Panel Surya Fleksibel Membuka Penerbangan Lebih Lama untuk Drone Otonom

Sebuah tim peneliti yang dipimpin oleh insinyur dari Johannes Kepler University Linz telah memperkenalkan desain panel surya ultra‑ringan dan efektif. Panel surya fleksibel baru ini membuka pintu bagi berbagai aplikasi generasi berikutnya, termasuk drone yang dapat mengisi daya sendiri dan lainnya. Berikut yang perlu Anda ketahui.

Mengapa Drone Membutuhkan Sistem Daya Otonom

Manusia terus mencari sumber energi otonom untuk mendukung penelitian dan penjelajahan umat manusia. Ada banyak skenario di mana sistem ini menjadi satu‑satunya pilihan. Misalnya, helikopter Mars Ingenuity menunjukkan kekuatan dan kemampuan tambahan yang ditawarkan oleh sistem ini. Drone bertenaga surya yang mandiri melakukan beberapa penerbangan tak berawak di Mars, menyediakan harta karun data bagi insinyur dan peneliti.

Bagaimana Tenaga Surya Memungkinkan Helikopter Mars NASA

Ketika Anda meninjau keberhasilan Ingenuity, mudah terlihat bahwa sistem daya otonom drone merupakan komponen kritis misi tersebut. Tanpa kemampuan untuk mengisi ulang setelah penggunaan yang lama, helikopter Mars itu hanya akan melakukan satu kali penerbangan, hampir tidak sebanding dengan biayanya.

Namun, kemampuan pesawat untuk mengisi ulang dirinya sendiri memungkinkan ia melakukan beberapa misi dengan sukses besar. Secara khusus, pesawat tersebut menggunakan panel surya untuk mengisi kembali enam baterai lithium‑ionnya. Baterai‑baterai ini memberikan 90 detik waktu terbang ketika terisi penuh.

Mengapa Surya Satu‑Satunya Sumber Energi yang Layak untuk Drone Antariksa

Ada beberapa alasan mengapa hanya tenaga surya yang dapat bekerja untuk kebutuhan perjalanan luar angkasa. Pertama, biaya membawa barang‑barang seperti bahan bakar, motor, atau komponen lain terlalu tinggi sehingga membuat pembuatan sistem untuk menangani kebutuhan tersebut tidak layak secara investasi.

Selain itu, stasiun pengisian, kabel, dan persyaratan lain akan membuat helikopter terlalu berat untuk terbang. Di Mars, diperlukan lebih banyak daya angkat untuk menghasilkan penerbangan karena kondisi atmosfer planet yang berbeda. Oleh karena itu, insinyur harus memastikan beratnya seminimal mungkin. Panel surya menjadi solusi yang jelas.

Apa Itu Sel Surya Perovskit dan Mengapa Penting

Secara khusus, dari banyak pilihan energi terbarukan yang tersedia bagi peneliti, panel surya adalah yang paling melimpah dan paling masuk akal. Pengembangan terbaru telah membuat panel surya lebih efisien dan lebih ringan. Penggunaan sel surya Perovskit telah menjadi pengubah permainan karena banyak alasan.

Sel surya Perovskit memberikan insinyur kemampuan untuk membuat sel surya ultra‑tipis dan fleksibel. Sel‑sel ini dapat memberikan efisiensi tinggi dengan desain yang ringan. Desain ini menjadikan sel surya Perovskit salah satu yang paling umum digunakan ketika membahas pemberian daya pada drone.

Tantangan yang Membatasi Adopsi Sel Surya Perovskit

Ada beberapa masalah yang menghambat pengembangan dan penerapan sel surya Perovskit lebih lanjut. Pertama, mereka memiliki stabilitas operasional yang buruk. Perangkat ini sensitif, dan setiap perubahan gerakan mendadak, tabrakan, atau bahkan debu dapat mengurangi efektivitasnya. Untungnya, insinyur telah menciptakan variasi unik yang dapat menangani kasus penggunaan khusus seperti drone otonom.

