Energi
Nattens solenergi – Hvordan termoradiative dioder snart kan eliminere behovet for batterier
Legg til Securities.io blant dine foretrukne kilder på Google
En av de mest rikelige og naturlige energikildene vi har er solenergi. Hver dag står solen opp og skinner sitt lys på oss, og gir oss varme og elektrisitet.
Selv isolerte, avsidesliggende og landlige områder kan dra nytte av denne energikilden, ettersom de fleste områder på planeten får sollys i en viss grad. Det er ikke engang nødvendig med store mengder av denne uuttømmelige energikilden; mindre enn 10 % av solenergien er nok til å hjelpe oss med å dekke verdens energibehov.
Som en fornybar energikilde produserer den ingen skadelige klimagassutslipp, samtidig som den er godt egnet for strømnettet og batterier.
Bruken av sollys er ikke helt ny. Mennesker brukte sollys allerede på 700‑tallet f.Kr. til å tenne bål ved å reflektere solstrålene på blanke gjenstander.
Imidlertid har teknologiske fremskritt gjort innfangning av sollys for å generere elektrisitet og deretter lagre den for senere bruk svært effektivt.
Solteknologier fanger opp elektromagnetisk stråling, som er lyset som solen sender ut, og omdanner det til nyttige energiformer. De to viktigste typene solenergi‑teknologier er fotovoltaikk (PV), som brukes i solcellepaneler, og konsentrert soltermisk kraft (CSP).
Solcellepaneler er for tiden den mest populære måten å produsere elektrisitet fra solenergi på. PV‑panelene har en brukbar levetid på 20–25 år, og krever minimalt vedlikehold etter installasjon, bortsett fra periodisk rengjøring.
Vanligvis laget av et halvledermateriale som silisium, frigjør materialet elektroner og produserer en elektrisk ladning når det eksponeres for solens fotoner. Denne ladningen genererer en elektrisk strøm som fanges opp av solpanelene, og deretter konverterer en inverter den til vekselstrøm (AC) som brukes til å drive enhetene dine.
Den fotovoltaiske (PV) effekten ble faktisk oppdaget for flere tiår siden i 1839 da den franske fysikeren Edmond Becquerel eksperimenterte med en celle laget av metall‑elektroder i en ledende løsning, og oppdaget at cellen genererte mer elektrisitet når den ble eksponert for lys.
Deretter, i 1954, ble PV‑teknologien født med utviklingen av silisium‑PV‑cellen, som kunne absorbere og omdanne solens energi til kraft for å drive hverdagslig elektrisk utstyr.
I dag er solenergisystemer integrert ikke bare i hjem og bedrifter, men har blitt en viktig del av blandingen av fornybare energikilder for å sikre strømforsyning.
Solenergi har faktisk potensial til å redusere elektrisitetsforbruket betydelig, generere reservekraft ved å kombinere den med lagring, bidra til et robust strømnett, fungere både i liten og stor skala med lik effektivitet, samt skape arbeidsplasser og stimulere økonomisk vekst.
Når det gjelder kostnader, finnes det i tillegg til de åpenbare maskinvarekostnadene også såkalte myke kostnader som tillatelser, finansiering og installasjon av solenergi, samt andre driftsutgifter for slike selskaper, som påvirker prisen på solenergi.
Selv om solenergi har enorme fordeler, er utfordringen fortsatt knyttet til intermittens. Mengden tilgjengelig sollys varierer jo etter tid, sted og årstid.
For eksempel genererer fotovoltaikk energi hovedsakelig midt på dagen når solen er på sitt sterkeste. Mens mer effektive og pålitelige lagringssystemer har gjort det mulig å bruke denne energikilden gjennom hele dagen, selv når solen har gått ned eller det er overskyet, ser forskere nå etter bedre alternativer.
I 2022 gjorde forskere fra University of New South Wales (UNSW) et stort gjennombrudd på dette området, som gjorde dem i stand til å produsere elektrisitet fra solenergi selv om natten. Denne teknologien blir nå tatt med ut i rommet.
