Termoelektrik Generasi Berikutnya Membuka Peningkatan 15x pada Output Surya

Karena energi terbarukan berasal dari sumber daya alam dan dapat diperbaharui, ia dapat membantu mengurangi ketergantungan kita pada bahan bakar fosil, mengatasi perubahan iklim, dan memenuhi kebutuhan kita akan masa depan energi yang berkelanjutan.

Sumber energi yang melimpah dan secara alami dapat diperbaharui dengan emisi minimal ini meliputi sinar matahari, angin, air, biomassa, dan panas bumi.

Di antara semua ini, energi surya adalah sumber utama energi terbarukan. Dengan matahari sebagai sumber daya tak terbatas, energi surya tidak akan habis, menjadikannya sumber energi terbarukan yang paling melimpah tersedia.

Pada tahun 2024, tenaga surya global mencapai rekor tertinggi, dengan instalasi melampaui 600 GW, peningkatan 33% dari tahun sebelumnya, menyumbang 81% dari semua kapasitas energi terbarukan baru di seluruh dunia. Akibatnya, tenaga surya menyumbang sekitar 7% dari pasokan listrik global, hampir menggandakan pangsa dalam campuran listrik hanya dalam tiga tahun.

Badan Energi Internasional (IEA) bahkan memperkirakan bahwa fotovoltaik surya (PV) akan menjadi sumber energi terbarukan terbesar pada tahun 2029, berkat kebijakan regulasi yang mendukung dan penurunan biaya listrik yang dihasilkan dari panel surya.

Sel PV atau sel surya adalah perangkat yang mengubah sinar matahari secara langsung menjadi tenaga listrik. Beberapa sel bahkan dapat mengubah cahaya buatan menjadi listrik. Namun, mereka tidak bebas masalah. Salah satu keterbatasan utama sel PV adalah suhu, yang secara signifikan memengaruhi efisiensi konversinya.

Ini adalah tempat teknologi lain yang banyak digunakan, termoelektrik surya (TE), masuk ke dalam gambar. 

Melebihi PV Surya ke Generator Termoelektrik Surya (STEGs)

Generator termoelektrik (TEG) dapat mengatasi tantangan efisiensi konversi pada sel PV dengan mengubah panas terbuang menjadi energi listrik.

TEG dikenal karena keandalannya yang tinggi, umur panjang, dan tidak adanya bagian mekanik yang bergerak, menjadikannya pilihan yang layak dan menjanjikan untuk integrasi dengan sel PV pada aplikasi suhu tinggi.

Juga disebut generator Seebeck, generator termoelektrik (TEG) adalah perangkat yang mengubah panas secara langsung menjadi listrik melalui efek Seebeck.

Dalam efek ini, perbedaan suhu antara dua konduktor atau semikonduktor yang berbeda menghasilkan tegangan, disebabkan oleh pergerakan pembawa muatan. 

Ketika panas diterapkan pada salah satu konduktor atau semikonduktor, elektron bergerak menuju ujung yang lebih dingin, menciptakan perbedaan potensial. Jika terhubung melalui rangkaian, arus searah mengalir melaluinya.

Jadi, berdasarkan efek Seebeck, material TE menghasilkan tegangan ketika dikenai perbedaan suhu di antara ujung-ujungnya. Ketika ditempatkan antara penyerap surya dan pendingin panas untuk menciptakan perbedaan suhu dan menghasilkan daya, mereka disebut sebagai generator termoelektrik surya (STEGs).

Efisiensi konversi termal-ke-listrik dari STEG ini ditentukan oleh angka kualitas tanpa dimensi (ZT) dari material TE dan perbedaan suhu antara sisi panas dan sisi dingin pada perangkat. 

Akibatnya, penyerap surya pada STEG memiliki pita penyerapan yang jauh lebih lebar, memungkinkan energi foton dari seluruh spektrum surya dimanfaatkan, tidak seperti PV surya yang hanya dapat menggunakan pita sempit cahaya matahari di dekat celah pita semikonduktor. Namun, efisiensi termoelektrik mereka sangat rendah.

Seperti yang dicatat dalam penelitian terbaru, nilai ZT dari material TE masih berada di sekitar satu, bahkan setelah puluhan tahun penelitian intensif. ZT adalah metrik kunci untuk menilai kinerja material termoelektrik, dengan nilai ZT yang lebih tinggi menunjukkan material termoelektrik yang lebih efisien untuk menghasilkan listrik dari perbedaan suhu tertentu.

