Kemajuan Teknologi Surya Membuat Solusi Berbasis Luar Angkasa Menjadi Realistis

Selama cukup lama, penelitian ekstensif tentang cara menangkap dan memanfaatkan tenaga surya berbasis luar angkasa sedang berlangsung. Ilmuwan dan pakar teknologi percaya bahwa tenaga surya berbasis luar angkasa dapat menjadi tambahan yang efisien bagi kumpulan sumber energi berkelanjutan yang tersedia.

Secara fungsional, pengaturan ini akan memiliki panel pengumpul dan pemanen energi di tingkat orbit, yang akan memancarkan kembali energi surya ke penerima yang ditempatkan di planet Bumi. Dan karena melibatkan luar angkasa, planet Bumi, serta jalur transmisi antara kedua titik tersebut, maka harus terdiri dari solusi teknologi canggih.

Dengan menjanjikan, kemajuan yang dicapai dalam teknologi surya di seluruh dunia telah membuat produksi tenaga surya berbasis luar angkasa menjadi dapat dipertimbangkan. Namun sebelum kita menyelami lebih dalam, mari kita lihat sekilas apa arti solusi tenaga surya berbasis luar angkasa dan apa keuntungannya.

Tenaga Surya Berbasis Luar Angkasa dan Keuntungannya

Menurut data yang disajikan oleh Departemen Energi Amerika Serikat, setiap jam di Bumi, kita menerima lebih banyak energi surya daripada yang dapat kita gunakan dalam setahun. Hampir 30% energi ini kembali tidak terpakai ke luar angkasa melalui atmosfer. Energi ini dapat ditangkap dan digunakan secara efisien jika kita memiliki mekanisme tenaga surya berbasis luar angkasa yang kuat.

Dalam sistem ini, panel surya berbasis satelit dapat menangkap dan mentransmisikan lebih banyak energi dibandingkan panel surya yang ditempatkan di permukaan bumi. Mereka beroperasi lebih baik karena keuntungan berada di luar angkasa. Menurut deskripsi DEA, ini: 

“Satellit yang dilengkapi panel surya, mentransmisikan energi, mengumpulkan radiasi surya intensitas tinggi yang tidak terputus.”

Pasokan tidak terputus karena di luar angkasa tidak ada awan dan tidak ada malam hari.

Teknologi ini melibatkan penempatan cermin raksasa yang memantulkan sejumlah besar sinar matahari ke kolektor surya yang lebih kecil sehingga dapat dipancarkan secara nirkabel ke Bumi dengan cara yang aman dan terkendali, baik sebagai sinar gelombang mikro maupun laser.

Since this process involves sophisticated technology, it attracts innovative solutions from all across the world. NASA has now menerbitkan laporan tentang Tenaga Surya Berbasis Luar Angkasa to equip itself with the ‘information it needs to determine how it can support the development of this field of research.’

Laporan tersebut berusaha menilai parameter-parameter yang akan memainkan peran penting dalam menjadikan tenaga surya berbasis luar angkasa sebagai opsi kompetitif, dengan tujuan akhir mencapai emisi gas rumah kaca net-zero.

Beberapa hambatan teknologi yang diidentifikasi NASA bagi peneliti dan teknolog yang aktif di bidang ini untuk dikerjakan adalah sebagai berikut:

• Mereka harus menemukan cara untuk merakit dan memelihara sistem besar di orbit.
• Penelitian diperlukan untuk membuat sistem tersebut beroperasi secara otonom dan memiliki pemancaran daya yang efisien untuk membawa energi yang dipanen ke Bumi.
• Laporan NASA juga menekankan bahwa sebelum mengimplementasikan sistem tenaga surya berbasis luar angkasa, penting untuk mengatasi biaya peluncuran dan pembuatannya. Hal ini karena mengirim semua material tersebut ke luar angkasa memerlukan banyak misi berkelanjutan untuk mengangkut infrastruktur ke orbit.

