Wearable Bertenaga Surya Akan Segera Terwujud dengan Fotovoltaik Organik Ultratin Tipis yang Baru Dikembangkan

Kemampuan revolusioner tenaga surya telah terbukti tanpa keraguan. Dengan kesuksesannya yang berkembang pesat, dipadukan dengan inovasi teknologi yang memperkaya setiap hari dan meningkatnya permintaan energi terbarukan, pasar tenaga surya pintar global dapat melampaui US$27 miliar pada 2028 dari kurang dari US$13 miliar pada 2022.

Proyeksi pertumbuhan menunjukkan pasar akan berlipat ganda, menyaksikan inovasi tingkat tinggi dalam material fotovoltaik, penyimpanan energi, jaringan pintar, sistem tenaga surya, dan banyak lagi. Secara khusus, energi surya juga mulai meninggalkan jejaknya di bidang wearable, dengan penelitian dan percobaan yang segera diharapkan memperkenalkan wearable bertenaga surya. 

Fotovoltaik Organik Ultra-Fleksibel sebagai Sumber Daya Potensial untuk Elektronik Wearable

Penelitian baru yang dipublikasikan di Nature Communications, berjudul ‘Waterproof and Ultraflexible Organic Photovoltaics with Improved Interface Adhesion’, menyoroti sifat elastis dan ringan fotovoltaik organik ultra-fleksibel, menjadikannya sumber daya yang kuat untuk elektronik wearable. Penelitian tersebut, bagaimanapun, mengakui bahwa membuat solusi ini tahan air tetap menjadi tantangan jika fleksibilitas mekanik dan konformitasnya tetap tidak berubah. 

Penelitian menunjukkan bagaimana tantangan ini dapat diatasi, pada dasarnya menempatkan fotovoltaik organik sebagai solusi unggul. Solusinya melibatkan pemanfaatan pertumbuhan in-situ lapisan transportasi lubang untuk memperkuat adhesi antarmuka antara lapisan aktif dan anoda. Lebih spesifik, solusi ini memungkinkan elektroda perak untuk diendapkan di atas lapisan aktif. Endapan tersebut kemudian diikuti dengan proses annealing termal. 

Penelitian menemukan bahwa metode in-situ jauh melampaui metode konvensional dengan menunjukkan bahwa lapisan transportasi lubang yang tumbuh secara in-situ memiliki sifat adhesi termodinamika yang superior antara lapisan aktif, menghasilkan sifat tahan air yang lebih baik. 

Dalam percobaan, fotovoltaik organik setebal tiga mikrometer yang diproduksi dengan metode ini mempertahankan 89% dan 96% dari kinerja aslinya bahkan setelah direndam dalam air selama empat jam dan mengalami 300 siklus peregangan/pelepasan pada regangan 30% di bawah air. 

Meskipun angka-angka ini membuktikan fleksibilitas dan kemampuan tahan airnya, perangkat tersebut berhasil melewati uji pencucian mesin secara mulus meskipun memiliki lapisan enkapsulasi yang tipis. 

Secara keseluruhan, percobaan ini menunjukkan bagaimana sel surya dapat menjadi tahan air dan cocok untuk operasi berskala besar. 

Sel surya kini dapat diintegrasikan secara fungsional ke dalam pakaian, tetap efektif bahkan setelah terkena hujan atau melalui siklus pencucian. Inovasi ini sangat penting karena dapat berkontribusi pada pembuatan perangkat elektronik wearable yang dapat dipasang pada pakaian dan tetap berfungsi dalam segala kondisi cuaca. 

Saat membahas percobaan dan menjelaskan potensi kegunaannya, Kenjiro Fukuda, salah satu penulis korespondensi makalah tersebut, mengatakan:

“Apa yang kami ciptakan adalah metode yang dapat digunakan secara lebih umum. Menatap masa depan, dengan meningkatkan stabilitas perangkat di bidang lain, seperti paparan udara, cahaya kuat, dan stres mekanik, kami berencana mengembangkan lebih lanjut sel surya organik ultratin kami sehingga dapat digunakan untuk perangkat wearable yang benar‑benar praktis.”

