Solusi Penyimpanan Energi Surya Efisiensi Meningkat Lebih dari Satu Orde Besar dalam Terobosan Konversi

“Kapasitas dunia untuk menghasilkan listrik terbarukan berkembang lebih cepat daripada kapan pun dalam tiga dekade terakhir,” kata International Energy Agency dalam sebuah laporan yang diterbitkan awal tahun ini.

Pertumbuhan ini, menurut organisasi antar‑pemerintah otonom yang berbasis di Paris, menawarkan “kesempatan nyata untuk mencapai” target melipat tiga kapasitas global, yang ditetapkan pada konferensi perubahan iklim COP28, pada akhir dekade ini.

Kapasitas terbarukan telah tumbuh secara signifikan selama dekade terakhir, dengan energi surya memainkan peran utama dalam hal itu. Pada tahun 2023, sumber terbarukan menghasilkan 30% listrik dunia, dan panel surya PV menyumbang tiga perempat penambahan kapasitas terbarukan baru dunia.

Hal ini masuk akal, mengingat biaya energi surya terus menurun, menjadi lebih murah daripada batu bara. Selain memberikan manfaat ekonomi seperti kepastian biaya dalam jangka panjang, energi surya juga meningkatkan ketahanan dan mengurangi emisi karbon.

Namun, meskipun manfaat ini dan fakta bahwa 50% konsumsi energi akhir global digunakan untuk pemanasan, penggunaan tenaga surya masih rendah dibandingkan sumber energi fosil.

Hal ini disebabkan oleh keterbatasan unik tenaga surya, termasuk tidak tersedia pada malam hari, sementara penggunaan energi puncak cenderung terjadi pada malam hari. Selain itu, perubahan iklim memengaruhi baik permintaan maupun pasokannya.

“Kita perlu memikirkan bagaimana perubahan iklim akan memengaruhi sistem energi secara keseluruhan karena, sayangnya, tidak ada sistem pembangkit listrik yang kebal terhadap dampak perubahan iklim.”

– Romany Webb, wakil direktur Sabin Center for Climate Change Law di Columbia Climate School

Mengenai dampak iklim, gelombang panas yang lebih sering membuat panel surya kurang efisien, sementara peningkatan permintaan pendinginan membebani jaringan dan berdampak negatif pada sistem. Badai tropis ternyata dapat mengurangi produksi fotovoltaik antara 18% hingga 60%, sementara siklon tropis dapat menurunkan radiasi matahari hingga 80%. Cuaca ekstrem seperti bahaya angin dapat lebih merusak infrastruktur energi surya.

Semua keterbatasan ini berarti bahwa penyimpanan energi surya yang efisien dapat membuka banyak peluang.

Solusi penyimpanan yang efektif memungkinkan penyimpanan daya berlebih untuk penggunaan puncak ketika matahari terbenam. Dengan cara ini, beban listrik dapat diseimbangkan berdasarkan permintaan dan pasokan serta memungkinkan aliran energi yang konsisten.

Penyimpanan tenaga surya juga memberikan perlindungan selama peristiwa gangguan seperti kebakaran hutan, di mana jaringan energi menjadi rentan terhadap pemadaman.

Jadi, apa saja solusi penyimpanan ini? Secara umum, mereka terbagi dalam tiga kategori utama; baterai, mekanik, dan termal. Di antara ini, baterai, terutama baterai lithium‑ion, adalah cara paling umum dan hemat biaya untuk penyimpanan energi surya.

Peneliti, bagaimanapun, terus menghasilkan inovasi baru. Pendekatan baru untuk memanen dan menyimpan energi surya secara lebih efisien melibatkan penggunaan strategi sensitisasi yang belum banyak dieksplorasi.

Pemanenan dan Penyimpanan Energi Surya yang Lebih Efisien

Untuk mengatasi masalah utama penggunaan energi surya global yang terbatas—intermitensi ketersediaannya secara langsung—peneliti di Universitas Johannes Gutenberg Mainz (JGU) dan Universitas Siegen telah mengembangkan sistem molekuler untuk menyimpan energi surya.