Laporan NASA percaya bahwa sistem tenaga surya berbasis luar angkasa dapat menjadi sepenuhnya produktif dan operasional pada tahun 2050. Melalui laporan tersebut, beberapa kemajuan penting yang dicapai di bidang ini terungkap. Misalnya, laporan tersebut mengingatkan kita pada ilmuwan JAXA yang membuktikan bahwa memungkinkan untuk mentransmisikan energi secara nirkabel dengan akurat sebagai gelombang mikro melintasi jarak yang signifikan untuk akhirnya diubah menjadi listrik yang dapat digunakan.

Melanjutkan inti pencapaian ini, ilmuwan Caltech, pada Maret 2023, menciptakan Space Solar Power Demonstrator (SSPD-1) sebagai pesawat luar angkasa pertama yang mentransmisikan energi surya yang dipanen di luar angkasa secara nirkabel ke Bumi.

NASA juga telah memberikan beberapa perkiraan tentang kelayakan ekonomi tenaga surya berbasis luar angkasa. Beberapa ahli yang telah lama terlibat dalam bidang ini juga menantang perkiraan tersebut. Namun, hampir tidak ada penolakan terhadap manfaat yang dijanjikan oleh sistem pembangkit listrik ini. Sistem ini dapat membantu dalam bantuan bencana, memberi daya pada sensor terpencil, dan menghilangkan hambatan yang ada pada sistem produksi energi tradisional kita serta rantai pasokannya.

Melihat manfaatnya, pemerintah nasional semua negara maju telah mulai berinvestasi di dalamnya. Entitas bisnis besar yang memiliki sumber daya untuk berinvestasi, seperti Airbus dan Northrop Grumman, juga telah bekerja keras pada hal ini.

Sekarang kita akan melihat beberapa pencapaian mereka dalam segmen yang akan datang. Namun, perlu diingat bahwa ini adalah bidang yang terus berkembang dan banyak upaya masih berada pada tahap prototipe.

#1. Airbus Power Beaming

Salah satu perusahaan utama yang bekerja mengembangkan teknologi surya untuk mewujudkan solusi berbasis luar angkasa adalah Airbus. Teknologi Power Beaming-nya, yang dikembangkan oleh Departemen Penelitian & Teknologi Pusat dan Departemen Blue Sky perusahaan, telah melakukan demonstrasi kredibel tentang bagaimana hal ini dapat menjadi pengubah permainan dalam bidang teknologi surya berbasis luar angkasa.

Menurut Jean-Dominique Coste, yang bertanggung jawab mengembangkan Power Beaming bersama Yoann Thueux dan rekan-rekannya: 

“Potensi teknologi ini adalah menangkap sinar matahari dan kemudian memancarkannya secara nirkabel.”

Para ilmuwan ini percaya solusi energi ini dapat secara memadai memasok listrik ke kota, pabrik, rumah tangga, dan pesawat terbang.

Pengembang teknologi Airbus pertama kali mendemonstrasikan Power Beaming di X-Works Innovation Factory perusahaan pada 27 September 2022. Meskipun dilakukan dalam skala lebih kecil, demonstrasi tersebut cukup menjelaskan apa yang diperlukan agar power beaming berfungsi.

Coste, Thueux, dan rekan-rekannya menggunakan pemancaran gelombang mikro untuk mentransmisikan energi hijau antara dua titik yang mewakili ‘Luar Angkasa’ dan ‘Bumi.’ Jarak antara kedua titik tersebut adalah 36 meter. Demonstrasi tersebut juga menghasilkan hidrogen hijau untuk memberi daya pada sebuah kota model.

Setelah demonstrasi selesai, Yoann Thueux berkata: 

“Sekarang kami telah berhasil menguji komponen kunci dari sistem tenaga surya berbasis luar angkasa masa depan dalam skala kecil untuk pertama kalinya, kami kini siap membawa Power Beaming ke tingkat berikutnya.”

Airbus memperkirakan teknologi ini akan menjadi kenyataan dalam waktu dekat. Mereka percaya prototipe Power Beaming yang beroperasi pertama akan tersedia untuk digunakan pada awal 2030-an.

