Næste‑generations termoelektrikere låser op for 15‑gange forøgelse af solenergioutput

Da vedvarende energi kommer fra naturlige ressourcer og fornyes, kan den hjælpe med at reducere vores afhængighed af fossile brændstoffer, bekæmpe klimaændringer og imødekomme vores behov for en bæredygtig energifremtid.

Disse rigelige, naturligt fornyede energikilder med minimale emissioner omfatter sollys, vind, vand, biomasse og geotermisk varme.

Blandt disse er solenergi den primære kilde til vedvarende energi. Med solen som en uendelig energikilde er solenergi udtømmelig, hvilket gør den til den mest tilgængelige vedvarende energikilde.

I 2024 nåede global solenergi et rekordhøjt niveau, med installationer over 600 GW, en stigning på 33% fra året før, hvilket udgør 81% af al ny vedvarende energikapacitet på verdensplan. Som følge heraf udgjorde solenergi omkring 7% af den globale elforsyning, næsten fordoblet sin andel af elblandingen på kun tre år.

Den Internationale Energiagentur (IEA) forventer faktisk, at solcellefotovoltaik (PV) vilblive den største vedvarende energikilde senest 2029, takket være støttende reguleringspolitikker og den kraftige fald i omkostningerne ved elektricitet genereret fra solpaneler. 

En PV-celle eller en solcelle er en enhed, der omdanner sollys direkte til elektrisk energi. Nogle celler kan endda omdanne kunstigt lys til elektricitet. De er dog ikke problemfri. En af de primære begrænsninger for en PV-celle er dens temperatur, som væsentligt påvirker dens konverteringseffektivitet.

Dette er hvor en anden udbredt teknologi, soltermisk (TE), kommer ind i billedet. 

Gå ud over solceller til soltermolektriske generatorer (STEGs)

En termoelektrisk generator (TEG) kan adressere udfordringen med konverteringseffektivitet i PV-celler ved at omdanne spildvarme til elektrisk energi.

TEG’er er kendt for deres høje pålidelighed, lange levetid og fravær af mekaniske bevægelige dele, hvilket gør dem til en levedygtig og lovende mulighed for integration med PV-celler i højtemperaturapplikationer.

Også kaldet en Seebeck-generator, er en termoelektrisk generator (TEG) en enhed, der omdanner varme direkte til elektricitet gennem Seebeck-effekten.

I denne effekt genererer en temperaturforskel mellem to forskellige ledere eller halvledere spænding, forårsaget af bevægelsen af ladningsbærere. 

Når varme påføres en af lederne eller halvlederne, bevæger elektroner sig mod den koldere ende, hvilket skaber en potentiel forskel. Hvis den er forbundet gennem en kredsløb, flyder den direkte strøm gennem den.

Så, baseret på Seebeck-effekten, genererer TE-materialer en spænding, når de udsættes for en temperatur forskel over deres ender. Når de placeres mellem en solabsorber og en varmespredningsenhed for at etablere en temperaturforskel og generere strøm, kaldes de soltermolektriske generatorer (STEGs).

Den termiske‑til‑elektriske konverteringseffektivitet for disse STEG’er bestemmes af TE-materialets dimensionsløse kvalitetsfaktor (ZT) og temperaturforskellen mellem den varme side og den kolde side over enheden.

Som resultat har solabsorbererne i STEG’er et meget bredere absorptionsbånd, så fotonenergien fra hele solspektrummet kan udnyttes, i modsætning til solceller, der kun kan bruge et smalt bånd af sollys nær halvlederens båndgab. Dog er deres termoelektriske effektivitet meget lav.

Ifølge den seneste forskning forbliver ZT‑værdien for TE‑materialet stadig omkring én, selv efter årtiers omfattende forskning. ZT er en nøglemetrik for at evaluere ydeevnen af termoelektriske materialer, hvor en højere ZT‑værdi indikerer et mere effektivt termoelektrisk materiale til at generere elektricitet fra en given temperaturforskel.

