Termoelettrici di Nuova Generazione Sbloccano un Incremento di 15 Volte nella Produzione Solare

Poiché l’energia rinnovabile proviene da risorse naturali e si rinnova, può aiutare a ridurre la nostra dipendenza dai combustibili fossili, affrontare il cambiamento climatico e soddisfare il nostro bisogno di un futuro energetico sostenibile.

Queste abbondanti fonti di energia naturalmente rinnovabili con emissioni minime includono la luce solare, il vento, l’acqua, la biomassa e il calore geotermico.

Tra queste, l’energia solare è la principale fonte di energia rinnovabile. Con il sole come fonte di energia infinita, l’energia solare è inesauribile, rendendola la fonte di energia rinnovabile più abbondante disponibile.

Nel 2024, l’energia solare globale ha raggiunto un livello record, con installazioni che superano 600 GW, un aumento del 33% rispetto all’anno precedente, rappresentando 81% di tutta la nuova capacità di energia rinnovabile a livello mondiale. Di conseguenza, l’energia solare ha rappresentato circa il 7% della fornitura globale di elettricità, quasi raddoppiando la sua quota nel mix elettrico in soli anni.

L’Agenzia Internazionale dell’Energia (IEA) prevede effettivamente che i pannelli fotovoltaici (PV) diventino la più grande fonte di energia rinnovabile entro il 2029, beneficiando di politiche normative di supporto e del forte calo dei costi dell’elettricità generata dai pannelli solari. 

Una cella PV o una cella solare è un dispositivo che converte la luce solare direttamente in energia elettrica. Alcune celle possono persino convertire la luce artificiale in elettricità. Tuttavia, non sono prive di problemi. Una delle principali limitazioni di una cella PV è la sua temperatura, che influisce significativamente sulla sua efficienza di conversione.

Questo è dove entra in gioco un’altra tecnologia ampiamente utilizzata, il termoelettrico solare (TE). 

Andare Oltre i PV Solari verso i Generatori Termoelettrici Solari (STEGs)

Un generatore termoelettrico (TEG) può affrontare la sfida dell’efficienza di conversione nelle celle PV convertendo il calore sprecato in energia elettrica.

I TEG sono noti per la loro alta affidabilità, lunga durata e assenza di parti meccaniche in movimento, rendendoli un’opzione valida e promettente per l’integrazione con le celle PV in applicazioni ad alte temperature.

Chiamato anche generatore Seebeck, un generatore termoelettrico (TEG) è un dispositivo che converte il calore direttamente in elettricità attraverso l’effetto Seebeck.

In questo effetto, una differenza di temperatura tra due conduttori o semiconduttori dissimili genera una tensione, causata dal movimento dei portatori di carica. 

Quando il calore viene applicato a uno dei conduttori o semiconduttori, gli elettroni si spostano verso l’estremità più fredda, creando una differenza di potenziale. Se collegato tramite un circuito, la corrente continua fluisce attraverso di esso.

Quindi, basandosi sull’effetto Seebeck, i materiali TE generano una tensione quando sono soggetti a una differenza di temperatura tra le loro estremità. Quando posizionati tra un assorbitore solare e un dissipatore di calore per stabilire una differenza di temperatura e generare energia, sono chiamati generatori termoelettrici solari (STEG).

L’efficienza di conversione termica‑elettrica di questi STEG è determinata dalla figura di merito adimensionale (ZT) del materiale TE e dalla differenza di temperatura tra il lato caldo e quello freddo del dispositivo.

Di conseguenza, gli assorbitori solari dei STEG hanno una banda di assorbimento molto più ampia, consentendo di utilizzare l’energia dei fotoni dell’intero spettro solare, a differenza dei PV solari che possono utilizzare solo una banda ristretta di luce solare vicino al gap di banda del semiconduttore. Tuttavia, la loro efficienza termoelettrica è molto bassa.

Come evidenziato dalla ricerca più recente, il valore ZT del materiale TE rimane intorno a uno, anche dopo decenni di ricerca intensiva. ZT è una metrica chiave per valutare le prestazioni dei materiali termoelettrici, con un valore ZT più alto che indica un materiale termoelettrico più efficiente per generare elettricità da una data differenza di temperatura.

