Termoelétricas de última geração geram aumento de 15 vezes na produção solar

Como a energia renovável provém de recursos naturais e é reabastecida, pode ajudar a reduzir nossa dependência de combustíveis fósseis, abordar as mudanças climáticas e atender à nossa necessidade de um futuro energético sustentável.

Essas fontes de energia abundantes e naturalmente reabastecidas com emissões mínimas incluem luz solar, vento, água, biomassa e calor geotérmico.

Dentre elas, a energia solar é a fonte primária de energia renovável. Com o sol como uma fonte infinita de energia, a energia solar é inesgotável, tornando-se a fonte de energia renovável mais abundante disponívelcapaz.

Em 2024, a energia solar global atingiu um recorde, com instalações superior 600 GW, um aumento de 33% em relação ao ano anterior, representando 81% de toda a nova capacidade de energia renovável no mundo. Como resultado, a energia solar foi responsável por cerca de 7% do fornecimento global de eletricidade, quase duplicando a sua participação na matriz elétrica em apenas três anos. anos.

A Agência Internacional de Energia (AIE) prevê que a energia solar fotovoltaica (FV) tornar-se a maior fonte de energia renovável até 2029, beneficiando-se de políticas regulatórias de apoio e do forte declínio no custo da eletricidade gerada por painéis solares. 

Uma célula fotovoltaica or uma célula solar é uma dispositivo que converte a luz solar diretamente em energia elétrica. Algumas células podem até converter luz artificial em eletricidade. No entanto, elas não são isentas de problemas. Uma das principais limitações de uma célula fotovoltaica é a sua temperatura, que impacta significativamente sua eficiência de conversão.

Esta é onde entra em cena outra tecnologia amplamente utilizada, a energia solar termoelétrica (TE). 

Indo além dos painéis solares fotovoltaicos para os geradores solares termoelétricos (STEGs)

Um gerador termoelétrico (TEG) pode enfrentar o desafio da eficiência de conversão em células fotovoltaicas convertendo calor desperdiçado em energia elétrica.

Os TEGs são conhecidos por sua alta confiabilidade, longa vida útil e ausência de peças mecânicas móveis, o que os torna uma opção viável e promissora para integração com células fotovoltaicas em aplicações de alta temperatura.

Também chamado de gerador Seebeck, um gerador termoelétrico (TEG) é um dispositivo que converte calor diretamente em eletricidade através do efeito Seebeck.

Nesse efeito, uma diferença de temperatura entre dois condutores ou semicondutores diferentes gera tensão, causada pelo movimento dos portadores de carga. 

Quando o calor é aplicado Em um dos condutores ou semicondutores, os elétrons se movem em direção à extremidade mais fria, criando uma diferença de potencial. Se conectado através de um circuito, a corrente contínua flui através dele.

Assim, com base no efeito Seebeck, os materiais TE gerar uma voltagem quando submetido a uma temperatura diferença entre suas extremidades. Quando posicionados entre um absorvedor solar e um dissipador de calor para estabelecer uma diferença de temperatura e gerar energia, eles são referidos chamados geradores solares termoelétricos (STEGs).

A eficiência de conversão térmica para elétrica desses STEGs é determinado pela figura de mérito adimensional do material TE (ZT) e a diferença de temperatura entre o lado quente e o lado frio no dispositivo. 

Como resultado, os absorvedores solares de STEGs têm uma banda de absorção muito mais ampla, permitindo que a energia dos fótons de todo o espectro solar seja utilizada, ao contrário dos painéis solares fotovoltaicos, que podem usar apenas uma faixa estreita de luz solar próxima à lacuna de banda do semicondutor. No entanto, sua eficiência termoelétricaa eficiência é muito baixa.

Conforme observado nas pesquisas mais recentes, o valor ZT do material TE ainda permanece em torno de um, mesmo após décadas de extensa pesquisa. O ZT é uma métrica chave para avaliar o desempenho de materiais termoelétricos, com um valor de ZT mais alto indicando um material termoelétrico mais eficiente para gerar eletricidade a partir de um determinado diferença de temperatura.

