat setiap hari, mengharuskan kita menemukan cara baru dan inovatif untuk memanfaatkan sumber daya terbarukan kita, seperti sinar matahari, untuk menciptakan lebih banyak energi bagi masyarakat kita untuk melanjutkan Kemajuan.
Sinar matahari telah menyediakan dan memungkinkan kehidupan di planet kita selama berabad-abad. Baik secara langsung maupun tidak langsung, matahari memungkinkan pembangkitan hampir semua sumber energi yang dikenal seperti bahan bakar fosil, hidro, angin, biomassa, dll. Seiring berkembangnya peradaban, energi yang dibutuhkan untuk mendukung cara hidup kita meningkat setiap hari, mengharuskan kita untuk menemukan cara baru dan inovatif untuk memanfaatkan sumber daya terbarukan kita, seperti sinar matahari, untuk menciptakan lebih banyak energi bagi masyarakat kita untuk melanjutkan Kemajuan.
Sejauh dunia kuno kita telah mampu bertahan hidup dengan energi matahari, menggunakan sinar matahari sebagai sumber energi yang berasal dari bangunan yang dibangun lebih dari 6.000 tahun yang lalu, dengan mengarahkan rumah sehingga sinar matahari melewati bukaan yang bertindak sebagai bentuk pemanas. .Ribuan tahun kemudian, orang Mesir dan Yunani menggunakan teknik yang sama untuk menjaga rumah mereka tetap sejuk selama musim panas dengan melindungi mereka dari matahari [1]. Jendela panel tunggal yang besar digunakan sebagai jendela panas matahari, memungkinkan panas dari matahari masuk tetapi menjebak panas di dalam.Sinar matahari tidak hanya penting untuk panas yang dihasilkan di dunia kuno, tetapi juga digunakan untuk mengawetkan dan mengawetkan makanan melalui garam.Dalam salinisasi, matahari digunakan untuk menguapkan air laut beracun dan mendapatkan garam, yang dikumpulkan di kolam surya [1]. Pada akhir Renaissance, Leonardo da Vinci mengusulkan aplikasi industri pertama konsentrator surya cermin cekung sebagai pemanas air, dan kemudian Leonardo juga mengusulkan teknologi pengelasan copper menggunakan radiasi matahari dan memungkinkan solusi teknis untuk menjalankan mesin tekstil [1].Segera selama Revolusi Industri, W. Adams menciptakan apa yang sekarang disebut oven surya.Oven ini memiliki delapan cermin kaca perak simetris yang membentuk reflektor segi delapan.Sinar matahari adalah terkonsentrasi oleh cermin ke dalam kotak kayu berlapis kaca di mana pot akan ditempatkan dan biarkan mendidih[1]. Maju cepat beberapa ratus tahun dan mesin uap surya dibangun sekitar tahun 1882 [1]. Abel Pifre menggunakan cermin cekung 3,5 m dan memfokuskannya pada ketel uap silinder yang menghasilkan daya yang cukup untuk menggerakkan mesin cetak.
Pada tahun 2004, pembangkit listrik tenaga surya terkonsentrasi komersial pertama di dunia bernama Planta Solar 10 didirikan di Seville, Spanyol. Sinar matahari dipantulkan ke menara sekitar 624 meter, di mana penerima surya dipasang dengan turbin uap dan generator. Ini mampu menghasilkan energi untuk memberi daya lebih dari 5.500 rumah. Hampir satu dekade kemudian, pada tahun 2014, pembangkit listrik tenaga surya terbesar di dunia dibuka di California, AS. Pembangkit ini menggunakan lebih dari 300.000 cermin yang dikendalikan dan memungkinkan produksi 377 megawatt listrik untuk memberi daya pada sekitar 140.000 rumah [ 1].
