Neste generasjons termoelektriske enheter gir 15‑ganger økt solenergi

Ettersom fornybar energi kommer fra naturlige ressurser og fornyes, kan den bidra til å redusere vår avhengighet av fossile brensler, takle klimaendringer og dekke vårt behov for en bærekraftig energifremtid.

Disse rikelige, naturlig fornybare energikildene med minimale utslipp inkluderer sollys, vind, vann, biomasse og geotermisk varme.

Blant disse er solenergi den primære kilden til fornybar energi. Med solen som en uendelig kraftkilde er solenergi uttømmelig, og gjør den til den mest tilgjengelige fornybare energikilden.

I 2024 nådde global solenergi et rekordhøyt nivå, med installasjoner som overgikk 600 GW, en økning på 33 % fra året før, og utgjorde 81 % av all ny fornybar energikapasitet verden over. Som et resultat sto solenergi for omtrent 7 % av den globale elektrisitetsforsyningen, nesten en dobling av sin andel i elektrisitetsmiksen på bare tre år.

Det internasjonale energibyrået (IEA) forventer faktisk at solcellepaneler (PV) vil bli den største fornybare energikilden innen 2029, takket være støttende reguleringspolitikk og den kraftige kostnadsnedgangen for elektrisitet generert fra solcellepaneler.

En PV‑celle eller en solcelle er en enhet som direkte omdanner sollys til elektrisk kraft. Noen celler kan til og med omdanne kunstig lys til strøm. De er imidlertid ikke uten problemer. En av de viktigste begrensningene for en PV‑celle er dens temperatur, som påvirker konverteringseffektiviteten betydelig.

Dette er hvor en annen mye brukt teknologi, soltermisk (TE), kommer inn i bildet. 

Gå utover solcellepaneler til soltermolektriske generatorer (STEGs)

En termoelektrisk generator (TEG) kan takle utfordringen med konverteringseffektivitet i PV‑celler ved å omdanne bortkastet varme til elektrisk energi.

TEG‑er er kjent for høy pålitelighet, lang levetid og fravær av mekaniske bevegelige deler, noe som gjør dem til et levedyktig og lovende alternativ for integrering med PV‑celler i høytemperaturapplikasjoner.

Også kalt en Seebeck‑generator, er en termoelektrisk generator (TEG) en enhet som direkte omdanner varme til elektrisitet gjennom Seebeck‑effekten.

I denne effekten genererer en temperaturforskjell mellom to ulike ledere eller halvledere spenning, forårsaket av bevegelsen av ladningsbærere. 

Når varme påføres en av lederne eller halvlederne, beveger elektroner seg mot den kaldere enden og skaper en potensialforskjell. Hvis den er koblet gjennom en krets, flyter likestrømmen gjennom den.

Så, basert på Seebeck‑effekten, genererer TE‑materialer en spenning når de utsettes for en temperaturforskjell over sine ender. Når de plasseres mellom en solabsorberer og en varmespreder for å etablere en temperaturforskjell og generere kraft, blir de referert til som soltermolektriske generatorer (STEGs).

Den termisk‑til‑elektriske konverteringseffektiviteten for disse STEG‑ene bestemmes av TE‑materialets dimensjonsløse ytelsesfaktor (ZT) og temperaturforskjellen mellom den varme og den kalde siden av enheten.

Som et resultat har solabsorberere for STEG‑er et mye bredere absorpsjonsbånd, slik at fotonenergien fra hele solspektrummet kan utnyttes, i motsetning til sol‑PV‑er som kun kan bruke et smalt bånd av sollys nær halvlederens båndgap. Imidlertid er deres termoelektriske effektivitet svært lav.

Ifølge den nyeste forskningen er ZT‑verdien for TE‑materialer fortsatt rundt én, selv etter tiår med omfattende forskning. ZT er en viktig måleparameter for å evaluere ytelsen til termoelektriske materialer, der en høyere ZT‑verdi indikerer et mer effektivt termoelektrisk materiale for å generere strøm fra en gitt temperaturforskjell.

