Solar Malam – Bagaimana Dioda Termoradiatif Dapat Segera Menghilangkan Kebutuhan akan Baterai

Salah satu sumber energi yang paling melimpah dan alami yang kita miliki adalah tenaga surya. Setiap hari, matahari terbit dan memancarkan cahayanya kepada kita, memberikan kita panas dan listrik.

Bahkan daerah yang terpencil, terisolasi, dan pedesaan dapat memanfaatkan sumber energi ini, mengingat sebagian besar wilayah di planet ini menerima sinar matahari dalam tingkat tertentu. Tidak diperlukan banyak dari sumber energi yang tak habis ini; kurang dari 10% energi surya sudah cukup untuk membantu kita memenuhi permintaan energi global.

Sebagai sumber energi terbarukan, ia tidak menghasilkan emisi gas rumah kaca yang berbahaya sekaligus cocok untuk jaringan listrik dan baterai.

Pemanfaatan sinar matahari bukanlah hal yang baru. Manusia telah menggunakan sinar matahari sejak abad ke-7 SM untuk menyalakan api dengan memantulkan sinar matahari ke objek mengkilap.

Namun, kemajuan teknologi telah membuat penangkapan sinar matahari untuk menghasilkan listrik dan kemudian menyimpannya untuk penggunaan nanti menjadi sangat efisien.

Teknologi surya menangkap radiasi elektromagnetik, yaitu cahaya yang dipancarkan oleh matahari, dan mengubahnya menjadi bentuk energi yang berguna. Dua jenis utama teknologi energi surya adalah fotovoltaik (PV), yang digunakan pada panel surya, dan konsentrasi tenaga surya termal (CSP).

Panel surya saat ini merupakan cara paling populer untuk menghasilkan listrik dari energi surya. Panel PV memiliki masa pakai berguna selama 20-25 tahun, dan memerlukan perawatan minimal setelah dipasang, kecuali pembersihan berkala.

Biasanya terbuat dari bahan semikonduktor seperti silikon, ketika bahan tersebut terkena foton sinar matahari, ia melepaskan elektron dan menghasilkan muatan listrik. Muatan ini menghasilkan arus listrik, yang ditangkap oleh panel surya dan kemudian inverter mengubahnya menjadi arus bolak‑balik (AC), yang digunakan untuk menyalakan perangkat Anda.

Efek fotovoltaik (PV) sebenarnya ditemukan beberapa dekade lalu pada tahun 1839 ketika fisikawan Prancis Edmond Becquerel melakukan percobaan dengan sel yang terbuat dari elektroda logam dalam larutan konduktif dan menemukan bahwa sel tersebut menghasilkan lebih banyak listrik saat terkena cahaya.

Kemudian, pada tahun 1954, teknologi PV lahir dengan pengembangan sel PV silikon, yang dapat menyerap dan mengubah energi matahari menjadi daya untuk menjalankan peralatan listrik sehari‑hari.

Saat ini, sistem energi surya tidak hanya terintegrasi di rumah dan bisnis, tetapi telah menjadi campuran penting sumber energi terbarukan untuk menyediakan pasokan listrik.

Energi surya sebenarnya memiliki potensi untuk secara signifikan mengurangi listrik, menghasilkan daya cadangan dengan menggabungkannya dengan penyimpanan, berkontribusi pada jaringan listrik yang tangguh, beroperasi pada skala kecil maupun besar dengan efisiensi serupa, serta menciptakan lapangan kerja dan mendorong pertumbuhan ekonomi.

Sementara itu, dari segi biaya, selain biaya perangkat keras yang jelas, terdapat juga biaya lunak seperti perizinan, pembiayaan, dan pemasangan panel surya, serta biaya operasional lain dari perusahaan tersebut, yang memengaruhi harga energi surya.

Meskipun energi surya memiliki manfaat luar biasa, tantangannya tetap pada intermitensi. Jumlah sinar matahari yang tersedia, pada akhirnya, bervariasi menurut waktu, lokasi, dan musim.

