Dalam era peralihan tenaga global, tenaga solar semakin mendapat perhatian sebagai sumber tenaga boleh diperbaharui yang bersih, lestari dan mesra alam. Pada masa yang sama, penggunaan kenderaan elektrik (electric vehicle, EV) semakin meningkat, sekali gus mewujudkan keperluan terhadap infrastruktur pengecasan yang cekap, stabil dan mampan.

Gabungan tenaga solar dengan stesen pengecasan EV bukan sahaja membantu mengurangkan kebergantungan kepada bahan api fosil, malah memperlihatkan aplikasi konsep fizik dalam kehidupan sebenar. Teknologi ini menunjukkan bagaimana konsep seperti penukaran tenaga, kesan fotovolta, kuasa elektrik, kecekapan tenaga dan penyimpanan tenaga diaplikasikan dalam pembangunan sistem pengangkutan hijau.

Stesen pengecasan EV berkuasa solar menggunakan panel solar untuk menangkap cahaya matahari dan menukarkannya kepada tenaga elektrik. Tenaga elektrik yang dihasilkan sama ada disalurkan secara terus kepada kenderaan elektrik atau disimpan dalam sistem bateri untuk digunakan apabila diperlukan. Pendekatan ini membolehkan kenderaan dicas menggunakan tenaga bersih dan boleh diperbaharui, sekali gus mengurangkan kebergantungan kepada elektrik yang dijana daripada bahan api fosil.

Secara asasnya, operasi stesen pengecasan ini melibatkan beberapa proses penukaran tenaga. Tenaga suria daripada matahari diserap oleh panel solar sebelum ditukarkan kepada tenaga elektrik. Tenaga elektrik tersebut kemudiannya disimpan di dalam sistem bateri atau dibekalkan terus kepada stesen pengecasan. Seterusnya, tenaga elektrik dipindahkan ke bateri kenderaan melalui sistem pengecasan, sebelum ditukarkan kepada tenaga mekanikal oleh motor elektrik untuk menggerakkan kenderaan.

Prinsip utama yang membolehkan panel solar menjana elektrik ialah kesan fotovolta. Kesan ini merujuk kepada proses penukaran tenaga cahaya matahari secara langsung kepada tenaga elektrik. Panel solar terdiri daripada sel suria yang diperbuat daripada bahan semikonduktor, lazimnya silikon.

Apabila cahaya matahari mengenai permukaan sel suria, zarah cahaya yang dikenali sebagai foton akan memindahkan tenaganya kepada elektron dalam bahan semikonduktor tersebut. Elektron yang menerima tenaga mencukupi akan bergerak bebas dan menghasilkan arus elektrik.

Melalui proses ini, panel solar mampu menghasilkan tenaga elektrik tanpa menggunakan enjin atau komponen yang bergerak. Oleh itu, teknologi ini memerlukan penyelenggaraan yang minimum, beroperasi secara senyap serta tidak menghasilkan pencemaran atau pelepasan gas rumah hijau semasa proses penjanaan elektrik.

Konsep penukaran tenaga dalam sistem ini bertepatan dengan Hukum Keabadian Tenaga yang menyatakan bahawa tenaga tidak boleh dicipta atau dimusnahkan, sebaliknya hanya boleh ditukarkan daripada satu bentuk kepada bentuk yang lain.

Dalam stesen pengecasan EV berkuasa solar, tenaga suria ditukarkan kepada tenaga elektrik melalui panel solar. Tenaga elektrik tersebut kemudiannya disalurkan ke stesen pengecasan untuk mengecas bateri kenderaan atau disimpan terlebih dahulu dalam sistem penyimpanan tenaga. Apabila kenderaan digunakan, tenaga elektrik yang tersimpan di dalam bateri ditukarkan kepada tenaga mekanikal oleh motor elektrik bagi menghasilkan pergerakan.