Solar Power at Night
Så, for to år siden, i mai, gjorde et UNSW‑team dette store gjennombruddet innen fornybar energiteknologi ved å produsere elektrisitet fra solenergi om natten.
Forskerteamet fra School of Photovoltaic and Renewable Energy Engineering (SPREE) produserte elektrisitet fra varmen som jorden avgir som infrarødt lys (IL), på samme måte som den kjøler seg ned om natten ved å stråle ut i verdensrommet.
For dette laget teamet en halvlederkomponent kalt en termoradiativ diode. En diode er en halvlederkomponent som tillater strøm å flyte i én retning mens den begrenser den i den andre. De konverterer vekselstrøm (AC) til pulserende likestrøm (DC).
En termoradiativ diode (TRD) produserer derimot elektrisitet ved å sende ut IL. Den kan generere kraft fra enhver varm overflate og har dermed evnen til å levere solenergi om natten. Termoradiativdioden som teamet utviklet, var laget av materialer som brukes i nattkikkertsko (NV) for å generere elektrisitet fra det utsendte infrarøde lyset.
Når det gjelder effektkapasiteten, var den svært liten, 100 000 ganger mindre enn det som leveres av et solcellepanel. Til tross for dette mente forskerne at resultatet kunne forbedres i fremtiden. Ifølge teamleder, førsteamanuensis Ned Ekins‑Daukes:
Vi har gjort en entydig demonstrasjon av elektrisk kraft fra en termoradiativ diode.
Han forklarte hvordan vi ved hjelp av termiske bildkameraer kan se mengden stråling om natten. Dette er imidlertid kun i infrarødt (elektromagnetisk stråling med bølgelengder mellom 760 nm og 100 000 nm) og ikke i det synlige spekteret (som er mellom 380 og 780 nanometer). Så laget teamet en enhet som «kan generere elektrisk kraft fra utslipp av infrarød termisk stråling».
Til syvende og sist utnytter prosessen fortsatt solenergi, sa professor Ekins‑Daukes. I løpet av dagen treffer sollyset planeten vår og varmer den opp. Den samme energien stråler tilbake inn i det enorme, kalde verdensrommet om natten i form av infrarødt lys. Konseptet med en radiativ diode utnytter denne prosessen, som teamet har bevist kan generere elektrisitet.
Når det er en energiflyt, kan vi konvertere den mellom ulike former.
– Teamleder professor Ekins‑Daukes
Slik vi utviklet den kunstige prosessen med fotovoltaikk for direkte omdannelse av sollys til elektrisitet, har den termoradiative prosessen på lignende måte omdirigert energien som flyter i infrarødt fra en varm jord inn i det kalde universet.
På samme måte som en solcelle kan produsere elektrisitet ved å absorbere sollys, produserer den termoradiative dioden elektrisitet ved å sende ut infrarødt lys til et kaldere miljø.
I begge tilfeller er temperaturforskjellen det som gjør at vi kan generere elektrisitet.
– Medforfatter av artikkelen, Dr. Phoebe Pearce
Det som tidligere var en teoretisk prosess, ble praktisk gjennomført av teamet for å bekrefte at spesialiserte og langt mer effektive enheter kan lages i fremtiden for å fange energien i mye større skala.
Prof. Ekins‑Daukes sammenlignet den nye forskningen med Bell Labs’ ingeniører da de viste den første praktiske silisiumsolcellen, som bare var omtrent 2 % effektiv. Vi har kommet langt siden den gang, og kan nå konvertere omtrent 23 % av solens lys til elektrisitet.
Ifølge medforfatter Dr. Michael Nielsen:
Selv om kommersialiseringen av disse teknologiene fortsatt er langt fremover, er det en svært spennende posisjon som forsker å være i begynnelsen av en utviklende idé.
Ifølge forskerne kan denne nye teknologien finne mange fremtidige anvendelser, inkludert å drive bioniske enheter som kunstige hjerter som i dag bruker batterier som må byttes regelmessig. Så deres nye teknologi kan potensielt fjerne behovet for batterier i visse enheter eller bidra til å lade dem.