Di Dalam Teknologi: Sel Surya Perovskit 2D

Sel surya Perovskit mengintegrasikan struktur kristal berlapis untuk menciptakan desain yang lebih ringan dan lebih efisien. Unit‑unit ini merupakan tipe panel surya paling canggih yang tersedia saat ini. Mereka mengintegrasikan lembaran metal‑halida yang memanfaatkan ruang organik untuk memaksimalkan konversi cahaya. Secara khusus, perovskit 2D memiliki rumus kimia RAn‑1BnX3n+1.

Manfaat Panel Surya Perovskit 2D untuk Drone

Ada beberapa alasan mengapa sel Perovskit 2D tetap menjadi pilihan utama bagi insinyur drone. Pertama, mereka memberikan stabilitas termal dan kelembaban yang lebih baik. Ruang organik yang dibangun ke dalam perangkat ini penting karena berfungsi sebagai penghalang hidrofobik.

Selain itu, sel surya Perovskit menawarkan peningkatan hasil kuantum fotoluminesensi (PLQY) dibandingkan versi tradisional. Struktur kristal memungkinkan unit‑unit ini memberikan daya yang lebih stabil dan merata di seluruh perangkat. Menariknya, kini ada sel surya Perovskit 3D. Perbedaan utama terletak pada susunan kristal yang tepat.

Gambaran Studi: Terobosan Panel Surya Fleksibel Ringan

“Flexible quasi-2D perovskite solar cells with high specific power and improved stability for energy-autonomous drones.”¹ dipublikasikan di Nature, menyoroti jenis sel surya baru.

Sel surya perovskit kuasi‑dua‑dimensi tanpa oksida konduktif transparan menyediakan pembangkit daya yang andal dan stabil dari desain yang sangat kecil dan ringan. Desain baru ini dapat membantu memberi daya pada eksplorasi luar angkasa di masa depan dan lainnya.

Sumber – Nature Energy

Para peneliti di JKU membagikan desain dan proses manufaktur mereka untuk sel surya kuasi‑2D ultra‑ringan. Mereka memulai dengan memastikan perangkat sangat tipis dan fleksibel.

Para insinyur juga menambahkan alpha‑methylbenzyl ammonium iodide langsung ke dalam lapisan perovskit fotoaktif. Langkah ini memudahkan penerapan foil polimer ultra‑tipis yang hanya berukuran 2,5 μm. Secara mengesankan, ukuran ini 20 kali lebih kecil daripada rambut manusia. Selanjutnya, lapisan tersebut dilapisi dengan lapisan penghalang alumina, membantu mengoptimalkan kemampuan generasi tenaga surya lebih lanjut.

 Pengujian Dunia Nyata pada Platform Drone Otonom

Sebagai bagian dari proses pengujian, tim memodifikasi sebuah quadcopter komersial untuk menggunakan panel surya mereka. Secara khusus, 24 sel surya berukuran 1 cm² yang terhubung dipasang pada perangkat. Sel‑sel ini ultra‑tipis dan ringan, dengan berat kurang dari 1/400 total berat pesawat.

Para insinyur melakukan berbagai pengujian untuk memastikan perangkat mereka berfungsi dengan baik dan dapat menghasilkan energi yang diprediksi selama demonstrasi kinerja dan stabilitas. Perangkat mencatat daya spesifik puncak sebesar 44 W/g, dengan rata‑rata sedikit lebih rendah yaitu 41 W. Perangkat mampu menghasilkan tegangan rangkaian terbuka sebesar 1,15 V. Secara total, perangkat mencapai efisiensi 20,1 %, dengan rata‑rata 18,1 %.

Hasil Kinerja: Kepadatan Daya dan Metrik Efisiensi

Hasil menunjukkan bahwa sel surya perovskit ultra‑ringan menawarkan solusi hemat biaya untuk perangkat pengumpul energi otonom. Kinerja luar biasa unit ini dan output daya sebesar 44 W per gram membuatnya menonjol dibandingkan teknologi pesaing saat ini.

Selain itu, pengujian membuktikan bahwa unit daya ini dapat memungkinkan drone melakukan penerbangan lebih lama dan melaksanakan siklus pengisian‑penerbangan‑pengisian berurutan tanpa pengisian kabel. Faktor‑faktor ini menunjukkan bahwa pendekatan ini pada akhirnya akan memungkinkan perangkat otonom beroperasi secara global.