Misalnya, fotovoltaik menghasilkan energi terutama pada tengah hari ketika matahari paling terang. Meskipun sistem penyimpanan yang lebih efisien dan andal telah memungkinkan kita menggunakan sumber energi ini sepanjang hari, bahkan saat matahari terbenam atau cuaca mendung, peneliti kini mencari alternatif yang lebih baik.

Kembali pada tahun 2022, peneliti dari University of New South Wales (UNSW) membuat terobosan besar di bidang ini, yang memungkinkan mereka untuk menghasilkan listrik dari tenaga surya bahkan pada malam hari. Teknologi ini kini sedang dibawa ke luar angkasa.

Daya Surya pada Malam

Jadi, dua tahun lalu, pada bulan Mei, tim UNSW membuat terobosan besar dalam teknologi energi terbarukan dengan menghasilkan listrik dari tenaga surya pada malam hari.

Tim peneliti dari School of Photovoltaic and Renewable Energy Engineering (SPREE) menghasilkan listrik dari panas yang dipancarkan Bumi sebagai cahaya inframerah (IL), mirip dengan cara Bumi mendingin pada malam hari dengan memancarkan radiasi ke luar angkasa.

Untuk itu, tim menciptakan perangkat semikonduktor yang disebut dioda termoradiatif. Dioda adalah perangkat semikonduktor yang memungkinkan arus mengalir satu arah sementara menghalangi arah sebaliknya. Mereka mengubah arus bolak‑balik (AC) menjadi arus searah berdenyut (DC).

Sementara itu, dioda termoradiatif (TRD) menghasilkan listrik dengan memancarkan IL. Ia dapat menghasilkan daya dari permukaan hangat apa pun dan dengan demikian memiliki kemampuan untuk menyediakan tenaga surya pada malam hari. Dioda termoradiatif yang dibuat tim tersebut terbuat dari bahan yang digunakan dalam kacamata penglihatan malam (NV) untuk menghasilkan listrik dari cahaya inframerah yang dipancarkan.

Mengenai kapasitas daya, ia sangat kecil, sekitar 100.000 kali lebih rendah dibandingkan yang dipasok oleh panel surya. Meskipun demikian, para peneliti percaya bahwa hasil tersebut dapat ditingkatkan di masa depan. Menurut pemimpin tim Asisten Profesor Ned Ekins-Daukes:

“Kami telah melakukan demonstrasi yang tidak ambigu tentang daya listrik dari dioda termoradiatif.”

Dia menjelaskan bahwa dengan menggunakan kamera termal kita dapat melihat jumlah radiasi pada malam hari. Namun, ini hanya dalam inframerah (radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang antara 760 nm hingga 100.000 nm) dan bukan panjang gelombang yang terlihat (antara 380 hingga 780 nanometer). Jadi, tim membuat sebuah perangkat “yang dapat menghasilkan daya listrik dari emis­i radiasi termal inframerah.”

Pada akhirnya, proses ini tetap memanfaatkan tenaga surya, kata Profesor Ekins-Daukes. Pada siang hari, sinar matahari menyinari planet kita, menghangatkannya. Energi yang sama ini memancar kembali ke luar angkasa yang luas dan dingin pada malam hari dalam bentuk cahaya inframerah. Konsep dioda radiasi memanfaatkan proses ini, yang telah dibuktikan tim dapat menghasilkan listrik.

“Setiap kali ada aliran energi, kita dapat mengubahnya antara berbagai bentuk.”

– Pemimpin Tim Profesor Ekins-Daukes

Saat kami mengembangkan proses buatan fotovoltaik untuk konversi langsung sinar matahari menjadi listrik, secara serupa, dengan proses termo‑radiasi, energi yang mengalir dalam inframerah dari Bumi yang hangat telah dialihkan ke alam semesta yang dingin.

Juga, serupa dengan cara sel surya dapat menghasilkan listrik dengan menyerap sinar matahari, dioda termoradiatif menghasilkan listrik dengan memancarkan cahaya inframerah ke lingkungan yang lebih dingin.

