Berita Terkini tanpa Kebohongan

Membangun Sistem Energi Surya agar Tahan Lama dan Hemat Biaya

9 min read
pembangkit listrik tenaga surya, plts, energi solar

By Hadi

SELISIK.COM – Energi surya saat ini sedang diadopsi di seluruh dunia. Harganya juga telah jatuh 100 kali lipat sejak tahun 1980.

Pada tahun 2023, kapasitas terpasang fotovoltaik (PV) secara global diperkirakan akan melampaui 1 terawatt (TW). Angkanya akan terus melonjak menjadi 30 TW beberapa tahun kemudian dan diperkirakan bisa menembus 100 TW tahun 2050.

Meski demikian, harus diakui banyak teknologi yang dipasang saat ini mungkin tidak bertahan lama. Tentu perlu terus ada pengembangan teknologi terkait dengan PV ini agar bisa menjamin kualitas di tangan pengguna.

Untuk menggantikan bahan bakar fosil, energi surya perlu diandalkan. Teknologi fotovoltaik harus berfungsi dengan baik di daerah tropis yang beruap, sementara di daerah kutub yang dingin teknologi ini bekerja melalui badai, hujan es, gelombang panas, dan salju.

Hingga saat ini, energi surya sudah sangat diandalkan di beberapa negara. Sebagian besar modul PV memberikan jaminan yang bertahan selama 25–35 tahun. Hanya kurang dari 1,0% di Amerika Serikat yang mengalami kegagalan dalam 5 tahun pertama penggunaan model energi ini.

Panel surya yang utuh sangat penting, misalnya, dalam membantu negara-negara pulau kecil untuk pulih setelah badai dahsyat di Karibia pada tahun 2017. Namun, tantangan keandalannya memang membayangi.

Sistem energi surya dipasang di pengaturan yang lebih beragam. Desain sel baru, bahan, teknologi pengemasan, dan teknologi racking terus berkembang di pasaran dalam beberapa bulan terakhir. Pengujian daya tahan juga perlu diikuti. Beberapa komponen yang lulus uji kualitas satu dekade lalu ternyata sudah rusak.

Sistem teknologi saat ini lebih efisien, tetapi ada juga sedikit ruang untuk kesalahan. Produsen yang berjuang untuk menghasilkan energi yang lebih tinggi dan biaya yang lebih rendah membuat modul lebih besar dan lebih tipis. Mereka menghubungkan banyak sel bersama-sama untuk meningkatkan daya dan mempercepat produksi.

Elektronik lebih kompleks. Gangguan pada rantai pasokan mungkin menggoda beberapa pembuat untuk menggunakan komponen yang murah, di bawah standar, atau bahkan palsu. Pemasangan, pengoperasian, dan praktik pemeliharaan yang buruk merugikan perusahaan utilitas puluhan juta dolar per tahun karena hilangnya pembangkit listrik. Selama beberapa dekade, tentu bisa mencapai miliaran dolar.

Panel surya juga semakin terpapar cuaca ekstrem yang dipicu oleh perubahan iklim. Selama badai di Texas pada tahun 2019, misalnya, muncul hujan es hampir 7,0 sentimeter melintasi modul yang hancur yang memberi daya pada sekitar 20.000 rumah. Kerugian asuransi melebihi US$75 juta.

Jika tidak diatasi, kerentanan seperti itu akan memperlambat peluncuran energi surya. Tonggak penting iklim dapat terlewatkan. Sektor ini akan menghadapi klaim asuransi yang lebih tinggi, kehilangan pendapatan dan risiko keuangan, serta keselamatan. Operator jaringan listrik akan enggan beralih ke solar. Target netral karbon pun akan terlewatkan.

Dalam jangka pendek, seperti dilansir Nature, tenaga surya bisa menyelamatkan nyawa. Misalnya, ketika 10 juta orang kehilangan listrik selama pembekuan besar di Texas pada bulan Februari, setidaknya 111 orang meninggal dan kerusakan di negara bagian mencapai $130 miliar. Pembangkit panas jatuh dan pembangkit angin berkinerja buruk, tetapi produksi tenaga surya sebagian besar tidak terpengaruh dan terus menghasilkan 2,0 % energi bagi negara bagian.

Ada lima langkah yang perlu diambil sektor surya untuk memastikan ketergantungan energi surya — termasuk pemeriksaan dan pelatihan pemasangan, penelitian dasar tentang material dan kegagalan sistem, serta operasi dan standar yang lebih kuat. Ilmuwan dan insinyur energi surya, investor, konsumen, dan badan pengatur semuanya memiliki peran.