Kekurangan material termoelektrik (TE) berefisiensi tinggi dan pendingin panas yang kompak untuk disipasi panas menjadi faktor yang membatasi adopsi komersial STEG.

Untuk mengatasi masalah tersebut, tim peneliti telah mengembangkan strategi yang dapat meningkatkan pembangkit daya STEG sebesar 15 kali dengan menambah berat hanya 25%.

Tantangan Efisiensi STEG: Kebutuhan Penyerap yang Lebih Baik & Pendingin Panas

Kebutuhan energi global meningkat pesat, dipicu oleh pertumbuhan populasi dan ekonomi. 

Menurut IEA, permintaan global listrik meningkat sebesar 4,3% pada 2024, lonjakan besar dibandingkan peningkatan 2,3% pada 2023.

Jadi, ke depan, dunia akan membutuhkan pasokan energi yang terus meningkat, tetapi yang lebih penting, energi bersih untuk melawan perubahan iklim, mengurangi emisi gas rumah kaca (GHG), dan mencapai kemandirian energi.

Dalam pencarian energi bersih berkelanjutan, peneliti beralih ke generator termoelektrik surya (STEG) sebagai sumber menjanjikan untuk menghasilkan listrik surya, karena mereka dapat memanfaatkan tidak hanya sinar matahari tetapi juga bentuk energi termal lainnya.

Saat ini, bagaimanapun, sebagian besar STEG mengubah kurang dari 1% sinar matahari menjadi listrik, sementara sistem panel surya rumah tangga dapat mencapai efisiensi konversi 15% hingga 20%.

Jadi, untuk benar-benar memanfaatkan perangkat ini, kita harus terlebih dahulu mengatasi keterbatasan efisiensinya. 

Yang kita butuhkan adalah menemukan cara baru untuk meningkatkan pembangkit daya STEG. Generator termoelektrik surya menghasilkan lebih banyak daya pada perbedaan suhu yang lebih tinggi, dan hal itu dapat dicapai dengan memaksimalkan penyerapan energi surya dan meminimalkan kehilangan panas pada sisi panas sekaligus secara efisien membuang panas pada sisi dingin.

Selain itu, STEG bisa menjadi sangat berguna untuk memberi daya pada perangkat elektronik yang dapat dipakai, sensor medis, jaringan sensor nirkabel, dan perangkat avionik.

Namun, aplikasi kepadatan daya tinggi ini memerlukan penyerap surya selektif ringan (SSA) untuk sisi panas dan pendingin panas untuk sisi dingin. Untuk memanfaatkan jumlah energi surya maksimum, penyerap (SSA) harus menunjukkan penyerapan optik tinggi dalam rentang spektrum surya (300–2500 nm) sambil mempertahankan emisivitas rendah di IR (2,5–20 μm) untuk meminimalkan kehilangan radiasi. 

Kinerja optik penyerap dapat dioptimalkan melalui desain struktural dan pemilihan material.

Ini mencakup penyerap plasmonik, penyerap lapisan keramik ganda, penyerap film multilapis, dan penyerap kristal fotonik. Namun, meskipun semua kemajuan ini, sebagian besar penyerap memerlukan peralatan kompleks dan proses fabrikasi yang memakan waktu, yang membatasi skala produksi mereka dengan biaya terjangkau. 

Selain itu, meningkatkan daya output STEG sering memerlukan sistem pendinginan yang besar dan kompleks untuk menurunkan suhu sisi dingin dan meningkatkan perbedaan suhu, menimbulkan tantangan lain.

Geser untuk menggulir →

Teknologi Logam Hitam dan Laser Femtodetik: Strategi Revolusioner

Untuk mengatasi masalah STEG, para peneliti dari University of Rochester’s Institute of Optics telah mengembangkan strategi rekayasa spektral dan manajemen termal yang mengurangi berat dan meningkatkan produksi daya.

Teknik baru untuk menciptakan perangkat STEG yang lebih kuat ini dijelaskan dalam sebuah studi¹ yang dipublikasikan di Light: Science and Applications.

“Selama beberapa dekade, komunitas riset telah fokus pada peningkatan material semikonduktor yang digunakan dalam STEG dan hanya memperoleh peningkatan modest pada efisiensi keseluruhan.”

– Chunlei Guo, seorang profesor optik dan fisika serta ilmuwan senior di Laboratorium Laser Energetics Rochester.