Selain penukaran tenaga, keberkesanan sesebuah stesen pengecasan turut bergantung pada jumlah kuasa elektrik yang dijana oleh panel solar. Kuasa elektrik merujuk kepada kadar pemindahan tenaga elektrik dalam sesuatu sistem dan boleh dihitung menggunakan persamaan berikut:

di mana, P = Kuasa elektrik (Watt, W) ,V = Voltan (Volt, V) ,I = Arus elektrik (Ampere, A) 

Persamaan ini menunjukkan bahawa kuasa elektrik bergantung kepada hasil darab voltan dan arus elektrik. Semakin tinggi nilai voltan atau arus, semakin besar kuasa elektrik yang dapat dijana.

Dalam stesen pengecasan EV berkuasa solar, kuasa elektrik yang lebih tinggi membolehkan tenaga dipindahkan ke bateri kenderaan dengan lebih pantas, sekali gus mengurangkan tempoh pengecasan. Sebagai contoh, pengecas pantas (fast charger) menggunakan voltan dan arus yang lebih tinggi berbanding pengecas biasa bagi meningkatkan kadar pemindahan tenaga ke dalam bateri.

Walau bagaimanapun, peningkatan kuasa perlu diseimbangkan dengan sistem pengurusan tenaga yang cekap. Jurutera akan mengoptimumkan nilai voltan dan arus bagi memastikan proses pengecasan berlangsung secara selamat, stabil dan cekap, di samping mengurangkan kehilangan tenaga dalam bentuk haba akibat rintangan elektrik pada kabel dan komponen sistem.

Kecekapan sistem boleh ditentukan menggunakan persamaan berikut:

Kecekapan (%) = (Tenaga output / Tenaga input) × 100

Kebanyakan stesen pengecasan EV berkuasa solar turut dilengkapi dengan sistem penyimpanan tenaga menggunakan bateri bagi menyimpan lebihan tenaga elektrik yang dijana pada waktu siang. Tenaga yang disimpan akan digunakan pada waktu malam atau ketika cuaca mendung bagi memastikan bekalan elektrik kekal stabil.

Dari perspektif fizik, sistem ini melibatkan penukaran tenaga elektrik kepada tenaga kimia semasa proses penyimpanan di dalam bateri. Apabila tenaga diperlukan, tenaga kimia tersebut akan ditukarkan semula kepada tenaga elektrik untuk membekalkan kuasa kepada stesen pengecasan. Proses ini meningkatkan kecekapan penggunaan tenaga solar serta memastikan operasi sistem lebih stabil dan lestari.

Pembangunan stesen pengecasan hijau bukan sekadar berkaitan kemajuan teknologi, malah memainkan peranan penting dalam usaha memelihara alam sekitar. Aplikasi konsep fizik membantu meningkatkan kecekapan penukaran tenaga solar, mengurangkan kehilangan tenaga semasa penghantaran dan pengecasan, mengoptimumkan penggunaan bateri serta sistem penyimpanan tenaga, mengurangkan pelepasan karbon melalui penggunaan tenaga boleh diperbaharui, selain menyokong pembangunan bandar pintar dan sistem pengangkutan hijau.

Melalui aplikasi prinsip fizik yang tepat, stesen pengecasan EV berkuasa solar berpotensi menjadi komponen penting dalam ekosistem tenaga bersih pada masa hadapan.

Secara keseluruhannya, gabungan tenaga solar dengan stesen pengecasan EV merupakan antara teknologi penting dalam usaha merealisasikan pembangunan lestari. Dari perspektif fizik, sistem ini mengaplikasikan konsep kesan fotovolta, penukaran tenaga, kuasa elektrik, kecekapan tenaga dan penyimpanan tenaga.

Dari perspektif kelestarian pula, teknologi ini membantu mengurangkan pencemaran alam sekitar, mengurangkan kebergantungan kepada bahan api fosil serta memperluaskan penggunaan tenaga bersih. Oleh itu, pembangunan stesen pengecasan berasaskan tenaga solar merupakan langkah signifikan ke arah masa depan yang lebih hijau, cekap dan mampan.

Oleh Nor Naimah Shaari, dan Nursyazwani Mohamad Sukri, Pensyarah, Pusat Pengajian Ijazah dan Asasi, SPACE UTM