Solenergi om Natten – Hvordan Thermoradiative Dioder Snart Kan Eliminere Behovet for Batterier

En af de mest rigelige og naturlige energikilder, vi har, er solenergi. Hver dag står solen op og skinner sit lys på os, og giver os varme og elektricitet.

Selv isolerede, fjerntliggende og landlige områder kan udnytte denne energikilde, da de fleste områder på planeten får sollys i nogen grad. Der er ikke engang behov for en stor del af denne uudtømmelige energikilde; mindre end 10 % af solenergien er nok til at hjælpe os med at opfylde den globale energiefterspørgsel.

Som en vedvarende energikilde skaber den ingen skadelige drivhusgasemissioner, samtidig med at den er velegnet til elnettet og batterier.

Brugen af sollys er ikke helt ny. Mennesker brugte sollys allerede i det 7. århundrede f.Kr. til at tænde bål ved at reflektere solens stråler på skinnende genstande.

Teknologiske fremskridt har dog gjort indfangning af sollys til at generere elektricitet og derefter lagre den til senere brug yderst effektivt.

Solteknologier indfanger elektromagnetisk stråling, som er lyset udsendt af solen, og omdanner det til brugbare energiformer. To hovedtyper af solenergi-teknologier er fotovoltaik (PV), der anvendes i solpaneler, og koncentreret soltermisk kraft (CSP).

Solpaneler er i øjeblikket den mest populære metode til at producere elektricitet fra solenergi. PV-panelerne har en brugbar levetid på 20–25 år, og der kræves minimal vedligeholdelse efter installationen, bortset fra periodisk rengøring.

Normalt fremstillet af et halvledermateriale som silicium, frigiver materialet elektroner og producerer en elektrisk ladning, når det udsættes for solens fotoner. Denne ladning genererer en elektrisk strøm, som indfanges af solpanelerne, hvorefter en inverter omdanner den til vekselstrøm (AC), som bruges til at drive dine enheder.

Den fotovoltaiske (PV) effekt blev faktisk opdaget for årtier siden i 1839, da den franske fysiker Edmond Becquerel eksperimenterede med en celle lavet af metal-elektroder i en ledende opløsning og opdagede, at cellen genererede mere elektricitet, når den blev udsat for lys.

Derefter, i 1954, blev PV-teknologien født med udviklingen af silicium-PV-cellen, som kunne absorbere og omdanne solens energi til strøm til at drive dagligdags elektrisk udstyr.

I dag er solenergisystemer integreret i ikke kun boliger og virksomheder, men er også blevet en vigtig del af den vedvarende energimix for at levere strøm.

Solenergi har faktisk potentialet til at reducere elforbruget betydeligt, generere backup-strøm ved at kombinere den med lagring, bidrage til et robust elnet, fungere både i lille og stor skala med lignende effektivitet samt skabe arbejdspladser og fremme økonomisk vækst.

Samtidig er der, ud over de åbenlyse hardwareomkostninger, også bløde omkostninger som tilladelser, finansiering og installation af solenergi samt andre driftsudgifter for sådanne virksomheder, som påvirker prisen på solenergi.

Selvom solenergi har enorme fordele, er udfordringen fortsat intermittensen. Mængden af tilgængeligt sollys varierer nemlig efter tid, sted og årstid.

For eksempel genererer fotovoltaik primært energi midt på dagen, når solen er mest intens. Selvom mere effektive og pålidelige lagringssystemer har gjort det muligt at bruge denne energikilde hele dagen, selv når solen er gået ned eller det er overskyet, undersøger forskere nu bedre alternativer.

Tilbage i 2022 gjorde forskere fra The University of New South Wales (UNSW) et stort gennembrud på dette område, som gjorde det muligt for dem at producere elektricitet fra solenergi selv om natten. Denne teknologi bliver nu taget ud i rummet.

Solenergi om Nat

Så, for to år siden, i maj, gjorde et UNSW-team dette store gennembrud inden for vedvarende energiteknologi ved at producere elektricitet fra solenergi om natten.

