Penilaian tenaga, alam sekitar dan ekonomi bagi kitaran hayat sel suria terpeka pewarna di Malaysia

Abstract

Peningkatan pesat teknologi suria fotovolta (PV) yang baru muncul seperti sel suria terpeka pewarna (DSSC) dalam beberapa dekad yang lalu telah mendorong minat penyelidik dalam teknologi ini untuk mengatasi sel suria konvensional kerana ianya fleksibel, mudah difabrikasi dengan penggunaan tenaga yang rendah, keberkesanan kos, serta mempunyai kesan alam sekitar yang baik. Walau bagaimanapun, kesan alam sekitar, penggunaan tenaga dan analisis kos secara kuantitatif bagi teknologi ini kurang diberi perhatian dalam penyelidikan di Malaysia. Justeru, objektif penyelidikan ini adalah untuk mengkaji dan menilai impak alam sekitar dan penggunaan tenaga secara komprehensif ke atas sistem PV bersepadu tetingkap menggunakan teknologi DSSC di Malaysia melalui kaedah penilaian kitaran hayat (LCA) disamping menganalisis penilaian kos kitaran hayat (LCCA) merangkumi kos kitaran hayat (LCC) dan penyerataan kos elektrik (LCOE) bermula dari buaian-kepagar. Dalam kajian ini, pembuatan modul DSSC telah dibuat di Pusat Inovatif Nanostruktur & Nanoperanti (COINN) di UTP, Tronoh. Bagi kajian LCA, indikator yang biasa digunakan bagi teknologi suria PV seperti keperluan tenaga kumulatif (CED), masa pengembalian tenaga (EPBT), dan kadar pelepasan gas rumah hijau (GHG) telah dinilai dan dihitung menggunakan perisian SimaPro. Penununjuk kategori impak juga turut diperhatikan melalui kaedah ReCiPe Midpoint (H) 2016. Penyelidikan lebih lanjut melalui analisis kepekaan pada kecekapan penukaran (CE), jangka hayat (LE) modul DSSC, penyinaran suria (IR) yang berbeza, serta pelbagai modul substrat fleksibel DSSC menggunakan polietilena tereftalat (PET) dan kerajang aluminium (Al foil) dibandingkan dengan substrat kaca telah dianalisis. Hasil kajian menunjukkan bahawa CED yang dihasilkan sepanjang kitaran hayat DSSC adalah 18,276.21 MJoil-eq/kWj iaitu bersamaan 986.84 MJoil-eq/m2, EPBT 2.89 tahun dan kadar pelepasan GHG 71.89 g CO2-eq/kWj. Penemuan dari analisis kepekaan menunjukkan bahawa EPBT sistem PV DSSC menurun dari 10.97 menjadi 0.98 tahun, manakala kadar pelepasan GHG juga menurun dari 176.31 kepada 27.12 g CO2-eq/kWj dengan peningkatan kecekapan penukaran,CE dari 2.0% hingga 13.0%. Selain itu, EPBT dan kadar pelepasan GHG juga berkadar sonsang dengan IR iaitu EPBT dan kadar pelepasan GHG menurun apabila IR meningkat dari 1290.58 menjadi 1702.95 kWj/m2/tahun, dengan kecekapan penukaran, CE DSSC yang sama sebanyak 5%. Manakala peningkatan jangka hayat, LE modul DSSC dari 1 tahun ke 20 tahun dapat mengurangkan kadar pelepasan GHG dari 1,410.44 kepada 71.89 g CO2-eq/kWj. Seterusnya kajian menunjukkan bahawa konfigurasi fleksibel substrat seperti PETPET dan Al foil-Al foil masing-masing mempunyai penggunaan tenaga dan kadar pelepasan GHG yang lebih rendah berbanding dengan konfigurasi substrat kaca. Dari segi ekonomi pula, didapati jumlah kos kitaran hayat (LCC) sistem PV DSSC adalah sebanyak RM 17.10/Wp dan nilai LCOE adalah RM 0.89/kWj. Melalui analisis kepekaan yang telah dijalankan didapati bahawa kecekapan penukaran (CE) bagi modul PV dan purata penyinaran suria (IR) adalah berkadar sonsang dengan LCOE, sebaliknya kadar diskaun (%) adalah berkadar terus dengan LCOE. Dalam kajian ini didapati DSSC mempunyai CED, EPBT, pelepasan GHG, LCC dan LCOE yang lebih rendah berbanding PV mono-Si, tetapi melebihi multi-Si dan filem nipis yang lain. Integrasi kajian LCA dan LCCA mendapati peningkatan CE dan LE pada masa akan datang dapat mengurangkan kadar pelepasan GHG, EPBT seterusnya LCOE bagi modul PV DSSC.