Manglen på højtydende termoelektriske (TE) materialer og kompakte kølelegemer til varmeafledning er det, der begrænser den kommercielle adoption af STEG’er.

For at tackle disse problemer har et forskerteam udviklet en strategi, der kan øge strømproduktionen i STEG med 15 gange, mens vægten kun øges med 25%.

STEG‑effektivitetsudfordringer: Behovet for bedre absorberere & varmespredere

Det globale energibehov stiger hurtigt, drevet af befolkning og økonomisk vækst. 

Ifølge IEA, den globale efterspørgsel efter elektricitet steg med 4,3% i 2024, et stort spring fra stigningen på 2,3% i 2023.

Så, fremadrettet vil verden have brug for en stadigt stigende energiforsyning, men vigtigere, ren energi for at bekæmpe klimaændringer, reducere drivhusgasemissioner (GHG) og opnå energiuafhængighed.

I denne søgen efter bæredygtig ren energi, har forskere vendt sig mod soltermolektriske generatorer (STEGs) som en lovende kilde til solenergi, da de kan udnytte ikke kun sollys men også andre former for termisk energi.

I øjeblikket konverterer de fleste STEG’er dog mindre end 1% af sollyset til elektricitet, mens boligsolpaneler kan opnå 15% til 20% konverteringseffektivitet. 

Så for virkelig at udnytte disse enheder, skal vi først overvinde deres effektivitetbegrænsninger. 

Det, vi har brug for, er at finde nye måder at forbedre STEG’s strømproduktion på. Soltermolektriske generatorer producerer mere strøm ved højere temperaturforskelle, og det kan opnås ved at maksimere solenergiabsorption og minimere varmetab på den varme side, mens varmen effektivt spredes på den kolde side.

Desuden kan STEG’er vise sig værdifulde i at drive bærbare elektronik, medicinske sensorer, trådløse sensornetværk og avionik.

Dog kræver disse høj‑energitetæthedsapplikationer letvægts selektive solabsorberere (SSAs) til den varme side og varmespredere til den kolde side. For at udnytte den maksimale mængde solenergi skal absorbereren (SSA) have høj optisk absorption i solspektralområdet (300–2500 nm) samtidig med lav emissivitet i IR (2,5–20 μm) for at minimere strålings tab. 

Den optiske ydeevne af absorbererne kan optimeres gennem strukturel design og materialevalg.

Dette inkluderer plasmoniske absorberere, dobbelt keramisk lag absorberere, flerlagede filmabsorberere og fotoniske krystalabsorberere. Men på trods af alle disse fremskridt kræver de fleste absorberere komplekst udstyr og tidskrævende fremstillingsprocesser, hvilket begrænser deres skalerbarhed til en overkommelig pris. 

Derudover kræver en forøgelse af STEG’ens udgangseffekt ofte store og komplekse kølesystemer for at sænke den kolde side temperatur og øge temperaturforskellen, hvilket udgør endnu en udfordring.

Swipe for at rulle →

Sort metalteknologi og femtosekundlaser: En banebrydende strategi

For at overvinde STEG‑problemer, forskerne fra University of Rochester’s Institute of Optics har udviklet en spektral ingeniør‑ og termisk styringsstrategi, der reducerede vægt og øgede strømproduktionen.

Nye teknikker for at skabe denne mere kraftfulde STEG‑enhed er detaljeret i en studie¹ publiceret i Light: Science and Applications.

“I årtier har forskningssamfundet fokuseret på at forbedre de halvledermaterialer, der bruges i STEG’er, og har kun opnået beskedne gevinster i den samlede effektivitet.”

– Chunlei Guo, professor i optik og fysik og seniorforsker ved Rochester’s Laboratory for Laser Energetics.