Dia menambahkan:

“Dalam studi ini, kami bahkan tidak menyentuh material semikonduktor—sebaliknya, kami fokus pada sisi panas dan sisi dingin perangkat. Dengan menggabungkan penyerapan energi surya yang lebih baik dan penjebakan panas pada sisi panas dengan disipasi panas yang lebih baik pada sisi dingin, kami menghasilkan peningkatan efisiensi yang luar biasa.”

Kunci di sini adalah teknologi logam hitam khusus. Pada tahun 2020, tim yang sama menunjukkan bahwa dengan menggunakan laser femtodetik (fs), yang membantu mereka menciptakan struktur logam yang tidak tenggelam² beberapa bulan sebelumnya, mereka juga mengembangkan generator tenaga surya yang sangat efisien³.

Saat itu, mereka mengubah permukaan logam yang mengilap dan sangat reflektif menjadi hitam pekat, menyebutnya teknologi logam hitam. Dengan pulsa laser femtodetik, mereka dapat mengubah hampir semua logam menjadi hitam pekat.

Tim tersebut bereksperimen dengan tembaga, baja, aluminium, dan tungsten. Setelah perlakuan dengan struktur nanoskala, mereka menemukan tungsten memiliki efisiensi penyerapan surya tertinggi. Mereka dapat meningkatkan efisiensi produksi termoelektrik sebesar 130% dibandingkan tungsten yang tidak diperlakukan, yang biasanya digunakan sebagai penyerap surya termal.

Jadi, berdasarkan hal itu, kali ini, peneliti mengubah tungsten (W) biasa pada sisi panas menjadi penyerap (W-SSA) melalui teknik pemrosesan laser fs.

Tungsten diubah menjadi ‘logam hitam’ dengan mengubah permukaannya menjadi hitam pekat, yang membuatnya sangat efisien dalam menyerap cahaya secara selektif pada panjang gelombang surya sambil mengurangi disipasi panas pada panjang gelombang lain.

Ini dicapai melalui etsa ultra-cepat dan presisi, menggunakan pulsa laser fs yang kuat, yang menciptakan struktur nanoskala pada permukaan logam. Jadi, alih-alih memodifikasi material semikonduktor itu sendiri, tim meningkatkan cara sisi panas menyerap sinar matahari dan menahan panas.

Kamar rumah kaca untuk penyerap surya selektif tungsten (W-SSA) juga telah dibuat untuk mengurangi kehilangan konvektif.

Untuk membuat rumah kaca mini, seperti di sebuah pertanian, logam hitam ditutupi dengan selembar plastik. “Anda dapat meminimalkan konveksi dan konduksi untuk menjebak lebih banyak panas, meningkatkan suhu pada sisi panas,” kata Guo. Tim berhasil mengurangi kehilangan panas lebih dari 40%.

Sementara itu, pada sisi dingin, teknik laser yang sama digunakan untuk mengubah aluminium (Al) biasa menjadi pendingin panas berkapasitas tinggi dengan struktur kecil. Ini menciptakan heat sink untuk meningkatkan disipasi panas melalui radiasi serta konveksi. 

Kinerja pendinginan aluminium yang diperlakukan adalah dua kali dibandingkan dengan heat dissipator Al biasa.

Dalam semua ini, seperti yang kami lihat, teknik pemrosesan laser fs memainkan peran kunci. Secara khusus, teknik ini hanya memerlukan satu langkah dan dapat diskalakan. Teknik subtractif sederhana ini juga dapat diterapkan pada berbagai material dengan geometri kompleks, seperti polimer, kaca, dielektrik, semikonduktor, dan logam.

Sebagai pendekatan yang murni fisik, ini juga lebih ramah lingkungan dibandingkan metode lain. 

Laser femtodetik (satu kuadriliun detik) menghasilkan beragam mikrostruktur pada aluminium dan nanostruktur pada tungsten.

Kemudian, mengoptimalkan ukuran dan kepadatan struktur ini memungkinkan peneliti meningkatkan penyerapan surya pada W sambil meminimalkan emisivitas IR pada sisi panas. Mereka memperoleh efisiensi penyerapan lebih dari 80% pada suhu tinggi.

Pada sisi dingin, mereka meningkatkan emisivitas IR di seluruh spektrum radiasi benda hitam lengkap untuk aluminium dan area permukaannya untuk disipasi panas. Hal ini secara signifikan meningkatkan efisiensi konversi surya-ke-termal.