Mengapa Panel Surya Perovskit Fleksibel Menjadi Pengubah Permainan

Beberapa manfaat menyertai desain panel surya baru ini. Pertama, mereka menyediakan elektronik ultra‑ringan dan efisien energi dengan kemampuan untuk menyalakan dirinya sendiri. Di masa depan, perangkat elektronik Anda mungkin tidak memerlukan colokan atau biaya operasional. Sebaliknya, mereka dapat memanen energi secara langsung menggunakan sel surya ini.

Ringan

Desain ringan sel surya ini menjadikannya ideal untuk penggunaan dalam penerbangan otonom atau aplikasi kecil lainnya. Sel‑sel ini cukup kecil sehingga perangkat tetap dapat terbang tanpa mengganggu operasinya. Oleh karena itu, mereka pasti akan semakin banyak diintegrasikan ke depan.

Dapat Disesuaikan

Sel surya ini sangat dapat disesuaikan untuk memenuhi berbagai skenario penggunaan. Mereka dapat dibentuk menjadi pola tertentu atau dipasang pada permukaan kecil dan menyediakan cukup energi untuk menyelesaikan tugas. Di masa depan, insinyur akan berupaya menciptakan desain yang lebih fleksibel lagi.

Sangat Efisien

Efisiensi panel surya telah menjadi perhatian utama sejak awal teknologi ini. Sel surya saat ini tidak terlalu efisien, dengan sebagian besar energi hilang menjadi panas dan faktor lainnya. Desain terbaru ini membantu meningkatkan efisiensi dan menawarkan insinyur lebih banyak fleksibilitas desain tanpa mengorbankan kinerja.

Kasus Penggunaan Dunia Nyata untuk Panel Surya Ringan

Ada beragam aplikasi yang dapat memanfaatkan panel baru ini. Pertama, desain ultra‑tipis dan output daya mereka menjadikannya ideal untuk berbagai kebutuhan pembangkit daya kecil. Berikut beberapa contoh aplikasi potensial untuk perangkat ini.

Industri Dirgantara

Industri dirgantara dapat memanfaatkan teknologi ini dalam berbagai cara. Mulai dari memberi daya pada drone dan pesawat dengan jangkauan tak terbatas, hingga memungkinkan eksplorasi luar angkasa ke planet baru. Industri dirgantara telah mengintegrasikan iterasi sebelumnya dari teknologi ini untuk mencapai tonggak luar biasa. Sekarang, teknologi ini siap memberi daya pada generasi baru penjelajah dan ilmuwan.

Elektronik Wearable

Wearable merupakan sektor teknologi yang berkembang pesat dan meliputi berbagai industri. Perangkat ini mencakup lebih dari sekadar smartphone Anda. Ada perangkat medis yang merekam data penting bagi pasien yang dapat memperluas penggunaan dan umur pakai berkat teknologi ini. Selain itu, perangkat keselamatan pribadi dapat beroperasi lebih lama dan menjadi lebih efektif.

Internet of Things

IoT adalah sektor teknologi besar yang mencakup miliaran perangkat pintar. Perangkat‑perangkat ini saat ini bergantung pada baterai dan sumber daya. Di masa depan, mereka mungkin tidak memerlukan barang‑barang tersebut karena tenaga surya dapat membantu mereka mencapai hasil yang sama dengan usaha lebih sedikit. Secara khusus, miliaran perangkat pintar termasuk dalam kategori IoT. Oleh karena itu, integrasi kemampuan mandiri energi akan menjadi pengubah permainan.

Pencarian dan Penyelamatan

Poin penting lainnya adalah penggunaan sistem ini untuk memberi daya pada drone pencarian dan penyelamatan. Saat ini, penggunaan robot lunak yang dapat menyesuaikan tubuhnya untuk masuk ke ruang sempit seperti bergerak melalui pipa atau retakan dianggap sebagai opsi terbaik untuk upaya bencana dan penyelamatan di masa depan. Menambahkan sistem mandiri daya pada perangkat ini akan meningkatkan kemampuan mereka dan memungkinkan operasi yang lebih lama.