Han tilføjede:

“I denne undersøgelse rører vi overhovedet ikke ved halvledermaterialerne – i stedet fokuserede vi på den varme og den kolde side af enheden. Ved at kombinere bedre solenergiabsorption og varmelagring på den varme side med bedre varmespredning på den kolde side, opnåede vi en forbløffende forbedring i effektiviteten.”

Nøglen her var den specielle sorte metalteknologi. Tilbage i 2020 viste det samme team at ved at bruge en femtosekund (fs) laser, som hjalp dem skabte usinkbare metalliske strukturer² et par måneder før, kunne de også udvikle højeffektive solenergigeneratorer³.

På det tidspunkt gjorde de den skinnende, højt reflekterende overflade af et metal pitch sort, kaldet sort metalteknologi. Med femtosekundlaserpulser kan de gøre næsten ethvert metal pitch sort.

Teamet eksperimenterede med kobber, stål, aluminium og wolfram. Efter behandling med nanoskalastrukturer fandt de at wolfram havde den højeste solabsorptions effektivitet. De var i stand til at øge effektiviteten af termoelektrisk produktion med 130% sammenlignet med ubehandlet wolfram, som almindeligvis bruges som en termisk solabsorber.

Så, bygget på dette, har forskerne denne gang transformeret et almindeligt wolfram (W) på den varme side til en absorber (W-SSA) gennem fs‑laserbehandlingsteknikken.

Wolframen blev transformeret til ‘sort metal’ ved at gøre overfladen pitch sort, hvilket gjorde den yderst effektiv til selektivt at absorbere lys ved de solbølgelængder, mens den reducerer varmespredning ved andre bølgelængder.

Dette blev opnået gennem ultrahurtig og præcis ætse ved brug af kraftfulde fs‑laserpulser, som skabte nanoskalastrukturer på metaloverfladen. Så i stedet for at modificere halvledermaterialerne selv, forbedrede teamet, hvordan den varme side absorberer sollys og fastholder varme.

Et drivhuskammer for wolfram selektive solabsorberere (W-SSA) er også blevet oprettet for at reducere konvektions tab.

For at skabe et mini drivhus, som på en gård, blev det sorte metal dækket med et stykke plast. “Du kan minimere konvektion og ledning for at fange mere varme, øge temperaturen på den varme side,” sagde Guo. Teamet var i stand til at minimere varmetabet med over 40%.

I mellemtiden, på den kolde side, blev den samme laserteknik brugt til at omdanne almindeligt aluminium (Al) til en mega‑kapacitets varmespredner med små strukturer. Dette skabte en kølelegeme, der forbedrede varmespredning gennem både stråling og konvektion. 

Køleydelsen af det behandlede aluminium var dobbelt så høj som en almindelig Al‑varmespredner.

I alt dette, som vi har set, spillede fs‑laserbehandlingsteknikken en nøglerolle. Bemærkelsesværdigt kræver denne teknik kun ét trin og er skalerbar. Denne simple subtraktive teknik kan også anvendes på en række materialer med kompleks geometri, såsom polymer, glas, dielektrika, halvledere og metaller.

Som en ren fysisk tilgang er den også mere miljøvenlig end andre metoder. 

Femtosekund (en kvadrilliontedel af et sekund) laser producerede en række mikrostrukturer på aluminium og nanostrukturer på wolfram.

Derefter gjorde optimering af størrelse og tæthed af disse strukturer det muligt for forskerne at øge solabsorptionen af W, mens de minimerede dens IR‑emissivitet på den varme side. De opnåede over 80% absorptions effektivitet ved forhøjede temperaturer.

På den kolde side øgede de IR‑emissiviteten over hele sortlegemestrålingsspektrummet for aluminium og dens overfladeareal for varmespredning. Dette forbedrede i høj grad sol‑til‑termisk konverteringseffektiviteten.

Teamet demonstrerede, hvordan deres soltermolektriske generator (STEG) kan bruges til at drive LED’er langt mere effektivt end eksisterende metoder.