A falta de materiais termoelétricos (TE) de alta eficiência e dissipadores de calor compactos para dissipação de calor é o que limita a adoção comercial de STEGs.

Para abordar essas questões, uma equipe de pesquisadores desenvolveu uma estratégia que pode aumentar a geração de energia do STEG em 15 vezes, aumentando o peso em apenas 25%.

Desafios de eficiência do STEG: a necessidade de melhores absorvedores e dissipadores de calor

As necessidades globais de energia estão aumentando rapidamente, impulsionadas pelo crescimento populacional e econômico. 

De acordo com a AIE, da global demanda por eletricidade aumentado em 4.3% em 2024, um big salto do aumento de 2.3% em 2023.

então, vai para a frente, o mundo precisarão precisam de um fornecimento de energia cada vez maior, mas mais importante, energia limpa para combater as mudanças climáticas, reduzir as emissões de gases de efeito estufa (GEE) e alcançar a independência energética.

Neste curso busca por energia limpa e sustentável, os pesquisadores têm se voltado para os geradores solares termoelétricos (STEGs) como uma fonte promissora de geração de eletricidade solar, uma vez que pode aproveitar não apenas a luz solar, mas também outras formas de energia térmica.

Atualmente, no entanto, a maioria dos STEGs converte menos de 1% da luz solar em eletricidade, enquanto os sistemas residenciais de painéis solares são capazes de obter uma eficiência de conversão de 15% a 20%. 

Então, para realmente Para aproveitar esses dispositivos, primeiro precisamos superar suas limitações de eficiência. 

O que precisamos é criar novas maneiras de melhorar a geração de energia STEG. Os geradores termoelétricos solares produzem mais energia com maiores diferenças de temperatura, que. pode ser conseguida maximizando a absorção de energia solar e minimizando a perda de calor no lado quente, ao mesmo tempo em que dissipa o calor de forma eficiente no lado frio.

Além disso, os STEGs poderia provar vutilizável para alimentar eletrônicos vestíveis, sensores médicos, redes de sensores sem fio e dispositivos aviônicos.

No entanto, essas aplicações de alta densidade de potência exigem absorvedores solares seletivos (SSAs) leves para o lado quente e dissipadores de calor para o lado frio. A fim de Para aproveitar a quantidade máxima de energia solar, o absorvedor (SSA) deve apresentar alta absorção óptica na faixa espectral solar (300–2500 nm), mantendo baixa emissividade no infravermelho (2.5–20 μm) para minimizar a perda de radiação. 

O desempenho óptico dos absorvedores pode ser otimizado por meio do projeto estrutural e da seleção de materiais.

Esta inclui absorvedores plasmônicos, camada dupla de cerâmica absorvedores, absorvedores de filme multicamadas e absorvedores de cristal fotônico. No entanto, apesar todos os esses avanços, a maioria dos absorvedores requer equipamentos complexos e processos de fabricação demorados, o que restringir a visão deles dimensionamento a um custo acessível. 

Além disso, aumentar a potência de saída do STEG geralmente requer sistemas de resfriamento volumosos e complexos para diminuir a temperatura do lado frio e aumentar a diferença de temperatura, apresentando ainda outro desafio.

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Tecnologia Black Metal e Lasers de Femtosegundo: Uma Estratégia Inovadora

Para superar os problemas STEG, da pesquisadores do Universidade de Rochester Instituto de Óptica desenvolveram uma estratégia de engenharia espectral e gestão térmica que reduzido peso e aumentou produção de energia.

Novas técnicas para criar este dispositivo STEG mais poderoso são detalhado em um estudo¹ publicado em Light: Ciência e Aplicações.

“Por décadas, a comunidade de pesquisa tem se concentrado em melhorar os materiais semicondutores usados ​​em STEGs e obteve ganhos modestos na eficiência geral.”

- Chun Lei Guo, um professor de óptica e física e um cientista sênior em Rochester Laboratório de Laser Energética.