Tingkatkan ilmu pengetahuan
Tes laboratorium dan model komputer perlu ditingkatkan untuk menilai seberapa baik kinerja modul generasi berikutnya di lapangan. Peneliti perlu lebih memahami fisika dan kimia degradasi.

Salah satu tantangannya adalah percepatan proses halus yang melibatkan difusi dan reaksi spesies kimia. Pemanasan sampel atau penguatan tegangan, misalnya, memaparkan sampel pada kelembaban 100% atau sinar ultraviolet yang intens, dapat memicu hasil yang menyesatkan jika reaksi dipicu yang tidak terjadi di lapangan.

Tes panel ‘pressure cooker’ yang dulu populer dapat memberikan kesan yang salah karena alasan ini. Pengujian perlu mengungkap kesalahan dengan cara yang lebih realistis. Mereka harus, misalnya, menerapkan banyak stres sekaligus, dalam urutan naturalistik, dan mencakup kondisi yang lebih ekstrem.

Mekanisme kegagalan perlu diidentifikasi, seperti halnya strategi untuk meminimalkannya. Misalnya, modul surya di ujung string yang dihubungkan secara seri mengalami tegangan yang lebih tinggi daripada yang di tengah. Tegangan tersebut bisa cukup tinggi untuk membebaskan ion natrium di penutup kaca, yang kemudian mungkin melayang ke sel surya dan membanjiri itu. Demikian pula, peneliti harus memahami mengapa dan bagaimana cahaya dan panas menurunkan berbagai jenis sel dengan cara yang berbeda; hidrogen dianggap memiliki peran.

Diperlukan fasilitas pengujian yang lebih besar dan lebih kompleks. Ini harus memberikan tingkat cahaya, panas, dan stresor lain yang seragam ke panel yang sekarang mencakup beberapa meter persegi dan membawa dua orang atau lebih ke posisinya. Panel pada tahun 1980-an hanya terbentang sekitar 0,5 meter persei dan lebih mudah ditangani.

Beberapa panel perlu diuji sekaligus, untuk memastikan signifikansi statistik dari kesimpulan. Banyak laboratorium pengujian nasional dan tingkat atas, termasuk laboratorium kami di Amerika Serikat dan lainnya di Eropa dan Asia, memiliki kemampuan ini. Beberapa pembeli kecil atau penguji di negara berpenghasilan rendah memiliki akses seperti itu.

Perkuat standar
Standar kualitas banyak digunakan untuk memverifikasi komponen individual, seperti panel, dioda, atau kotak sambungan. Tidak ada yang mencakup seluruh sistem energi surya. Praktik perakitan yang buruk, perbedaan komponen antara batch dan dimasukkannya bahkan satu komponen yang tidak memenuhi syarat, semuanya dapat merusak kinerja.

Untuk memandu standar yang lebih holistik, daya tahan seluruh sistem perlu diuji. Sebagai langkah awal, pada tahun 2014, International Electrotechnical Commission (IEC) mulai membentuk sistem sertifikasi global untuk aplikasi energi terbarukan (IECRE), yang melaporkan sertifikat fotovoltaik pertamanya pada tahun 2016. Ini perlu diperluas.

Pengawasan harus melampaui inspeksi pabrik dan produk. Pengambilan sampel acak dan pengujian kepatuhan harus diperkenalkan pada setiap tahap rantai pasokan, seperti yang terjadi di industri makanan. Pelanggan harus meminta produk dan metode bersertifikat ketika mereka membeli.

Standar perlu diperbarui terus-menerus untuk mengatasi teknologi terbaru dan mode kegagalan. Siklus pengembangan saat ini, yang bergantung pada pencapaian konsensus dalam tim ahli sukarelawan internasional, terlalu lambat dan seringkali membutuhkan waktu bertahun-tahun. Dukungan teknis penuh waktu diperlukan di setiap negara anggota IEC.

Kondisi pengujian yang lebih keras juga perlu dipertimbangkan untuk memprediksi kegagalan dalam periode yang lebih lama dan untuk memperhitungkan cuaca yang semakin parah. Standar IEC saat ini membutuhkan modul untuk menahan hujan es sepanjang 25 milimeter. Sertifikasi yang melibatkan bola es yang lebih besar sedang dikembangkan, tetapi para peneliti masih perlu menetapkan kisaran kondisi yang realistis untuk diuji, sambil menjaga biaya produk tetap rendah dan menghindari desain yang berlebihan. Salah satu solusinya adalah dengan memperkenalkan sertifikasi sistem khusus yang disesuaikan dengan kondisi yang sulit di wilayah tertentu.