Tidak hanya pabrik yang dibangun dan digunakan, tetapi konsumen di toko ritel juga menciptakan teknologi baru. Panel surya memulai debutnya, dan bahkan mobil bertenaga surya ikut bermain, tetapi salah satu perkembangan terbaru yang belum diumumkan adalah panel surya baru. teknologi dpt dipakai bertenaga.Dengan mengintegrasikan koneksi USB atau perangkat lain, ini memungkinkan koneksi dari pakaian ke perangkat seperti sumber, telepon, dan earbud, yang dapat diisi daya saat bepergian.Baru beberapa tahun yang lalu, tim peneliti Jepang di Riken Institute and Torah Industries menggambarkan pengembangan sel surya organik tipis yang akan memanaskan pakaian ke pakaian, memungkinkan sel menyerap energi matahari dan menggunakannya sebagai sumber daya [2] ]. Sel surya mikro adalah sel fotovoltaik organik dengan termal stabilitas dan fleksibilitas hingga 120 °C [2].Anggota kelompok penelitian berdasarkan sel fotovoltaik organik pada bahan yang disebut PNTz4T [3].PNTz4T adalah polimer semikonduktor yang sebelumnya dikembangkan oleh Riken untukstabilitas lingkungan dan efisiensi konversi daya yang tinggi, kemudian kedua sisi sel ditutupi dengan elastomer, bahan seperti karet [3]. Dalam prosesnya, mereka menggunakan dua elastomer akrilik pra-regangan setebal 500 mikron yang memungkinkan cahaya masuk sel tetapi mencegah air dan udara masuk ke dalam sel. Penggunaan elastomer ini membantu mengurangi degradasi baterai itu sendiri dan memperpanjang umurnya [3].
Salah satu kelemahan industri yang paling menonjol adalah air. Degenerasi sel-sel ini dapat disebabkan oleh berbagai faktor, tetapi yang terbesar adalah air, musuh umum teknologi apa pun. Kelembaban berlebih dan paparan udara yang terlalu lama dapat berdampak negatif pada efisiensi sel fotovoltaik organik [4].Meskipun Anda dapat menghindari terkena air di komputer atau ponsel Anda dalam banyak kasus, Anda tidak dapat menghindarinya dengan pakaian Anda.Apakah itu hujan atau mesin cuci, air tidak dapat dihindari.Setelah berbagai tes pada sel fotovoltaik organik berdiri bebas dan sel fotovoltaik organik berlapis dua sisi, kedua sel fotovoltaik organik direndam dalam air selama 120 menit, disimpulkan bahwa kekuatan sel fotovoltaik organik berdiri bebas adalah Efisiensi konversi hanya berkurang sebesar 5,4%. Sel berkurang 20,8% [5].
Gambar 1. Efisiensi konversi daya yang dinormalisasi sebagai fungsi waktu perendaman. Batang kesalahan pada grafik mewakili standar deviasi yang dinormalisasi dengan rata-rata efisiensi konversi daya awal di setiap struktur [5].
Gambar 2 menggambarkan perkembangan lain di Universitas Nottingham Trent, sel surya mini yang dapat disematkan pada benang, yang kemudian ditenun menjadi tekstil [2]. Setiap baterai yang disertakan dalam produk memenuhi kriteria tertentu untuk digunakan, seperti persyaratan Panjang 3mm dan lebar 1,5mm [2].Setiap unit dilaminasi dengan resin tahan air untuk memungkinkan cucian dicuci di ruang cuci atau karena cuaca [2].Baterai juga disesuaikan untuk kenyamanan, dan masing-masing dipasang di cara yang tidak menonjol atau mengiritasi kulit pemakainya. Dalam penelitian lebih lanjut ditemukan bahwa dalam sepotong kecil pakaian yang mirip dengan bagian kain 5cm^2 dapat berisi lebih dari 200 sel, idealnya menghasilkan energi 2,5 – 10 volt, dan menyimpulkan bahwa hanya ada 2000 sel Sel perlu dapat mengisi daya smartphone [2].
Gambar 2. Sel surya mikro dengan panjang 3 mm dan lebar 1,5 mm (foto milik Nottingham Trent University) [2].
Kain fotovoltaik menggabungkan dua polimer ringan dan berbiaya rendah untuk membuat tekstil penghasil energi. Yang pertama dari dua komponen adalah sel surya mikro, yang memanen energi dari sinar matahari, dan yang kedua terdiri dari generator nano, yang mengubah energi mekanik menjadi listrik [ 6]. Bagian fotovoltaik dari kain terdiri dari serat polimer, yang kemudian dilapisi dengan lapisan mangan, seng oksida (bahan fotovoltaik), dan tembaga iodida (untuk pengumpulan muatan) [6]. Sel-sel tersebut kemudian dijalin bersama dengan kawat tembaga kecil dan diintegrasikan ke dalam pakaian.
