תרמואלקטריות מהדור הבא משחררות עלייה של פי 15 בתפוקה סולארית

מכיוון שאנרגיה מתחדשת מגיעה ממשאבים טבעיים ומתחדשת, זה יכול לעזור להפחית את התלות שלנו בדלקים מאובנים, להתמודד עם שינויי האקלים ולענות על הצורך שלנו לעתיד אנרגטי בר-קיימא.

מקורות אנרגיה שופעים אלה, המתחדשים באופן טבעי ועם פליטות מינימליות, כוללים אור שמש, רוח, מים, ביומסה וחום גיאותרמי.

בין אלה, אנרגיה סולארית היא מקור אנרגיה מתחדשת עיקריעם השמש כמקור אנרגיה אינסופי, אנרגיה סולארית היא בלתי נדלית, מה שהופך אותה למקור האנרגיה המתחדשת הנפוץ ביותר הזמין.יכול.

בשנת 2024, אנרגיה סולארית עולמית הגיעה לשיא, עם התקנות העולה 600 GW, עלייה של 33% לעומת השנה הקודמת, המהווה 81% מכלל כושר ייצור האנרגיה המתחדשת החדשה בעולם. כתוצאה מכך, אנרגיה סולארית היוותה כ-7% מאספקת החשמל העולמית, וכמעט הכפילה את חלקה בתמהיל החשמל תוך שלוש שנים בלבד. שנים.

הסוכנות הבינלאומית לאנרגיה (IEA) צופה למעשה שאנרגיה פוטו-וולטאית סולארית (PV) ת... להפוך למקור האנרגיה המתחדשת הגדול ביותר עד 2029, תוך הנאה ממדיניות רגולטורית תומכת ומהירידה החזקה בעלות החשמל המופק מפאנלים סולאריים. 

תא PV or תא סולארי הוא מכשיר הממיר את אור השמש ישירות לחשמל. חלק מהתאים יכולים אפילו להמיר אור מלאכותי לחשמל. עם זאת, הם אינם חפים מבעיות. אחת המגבלות העיקריות של תא פוטו-וולטאי היא הטמפרטורה שלו, אשר משפיעה באופן משמעותי יעילות ההמרה שלו.

זֶה כאן נכנסת לתמונה טכנולוגיה נוספת הנמצאת בשימוש נרחב, תרמואלקטרית סולארית (TE). 

מעבר למערכות פוטו-וולטאיות סולאריות לגנרטורים תרמו-אלקטריים סולאריים (STEGs)

גנרטור תרמואלקטרי (TEG) יכול להתמודד עם אתגר יעילות ההמרה בתאי פוטו-וולטאיים על ידי המרת חום מבוזבז לאנרגיה חשמלית.

תאי TEG ידועים באמינותם הגבוהה, באורך החיים הארוך שלהם ובהיעדר חלקים נעים מכניים, מה שהופך אותם לאופציה בת קיימא ומבטיחה לשילוב עם תאי PV ביישומים בטמפרטורה גבוהה.

נקרא גם גנרטור Seebeck, גנרטור תרמואלקטרי (TEG) הוא מכשיר הממיר חום ישירות ל חשמל באמצעות אפקט זיבק.

באפקט זה, הפרש טמפרטורה בין שני מוליכים או מוליכים למחצה שונים מייצר מתח, הנגרם מתנועת נושאי מטען. 

כאשר חום מוחל לאחד המוליכים או המוליכים למחצה, אלקטרונים נעים לעבר הקצה הקר יותר, ויוצרים הפרש פוטנציאלים. אם מחוברים דרך מעגל, הזרם הישר זורם דרכו.

אז, בהתבסס על אפקט סיבק, חומרי TE יוצרים מתח כאשר הם נחשפים לטמפרטורה הפרש בין קצותיהם. כאשר הם ממוקמים בין בולם שמש לפיזור חום על מנת ליצור הפרש טמפרטורה ולייצר חשמל, הם מופנים כגנרטורים תרמו-אלקטריים סולאריים (STEGs).

יעילות ההמרה התרמית לחשמלית של STEGs אלה נקבע על ידי נתון הערך חסר הממדים של חומר ה-TE (ZT) והפרש הטמפרטורות בין הצד החם לצד הקר על פני המכשיר. 