Berbeda dengan sistem penyimpanan energi termal tradisional yang hanya menyimpan energi untuk periode singkat, sistem penyimpanan energi surya molekuler dapat menyimpannya untuk periode yang lebih lama, dari beberapa minggu hingga bulan. Hal ini karena energi surya disimpan dalam bentuk ikatan kimia di sini.

Cara kerja sistem penyimpanan energi surya molekuler adalah molekul khusus atau fotoswitch pertama-tama menyerap energi surya dan kemudian melepaskannya sebagai panas sesuai permintaan.

Bahkan sistem ini tidak lepas dari tantangannya. Masalah utama dengan fotoswitch yang diaktifkan adalah kompromi antara penyerapan cahaya matahari yang efisien dan kapasitas penyimpanan energi. Hal ini membatasi kinerja keseluruhan sistem penyimpanan energi surya molekuler.

Jadi, tim peneliti di Mainz dan Siegen melakukan sebuah studi untuk mengatasi masalah ini dengan pendekatan baru.

Kelas baru fotoswitch pertama kali diperkenalkan di Siegen yang menunjukkan potensi penyimpanan energi luar biasa dibandingkan dengan baterai lithium‑ion tradisional.

Kimia baterai yang paling banyak digunakan, baterai ini melibatkan satu atau banyak sel lithium‑ion selain papan sirkuit. Sel lithium‑ion memiliki elektroda, anoda, katoda, elektrolit yang menghantarkan listrik, kolektor arus, dan pemisah. Sementara itu, fotoswitch adalah molekul yang mengubah geometri struktural dan sifat kimianya ketika terpapar radiasi elektromagnetik.

Fotoswitch baru ini, meskipun memiliki potensi penyimpanan energi yang luar biasa, fungsinya terbatas pada aktivasi oleh cahaya ultraviolet (UV). Cahaya UV memiliki panjang gelombang 10‑400 nanometer dan hanya merupakan sebagian kecil dari spektrum matahari.

Jadi, studi terbaru mengusulkan teknik pemanenan cahaya tidak langsung. Teknik ini mirip dengan cara pemanenan cahaya pada fotosintesis. Di sini, senyawa kedua dimasukkan, yaitu sensitisator yang menunjukkan kualitas penyerapan cahaya tampak yang sangat baik. Menurut Profesor Christoph Kerzig dari Departemen Kimia JGU, yang memimpin studi bersama mahasiswa PhD Till Zähringer:

“Dalam pendekatan ini, sensitisator menyerap cahaya dan selanjutnya mentransfer energi ke fotoswitch, yang tidak dapat langsung diaktifkan dalam kondisi ini.”

Dengan pendekatan baru ini, tim peneliti telah meningkatkan efisiensi penyimpanan energi surya lebih dari satu orde besarnya. Langkah maju besar ini dalam konversi energi membuka aplikasi potensial baik untuk solusi pemanasan rumah tangga maupun penyimpanan energi skala besar.

Tim peneliti berbasis Mainz juga melakukan analisis spektroskopi menyeluruh untuk mengeksplorasi sistem kompleks guna memahami mekanisme dasarnya.

Memperoleh pemahaman detail tentang cara kerja sistem akan membantu “meningkatkan batas pemanenan cahaya secara signifikan,” kata penulis pertama Zähringer, menambahkan bahwa hal ini juga dapat meningkatkan efisiensi konversi cahaya menjadi energi kimia yang disimpan.

Dalam kondisi operasional, setiap foton yang diserap dapat memicu proses pembentukan ikatan kimia. Hal ini jarang terlihat dalam reaksi fotokimia akibat beberapa saluran kehilangan energi.

Peneliti berhasil memvalidasi ketangguhan praktisitas sistem dengan mengulang siklus antara keadaan penyimpanan dan pelepasan energi berkali‑kali menggunakan cahaya matahari, menyoroti potensi sistem untuk aplikasi dunia nyata.

Perkembangan Terbaru dalam Pemanenan & Penyimpanan Energi Surya

Mengingat peran besar yang dimainkan surya dalam campuran energi terbarukan, hal ini menjadi fokus yang semakin meningkat di antara peneliti, perusahaan, dan inisiatif pemerintah, yang berusaha memperoleh pemahaman lebih dalam tentang cara kerjanya dan mengembangkan solusi yang lebih baik untuk memanen energi serta penyimpanannya.