“Dalam kedua kasus, perbedaan suhulah yang memungkinkan kami menghasilkan listrik.”

– Penulis bersama makalah, Dr. Phoebe Pearce

Apa yang sebelumnya merupakan proses teoretis kini berhasil diwujudkan secara praktis oleh tim untuk memastikan bahwa perangkat khusus yang jauh lebih efisien dapat dibuat di masa depan untuk menangkap energi dalam skala yang jauh lebih besar.

Prof. Ekins-Daukes membandingkan penelitian baru ini dengan para insinyur Bell Labs ketika mereka memperlihatkan sel surya silikon praktis pertama, yang hanya memiliki efisiensi sekitar 2%. Kami telah melangkah jauh sejak saat itu, kini mampu mengonversi sekitar 23% cahaya matahari menjadi listrik.

Menurut penulis bersama Dr. Michael Nielsen:

“Bahkan jika komersialisasi teknologi ini masih jauh di masa depan, berada di tahap awal sebuah ide yang berkembang adalah tempat yang sangat menarik bagi seorang peneliti.”

Teknologi baru ini, menurut para peneliti, dapat menemukan banyak aplikasi di masa depan termasuk memberi daya pada perangkat bionik seperti jantung buatan yang saat ini menggunakan baterai yang harus diganti secara berkala. Jadi, teknologi inovatif mereka berpotensi menghilangkan kebutuhan akan baterai pada perangkat tertentu atau membantu mengisi ulangnya.

Sejauh ini, istilah dioda radiasi hanya mampu menghasilkan “daya yang relatif sangat rendah.” Menjadi tantangan untuk mendeteksi daya tersebut, dan masih sekitar satu dekade penelitian universitas yang harus dilakukan sebelum industri mengadopsinya. Namun secara teori, teknologi ini dapat “pada akhirnya menghasilkan sekitar 1/10 daya sel surya.”

Setelah ‘demonstrasi yang tidak ambigu tentang daya listrik,’ tim mulai bekerja dengan bahan baru yang lebih mudah diproduksi, sehingga dapat diskalakan.

Pada saat yang sama, tim sedang mengerjakan penerapan teknologi mereka pada pesawat luar angkasa seperti satelit. Satelit bertenaga surya bukan hal baru, sebenarnya pertama kali ditunjukkan pada tahun 1958.

Ditopang oleh sel surya, pesawat luar angkasa ini mengandalkan baterai selama kondisi gerhana. Jadi, peneliti UNSW kini menerapkan teknologi tersebut untuk menghasilkan daya bagi satelit saat mereka mengorbit dalam kegelapan.

Teknologi yang pertama kali digunakan di luar angkasa kini telah digunakan untuk menghasilkan listrik dalam jumlah besar dari tenaga surya untuk rumah kita, dan dengan cara serupa, Prof. Ekins-Daukes berencana “menerbangkan dioda radiasi ke luar angkasa dalam dua tahun ke depan.”

Klik di sini untuk mempelajari mengapa peningkatan penggunaan energi surya menandai awal era surya.

Peralihan ke Tenaga Surya yang Bersih & Melimpah

Karena panel surya membutuhkan sinar matahari untuk menghasilkan daya dan karenanya tidak dapat beroperasi pada malam hari, banyak penelitian dan pengembangan telah bekerja mencari solusi untuk masalah ini.

Salah satu cara yang telah diambil adalah penyimpanan baterai, yang digunakan untuk menyimpan produksi energi berlebih. Energi yang disimpan ini kemudian dapat digunakan kapan saja, pada malam hari dan hari berawan. Contohnya Tesla (TSLA ) Powerwall atau Generac PWRcell menawarkan alternatif ini. Bank baterai tersebut berfungsi sebagai sumber listrik off‑grid selama pemadaman listrik.

