Energi surya untuk pertanian berkelanjutan

Energi surya menjadi tren utama dalam industri energi terbarukan, terutama karena biaya teknologi turun tajam dan pergeseran menuju energi terbarukan menyebar ke seluruh dunia.

Báo Nhân dân•30/11/2025

Pembangkit listrik tenaga surya Dau Tieng, provinsi Tay Ninh. (Foto: MINH PHUONG)

Pembangkit listrik tenaga surya Dau Tieng, provinsi Tay Ninh . (Foto: MINH PHUONG)

Energi surya menjadi tren utama dalam industri energi terbarukan, terutama karena biaya teknologi telah turun tajam dan pergeseran menuju energi terbarukan menyebar di seluruh dunia . Salah satu cara paling umum untuk mengubah energi surya menjadi listrik untuk memenuhi kebutuhan manusia adalah dengan menggunakan panel surya.

Namun, menurut para ahli, pengembangan pembangkit listrik tenaga surya di seluruh dunia menunjukkan keterbatasan yang signifikan terkait lingkungan dan sumber daya lahan. Proses produksi fotovoltaik menggunakan bahan kimia beracun seperti asam klorida, asam sulfat, asam nitrat, dan hidrogen fluorida, yang dapat menimbulkan risiko kesehatan, terutama bagi pekerja produksi. Sebuah laporan dari Institute for Energy Research (IER) di Amerika Serikat menunjukkan bahwa panel surya menghasilkan limbah berbahaya 300 kali lebih banyak daripada pembangkit listrik tenaga nuklir untuk unit energi yang sama. Panel surya yang menggunakan logam berat seperti timbal, kromium, dan kadmium dapat merusak lingkungan tanah jika dihancurkan dan dikubur.

Selain itu, panel surya berukuran besar yang digunakan untuk keperluan umum membutuhkan banyak ruang, menghambat pertumbuhan vegetasi di bawahnya dan mengubah area tersebut menjadi lahan tandus.

Di Vietnam, energi surya telah berkembang pesat dalam beberapa tahun terakhir, terutama di Ninh Thuan – yang dianggap sebagai "ibu kota energi surya" negara tersebut. Ledakan ini terjadi di tengah pertumbuhan ekonomi yang pesat, permintaan energi yang tinggi, dan penurunan tajam biaya teknologi. Namun, proyek-proyek energi surya skala besar menempati banyak lahan, sehingga memberikan tekanan pada lingkungan. Sebagian besar proyek tidak memiliki rencana untuk pembuangan panel surya di akhir masa pakainya, sementara perangkat ini mengandung material dan logam berat yang dapat menyebabkan polusi jika dibuang melalui metode penimbunan sampah konvensional.

Di seluruh dunia, banyak kelompok penelitian telah berupaya mengatasi keterbatasan tenaga surya panel datar dengan menggunakan teknologi tenaga surya terkonsentrasi. Teknologi ini memfokuskan sinar matahari ke area kecil untuk secara signifikan mengurangi jumlah sel fotovoltaik yang dibutuhkan. Sekelompok ilmuwan di Tiongkok adalah salah satu yang pertama kali mengusulkan model yang memisahkan komponen sinar matahari, di mana cahaya merah dan biru digunakan untuk pertanian, dan sisanya diubah menjadi listrik. Namun, model ini sangat mahal karena membutuhkan penggunaan film nano-optik yang mahal untuk memisahkan cahaya, memiliki daya tahan rendah, dan faktor fokus hanya beberapa puluh kali, sehingga teknologi ini hanya cocok untuk penggunaan di laboratorium.

Baru-baru ini, tim penulis dari Universitas Phenikaa mengembangkan pendekatan baru yang mengatasi kekurangan yang disebutkan di atas dan sesuai untuk kondisi praktis setelah melaksanakan proyek "Penelitian, desain, dan fabrikasi sistem fotovoltaik-pertanian ramah lingkungan berbasis teknologi energi surya terkonsentrasi," yang didanai oleh Dana Pengembangan Sains dan Teknologi Nasional (Nafosted).

Profesor Madya Vu Ngoc Hai, pemimpin proyek, mengatakan bahwa alih-alih menggunakan palung parabola untuk menciptakan konvergensi garis lurus, tim peneliti beralih menggunakan lensa Fresnel—komponen optik yang tipis, ringan, murah, dan mampu memusatkan cahaya ke titik kecil dengan koefisien konvergensi hingga ratusan kali. Ketika cahaya dikompresi begitu kuat, area sel fotovoltaik yang dibutuhkan berkurang hingga ratusan kali, artinya lebih sedikit material, lebih sedikit bahan kimia beracun, lebih sedikit limbah, dan biaya lebih rendah. Lensa Fresnel ini juga merupakan penemuan tim melalui proyek ini.