Penelitian baru dari NC State University berfokus pada memberikan pemahaman lebih dalam tentang apa yang terjadi pada sel organik saat sinar matahari diubah menjadi listrik. Untuk memvisualisasikan antarmuka di mana energi cahaya diubah menjadi muatan listrik, peneliti mengembangkan metode baru, mikroskopi probe pemindaian, dan menggunakannya untuk meningkatkan efisiensi sel surya.

Terbuat dari bahan polimer berbasis karbon, sel surya organik berpotensi digunakan untuk aplikasi surya fleksibel dan ringan serta aplikasi jendela semi atau sepenuhnya transparan, namun mereka tidak seefisien teknologi surya perovskit atau silikon dalam mengubah cahaya menjadi listrik.

Hal ini karena sel-sel ini terbuat dari campuran dua material; salah satunya memanen elektron (donor) tetapi kemudian harus berinteraksi dengan yang kedua untuk mentransfernya (akseptor), dan antarmuka antara keduanya bertanggung jawab atas kehilangan tegangan, sehingga membatasi efisiensi sel surya organik.

Studi terbaru menemukan bahwa baik perbedaan energi antara material donor dan akseptor yang menyusun, maupun disorder energi sepanjang antarmuka, menyebabkan kehilangan tegangan.

Menurut co‑author Aram Amassian, profesor ilmu dan teknik material di NC State University, memilih material dengan offset energi minimal mengurangi kehilangan tegangan. Parameter pelarut dan proses yang mengurangi disorder antarmuka dapat lebih lanjut mengurangi kehilangan energi.

Studi terbaru lainnya mengambil tugas memperkirakan secara andal kapasitas sistem penyimpanan energi rumah tangga untuk mendapatkan gambaran tentang penerapan sistem PV residensial yang efektif di masa depan.

Untuk ini, peneliti memperkenalkan teknik estimasi kapasitas yang dapat diskalakan, yang melibatkan tiga langkah kunci: menentukan kapan sistem penyimpanan berada pada kapasitas penuh dan kapan kosong serta menghitung kapasitas di antara kedua keadaan tersebut.

Kemudian teknik ini digunakan untuk mengukur 21 sistem berbasis baterai lithium‑ion di rumah tangga pribadi di Jerman selama delapan tahun. Analisis mengungkapkan bahwa, rata‑rata, sistem kehilangan 2‑3% kapasitasnya setiap tahun.

Secara khusus, metode ini dapat digunakan oleh produsen dan perusahaan energi surya untuk memperkirakan kapasitas sistem penyimpanan energi mereka. Selain itu, peneliti menerbitkan dataset ekstensif yang mencakup 14 miliar data poin dari lebih dari 100 tahun, yang dapat digunakan untuk melakukan studi tambahan atau melatih model komputasi.

Awal tahun ini, pada bulan Juni, peneliti juga mengembangkan sistem pemanenan cahaya inovatif yang dapat “menyerap banyak energi cahaya dalam lapisan tipis relatif,” mirip dengan sistem pemanenan cahaya alami.

Dengan memiliki struktur pita yang mirip dengan semikonduktor anorganik, sistem ini dapat menyerap cahaya secara panchromatik di seluruh rentang tampak, sementara penggunaan koefisien absorpsi tinggi dari dye organik memungkinkan penyerapan banyak energi.

Sistem ini memiliki empat dye merocyanine berbeda yang dilipat dan ditumpuk rapat, memungkinkan transportasi energi ultra‑cepat dan efisien di dalamnya. Sistem ini terbukti dapat mengonversi 38% cahaya yang dipancarkan menjadi energi.

Untuk penyimpanan energi surya yang efisien dan mengurangi kehilangan konversi, peneliti dari seluruh dunia juga berkumpul awal tahun ini untuk meneliti dinamika transformasi foto‑ dan elektrokimia guna merancang molekul yang lebih cocok untuk fungsi yang diinginkan.