Ele acrescentou:

Neste estudo, nem sequer tocamos nos materiais semicondutores — em vez disso, focamos nos lados quente e frio do dispositivo. Ao combinar melhor absorção de energia solar e retenção de calor no lado quente com melhor dissipação de calor no lado frio, obtivemos uma melhora impressionante na eficiência.

O segredo aqui foi a tecnologia especial do black metal. Em 2020, a mesma equipe mostrou que usando um laser de femtossegundo (fs), que ajudou-os criar estruturas metálicas inafundáveis² alguns meses antes disso, eles também poderiam desenvolver geradores de energia solar altamente eficientes³.

Naquela época, eles transformaram a superfície brilhante e altamente reflexiva de um metal em preto-piche, chamada é tecnologia black metal. Com pulsos de laser de femtossegundos, eles podem transformar quase qualquer metal em preto.

A equipe fez experimentos com cobre, aço, alumínio e tungstênio. Após o tratamento com estruturas em nanoescala, eles descobriram tungstênio para ter a maior eficiência de absorção solar. Eles foram capazes de aumentar a eficiência da produção termoelétrica em 130% em comparação com o tungstênio não tratado, o que é comumente usado como um absorvedor solar térmico.

Então, com base nisso, desta vez, os pesquisadores transformaram um tungstênio comum (W) no lado quente em um absorvedor (W-SSA) por meio da técnica de processamento fs-laser.

O tungstênio foi transformado em 'metal preto' por volta sua superfície totalmente preta, o que a tornava altamente eficiente na absorção seletiva de luz em da comprimentos de onda solares, reduzindo ao mesmo tempo a dissipação de calor em outros comprimentos de onda.

Esta foi alcançado por meio de gravação ultrarrápida e precisa, utilizando os potentes pulsos de laser fs, que criaram estruturas em nanoescala na superfície do metal. Assim, em vez de modificar os próprios materiais semicondutores, a equipe aprimorou a forma como o lado quente absorve a luz solar e retém o calor.

Uma câmara de estufa para seletivo de tungstênio absorvedores solares (W-SSA) também foi criado para reduzir a convecção fora.

Para criar uma mini estufa, como em uma fazenda, o metal preto estava coberto com um pedaço de plástico. “Você pode minimizar a convecção e a condução para reter mais calor, aumentando a temperatura no lado quente”, disse Guo. A equipe foi capaz de minimizar o perda de calor em mais de 40%.

Enquanto isso, no lado frio, a mesma técnica de laser foi usada para transformar um alumínio comum (Al) em um dissipador de calor de megacapacidade com estruturas minúsculas. Esta criou um dissipador de calor para melhorar a dissipação de calor através radiação, bem como convecção. 

O desempenho de resfriamento do tratado alumínio foi duplo o de um regular Al dissipador de calor.

Em tudo isso, como vimos, a técnica de processamento fs-laser desempenhou um papel fundamental. Notavelmente, essa técnica requer apenas uma etapa e é escalável. Essa técnica subtrativa simples também pode ser aplicado para uma variedade de materiais com geometria complexa, como polímeros, vidros, dielétricos, semicondutores e metais.

Por ser uma abordagem puramente física, ela também é mais ecológica do que outros métodos. 

O laser de femtossegundo (um quatrilionésimo de segundo) produziu uma gama de microestruturas em alumínio e nanoestruturas em tungstênio.

Em seguida, a otimização do tamanho e da densidade dessas estruturas permitiu aos pesquisadores aumentar a absorção solar de W, minimizando sua emissividade infravermelha no lado quente. Eles obtiveram eficiência de absorção superior a 80% em temperaturas elevadas.

No lado frio, eles aumentaram a emissividade do infravermelho através do bio-descontaminação espectro de radiação do corpo negro para o alumínio e sua área de superfície for dissipação de calor. Fazendo isso muito bem eficiência aprimorada de conversão de energia solar para térmica.

A equipe demonstrou como seu gerador termoelétrico solar (STEG) pode ser usado para alimentar LEDs com muito mais eficiência do que métodos existentes.