Sementara peneliti di seluruh dunia bersemangat menjadikan sel surya lebih dapat digunakan dan signifikan secara praktis, beberapa perusahaan berinvestasi besar dalam R&D untuk mengembangkan solusi skala besar yang menguntungkan populasi lebih luas.Klik di sini untuk mempelajari semua tentang anting thermal.

#1. Garmin

Garmin telah mengembangkan seluruh rangkaian wearable pintar bertenaga surya yang mengklaim dapat memperpanjang masa pakai baterai ke tingkat yang belum pernah tercapai. Rangkaian tersebut mencakup tiga smartwatch: Fenix 7 PRO, Instinct 2, dan Forerunner 955 Solar. Produk‑produk ini dirancang khusus untuk penggunaan di luar ruangan.

Smartwatch ini dapat memanfaatkan energi surya bahkan ketika wajah jam sebagian tertutup. Fitur manajer daya mereka memungkinkan pengguna menyesuaikan dan mengkustomisasi penggunaan energi sesuai kebutuhan.  

Sebagai contoh, jam ini dapat mendukung ekspedisi luar ruangan hingga dua bulan tanpa memerlukan sumber daya tambahan. Selain itu, solusi ini ramah lingkungan karena menghasilkan 59 persen lebih sedikit emisi karbon dibandingkan jam lainnya. 

Fenix 7 Pro, misalnya, memanfaatkan panel surya ultra-transparan. Desainnya yang ramping dapat mengoptimalkan penyerapan sinar matahari. Instinct 2 adalah smartwatch GPS bertenaga surya. Forerunner 955 dirancang khusus untuk berlari. 

Garmin telah mencapai banyak keajaiban teknologi dalam membangun solusinya. Misalnya, sistem power glass mereka telah secara radikal mengubah cara teknologi panel surya digunakan. Mereka menggantikan panel surya konvensional dengan lensa kaca super-transparan yang mengintegrasikan sel konduktif surya mikroskopis. Panel kaca tersebut ultra-tipis, kurang dari setengah milimeter. 

Dalam demonstrasi kehebatan teknologi, panel tersebut tidak hanya mampu menangkap fotoelektrik secara efektif tetapi juga menggabungkan teknologi tampilan Memory-in-piece untuk menghasilkan layar yang jelas dan mudah dibaca. Kejernihan tinggi dan penggunaan daya rendah, bahkan di bawah sinar matahari langsung, menjadikannya kelas teratas. 

Pada 21 Februari 2024, Garmin® Ltd. mengumumkan hasilnya untuk kuartal keempat yang berakhir pada 30 Desember 2023. Perusahaan mencatat pendapatan konsolidasi sebesar $5,23 miliar, meningkat 8% dibandingkan tahun sebelumnya. 

Perusahaan mencatat margin kotor sebesar 57,5%, dibandingkan 57,7% pada tahun sebelumnya, dan margin operasional sebesar 20,9%, dibandingkan 21,1% pada tahun sebelumnya. Pendapatan operasional sebesar $1,09 miliar, meningkat 6% dibandingkan tahun sebelumnya.

Klik di sini untuk daftar saham tenaga surya teratas untuk diinvestasikan.

#2. Tommy Hilfiger

Bagi Tommy Hilfiger, merek fashion dan pakaian yang diakui secara global, wearable bertenaga surya bukan hal baru, karena mereka memperkenalkan lini jaket lapangan berpanel surya hampir satu dekade yang lalu, pada 2014. Proyek ini diwujudkan dengan bantuan Pvillion, produsen panel surya. Jaket tersebut dilengkapi panel surya tahan air yang berfungsi sebagai lapisan pelapis belakang. Panel-panel ini dirancang untuk mengisi daya perangkat melalui kabel bawaan dan port USB. 

Pada saat peluncurannya, jaket tersebut dijual seharga US$600. Jaket yang dirancang oleh Tommy Hilfiger, bekerja sama dengan ‘Pvillion’, menjadi inspirasi. Tujuh tahun setelah peluncuran, pada 2021, peneliti desain dan fisika Universitas Aalto di Finlandia menciptakan merek pakaian dengan panel surya tersembunyi. 