Rahasia di balik inovasi ini terletak pada elektroda transparan perangkat fotovoltaik fleksibel. Elektroda konduktif transparan adalah salah satu komponen pada sel fotovoltaik yang memungkinkan cahaya masuk ke dalam sel, meningkatkan laju pengumpulan cahaya. Indium-doped tin oxide (ITO) digunakan untuk membuat elektroda transparan ini, yang digunakan untuk transparansi ideal (>80%) dan ketahanan lembaran yang baik serta stabilitas lingkungan yang sangat baik [7]. ITO sangat penting karena semua komponennya berada dalam proporsi yang hampir sempurna. Rasio ketebalan dikombinasikan dengan transparansi dan ketahanan memaksimalkan hasil elektroda [7]. Setiap fluktuasi rasio akan berdampak negatif pada elektroda dan dengan demikian kinerja. Misalnya, meningkatkan ketebalan elektroda mengurangi transparansi dan ketahanan, yang menyebabkan penurunan kinerja. Namun, ITO adalah sumber daya terbatas yang cepat dikonsumsi. Penelitian telah dilakukan untuk menemukan alternatif yang tidak hanya mencapaiITO, namun diharapkan dapat mengungguli kinerja ITO [7].
Bahan seperti substrat polimer yang telah dimodifikasi dengan oksida konduktif transparan telah semakin populer sejauh ini. Sayangnya, substrat ini telah terbukti rapuh, kaku dan berat, yang sangat mengurangi fleksibilitas dan kinerja [7]. Para peneliti menawarkan solusi untuk menggunakan sel surya seperti serat fleksibel sebagai pengganti elektroda. Baterai berserat terdiri dari elektroda dan dua kabel logam berbeda yang dipilin dan dikombinasikan dengan bahan aktif untuk menggantikan elektroda [7]. Sel surya telah menjanjikan karena bobotnya yang ringan , tetapi masalahnya adalah kurangnya area kontak antara kabel logam, yang mengurangi area kontak dan dengan demikian menghasilkan penurunan kinerja fotovoltaik [7].
Faktor lingkungan juga menjadi motivator besar untuk melanjutkan penelitian. Saat ini, dunia sangat bergantung pada sumber energi tak terbarukan seperti bahan bakar fosil, batu bara, dan minyak. Pergeseran fokus dari sumber energi tak terbarukan ke sumber energi terbarukan, termasuk energi surya, adalah investasi yang diperlukan untuk masa depan. Setiap hari jutaan orang mengisi daya ponsel, komputer, laptop, jam tangan pintar, dan semua perangkat elektronik mereka, dan menggunakan kain kami untuk mengisi daya perangkat ini hanya dengan berjalan kaki dapat mengurangi penggunaan bahan bakar fosil. sepele dalam skala kecil 1 atau bahkan 500 orang, jika ditingkatkan hingga puluhan juta dapat secara signifikan mengurangi penggunaan bahan bakar fosil kita.
