Solar sa Gabi – Paano Maaaring Maalis ng Thermoradiative Diodes ang Pangangailangan sa mga Baterya

Isa sa pinaka-agan at natural na pinagkukunan ng enerhiya na meron tayo ay ang solar power. Araw-araw, sumisikat ang araw at nagbubuga ng liwanag sa atin, na nagbibigay ng init at kuryente.

Kahit ang mga liblib, malalayong, at kanayunan ay maaaring makinabang sa pinagkukunan ng enerhiyang ito, dahil karamihan sa mga lugar sa planeta ay tumatanggap ng sikat ng araw kahit papaano. Hindi kailangan ng napakaraming enerhiya mula sa hindi mauubos na pinagmumulan na ito; mas mababa sa 10% ng solar energy ay sapat na upang matulungan tayong matugunan ang pandaigdigang pangangailangan sa enerhiya.

Bilang isang renewable na pinagkukunan ng enerhiya, hindi ito nagdudulot ng mapanganib na greenhouse gas emissions habang angkop ito sa grid ng kuryente at mga baterya.

Ang paggamit ng sikat ng araw ay hindi bago. Ginagamit na ng mga tao ang sikat ng araw noong ika-7 siglo BC upang magpasiklab ng apoy sa pamamagitan ng pagninilay ng mga sinag ng araw sa makinang na bagay.

Gayunpaman, ang mga pag-unlad sa teknolohiya ay nagpadali ng pagkuha ng sikat ng araw upang lumikha ng kuryente at pagkatapos ay itago ito para magamit sa hinaharap nang napakaepektibo.

Ang mga teknolohiyang solar ay sumasalo ng electromagnetic radiation, na siyang liwanag na inilalabas ng araw, at ginagawang kapaki-pakinabang na anyo ng enerhiya. Dalawang pangunahing uri ng teknolohiyang solar ang photovoltaics (PV), na ginagamit sa mga solar panel, at concentrating solar-thermal power (CSP).

Sa kasalukuyan, ang mga solar panel ang pinakapopular na paraan ng paglikha ng kuryente mula sa solar energy. Ang mga PV panel ay may kapaki-pakinabang na buhay na 20-25 taon, at kaunti lamang ang kinakailangang maintenance matapos itong mai-install, bukod sa paminsang paglilinis.

Karaniwang gawa sa semiconductor material tulad ng silicon, kapag na-expose ang materyal sa mga photon ng sikat ng araw, naglalabas ito ng mga electron at lumilikha ng electric charge. Ang charge na ito ay nagbubuo ng electric current, na kinukuha ng mga solar panel at pagkatapos ay kinokonvert ng inverter sa alternating current (AC), na ginagamit upang paganahin ang iyong mga aparato.

Ang photovoltaic (PV) effect ay talagang natuklasan ilang dekada na ang nakalilipas noong 1839 nang ang French physicist na si Edmond Becquerel ay nag-eksperimento sa isang selula na gawa sa metal electrodes sa isang conducting solution at napansin na ang selula ay gumagawa ng mas maraming kuryente kapag na-expose sa liwanag.

Pagkatapos, noong 1954, isinilang ang PV technology sa pag-develop ng silicon PV cell, na kayang sumipsip at i-convert ang enerhiya ng araw sa kuryente para patakbuhin ang pang-araw-araw na kagamitang elektrikal.

Sa ngayon, ang mga solar energy system ay hindi lamang nakapaloob sa mga tahanan at negosyo kundi naging mahalagang bahagi ng halo ng mga renewable energy source upang magbigay ng suplay ng kuryente.

Ang solar energy ay talagang may potensyal na makabuluhang bawasan ang paggamit ng kuryente, lumikha ng backup power sa pamamagitan ng pagsasama nito sa storage, mag-ambag sa isang matatag na electrical grid, mag-operate sa parehong maliit at malaking sukat nang may katulad na kahusayan, at lumikha ng mga trabaho at pasiglahin ang paglago ng ekonomiya.

Samantala, pagdating sa gastos, bukod sa halatang hardware costs, may mga soft costs din tulad ng permitting, financing, at pag-install ng solar, kasama ang iba pang operational expenses ng mga kumpanyang ito, na nakakaapekto sa presyo ng solar energy.

