Next-Gen Thermoelectrics Ontgrendelt 15‑voudige Verhoging van de Zonne‑opbrengst

Aangezien hernieuwbare energie afkomstig is van natuurlijke bronnen en wordt aangevuld, kan het helpen onze afhankelijkheid van fossiele brandstoffen te verminderen, klimaatverandering aan te pakken en te voldoen aan onze behoefte aan een duurzame energietoekomst.

Deze overvloedige, van nature aangevulde energiebronnen met minimale emissies omvatten zonlicht, wind, water, biomassa en geothermische warmte.

Onder deze is zonne-energie de primaire bron van hernieuwbare energie. Met de zon als een oneindige energiebron is zonne-energie onuitputtelijk, waardoor het de meest overvloedige beschikbarehernieuwbare energiebron is.

In 2024 bereikte wereldwijde zonne-energie een recordhoogte, met installaties die meer dan 600 GW, een stijging van 33% ten opzichte van het voorgaande jaar, goed voor 81% van alle nieuwe hernieuwbare energiecapaciteit wereldwijd. Als gevolg daarvan vertegenwoordigde zonne-energie ongeveer 7% van de wereldwijde elektriciteitsvoorziening, bijna het dubbele van haar aandeel in de elektriciteitsmix in slechts drie jaar.

Het Internationaal Energieagentschap (IEA) verwacht dat zonne-fotovoltaïsche (PV) systemen tegen 2029 de grootste bron van hernieuwbare energie zullen worden, dankzij ondersteunend regelgevend beleid en de sterke daling van de kosten van elektriciteit opgewekt door zonnepanelen. become the largest renewable energy source

Een PV-cel of een zonnecel is een apparaat dat zonlicht direct omzet in elektrische energie. Sommige cellen kunnen zelfs kunstmatig licht omzetten in elektriciteit. Ze zijn echter niet probleemloos. Een van de belangrijkste beperkingen van een PV-cel is de temperatuur, die de conversie‑efficiëntie aanzienlijk beïnvloedt.

Dit is waar een andere veelgebruikte technologie, zonne‑thermo‑elektrisch (TE), in beeld komt. 

Voorbij Zonne-PV’s naar Zonne-Thermo-elektrische Generatoren (STEG’s)

Een thermo‑elektrische generator (TEG) kan de uitdaging van conversie‑efficiëntie in PV-cellen aanpakken door verspilde warmte om te zetten in elektrische energie.

TEG’s staan bekend om hun hoge betrouwbaarheid, lange levensduur en het ontbreken van mechanische bewegende delen, waardoor ze een levensvatbare en veelbelovende optie zijn voor integratie met PV-cellen in toepassingen bij hoge temperaturen.

Ook wel een Seebeck-generator genoemd, is een thermo‑elektrische generator (TEG) een apparaat dat warmte direct omzet in elektriciteit via het Seebeck‑effect.

In dit effect genereert een temperatuurverschil tussen twee verschillende geleiders of halfgeleiders een spanning, veroorzaakt door de beweging van ladingsdragers. 

Wanneer warmte wordt toegepast op een van de geleiders of halfgeleiders, bewegen elektronen naar het koudere uiteinde, waardoor een potentiaalverschil ontstaat. Als ze via een circuit worden verbonden, stroomt er gelijkstroom door.

Dus, op basis van het Seebeck‑effect genereren TE-materialen een spanning wanneer ze worden blootgesteld aan een temperatuurverschil over hun uiteinden. Wanneer ze tussen een zonne‑absorber en een warmteverspreider worden geplaatst om een temperatuurverschil te creëren en vermogen te genereren, worden ze aangeduid als zonne‑thermo‑elektrische generatoren (STEG’s).

De thermisch‑naar‑elektrische conversie‑efficiëntie van deze STEG’s wordt bepaald door de dimensieloze prestatie‑indicator (ZT) van het TE‑materiaal en het temperatuurverschil tussen de hete en koude kant van het apparaat.

Als gevolg hiervan hebben zonne‑absorbers van STEG’s een veel breder absorptiebereik, waardoor de fotonenergie van het volledige zonnespectrum kan worden benut, in tegenstelling tot zonne‑PV’s die slechts een smal band van zonlicht nabij de halfgeleiderbandgap kunnen gebruiken. Hun thermo‑elektrischeefficiëntie is zeer laag.