La mancanza di materiali termoelettrici (TE) ad alta efficienza e di dissipatori di calore compatti per la dissipazione del calore è ciò che limita l’adozione commerciale dei STEG.

Per affrontare questi problemi, un team di ricercatori ha sviluppato una strategia che può aumentare la generazione di potenza del STEG di 15 volte aumentando il peso di appena il 25%.

Sfide di Efficienza dei STEG: La Necessità di Assorbitori e Dissipatori di Calore Migliori

Le necessità energetiche globali stanno aumentando rapidamente, spinte dalla crescita demografica ed economica. 

Secondo l’IEA, la domanda globale di elettricità è aumentata del 4,3% nel 2024, un salto notevole rispetto all’incremento del 2,3% nel 2023.

Quindi, andando avanti, il mondo avrà bisogno di una fornitura di energia sempre crescente, ma soprattutto di energia pulita per combattere il cambiamento climatico, ridurre le emissioni di gas serra (GHG) e raggiungere l’indipendenza energetica.

In questa cerca di energia pulita sostenibile, i ricercatori si sono rivolti ai generatori termoelettrici solari (STEG) come fonte promettente di generazione di elettricità solare, poiché possono sfruttare non solo la luce solare ma anche altre forme di energia termica.

Attualmente, però, la maggior parte dei STEG converte meno dell’1% della luce solare in elettricità, mentre i sistemi di pannelli solari residenziali possono raggiungere un’efficienza di conversione dal 15% al 20%.

Quindi, per sfruttare davvero questi dispositivi, dobbiamo prima superare le loro limitazioni di efficienza. 

Ciò di cui abbiamo bisogno è ideare nuovi modi per migliorare la generazione di potenza dei STEG. I generatori termoelettrici solari producono più potenza a differenze di temperatura più elevate, e ciò può essere ottenuto massimizzando l’assorbimento di energia solare e minimizzando la perdita di calore sul lato caldo, dissipando efficacemente il calore sul lato freddo.

Inoltre, i STEG potrebbero rivelarsi preziosi per alimentare elettronica indossabile, sensori medici, reti di sensori wireless e dispositivi avionici.

Tuttavia, queste applicazioni ad alta densità di potenza richiedono assorbitori solari selettivi leggeri (SSA) per il lato caldo e dissipatori di calore per il lato freddo. Per sfruttare al massimo l’energia solare, l’assorbitore (SSA) deve presentare un’alta assorbenza ottica nello spettro solare (300–2500 nm) mantenendo una bassa emissività nell’IR (2,5–20 μm) per minimizzare le perdite per radiazione. 

Le prestazioni ottiche degli assorbitori possono essere ottimizzate attraverso la progettazione strutturale e la selezione dei materiali.

Ciò include assorbitori plasmonici, assorbitori a doppio strato ceramico, assorbitori a film multistrato e assorbitori a cristallo fotonico. Tuttavia, nonostante tutti questi progressi, la maggior parte degli assorbitori richiede attrezzature complesse e processi di fabbricazione lunghi, il che limita la loro scalabilità a costi accessibili. 

Inoltre, aumentare la potenza in uscita del STEG spesso richiede sistemi di raffreddamento ingombranti e complessi per abbassare la temperatura del lato freddo e aumentare la differenza di temperatura, presentando un’ulteriore sfida.

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Tecnologia del Metallo Nero e Laser Femtosecondi: Una Strategia Rivoluzionaria

Per superare i problemi dei STEG, i ricercatori dell’Institute of Optics dell’Università di Rochester hanno sviluppato una strategia di ingegneria spettrale e gestione termica che ha ridotto il peso e aumentato la produzione di potenza.

Le nuove tecniche per creare questo dispositivo STEG più potente sono dettagliate in uno studio¹ pubblicato su Light: Science and Applications.

“Per decenni, la comunità di ricerca si è concentrata sul miglioramento dei materiali semiconduttori utilizzati nei STEG e ha ottenuto guadagni modesti nell’efficienza complessiva.”

– Chunlei Guo, professore di ottica e fisica e scienziato senior presso il Laboratorio per l’Energia Laser.