Bagaman ang solar energy ay may napakalaking benepisyo, nananatili ang hamon sa intermittency. Ang dami ng sikat ng araw na available, sa huli, ay nag-iiba ayon sa oras, lokasyon, at panahon.

Halimbawa, ang photovoltaics ay gumagawa ng enerhiya pangunahing sa gitna ng araw kapag ang araw ay pinakamaliwanag. Habang ang mas epektibo at maaasahang storage systems ay nagbigay-daan sa atin na gamitin ang pinagkukunan ng enerhiyang ito sa buong araw, kahit na lumubog na ang araw o maulap, ang mga mananaliksik ay naghahanap pa ng mas magagandang alternatibo.

Noong 2022, ang mga mananaliksik mula sa The University of New South Wales (UNSW) ay nagkaroon ng malaking breakthrough sa larangang ito, na nagbigay-daan sa kanila na makagawa ng kuryente mula sa solar power kahit sa gabi. Ang teknolohiyang ito ay dinala na ngayon sa kalawakan.

Solar Power sa Gabi

Kaya, dalawang taon na ang nakalipas, noong Mayo, isang koponan ng UNSW ang nagkaroon ng malaking breakthrough sa teknolohiyang renewable energy sa pamamagitan ng paggawa ng kuryente mula sa solar power sa gabi.

Ang koponan ng mga mananaliksik mula sa School of Photovoltaic and Renewable Energy Engineering (SPREE) ay lumikha ng kuryente mula sa init na inilalabas ng Earth bilang infrared light (IL), katulad ng kung paano ito lumalamig sa gabi sa pamamagitan ng pag-radiate patungo sa kalawakan.

Para dito, lumikha ang koponan ng semiconductor device na tinatawag na thermoradiative diode. Ang diode ay isang semiconductor device na nagpapahintulot sa kuryente na dumaloy sa isang direksyon habang hinaharangan ito sa kabilang direksyon. Kinokonvert nila ang alternating current (AC) sa pulsating direct current (DC).

Ang thermoradiative diode (TRD) naman ay gumagawa ng kuryente sa pamamagitan ng paglabas ng IL. Maaari itong lumikha ng power mula sa anumang mainit na ibabaw at dahil dito, may kakayahang magbigay ng solar power sa gabi. Ang thermoradiative diode ng koponan ay ginawa mula sa mga materyales na ginagamit sa night-vision (NV) goggles upang lumikha ng kuryente mula sa inilabas na infrared light.

Tungkol sa kapasidad ng power, napakaliit nito, 100,000 beses na mas mababa kaysa sa ibinibigay ng isang solar panel. Sa kabila nito, naniniwala ang mga mananaliksik na maaaring mapabuti pa ang resulta sa hinaharap. Ayon sa pinuno ng koponan na si Associate Professor Ned Ekins-Daukes:

“Nakagawa kami ng malinaw na demonstrasyon ng electrical power mula sa isang thermoradiative diode.”

Ipinaliwanag niya kung paano sa pamamagitan ng paggamit ng thermal imaging cameras ay makikita natin ang dami ng radiation sa gabi. Gayunpaman, ito ay nasa infrared lamang (electromagnetic radiation na may wavelength mula 760 nm hanggang 100,000 nm) at hindi sa visible wavelength (na nasa pagitan ng 380 at 780 nanometers). Kaya, gumawa ang koponan ng isang device na “makakalikha ng electrical power mula sa paglabas ng infrared thermal radiation.”

Sa huli, ang proseso ay patuloy na humahango ng solar power, sabi ni Professor Ekins-Daukes. Sa araw, tumatama ang sikat ng araw sa ating planeta, pinapainit ito. Ang parehong enerhiya ay nag-radiate pabalik sa malawak, malamig na outer space sa gabi bilang infrared light. Ang konsepto ng radiative diode ay sinasamantala ang prosesong ito, na napatunayan ng koponan na makalikha ng kuryente.

“Kapag may daloy ng enerhiya, maaari natin itong i-convert sa iba’t ibang anyo.”