Zoals recent onderzoek heeft aangetoond, blijft de ZT‑waarde van TE‑materiaal rond één, zelfs na tientallen jaren intensief onderzoek. ZT is een belangrijke maatstaf voor het evalueren van de prestaties van thermo‑elektrische materialen; een hogere ZT‑waarde duidt op een efficiënter thermo‑elektrisch materiaal voor het opwekken van elektriciteit uit een bepaald temperatuurverschil.

Het ontbreken van hoog‑efficiënte thermo‑elektrische (TE) materialen en compacte koellichamen voor warmteafvoer beperkt de commerciële adoptie van STEG’s.

Om deze problemen aan te pakken, heeft een onderzoeksteam een strategie ontwikkeld die de vermogensopwekking van STEG’s met 15 keer kan verbeteren, terwijl het gewicht slechts met 25% toeneemt.

STEG-efficiëntie-uitdagingen: De Noodzaak van Betere Absorbers & Warmteverspreiders

De wereldwijde energiebehoefte neemt snel toe, gedreven door bevolkings- en economische groei. 

Volgens de IEA is de wereldwijde vraag naar elektriciteit stond met 4,3% gestegen in 2024, een grote sprong ten opzichte van de stijging van 2,3% in 2023.

Dus, vooruitkijkend, zal de wereld een steeds toenemende energievoorziening nodig hebben, maar vooral schone energie om klimaatverandering tegen te gaan, de uitstoot van broeikasgassen (GHG) te verminderen en energie‑onafhankelijkheid te bereiken.

In deze zoektocht naar duurzame schone energie hebben onderzoekers zich gericht op zonne‑thermo‑elektrische generatoren (STEG’s) als een veelbelovende bron voor zonne‑elektriciteitsopwekking, omdat ze niet alleen zonlicht maar ook andere vormen van thermische energie kunnen benutten.

Momenteel zetten de meeste STEG’s echter minder dan 1% van het zonlicht om in elektriciteit, terwijl residentiële zonnepanelen een conversie‑efficiëntie van 15% tot 20% kunnen bereiken. 

Dus, om echt van deze apparaten te profiteren, moeten we eerst hun efficiëntiebeperkingen overwinnen. 

Wat we nodig hebben, is nieuwe manieren bedenken om de vermogensopwekking van STEG’s te verbeteren. Zonne‑thermo‑elektrische generatoren produceren meer vermogen bij hogere temperatuurverschillen, en dat kan worden bereikt door de absorptie van zonne‑energie te maximaliseren en warmteverlies aan de hete kant te minimaliseren, terwijl warmte aan de koude kant efficiënt wordt afgevoerd.

Bovendien kunnen STEG’s kunnen zeer waardevol blijken voor het aandrijven van draagbare elektronica, medische sensoren, draadloze sensornetwerken en avionische apparaten.

Echter, deze toepassingen met hoge vermogensdichtheid vereisen lichtgewicht selectieve zonne‑absorbers (SSA’s) voor de hete kant en warmteverspreiders voor de koude kant. Om de maximale hoeveelheid zonne‑energie te benutten, moet de absorber (SSA) een hoge optische absorptie in het zonne‑spectrale bereik (300–2500 nm) vertonen, terwijl hij een lage emissiviteit in het IR (2,5–20 μm) behoudt om stralingsverlies te minimaliseren. 

De optische prestaties van absorbers kunnen geoptimaliseerd worden door structureel ontwerp en materiaalkeuze.

Dit omvat plasmonische absorbers, dubbele keramische laag absorbers, meerlaagse filmabsorbers, en fotonische kristalabsorbers. Ondanks al deze vooruitgangen vereisen de meeste absorbers echter complexe apparatuur en tijdrovende fabricageprocessen, die hun schaalbaarheid tegen een betaalbare kost beperken.

Bovendien vereist het verhogen van het uitgangsvermogen van STEG vaak omvangrijke en complexe koelsystemen om de temperatuur van de koude kant te verlagen en het temperatuurverschil te vergroten, wat een nieuwe uitdaging vormt.

Veeg om te scrollen →

Zwarte Metaal Technologie en Femtoseconde Lasers: Een Game-Changing Strategie

Om STEG-problemen te overwinnen, hebben de onderzoekers van het Institute of Optics van de University of Rochester een spectrale engineering- en thermisch beheerstrategie ontwikkeld die het gewicht heeft verminderd en de vermogensproductie heeft verhoogd.

Nieuwe technieken voor het creëren van dit krachtigere STEG‑apparaat worden gedetailleerd beschreven in een studie¹ gepubliceerd in Light: Science and Applications.

