Perangkat surya hibrida inovatif yang menggabungkan panel PV dan penyimpanan energi telah mencapai rekor tingkat efisiensi penyimpanan energi untuk perangkat semacam itu. Dan tidak seperti baterai konvensional, perangkat penyimpanan energi termal surya molekuler (MOST) tidak bergantung pada bahan yang langka.
“Sistem hibrida surya” menggabungkan panel fotovoltaik (PV) dan sistem penyimpanan energi dalam satu perangkat. Namun, pengembangan perangkat semacam itu melibatkan upaya mengatasi beberapa tantangan utama untuk memastikan sistem beroperasi secara efisien. Salah satunya adalah efek radiasi matahari, yang menyebabkan suhu panel meningkat dan – agak berlawanan dengan intuisi – menghasilkan Penurunan 10% hingga 25% dalam efisiensi sel PV. Yang lainnya adalah bahwa teknologi penyimpanan energi saat ini, seperti baterai, bergantung pada bahan yang langka dan tidak berkelanjutan.
Namun, para peneliti dari Universitas Teknologi Chalmers di Swedia dan Universitat Politècnica de Catalunya – Barcelona Tech, Spanyol, telah menemukan perangkat hibrida baru yang mengatasi kedua masalah ini sekaligus memaksimalkan pemanfaatan energi surya dan mencapai rekor efisiensi penyimpanan energi.
Sistem PV berbasis silikon telah muncul sebagai teknologi energi surya yang dominan karena alasan yang tepat. Silikon berlimpah dan menggunakannya untuk memproduksi modul PV hemat biaya, dapat ditingkatkan, dan berkelanjutan secara lingkungan. Sistem PV berbasis silikon juga sangat efisien dalam mengubah sinar matahari menjadi listrik. Meskipun demikian, sistem ini masih rentan terhadap panas berlebih, yang menyebabkan inefisiensi.
Wang dan kawan-kawan.
Jadi, para peneliti menyimpang dari metode tradisional menggabungkan lapisan penyerap termal dengan sel PV dan menggabungkan sel surya silikon dengan sistem penyimpanan energi termal surya molekuler yang inovatif, disingkat MOST. Sistem ini ditempatkan di atas sel PV dan berisi molekul organik yang mengalir melalui chip mikrofluida yang dapat menyimpan sinar matahari sebagai energi kimia melalui proses fotoisomerisasi. Fotoisomerisasi adalah reaksi foto umum yang mengubah struktur molekul organik setelah terpapar cahaya.
Kembali ke dasar-dasar fisika, foton adalah paket-paket cahaya kecil yang mewakili seluruh spektrum radiasi elektromagnetik. Foton bergerak dalam pola seperti gelombang, dari gelombang radio berenergi rendah ke gelombang energi yang menghasilkan cahaya tampak dan seterusnya ke gelombang berenergi lebih tinggi seperti cahaya ultraviolet.
Ketika molekul organik MOST disinari dengan foton berenergi tinggi, atau partikel cahaya, seperti sinar ultraviolet, molekul tersebut mengalami transformasi kimia, menyimpan energi yang dihasilkan untuk penggunaan selanjutnya. Selain itu, molekul-molekul ini mendinginkan sel PV dengan bertindak sebagai filter optik yang menghalangi foton yang biasanya menyebabkan sel memanas dan mengurangi efisiensi. Dengan cara ini, sistem MOST memungkinkan pembangkitan listrik dan penyimpanan energi kimia.
Para peneliti menguji perangkat baru tersebut dalam skenario dunia nyata, mengarahkannya secara manual agar menghadap matahari antara pukul 9 pagi hingga 3 sore pada suatu hari musim gugur di bulan November di Barcelona tahun 2022 yang mencapai suhu tertinggi sekitar 39 °C (102 °F). Perangkat baru tersebut mencapai efisiensi penyimpanan surya sebesar 2,3%, efisiensi energi surya termal molekuler tertinggi yang pernah tercatat hingga saat ini. Perangkat tersebut juga menurunkan suhu sel PV hingga 8 °C (46 °F), mengurangi kehilangan energi akibat panas dan meningkatkan efisiensi konversi daya hingga 12,6%. Total pemanfaatan energi surya mencapai 14,9%.
Dari sudut pandang keberlanjutan, sistem MOST tidak hanya meningkatkan efisiensi energi untuk mengurangi ketergantungan pada bahan bakar fosil, tetapi juga menggunakan unsur-unsur umum seperti karbon, hidrogen, oksigen, dan nitrogen sebagai pengganti bahan langka (dan mahal) seperti litium, kobalt, dan nikel, yang biasanya digunakan untuk membuat baterai.
“Meskipun ada potensi untuk pengoptimalan lebih lanjut, pengembangan ini merupakan langkah maju yang signifikan menuju teknologi penyimpanan energi jangka panjang yang melengkapi sistem PV,” kata para peneliti.
Sistem MOST telah terbukti bertahan lama lebih dari 1.000 siklus pengisian/pengosongan dengan degradasi minimal, yang berarti sistem ini dapat beroperasi terus-menerus selama berbulan-bulan. Para peneliti berharap perangkat hibrida mereka akan menjawab kebutuhan yang semakin meningkat akan energi bersih dan penyimpanan yang efisien seiring dengan transisi kita dari bahan bakar fosil.
Studi ini dipublikasikan dalam jurnal Joule.
Sumber: UPC