Ha aggiunto:

“In questo studio, non interveniamo nemmeno sui materiali semiconduttori — invece, ci siamo concentrati sui lati caldo e freddo del dispositivo. Combinando un migliore assorbimento di energia solare e intrappolamento del calore sul lato caldo con una migliore dissipazione del calore sul lato freddo, abbiamo ottenuto un miglioramento sorprendente dell’efficienza.”

La chiave è stata la speciale tecnologia del metallo nero. Nel 2020, lo stesso team ha dimostrato che usando un laser femtosecondo (fs), che li ha aiutati a creare strutture metalliche non affondabili² pochi mesi prima, potevano anche sviluppare generatori di energia solare ad alta efficienza³.

Allora, hanno trasformato la superficie lucida e altamente riflettente di un metallo in un nero intenso, chiamandola tecnologia del metallo nero. Con impulsi laser femtosecondi, possono rendere quasi qualsiasi metallo nero.

Il team ha sperimentato rame, acciaio, alluminio e tungsteno. Dopo il trattamento con strutture nanoscalari, hanno scoperto che il tungsteno aveva la più alta efficienza di assorbimento solare. Sono riusciti a migliorare l’efficienza della produzione termoelettrica del 130% rispetto al tungsteno non trattato, che è comunemente usato come assorbitore solare termico.

Quindi, basandosi su ciò, questa volta i ricercatori hanno trasformato un tungsteno regolare (W) sul lato caldo in un assorbitore (W-SSA) tramite la tecnica di lavorazione con laser fs.

Il tungsteno è stato trasformato in ‘metallo nero’ rendendo la sua superficie nera, il che lo ha reso altamente efficiente nell’assorbire selettivamente la luce alle lunghezze d’onda solari riducendo la dissipazione di calore a altre lunghezze d’onda.

Ciò è stato ottenuto tramite incisione ultra-rapida e di precisione, usando potenti impulsi laser fs, che hanno creato strutture nanoscalari sulla superficie del metallo. Quindi, invece di modificare i materiali semiconduttori stessi, il team ha migliorato il modo in cui il lato caldo assorbe la luce solare e trattiene il calore.

È stata inoltre creata una camera serra per assorbitori solari selettivi in tungsteno (W-SSA) per ridurre le perdite convettive.

Per creare una mini serra, simile a una fattoria, il metallo nero è stato coperto con un pezzo di plastica. “Puoi minimizzare la convezione e la conduzione per intrappolare più calore, aumentando la temperatura sul lato caldo,” ha detto Guo. Il team è riuscito a ridurre le perdite di calore di oltre il 40%.

Nel frattempo, sul lato freddo, la stessa tecnica laser è stata usata per trasformare un alluminio regolare (Al) in un dissipatore di calore ad alta capacità con piccole strutture. Questo ha creato un dissipatore per migliorare la dissipazione del calore tramite radiazione e convezione. 

Le prestazioni di raffreddamento dell’alluminio trattato erano il doppio rispetto a un dissipatore di calore Al regolare.

In tutto ciò, come abbiamo visto, la tecnica di lavorazione con laser fs ha svolto un ruolo chiave. Notoriamente, questa tecnica richiede un solo passaggio ed è scalabile. Questa semplice tecnica sottrattiva può anche essere applicata a una gamma di materiali con geometrie complesse, come polimeri, vetro, dielettrici, semiconduttori e metalli.

Essendo un approccio puramente fisico, è anche più ecologico rispetto ad altri metodi. 

Il laser femtosecondo (un quadrilionesimo di secondo) ha prodotto una serie di microstrutture sull’alluminio e nanostrutture sul tungsteno.

Successivamente, ottimizzando dimensione e densità di queste strutture, i ricercatori hanno aumentato l’assorbimento solare del W riducendo al contempo la sua emissività IR sul lato caldo. Hanno ottenuto un’efficienza di assorbimento superiore all’80% a temperature elevate.

Sul lato freddo, hanno aumentato l’emissività IR su tutto lo spettro di radiazione del corpo nero per l’alluminio e la sua area superficiale per la dissipazione del calore. Facendo ciò hanno notevolmente migliorato l’efficienza di conversione solare‑termica.

Il team ha dimostrato come il loro generatore termoelettrico solare (STEG) possa alimentare i LED molto più efficacemente rispetto ai metodi esistenti.

