Pada beberapa tahun sebelumnya pencapaian pesawat untuk dapat terbang dengan menggunakan energi matahari merupakan tantangan besar yang harus dihadapi. Dengan berbagai macam kemajuan yang signifikan bidang ilmu terkait,hal ini bukanlah mustahil untuk diwujudkan karena sudah cukup banyak penelitian yang mengkaji.
Konsep ini cukup sederhana. Pada pesawat tanpa awak bertenaga surya, daya listrik diperoleh dari panel surya yang melapisi permukaan pesawat. Panel surya ini mengkonversi energi matahari menjadi energi listrik melalui proses fotovoltaik.
Energi listrik ini digunakan untuk menggerakkan sistem propulsi listrik pesawat, serta menyimpan kelebihannya dalam sel bahan bakar hidrogen melalui proses elektrolisis. Pada malam hari, hidrogen ini digunakan untuk menggerakkan pesawat. Dengan demikian, pesawat tanpa awak bertenaga surya seperti Solar Airship One dapat beroperasi tanpa menggunakan bahan bakar fosil dan menghasilkan emisi nol.
Pengembangan kendaraan udara tak berawak bertenaga surya untuk memperpanjang daya tahan penerbangan adalah inovasi yang sangat menjanjikan dalam industri penerbangan. Dengan menggunakan energi surya, pesawat dapat meningkatkan efisiensi dan mengurangi biaya operasional.
Hal ini sangat penting untuk meningkatkan keselamatan dan kualitas penerbangan, serta mengurangi dampak lingkungan negatif dari penerbangan konvensional yang menggunakan bahan bakar fosil. Selain itu, penggunaan energi surya juga dapat membantu mengurangi emisi gas rumah kaca dan polusi udara yang dihasilkan oleh penerbangan konvensional.
Hal ini sangat penting untuk meningkatkan keselamatan dan kualitas penerbangan, serta mengurangi dampak lingkungan negatif dari penerbangan. Namun, pengembangan teknologi ini juga memiliki beberapa tantangan. Misalnya, perlu dilakukan penelitian lebih lanjut untuk meningkatkan efisiensi dan daya tahan baterai. Selain itu, perlu juga dilakukan pengembangan infrastruktur yang lebih baik untuk mendukung penggunaan teknologi ini.
Preferensi Pesawat Bertenaga Surya Dibabandingkan Pesawat Komersial
Karakteristik pesawat bertenaga surya tidak terbatas mengenai sumber daya energi surya yang dapat digunakan secara terus-menerus, sehingga pesawat dapat terbang setiap saat, tergantung pada ketahanan sistem pesawat dan kondisi sinar matahari, sesuatu yang tidak dapat dicapai oleh pesawat konvensional karena keterbatasan operasionalnya.
Keuntungan besar lainnya adalah pengurangan emisi secara besar-besaran, dengan emisi karbon hampir 80% lebih sedikit dibandingkan pesawat konvensional. Biaya operasional yang efisien karena tidak membutuhkan bahan bakar tradisional yang mahal, lebih aman karena teknologi ini tentunya sangat membantu dalam berbagai aplikasi yang berhubungan dengan pengintaian suatu daerah, survei dan pemetaan wilayah.
Selain itu, jenis teknologi tersebut termasuk teknologi yang dapat dipakai pada berbagai bidang.teknologi tersebut dapat juga digunakan pada bidang sipil dan militer.
Mekanisme Kerja
Mekanisme kerja dari UAV bertenaga surya melibatkan beberapa komponen utama. Ini adalah sebagai berikut: sistem pendorong, yang menggunakan energi listrik dari panel surya untuk menggerakkan pesawat. Sistem pendorong dapat bervariasi tergantung pada tipe UAV dan bisa berupa propeler, roket, atau berdasarkan sistem thrust-vectoring, tergantung pada spesifikasi pesawat.
Sistem kontrol yaitu berbagai sistem elektronik yang mengelola kinerja pesawat, kecepatannya, ketinggian, dan arahnya. Sistem ini biasanya didukung oleh sejumlah besar sensor yang memberikan informasi pada unit terkait yang diproses menggunakan algoritma. Sistem penginderaan: sistem penginderaan adalah alat untuk mengumpulkan data dan informasi mengenai lingkungan sekitar pesawat.
Fungsi utama adalah meminimalkan penggunaan daya oleh pesawat akan memiliki prioritas data saat menggunakan atau mengurangi lebih banyak daya dari baterai atau energi matahari. Sirkuit dengan mikroprosesor yang dapat dikonfigurasi menangani keluaran transmisi daya.
Pengaturan ketenagalistrikan dan mekanisme transmisi menjamin keluaran energi maksimal dari panel surya. Listrik yang dihasilkan sebagian besar digunakan untuk menggerakkan pesawat dan peralatan elektronik di dalamnya. Kelebihan energi tersebut dimanfaatkan untuk mengisi ulang baterai yang digunakan pada kondisi minim sinar matahari.
Kemajuan Pesawat Bertenaga Surya
Sel fotovoltaik (PV), tenaga surya terkonsentrasi (CSP), dan pengumpul panas matahari untuk pemanasan dan pendinginan (SHC) adalah tiga teknologi utama yang digunakan untuk aplikasi energi surya. Teknologi PV dikenal luas sebagai cara menghasilkan listrik dengan menggunakan panel fotovoltaik yang terbuat dari rangkaian sel surya untuk mengubah energi matahari menjadi aliran elektron.