Teknologien, bemærkede Gao, kan også bruges til at drive mikroelektroniske enheder som bærbare, smarte enheder og autonome sensorer til Internet of Things (IoT). Derudover kan den fungere som et off‑grid vedvarende energisystem i fjerntliggende og landlige områder.

Som studiet bemærker, kan STEG også anvendes sammen med avancerede solenergi‑enheder, såsom spektralsplitte hybrid PV‑TE‑systemer og lavpris farvefølsomme solceller (DSC), som kan generere strøm under lavlysforhold, og dermed forbedre energiproduktionen for strømkrævende applikationer.

Investering i solenergi

I den vedvarende energisektor Nextracker Inc. (NXT ) skiller sig ud for at være en høj‑vækstvirksomhed.

Med en markedsværdi på $10 milliarder, handles NXT‑aktier i øjeblikket til $67,59, op 85% dette år så langt. Kun sidste uge nåede selskabets aktier et nyt højdepunkt på omkring $69. Med det er EPS (TTM) 3,67, og P/E (TTM) er 18,42. Der er ingen udbytteudbetaling.

Nextracker Inc. (NXT )

Nextracker er en leverandør af solteknologiplatforme, der tilbyder elektriske løsninger, integrerede sporingssystemer og udbytteoptimerings‑ og kontrolsystemer. Den avancerede teknologi gør det muligt for solkraftværker at følge solens bevægelse på himlen og optimere ydelsen. 

Dens produkter og tjenester omfatter NX Foundation, NX Horizon, NX Navigator, NX Global, PowerworX, TrueCapture og Services Electrical Balance of System (eBOS).

Denne måned udgav Nextracker sin bæredygtighedsrapport, hvori de noterede en Total Recordable Incident Rate (TRIR) på 0,61, hvilket overstiger den amerikanske sikkerhedsmål på 1,2.

Nextracker introducerede NX Foundation Solutions for at forbedre solinstallation på alle jordtyper. NX Horizon lav‑kulstof‑sporer (LCT) systemer er også blevet lanceret for at reducere CO₂‑emissioner (relateret til sporere) med op til 35%.

Med hensyn til GHG‑emissioner og ressourceeffektivitet har virksomheden forpligtet sig til at sætte mål i overensstemmelse med den globalt anerkendte ramme (SBTi), offentliggjort sin første Task Force Climate Financial Disclosure (TCFD) indeks, opnået tredjeparts‑bekræftelse for sine Scope 1 og Scope 2 GHG‑emissionsdata og opnået ISO 14001:2015 certificering for miljøledelsessystem i USA.

ISO 9001 certificering er også opnået for kvalitetsstyring på tværs af operationer i USA, Indien og Brasilien. 

Midt i dette blev Nextracker for nylig udvalgt af en af de største vedvarende energiselskaber i den sydamerikanske nation. Casa dos Ventos valgte dem til at levere 1,5 GW af deres solsporingssystemer til fire nye projekter i Brasilien. Disse inkluderer sol‑ og sol‑og‑vind‑hybridprojekter.

“At sikre en fler‑projekt‑forpligtelse fra en førende vedvarende energileder som Casa dos Ventos afspejler den voksende betydning af pålidelige partnerskaber, når det gælder ydeevne og langsigtet pålidelighed i dagens solindustri.”

– Alejo Lopez, vicepræsident, Nextracker Latin America

Nextracker har også samarbejdet med UC Berkeley om at etablere et nyt forskningscenter (the CAL‑NEXT Center for Solar Energy Research) for at fremme solkraftværkst teknologi til at støtte fremtidige energibehov. Virksomheden bidrog med $6,5 millioner til initiativet.

Hvad angår virksomhedens finanser, sidste måned, rapporterede den første kvartal af regnskabsåret 2026, som sluttede 27. juni 2025. I denne periode registrerede den $864 millioner i omsætning, en stigning på 20% YoY.