Dalam bentuk penerapan akhirnya, teknologi ini akan memiliki panel surya yang ditempatkan pada orbit geostasioner, sekitar 36.000 km di atas Bumi. Panel surya ini akan dipasangkan dengan panel surya berukuran sama di Bumi.

Daya yang dikumpulkan di luar angkasa akan dipancarkan ke bawah ke suatu area yang memiliki banyak antena tersebar di dalamnya. Antena-antena ini akan menangkap sinar untuk energi yang kemudian dirakit kembali menjadi listrik.

Setelah sistem ini mencapai skala tertentu, biaya menghasilkan energi dengannya akan sama dengan biaya pada proyek energi berskala besar di Bumi yang bergantung pada tenaga nuklir, minyak, atau sumber energi terbarukan lainnya. Menurut perkiraan, satu ladang surya geostasioner dapat menghasilkan hingga dua gigawatt listrik.

Pada 15 Februari 2024, Airbus mempublikasikan hasil tahun penuh 2023 mereka, melaporkan pendapatan tahunan sebesar 65,4 miliar, dengan EBIT yang disesuaikan sebesar 5,8 miliar Euro.

#2. Northrop Grumman

Entitas global utama lainnya yang telah menyelesaikan tes yang diperlukan untuk memvalidasi kemampuan teknologi surya luar angkasanya adalah Northrop Grumman. Perusahaan ini berhasil mendemonstrasikan kemampuannya memancarkan energi frekuensi radio ke berbagai antena dengan mengarahkan sinar. Mereka yakin akan menghasilkan prototipe mereka pada tahun 2025.

Prototipe ini akan menampilkan kemampuan perusahaan dalam memancarkan energi RF ke planet. Teknologi ini dikembangkan oleh Northrop Grumman’s Space Solar Power Incremental Demonstrations and Research (SSPIDR).

Menurut Tara Theret, direktur program SSPIDR: 

“Sekarang, kami hanya membangun, menguji, dan mengintegrasikan sisa perangkat keras dalam jadwal yang menantang.”

Pekerjaan lanjutan dalam proses ini mencakup memperkecil komponen elektronik dan meningkatkan jumlah ‘sandwich tiles.’ Sandwich tiles pada dasarnya adalah panel sel fotovoltaik yang mengumpulkan energi surya dan mengalirkan daya ke lapisan berikutnya, yang memiliki komponen yang memungkinkan konversi surya-ke-RF dan membantu membentuk sinar.

Perusahaan juga memproduksi perangkat keras penerbangan yang diperlukan untuk merakit sistem dan meluncurkannya pada platform ESPAStar perusahaan. Platform ESPAStar adalah bus satelit yang memberikan payload dengan propulsi, daya, kontrol sikap, dan komunikasi yang diperlukan.

Dalam validasi pekerjaan yang telah dilakukan, US Air Force Research Laboratory mendukung upaya Northrop Grumman dengan kontrak US$100 juta pada tahun 2018, yang akan mengembangkan payload untuk mendemonstrasikan komponen kunci dari prototipe sistem tenaga surya luar angkasa.

Pihak berwenang Angkatan Udara bertujuan mempercepat upaya pengembangan yang diperlukan untuk membangun sistem berbasis luar angkasa prototipe yang dapat memberi energi pada pangkalan militer AS dengan tenaga surya.

Secara keseluruhan, dalam menyoroti potensi solusi berbasis luar angkasa dalam teknologi surya untuk masa depan, Tara Theret berkata: 

“Pemancaran tenaga surya luar angkasa memiliki potensi untuk menyediakan energi di mana saja di Bumi kapan saja. Teknologi ini dapat membuat listrik tersedia bagi lokasi terpencil yang membutuhkan peralatan medis dan komunikasi.”

Northrop Grumman mencatat total penjualan sebesar US$36,6 miliar pada tahun yang berakhir pada 31 Desember 2022. Pendapatan yang diperoleh dari divisi Space Systems mendekati US$12,3 miliar, peningkatan signifikan dibandingkan US$10,6 miliar tahun sebelumnya. Dari pendapatan US$12,3 miliar yang diperoleh pada 2022, 94% berasal dari pemerintah AS, sementara sisanya 3%, 2%, dan 1% berasal dari penjualan internasional, penjualan ke pelanggan lain, dan penjualan antar segmen, masing-masing.