Penerapan praktis awal teknologi ini adalah untuk memberi energi pada satelit komunikasi dan pesawat ruang angkasa. Baterai dengan kepadatan energi yang ditingkatkan sebesar 400–600 Wh/kg dan lebih dari 500 siklus dengan kecepatan pengisian ulang kualitas standar kini tersedia berkat kemajuan teknologi. Upaya penelitian dan pengembangan saat ini dipusatkan pada penciptaan elemen jaringan sel bahan bakar berkinerja tinggi yang dapat diandalkan, berbiaya rendah, dan berkinerja tinggi untuk aplikasi kendaraan.
Perkembangan teknologi sedang dilakukan dengan pesat untuk meningkatkan dan memperluas penerapan penerbangan tenaga surya. Fotovoltaik organik dan titik kuantum sangat penting dalam hal ini. Fotovoltaik organik (OPV) dibuat dari bahan organik yang bervariasi dan mudah beradaptasi, memberikan peluang tanpa batas untuk meningkatkan beragam fitur. Molekul organik tidak mahal memiliki kemampuan penyerapan cahaya yang sangat baik, memungkinkan lapisan setipis beberapa ratus nm digunakan untuk tujuan ini.
Titik kuantum mempunyai potensi untuk meningkatkan efisiensi konversi sel surya setidaknya dalam dua cara: dengan memperluas kesenjangan energi panel surya untuk mengumpulkan lebih banyak sinar matahari di wilayah spektral, dan dengan menghasilkan lebih banyak tegangan dari satu partikel surya.
Sel surya yang dibangun di atas titik-titik kuantum berpotensi mengubah lebih dari 65 persen energi matahari menjadi energi listrik, sehingga meningkatkan efisiensi hampir dua kali lipat. Nanomaterial juga dianggap penting dalam hal ini. Bahan nano seperti kawat nano dan partikel nano menawarkan potensi baru dalam perangkat tenaga surya. Benda berukuran nano meter memiliki luas permukaan per satuan volume yang sangat tinggi.
Tantangan dan Perspektif Masa Depan
Energi surya berpotensi menjadi komponen penting dalam sektor pembangkit listrik bebas karbon di ruang angkasa. Program Solar Impulse mengungkapkan ambisi untuk menciptakan pesawat bertenaga surya baru yang mampu melakukan beberapa aktivitas yang biasanya dilakukan oleh satelit. Hampir semua sistem konversi energi membuang sejumlah energi.
Rasio energi keseluruhan pada pesawat bertenaga surya, sebagai satu-satunya contoh, hanya mencapai 11 persen yaitu 89 persen radiasi matahari diabaikan. Saat ini, semua riset difokuskan pada menciptakan metode penghasil energi yang lebih produktif dan meminimalkan pemborosan energi dan membuat sel surya berfungsi.
Tetapi upaya ilmiah dan inovasi dipersembahkan untuk mengatasi kerugian karena efisiensi rendah dan harganya tinggi. Dikarenakan energi yang dihasilkan dari panel surya bervariasi sesuai suhu di udara dan kelembaban , sebagian besar penerapan menggunakan pelacak titik daya maksimum, atau MPPT, untuk mempekerjakan energi ini.
Baca juga: Penerapan Drone dalam Dunia Teknik Sipil
Singkatnya, sejak penerbangan udara bertenaga surya pertama kali dilakukan pada tahun 1974, industri penerbangan bertenaga surya sedang dikembangkan untuk memenuhi kebutuhan biaya dan energi sekaligus memaksimalkan efisiensi aerodinamis untuk menjalankan misi secara efisien.
Pesawat fotovoltaik terbang di ketinggian yang lebih tinggi untuk waktu yang lama, namun dengan penerapan yang relatif terbatas, seperti sayap kecil yang memuat kargo. Subsistem seperti energi, aerodinamika, sistem propulsi, dan mekanisme kontrol harus diteliti secara menyeluruh untuk meningkatkan kinerjanya dan memperluas jangkauan penerapannya.
Penulis: Fadhila Izdihar Mumtaz
Mahasiswa Teknik Elektro, Universitas Airlangga
Editor: Anita Said
Bahasa: Rahmat Al Kafi
Daftar Pustaka
Dwivedi VS, Patrikar J., Addamane A., Ghosh AK 2018. MARAAL: UAV bertenaga surya dengan ketinggian rendah dan tahan lama untuk aplikasi pengawasan dan pemetaan. Konferensi Internasional ke-23 2018 tentang Metode dan Model Otomasi dan Robotika, MMAR 2018, 449–454.
Rosales J., Engel E., Igwe G., Gross A., Millette JE dkk. 2019. Kendaraan udara tak berpenghuni bertenaga surya untuk penerbangan otonom. Sains AIAA. Forum 2019 , (September).
Guo Z., Chen Xk., Hou Z-xi., Guo J. 2011. Pengembangan UAV bertenaga surya untuk penerbangan jarak jauh. Konferensi Teknologi, Integrasi, dan Operasi Penerbangan AIAA (ATIO) ke-11, termasuk Konferensi Sistem Balon AIAA dan Konferensi Teknologi Ringan AIAA ke-19, (September)
Amorosi L., Chiaraviglio L., Galán-Jiménez J. Manajemen Energi Optimal Jaringan Seluler Berbasis UAV Didukung oleh Panel Surya dan Baterai: Formulasi dan Solusi. Akses IEEE. 2019
Chen H., Khaligh A. Sistem penyimpanan energi hibrida untuk kendaraan udara tak berawak (UAV); Prosiding IECON 2010—Konferensi Tahunan ke-36 tentang IEEE Industrial Electronics Society; Glendale, AZ, AS. 7–10 November 2010
Ikuti berita terbaru di Google News