Mangelen på høy‑effektive termoelektriske (TE) materialer og kompakte kjøleribber for varmespredning er det som begrenser kommersiell adopsjon av STEG‑er.

For å løse disse problemene har et forskerteam utviklet en strategi som kan øke kraftproduksjonen i STEG‑er med 15 ganger, samtidig som vekten kun økes med 25 %.

STEG‑effektivitetsutfordringer: Behovet for bedre absorberere & varmespreder

Globale energibehov øker raskt, drevet av befolknings- og økonomisk vekst. 

Ifølge IEA økte den globale etterspørselen etter elektrisitet med 4,3 % i 2024, et stort sprang fra økningen på 2,3 % i 2023.

Så, fremover vil verden trenge en stadig økende energiforsyning, men viktigere, ren energi for å bekjempe klimaendringer, redusere klimagassutslipp (GHG) og oppnå energiuavhengighet.

I denne jakten på bærekraftig ren energi har forskere vendt seg mot soltermolektriske generatorer (STEGs) som en lovende kilde til solenergi, siden de kan utnytte ikke bare sollys, men også andre former for termisk energi.

Foreløpig konverterer de fleste STEG‑er mindre enn 1 % av sollyset til elektrisitet, mens boligsolcelleanlegg kan oppnå en konverteringseffektivitet på 15 % til 20 %.

Så, for virkelig å utnytte disse enhetene, må vi først overvinne deres effektivitetbegrensninger. 

Det vi trenger er nye metoder for å forbedre STEG‑kraftproduksjon. Soltermolektriske generatorer produserer mer kraft ved høyere temperaturforskjeller, og dette kan oppnås ved å maksimere solenergiabsorpsjon og minimere varmetap på den varme siden, samtidig som varmen effektivt spres på den kalde siden.

Videre kan STEG‑er vise seg verdifulle for å drive bærbare elektroniske enheter, medisinske sensorer, trådløse sensornettverk og avioniske enheter.

Imidlertid krever disse høy‑effekt‑tetthetsapplikasjonene lette selektive solabsorberere (SSAs) for den varme siden og varmespreder for den kalde siden. For å utnytte maksimal solenergi må absorbereren (SSA) ha høy optisk absorpsjon i solens spektralområde (300–2500 nm) samtidig som den opprettholder lav emisjon i IR (2,5–20 μm) for å minimere strålingstap. 

Den optiske ytelsen til absorbererne kan optimaliseres gjennom strukturell design og materialvalg.

Dette inkluderer plasmoniske absorberere, dobbelte keramiske lag‑absorberere, flerlagfilm‑absorberere og fotoniske krystall‑absorberere. Til tross for alle disse fremskrittene krever de fleste absorberere komplekst utstyr og tidkrevende fremstillingsprosesser, noe som begrenser deres skalerbarhet til en rimelig pris.

I tillegg krever økt utgangseffekt for STEG ofte store og komplekse kjølesystemer for å senke den kalde sidens temperatur og øke temperaturforskjellen, noe som utgjør en ytterligere utfordring.

Sveip for å bla →

Svart metall‑teknologi og femtosekundlaser: En banebrytende strategi

For å overvinne STEG‑problemene har forskerne fra University of Rochester’s Institute of Optics utviklet en spektral‑ingeniør‑ og termisk‑styringsstrategi som reduserte vekt og økte kraftproduksjonen.

Nye teknikker for å lage denne kraftigere STEG‑enheten er beskrevet i en studie¹ publisert i Light: Science and Applications.

«I flere tiår har forskningsmiljøet fokusert på å forbedre halvledermaterialene som brukes i STEG‑er, og har oppnådd beskjedne gevinster i den samlede effektiviteten.»

