Universitas Yunnan dan Institut Riset Gabungan Barat Daya Mengembangkan Sel Surya Bawah Air yang Dapat Beroperasi Stabil pada Kedalaman 10 Meter di Laut Cina Selatan

Para peneliti dari Universitas Yunnan dan Institut Riset Gabungan Barat Daya telah berhasil mendemonstrasikan sel surya bawah air yang berfungsi pada kedalaman 10 meter (sekitar 33 kaki) di Laut Cina Selatan. Pencapaian ini telah melampaui batas sebelumnya. Upaya awal untuk mengumpulkan energi surya di bawah air gagal di perairan dangkal dengan kedalaman kurang dari 2 meter, meskipun sinar matahari masih cukup melimpah, namun aplikasi praktisnya relatif jarang. Dengan perkiraan masa pakai operasional sekitar 5,5 tahun, teknologi ini pada akhirnya dapat menyediakan sumber daya jangka panjang yang andal untuk sistem kelautan terpencil. Penelitian menunjukkan bahwa sistem fotovoltaik bawah air di masa depan dapat menyediakan sumber daya yang layak untuk sensor bawah air, kamera, dan perangkat komunikasi.

Penulis penelitian, Zhang Wenhua, menyatakan, "Laporan penelitian tentang sel surya bawah air sangat langka, dan penelitian yang ada berfokus pada kedalaman air yang sangat dangkal hanya sekitar 2 meter, skenario yang jauh dari memenuhi kebutuhan aplikasi praktis." Dia menambahkan, "Pekerjaan ini untuk pertama kalinya berhasil memverifikasi fungsi sel surya bawah air pada kedalaman sekitar 10 meter, yang secara signifikan memperluas jangkauan aplikasinya."

Terobosan Teknologi Sel Surya Bawah Air

Sel surya silikon komersial standar dirancang untuk menangkap sinar matahari di darat yang luas, terutama sinar inframerah. Di bawah air, sel silikon kehilangan sebagian besar efisiensinya. Biasanya, sel surya bawah air kesulitan mengumpulkan energi karena intensitas cahaya di bawah air cepat menurun, yang menjadi penghalang bagi aplikasi seperti akuakultur dan pemantauan kelautan lainnya. Untuk mengatasi masalah ini, tim Zhang merancang sel surya pita lebar yang dioptimalkan untuk menangkap panjang gelombang biru hingga oranye yang paling baik menembus perairan laut. Dengan menangkap cahaya lingkungan di bawah permukaan air, sel surya bawah air menyediakan solusi transformatif untuk batasan daya teknologi kelautan selama ini.

Sel-sel ini, pada kedalaman 10 meter, dalam waktu hanya dua jam menghasilkan 324 mWh daya, cukup untuk mengisi daya baterai lithium-ion standar. Sel surya bawah air menyediakan sumber daya mandiri yang cocok untuk sensor lingkungan, kamera pemantauan, dan perangkat keras komunikasi yang jauh dari garis pantai, menghilangkan kebutuhan akan koneksi kabel yang mahal dan penggantian baterai yang sering.

Dalam pengujian kondisi simulasi, sel-sel yang dirancang khusus ini menunjukkan daya tahan yang luar biasa, dengan efisiensi tetap sekitar 96% setelah penyimpanan selama 300 hari. Selain itu, prototipe sel dalam simulasi kedalaman 10 meter selama 1.160 jam hampir tidak mengalami degradasi. Zhang mencatat, "Yang paling mengejutkan kami adalah modul besar kami dalam kondisi aktual pada kedalaman 10 meter hanya dalam waktu dua jam menghasilkan begitu banyak energi listrik. Selain itu, kami telah berhasil memperluas dari sel laboratorium kecil ke modul besar. Kombinasi penelitian laboratorium dan eksperimen lapangan memberikan bukti kuat untuk operasi fotovoltaik bawah air."

Tantangan Masa Depan dan Arah Pengembangan

Salah satu tantangan masa depan adalah bahwa sel-sel ini harus mencapai keseimbangan antara daya tahan tinggi dan transmisi cahaya yang jelas untuk mempertahankan efektivitas jangka panjang. Selain itu, penyebaran sel surya bawah air perlu mengatasi kondisi ekstrem seperti garam korosif, tekanan tinggi, dan penetrasi air. Selanjutnya, tim berencana untuk menyelidiki lebih dalam ke dalam kegelapan, menguji seberapa dalam teknologi surya dapat menembus, sambil meletakkan dasar untuk protokol pengujian standar untuk fotovoltaik bawah air. Penelitian ini telah diterbitkan dalam jurnal Joule.

Potensi Aplikasi dan Tantangan Sel Surya Bawah Air

Keberhasilan pengembangan sel surya bawah air menandai kemajuan besar dalam teknologi kelautan, terutama dalam penyediaan energi di daerah terpencil. Teknologi ini tidak hanya mengatasi batasan pasokan energi tradisional, tetapi juga menyediakan dukungan daya yang berkelanjutan untuk sensor dan perangkat pemantauan bawah air. Namun, menghadapi tantangan lingkungan ekstrem seperti garam korosif dan tekanan tinggi, pekerjaan penelitian dan pengembangan di masa depan akan perlu menemukan keseimbangan terbaik antara daya tahan dan efisiensi transmisi cahaya, yang sangat penting untuk aplikasi praktis teknologi ini.