La tecnologia, ha osservato Gao, potrebbe anche essere usata per alimentare dispositivi microelettronici come indossabili, dispositivi intelligenti e sensori autonomi per l’Internet delle Cose (IoT). Inoltre, può servire come sistema di energia rinnovabile off-grid in aree remote e rurali.

Come osservato nello studio, i STEG possono anche essere usati in combinazione con dispositivi solari avanzati, come sistemi ibridi PV-TE a divisione spettrale e celle solari sensibilizzate a colorante (DSC) a basso costo, che possono generare energia in condizioni di scarsa illuminazione, migliorando così la produzione energetica per applicazioni ad alta richiesta.

Investire nell’Energia Solare

Nel settore delle energie rinnovabili, Nextracker Inc. (NXT ) si distingue per essere una società ad alta crescita.

Con una capitalizzazione di mercato di 10 miliardi di dollari, le azioni NXT sono attualmente scambiate a 67,59 $, in rialzo dell’85% quest’anno finora. La scorsa settimana, le azioni della società hanno raggiunto un nuovo massimo intorno a 69 $. Con ciò, l’EPS (TTM) è 3,67 e il P/E (TTM) è 18,42. Non c’è alcun rendimento da dividendo da guadagnare, però.

Nextracker Inc. (NXT )

Nextracker è un fornitore di piattaforme tecnologiche solari che offre soluzioni elettriche, tracker integrati e sistemi di ottimizzazione e controllo del rendimento. La tecnologia avanzata dell’azienda consente agli impianti solari di seguire il movimento del sole nel cielo e ottimizzare le prestazioni.

I suoi prodotti e servizi includono NX Foundation, NX Horizon, NX Navigator, NX Global, PowerworX, TrueCapture e Servizi Electrical Balance of System (eBOS).

Questo mese, Nextracker ha pubblicato il suo rapporto di sostenibilità, nel quale ha segnalato di aver raggiunto un Total Recordable Incident Rate (TRIR) di 0,61, superando l’obiettivo statunitense di sicurezza operativa di 1,2.

Nextracker ha introdotto le soluzioni NX Foundation per migliorare l’installazione solare su tutti i tipi di suolo. I sistemi NX Horizon low-carbon tracker (LCT) sono stati inoltre rilasciati per ridurre le emissioni di carbonio (legate ai tracker) fino al 35%.

Per quanto riguarda le emissioni di GHG e l’efficienza delle risorse, l’azienda si è impegnata a fissare obiettivi in linea con il quadro riconosciuto a livello globale (SBTi), ha pubblicato il suo primo indice Task Force Climate Financial Disclosure (TCFD), ha ottenuto una certificazione di terza parte per i dati di emissioni GHG Scope 1 e Scope 2, e ha conseguito la certificazione ISO 14001:2015 per il Sistema di Gestione Ambientale negli Stati Uniti.

È stata inoltre ottenuta la certificazione ISO 9001 per la gestione della qualità nelle operazioni negli Stati Uniti, India e Brasile. 

In questo contesto, Nextracker è stato recentemente selezionato da una delle più grandi aziende di energia rinnovabile della nazione sudamericana. Casa dos Ventos lo ha scelto per fornire 1,5 GW dei suoi sistemi di tracker solari per i loro quattro nuovi progetti in Brasile. Questi includono progetti solari e ibridi solare‑e‑vento.

“Ottenere un impegno multi-progetto da un leader dell’energia rinnovabile come Casa dos Ventos riflette l’importanza crescente di partnership fidate quando si tratta di performance e affidabilità a lungo termine nell’industria solare odierna.”

– Alejo Lopez, vicepresidente, Nextracker Latin America

Nextracker ha anche collaborato con UC Berkeley per creare un nuovo centro di ricerca (il CAL-NEXT Center for Solar Energy Research) per avanzare la tecnologia delle centrali solari a supporto delle future esigenze energetiche. L’azienda ha contribuito con 6,5 milioni di dollari all’iniziativa.

Per quanto riguarda i dati finanziari dell’azienda, alla fine del mese scorso, ha riportato il primo trimestre dell’anno fiscale 2026, terminato il 27 giugno 2025. In questo periodo, ha registrato 864 milioni di dollari di ricavi, in crescita del 20% su base annua.