Foreløpig har den radiative dioden kun kunnet generere «relativt svært lav effekt». Det har vært en utfordring å oppdage kraften, og det gjenstår omtrent et tiår med universitetsforskning før industrien tar den i bruk. Men i teorien er det mulig for teknologien å «til slutt produsere omtrent en tiendedel av kraften til en solcelle.»
Etter den «entydige demonstrasjonen av elektrisk kraft» begynte teamet å arbeide med et nytt materiale som er lettere å produsere, og dermed lettere å skalere.
Samtidig jobber teamet med å anvende teknologien på romfartøy som satellitter. Solenergidrevne satellitter er ikke noe nytt; de ble faktisk først demonstrert i 1958.
Drevet av solceller er disse romfartøyene avhengige av batterier under formørkelsesforhold. Så nå anvender UNSW‑forskerne teknologien for å generere kraft til satellitter mens de går i bane i mørket.
Teknologien, som først ble brukt i verdensrommet, har nå blitt brukt til å produsere enorme mengder elektrisitet fra solenergi til våre hjem, og på lignende måte har Prof. Ekins‑Daukes til hensikt «å sende den radiative dioden ut i verdensrommet innen de neste to årene.»
Klikk her for å lære hvorfor økt bruk av solenergi markerer starten på solalderen.
The Shift to Clean & Abundant Solar Power
Siden solpaneler trenger sollys for å generere kraft og dermed ikke kan fungere om natten, har mye forskning og utvikling arbeidet med å finne løsninger på dette problemet.
En av måtene dette har blitt håndtert på er batterilagring, som brukes til å lagre overskuddsenergi. Denne lagrede energien kan deretter brukes når som helst, om natten og på overskyede dager. Produkter som Tesla (TSLA ) Powerwall eller Generac PWRcell tilbyr et alternativ til dette. Disse batteribankene fungerer som strømforsyninger utenfor nettet under strømbrudd.
En annen metode er nettmåling. Her gir tilgang til et solkjøpsprogram deg muligheten til å bruke det lokale strømnettet som ditt batteri. For å få kreditt på strømregningen må du sende overskuddsenergien som solpanelene dine produserer på dagen tilbake til nettet. De opptjente kredittene vil bli brukt på strømregningen for å dekke ditt strømforbruk om natten.
Forskere har til og med laget solpaneler som henter elektrisitet fra nattehimmelen. For eksempel fungerer anti‑solceller i motsatt retning av solpaneler om dagen. Videre finnes det friksjonsdrevne paneler som omdanner bevegelse til energi og utnytter strålingen fra varme overflater.
Nylig designet forskere ved Stanford University en ny type solpanel som produserer elektrisitet om natten. For dette integrerte de en termoelektrisk generator i de konvensjonelle solceller. Ikke bare kan den tilby kontinuerlig kraftproduksjon, men den forbedrer også effektiviteten i løpet av dagen.
Deretter er det det californiske oppstartsselskapet Reflect Orbital, som har delt sin plan om å selge sollys om natten. For å oppnå dette planlegger de å bruke en konstellasjon av satellitter utstyrt med mylar‑speil, som vil gå i bane 370 miles over overflaten. De vil reflektere sollys på solpaneler på jordens overflate.
Vi tror sollys er den nye oljen, og rommet er klart til å støtte energiinfrastruktur.
– Reflect Orbital medgründer Ben Nowack på X (tidligere Twitter)
Hvis vi ser på tallene, er solenergi definitivt ledende blant rene energikilder. 2023 var faktisk et rekordår for denne energikilden da verden satte i drift 447 GW ny solkapasitet, hele 78 % av all ny fornybar kapasitet. Med en økning på 87 % fra året før, registrerte det globale solmarkedet en vekstrate som ikke har blitt sett siden 2010.
Mesteparten av denne veksten ble drevet av Kina, som er verdens største solmarked. De la til 253 GW ny sol‑PV‑kapasitet, en økning på 167 %, og stod for 57 % av den globale installerte kapasiteten i fjor.
