Pada abad ke-21, tenaga surya telah menjadi bagian dari kehidupan sehari-hari. Dari kolam renang berpemanas matahari hingga rumah bertenaga matahari, ada banyak contoh yang menunjukkan aplikasi yang berguna dari energi matahari yang bersih, aman, dan berkelanjutan. Seiring berkembangnya kekhawatiran tentang efek pembakaran bahan bakar fosil, dan kemungkinan habisnya sumber energi tak terbarukan, masa depan energi surya tampak cerah. Pada 2013, teknologi ini bukannya tanpa masalah, dan sejauh ini, aplikasi sebagian besar berskala relatif kecil, tetapi banyak penelitian sedang dilakukan di bidang ini, dan ada sejumlah perkembangan yang sangat menjanjikan.
Memanfaatkan Energi Matahari
Matahari berpotensi menjadi sumber energi bersih terbarukan yang sangat besar. Beberapa memperkirakan bahwa sinar matahari dapat menghasilkan 10,000 kali lebih banyak daya yang digunakan Bumi pada pergantian abad ke-21. Namun, ada tantangan teknologi utama yang harus dihadapi dalam memanfaatkan energi itu secara efektif. Ada sejumlah teknologi berbeda yang tersedia, dan sedang dikembangkan, yang menggunakan sinar matahari untuk menyediakan tenaga.
Sinar matahari dapat digunakan hanya untuk memanaskan air yang kemudian digunakan untuk menyediakan pemanas sentral untuk rumah. Atau, dapat digunakan untuk menghasilkan listrik menggunakan sel fotovoltaik (PV) yang disusun pada panel surya. Metode ketiga adalah memusatkan sinar matahari pada target untuk menghasilkan panas, yang dapat digunakan secara langsung untuk keperluan industri, atau untuk menyediakan listrik.
Panel surya
Panel ini mengandalkan efek fotolistrik, di mana zat tertentu menghasilkan arus listrik kecil saat terkena cahaya. Sel fotovoltaik dibangun untuk memanfaatkan efek ini, dan panel surya terdiri dari susunan besar perangkat ini yang diposisikan untuk menerima sinar matahari sebanyak mungkin. Bersama-sama, mereka dapat menghasilkan sejumlah besar listrik. Meskipun, pada 2013, mereka relatif tidak efisien, mereka biasanya memiliki biaya operasional dan pemeliharaan yang sangat rendah, dan bisa sangat efektif dalam menyediakan listrik untuk rumah. Banyak penelitian sedang dilakukan untuk meningkatkan efisiensi dan membangun sel dari bahan yang lebih murah.
Sebagian besar panel surya terdiri dari sel PV silikon kristalin, yang 14-16% efisien dalam mengubah sinar matahari menjadi listrik. Sejumlah alternatif, bagaimanapun, sedang diselidiki. Sel film tipis dapat dibuat dari berbagai bahan. Meskipun saat ini kurang efisien daripada sel PV standar, mereka ringan, fleksibel, dan lebih murah untuk diproduksi. Sel multijunction dapat mencapai efisiensi lebih dari 43%. Mereka terstruktur sehingga bagian sel yang berbeda disetel untuk menangkap sinar matahari pada rentang panjang gelombang tertentu, daripada memiliki reseptor tunggal yang melewatkan sebagian dari energi yang tersedia.
Area menjanjikan lainnya adalah sel surya tersensitisasi pewarna (DSSC), kadang-kadang disebut sel Gratzel, setelah Michael Gratzel, yang pertama kali mengembangkannya pada 1990-an. Ini menggunakan pewarna untuk menangkap energi matahari dan menghasilkan aliran elektron, yang diisi ulang melalui lapisan elektrolit cair di bawahnya. Meskipun berpotensi murah untuk diproduksi, mereka hanya sekitar 12% efisien, dan ada masalah dengan daya tahan yang dapat mempengaruhi penggunaan komersial. Misalnya, cairan dapat membeku dalam kondisi dingin, atau mengembang saat hangat, dan dapat bocor. Para peneliti telah mengembangkan versi sel di mana elektrolit cair yang merepotkan diganti dengan bahan padat, membuka jalan bagi panel surya yang murah dan tahan lama.
