Teknologi Panel Surya Mengambang di Belanda itu Revolusi Energi Matahari Terbarukan
 |
| Panel Surya Belanda |
Di sebuah danau di Belanda, sebuah pulau bundar berkilau mengapung, diselimuti lusinan panel surya yang berkilauan.
Tapi ini bukan susunan surya biasa, atau bahkan hanya salah satu dari banyak ladang surya terapung baru yang dipasang di danau, waduk, dan daerah pesisir di seluruh dunia. Itu karena panelnya melakukan sesuatu yang tidak dapat dilakukan oleh pembangkit tenaga surya terapung lainnya: dengan cermat melacak dan mengikuti Matahari saat bergerak melintasi langit, untuk menangkap sinar sebanyak mungkin.
Instalasi gemerlap ini, dinamai Proteus yang diambil dari nama dewa laut Yunani kuno, adalah salah satu yang pertama menggabungkan panel surya terapung dengan teknologi pelacakan Matahari – semuanya dalam upaya memaksimalkan jumlah listrik bersih yang dapat dihasilkannya.
Pulau yang mengapung di Oostvoornse Meer, sebuah danau di barat daya Belanda, ditutupi oleh 180 panel surya bergerak ini, dengan total kapasitas terpasang sebesar 73 kilowatt daya puncak (kWp). Ini adalah jumlah yang kecil di dunia yang dengan cepat mencoba beralih ke energi terbarukan, tetapi SolarisFloat, perusahaan Portugis yang membangun Proteus, yakin instalasi kecil ini dapat ditingkatkan untuk menghasilkan listrik bersih dalam jumlah besar – dan, yang terpenting, tanpa menggunakan tanah yang berharga.
Revolusi Energi Surya
Dari Amazon Brasil hingga Jepang, panel surya terapung mengalami ledakan di seluruh dunia. Kapasitas tenaga surya terapung telah berkembang pesat dalam satu dekade terakhir, dari 70 MWp pada tahun 2015 menjadi 1.300MWp pada tahun 2020. Pasar untuk teknologi ini diperkirakan akan tumbuh sebesar 43% per tahun selama dekade berikutnya, mencapai $24,5 miliar (£21,7 miliar) pada tahun 2031.
"Solar terapung adalah opsi [energi terbarukan] yang agak baru, tetapi memiliki potensi besar secara global," kata Thomas Reindl, wakil kepala eksekutif Institut Riset Energi Surya Singapura (Seris). Mencakup hanya 10% dari semua reservoir buatan manusia di dunia dengan matahari terapung akan menghasilkan kapasitas terpasang 20 Terawatt (TW) – 20 kali lebih banyak dari kapasitas surya fotovoltaik (PV) global saat ini, menurut analisis oleh Seris terlihat oleh BBC Future Planet.
Munculnya teknologi surya terapung adalah salah satu tren terbaru dalam ekspansi revolusioner listrik PV surya dalam beberapa tahun terakhir. Secara global, kapasitas PV surya telah meningkat hampir 12 kali lipat dalam satu dekade terakhir, dari 72GW pada 2011 menjadi 843GW pada 2021. Teknologi ini sekarang menyumbang 3,6% dari pembangkit listrik global, naik dari 0,03% pada tahun 2006. Pada saat yang sama, susunan surya telah mengalami penurunan harga yang mencengangkan yang menjadikannya sumber daya termurah di dunia.
Ekspansi lebih lanjut dalam energi matahari diperkirakan – faktanya, kapasitas perlu mencapai enam kali lipat jumlah saat ini pada tahun 2030 untuk tetap berada di jalur dengan emisi nol bersih dunia, menurut Badan Energi Internasional. Geopolitik global juga memainkan peran dalam meningkatkan ketergantungan pada tenaga surya: Uni Eropa telah mengusulkan peningkatan besar-besaran energi terbarukan karena bertujuan untuk mengurangi ketergantungannya pada minyak dan gas Rusia setelah invasi negara itu ke Ukraina.
Bersamaan dengan pertumbuhan besar-besaran ini, para peneliti terus mencari peningkatan dalam teknologi surya. Sebagian besar panel surya yang dipasang sejauh ini di seluruh dunia terletak di tanah padat. Namun teknologi tenaga surya yang mengapung di atas air menawarkan keuntungan unik: mereka tidak menempati lahan yang mungkin diperlukan untuk penggunaan lain.