Tim menunjukkan bagaimana generator termoelektrik surya (STEG) mereka dapat digunakan untuk memberi daya pada LED jauh lebih efektif dibandingkan metode yang ada.

Teknologi ini, catat Gao, juga dapat digunakan untuk memberi daya pada perangkat mikroelektronik seperti perangkat yang dapat dipakai, perangkat pintar, dan sensor otonom untuk Internet of Things (IoT). Selain itu, dapat berfungsi sebagai sistem energi terbarukan off-grid di daerah terpencil dan pedesaan.

Seperti yang dicatat dalam studi, STEG juga dapat digunakan bersama perangkat energi surya canggih, seperti sistem hibrida PV-TE pemisahan spektral dan sel surya sensitisasi pewarna (DSC) berbiaya rendah, yang dapat menghasilkan daya dalam kondisi cahaya rendah, sehingga meningkatkan output energi untuk aplikasi yang membutuhkan daya tinggi.

Berinvestasi dalam Energi Surya

Di ruang energi terbarukan, Nextracker Inc. (NXT ) menonjol karena menjadi perusahaan dengan pertumbuhan tinggi.

Dengan kapitalisasi pasar sebesar $10 miliar, saham NXT saat ini diperdagangkan pada $67,59, naik 85% tahun ini hingga saat ini. Minggu lalu, saham perusahaan mencapai level tertinggi baru sekitar $69. Dengan itu, EPS (TTM) nya adalah 3,67, dan P/E (TTM) adalah 18,42. Tidak ada dividen yang dibayarkan.

Nextracker Inc. (NXT )

Nextracker adalah penyedia platform teknologi surya yang menawarkan solusi kelistrikan, pelacak terintegrasi, serta sistem optimasi hasil dan kontrol. Teknologi canggih perusahaan memungkinkan pembangkit tenaga surya untuk mengikuti pergerakan matahari di langit dan mengoptimalkan kinerjanya. 

Produk dan layanan mereka meliputi NX Foundation, NX Horizon, NX Navigator, NX Global, PowerworX, TrueCapture, dan Layanan Electrical Balance of System (eBOS).

Bulan ini, Nextracker merilis laporan keberlanjutannya, di mana tercatat mencapai Total Recordable Incident Rate (TRIR) sebesar 0,61, melampaui target operasi keselamatan AS sebesar 1,2.

Nextracker memperkenalkan NX Foundation Solutions untuk meningkatkan penyebaran surya di semua jenis tanah. Sistem pelacak rendah karbon (LCT) NX Horizon juga telah dirilis untuk mengurangi emisi karbon (terkait pelacak) hingga sebesar 35%.

Mengenai emisi GHG dan efisiensi sumber daya, perusahaan berkomitmen menetapkan target sesuai kerangka kerja yang diakui secara global (SBTi), menerbitkan indeks Task Force Climate Financial Disclosure (TCFD) pertama, memperoleh jaminan pihak ketiga untuk data emisi GHG Lingkup 1 dan Lingkup 2, serta meraih sertifikasi ISO 14001:2015 untuk Sistem Manajemen Lingkungan di AS.

Sertifikasi ISO 9001 juga diperoleh untuk manajemen kualitas di seluruh operasi di AS, India, dan Brazil. 

Di tengah ini, Nextracker baru-baru ini dipilih oleh salah satu perusahaan energi terbarukan terbesar di negara Amerika Selatan. Casa dos Ventos memilihnya untuk menyediakan 1,5 GW sistem pelacak surya mereka untuk empat proyek baru di Brazil. Proyek-proyek ini mencakup proyek surya dan hibrida surya-angin.

“Mendapatkan komitmen multi-proyek dari pemimpin energi terbarukan seperti Casa dos Ventos mencerminkan pentingnya yang semakin meningkat dari kemitraan terpercaya ketika berbicara tentang kinerja dan keandalan jangka panjang dalam industri surya saat ini.”

– Alejo Lopez, wakil presiden, Nextracker Latin America

Nextracker juga telah berkolaborasi dengan UC Berkeley untuk mendirikan pusat riset baru (CAL-NEXT Center for Solar Energy Research) guna memajukan teknologi pembangkit tenaga surya guna mendukung kebutuhan energi masa depan. Perusahaan menyumbang $6,5 juta untuk inisiatif tersebut.