כתוצאה מכך, לבולמי שמש של מערכות STEG יש פס בליעה רחב בהרבה, המאפשר ניצול אנרגיית הפוטון של כל הספקטרום הסולארי, בניגוד למערכות פוטו-וולטאיות שיכולות להשתמש רק בפס צר של אור שמש ליד פער הפס של המוליך למחצה. עם זאת, האנרגיה התרמו-אלקטרית שלהם...היעילות נמוכה מאוד.

כפי שציין המחקר האחרון, ערך ה-ZT של חומר TE עוד נותר בסביבות אחד, אפילו לאחר עשרות שנים של מחקר מקיף. ZT הוא מדד מפתח להערכת ביצועיהם של חומרים תרמואלקטריים, כאשר ערך ZT גבוה יותר מצביע על חומר תרמואלקטרי יעיל יותר לייצור חשמל ממצב נתון. הבדלי טמפרטורה.

היעדר חומרים תרמואלקטריים (TE) בעלי יעילות גבוהה וצלעות קירור קומפקטיות לפיזור חום הוא שמגביל את האימוץ המסחרי של STEGs.

כדי לטפל בבעיות אלו בדיוק, צוות חוקרים פיתח אסטרטגיה שיכולה לשפר את ייצור החשמל של STEG פי 15 תוך הגדלת המשקל ב-25% בלבד.

אתגרי יעילות STEG: הצורך בבולמי חום ומפזרי חום טובים יותר

צורכי האנרגיה העולמיים גדלים במהירות, מונעים על ידי צמיחה כלכלית ואוכלוסייה. 

לפי סוכנות האנרגיה הבינלאומית (IEA), מה היא גלוֹבָּלִי הביקוש לחשמל עלה ב -4.3% בשנת 2024, גדול קפיצה מהעלייה של 2.3% בשנת 2023.

אז, הולך קָדִימָה, העולם יצטרך זקוקים לאספקת אנרגיה הולכת וגדלה, אבל חשוב מכך, אנרגיה נקייה על מנת להילחם בשינויי האקלים, להפחית את פליטת גזי החממה ולהשיג עצמאות אנרגטית.

בחודש זה החיפוש אחר אנרגיה נקייה בת קיימאחוקרים פנו לגנרטורים תרמו-אלקטריים סולאריים (STEGs) כמקור מבטיח לייצור חשמל סולארי, מכיוון שהם יכול לנצל לא רק את אור השמש אלא גם צורות אחרות של אנרגיית תרמית.

כיום, עם זאת, רוב מערכות פאנלים סולאריים מסוג STEG ממירות פחות מ-1% מאור השמש לחשמל, בעוד שמערכות פאנלים סולאריים למגורים מסוגלות להגיע ליעילות המרה של 15% עד 20%. 

אז, באמת כדי לנצל את המכשירים הללו, עלינו תחילה להתגבר על מגבלות היעילות שלהם. 

מה שאנחנו צריכים זה למצוא דרכים חדשות לשיפור ייצור החשמל מ-STEG. גנרטורים תרמו-אלקטריים סולאריים מייצרים יותר חשמל בהפרשי טמפרטורות גבוהים יותר, ו זֶה ניתן להשגה על ידי מקסום ספיגת אנרגיית השמש ומזעור אובדן החום בצד החם תוך פיזור יעיל של חום בצד הקר.

יתר על כן, STEGs יכול להוכיח vבעל ערך בהפעלת אלקטרוניקה לבישה, חיישנים רפואיים, רשתות חיישנים אלחוטיות ומכשירים אוויוניים.

עם זאת, יישומים אלה בעלי צפיפות הספק גבוהה דורשים בולמי שמש סלקטיביים (SSAs) קלים משקל עבור הצד החם ומפזרי חום עבור הצד הקר. על מנת כדי לרתום את כמות האנרגיה הסולארית המקסימלית, הבולם (SSA) חייב להציג בליעה אופטית גבוהה בטווח הספקטרלי של השמש (300-2500 ננומטר) תוך שמירה על פליטת קרינה נמוכה באינפרא אדום (2.5-20 מיקרומטר) כדי למזער את אובדן הקרינה. 

ניתן לייעל את הביצועים האופטיים של בולמי מים באמצעות תכנון מבני ובחירת חומרים.