Selain pengembangan sel fotovoltaik yang lebih murah dan efisien, bagian penting dari masa depan energi surya terletak pada pembangunan gedung baru dan perkuatan banyak gedung lama. Beberapa ahli memperkirakan bahwa sebagian besar, jika tidak semua, bangunan baru akan memasang panel surya di atap. Karena ini juga mudah dipasang, banyak bangunan tua mungkin menerima peningkatan untuk beroperasi dengan daya dari Matahari. Para ahli dan pemerhati lingkungan berharap bahwa pembangunan energi hijau akan didorong oleh pemerintah melalui insentif pajak yang besar, pembebasan dan hibah untuk penggunaan energi alternatif.
Panel surya di atap dapat, di beberapa area, menyediakan semua atau sebagian besar kebutuhan energi rumah. Namun, dalam kasus di mana orang tinggal di akomodasi bertingkat, jumlah ruang atap sangat kecil dibandingkan dengan jumlah rumah. Meskipun kecil, aplikasi individu dapat mengambil beberapa ketegangan dari jaringan listrik, jika Matahari adalah untuk menyediakan kebutuhan listrik kota dan industri, masa depan harus terletak di stasiun pembangkit listrik tenaga surya besar.
Masalah terbesar yang dihadapi pemanfaatan energi surya menggunakan sel PV adalah ruang yang dibutuhkan untuk membangun pembangkit listrik. Sebuah pabrik terdiri dari ribuan panel surya, tidak seperti yang saat ini dipasang di rumah energi alternatif. Karena itu, mereka membutuhkan area yang cerah secara konsisten dan ruang yang cukup besar. Saat ini, salah satu pembangkit listrik terbesar di dunia mencakup lebih dari 10 mil persegi (16.9 km2) dan menghasilkan listrik yang cukup untuk menjalankan sekitar 200,000 rumah. Beberapa ahli menyarankan bahwa untuk menyediakan daya untuk seluruh Amerika Serikat, diperlukan area sekitar 100 mil (160.9 km) per sisi, mungkin di suatu tempat di iklim gurun di Barat Daya Amerika.
Alternatif untuk Panel Surya
Sejumlah kemungkinan lain ada untuk pemanfaatan skala besar kekuatan Matahari. Salah satu contohnya adalah teknologi konsentrat tenaga surya (CSP). Alih-alih menghasilkan listrik secara langsung, ini memusatkan sinar matahari untuk memanaskan air, menyediakan uap untuk menggerakkan turbin yang menghasilkan listrik seperti pembangkit listrik konvensional. Mereka mungkin terdiri dari susunan cermin parabola yang memfokuskan sinar matahari pada tabung linier yang diisi dengan cairan. Atau, panas dari Matahari dapat difokuskan oleh cermin parabola untuk memanaskan cairan yang menggerakkan mesin Stirling, yang menyediakan energi mekanik untuk pembangkit listrik.
Sistem lain yang terbukti adalah “menara tenaga”, di mana sederetan cermin datar pelacak matahari memfokuskan panas dari Matahari pada wadah cairan yang digunakan untuk menyediakan uap untuk generator. Sejumlah pembangkit beroperasi, menghasilkan listrik 10-20 megawatt. Pabrik masa depan dapat menghasilkan hingga 200 megawatt.
Masa depan
Salah satu tren yang menggembirakan berkaitan dengan masa depan energi surya adalah bahwa banyak inovator terbesar di dunia memilih untuk memfokuskan bakat dan dana mereka pada peningkatan teknologi energi alternatif. Banyak skema penghargaan — yang didanai oleh berbagai pemerintah di seluruh dunia — berfokus pada penyediaan tenaga surya secara ekonomis, dan dalam skala besar. Di banyak negara, warga diberi insentif keuangan untuk beralih ke sumber energi “hijau”, dan memasang panel surya mereka sendiri.
Meskipun, pada tahun 2013, ada banyak tanda menggembirakan bahwa pemerintah mengakui perlunya sumber energi alternatif, dan mempromosikan penelitian energi surya, sebagian jawabannya ada di tangan warga dunia. Apa yang warga biasa pilih untuk dibeli dan didukung akan mempengaruhi tren masa depan. Dengan memasang panel surya, menyumbang ke organisasi penelitian yang terlibat dalam energi alternatif, mengambil gelar sarjana di bidang terkait, dan memberikan suara untuk langkah-langkah yang mempromosikan pengembangan energi alternatif, siapa pun dapat menentukan masa depan energi surya.