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

Han la til:

«I denne studien berører vi ikke engang halvledermaterialene – i stedet fokuserte vi på den varme og den kalde siden av enheten. Ved å kombinere bedre solenergiabsorpsjon og varmelagring på den varme siden med bedre varmespredning på den kalde siden, oppnådde vi en forbløffende forbedring i effektiviteten.»

Nøkkelen her var den spesielle svarte metall‑teknologien. Tilbake i 2020 viste det samme teamet at ved å bruke en femtosekund (fs) laser, som skapte usynkelige metallstrukturer² noen måneder før, kunne de også utvikle svært effektive solkraftgeneratorer³.

Den gangen gjorde de den skinnende, svært reflekterende overflaten av et metall helt svart, og kalte det svart metall‑teknologi. Med femtosekundlaser‑pulser kan de gjøre nesten ethvert metall helt svart.

Teamet eksperimenterte med kobber, stål, aluminium og wolfram. Etter behandling med nanoskalastrukturer fant de at wolfram hadde den høyeste solabsorpsjonseffektiviteten. De klarte å øke termoelektrisk produksjonseffektivitet med 130 % sammenlignet med ubehandlet wolfram, som vanligvis brukes som termisk solabsorberer.

Så, med dette som grunnlag, forvandlet forskerne denne gangen vanlig wolfram (W) på den varme siden til en absorber (W-SSA) ved hjelp av fs‑laserbehandlingsteknikken.

Wolframen ble forvandlet til ‘svart metall’ ved å gjøre overflaten helt svart, noe som gjorde den svært effektiv i selektiv absorpsjon av lys i solbølgelengdene samtidig som den reduserte varmespredning ved andre bølgelengder.

Dette ble oppnådd gjennom ultrarask og presis etsning ved bruk av kraftige fs‑laserpulser, som skapte nanoskalastrukturer på metalloverflaten. Så, i stedet for å endre selve halvledermaterialene, forbedret teamet hvordan den varme siden absorberer sollys og beholder varmen.

Et drivhuskammer for selektive wolfram‑solabsorberere (W-SSA) har også blitt laget for å redusere konvektivt tap.

For å lage et lite drivhus, som på en gård, ble det svarte metallet dekket med et plaststykke. «Du kan minimere konveksjon og ledning for å fange mer varme, og øke temperaturen på den varme siden», sa Guo. Teamet klarte å redusere varmetapet med over 40 %.

Samtidig, på den kalde siden, ble samme laserteknikk brukt til å forvandle vanlig aluminium (Al) til en megakapasitets‑varmespreder med små strukturer. Dette skapte en kjøleribbe som forbedrer varmespredning gjennom både stråling og konveksjon. 

Kjøleytelsen til den behandlede aluminiumen var dobbelt så god som en vanlig Al‑varmespreder.

I alt dette, som vi har sett, spilte fs‑laserbehandlingsteknikken en nøkkelrolle. Merk at denne teknikken kun krever ett trinn og er skalerbar. Denne enkle subtraktive teknikken kan også brukes på en rekke materialer med kompleks geometri, som polymer, glass, dielektrika, halvledere og metaller.

Som en ren fysisk tilnærming er den også mer miljøvennlig enn andre metoder. 

Femtosekund‑laseren (en kvadrilliondel av et sekund) produserte en rekke mikrostrukturer på aluminium og nanostrukturer på wolfram.

Deretter, ved å optimalisere størrelse og tetthet av disse strukturene, klarte forskerne å øke solabsorpsjonen av W samtidig som de minimerte IR‑emisjonen på den varme siden. De oppnådde over 80 % absorpsjonseffektivitet ved høye temperaturer.

På den kalde siden økte de IR‑emisjonen over hele sortlegeme‑strålingsspekteret for aluminium og dens overflateareal for varmespredning. Dette forbedret sol‑til‑termisk konverteringseffektivitet betydelig.