"Produksi energi terbarukan akan meningkat di seluruh dunia," kata Antonio Duarte, insinyur teknis utama di SolarisFloat. "Instalasi surya akan meningkat lebih banyak di air [daripada] di darat. Mengapa? Karena tanah menjadi aset yang sangat berharga."
Di dunia yang ingin memperluas susunan surya dengan cepat, hal ini memberikan keunggulan yang signifikan bagi surya terapung, terutama bagi negara-negara yang menghadapi kelangkaan lahan. Ladang surya konvensional sering dikritik karena jumlah lahan yang mereka tempati – lahan yang sebaliknya dapat digunakan untuk bercocok tanam untuk memberi makan populasi dunia yang terus bertambah, atau pohon penyerap karbon. Energi matahari membutuhkan ruang yang sangat besar, setidaknya 40-50 kali lebih banyak dari pembangkit batu bara dan 90-100 kali lebih banyak dari gas, menurut penelitian Universitas Leiden di Belanda.
Konservasionis juga menyatakan keprihatinannya bahwa pembangkit listrik tenaga surya dan angin berbasis lahan dapat berdampak berbahaya bagi keanekaragaman hayati, terutama yang dibangun di daerah yang kaya spesies.
Oleh karena itu, membangun teknologi penyerap sinar matahari di atas air merupakan cara cerdas untuk membebaskan lahan, sekaligus memanfaatkan danau dan waduk yang tidak berpenghuni. Negara-negara seperti Jepang dan Singapura banyak berinvestasi di peternakan surya terapung karena ketersediaan lahan yang terbatas atau lahan yang sangat mahal.
Instalasi tenaga surya terapung menawarkan keuntungan unik: tidak memakan ruang tanah yang berharga
Namun saat ini kurang dari 1% instalasi tenaga surya dunia mengambang, kata Michael Walls, seorang profesor di Pusat Teknologi Sistem Energi Terbarukan di Loughborough University, Inggris. Hal ini sebagian karena kendala teknis dan keuangan – air asin menyebabkan korosi dan memposisikan panel pada sudut yang rumit dan mahal pada platform terapung, kata Walls. Instalasi di badan air tawar juga dapat menghadapi tantangan jika bersaing dengan kegiatan lain, seperti berenang, berperahu, atau memancing, tambahnya.
Namun, peternakan bertenaga matahari terapung juga memecahkan masalah lain yang mengganggu energi surya konvensional: inefisiensi saat panel surya menjadi terlalu panas. Faktanya, panel surya terapung menghasilkan energi ekstra karena efek pendinginan dari air yang mereka bawa.
Panel surya menghasilkan listrik menggunakan sinar cahaya dari Matahari – bukan panasnya. Tapi ketika menjadi terlalu panas, efisiensinya turun. Ini karena panas menggairahkan elektron panel, yang mengubah energi dari Matahari menjadi listrik, membuat perbedaan antara energi tinggi dan keadaan diam menjadi lebih kecil, yang pada gilirannya menurunkan voltase dan jumlah listrik yang dihasilkan. Panel surya PV biasanya beroperasi pada efisiensi puncak antara 15C dan 35C (59F dan 95F), tetapi bisa mencapai panas 65C (149F), menghambat efisiensi.
Kedekatannya dengan air matahari terapung membantu panel beroperasi lebih efisien dan meningkatkan produksi listriknya hingga 15%, kata Nuno Correia, direktur material komposit di Institute of Science and Innovation in Mechanical and Industrial Engineering di Porto, yang mengembangkan panel tersebut. Proyek Proteus.
Melacak Matahari
Namun ada juga cara lain untuk meningkatkan produksi energi panel surya – seperti dengan memiringkannya untuk mengikuti jalur Matahari di langit, serupa dengan cara bunga matahari muda mengikuti matahari dari timur ke barat pada siang hari. Teknologi pelacakan, yang sudah digunakan pada beberapa susunan surya berbasis darat, membantu meningkatkan produksi listrik secara keseluruhan, karena panel secara konstan menyesuaikan diri dengan Matahari.