– Pinuno ng Koponan na si Professor Ekins-Daukes

Habang binuo natin ang artipisyal na proseso ng photovoltaics para sa direktang conversion ng sikat ng araw sa kuryente, gayundin, sa thermo-radiative process, ang enerhiya na dumadaloy sa infrared mula sa mainit na Earth ay naililipat patungo sa malamig na uniberso.

Gayundin, tulad ng kung paano ang isang solar cell ay maaaring lumikha ng kuryente sa pamamagitan ng pagsipsip ng sikat ng araw, ang thermoradiative diode ay lumilikha ng kuryente sa pamamagitan ng paglabas ng infrared light patungo sa mas malamig na kapaligiran.

“Sa parehong kaso, ang pagkakaiba ng temperatura ang nagbigay-daan upang makalikha tayo ng kuryente.”

– Ang co-author ng papel, Dr. Phoebe Pearce

Ang dating teoretikal na proseso ay praktikal na natupad ng koponan upang patunayan na ang mga espesyal na at mas napakaepektibong device ay maaaring gawin sa hinaharap upang makuha ang enerhiya sa mas malaking sukat.

Inihalintulad ni Prof. Ekins-Daukes ang bagong pananaliksik sa mga inhinyero ng Bell Labs noong ipinakita nila ang unang praktikal na silicon solar cell, na may kahusayan na halos 2%. Malayo na ang narating natin mula noon, ngayon ay kaya na nating i-convert ang halos 23% ng liwanag ng araw sa kuryente.

Ayon sa co-author na si Dr. Michael Nielsen:

“Kahit na ang komersyalisasyon ng mga teknolohiyang ito ay nasa malayong hinaharap pa, ang pagiging nasa simula pa lamang ng isang umuunlad na ideya ay napakakapanapanabik na lugar para sa isang mananaliksik.”

Ayon sa mga mananaliksik, ang bagong teknolohiyang ito ay maaaring magkaroon ng maraming aplikasyon sa hinaharap kabilang ang pagpapagana ng mga bionic device tulad ng artificial hearts na kasalukuyang gumagamit ng mga baterya na kailangang palitan nang regular. Kaya, ang kanilang bagong teknolohiya ay maaaring alisin ang pangangailangan ng mga baterya sa ilang mga device o makatulong na i-recharge ang mga ito.

Sa ngayon, ang terminong radiative diode ay nakalikha lamang ng “relatibong napakababang power.” Mahirap itong matukoy, at may halos isang dekada pang pananaliksik sa unibersidad na kailangang gawin bago ito tanggapin ng industriya. Ngunit sa teorya, posible para sa teknolohiya na “sa huli ay makalikha ng halos 1/10 ng power ng isang solar cell.”

Pagkatapos ng ‘malinaw na demonstrasyon ng electrical power,’ nagsimulang magtrabaho ang koponan sa isang bagong materyal na mas madaling gawin, upang mapalaki ang produksyon.

Kasabay nito, ang koponan ay nagtatrabaho sa pag-aaplay ng kanilang teknolohiya sa mga spacecraft tulad ng mga satelayt. Ang mga solar-powered na satelayt ay hindi bago, unang ipinakita ito noong 1958.

Pinapagana ng mga solar cell, ang mga spacecraft na ito ay umaasa sa mga baterya sa panahon ng eclipse. Kaya, ang mga mananaliksik ng UNSW ay ngayon nag-aaplay ng teknolohiya upang lumikha ng power para sa mga satelayt habang umiikot ito sa dilim.

Ang teknolohiyang unang ginamit sa kalawakan ay ngayon ginagamit upang lumikha ng napakalaking dami ng kuryente mula sa solar power para sa ating mga tahanan, at sa katulad na paraan, layunin ni Prof. Ekins-Daukes na “ilipad ang terminong radiative diode sa kalawakan sa loob ng susunod na dalawang taon.”

I-click dito upang malaman kung bakit ang pagtaas ng paggamit ng solar energy ay nagmamarka ng simula ng solar age.

Ang Paglilipat sa Malinis at Saganang Solar Power

Dahil ang mga solar panel ay nangangailangan ng sikat ng araw upang lumikha ng power at dahil dito ay hindi ito gumagana sa gabi, maraming pananaliksik at pag-unlad ang nagsusumikap na humanap ng solusyon sa problemang ito.