זֶה כולל בולמי פלסמוניים, שכבה קרמית כפולה בולמים, בולמי סרטים רב שכבתיים ובולמי גבישים פוטוניים. עם זאת, למרות את כל התקדמויות אלו, רוב הבולמים דורשים ציוד מורכב ותהליכי ייצור גוזלים זמן, אשר לְהַגבִּיל שֶׁלָהֶם דרוג בעלות משתלמת. 

בנוסף, הגדלת הספק המוצא של STEG דורשת לעתים קרובות מערכות קירור מגושמות ומורכבות כדי להוריד את טמפרטורת הצד הקר ולהגדיל את הפרש הטמפרטורות, מה שמציב אתגר נוסף.

החלק כדי לגלול →

טכנולוגיית בלאק מטאל ולייזרי פמטו-שנייה: אסטרטגיה פורצת דרך

כדי להתגבר על בעיות STEG, מה היא חוקרים מ- אוניברסיטת רוצ'סטר המכון לאופטיקה פיתחו אסטרטגיית הנדסה ספקטרלית וניהול תרמי אשר מופחת משקל ו גדל ייצור חשמל.

טכניקות חדשות ליצירת מכשיר STEG חזק יותר זה הם מפורט ב- ללמוד¹ פורסם ב- Light: Science and Applications.

"במשך עשרות שנים, קהילת המחקר התמקדה בשיפור חומרי המוליכים למחצה המשמשים ב-STEGs והשיגה הישגים צנועים ביעילות הכוללת."

- צ'ונליי גואו, פרופסור לאופטיקה ו פיסיקה ומדען בכיר ברוצ'סטר מעבדה לאנרגטיקה של לייזר.

הוא הוסיף:

"במחקר זה, אנחנו אפילו לא נוגעים בחומרי המוליכים למחצה - במקום זאת, התמקדנו בצדדים החמים והקרים של המכשיר. על ידי שילוב של ספיגת אנרגיה סולארית טובה יותר ולכידת חום בצד החם עם פיזור חום טוב יותר בצד הקר, השגנו שיפור מדהים ביעילות."

המפתח כאן היה טכנולוגיית הבלאק מטאל המיוחדת. בשנת 2020, אותה קבוצה הראה שבאמצעות לייזר פמטו-שנייה (fs), אשר עזר להם ליצור מבנים מתכתיים בלתי ניתנים לשקיעה² כמה חודשים לפני כן, הם גם יכלו לפתח גנרטורים סולאריים יעילים ביותר³.

באותו זמן, הם הפכו את המשטח המבריק והמחזיר אור מאוד של מתכת לשחור מוחלט, קוראים זוהי טכנולוגיית בלאק מטאל. בעזרת פולסי לייזר פמטו-שניות, הם יכולים להפוך כמעט כל מתכת לשחורה מוחלטת.

הצוות ערך ניסויים עם נחושת, פלדה, אלומיניום וטונגסטן. לאחר טיפול במבנים בקנה מידה ננומטרי, הם גילו טונגסטן שיהיה יעילות ספיגת השמש הגבוהה ביותר. הם הצליחו לשפר את יעילות הייצור התרמואלקטרי ב-130% בהשוואה לטונגסטן לא מטופל, אשר נמצא בשימוש נפוץ כבולם תרמי של השמש.

אז, בהתבסס על כך, הפעם החוקרים הפכו טונגסטן רגיל (W) בצד החם לחומר סופג (W-SSA) באמצעות טכניקת עיבוד לייזר fs.

הטונגסטן הפך ל"מתכת שחורה" על ידי מפנה פני השטח שלו שחורים לחלוטין, מה שהפך אותו ליעיל ביותר בקליטה סלקטיבית של אור ב מה היא אורכי גל סולאריים תוך הפחתת פיזור חום באורכי גל אחרים.

זֶה הושגה באמצעות איכול מהיר ומדויק במיוחד, תוך שימוש בפולסי לייזר fs רבי עוצמה, אשר יצרו מבנים בקנה מידה ננומטרי על פני המתכת. לכן, במקום לשנות את חומרי המוליכים למחצה עצמם, הצוות שיפר את האופן שבו הצד החם סופג אור שמש ושומר על חום.