Panel surya di pembangkit listrik tenaga surya, termasuk yang dipasang di atas rumah, diketahui dapat membantu penggunaan energi terbarukan dan mengurangi penggunaan bahan bakar fosil, yang masih banyak digunakan. Amerika. Salah satu masalah utama bagi industri ini adalah mendapatkan lahan untuk membangun ladang ini. Rata-rata rumah tangga hanya dapat mendukung sejumlah panel surya, dan jumlah ladang tenaga surya terbatas. Di daerah dengan ruang yang luas, kebanyakan orang selalu ragu untuk membangun pembangkit listrik tenaga surya baru karena menutup kemungkinan secara permanen dan potensi peluang lain di darat, seperti bisnis baru. Ada sejumlah besar instalasi panel fotovoltaik terapung yang dapat menghasilkan listrik dalam jumlah besar baru-baru ini, dan manfaat utama dari pembangkit listrik tenaga surya terapung adalah pengurangan biaya [8]. tanah tidak digunakan, tidak perlu khawatir tentang biaya pemasangan di atas rumah dan bangunan. Semua peternakan surya terapung yang diketahui saat ini terletak di badan air buatan, dan di masa depan akans mungkin untuk menempatkan peternakan ini di badan air alami.Reservoir buatan memiliki banyak keuntungan yang tidak umum di lautan [9]. Reservoir buatan mudah dikelola, dan dengan infrastruktur dan jalan sebelumnya, peternakan dapat dengan mudah dipasang. Peternakan surya terapung juga telah terbukti lebih produktif daripada pertanian surya berbasis lahan karena variasi suhu antara air dan tanah [9]. Karena panas spesifik air yang tinggi, suhu permukaan tanah umumnya lebih tinggi daripada badan air, dan suhu tinggi telah terbukti berdampak negatif terhadap kinerja tingkat konversi panel surya. Meskipun suhu tidak mengontrol berapa banyak sinar matahari yang diterima panel, itu mempengaruhi berapa banyak energi yang Anda terima dari sinar matahari. Pada energi rendah (yaitu, suhu yang lebih dingin), elektron di dalam panel surya akan berada di keadaan istirahat, dan kemudian ketika sinar matahari mengenai, mereka akan mencapai keadaan tereksitasi [10]. Perbedaan antara keadaan istirahat dan keadaan tereksitasi adalah berapa banyak energi yang dihasilkan dalam tegangan.ht menggairahkan elektron-elektron ini, tetapi begitu juga panas. Jika panas di sekitar panel surya memberi energi pada elektron dan menempatkannya dalam keadaan tereksitasi rendah, tegangannya tidak akan sebesar saat sinar matahari mengenai panel [10]. Karena tanah menyerap dan memancarkan lebih mudah panas daripada air, elektron dalam panel surya di darat cenderung berada dalam keadaan tereksitasi lebih tinggi, dan kemudian panel surya terletak di atau dekat badan air yang lebih dingin. Penelitian lebih lanjut membuktikan bahwa efek pendinginan dari air di sekitar panel apung membantu menghasilkan energi 12,5% lebih banyak daripada di darat [9].
Sejauh ini, panel surya hanya memenuhi 1% dari kebutuhan energi Amerika, tetapi jika ladang tenaga surya ini ditanam di seperempat reservoir air buatan, panel surya akan memenuhi hampir 10% kebutuhan energi Amerika. Di Colorado, tempat terapung panel diperkenalkan sesegera mungkin, dua reservoir air besar di Colorado kehilangan banyak air karena penguapan, tetapi dengan memasang panel terapung ini, reservoir dicegah dari kekeringan dan listrik dihasilkan [11].Bahkan satu persen manusia Reservoir buatan yang dilengkapi dengan ladang tenaga surya akan cukup untuk menghasilkan setidaknya 400 gigawatt listrik, cukup untuk menyalakan 44 miliar bola lampu LED selama lebih dari setahun.
Gambar 4a menunjukkan peningkatan daya yang disediakan oleh sel surya terapung dalam kaitannya dengan Gambar 4b. Meskipun ada beberapa pembangkit listrik tenaga surya terapung dalam dekade terakhir, mereka masih membuat perbedaan besar dalam pembangkit listrik. Di masa depan, ketika pembangkit listrik tenaga surya terapung menjadi lebih melimpah, total energi yang dihasilkan dikatakan tiga kali lipat dari 0,5TW pada 2018 menjadi 1,1TW pada akhir 2022.[12].
Secara lingkungan, pembangkit listrik tenaga surya terapung ini sangat bermanfaat dalam banyak hal. Selain mengurangi ketergantungan pada bahan bakar fosil, pembangkit listrik tenaga surya juga mengurangi jumlah udara dan sinar matahari yang mencapai permukaan air, yang dapat membantu membalikkan perubahan iklim [9]. pertanian yang mengurangi kecepatan angin dan sinar matahari langsung yang mengenai permukaan air setidaknya 10% dapat mengimbangi satu dekade penuh pemanasan global [9]. Dalam hal keanekaragaman hayati dan ekologi, tampaknya tidak ada dampak negatif besar yang ditemukan. Panel mencegah angin kencang aktivitas di permukaan air, sehingga mengurangi erosi di tepi sungai, melindungi dan merangsang tumbuh-tumbuhan.[13]. Tidak ada hasil pasti apakah kehidupan laut terpengaruh, tetapi langkah-langkah seperti bio-gubuk berisi cangkang yang dibuat oleh Ecocean telah telah terendam di bawah panel fotovoltaik untuk berpotensi mendukung kehidupan laut. [13] Salah satu perhatian utama dari penelitian yang sedang berlangsung adalah dampak potensial pada rantai makanan karena pemasangan infrastruktur sepertipanel fotovoltaik di perairan terbuka daripada reservoir buatan manusia. Karena lebih sedikit sinar matahari yang masuk ke perairan, hal itu menyebabkan penurunan laju fotosintesis, yang mengakibatkan hilangnya fitoplankton dan makrofita secara besar-besaran. Dengan berkurangnya tanaman ini, berdampak pada hewan lebih rendah dalam rantai makanan, dll, mengarah pada subsidi untuk organisme air [14]. Meskipun belum terjadi, hal ini dapat mencegah potensi kerusakan lebih lanjut pada ekosistem, kelemahan utama dari tambak surya terapung.