Komponen seperti modul, inverter, dan konektor harus terpapar berbagai pemicu stres secara bersamaan dalam pengujian karena komponen tersebut berada di luar ruangan. Jika tidak, cacat dapat terlewatkan. Misalnya, ketika 6,5 juta modul diambil sampelnya dari lebih dari 350 situs internasional pada tahun 2019, 14% telah merusak lembaran belakang, dengan masalah mulai dari perubahan warna hingga retak.

Masalah tak terduga dengan satu jenis lembaran belakang (terbuat dari jenis poliamida AAA) menggambarkan masalah yang lebih luas. Diperkenalkan ke pasar pada tahun 2010, komponen ini menjadi populer karena harganya yang relatif murah, dan backsheet konvensional menghadapi masalah rantai pasokan. Panel AAA lulus tes standar untuk paparan panas lembab dan sinar ultraviolet. Tapi lima sampai sepuluh tahun kemudian, banyak yang mulai retak, menyebabkan korsleting. Tekanan termomekanis dari manufaktur dan paparan luar ruangan, yang sebelumnya bukan bagian dari pengujian standar, akhirnya ditemukan sebagai penyebab. Faktor-faktor ini sekarang sedang dimasukkan ke dalam pengujian.

Peneliti harus mengembangkan tes dan standar untuk kegagalan tak terduga. Misalnya, bentuk baru dari penyolderan suhu rendah terdegradasi melalui mekanisme yang berbeda dari penyolderan konvensional dan dengan demikian memerlukan protokol pengujian yang berbeda.

Fotovoltaik terapung, dipasang di atas air, akan membutuhkan lebih banyak bahan tahan korosi untuk konektor dan braket, dan gerakan gelombang dapat mempercepat keausan. Pengujian diperlukan untuk menentukan kapan memadupadankan komponen dapat diterima: kebakaran dapat terjadi ketika pemasang menyambungkan komponen konektor dari pabrikan yang berbeda.

Pantau perubahan
Identifikasi awal kesalahan menggunakan sensor dan pemantauan perlu rutin di industri surya, seperti untuk generator energi konvensional dan turbin angin. Beberapa operator array surya besar sudah menggunakan kamera inframerah atau kamera tampak yang diterbangkan pada drone dan pesawat untuk menemukan kesalahan. Namun, mereka membutuhkan metode analisis yang lebih baik untuk menafsirkan data dengan cepat, dan kemudian merespons dengan cepat untuk mengurangi kerugian dan kerusakan produksi. Algoritme pembelajaran mesin adalah cara yang menjanjikan untuk mendeteksi sedikit kinerja yang kurang baik yang dapat ditutupi oleh perubahan diurnal dan musiman yang lebih besar.

Diperlukan teknologi yang lebih komprehensif — ini akan melacak prediksi meteorologi bersama dengan data dari sensor angin di lokasi, akselerometer, dan video, misalnya. Banyak sistem tenaga surya besar memiliki stasiun cuaca khusus, yang mengukur radiasi matahari, suhu, dan angin. Beberapa juga mengikuti ramalan cuaca. Operator terkadang menyembunyikan lempengan saat hujan es atau angin kencang mengancam.

Memasang sensor getaran akan memungkinkan mereka melakukan penyesuaian yang lebih baik untuk mengurangi dampak hujan es, angin kencang, atau salju. Pada skala yang lebih kecil, sensor dapat diintegrasikan ke dalam modul untuk mengungkapkan perubahan fisik atau kimia yang mungkin memperingatkan masalah keandalan nanti; beberapa versi telah didemonstrasikan.

Menambahkan sensor dan sistem pemantauan ke susunan surya akan meningkatkan biaya. Namun selama beberapa dekade, investasi ini akan diperoleh kembali dengan menurunkan kebutuhan pemeliharaan dan waktu henti.

Melacak materi
Informasi konten biasanya tidak dibagikan di pasar tenaga surya dengan margin rendah yang kompetitif. Hanya sedikit produsen, jika ada, yang melaporkan bagaimana sebuah panel dibuat, atau membuat daftar produk tersebut terbuat dari apa. Kemacetan rantai pasokan — seperti yang berasal dari pandemi COVID-19 untuk lembaran belakang, polisilikon, dan kaca — memukul industri fotovoltaik dengan keras.