Peneliti meneliti norbornadiena untuk ini, yang merupakan isomer hidrokarbon dengan dua cincin molekul dan, ketika terpapar cahaya UV, berubah menjadi quadricyclane yang lebih tertekan.

Mengingat densitas energi murni sistem norbornadiena‑quadricyclane sebanding dengan baterai lithium‑ion, jika konversi baliknya dapat dikendalikan secara andal, hal ini dapat menghasilkan modul surya yang efisien dan juga cocok untuk menyimpan listrik.

Fokus pada molekul hidrokarbon menawarkan metode hemat biaya yang tidak memerlukan logam langka dan dapat dengan mudah didaur ulang atau dibuang. Semua perkembangan terbaru di sektor ini menjadi bukti fokus yang meningkat pada peningkatan adopsi energi surya di seluruh dunia.

Perusahaan yang Posisi untuk Mendapat Manfaat dari Kemajuan Ini

Sekarang, kita akan melihat dua nama paling menonjol yang dapat memperoleh manfaat atau menawarkan sistem penyimpanan energi surya molekuler semacam itu. Kedua nama tersebut adalah NextEra Energy, Inc. (NEE ) dan Enphase Energy, Inc. (ENPH ), keduanya merupakan perusahaan berbasis AS dan aktif terlibat dalam energi terbarukan.

1. NextEra Energy (NEE )

Dikenal karena investasinya dalam teknologi energi terbarukan, NextEra Energy dapat memperoleh manfaat dari teknologi ini dalam hal efisiensi penyimpanan.

Dengan kapitalisasi pasar $161 miliar, saham NextEra saat ini diperdagangkan pada $78,37, naik lebih dari 29% tahun ini sejauh ini. Perusahaan memiliki EPS (TTM) sebesar 3,37 dan P/E (TTM) sebesar 23,24, sementara membayar dividen sebesar 2,63%.

Perusahaan infrastruktur energi tersebut baru-baru ini melaporkan hasil keuangan untuk 3Q24, mengungkapkan bahwa laba bersihnya melonjak menjadi $1,85 miliar, dibandingkan $1,29 miliar pada Q3 2023. Pendapatan per saham yang disesuaikan sekaligus meningkat 10% secara tahunan. Hasil ini, menurut CEO-nya John Ketchum, menunjukkan “kinerja keuangan dan operasional yang solid secara berkelanjutan.”

Sementara itu, Florida Power & Light Company (FPL) milik NextEra Energy mencatat laba bersih $1,29 miliar, sementara belanja modalnya $2 miliar, dan modal regulatori yang digunakan meningkat 9,5% secara tahunan. Membahas pelanggan di Florida yang terdampak oleh Badai Helene dan Milton, Ketchum mencatat bahwa “investasi FPL dalam penguatan dan teknologi jaringan pintar mencegah ratusan ribu pemadaman.

Sekarang, NextEra Energy Resources, untuk kuartal kedua berturut‑turut, menambahkan sekitar 3 gigawatt proyek energi terbarukan dan penyimpanan baru ke dalam backlog-nya. Mereka juga mengumumkan kesepakatan dengan dua pelanggan Fortune 50 untuk pengembangan proyek energi terbarukan dan penyimpanan, dengan total hingga 10,5 gigawatt hingga 2030.

“Kinerja kuat yang berkelanjutan dari bisnis kami serta skala, pengalaman, dan teknologi kami akan memungkinkan kami memanfaatkan peluang yang dibawa oleh peningkatan permintaan listrik ke sektor kami.”

– Ketchum, CEO NextEra Energy

Minggu lalu, perusahaan energi bersih terkemuka tersebut menandatangani kesepakatan untuk menjual unit ekuitas senilai $1,5 miliar kepada institusi keuangan utama, termasuk Goldman Sachs (GS ), J.P. Morgan, dan Mizuho. Dana tersebut akan digunakan untuk investasi dalam proyek energi dan tenaga terkait AI serta untuk membayar kewajiban commercial paper yang masih tertunggak.