A de, observou Gao, também poderia ser usado para alimentar dispositivos microeletrônicos como wearables, dispositivos inteligentes e sensores autônomos para a Internet das Coisas (IoT). Além disso, pode servir como um sistema de energia renovável fora da rede em áreas remotas e rurais.

Como o estudo observou, os STEGs também podem ser usados ​​em conjunto com dispositivos avançados de energia solar, como sistemas PV-TE híbridos de divisão espectral e células solares sensibilizadas por corantes (DSC) de baixo custo, que podem gerar energia em condições de pouca luz, melhorando assim a saída de energia para aplicações que exigem muita energia.

Investir em Energia Solar

Na energia renovável espaço, Nextracker Inc. (NXT + 1.46%) destaca-se por ser uma empresa de alto crescimento.

Com um mercado boné de US$ 10 bilhões, as ações da NXT estão sendo negociadas atualmente a US$ 67.59, up 85% este ano até agora. Na semana passada, as ações da empresa atingiram um novo recorde, em torno de US$ 69. Com isso, seu lucro por ação (LPA) é de 3.67 e o P/L (P/L) é de 18.42. No entanto, não há rendimento de dividendos a ser obtido.

Nextracker Inc. (NXT + 1.46%)

A Nextracker é uma fornecedora de plataforma de tecnologia solar que oferece soluções elétricas, rastreadores integrados e sistemas de otimização e controle de rendimento. A tecnologia avançada da empresa permite energia solar plantas para siga o movimento de o sol no céu e otimizar desempenho. 

Seus produtos e serviços incluem NX Foundation, NX Horizon, NX Navigator, NX Global, PowerworX, TrueCapture e Nossos Serviços Equilíbrio elétrico do sistema (eBOS).

Este mês, a Nextracker liberado seu relatório de sustentabilidade, no qual observou ter atingido uma Taxa Total de Incidentes Registráveis ​​(TRIR) de 0.61, superando a meta de operações de segurança dos EUA de 1.2.

A Nextracker apresentou as Soluções NX Foundation para aprimorar a implantação solar em todos os tipos de solo. Os sistemas rastreadores de baixo carbono (LCT) NX Horizon também foram lançados para reduzir as emissões de carbono (relacionadas aos rastreadores) por meio de tanto quanto 35%.

Em relação às emissões de GEE e à eficiência de recursos, a empresa comprometeu-se a estabelecer metas em linha com a estrutura globalmente reconhecida (SBTi), publicou o seu primeiro índice Task Force Climate Financial Disclosure (TCFD), obteve uma garantia de terceiros para os seus dados de emissões de GEE de Escopo 1 e Escopo 2 e obteve Certificação ISO 14001:2015 para Sistema de Gestão Ambiental nos E.U.A.

A certificação ISO 9001 também foi obtida para gestão de qualidade em operações nos EUA, Índia e Brasil. 

Em meio a isso, a Nextracker foi recentemente selecionado by uma das maiores empresas de energia renovável do País sul-americano. A Casa dos Ventos a selecionou para fornecer 1.5 GW de seus sistemas de rastreamento solar para seus quatro novos projetos no Brasil. Entre eles, estão projetos solares e híbridos de energia solar e eólica.

“Garantir um compromisso multi-projecto de um líder em energias renováveis ​​como a Casa dos Ventos reflecte o crescimento importância de parcerias confiáveis ​​quando se trata de desempenho e confiabilidade de longo prazo na indústria solar atual.”

– Alejo Lopez, vice-presidente da Nextracker América Latina

A Nextracker também colaborou com a UC Berkeley para estabelecer um novo centro de pesquisa (o CAL-NEXT Center for Solar Energy Research) para avançar a tecnologia de usinas de energia solar e atender às necessidades energéticas futuras. A empresa fez uma contribuição de US$ 6.5 milhões para a iniciativa.

Quanto às finanças da empresa, no final do mês passado, relatou o primeiro trimestre do ano fiscal de 2026, que terminou em 27 de junho de 2025. Nesse período, registrou US$ 864 milhões em receita, um aumento de 20% em relação ao ano anterior.