Konsumen tidak memiliki cara untuk mengetahui apakah produsen telah membuat substitusi menit terakhir dengan komponen yang belum teruji. Pembeli dengan tenggat waktu kontrak yang ketat bisa menutup mata untuk menghindari hukuman. Ketidakpastian seperti itu juga mengaburkan kesimpulan yang diambil para ilmuwan dari tes laboratorium.

Pengembang, pembeli, dan penguji harus meminta informasi yang akurat tentang konten modul — daftar bahan. Produsen harus menyediakannya sebagai layanan pelanggan. Misalnya, ketika operator di situs utilitas besar di New Jersey menyelidiki 12% modul yang berkinerja buruk, mereka menemukan bahwa masalah berasal dari variasi kontak atas pasta perak pada sel yang berbeda dalam modul yang sama. Transparansi juga akan memfasilitasi daur ulang dan pembangunan kembali panel surya lama, membuka pasar, dan mengurangi tumpukan di tempat pembuangan akhir sampah.

Sektor surya harus melihat ke industri lain di mana keandalan adalah kuncinya. Misalnya, penerbangan menuntut pemeriksaan, pemeliharaan, dan kontrol material yang ketat. Data tentang degradasi atau kegagalan material dibagikan secara terbuka karena seluruh industri bergantung pada keselamatan.

Peraturan persyaratan pelabelan juga harus dipertimbangkan, seperti untuk makanan. Organisasi internasional seperti IEC System of Conformity Assessment Schemes for Electrotechnical Equipment and Components (IECEE) dapat membantu — mereka telah memantau konsistensi manufaktur untuk beberapa peralatan surya bersertifikat.

Mendidik masyarakat
Meskipun persyaratan keselamatan listrik umum di negara maju, banyak bagian dunia tidak memiliki atau mematuhinya. Ada juga inkonsistensi yang memengaruhi keandalan. Praktik terbaik perlu dikomunikasikan dan diadopsi di seluruh dunia. Misalnya, di daerah rawan badai, langkah sederhana dapat meningkatkan kemungkinan sistem bertahan. Ini termasuk: menggunakan struktur pendukung yang kuat untuk kecepatan angin badai; melalui bingkai baut atau menggunakan lebih banyak klip pemasangan per panel surya; menggunakan baut tahan getaran; memasang braket ke kasau dan tidak hanya ke atap; dan menghindari menempatkan sistem di dekat tepi atap, untuk meminimalkan pengangkatan.

Penanganan dan pengiriman yang tepat sangat penting. Berjalan di atas modul yang tidak dirancang untuk itu, meletakkan backsheet lembut di bawah panel surya di atas hard hat, pengiriman horizontal, memutar panel atau penanganan kasar lainnya dapat menyebabkan kerusakan yang tidak terlihat.

Masalah umum lainnya termasuk kabel yang tidak tepat, dan masalah dengan sekering, pemutus dan konektor. Inverter, yang mengubah arus searah menjadi arus bolak-balik, adalah yang paling sering gagal. Paparan panas sering menjadi alasannya. Ada solusi sederhana: perpanjang konektor dan pasang inverter di sisi bangunan yang teduh, bukan di bawah sinar matahari penuh.

Komitmen terhadap kualitas sistem fotovoltaik sangat penting di seluruh rantai nilai. Ini harus mencakup pelatihan yang ketat untuk pemasang surya dan pemeliharaan dan pengoperasian yang canggih. Sertifikasi harus diberikan agar konsumen tenaga surya dapat mengenali.

Dewan Praktisi Energi Bersertifikat Amerika Utara (NABCEP) menawarkan sertifikasi dan pelatihan untuk pemasang surya dan baru-baru ini berkembang secara internasional. Organisasi serupa dibutuhkan secara global. Sebuah bentuk inti dari sistem sertifikasi mutu IECRE harus disediakan untuk konsumen dan pemilik rumah.

Semua langkah jaminan kualitas ini hemat biaya, dibandingkan dengan harga perubahan iklim. Pemadaman listrik di Amerika Serikat akibat badai pada tahun 2018 saja menelan biaya $150 miliar dan banjir tahun ini di Jerman lebih dari €10 miliar (US$11,3 miliar). Investasi dalam pengendalian kualitas sekarang akan menjamin listrik bersih yang terjangkau selama beberapa dekade mendatang.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

Copyright © All rights reserved. | Newsphere by AF themes.