Pemetaan

Drone bertenaga surya akan menjadi solusi ideal untuk operasi pemetaan berskala besar. Anda mungkin berpikir bahwa pemetaan adalah ilmu lama, namun kenyataannya berbeda. Setiap hari, Bumi berubah, dan batas, sumber daya, serta karakteristik penting lainnya berubah. Oleh karena itu, memetakan perubahan ini menjadi aspek penting dalam melacak lingkungan dan perkembangan krusial lainnya.

Drone pemetaan bertenaga surya nirkabel dapat menjelajah jarak luas dan menyediakan detail pemetaan terbaru tanpa intervensi manusia. Membuat perangkat ini bertenaga surya akan membantu mereka mencapai tujuan tanpa penundaan tambahan yang terkait dengan kembali ke stasiun pengisian.

Temui Peneliti di Balik Desain Terobosan

Peneliti Johannes Kepler University Linz memimpin studi panel surya fleksibel. Makalah tersebut mencantumkan Bekele Haile Gnaw, Stepan Demchyshyn, Christoph Putz, Lukas E. Lehner, David Schiller, Roland Pruckner, dan Martin Kaltenbrunner sebagai penulis utama. Kini tim berupaya meningkatkan desain mereka, menjadikannya lebih kecil dan lebih efektif.

Sorotan Saham: First Solar dan Masa Depan Teknologi Surya

Ada beberapa perusahaan yang memimpin perlombaan panel surya. Perusahaan‑perusahaan ini terus mendorong inovasi ke tingkat baru untuk membuat panel yang lebih kecil dan lebih efisien tersedia bagi banyak orang. Pengembangan terbaru ini pasti akan membantu perusahaan‑perusahaan tersebut mencapai tujuan mereka. Berikut satu perusahaan yang berada pada posisi untuk memanfaatkan sepenuhnya perkembangan ini.

First Solar

First Solar (FSLR ) masuk pasar pada tahun 1999 sebagai First Solar Holdings. Tujuannya adalah menyediakan panel surya kelas atas dan efisien untuk klien industri dan perusahaan. Oleh karena itu, pasar utama mereka adalah menyediakan panel untuk pembangkit listrik tenaga surya besar. Perusahaan ini berkantor pusat di Tempe, Arizona.

Sejak peluncurannya, perusahaan telah memperluas operasi dan penawaran produk untuk mencakup berbagai opsi terkait surya. Secara khusus, perusahaan ini mempelopori teknologi semikonduktor ultra‑tipis dan berperan penting dalam mendorong kebutuhan peningkatan daur ulang di sektor panel surya. Saat ini, perusahaan dianggap sebagai salah satu opsi paling ramah lingkungan untuk manufaktur panel surya.

First Solar mengalami penurunan harga saham selama setahun terakhir, sebagian karena konflik di Ukraina dan faktor lainnya. Meskipun nilai turun, banyak analis memprediksi saham ini akan melihat permintaan yang meningkat di masa depan.

Perusahaan saat ini memiliki produk baru dalam pengembangan dan mengoperasikan fasilitas manufaktur di AS, Malaysia, dan Vietnam. Mereka yang mencari saham surya yang andal dan dikenal sebaiknya melakukan riset lebih lanjut tentang FSLR.

Berita Terbaru tentang First Solar

Masa Depan Surya: Perangkat Tanpa Kabel, Mandiri Daya

Saat meninjau teknologi dan potensi studi ini, menjadi jelas bahwa masa depan kemungkinan akan didorong oleh sumber energi terbarukan, seperti surya. Seiring panel ini menjadi lebih terjangkau, lebih kecil, dan lebih efisien, mereka akan mengalami integrasi yang jauh lebih luas.

Di masa depan, Anda mungkin tidak perlu mengganti perangkat elektronik Anda; sebaliknya, Anda cukup menaruhnya di dekat jendela selama 10 menit. Semua ini dan lebih banyak lagi dimungkinkan berkat konsep inovatif yang diusulkan dalam studi panel surya fleksibel.

Pelajari tentang perkembangan energi terbarukan lainnya di sini.

Studi yang Dirujuk:

^{1. Hailegnaw, B., Demchyshyn, S., Putz, C. et al. Flexible quasi-2D perovskite solar cells with high specific power and improved stability for energy-autonomous drones. Nat Energy 9, 677–690 (2024). https://doi.org/10.1038/s41560-024-01500-2}