“Al decennia lang heeft de onderzoeksgemeenschap zich gericht op het verbeteren van de halfgeleidermaterialen die in STEG’s worden gebruikt en heeft bescheiden winsten geboekt in de algehele efficiëntie.”

– Chunlei Guo, een professor in optica en fysica en een senior wetenschapper bij Rochester’s Laboratory for Laser Energetics.

Hij voegde toe:

“In deze studie hebben we de halfgeleidermaterialen zelfs niet aangeraakt — in plaats daarvan hebben we ons gericht op de hete en koude zijden van het apparaat. Door betere zonne‑energieabsorptie en warmte‑opslag aan de hete kant te combineren met betere warmteafvoer aan de koude kant, hebben we een verbazingwekkende verbetering in efficiëntie bereikt.”

De sleutel hier was de speciale zwarte metaaltechnologie. In 2020 toonde hetzelfde team aan dat door gebruik te maken van een femtoseconde (fs) laser, die hen hielp onverzinkbare metalen structuren te creëren² enkele maanden daarvoor, ze ook hoog efficiënte zonne‑energiegeneratoren konden ontwikkelen³.

Destijds maakten ze het glanzende, sterk reflecterende oppervlak van een metaal volledig zwart, en noemden het zwarte metaaltechnologie. Met femtoseconde‑laserpulsen kunnen ze bijna elk metaal volledig zwart maken.

Het team experimenteerde met koper, staal, aluminium en wolfraam. Na behandeling met nanoschaalstructuren ontdekten ze dat wolfraam de hoogste zonne‑absorptie‑efficiëntie had. Ze konden de efficiëntie van thermo‑elektrische productie met 130% verbeteren ten opzichte van onbehandeld wolfraam, dat algemeen wordt gebruikt als thermische zonne‑absorber.

Dus, voortbouwend hierop, hebben de onderzoekers deze keer regulier wolfraam (W) aan de hete kant omgevormd tot een absorber (W-SSA) via de fs‑laserverwerkingstechniek.

Het wolfraam werd omgevormd tot ‘zwart metaal’ door het oppervlak volledig zwart te maken, waardoor het zeer efficiënt werd in het selectief absorberen van licht in de zonne‑golflengten, terwijl het warmteafvoer bij andere golflengten verminderde.

Dit werd bereikt door ultra‑snelle en precieze ets, met behulp van krachtige fs‑laserpulsen, die nanoschaalstructuren op het metalen oppervlak creëerden. In plaats van de halfgeleidermaterialen zelf te wijzigen, verbeterde het team hoe de hete kant zonlicht absorbeert en warmte vasthoudt.

Een kaschamber voor selectieve wolfraam‑zonne‑absorbers (W-SSA) is ook gecreëerd om convectieverlies te verminderen.

Om een mini‑kas te creëren, zoals op een boerderij, werd het zwarte metaal bedekt met een stuk plastic. “Je kunt convectie en geleiding minimaliseren om meer warmte vast te houden, waardoor de temperatuur aan de hete kant stijgt,” zei Guo. Het team kon het warmteverlies met meer dan 40% verminderen.

Ondertussen werd aan de koude kant dezelfde lasertechniek gebruikt om regulier aluminium (Al) om te vormen tot een mega‑capaciteit warmteverspreider met kleine structuren. Dit creëerde een koellichaam om de warmteafvoer via straling en convectie te verbeteren.

De koelprestaties van het behandelde aluminium waren twee keer zo goed als die van een regulier Al‑warmteverspreider.

In dit geheel speelde de fs‑laserverwerkingstechniek een sleutelrol. Opmerkelijk is dat deze techniek slechts één stap vereist en schaalbaar is. Deze eenvoudige subtractieve techniek kan ook worden toegepast op een reeks materialen met complexe geometrie, zoals polymeren, glas, diëlectrische stoffen, halfgeleiders en metalen.

Aangezien het een puur fysieke benadering is, is het ook milieuvriendelijker dan andere methoden. 

De femtoseconde (een quadriljoenste van een seconde) laser produceerde een reeks microstructuren op aluminium en nanostructuren op wolfraam.

Vervolgens stelde het optimaliseren van de grootte en dichtheid van deze structuren de onderzoekers in staat de zonne‑absorptie van W te verhogen terwijl ze de IR‑emissiviteit aan de hete kant minimaliseerden. Ze behaalden een absorptie‑efficiëntie van meer dan 80% bij verhoogde temperaturen.

Aan de koude kant verhoogden ze de IR‑emissiviteit over het volledige zwartlichaam‑stralingsspectrum voor aluminium en het oppervlak voor warmteafvoer. Dit verbeterde de zonne‑naar‑thermische conversie‑efficiëntie aanzienlijk.