תא חממה עבור טונגסטן סלקטיבי בולמי שמש (W-SSA) יש גם נוצר כדי להפחית את ההסעה את.

כדי ליצור חממה מיניאטורית, כמו בחווה, המתכת השחורה הייתה מכוסה עם חתיכת פלסטיק. "ניתן למזער את ההסעה וההולכה כדי ללכוד יותר חום, ולהעלות את הטמפרטורה בצד החם", אמר גואו. הצוות הצליח למזער את אובדן חום של מעל 40%.

בינתיים, בצד הקר, אותה טכניקת לייזר שימשה כדי להפוך אלומיניום רגיל (Al) לפיזור חום בעל קיבולת ענקית עם מבנים זעירים. זֶה יצר גוף קירור כדי לשפר את פיזור החום דרך קרינה כמו גם הוֹלָכַת חוֹם. 

ביצועי הקירור של המטופלים אלומיניום היה לְהַכפִּיל זה של אדם קבוע Al מפזר חום.

בכל זה, כפי שראינו, טכניקת עיבוד הלייזר fs מילאה תפקיד מפתח. ראוי לציין כי טכניקה זו דורשת שלב אחד בלבד וניתנת להרחבה. טכניקת חיסור פשוטה זו יכולה גם... להיות מיושם למגוון חומרים בעלי גיאומטריה מורכבת, כגון פולימר, זכוכית, חומרים דיאלקטריים, מוליכים למחצה ומתכות.

בהיותה גישה פיזית גרידא, היא גם ידידותית יותר לסביבה משיטות אחרות. 

לייזר פמטו-שנייה (קוודריליונית השנייה) ייצר מגוון של מיקרו-מבנים על אלומיניום וננו-מבנים על טונגסטן.

לאחר מכן, אופטימיזציה של גודל וצפיפות המבנים הללו אפשרה לחוקרים להגביר את בליעת ה-W על ידי השמש תוך מזעור פליטת ה-IR שלו בצד החם. הם השיגו יעילות בליעה של יותר מ-80% בטמפרטורות גבוהות.

בצד הקר, הם הגבירו את פליטת ה-IR ברחבי להשלים ספקטרום קרינת גוף שחור עבור אלומיניום ושטח הפנים שלו ל פיזור חום. עושה כל כך הרבה יעילות משופרת של המרה סולארית לאנרגיה תרמית.

הצוות הדגים כיצד ניתן להשתמש בגנרטור התרמו-אלקטרי הסולארי שלהם (STEG) כדי להפעיל נורות LED בצורה יעילה הרבה יותר מאשר... שיטות קיימות.

השמיים טקגאו ציין כי ניתן להשתמש בו גם כדי להפעיל התקנים מיקרואלקטרוניים כמו מכשירים לבישים, מכשירים חכמים וחיישנים אוטונומיים לאינטרנט של הדברים (IoT). יתר על כן, היא יכולה לשמש כמערכת אנרגיה מתחדשת מחוץ לרשת החשמל באזורים מרוחקים וכפריים.

כפי שציין המחקר, ניתן להשתמש בתאי STEG גם בשילוב עם התקני אנרגיה סולארית מתקדמים, כגון מערכות PV-TE היברידיות עם פיצול ספקטרלי ותאי שמש רגישים לצבע (DSC) בעלות נמוכה, שיכולים לייצר חשמל בתנאי תאורה חלשים, ובכך לשפר. תפוקת האנרגיה עבור יישומים הדורשים צריכת חשמל.

השקעה באנרגיה סולארית

בתחום האנרגיה המתחדשת שטח, Nextracker Inc. (NXT -1.13%) בולט על היותך חברה בעלת צמיחה גבוהה.

עם שוק כּוֹבַע מניות NXT נסחרות כעת במחיר של 10 מיליארד דולר, במחיר של 67.59 דולר. up 85% השנה עד כה. רק בשבוע שעבר, מניית החברה הגיעה לשיא חדש של כ-69 דולר. עם זאת, הרווח למניה (EPS) שלה (TTM) עומד על 3.67, ומדד הרווח לרווח (P/E) (TTM) עומד על 18.42. עם זאת, אין תשואת דיבידנד להרוויח.