Il profitto lordo GAAP è aumentato del 19% su base annua a 282 milioni di dollari, mentre il reddito operativo GAAP è salito del 16% a 186 milioni di dollari. Il profitto lordo rettificato è cresciuto del 18% a 285 milioni di dollari, e l’EBITDA rettificato è aumentato del 23% a 215 milioni di dollari. Il backlog totale di Nextracker per questo periodo superava i 4,75 miliardi di dollari.

Ha inoltre riportato un flusso di cassa operativo di 81 milioni di dollari e 743 milioni di dollari di liquidità alla fine del trimestre, senza debiti. Durante questo trimestre, l’azienda ha investito 86,8 milioni di dollari in acquisizioni strategiche per supportare nuove iniziative di crescita.

“Nextracker ha consegnato un altro trimestre solido su tutti i principali indicatori finanziari e ha visto un continuo slancio nella quota di mercato.”

– Fondatore e CEO Dan Shugar

Il mese scorso, Nextracker ha annunciato il lancio della sua iniziativa commerciale AI e robotica. “Scalare il solare per soddisfare la domanda energetica globale richiede un nuovo livello di autonomia nel modo in cui costruiamo e gestiamo le centrali elettriche,” ha detto il neo nominato chief AI and robotics officer, Dr. Francesco Borrelli.

Ciò avviene dopo aver investito oltre 40 milioni di dollari in acquisizioni per migliorare l’installazione di centrali solari, l’affidabilità e il ROI a lungo termine. Questo include OnSight Technology per sistemi di rilevamento autonomo e avviso incendi, SenseHawk IP per creare mappe 3D ad alta risoluzione dei siti di progetti solari, e Amir Robotics per ridurre le perdite di rendimento legate al suolo.

Secondo Shugar:

“Con milioni di sensori e nodi di controllo già distribuiti su circa 100 GW di sistemi operativi in 40 paesi, Nextracker ha un’opportunità unica di sfruttare AI e robotica su larga scala.”

Ultime Notizie e Sviluppi sulle Azioni di Nextracker Inc. (NXT)

Conclusione

L’energia solare è uno dei modi più promettenti e più puliti per alimentare il mondo. Già l’adozione dei PV solari sta crescendo rapidamente, ma naturalmente il percorso verso le energie rinnovabili non dipenderà da una sola tecnologia.

I sistemi ibridi che combinano fotovoltaico, termoelettrico e nanomateriali avanzati saranno fondamentali per il futuro dell’energia solare. 

Mentre le inefficienze dei materiali limitavano una volta la tecnologia termoelettrica solare, ora sta superando le barriere grazie a nuove tecniche di gestione termica e nanostrutturazione. L’ultimo breakthrough nei STEG dimostra che l’innovazione a livello di materiale e strutturale, non solo delle prestazioni dei semiconduttori, può sbloccare guadagni di efficienza impressionanti e aiutare a soddisfare le crescenti esigenze energetiche.

Clicca qui per un elenco delle principali azioni di energia rinnovabile.

Riferimenti:

1. Xu, T., Wei, R., Singh, S.C., et al. Incremento di 15 volte nelle prestazioni del generatore termoelettrico solare tramite ingegneria spettrale con laser femtosecondo e gestione termica. Light: Science & Applications, 14, 268, pubblicato 12 agosto 2025. https://doi.org/10.1038/s41377-025-01916-9
2. Zhan, Z., ElKabbash, M., Cheng, J., Zhang, J., Singh, S., & Guo, C. Assemblaggio metallico superidrofobico altamente galleggiante per applicazioni acquatiche. ACS Applied Materials & Interfaces, 11(51), 48512–48517, pubblicato 26 dicembre 2019. https://doi.org/10.1021/acsami.9b15540
3. Jalil, S.A., Lai, B., ElKabbash, M., et al. Controllo dell’assorbimento spettrale di metalli trattati con laser femtosecondo e applicazione in dispositivi solari-termici. Light: Science & Applications, 9, 14, pubblicato 4 febbraio 2020. https://doi.org/10.1038/s41377-020-0242-y