Cara lain adalah net metering. Di sini, dengan mengakses program pembelian kembali tenaga surya memungkinkan Anda menggunakan jaringan listrik lokal sebagai baterai. Untuk memperoleh kredit tagihan, Anda harus mengirimkan energi berlebih yang dihasilkan panel surya Anda pada siang hari kembali ke jaringan. Kredit yang Anda peroleh akan diterapkan pada tagihan listrik Anda untuk menutupi konsumsi daya pada malam hari.

Para peneliti bahkan telah menciptakan panel surya yang memanen listrik dari langit malam. Misalnya, sel anti-solar bekerja secara terbalik dibandingkan panel surya pada siang hari. Selanjutnya, ada panel bertenaga gesekan yang mengubah gerakan menjadi energi dan memanfaatkan radiasi dari permukaan hangat.

Baru-baru ini, ilmuwan Stanford University merancang jenis panel surya baru untuk menghasilkan listrik pada malam hari. Untuk itu, mereka mengintegrasikan generator termoelektrik ke dalam sel surya konvensional. Tidak hanya dapat menawarkan produksi daya berkelanjutan, tetapi juga meningkatkan efisiensi pada siang hari.

Selanjutnya ada startup berbasis California, Reflect Orbital, yang telah membagikan rencananya untuk menjual sinar matahari pada malam hari. Untuk mewujudkannya, mereka berencana menggunakan konstelasi satelit yang dilengkapi cermin mylar, yang akan mengorbit 370 mil di atas permukaan. Mereka akan memantulkan sinar matahari ke panel surya di permukaan Bumi.

“Kami pikir sinar matahari adalah minyak baru, dan ruang angkasa siap mendukung infrastruktur energi.”

– Co‑founder Reflect Orbital Ben Nowack di X (sebelumnya Twitter)

Jika kita melihat angka, di antara sumber energi bersih, surya jelas memimpin. Tahun 2023 sebenarnya menjadi tahun rekor untuk sumber energi ini karena dunia menambahkan 447 GW kapasitas surya baru, sebesar 78% dari total penambahan kapasitas terbarukan baru. Dengan peningkatan 87% dibandingkan tahun sebelumnya, pasar surya global mencatat tingkat pertumbuhan yang belum terlihat sejak 2010.

Sebagian besar pertumbuhan ini didorong oleh China, yang merupakan pasar surya terbesar di dunia. China menambahkan 253 GW kapasitas PV surya baru, lonjakan 167%, dan bertanggung jawab atas 57% kapasitas terpasang global tahun lalu.

“Pertumbuhan tak terduga” dalam total energi surya ini, menurut Global Market Outlook for Solar Power 2024-2028, disebabkan oleh penurunan harga modul sekitar 50%. Penurunan ini terjadi karena peningkatan signifikan kapasitas manufaktur PV global yang menghasilkan kelebihan kapasitas.

Selain pesanan dari tahun-tahun sebelumnya yang akhirnya dipasang pada 2023, individu, bisnis, dan pemerintah telah beralih ke tenaga surya sebagai solusi yang andal dan hemat biaya untuk harga energi yang tinggi.

Berdasarkan ketersediaan produk yang lebih luas, perbaikan biaya, dan banyak manfaat yang diberikan teknologi ini, laporan memperkirakan “pertumbuhan permintaan yang signifikan untuk tenaga PV surya dalam beberapa tahun mendatang.”

Perusahaan yang Mendorong Sektor Energi Surya

Sekarang, mari kita lihat beberapa nama terkemuka yang telah mengambil jalur alternatif untuk menghasilkan energi.

Clearway Energy (CWEN ) (CWEN ) adalah salah satu perusahaan yang mengoperasikan ladang angin dan pembangkit listrik tenaga surya untuk menyediakan energi bersih dan terbarukan, sementara Ormat Technologies (ORA ) fokus pada pembangkit listrik panas bumi. Heliogen merupakan nama lain di bidang ini, dan menggunakan AI serta teknologi cermin canggih untuk memusatkan sinar matahari dan menghasilkan listrik. Enphase Energy (ENPH ) dan Piedmont Lithium (ELVR ) sekaligus memimpin bidang penyimpanan energi.

