Dampak Debu Pada Sistem PV di Lingkungan Pesisir Gersang

Sebuah tim peneliti yang dipimpin oleh Universitas Imam Abdulrahman Bin Faisal di Arab Saudi telah melakukan studi eksperimental tentang bagaimana komposisi debu yang berbeda mempengaruhi kinerja fotovoltaik. Studi ini menguji empat jenis debu-montmorillonit, kaolinit, bentonit, dan debu alami-pada panel surya yang beroperasi di lingkungan pantai yang gersang.

“Temuan penelitian ini memiliki implikasi praktis untuk mengoptimalkan pemeliharaan PV di wilayah pesisir yang gersang,” jelas kelompok tersebut. "Dengan menghubungkan komposisi debu dengan mekanisme degradasi, pemangku kepentingan dapat memprioritaskan jadwal pembersihan atau memilih pelapis yang disesuaikan dengan mineral dominan. Misalnya, pelapis hidrofobik dapat mengurangi adhesi yang disebabkan oleh kelembapan di lingkungan yang kaya kalsium, sementara wilayah yang kaya zat besi mungkin mendapat manfaat dari bahan yang tahan panas."

Percobaan dilakukan di Jubail, sebuah kota di pantai Teluk Persia Arab Saudi, yang diklasifikasikan sebagai BWh (gurun panas) menurut sistem iklim Köppen. Panel PV polikristalin 20 W digunakan untuk pengujian kinerja luar ruangan antara tanggal 9–29 September 2025. Pada daya maksimum, panel mengalirkan arus sebesar 1,14 A dan tegangan sebesar 17,6 V, dengan tegangan sirkuit terbuka sebesar 21,1 V dan arus sirkuit pendek sebesar 1,29 A.

Tanah liat montmorillonit, kaolinit, dan bentonit bersumber dari bubuk mineral komersial dan diayak hingga ukuran kurang dari 45 μm. Sampel debu alami dikumpulkan secara manual dari permukaan kaca yang terkena kondisi sekitar di Jubail. Pengendapan debu dilakukan dalam tujuh tahap, dimulai dengan kepadatan permukaan sekitar 1,0 g/m² dan meningkat secara bertahap hingga sekitar 7,0 g/m². Pengukuran dilakukan setelah setiap tahap pengendapan.

"Analisis mineralogi melalui SEM-EDX mengungkapkan profil komposisi berbeda yang berkorelasi langsung dengan pola penurunan kinerja," kata para akademisi. “Debu alami, yang ditandai dengan kandungan silika (25,37%) dan kalsium oksida (30,52%) yang tinggi, muncul sebagai kontaminan yang paling merugikan, menyebabkan hilangnya daya sebesar 48% pada kepadatan pengendapan 6 g/m2 melalui gabungan hamburan cahaya dan sementasi higroskopis.”

Debu yang kaya kalsium-ternyata menjadi masalah terutama di kondisi pesisir, ketika kelembapan tinggi (kelembaban relatif 40–65%) mengubah partikulat lepas menjadi lapisan melekat yang tahan terhadap mekanisme pembersihan alami. Sebaliknya, kandungan besi montmorillonit yang tinggi (62,67%) berkontribusi terhadap degradasi termal, meningkatkan suhu permukaan panel hingga 40,4 C dan mengurangi tegangan sirkuit terbuka.

"Kelembaban muncul sebagai faktor penguatan yang penting dan bukan sebagai pemicu stres yang berdiri sendiri, sehingga mengurangi efisiensi sebesar 15-30% ketika kelembapan relatif melebihi 60%. Ambang batas ini menandai transisi dari kekotoran yang dapat dibalik ke adhesi yang disemen, di mana gaya kapiler mengikat partikel debu ke permukaan PV dengan kekuatan yang cukup untuk menahan pelepasan yang disebabkan oleh angin," jelas para akademisi tersebut. "Analisis harian menunjukkan bahwa pembangkitan listrik optimal terjadi pada pagi hari dengan kelembapan rendah (8:00–11:30, efisiensi 12–13 %), sedangkan periode sore hari mengalami kehilangan efisiensi 20–25 %."

Tim juga menemukan bahwa polusi partikulat secara signifikan mempengaruhi penurunan kinerja, dengan Indeks Kualitas Udara (AQI) menunjukkan korelasi negatif yang lebih kuat dengan efisiensi dibandingkan dengan kelembapan saja. “Pada tingkat AQI yang melebihi 160, efek gabungan dari hamburan cahaya oleh aerosol di udara dan kotoran di permukaan mengurangi efisiensi konversi di bawah 10%, bahkan di bawah kepadatan pengendapan debu sedang (3–4 g/m2),” mereka menyimpulkan.

Temuan mereka tersedia dalam “Studi eksperimental dan pemodelan dampak komposisi debu pada kinerja fotovoltaik di lingkungan pantai yang gersang,” yang diterbitkan dalam Journal of Materials Research and Technology. Para ilmuwan dari Universitas Imam Abdulrahman Bin Faisal di Arab Saudi, Otoritas Energi Atom Mesir, dan Universitas Ain Shams di Mesir telah berpartisipasi dalam penelitian ini.