Denne «uforutsette veksten» i total solenergi, ifølge Global Market Outlook for Solar Power 2024-2028, skyldtes et massivt prisfall på omtrent 50 % for moduler. Nedgangen skyldes en betydelig økning i global PV‑produksjonskapasitet som førte til overkapasitet.
I tillegg til at bestillinger fra tidligere år endelig ble installert i 2023, har enkeltpersoner, bedrifter og myndigheter vendt seg mot solenergi som en pålitelig og kostnadseffektiv løsning på høye energipriser.
Med økt produkt tilgjengelighet, kostnadsforbedringer og de mange fordelene teknologien gir, forutser rapporten «betydelig etterspørselsvekst for sol‑PV‑kraft i de kommende årene.»
Companies Advancing the Solar Energy Sector
La oss nå se på noen fremtredende navn som har tatt alternative veier for å generere energi.
Clearway Energy (CWEN ) (CWEN ) er et slikt selskap som driver vindparker og solkraftverk for å levere ren, fornybar energi, mens Ormat Technologies (ORA ) fokuserer på geotermisk kraftproduksjon. Heliogen er enda et navn i dette feltet, og bruker AI og avansert speilteknologi for å konsentrere sollys og generere elektrisitet. Enphase Energy (ENPH ) og Piedmont Lithium (ELVR ) leder samtidig energilagringssektoren.
#1. Bloom Energy
Dette selskapet bruker solid‑oksid brenselcelle‑teknologi for å generere pålitelig og effektiv elektrisitet. Ved å bruke sine energiservere for lokal produksjon, gir Bloom Energy (BE ) et renere alternativ til tradisjonell kraftproduksjon og reduserer avhengigheten av nettet.
BE Prisdiagram
På tidspunktet for skrivingen handles BE‑aksjene til $10,80, ned 26,82 % år‑til‑dato, med en markedsverdi på $2,465 milliarder. Bloom Energy har en EPS (TTM) på -1,30 og en P/E (TTM) på -8,31. For Q2 2024 rapporterte selskapet omtrent $335,8 millioner i inntekter, en økning på 11,5 % år‑over‑år. Bruttomarginen for kvartalet var 20,4 %, mens driftsunderskuddet var $23,1 millioner. Bloom Energy utstedte også 3 % konvertible grønne obligasjoner i den perioden for å styrke balansen.
I tillegg har selskapet inngått partnerskap med AI‑leder CoreWeave for å drive Chirisa Technology Parks‑eide høyytelses‑datasentre. Bloom‑brenselceller vil også forsyne Silicon Valley Power sine 20 MW AWS‑datasentre. Ifølge Blooms administrerende direktør KR sridhar:
Det er nå allment forstått at etterspørselen etter elektrisitet forventes å langt overstige den tilgjengelige forsyningen gjennom nettet. Dette gir Bloom en enorm mulighet. Vi ser høye nivåer av kommersiell interesse for våre produkter og løsninger. Vi fortsetter å levere godt, videreutvikle vår teknologi og bygge ut teamet vårt for fremtidig vekst.
#2. NextEra Energy
Med fokus på sol, vind og batterilagring har NextEra blitt en av de største produsentene av fornybar energi. Selskapets aksjer handles for tiden til $83,85, opp 38,05 % år‑til‑dato, med en markedsverdi på $172,27 milliarder. EPS (TTM) er 3,67 og P/E (TTM) er 22,85.
NEE Prisdiagram
Conclusion
Solen er en uuttømmelig energikilde, og når den kombineres med effektive og avanserte teknologier, gir den stort potensial til å møte den raskt økende globale energietterspørselen og takle klimaendringene.
Som den ledende aktøren i den pågående globale overgangen til ren energi har solindustrien sett store investeringer, som i fjor oversteg alle andre kraftgenereringsteknologier samlet, samt utvikling. Alt dette har ført til mange gjennombrudd innen solteknologi, som solceller som følger solen, trykkbare solceller, fotovoltaiske vinduer, og selvfølgelig solenergi om natten, som kan bidra til å drive solenergi mot å bli den langsiktige energiløsningen for fremtidige generasjoner.
Klikk her for en liste over de beste solaksjene å investere i.