Isa sa mga paraan na ito ay ang battery storage, na ginagamit upang itago ang sobrang enerhiya na nalikha. Ang naka-imbak na enerhiya ay maaaring magamit anumang oras, sa gabi at sa maulap na araw. Ang mga tulad ng Tesla (TSLA ) Powerwall o Generac PWRcell ay nag-aalok ng alternatibo dito. Ang mga battery bank na ito ay nagsisilbing off-grid na pinagkukunan ng kuryente sa panahon ng brownout.

Isa pang paraan ay ang net metering. Dito, ang pagkakaroon ng access sa solar buyback program ay nagbibigay-daan sa iyo na gamitin ang lokal na power grid bilang iyong baterya. Upang makakuha ng credit sa bill, kailangan mong ipadala ang sobrang enerhiya na nalikha ng iyong mga solar panel sa araw pabalik sa grid. Ang iyong nakuha na credit ay ilalapat sa iyong power bill upang takpan ang konsumo ng kuryente sa gabi.

Ang mga mananaliksik ay nakalikha pa nga ng mga solar panel na kumukuha ng kuryente mula sa gabing kalangitan. Halimbawa, ang anti-solar cells ay gumagana nang kabaligtaran sa mga solar panel sa araw. Mayroon ding friction-powered panels na nagko-convert ng galaw sa enerhiya at sinasamantala ang power ng radiation mula sa mainit na mga ibabaw.

Kamakailan, ang mga siyentipiko mula sa Stanford University ay nagdisenyo ng bagong uri ng solar panel upang lumikha ng kuryente sa gabi. Para dito, isinama nila ang isang thermoelectric generator sa tradisyonal na sun power solar cells. Hindi lamang ito nagbibigay ng tuloy-tuloy na paglikha ng power, ngunit pinapabuti rin nito ang kahusayan sa araw.

Mayroon ding California-based startup na Reflect Orbital, na nagbahagi ng kanilang plano na magbenta ng sikat ng araw sa gabi. Upang makamit ito, plano nilang gumamit ng konstelasyon ng mga satelayt na may mylar mirrors, na iikot 370 milya sa itaas ng ibabaw. Ire-reflect nila ang sikat ng araw patungo sa mga solar panel sa ibabaw ng Earth.

“Sa tingin namin, ang sikat ng araw ay ang bagong langis, at handa na ang kalawakan na suportahan ang imprastruktura ng enerhiya.”

– Co-founder ng Reflect Orbital na si Ben Nowack sa X (dating Twitter)

Kung titingnan natin ang mga numero, sa mga malinis na pinagkukunan ng enerhiya, ang solar ay tiyak na nangunguna. Ang 2023 ay talagang rekord na taon para sa pinagkukunan ng enerhiyang ito dahil inilunsad ng mundo ang 447 GW ng bagong solar capacity, na bumubuo ng 78% ng kabuuang bagong renewable capacity addition. Sa pagtaas na 87% mula sa nakaraang taon, ang pandaigdigang merkado ng solar ay nagrekord ng growth rate na hindi pa nakita mula noong 2010.

Karamihan sa paglago na ito ay pinangunahan ng China, na siyang pinakamalaking solar market sa mundo. Nagdagdag ito ng 253 GW ng bagong solar PV capacity, isang pagtaas na 167%, at responsable sa 57% ng global installed capacity noong nakaraang taon.

Ang “hindi inaasahang paglago” sa kabuuang solar energy, ayon sa Global Market Outlook for Solar Power 2024-2028, ay dulot ng napakalaking pagbagsak ng presyo na halos 50% para sa mga module. Ang pagbagsak na ito ay dahil sa malaking pagtaas ng global PV manufacturing capacities na nagdulot ng overcapacities.

Bukod sa mga order mula sa mga nakaraang taon na sa wakas ay na-install noong 2023, ang mga indibidwal, negosyo, at pamahalaan ay lumilipat sa solar power bilang isang maaasahan at cost-effective na solusyon sa mataas na presyo ng enerhiya.