Mengenai keuangan perusahaan, akhir bulan lalu, mereka melaporkan kuartal pertama tahun fiskal 2026, yang berakhir pada 27 Juni 2025. Pada periode ini, mereka mencatat pendapatan $864 juta, naik 20% YoY.

Laba kotor GAAP meningkat 19% YoY menjadi $282 juta, sementara pendapatan operasional GAAP melonjak 16% YoY menjadi $186 juta. Laba kotor yang disesuaikan naik 18% menjadi $285 juta, dan EBITDA yang disesuaikan naik 23% menjadi $215 juta. Total backlog Nextracker untuk periode ini melebihi $4,75 miliar.

Perusahaan juga melaporkan arus kas operasi sebesar $81 juta dan kas $743 juta pada akhir kuartal, tanpa hutang. Selama kuartal ini, perusahaan menginvestasikan $86,8 juta dalam akuisisi strategis untuk mendukung inisiatif pertumbuhan baru.

“Nextracker memberikan kuartal kuat lainnya di semua metrik keuangan utama dan melihat momentum pangsa pasar yang terus berlanjut.”

– Pendiri dan CEO Dan Shugar

Bulan lalu, Nextracker mengumumkan peluncuran inisiatif bisnis AI dan robotiknya. “Meningkatkan skala surya untuk memenuhi permintaan energi global memerlukan tingkat otonomi baru dalam cara kami membangun dan mengoperasikan pembangkit listrik,” kata pejabat AI dan robotik baru, Dr. Francesco Borrelli.

Ini datang setelah menginvestasikan lebih dari $40 juta dalam akuisisi untuk meningkatkan penyebaran pembangkit surya, keandalan, dan ROI jangka panjang. Ini mencakup OnSight Technology untuk survei otonom dan sistem peringatan kebakaran, SenseHawk IP untuk membuat peta 3D as-built resolusi tinggi dari situs proyek surya, dan Amir Robotics untuk mengurangi kehilangan hasil terkait tanah.

Menurut Shugar:

“Dengan jutaan sensor dan node kontrol yang sudah dipasang di sekitar 100 GW sistem operasi di 40 negara, Nextracker memiliki peluang unik untuk memanfaatkan AI dan robotik secara skala besar.”

Berita dan Perkembangan Saham Nextracker Inc. (NXT)

Kesimpulan

Energi surya adalah salah satu cara paling menjanjikan dan bersih untuk memberi daya pada dunia. Saat ini, adopsi PV surya meningkat dengan cepat, namun tentu saja, jalur menuju energi terbarukan tidak akan bergantung pada satu teknologi saja.

Sistem hibrida yang menggabungkan fotovoltaik, termoelektrik, dan nanomaterial canggih akan menjadi kunci bagi masa depan tenaga surya. 

Meskipun ketidakefisienan material dulu membatasi teknologi termoelektrik surya, kini teknologi tersebut menembus batas melalui manajemen termal baru dan teknik nanostruktur. Terobosan terbaru dalam STEG menunjukkan bahwa inovasi pada tingkat material dan struktural bukan hanya kinerja semikonduktor, dapat membuka peningkatan efisiensi yang mengesankan dan membantu memenuhi kebutuhan energi yang meningkat.

Klik di sini untuk daftar saham energi terbarukan teratas.

Referensi:

1. Xu, T., Wei, R., Singh, S.C., et al. Peningkatan 15 kali dalam kinerja generator termoelektrik surya melalui rekayasa spektral laser femtodetik dan manajemen termal. Light: Science & Applications, 14, 268, dipublikasikan 12 Agustus 2025. https://doi.org/10.1038/s41377-025-01916-9
2. Zhan, Z., ElKabbash, M., Cheng, J., Zhang, J., Singh, S., & Guo, C. Rakitan logam superhidrofobik yang sangat mengapung untuk aplikasi akuatik. ACS Applied Materials & Interfaces, 11(51), 48512–48517, dipublikasikan 26 Desember 2019. https://doi.org/10.1021/acsami.9b15540
3. Jalil, S.A., Lai, B., ElKabbash, M., et al. Kontrol penyerapan spektral pada logam yang diperlakukan dengan laser femtodetik dan penerapannya pada perangkat surya-termal. Light: Science & Applications, 9, 14, dipublikasikan 4 Februari 2020. https://doi.org/10.1038/s41377-020-0242-y