Forskerteamet fra School of Photovoltaic and Renewable Energy Engineering (SPREE) producerede elektricitet fra den varme, som Jorden udsender som infrarødt lys (IL), på samme måde som den køler om natten ved at stråle ud i rummet.

Til dette skabte teamet en halvlederkomponent kaldet en termoradiativ diode. En diode er en halvlederkomponent, der tillader strøm at flyde i én retning, mens den begrænser den i den anden. De omdanner vekselstrøm (AC) til pulserende jævnstrøm (DC).

En termoradiativ diode (TRD) producerer derimod elektricitet ved at udsende IL. Den kan generere strøm fra enhver varm overflade og har dermed evnen til at levere solenergi om natten. Den termoradiative diode, som teamet udviklede, var lavet af materialer, der anvendes i natkikker (NV)-briller for at generere elektricitet fra det udsendte infrarøde lys.

Hvad angår effektkapaciteten, var den meget lille, 100.000 gange mindre end hvad et solpanel leverer. På trods af dette mente forskerne, at resultatet kunne forbedres i fremtiden. Ifølge teamleder Associate Professor Ned Ekins-Daukes:

“Vi har foretaget en entydig demonstration af elektrisk strøm fra en termoradiativ diode.”

Han forklarede, hvordan vi ved hjælp af termiske billedkameraer kan se mængden af stråling om natten. Dette er dog kun i det infrarøde (elektromagnetisk stråling med bølgelængder mellem 760 nm og 100.000 nm) og ikke i det synlige spektrum (som er mellem 380 og 780 nanometer). Så lavede teamet en enhed, “der kan generere elektrisk strøm fra udsendelsen af infrarød termisk stråling”.

I sidste ende udnytter processen stadig solenergi, sagde professor Ekins-Daukes. Om dagen rammer sollyset vores planet og varmer den op. Den samme energi stråler tilbage ud i det enorme, kolde ydre rum om natten i form af infrarødt lys. Konceptet med en radiativ diode udnytter denne proces, som teamet har bevist kan generere elektricitet.

“Når der er en energistrøm, kan vi konvertere den mellem forskellige former.”

– Teamleder Professor Ekins-Daukes

Som vi udviklede den kunstige proces med fotovoltaik til direkte omdannelse af sollys til elektricitet, har den termoradiative proces på lignende måde omdirigeret den infrarøde energi fra en varm Jord ind i det kolde univers.

Ligesom et solcelle kan producere elektricitet ved at absorbere sollys, producerer den termoradiative diode elektricitet ved at udsende infrarødt lys til et koldere miljø.

“I begge tilfælde er temperaturforskellen det, der gør det muligt for os at generere elektricitet.”

– Medforfatter af artiklen, Dr. Phoebe Pearce

Det, der tidligere var en teoretisk proces, blev praktisk gennemført af teamet for at bekræfte, at specialiserede og langt mere effektive enheder kan fremstilles i fremtiden til at indfange energien i en meget større skala.

Prof. Ekins-Daukes sammenlignede den nye forskning med Bell Labs’ ingeniørers, da de viste den første praktiske siliciumsolcelle, som kun var omkring 2 % effektiv. Vi er kommet langt siden da og kan nu omdanne omkring 23 % af solens lys til elektricitet.

Ifølge medforfatter Dr. Michael Nielsen:

“Selv hvis kommercialiseringen af disse teknologier stadig er langt ude i fremtiden, er det at være i den allerførste fase af en udviklende idé en så spændende position som forsker.”

Ifølge forskerne kan denne nye teknologi finde mange anvendelser i fremtiden, herunder at drive bioniske enheder som kunstige hjerter, som i øjeblikket bruger batterier, der skal udskiftes regelmæssigt. Så kan deres nye teknologi potentielt fjerne behovet for batterier i visse enheder eller hjælpe med at genoplade dem.

Indtil videre har den radiative diode kun kunnet generere “relativt meget lav effekt”. Det har været en udfordring at detektere effekten, og der er stadig omkring et årti af universitetsforskning, der skal udføres, før industrien tager den op. Men i teorien er det muligt for teknologien at “i sidste ende producere omkring 1/10 af effekten fra en solcelle”.

