Pengoptimalan Sel Surya dengan Triboelectric Nanogenerator dalam Kondisi Hujan

Fathul Bari

Pada saat ini kebutuhan energi terbarukan semakin meningkat, akibatnya sel surya telah menjadi salah satu solusi yang menjanjikan. Namun, efektivitasnya sering kali terhambat oleh faktor cuaca, terutama saat hujan. Penelitian terbaru menunjukkan bahwa mengintegrasikan teknologi triboelectric nanogenerator (TENG) dengan sel surya dapat meningkatkan efisiensi operasionalnya dalam kondisi hujan. Artikel ini membahas konsep dan implementasi teknologi tersebut, serta potensi manfaatnya.

Sel surya bekerja dengan mengkonversi sinar matahari menjadi energi listrik melalui efek fotovoltaik. Meskipun sangat efisien pada hari yang cerah, performa sel surya dapat menurun drastis saat hujan. 

Curah hujan mengurangi intensitas cahaya yang mencapai permukaan sel, mengakibatkan penurunan signifikan dalam produksi energi. Hal ini menciptakan tantangan dalam upaya memanfaatkan energi surya secara maksimal, terutama di daerah yang sering mengalami cuaca buruk.

Solar cell atau sel surya, merupakan sebuah perangkat yang sangat penting dalam pemanfaatan Energi Baru Terbarukan (EBT) bila kita berbicara mengenai energi surya. Perangkat ini memungkinkan cahaya matahari untuk dikonversi menjadi sebuah energi listrik yang kemudian dapat digunakan untuk memnuhi kebutuhan elektrifikasi (Fadila, 2021).

Hybrid Energy Harvesting Solar Cell with Triboelektric Nanogenerator via mutual Electrode. Sebuah inovasi permanen energi sel surya (energy hasrvesting) yang dibuat dengan mengintegrasikan polimer poli-dimetil-siloksan (PDMS) transparan sebagai triboelektrik nanogenerator (triboelectric nanogenerator) dan dua polimer konduktif poli-3, 4-etilen-dioksi-tioefen (PEDOT) dan poli-stiren-sulfonat (PPS) sebagai elektroda timbal balik PEDOT: PSS (mutual electrode) yang memungkinkan sel surya dapat beroperasi pada kondisi cerah dan hujan.

 Sederhananya sistem integrasi ini merubah energi potensial yang dihasilkan dari tetes air hujan menjadi sebuah energi listrik pada sel surya, sehingga berpeluang dapat meningkatkan efisiensi dan kemampuan sel surya, sehingga berpeluang dapat meningkatkan efisiensi dan kemampuan sel surya itu sendiri sebari menutupi kekurangannya pada kondisi hujan (Fadila, 2021).

Triboelectric nanogenerator (TENG) merupakan teknologi yang memanfaatkan fenomena triboelektrik untuk menghasilkan listrik dari gerakan atau gesekan antara dua material. Pada konteks sel surya, TENG dapat digunakan untuk mengubah energi mekanik yang dihasilkan dari tetesan air hujan menjadi energi listrik. Mengintegrasikan TENG ke dalam sistem sel surya, energi yang biasanya hilang dapat dimanfaatkan, sehingga meningkatkan efisiensi keseluruhan sistem.

Implementasi TENG pada sel surya dapat dilakukan dengan menempatkan elektroda TENG di permukaan sel. Ketika tetesan air jatuh, gesekan antara air dan permukaan elektroda akan menghasilkan muatan listrik.

 Energi ini dapat disimpan dalam baterai atau digunakan secara langsung untuk memperkuat output sel surya. Melalui cara ini, meskipun intensitas sinar matahari rendah, sel surya tetap dapat menghasilkan energi berkat kontribusi dari TENG.

Penelitian yang dilakukan di beberapa institusi telah menunjukkan bahwa kombinasi antara sel surya dan TENG dapat meningkatkan produksi energi hingga 30% dalam kondisi hujan. Selain itu, teknologi ini juga dapat memberikan solusi untuk daerah yang jarang terlayani listrik, di mana infrastruktur energi konvensional sulit diimplementasikan. 