Proyek yang dikenal sebagai Sun-Powered Textiles menghasilkan produk otonom energi yang dapat mengisi daya perangkat wearable – sensor yang mengukur kelembapan atau suhu – tanpa mengganggu tampilan dan rasa pakaian.

Saat menjelaskan keunikan inovasi mereka, peneliti desain Universitas Aalto, Elina Ilen, mengatakan:

“Kami membuat contoh demonstrasi, sebuah jaket, di mana energi cahaya digunakan untuk memberi daya pada sensor kelembapan dan suhu terintegrasi, dengan mempertimbangkan pengguna pakaian kerja yang masuk dan keluar serta melakukan tugas fisik setiap hari.”

Inovasi ini, baik dari Tommy Hilfiger maupun Universitas Aalto, merupakan contoh bagaimana pakaian kita dapat memiliki panel surya secara tersembunyi dan mudah digunakan. 

PVH Corp. (PVH ), entitas yang memiliki merek Tommy Hilfiger, melaporkan pendapatan kuartal keempat dan tahunan 2023 pada 1 April 2024. Pendapatan tahunan meningkat 2% menjadi $9,218 miliar dibandingkan periode tahun sebelumnya, sementara pendapatan kuartal keempat 2023 sebesar $2,490 miliar tetap datar dibandingkan periode tahun sebelumnya. 

Klik di sini untuk mempelajari bagaimana tenaga surya dapat menawarkan lebih dari sekadar energi bersih.

#3. Skagen (Dimiliki oleh Fossils Group)

Pada Agustus 2022, merek jam dan perhiasan terkenal Skagen meluncurkan koleksi berkelanjutan, Grenen Solar. Desainnya mencakup mekanisme bertenaga surya Jepang dengan tiga jarum untuk penentuan waktu yang presisi. Koleksi ini juga menjanjikan cadangan daya selama enam bulan. Berkat mekanisme bertenaga surya, pemakainya dapat mengisi jam dalam cahaya apa pun, alami atau buatan. 

Salah satu keunggulan Grenen Solar adalah komitmennya untuk menjadikan keberlanjutan sebagai inti keahlian inovasinya. Keberlanjutan tidak hanya berupa penggunaan tenaga surya. Peluncuran produk ini sejalan dengan visi dan komitmen perusahaan untuk menjadikan jam mereka 100% berkelanjutan dalam waktu dekat. Untuk itu, 50% baja yang digunakan dalam jam tersebut adalah baja tahan karat daur ulang. Selain itu, koleksi secara keseluruhan hadir dalam lima gaya dengan ukuran case 37 mm dan harga eceran US$195.

Pada Januari 2012, Skagen dijual ke Fossil Group dalam transaksi senilai US$237 juta. Pada 13 Maret 2024, Fossil Group menerbitkan laporan tahunan untuk Tahun Fiskal 2023. Pada 2023, perusahaan mencatat penjualan bersih lebih dari US$1,4 miliar, turun dibandingkan 2022, ketika mencatat penjualan bersih US$1,68 miliar.

Secara keseluruhan, produk dan solusi di atas jelas menunjukkan bahwa wearable bertenaga surya bukan hal baru. Namun, seperti yang kami tunjukkan di awal, inovasi di sekitarnya terus berkembang pesat. Hal ini menunjukkan vitalitas dan nilai sumber energi terbarukan serta potensi keberlanjutannya. Beberapa inovasi menarik lainnya sedang berlangsung, dan kami akan meninjau beberapa di antaranya untuk mendapatkan gambaran tentang masa depan.

Wearable Bertenaga Surya: Apa yang Akan Terjadi di Masa Depan

Pada 2017, peneliti mempersembahkan desain sebuah gelang pintar wearable yang menggunakan panel fotovoltaik fleksibel berfilm tipis dan berukuran kecil sebagai sumber energi, menandai kemajuan signifikan dalam subsistem pemanen energi surya. Tujuannya adalah memaksimalkan efisiensi konversi energi dan mencapai sistem wearable nirkabel yang mandiri secara energi. 