Efter den ‘entydige demonstration af elektrisk strøm’ begyndte teamet at arbejde med et nyt materiale, der er lettere at fremstille, og dermed kan skaleres.

Samtidig arbejder teamet på at anvende deres teknologi på rumfartøjer som satellitter. Solenergi-drevne satellitter er ikke noget nyt; de blev faktisk først demonstreret i 1958.

Drevet af solceller er disse rumfartøjer afhængige af batterier under formørkelsesforhold. Så anvender UNSW-forskerne nu teknologien til at generere strøm til satellitter, mens de kredser i mørke.

Teknologien, som først blev brugt i rummet, er nu blevet brugt til at producere enorme mængder elektricitet fra solenergi til vores hjem, og på en lignende måde har Prof. Ekins-Daukes til hensigt “at sende den radiative diode i rummet inden for de næste to år”.

Klik her for at lære, hvorfor den stigende brug af solenergi markerer starten på solalderen.

Skiftet til Ren & Rigelig Solenergi

Da solpaneler har brug for sollys for at generere strøm og derfor ikke kan fungere om natten, har der været meget forskning og udvikling for at finde løsninger på dette problem.

En af de måder, det er blevet håndteret på, er batterilagring, som bruges til at gemme overskydende energiproduktion. Denne lagrede energi kan derefter bruges, når man vil, om natten og på overskyede dage. Eksempler som Tesla (TSLA ) Powerwall eller Generac PWRcell tilbyder et alternativ til dette. Disse batteribanker fungerer som off-grid strømkilder under strømafbrydelser.

En anden metode er netmetering. Her giver adgang til et solkøbsprogram dig mulighed for at bruge det lokale elnet som din batteri. For at få fakturakreditter skal du sende den overskydende energi, som dine solpaneler genererer i løbet af dagen, tilbage til nettet. Dine optjente kreditter vil blive anvendt på din elregning for at dække dit strømforbrug om natten.

Forskere har endda skabt solpaneler, der høster elektricitet fra nattehimlen. For eksempel fungerer anti-solceller i omvendt retning af solpaneler om dagen. Derudover findes der friktionsdrevne paneler, der omdanner bevægelse til energi og udnytter strålingen fra varme overflader.

For nylig har forskere fra Stanford University designet en ny type solpanel, der kan producere elektricitet om natten. Til dette integrerede de en termoelektrisk generator i de konventionelle solceller. Ikke kun kan den levere kontinuerlig strømproduktion, men den forbedrer også effektiviteten i løbet af dagen.

Derefter er der det californiske startup Reflect Orbital, som har delt sin plan om at sælge sollys om natten. For at opnå dette planlægger de at bruge en konstellation af satellitter udstyret med mylar-spejle, som vil kredse 370 miles over overfladen. De vil reflektere sollys på solpaneler på Jordens overflade.

“Vi mener, at sollys er den nye olie, og rummet er klar til at understøtte energiinfrastruktur.”
– Reflect Orbital medstifter Ben Nowack på X (tidligere Twitter)

Hvis vi ser på tallene, er solenergi uden tvivl førende blandt rene energikilder. 2023 var faktisk et rekordår for denne energikilde, da verden installerede 447 GW ny solkapacitet, hele 78 % af den samlede nye vedvarende kapacitetsudvidelse. Med en stigning på 87 % i forhold til året før, registrerede det globale solmarked en vækstrate, der ikke er set siden 2010.

Det meste af denne vækst blev drevet af Kina, som er verdens største solmarked. Det tilføjede 253 GW ny sol-PV-kapacitet, en stigning på 167 %, og stod for 57 % af den globale installerede kapacitet sidste år.

Denne “uventede vækst” i den samlede solenergi, ifølge Global Market Outlook for Solar Power 2024-2028, skyldtes et massivt prisfald på omkring 50 % for moduler. Dette fald skyldtes en betydelig stigning i den globale PV-produktionskapacitet, som resulterede i overkapacitet.

Udover at ordrer fra tidligere år endelig blev installeret i 2023, har enkeltpersoner, virksomheder og regeringer vendt sig mod solenergi som en pålidelig og omkostningseffektiv løsning på høje energipriser.