Profesor Madya Vu Ngoc Hai lebih lanjut menjelaskan bahwa pada titik konvergensi, tim peneliti menempatkan cermin semi-reflektif untuk memisahkan komponen cahaya alami. Cahaya merah dan biru (dua wilayah cahaya yang diserap tanaman dengan kuat) ditransmisikan melalui cermin ke area pertumbuhan. Cahaya yang tersisa, terutama wilayah inframerah yang membawa banyak energi termal, dipantulkan kembali dan dikonsentrasikan pada panel surya efisiensi tinggi. Memisahkan komponen cahaya pada titik kecil mengurangi luas permukaan yang membutuhkan lapisan filter hingga 25-30 kali, memungkinkan penggunaan teknik pelapisan yang lebih tahan lama, lebih murah, dan diproduksi secara industri. Ini merupakan peningkatan yang signifikan dibandingkan dengan teknologi yang ada di seluruh dunia.

Sumber cahaya merah dan biru yang terpisah dialirkan ke serat optik dan didistribusikan kembali menggunakan struktur optik. Hal ini memastikan distribusi cahaya yang merata ke tanaman, menghilangkan bayangan dan mencegah penurunan hasil panen dibandingkan dengan model dengan panel surya yang jaraknya berjauhan atau panel yang dipasang di atap rumah kaca. Cahaya pantulan berenergi tinggi diubah menjadi energi listrik dengan efisiensi yang lebih tinggi daripada teknologi panel datar tradisional.

Menurut tim peneliti, teknologi ini membuka potensi aplikasi dalam model agro-fotovoltaik di Vietnam, terutama di daerah dengan intensitas radiasi tinggi dan kebutuhan untuk menggabungkan produksi listrik dengan budidaya tanaman. Pada fase selanjutnya, tim peneliti bertujuan untuk mengembangkan sistem ke tingkat yang lebih lengkap sehingga aplikasi praktisnya dapat dievaluasi, dengan tujuan mentransfer teknologi tersebut ke bisnis dan model agro-fotovoltaik di negara tersebut.

Untuk memastikan skalabilitas, tim berkolaborasi dengan Universitas Myongji (Korea Selatan) – sebuah institusi dengan keahlian di bidang optik, material, dan energi terbarukan – untuk bersama-sama mengembangkan sistem prototipe lengkap untuk penggunaan eksperimental. Kolaborasi ini memungkinkan tim untuk melakukan pengukuran kinerja di bawah berbagai kondisi lingkungan, termasuk iklim tropis Hanoi dan iklim sedang Seoul, Korea Selatan. Mereka mengevaluasi daya tahan lensa Fresnel dan filter optik, serta memverifikasi stabilitas distribusi cahaya di seluruh tanaman. Hasil uji awal menunjukkan sistem tersebut menawarkan efisiensi konversi energi yang lebih tinggi dibandingkan dengan model panel datar tradisional di bawah kondisi radiasi yang sama, sambil menyediakan spektrum merah-hijau yang cukup untuk pertumbuhan tanaman, menghindari bayangan lokal, dan tidak mengurangi hasil panen. Keberhasilan awal program kolaborasi ini dipublikasikan di jurnal internasional peringkat Q1, Plos One.

Menurut perwakilan dari Dana Pengembangan Sains dan Teknologi Nasional, proyek penelitian ini tidak hanya menunjukkan kelayakan teknologi fotovoltaik-pertanian generasi berikutnya, tetapi juga membuka peluang besar bagi Vietnam untuk bergabung dengan kelompok negara yang memiliki teknologi tenaga surya terkonsentrasi untuk pertanian berkelanjutan. Dengan tujuan untuk lebih mengoptimalkan material optik, mengurangi biaya, dan membangun prototipe skala besar pada periode 2025-2027, diharapkan sistem ini dapat maju ke uji lapangan, dialihkan ke bisnis, dan secara langsung berkontribusi pada tujuan Vietnam dalam bidang pertanian hijau, ekonomi sirkular, dan energi terbarukan.

CAHAYA BERSALJU

Sumber: https://nhandan.vn/dien-mat-troi-cho-nong-nghiep-ben-vung-post926876.html