Teamet demonstrerte hvordan deres soltermolektriske generator (STEG) kan brukes til å drive LED‑er langt mer effektivt enn eksisterende metoder.

Teknologien, bemerket Gao, kan også brukes til å drive mikroelektroniske enheter som bærbare enheter, smarte enheter og autonome sensorer for tingenes internett (IoT). Videre kan den fungere som et off‑grid fornybart energisystem i avsidesliggende og landlige områder.

Som studien påpeker, kan STEG‑er også brukes i kombinasjon med avanserte solenergienheter, som spektral‑splittende hybrid PV‑TE‑systemer og rimelige fargesensitiviserte solceller (DSC), som kan generere kraft under lavlysforhold, og dermed forbedre energiproduksjonen for kraftkrevende applikasjoner.

Investere i solenergi

I fornybar energisektor skiller Nextracker Inc. (NXT ) seg ut som et høy‑vekst selskap.

Med en markedsverdi på 10 milliarder dollar handles NXT‑aksjene for tiden til 67,59 $, opp 85 % så langt i år. Bare forrige uke nådde selskapets aksjer en ny topp på rundt 69 $. Med dette er EPS (TTM) 3,67, og P/E (TTM) 18,42. Det er imidlertid ingen utbytteavkastning.

Nextracker Inc. (NXT )

Nextracker er en leverandør av solteknologiplattform som tilbyr elektriske løsninger, integrerte sporingssystemer, samt avkastningsoptimalisering og kontrollsystemer. Selskapets avanserte teknologi gjør at solkraftverk kan følge solens bevegelse over himmelen og optimalisere ytelsen.

Produktene og tjenestene deres inkluderer NX Foundation, NX Horizon, NX Navigator, NX Global, PowerworX, TrueCapture, og Services Electrical Balance of System (eBOS).

Denne måneden publiserte sin bærekraftsrapport, hvor de rapporterte en Total Recordable Incident Rate (TRIR) på 0,61, som overgår USAs sikkerhetsmål på 1,2.

Nextracker introduserte NX Foundation Solutions for å forbedre solinstallasjoner på alle jordtyper. NX Horizon lav‑karbon sporingssystemer (LCT) er også lansert for å redusere karbonutslipp (sporingsrelatert) med opptil 35 %.

Når det gjelder klimagassutslipp og ressurs­effektivitet, har selskapet forpliktet seg til å sette mål i tråd med det globalt anerkjente rammeverket (SBTi), publisert sin første Task Force Climate Financial Disclosure (TCFD)‑indeks, oppnådd tredjepartsbekreftelse for sine Scope 1‑ og Scope 2‑GHG‑utslippsdata, og oppnådd ISO 14001:2015‑sertifisering for miljøstyringssystem i USA.

ISO 9001‑sertifisering ble også oppnådd for kvalitetsstyring på tvers av operasjoner i USA, India og Brasil.

Midt i dette ble Nextracker nylig valgt av et av de største fornybare energiselskapene i den søramerikanske nasjonen. Casa dos Ventos valgte dem til å levere 1,5 GW av sine solsporingssystemer for fire nye prosjekter i Brasil. Disse inkluderer sol- og sol‑og‑vind‑hybridprosjekter.

«Å sikre en flerprosjektforpliktelse fra en fornybar energiledende aktør som Casa dos Ventos reflekterer den økende betydningen av pålitelige partnerskap når det gjelder ytelse og langsiktig pålitelighet i dagens solindustri.»

– Alejo Lopez, visepresident, Nextracker Latin America

Nextracker har også samarbeidet med UC Berkeley for å etablere et nytt forskningssenter (CAL‑NEXT Center for Solar Energy Research) for å fremme solkraftverksteknologi og støtte fremtidige energibehov. Selskapet bidro med 6,5 millioner dollar til initiativet.

Når det gjelder selskapets økonomi, rapporterte det sent i forrige måned første kvartal av regnskapsåret 2026, som avsluttet 27. juni 2025. I denne perioden registrerte det 864 millioner dollar i inntekter, opp 20 % år‑over‑år.