Karena matahari adalah sumber energi terbesar kita, sulit menemukan cara untuk memanfaatkan energi ini dan menggunakannya di komunitas kita.Teknologi dan inovasi baru yang tersedia setiap hari memungkinkan hal ini.Meskipun tidak banyak pakaian bertenaga surya yang dapat dikenakan untuk membeli atau mengunjungi peternakan surya terapung sekarang, itu tidak mengubah fakta bahwa teknologi tidak memiliki potensi besar atau masa depan yang cerah. Sel surya terapung memiliki jalan panjang dalam arti satwa liar untuk menjadi biasa seperti panel surya di atas rumah.Sel surya yang dapat dipakai memiliki jalan panjang sebelum menjadi biasa seperti pakaian yang kita kenakan setiap hari.Di masa depan, sel surya diharapkan dapat digunakan dalam kehidupan sehari-hari tanpa harus disembunyikan di antara kita pakaian. Seiring kemajuan teknologi dalam beberapa dekade mendatang, potensi industri surya tidak terbatas.
Tentang Raj Shah Dr. Raj Shah adalah direktur Perusahaan Instrumen Koehler di New York, tempat dia bekerja selama 27 tahun. Dia adalah rekan yang dipilih oleh rekan-rekannya di IChemE, CMI, STLE, AIC, NLGI, INSMTC, Institute of Fisika, Institut Penelitian Energi dan Royal Society of Chemistry. Penerima Penghargaan ASTM Eagle, Dr. Shah baru-baru ini mengedit bersama “Buku Pegangan Bahan Bakar dan Pelumas” terlaris, detail yang tersedia di Buku Pegangan Bahan Bakar dan Pelumas yang Ditunggu-Tunggu ASTM, Edisi ke-2 – 15 Juli, 2020 – David Phillips – Artikel Berita Industri Petro – Petro Online (petro-online.com)
Dr. Shah meraih gelar PhD di bidang Teknik Kimia dari Penn State University dan anggota dari Chartered School of Management, London.Ia juga merupakan Chartered Scientist dari Scientific Council, Chartered Petroleum Engineer dari Energy Institute dan UK Engineering Council.Dr.Shah baru-baru ini mendapat penghargaan sebagai Insinyur Terhormat oleh Tau beta Pi, perkumpulan teknik terbesar di Amerika Serikat. Dia berada di dewan penasihat Universitas Farmingdale (Teknologi Mekanik), Universitas Auburn (Tribologi), dan Universitas Stony Brook (Teknik Kimia/ Ilmu dan Teknik Material).
Raj adalah asisten profesor di Departemen Ilmu Material dan Teknik Kimia di SUNY Stony Brook, telah menerbitkan lebih dari 475 artikel dan telah aktif di bidang energi selama lebih dari 3 tahun. Informasi lebih lanjut tentang Raj dapat ditemukan di Direktur Perusahaan Instrumen Koehler terpilih sebagai Fellow di International Institute of Physics Petro Online (petro-online.com)
Mariz Baslious dan Blerim Gashi adalah mahasiswa teknik kimia di SUNY, dan Dr. Raj Shah memimpin dewan penasihat eksternal universitas. Mariz dan Blerim adalah bagian dari program magang yang berkembang di Koehler Instrument, Inc. di Holtzville, NY, yang mendorong siswa untuk belajar lebih banyak tentang dunia teknologi energi alternatif.
Waktu posting: Feb-12-2022