GAAP bruttofortjeneste steg 19% YoY til $282 millioner, mens GAAP driftsresultat steg 16% YoY til $186 millioner. Justeret bruttofortjeneste steg 18% til $285 millioner, og justeret EBITDA steg 23% til $215 millioner. Nextrackers samlede ordrebeholdning for denne periode var over $4,75 milliarder.

Den rapporterede også driftskontantstrøm på $81 millioner og $743 millioner i kontanter ved kvartalets slutning, uden gæld. I løbet af dette kvartal investerede virksomheden $86,8 millioner i strategiske opkøb for at støtte nye vækstinitiativer.

“Nextracker leverede endnu et stærkt kvartal på tværs af alle nøgle‑finansielle målinger og så fortsat markedsandelsmomentum.”

– Grundlægger og administrerende direktør Dan Shugar

Kun sidste måned annoncerede Nextracker lanceringen af sit AI‑ og robotikforretningsinitiativ. “Skalering af solenergi for at imødekomme den globale energiefterspørgsel kræver et nyt niveau af autonomi i, hvordan vi bygger og driver kraftværker,” sagde den nyudnævnte chef for AI og robotik, Dr. Francesco Borrelli.

Dette kommer efter investeringer på over $40 millioner i opkøb for at forbedre solkraftværksudrulning, pålidelighed og langsigtet ROI. Dette inkluderer OnSight Technology til autonome undersøgelses‑ og brandadvarselssystemer, SenseHawk IP til at skabe høj‑opløsnings‑3D‑as‑bygget kort af solprojektsteder, og Amir Robotics for at reducere jordrelateret udbyttetab.

Ifølge Shugar:

“Med millioner af sensorer og kontrolnoder allerede implementeret over cirka 100 GW af driftsystemer i 40 lande, har Nextracker en unik mulighed for at udnytte AI og robotik i stor skala.”

Seneste Nextracker Inc. (NXT) aktienyheder og udviklinger

Konklusion

Solenergi er en af de mest lovende og reneste måder at forsyne verden med energi på. Allerede nu stiger adoptionen af solceller i et hurtigt tempo, men naturligvis vil vejen til vedvarende energi ikke kun afhænge af en enkelt teknologi.

Hybridsystemer, der kombinerer fotovoltaik, termoelektrik og avancerede nanomaterialer, vil være nøglen til fremtidens solenergi. 

Selvom materialineffektivitet engang begrænsede soltermolektrisk teknologi, bryder den nu barrierer gennem nye termiske styrings‑ og nanostruktureringsmetoder. Det seneste gennembrud i STEG’er viser, at innovation på material‑ og strukturelt niveau, ikke kun på halvlederydelse, kan låse imponerende effektivitetsspring og hjælpe med at imødekomme stigende energibehov.

Klik her for en liste over de bedste aktier inden for vedvarende energi.

Referencer:

1. Xu, T., Wei, R., Singh, S.C., et al. 15‑fold stigning i ydeevne for soltermolektriske generatorer gennem femtosekundlaser‑spektral ingeniørkunst og termisk styring. Light: Science & Applications, 14, 268, offentliggjort 12. august 2025. https://doi.org/10.1038/s41377-025-01916-9
2. Zhan, Z., ElKabbash, M., Cheng, J., Zhang, J., Singh, S., & Guo, C. Meget flydende superhydrofobisk metallisk samling til vandige anvendelser. ACS Applied Materials & Interfaces, 11(51), 48512–48517, offentliggjort 26. december 2019. https://doi.org/10.1021/acsami.9b15540
3. Jalil, S.A., Lai, B., ElKabbash, M., et al. Spektral absorptionskontrol af femtosekundlaser‑behandlede metaller og anvendelse i sol‑termiske enheder. Light: Science & Applications, 9, 14, offentliggjort 4. februar 2020. https://doi.org/10.1038/s41377-020-0242-y