Dengan memanfaatkan film poliamida untuk integrasi sistem penuh, teknologi ini terbukti bermanfaat dalam pemantauan jangka panjang pasien atau lansia dalam aplikasi perawatan kesehatan. Hasilnya menjanjikan, karena satu panel surya fleksibel dapat menghasilkan hingga 16 megawatt daya di luar ruangan dan 0,21 megawatt di dalam ruangan. Secara mengesankan, data yang dikumpulkan perangkat dapat ditransfer melalui Bluetooth. 

Penelitian lanjutan dalam bidang perawatan kesehatan menghasilkan pengembangan biosensor wearable bertenaga surya tanpa baterai yang dapat memanfaatkan potensi biomarker keringat yang belum dimanfaatkan. Hasil penelitian tersebut adalah LumiStat, sebuah wearable bertenaga surya multifungsi yang mampu melakukan induksi keringat secara otonom, pengambilan sampel keringat mikrofluidik dinamis, pemantauan multiplex biomarker keringat, dan transmisi data nirkabel, sebuah terobosan dalam teknologi pemantauan kesehatan non-invasif. 

Karena bertenaga surya, perangkat ini mampu memberikan kinerja luar biasa, memungkinkan operasi berkelanjutan lebih dari 12 jam di berbagai kondisi cahaya. Peneliti menguji LumiStat secara ketat, termasuk pemantauan multimodal lintas aktivitas selama satu hari terhadap biomarker keringat. Solusi ini dapat beroperasi secara konsisten di berbagai lingkungan cahaya dan aktivitas fisik, dengan konsumsi daya yang secara cerdas menyesuaikan dengan pencahayaan yang tersedia, memastikan pengukuran sensor terus-menerus.

Sebuah laporan penelitian yang dipublikasikan oleh Nottingham Trent University membahas pengembangan tekstil yang disematkan lebih dari seribu sel surya miniatur. Sel surya ini mampu mengisi daya smartwatch dan ponsel. Secara bersamaan, mereka dapat memanen 400 milivatt (watt) energi listrik dari matahari. 

Tekstil ini cocok untuk pakaian sehari-hari dan dapat dicuci dalam mesin pada suhu 40°C bersama pakaian lain. Dengan ukuran hanya lima milimeter panjang dan 1,5 milimeter lebar, sel surya disematkan dalam resin polimer tahan air. Bahkan penenun tidak dapat merasakannya. 

Menurut Dr Hughes-Riley dari Advanced Textiles Research Group (ATRG) universitas tersebut:

“Prototipe ini memberikan gambaran menarik tentang potensi masa depan e‑textile. Sampai kini, sangat sedikit orang yang mempertimbangkan bahwa pakaian atau produk tekstil mereka dapat digunakan untuk menghasilkan listrik. Material yang kami kembangkan tampak dan berperilaku sama seperti tekstil biasa, karena dapat diperas dan dicuci dalam mesin.”

Material berukuran 51 cm x 27 cm ini bersifat bernapas dan stabil secara kimia. Material ini dilengkapi sel surya silikon. Konfigurasi ini memungkinkan material menghasilkan output daya sebesar 335,3 watt pada intensitas cahaya 0,86, dengan kemampuan menghasilkan hingga 394 watt ketika intensitas cahaya mencapai 1,0.

Jelas, setiap harinya semakin banyak penelitian yang tersedia bagi publik yang menunjukkan potensi teknologi wearable bertenaga surya. Ini benar‑benar mengubah permainan dan paradigma. Karena solusi ini dirancang untuk tetap terpasang pada tubuh kita setiap saat, mengubah cara kita berinteraksi dengan teknologi. Mereka menghilangkan kebutuhan akan perantara daya seperti titik pengisian. Mereka meningkatkan mobilitas dan kemampuan kami untuk menjelajah lebih banyak sambil kurang khawatir tentang cara menjaga sistem kami tetap berjalan.