På baggrund af yderligere produkttilgængelighed, prisforbedringer og de mange fordele teknologien giver, forudser rapporten “betydelig efterspørgselsvækst for sol-PV-strøm i de kommende år”.

Virksomheder, der Fremmer Solenergi-sektoren

Lad os nu se på nogle fremtrædende navne, der har taget alternative veje til at generere energi.

Clearway Energy (CWEN ) (CWEN ) er et sådant selskab, der driver vindfarme og solkraftværker for at levere ren, vedvarende energi, mens Ormat Technologies (ORA ) fokuserer på geotermisk energiproduktion. Heliogen er endnu et navn i dette område, og de bruger AI og avanceret spejlteknologi til at koncentrere sollys og generere elektricitet. Enphase Energy (ENPH ) og Piedmont Lithium (ELVR ) leder derimod inden for energilagringsområdet.

#1. Bloom Energy

Dette selskab bruger solid-oxid brændselscelle-teknologi til at generere pålidelig og effektiv elektricitet. Ved at bruge deres energiservere til on-site generation leverer Bloom Energy (BE ) et renere alternativ til traditionel energiproduktion og reducerer afhængigheden af nettet.

På tidspunktet for skrivning handles BE-aktier til $10,80, ned 26,82 % år‑til‑dato, med en markedsværdi på $2,465 mia. Bloom Energy har et EPS (TTM) på -1,30 og en P/E (TTM) på -8,31. For Q2 2024 rapporterede virksomheden rapporterede $335,8 millioner i omsætning, hvilket er en stigning på 11,5 % år‑over‑år. Bruttomarginen for kvartalet var 20,4 %, mens driftsunderskuddet udgjorde $23,1 millioner. Bloom Energy udstedte også 3 % konvertible grønne obligationer i den periode for at styrke balancen.

Derudover har virksomheden indgået et partnerskab med AI-lederen CoreWeave (CRWV ) for at drive Chirisa Technology Parks’ højtydende datacenter. Bloom-brændselsceller vil også forsyne Silicon Valley Power’s 20 MW af AWS-datacentre. Ifølge Blooms administrerende direktør KR sridhar:

“Det er nu bredt forstået, at efterspørgslen efter elektricitet forventes at langt overstige den tilgængelige forsyning gennem nettet. Det giver Bloom en enorm mulighed. Vi ser høje niveauer af kommerciel interesse i vores produkter og løsninger. Vi fortsætter med at levere godt, videreudvikle vores teknologi og udbygge vores team for fremtidig vækst.”

#2. NextEra Energy

Med fokus på sol, vind og batterilagring er NextEra blevet en af de største producenter af vedvarende energi. Det elektriske kraft- og energiinfrastruktur-firma har i øjeblikket aktier, der handles til $83,85, op 38,05 % år‑til‑dato, hvilket giver NextEra en markedsværdi på $172,27 mia. Dets EPS (TTM) er 3,67 og P/E (TTM) er 22,85.

For 2Q24 rapporterede virksomheden rapporterede et GAAP-nettoresultat på $1,622 mia, mens den tilføjede over 3.000 MW nye vedvarende og lagringsprojekter til sin pipeline. For et par måneder siden annoncerede datterselskabet NextEra Energy (NEE ) Resources sammen med Entergy en fælles udviklingsaftale for at fremskynde oprettelsen af op til 4,5 GW nye solgenerations- og energilagringsprojekter.

Konklusion

Solen er en uudtømmelig energikilde, og når den kombineres med effektive og avancerede teknologier, tilbyder den stort potentiale til at imødekomme den hurtigt stigende globale energiefterspørgsel og tackle klimaforandringernes problem.

Som den fremadstormende leder i den igangværende globale overgang til ren energi har solindustrien set en stor mængde investeringer, der oversteg alle andre generationsteknologier samlet sidste år og udvikling. Alt dette har ført til mange gennembrud inden for solteknologi, såsom solsporing af solceller, trykbare solceller, fotovoltaiske vinduer og naturligvis natlig solenergi-generering, som kan hjælpe med at skubbe solenergi mod at blive den langsigtede energiløsning for kommende generationer.

Klik her for en liste over de bedste solaktier at investere i.