#1. Bloom Energy

Perusahaan ini menggunakan teknologi sel bahan bakar oksida padat untuk menghasilkan listrik yang andal dan efisien. Dengan menggunakan server energi mereka untuk pembangkit di lokasi, Bloom Energy (BE ) menyediakan alternatif yang lebih bersih dibandingkan pembangkit listrik tradisional dan mengurangi ketergantungan pada jaringan.

Saat penulisan ini, saham BE diperdagangkan pada $10,80, turun 26,82% sejak awal tahun, dengan kapitalisasi pasar $2,465 miliar. Bloom Energy memiliki EPS (TTM) sebesar -1,30 dan P/E (TTM) sebesar -8,31. Untuk Q2 2024, perusahaan melaporkan pendapatan $335,8 juta, meningkat 11,5% dibandingkan tahun sebelumnya. Margin kotor kuartal tersebut adalah 20,4%, sementara kerugian operasionalnya sebesar $23,1 juta. Bloom Energy juga menerbitkan obligasi hijau konversi 3% pada saat itu untuk memperkuat neraca keuangannya.

Selain itu, perusahaan menjalin kemitraan dengan pemimpin AI CoreWeave (CRWV ) untuk memberi daya pada pusat data berperforma tinggi milik Chirisa Technology Parks. Sel bahan bakar Bloom juga akan memberi daya pada pusat data AWS milik Silicon Valley Power sebesar 20 MW. Menurut CEO Bloom KR sridhar:

“Sekarang sudah dipahami secara luas bahwa permintaan listrik diperkirakan akan jauh melampaui pasokan yang tersedia melalui jaringan. Hal ini memberikan Bloom peluang besar. Kami melihat tingkat minat komersial yang tinggi terhadap produk dan solusi kami. Kami terus mengeksekusi dengan baik, mengembangkan teknologi kami, dan membangun tim untuk pertumbuhan di masa depan.”

#2. NextEra Energy

Dengan fokus pada tenaga surya, angin, dan penyimpanan baterai, NextEra telah menjadi salah satu produsen energi terbarukan terbesar. Saham perusahaan listrik dan infrastruktur energi ini saat ini diperdagangkan pada $83,85, naik 38,05% sejak awal tahun, dengan kapitalisasi pasar NextEra sebesar $172,27 miliar. EPS (TTM)nya adalah 3,67 dan P/E (TTM) adalah 22,85.

Untuk 2Q24, perusahaan melaporkan pendapatan bersih GAAP sebesar $1,622 miliar sambil menambahkan lebih dari 3.000 MW proyek energi terbarukan dan penyimpanan baru ke dalam backlog-nya. Beberapa bulan lalu, anak perusahaan NextEra Energy (NEE ) Resources, bersama Entergy, mengumumkan perjanjian pengembangan bersama untuk mempercepat penciptaan hingga 4,5 GW pembangkit listrik surya baru dan proyek penyimpanan energi.

Kesimpulan

Matahari adalah sumber energi yang tak habis dan ketika dikombinasikan dengan teknologi yang efisien dan canggih, ia menawarkan potensi besar untuk memenuhi permintaan energi global yang meningkat cepat serta mengatasi masalah perubahan iklim.

Sebagai pemimpin yang terus naik dalam transisi energi bersih global yang sedang berlangsung, industri surya telah melihat banyak investasi, melampaui semua teknologi pembangkit lainnya secara gabungan tahun lalu dan pengembangan. Semua ini telah menghasilkan banyak terobosan dalam teknologi surya, seperti sel surya yang melacak matahari, sel surya cetak, jendela fotovoltaik, dan, tentu saja, pembangkitan energi surya pada malam hari, yang dapat membantu mendorong energi surya menjadi solusi energi jangka panjang bagi generasi mendatang.

Klik di sini untuk daftar saham surya teratas untuk diinvestasikan.