Karena kegilaan AI menyebabkan peningkatan permintaan daya dari pusat data AI dan perusahaan fokus pada pertumbuhan bisnis energi terbarukannya, NextEra Energy juga melakukan studi dan berdiskusi dengan regulator federal tentang memulai kembali pembangkit listrik tenaga nuklir Duane Arnold di Iowa.

2. Enphase Energy, Inc. (ENPH )

Mengkhususkan diri dalam inverter surya dan penyimpanan, Enphase Energy juga berpotensi memperluas ke penyimpanan molekuler inovatif jika secara komersial layak untuk meningkatkan ketahanan dan efisiensi energi bagi konsumennya.

Dengan kapitalisasi pasar $11,8 miliar, saham Enphase saat ini diperdagangkan pada $87,46, turun 33,87% tahun ini. Perusahaan memiliki EPS (TTM) sebesar 0,44 dan P/E (TTM) sebesar 198,82. Untuk Q3 2024, perusahaan teknologi energi global melaporkan pendapatan $380,9 juta dan margin kotor non‑GAAP sebesar 48,1%. Selama periode ini, Enphase mengirim lebih dari 1,73 juta mikroinverter dan 172,9 MWh baterai.

Sementara itu, pemasok terkemuka dunia sistem surya dan baterai berbasis mikro inverter menutup kuartal dengan arus kas bebas $161,6 juta, sementara kas, setara kas, dan sekuritas yang dapat diperdagangkan sebesar $1,77 miliar.

Selama periode ini, Enphase meluncurkan perangkat lunak berbasis AI untuk mengoptimalkan penggunaan energi dengan mengintegrasikan perkiraan surya dan konsumsi dengan tarif listrik guna membantu konsumen memaksimalkan penghematan.

Pada bulan Oktober, perusahaan mulai mengirim IQ8™ Microinverters untuk mendukung panel surya berdaya tinggi yang lebih baru di beberapa negara, memperluas dukungan untuk program layanan jaringan (atau pembangkit listrik virtual) di beberapa negara bagian AS, dan meluncurkan IQ8X Microinverters dengan garansi residensial standar terpanjang yaitu 25 tahun di Australia.

Selama dua bulan sebelumnya, perusahaan meluncurkan Sistem Enphase Energy paling kuat hingga saat ini, mengumumkan solusi untuk memperluas sistem metering energi bersih (NEM) warisan di California tanpa penalti, meluncurkan konektor NACS untuk IQ EV Chargers, dan mengirim IQ8 Microinverters untuk mendukung modul surya berdaya tinggi yang lebih baru di beberapa negara di seluruh Eropa. Mereka juga memperkenalkan IQ Energy Management untuk memungkinkan dukungan tarif listrik dinamis serta integrasi charger EV pihak ketiga dan pompa panas di Belanda.

Perusahaan kini bersiap meluncurkan charger EV generasi ke‑2 IQ®, baterai IQ 3‑Phase dengan cadangan, dan Kit Surya Balkon IQ® untuk pasar Eropa, sementara sistem energi generasi keempat, yang menampilkan IQ® Meter Collar, Baterai IQ 10 kWh, dan IQ® Combiner yang ditingkatkan, akan debut di AS awal tahun depan.

Secara keseluruhan, penjualan Enphase di Eropa turun 15% dari Q2 karena “pelemahan lebih lanjut dalam permintaan Eropa,” sementara inventaris yang kembali ke level normal meningkatkan pendapatan AS-nya sebesar 43% secara berurutan.

Kesimpulan

Di tengah dorongan global untuk energi terbarukan, tenaga surya muncul sebagai pemain utama dalam menawarkan solusi bersih dan melimpah. Namun, adopsi globalnya dipengaruhi oleh biaya, solusi yang lebih efisien, dan kurangnya infrastruktur, di antara faktor-faktor lainnya.

Kemajuan terbaru, mulai dari penyimpanan surya molekuler hingga inovasi sel surya organik, menawarkan potensi besar dalam membuat energi surya lebih efisien, membantu memenuhi permintaan listrik global, bahkan dalam kondisi sulit, dan membuka jalan menuju masa depan yang berkelanjutan.

Klik di sini untuk daftar saham tenaga surya teratas.