Het team toonde aan hoe hun zonne‑thermo‑elektrische generator (STEG) kan worden gebruikt om LED’s veel effectiever aan te drijven dan bestaande methoden.

De technologie, merkte Gao op, kan ook worden gebruikt om micro‑elektronische apparaten zoals wearables, slimme apparaten en autonome sensoren voor het Internet of Things (IoT) van stroom te voorzien. Bovendien kan het dienen als een off‑grid hernieuwbaar energiesysteem in afgelegen en rurale gebieden.

Zoals de studie opmerkt, kunnen STEG’s ook worden gebruikt in combinatie met geavanceerde zonne‑energiesystemen, zoals spectrale splitsings‑hybride PV‑TE-systemen en goedkope kleurstof‑sensitieve zonnecellen (DSC), die onder weinig licht vermogen kunnen genereren, waardoor de energie‑output voor energie‑intensieve toepassingen wordt verbeterd.

Investeren in Zonne‑energie

In de hernieuwbare‑energie sector, Nextracker Inc. (NXT ) valt op als een snelgroeiend bedrijf.

Met een marktkapitalisatie van $10 miljard, worden NXT-aandelen momenteel verhandeld tegen $67,59, een stijging van 85% dit jaar tot nu toe. Vorige week bereikten de aandelen van het bedrijf een nieuw hoogtepunt rond $69. Met dat cijfer is de winst per aandeel (TTM) 3,67 en de koers‑winstverhouding (TTM) 18,42. Er is echter geen dividendrendement.

Nextracker Inc. (NXT )

Nextracker is een leverancier van een zonne‑technologieplatform dat elektrische oplossingen, geïntegreerde trackers en opbrengst‑optimalisatie‑ en controlesystemen biedt. De geavanceerde technologie van het bedrijf stelt zonne‑energiecentrales in staat de beweging van de zon over de hemel te volgen en de prestaties te optimaliseren.

Zijn producten en diensten omvatten NX Foundation, NX Horizon, NX Navigator, NX Global, PowerworX, TrueCapture, en Services Electrical Balance of System (eBOS).

Deze maand heeft Nextracker gepubliceerd zijn duurzaamheidsrapport, waarin werd vermeld dat het een Total Recordable Incident Rate (TRIR) van 0,61 heeft behaald, boven het Amerikaanse veiligheidsdoel van 1,2.

Nextracker introduceerde NX Foundation Solutions om de zonne‑installatie over alle bodemtypes te verbeteren. NX Horizon low‑carbon tracker (LCT) systemen zijn ook uitgebracht om de CO₂‑emissies (gerelateerd aan trackers) met wel 35% te verminderen.

Met betrekking tot GHG‑emissies en hulpbronnenefficiëntie heeft het bedrijf zich gecommitteerd doelen te stellen in lijn met het wereldwijd erkende kader (SBTi), heeft het eerste Task Force Climate Financial Disclosure (TCFD) index gepubliceerd, een externe verificatie verkregen voor zijn Scope 1‑ en Scope 2‑GHG‑emissiedata, en heeft het ISO 14001:2015‑certificering voor Milieumanagementsysteem in de VS behaald.

ISO 9001‑certificering is ook behaald voor kwaliteitsmanagement in de VS, India en Brazilië. 

In dit kader is Nextracker recent geselecteerd door een van de grootste hernieuwbare‑energiebedrijven in het Zuid‑Amerikaanse land. Casa dos Ventos koos hen om 1,5 GW aan hun zonne‑trackersystemen te leveren voor vier nieuwe projecten in Brazilië. Deze omvatten zonne‑ en zonne‑en‑wind‑hybride projecten.

“Het veiligstellen van een multi‑projectverbintenis van een leider in hernieuwbare energie zoals Casa dos Ventos weerspiegelt het groeiende belang van vertrouwde partnerschappen als het gaat om prestaties en langdurige betrouwbaarheid in de huidige zonne‑industrie.”

– Alejo Lopez, vice‑president, Nextracker Latin America

Nextracker heeft ook samengewerkt met UC Berkeley om een nieuw onderzoekscentrum (het CAL‑NEXT Center for Solar Energy Research) op te richten om de technologie van zonne‑energiecentrales te bevorderen ter ondersteuning van toekomstige energiebehoeften. Het bedrijf heeft een bijdrage van $6,5 miljoen aan het initiatief geleverd.