#3. CESI

CESI, yang berbasis di Milan, Italia, memiliki tiga dekade pengalaman dalam melakukan riset, mengembangkan, dan memproduksi sel surya yang sangat efisien untuk aplikasi luar angkasa. Lebih penting lagi, mereka merupakan salah satu pemasok global paling diminati untuk sel multi-junction yang menggunakan Gallium Arsenide dan Indium Gallium Phosphide.

CESI memiliki rangkaian sel ruang tiga junction. Sel-sel ini, selain Gallium Arsenide dan Indium Gallium Phosphide, juga mencakup Germanium. Sel-sel ini terbukti efektif untuk satelit Low Earth Orbit dan Geostationary Orbit. Produk-produk ini juga memenuhi standar ECSS E ST20-08C yang diperlukan. CESI kini sedang dalam proses meluncurkan sel empat junction yang akan memiliki tingkat efisiensi lebih tinggi dibandingkan sel tiga junction.

Di masa depan, CESI berencana menawarkan berbagai produk sel surya luar angkasa yang akan memenuhi semua kebutuhan program luar angkasa. Hingga saat ini, upaya CESI telah menghasilkan lebih dari 200.000 sel surya, memberi daya pada lebih dari 70 satelit sipil untuk klien yang tersebar di 25 negara.

CESI memiliki teknologi proprieternya untuk memproduksi sel surya di Milan. Selama bertahun-tahun, mereka telah membangun jaringan yang erat dan mendalam dengan banyak badan antariksa internasional dan pelaku industri.

Seperti Northrop Grumman, CESI juga bekerja sama dengan Pemerintah Nasional Italia dan telah menerima pendanaan dari Badan Antariksa Nasional Italia (ASI) serta Badan Antariksa Eropa (ESA). Mereka telah memproduksi sel surya canggih untuk memenuhi kebutuhan Program Antariksa Eropa dan banyak misi antarbintang.

Menurut pengungkapan keuangan pengungkapan keuangan, perusahaan mencatat pendapatan lebih dari 87 juta korona Ceko pada tahun keuangan yang berakhir pada 31 Desember 2022.

Kemajuan Teknologi Surya Luar Angkasa: Jalan ke Depan

Teknologi surya luar angkasa telah menemukan tempatnya dengan membuktikan nilainya bagi komunitas global, mendorong pemerintah nasional di seluruh dunia untuk mulai berinvestasi di dalamnya dengan antusiasme tinggi. Di Amerika Serikat, hal ini terwujud ketika Naval Research Laboratory melakukan eksperimen pada 2020 untuk menangkap sinar matahari dan mengubahnya menjadi energi listrik arus searah. Mereka menggunakan pesawat luar angkasa X-37B milik Angkatan Udara untuk tujuan ini.

Sementara itu, upaya internasional juga semakin bergairah. Otoritas Tiongkok telah menetapkan tujuan ambisius dengan rencana 2028 mereka untuk demonstrasi berbasis luar angkasa yang dipimpin oleh China Academy of Space Technology. Di Eropa, Solaris menonjol sebagai program riset tiga tahun yang didanai dengan baik, yang telah mendapatkan persetujuan dari European Space Agency. Inggris juga ikut bersaing, karena mereka telah menawarkan hibah untuk studi tentang pemanfaatan tenaga surya di luar angkasa.

Jelas, perusahaan inovatif, organisasi global besar dan berdaya, serta pemerintah di seluruh dunia telah bekerja sama untuk menangkap dan memanfaatkan energi yang ditawarkan oleh luar angkasa. Dengan energi surya yang tidak terputus dan belum dimanfaatkan menunggu untuk dimanfaatkan demi manfaat planet, masa depan memang tampak menjanjikan.

Klik di sini untuk daftar sepuluh saham tenaga surya teratas.