Panel dua sisi yang melacak Matahari dapat meningkatkan produksi energi sebesar 35% dan mengurangi biaya listrik rata-rata sebesar 16% dibandingkan dengan sistem konvensional, menurut penelitian oleh SERIS. Permintaan teknologi pelacakan untuk panel surya diperkirakan akan tumbuh sebesar 16% per tahun antara tahun 2022 dan 2030 karena peningkatan efisiensi ini.
Dengan menggabungkan kedua teknologi tersebut, SolarisFloat mengatakan dapat meningkatkan produksi listrik hingga 40%, dibandingkan dengan instalasi lahan statis.
SolarisFloat membangun Proteus sebagai proyek percontohan, untuk menguji teknologi mutakhir ini dan menganalisis cara meningkatkan pembangkitan energi bersih. Prototipe mendaratkan mereka posisi sebagai finalis Penghargaan Penemu Eropa tahun ini.
Panel satu sisi Proteus perlahan berputar setiap beberapa jam pada dua sumbu, menggunakan sensor mekanis, geospasial, dan cahaya untuk secara akurat mengikuti ketinggian jalur Matahari, saat bergerak dari timur ke barat.
Gambar: Proteus adalah salah satu instalasi pertama yang menggabungkan panel surya terapung dengan teknologi pelacakan Matahari (Kredit: SolarisFloat)
Ada banyak lokasi yang cocok untuk sistem pelacakan seperti Proteus, tetapi relung yang paling mungkin adalah instalasi di garis lintang yang lebih tinggi yang tidak akan mengalami angin kencang, kata Reindl. Lokasi harus dipilih dengan hati-hati untuk menghindari gaya pasang surut dan cuaca badai yang merusak panel serta sistem tambat dan penahannya.
Sistem pelacakan juga tidak akan membuat banyak perbedaan di lokasi dekat khatulistiwa, di mana panel dipasang hampir horizontal dan menghadap Matahari hampir sepanjang hari, catat Reindl.
Menambahkan pelacak meningkatkan modal keseluruhan dan biaya pemeliharaan pemasangan, kata Walls. Tapi keuntungan listrik membuat teknologi ini menjadi investasi yang berharga, "terutama di lokasi sunbelt," katanya.
Kelemahan lain dari susunan surya pelacak Matahari yang ditempatkan di atas air adalah bahwa pemasangannya sulit, akui Duarte. "Sistem pelacakan tanah [biasanya] 'berlabuh' ke tanah dengan tiang dan hanya platform dengan modul [panel surya] di atas tiang yang bergerak," jelasnya. Untuk memastikan stabilitas di atas air, baling-baling dan mesin telah dipasang di platform Proteus untuk menahan panel.
"Masih harus dilihat berapa kecepatan angin maksimum dan ketinggian gelombang yang dapat diserap sistem sambil tetap bekerja dengan lancar dan andal dari waktu ke waktu," kata Reindl.
Keuntungan lingkungan
Menghubungkan teknologi pelacakan dengan matahari terapung dapat meningkatkan pembangkitan listrik, tetapi manfaatnya lebih dari itu. Tenaga surya terapung dapat membantu mengurangi penguapan dan mencegah penyebaran ganggang beracun, yang keduanya mengancam pasokan air, kata para ilmuwan.
Instalasi surya terapung mendinginkan suhu air dengan melindungi permukaan dari matahari. Ini mencegah pertumbuhan ganggang biru-hijau beracun, yang tumbuh subur di perairan yang lebih hangat dan dapat menghasilkan racun berbahaya yang menyebabkan iritasi mata dan kulit serta muntah pada manusia dan penyakit serius atau bahkan kematian pada hewan.
Temperatur yang lebih dingin juga mencegah penguapan air – keuntungan yang sangat penting di daerah gersang di mana air merupakan sumber daya yang berharga. Sebuah studi tahun 2021 menemukan bahwa panel surya terapung di reservoir di Yordania, salah satu negara paling langka air di dunia, mengurangi penguapan hingga 42%, sambil menghasilkan listrik 425 MWh setiap tahun.