Maka dengan memanfaatkan sumber daya lokal, seperti air hujan, masyarakat dapat mendapatkan akses yang lebih baik ke energi terbarukan.

Pertama-tama sebelum menjadi sebuah satu kesatuan sistem hybrid, sel surya berbasis silicon difabrikasi dengan dua polimer konduktif PEDOT:PSS yang terdiri atas bebrapa lapis semikonduktor. PEDOT:PSS yang difabrikasi ke dalam sel berbasis silikon menjadi sebuah elektroda timbal balik berfungsi mengubah energi dari sinar matahari yang masuk ke dalam surya menjadi sebuah energi listrik. 

PEDOT:PSS (Si/PEDOT:PSS) pernah dilakukan sebelumnya  oleh Yoon & Dahl. Dari hasil percobaan yang telah dilakukan, mereka berhasil menghasilkan power conversion efficiency (PCE) lebih dari 17%. Maka untuk memanen energy (energy harvesting) dari tetes air hujan, selanjutnya sistem triboelektrik nanogenerator diintegrasikan pada sel surya. 

Kemudian Hybrid Energy Harvesting Solar Cell with Triboelectrik Nanogenerator via Mutual Electrode terbentuk menjadi satu kesatuan sistem lengkap yang terintegrasi pada sel surya. PDMS memliki sifat hidrofobik sehingga dapat mencegah penetrasi air hujan menjadi sebuah energi listrik sambil menungkinkan sinar matahari tetap masuk ke sel surya (Fadila, 271:2021).

Salah satu tantangan dalam pengembangan teknologi ini adalah kebutuhan untuk memproduksi TENG yang efisien dan murah. Penelitian berkelanjutan diperlukan untuk menemukan material yang dapat memaksimalkan efisiensi triboelektrik, serta metode produksi yang ekonomis. Selain itu, desain yang ramah lingkungan dan berkelanjutan juga harus menjadi fokus utama dalam pengembangan teknologi ini.

pada perspektif yang lebih luas, pengoptimalan sel surya dengan TENG dapat menjadi langkah penting dalam transisi menuju energi bersih. Teknologi ini tidak hanya meningkatkan efisiensi sel surya, tetapi juga berkontribusi pada pengurangan emisi karbon dan ketergantungan pada sumber energi fosil. 

Meningkatnya kesadaran akan perubahan iklim dan pentingnya keberlanjutan, menjadikan solusi inovatif seperti ini menjadi semakin relevan.

Secara keseluruhan, pengintegrasian triboelectric nanogenerator dalam sel surya menawarkan pendekatan inovatif untuk meningkatkan efisiensi energi terbarukan, terutama dalam kondisi cuaca yang tidak menentu. 

Upaya ini tidak hanya mendukung pengembangan teknologi hijau tetapi juga memberikan kontribusi nyata bagi masyarakat dalam menghadapi tantangan energi global. 

Diharapkan ke depannya penelitian dan pengembangan lebih lanjut dapat mempercepat adopsi teknologi ini di berbagai wilayah, menjadikan energi terbarukan lebih aksesibel dan andal.

Referensi 

Fadila, A, A, R. 2021. Hybrid Energy Harvesting Solar Cell with Triboelectric Nanigenerator Via Mutual Electode (Upaya Peningkatan Efisiensi dan Kemampuan Sel Surya Untuk Beroperasi Dalam Kondisi Hujan). Indonesia Menuju Energi Bersih. 50 Karya Terbaik Kompetisi Penulisan Artikel Energi Baru Terbarukan. Piala Menteri ESDM RI 2021. Society of Renewable Energy (SRE) & Rakyat Merdeka (RM). RM Books 

Society of Renewable Energy (SRE) & Rakyat Merdeka (RM), 2021. Indonesia Menuju Energi Bersih. 50 Karya Terbaik Kompetisi Penulisan Artikel Energi Baru Terbarukan. Piala Menteri ESDM RI 2021. Society of Renewable Energy (SRE) & Rakyat Merdeka (RM). RM Books