GAAP bruttofortjeneste økte med 19 % år‑over‑år til 282 millioner dollar, mens GAAP driftsinntekt steg med 16 % til 186 millioner dollar. Justert bruttofortjeneste var opp 18 % til 285 millioner dollar, og justert EBITDA opp 23 % til 215 millioner dollar. Nextrackers totale ordrebeholdning for denne perioden var over 4,75 milliarder dollar.

Den rapporterte også en operativ kontantstrøm på 81 millioner dollar og 743 millioner dollar i kontanter ved kvartalets slutt, uten gjeld. I løpet av dette kvartalet investerte selskapet 86,8 millioner dollar i strategiske oppkjøp for å støtte nye vekstinitiativer.

«Nextracker leverte nok et sterkt kvartal på tvers av alle nøkkel‑finansielle måltall og så fortsatt markedsandels‑momentum.»

– Grunnlegger og administrerende direktør Dan Shugar

Bare forrige måned kunngjorde Nextracker lanseringen av sitt AI‑ og robotikk‑forretningsinitiativ. «Å skalere solenergi for å møte global energietterspørsel krever et nytt nivå av autonomi i hvordan vi bygger og driver kraftverk», sa den nyutnevnte sjefen for AI og robotikk, Dr. Francesco Borrelli.

Dette kommer etter investeringer på over 40 millioner dollar i oppkjøp for å forbedre utrulling av solkraftverk, pålitelighet og langsiktig avkastning. Dette inkluderer OnSight Technology for autonome undersøkelses‑ og brannvarslingssystemer, SenseHawk IP for å lage høyoppløselige 3D‑as‑built‑kart av solprosjekter, og Amir Robotics for å redusere avkastningstap knyttet til jord.

Ifølge Shugar:

«Med millioner av sensorer og kontrollnoder allerede distribuert over omtrent 100 GW av driftsystemer i 40 land, har Nextracker en unik mulighet til å utnytte AI og robotikk i stor skala.»

Siste nyheter og utviklinger for Nextracker Inc. (NXT) aksjen

Konklusjon

Solenergi er en av de mest lovende og reneste måtene å forsyne verden med kraft på. Allerede nå øker adopsjonen av sol‑PV i raskt tempo, men naturligvis vil ikke veien til fornybar energi være avhengig av kun én teknologi.

Hybrid‑systemer som kombinerer fotovoltaikk, termoelektrikk og avanserte nanomaterialer vil være nøkkelen til fremtiden for solkraft.

Mens materialineffektivitet tidligere begrenset soltermolektrisk teknologi, bryter den nå barrierer gjennom nye termiske styrings‑ og nanostruktureringsmetoder. Det siste gjennombruddet i STEG‑er viser at innovasjon på material‑ og strukturnivå, ikke bare halvlederytelse, kan låse opp imponerende effektivitetsgevinster og bidra til å møte økende energibehov.

Klikk her for en liste over de beste fornybare energiaksjene.

Referanser:

1. Xu, T., Wei, R., Singh, S.C., et al. 15‑doblet økning i ytelsen til soltermolektrisk generator gjennom femtosekundlaser‑spektral engineering og termisk styring. Light: Science & Applications, 14, 268, publisert 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. Høyt flytende superhydrofob metallisk samling for vannapplikasjoner. ACS Applied Materials & Interfaces, 11(51), 48512–48517, publisert 26. desember 2019. https://doi.org/10.1021/acsami.9b15540
3. Jalil, S.A., Lai, B., ElKabbash, M., et al. Spektral absorpsjonskontroll av femtosekundlaser‑behandlede metaller og anvendelse i sol‑termiske enheter. Light: Science & Applications, 9, 14, publisert 4. februar 2020. https://doi.org/10.1038/s41377-020-0242-y