Wat de financiën van het bedrijf betreft, meldde het eind vorige maand het eerste kwartaal van het fiscale jaar 2026, dat eindigde op 27 juni 2025. In deze periode noteerde het $864 miljoen aan omzet, een stijging van 20% jaar‑op‑jaar.

De GAAP-bruto winst steeg met 19% jaar‑op‑jaar tot $282 miljoen, terwijl de GAAP operationele winst met 16% jaar‑op‑jaar steeg tot $186 miljoen. De aangepaste bruto winst steeg met 18% tot $285 miljoen, en de aangepaste EBITDA steeg met 23% tot $215 miljoen. De totale orderportefeuille van Nextracker voor deze periode bedroeg meer dan $4,75 miljard.

Het rapporteerde ook een operationele kasstroom van $81 miljoen en $743 miljoen cash aan het einde van het kwartaal, zonder schulden. Gedurende dit kwartaal investeerde het bedrijf $86,8 miljoen in strategische overnames om nieuwe groeinitiatieven te ondersteunen.

“Nextracker leverde opnieuw een sterk kwartaal op alle belangrijke financiële indicatoren en zag een aanhoudende groei in marktaandeel.”

– Oprichter en CEO Dan Shugar

Afgelopen maand kondigde Nextracker de lancering van zijn AI‑ en robotica‑ondernemingsinitiatief aan. “Het opschalen van zonne‑energie om te voldoen aan de wereldwijde energievraag vereist een nieuw niveau van autonomie in hoe we energiecentrales bouwen en exploiteren,” zei de nieuw aangestelde chief AI and robotics officer, Dr. Francesco Borrelli.

Dit volgt na een investering van meer dan $40 miljoen in overnames om de inzet, betrouwbaarheid en lange‑termijn‑ROI van zonne‑energiecentrales te verbeteren. Dit omvat OnSight Technology voor autonome inspectie‑ en brandwaarschuwingssystemen, SenseHawk IP om high‑resolution 3D‑as‑built kaarten van zonne‑projectlocaties te maken, en Amir Robotics om opbrengstverlies door bodemproblemen te verminderen.

Volgens Shugar:

“Met miljoenen sensoren en controle‑nodes die al zijn ingezet over ongeveer 100 GW aan operationele systemen in 40 landen, heeft Nextracker een unieke kans om AI en robotica op schaal te benutten.”

Laatste Nextracker Inc. (NXT) Aandelennieuws en Ontwikkelingen

Conclusie

Zonne‑energie is een van de meest veelbelovende en schoonste manieren om de wereld van stroom te voorzien. De adoptie van zonne‑PV neemt al snel toe, maar uiteraard zal de weg naar hernieuwbare energie niet afhankelijk zijn van slechts één technologie.

Hybride systemen die fotovoltaïsche, thermo‑elektrische en geavanceerde nanomaterialen combineren, zullen de sleutel vormen voor de toekomst van zonne‑energie. 

Hoewel materiaalefficiënties ooit de zonne‑thermo‑elektrische technologie beperkten, doorbreekt deze nu barrières via nieuwe thermisch beheer‑ en nanostructureringstechnieken. De nieuwste doorbraak in STEG’s toont aan dat innovatie op materiaal‑ en structureel niveau, niet alleen op halfgeleiderprestaties, indrukwekkende efficiëntiewinst kan opleveren en kan helpen te voldoen aan de groeiende energiebehoefte.

Klik hier voor een lijst van top hernieuwbare energie aandelen.

Referenties:

1. Xu, T., Wei, R., Singh, S.C., et al. 15‑voudige toename in de prestaties van zonne‑thermo‑elektrische generatoren door femtoseconde‑laser spectrale engineering en thermisch beheer. Light: Science & Applications, 14, 268, gepubliceerd 12 augustus 2025. https://doi.org/10.1038/s41377-025-01916-9
2. Zhan, Z., ElKabbash, M., Cheng, J., Zhang, J., Singh, S., & Guo, C. Zeer drijvende superhydrofobe metalen assemblage voor aquatische toepassingen. ACS Applied Materials & Interfaces, 11(51), 48512–48517, gepubliceerd 26 december 2019. https://doi.org/10.1021/acsami.9b15540
3. Jalil, S.A., Lai, B., ElKabbash, M., et al. Spectrale absorptie‑controle van met femtoseconde‑laser behandelde metalen en toepassing in zonne‑thermische apparaten. Light: Science & Applications, 9, 14, gepubliceerd 4 februari 2020. https://doi.org/10.1038/s41377-020-0242-y