O lucro bruto GAAP aumentou 19% em relação ao ano anterior, para US$ 282 milhões, enquanto o lucro operacional GAAP saltou 16% em relação ao ano anterior, para US$ 186 milhões. O lucro bruto ajustado aumentou 18%, para US$ 285 milhões, e o EBITDA ajustado aumentou 23%, para US$ 215 milhões. O backlog total da Nextracker nesse período foi de mais de US$ 4.75 bilhões.

A empresa também reportou um fluxo de caixa operacional de US$ 81 milhões e US$ 743 milhões em caixa ao final do trimestre, sem dívidas. Durante este trimestre, a empresa investiu US$ 86.8 milhões em aquisições estratégicas para apoiar novas iniciativas de crescimento.

“A Nextracker apresentou mais um trimestre forte em todas as principais métricas financeiras e viu um impulso contínuo na participação de mercado.”

– Fundador e CEO Dan Shugar

No mês passado, a Nextracker anunciou o lançamento de sua iniciativa de negócios em IA e robótica. "Escalar a energia solar para atender à demanda global de energia exige um novo nível de autonomia na forma como construímos e operamos usinas de energia", disse o recém-nomeado diretor de IA e robótica, Dr. Francesco Borrelli.

Esta ocorre após investir mais de US$ 40 milhões em aquisições para melhorar a implantação, a confiabilidade e o ROI de longo prazo das usinas de energia solar. Esta inclui a tecnologia OnSight para sistemas autônomos de levantamento e alerta de incêndio, SenseHawk IP para criar mapas 3D de alta resolução de locais de projetos solares e Amir Robotics para reduzir a perda de rendimento relacionada ao solo.

De acordo com Shugar:

“Com milhões de sensores e nós de controle já implantados em aproximadamente 100 GW de sistemas operacionais em 40 países, a Nextracker tem uma oportunidade única de aproveitar a IA e a robótica em escala.”

Últimas notícias da Nextracker Inc. (NXT) Notícias e desenvolvimentos de ações

Conclusão

A energia solar é uma das formas mais promissoras e limpas de abastecer o mundo. A adoção da energia solar fotovoltaica já está crescendo em ritmo acelerado, mas é claro que o caminho para a energia renovável não dependerá de apenas uma única tecnologia.

Sistemas híbridos que combinam energia fotovoltaica, termoelétrica e nanomateriais avançados irão ser a chave para o futuro da energia solar. 

Embora as ineficiências materiais antes limitassem a tecnologia termoelétrica solar, agora ela está quebrando barreiras por meio de novas técnicas de gerenciamento térmico e nanoestruturação. O mais recente avanço em STEGs mostra que a inovação a nível material e estrutural nível, não apenas o desempenho dos semicondutores, pode desbloquear impressionante ganhos de eficiência e ajudar a atender às crescentes necessidades energéticas.

Clique aqui para ver uma lista das principais ações de energia renovável.

Referências:

1. Xu, T., Wei, R., Singh, SC, et al. Aumento de 15 vezes no desempenho do gerador termoelétrico solar por meio de engenharia espectral de laser de femtossegundo e gerenciamento térmico. Light: Ciência e Aplicações, 14, 268, publicado em 12 de agosto de 2025. https://doi.org/10.1038/s41377-025-01916-9
2. Zhan, Z., ElKabbash, M., Cheng, J., Zhang, J., Singh, S., & Guo, C. Conjunto metálico super-hidrofóbico altamente flutuante para aplicações aquáticas. Materiais e interfaces aplicados ACS, 11(51), 48512–48517, publicado em 26 de dezembro de 2019. https://doi.org/10.1021/acsami.9b15540
3. Jalil, SA, Lai, B., ElKabbash, M., et al. Controle de absorção espectral de metais tratados com laser de femtossegundo e aplicação em dispositivos solares térmicos. Light: Ciência e Aplicações, 9, 14, publicado em 4 de fevereiro de 2020. https://doi.org/10.1038/s41377-020-0242-y