Nextracker Inc. (NXT -1.13%)

Nextracker היא ספקית פלטפורמות טכנולוגיה סולארית המציעה פתרונות חשמליים, מעקבים משולבים ומערכות אופטימיזציה ובקרה של תפוקה. הטכנולוגיה המתקדמת של החברה מאפשר אנרגיה סולארית צמחים ל לעקוב אחר התנועה של השמש על פני השמיים ולבצע אופטימיזציה ביצועים. 

המוצרים והשירותים שלה כוללים את NX Foundation, NX Horizon, NX Navigator, NX Global, PowerworX, TrueCapture ו- שירותים איזון חשמלי של המערכת (eBOS).

החודש, Nextracker שוחרר דוח הקיימות שלה, בו ציינה השגת שיעור אירועים מתועדים כולל (TRIR) של 0.61, ועברה את יעד תפעול הבטיחות של ארה"ב שעמד על 1.2.

Nextracker הציגה את פתרונות היסודות של NX לשיפור פריסת גזי השמש בכל סוגי הקרקע. מערכות מעקב דל פחמן (LCT) של NX Horizon שוחררו גם הן כדי להפחית פליטות פחמן (קשור למעקב) על ידי... ככל 35%.

בנוגע לפליטות גזי חממה ויעילות משאבים, החברה התחייבה לקבוע יעדים בהתאם למסגרת המוכרת בעולם (SBTi), פרסמה את מדד גילוי הכספים הראשון שלה של כוח המשימה לאקלים (TCFD), קיבלה הבטחה מצד שלישי לנתוני פליטות גזי החממה שלה בטווח 1 ובטווח 2, וזכתה באישור. הסמכת ISO 14001:2015 למערכת ניהול סביבתי בארצות הברית.

כמו כן, הושגה הסמכת ISO 9001 לניהול איכות בפעילות בארה"ב, הודו וברזיל. 

בתוך כל זה, Nextracker נבחר לאחרונה by אחת מחברות האנרגיה המתחדשת הגדולות ביותר ב מדינה בדרום אמריקה. קאסה דוס ונטוס בחרה בה לספק 1.5 ג'יגה-וואט של מערכות מעקב סולאריות עבור ארבעת הפרויקטים החדשים שלה בברזיל. אלה כוללים פרויקטים סולאריים ופרויקטים היברידיים של אנרגיית שמש ורוח.

"הבטחת התחייבות מרובת פרויקטים מצד מובילה בתחום האנרגיה המתחדשת כמו קאסה דוס ונטוס משקפת את הצמיחה הגוברת חשיבותן של שותפויות אמינות בכל הנוגע ל ביצועים ואמינות לטווח ארוך בתעשיית הסולארית של ימינו."

– אלחו לופז, סגן נשיא, Nextracker אמריקה הלטינית

Nextracker שיתפה פעולה גם עם אוניברסיטת קליפורניה בברקלי כדי להקים מרכז מחקר חדש (מרכז CAL-NEXT לחקר אנרגיה סולארית) לקידום טכנולוגיית תחנות כוח סולאריות שתתמוך בצורכי אנרגיה עתידיים. החברה תרמה 6.5 מיליון דולר ליוזמה.

באשר למצבה הפיננסי של החברה, בסוף החודש שעבר, היא דיווחה על הרבעון הראשון של שנת הכספים 2026, שהסתיים ב-27 ביוני 2025. בתקופה זו היא רשמה הכנסות של 864 מיליון דולר, עלייה של 20% משנה לשנה.

הרווח הגולמי לפי GAAP גדל ב-19% משנה לשנה ל-282 מיליון דולר, בעוד שהרווח התפעולי לפי GAAP זינק ב-16% משנה לשנה ל-186 מיליון דולר. הרווח הגולמי המתואם עלה ב-18% ל-285 מיליון דולר, וה-EBITDA המתואם עלה ב-23% ל-215 מיליון דולר. סך צבר ההזמנות של Nextracker בתקופה זו עמד על למעלה מ-4.75 מיליארד דולר.

כמו כן, החברה דיווחה על תזרים מזומנים תפעולי של 81 מיליון דולר ו-743 מיליון דולר במזומן בסוף הרבעון, ללא חוב. במהלך רבעון זה, החברה השקיעה 86.8 מיליון דולר ברכישות אסטרטגיות לתמיכה ביוזמות צמיחה חדשות.