"Jika dilakukan dengan baik di tempat yang tepat, matahari terapung memiliki potensi untuk menyediakan energi rendah karbon yang sangat dibutuhkan tanpa mengambil lahan dan sambil memperbaiki kondisi badan air," kata Alona Armstrong, dosen senior ilmu energi dan lingkungan di Lancaster University dan salah satu penulis studi yang meninjau manfaat dan risiko lingkungan dari peternakan surya terapung. "Penelitian kami menunjukkan bahwa matahari terapung mendinginkan badan air dan mengurangi biomassa fitoplankton." Konsentrasi biomassa fitoplankton yang tinggi dapat mendorong pertumbuhan alga bloom.
Namun, bisa juga ada kerugian ekologis untuk penggunaan solar terapung yang lebih luas. Panel surya terapung dapat memengaruhi stratifikasi, lapisan dalam badan air dengan sifat berbeda, sebagai respons terhadap perubahan radiasi matahari dan angin di permukaan. Peningkatan stratifikasi dapat menyebabkan lapisan bawah menjadi terdeoksigenasi, "menyebabkan peningkatan konsentrasi nutrisi yang tidak diinginkan dan membunuh ikan", catatan studi Armstrong.
"Solar terapung dapat menyebabkan dampak menguntungkan dan merugikan bagi badan air, dan kemungkinan kombinasi keduanya," kata Armstrong. "Ini semua tentang memastikan itu dilakukan dengan baik dan di tempat yang tepat."
Panel surya terapung juga dapat menawarkan keuntungan yang berguna bila dikombinasikan dengan teknologi bersih lainnya. Untuk satu hal, ada "peluang besar" untuk menggabungkan tenaga surya terapung dengan infrastruktur tenaga air yang ada, kata Reindl. Ini akan membantu mengatasi salah satu tantangan terbesar energi terbarukan: bagaimana menyediakan pasokan listrik yang stabil selama kondisi cuaca yang berubah-ubah.
"Anda bisa menggunakan tenaga surya di siang hari dan hidro di malam hari," kata Reindl. "Jika Anda melakukannya dengan cara yang cerdas, pada prinsipnya Anda dapat menggunakan reservoir sebagai baterai raksasa."
Bendungan hidro adalah sumber energi terbarukan terbesar di dunia. Namun di beberapa wilayah di dunia, seperti Afrika, peningkatan kekeringan yang disebabkan oleh perubahan iklim dapat mengancam potensi mereka di masa depan, Badan Energi Internasional telah memperingatkan. Satu studi menemukan bahwa panel surya yang mengapung hanya di 1% dari reservoir tenaga air Afrika dapat menggandakan kapasitas tenaga air di benua itu dan meningkatkan pembangkit listrik dari bendungan sebesar 58%. Ada "potensi kuat" untuk instalasi seperti Proteus untuk digunakan dalam kombinasi dengan infrastruktur tenaga air yang ada untuk meningkatkan pembangkitan listrik, kata Duarte.
Ketika permintaan energi terbarukan melonjak dan dampak iklim seperti peningkatan kekeringan, SolarisFloat mengatakan teknologi mereka menawarkan "solusi win-win". Tingginya biaya bahan, seperti baja dan plastik, yang diperlukan untuk membangun panel dan pemasangan yang rumit merupakan rintangan utama yang menghambat peluncuran instalasi global seperti Proteus.
Agar sukses secara komersial, SolarisFloat tidak hanya perlu mendemonstrasikan peningkatan produksi listrik, tetapi juga menunjukkan bahwa investasi awal di seluruh sistem dan biaya operasional dapat dijaga agar tetap rendah, kata Reindl.
Namun, tampak jelas bahwa masa depan solar terapung secara keseluruhan cerah, dengan pasar global diperkirakan akan tumbuh seperlima dalam delapan tahun ke depan menjadi $180,2 juta (£151,5 juta).
Mengingat dunia dengan cepat perlu meningkatkan energi terbarukan untuk menghindari tingkat pemanasan yang berbahaya, dibutuhkan semua bantuan yang dapat diperoleh. Tenaga surya yang mengambang dan melacak matahari dapat membantu menempatkan panel yang paling efisien di tempat yang sangat dibutuhkan.