"Nextracker סיפקה רבעון חזק נוסף בכל המדדים הפיננסיים המרכזיים וחוותה תנופה מתמשכת של נתח שוק."

– מייסד ומנכ"ל דן שוגר

רק בחודש שעבר, Nextracker הכריזה על השקת יוזמת העסקים שלה בתחום הבינה המלאכותית והרובוטיקה. "הרחבת האנרגיה הסולארית כדי לעמוד בביקוש הגלובלי לאנרגיה דורשת רמה חדשה של אוטונומיה באופן שבו אנו בונים ומפעילים תחנות כוח", אמר ד"ר פרנצ'סקו בורלי, מנהל הבינה המלאכותית והרובוטיקה שמונה לאחרונה.

זֶה מגיע לאחר השקעה של למעלה מ-40 מיליון דולר ברכישות לשיפור פריסת תחנות כוח סולאריות, אמינותן ותשואה על ההשקעה (ROI) לטווח ארוך. זֶה כולל את טכנולוגיית OnSight למערכות מדידה והתרעה אוטונומיות על אש, את טכנולוגיית SenseHawk IP ליצירת מפות תלת-ממדיות ברזולוציה גבוהה של אתרי פרויקטים סולאריים כפי שנבנו, ואת טכנולוגיית Amir Robotics להפחתת אובדן יבול הקשור לקרקע.

לפי שוגר:

"עם מיליוני חיישנים וצמתי בקרה שכבר פרוסים על פני כ-100 ג'יגה-וואט של מערכות הפעלה ב-40 מדינות, ל-Nextracker יש הזדמנות ייחודית לרתום בינה מלאכותית ורובוטיקה בקנה מידה גדול."

העדכון האחרון של Nextracker Inc. (NXT) חדשות והתפתחויות במניות

סיכום

אנרגיה סולארית היא אחת הדרכים המבטיחות והנקיות ביותר להפעיל את העולם. כבר עכשיו, אימוץ אנרגיה סולארית פוטו-וולטאית עולה בקצב מהיר, אך כמובן, הדרך לאנרגיה מתחדשת לא תהיה תלויה בטכנולוגיה אחת בלבד.

מערכות היברידיות המשלבות אנרגיה פוטו-וולטאית, אנרגיה תרמו-אלקטרית וננו-חומרים מתקדמים להיות המפתח ל עתיד האנרגיה הסולארית. 

בעוד שבעבר חוסר יעילות חומרים הגביל את הטכנולוגיה התרמו-אלקטרית הסולארית, כיום היא שוברת מחסומים באמצעות טכניקות חדשניות לניהול תרמי וננו-מבנה. פריצת הדרך האחרונה ב-STEGs מופעים שחדשנות בחומר ובמבנה רָמָה, לא רק ביצועי מוליכים למחצה, יכולים לפתוח מרשים שיפורי יעילות וסיוע במענה על צרכי האנרגיה הגוברים.

לחץ כאן לרשימה של מניות אנרגיה מתחדשת מובילות.

הפניות:

1. שו, ט., ווי, ר., סינג, ס.ק., ואחרים. עלייה פי 15 בביצועי גנרטור תרמו-אלקטרי סולארי באמצעות הנדסה ספקטרלית של לייזר פמטו-שנייה וניהול תרמי. אור: מדע ויישומים, 14, 268, פורסם ב-12 באוגוסט 2025. https://doi.org/10.1038/s41377-025-01916-9
2. Zhan, Z., ElKabbash, M., Cheng, J., Zhang, J., Singh, S., & Guo, C. מכלול מתכתי סופר-הידרופובי בעל יכולת ציפה גבוהה עבור יישומים ימיים. חומרים וממשקים יישומיים של ACS, 11(51), 48512–48517, פורסם ב-26 בדצמבר 2019. https://doi.org/10.1021/acsami.9b15540
3. ג'ליל, ס.א., לאי, ב., אל-קבש, מ., ואחרים. בקרת בליעה ספקטרלית של מתכות שטופלו בלייזר פמטו-שנייה ויישום במכשירים סולאריים-תרמיים. אור: מדע ויישומים, 9, 14, פורסם ב-4 בפברואר 2020. https://doi.org/10.1038/s41377-020-0242-y