Sa patuloy na pagtaas ng availability ng produkto, pagbuti ng gastos, at maraming benepisyo na hatid ng teknolohiya, inaasahan ng ulat ang “malaking pagtaas ng demand para sa solar PV power sa mga darating na taon.”

Mga Kumpanyang Nagpapalago ng Sektor ng Solar Energy

Ngayon, tingnan natin ang ilang kilalang pangalan na kumukuha ng alternatibong paraan upang lumikha ng enerhiya.

Clearway Energy (CWEN ) (CWEN ) ay isang kumpanyang nagpapatakbo ng mga wind farm at solar power plant upang magbigay ng malinis, renewable na enerhiya, habang Ormat Technologies (ORA ) ay nakatuon sa geothermal power generation. Heliogen ay isa pang pangalan sa larangang ito, at gumagamit ito ng AI at advanced mirror technology upang i-concentrate ang sikat ng araw at lumikha ng kuryente. Enphase Energy (ENPH ) at Piedmont Lithium (ELVR ) naman ay nangunguna sa larangan ng energy storage.

#1. Bloom Energy

Ang kumpanyang ito ay gumagamit ng solid oxide fuel cell technology upang lumikha ng maaasahan at epektibong kuryente. Sa pamamagitan ng paggamit ng kanilang energy servers para sa on-site generation, ang Bloom Energy (BE ) ay nagbibigay ng mas malinis na alternatibo sa tradisyonal na paglikha ng power at binabawasan ang pag-asa sa grid.

Sa kasalukuyan, ang BE shares ay nagte-trade sa $10.80, bumaba ng 26.82% ngayong taon, na may market cap na $2.465 bilyon. Ang Bloom Energy ay may EPS (TTM) na -1.30 at P/E (TTM) na -8.31. Para sa Q2 2024, ang kumpanya ay nag-ulat ng $335.8 milyon na kita, na isang pagtaas ng 11.5% taon-taon. Ang gross margin para sa quarter ay 20.4%, habang ang operating loss ay $23.1 milyon. Nag-isyu din ang Bloom Energy ng 3% convertible green notes noong panahong iyon upang palakasin ang kanilang balance sheet.

Dagdag pa, nakipag-partner ang kumpanya sa AI leader na CoreWeave (CRWV ) upang mag-power ng high-performance data center na pag-aari ng Chirisa Technology Parks. Ang Bloom fuel cells ay magpapagana rin ng 20 MW ng AWS data centers ng Silicon Valley Power. Ayon sa CEO ng Bloom na si KR sridhar:

“Ngayon ay malawak nang nauunawaan na ang demand para sa kuryente ay inaasahang lalagpas nang malaki sa available na supply sa pamamagitan ng grid. Ito ay nagdadala ng malaking oportunidad para sa Bloom. Nakikita naming mataas ang antas ng komersyal na interes sa aming mga produkto at solusyon. Patuloy kaming mahusay na magpatupad, paunlarin ang aming teknolohiya, at palawakin ang aming koponan para sa paglago sa hinaharap.”

#2. NextEra Energy

Sa pagtutok sa solar, hangin, at battery storage, ang NextEra ay naging isa sa pinakamalaking producer ng renewable energy. Ang shares ng kumpanya ng electric power at energy infrastructure ay kasalukuyang nagte-trade sa $83.85, tumaas ng 38.05% ngayong taon, na may market cap na $172.27 bilyon. Ang EPS (TTM) nito ay 3.67 at P/E (TTM) ay 22.85.

Para sa 2Q24, ang kumpanya ay nag-ulat ng GAAP net income na $1.622 bilyon habang nagdagdag ng higit sa 3,000 MW ng bagong renewable at storage projects sa kanilang backlog. Ilang buwan na ang nakalipas, ang subsidiary nitong NextEra Energy (NEE ) Resources, kasama ang Entergy, ay nag-anunsyo ng joint development agreement upang pabilisin ang paglikha ng hanggang 4.5 GW ng bagong solar generation at energy storage projects.

Konklusyon

Ang araw ay isang hindi mauubos na pinagkukunan ng enerhiya at kapag pinagsama sa epektibo at advanced na teknolohiya, nag-aalok ito ng malaking potensyal upang matugunan ang mabilis na tumataas na pandaigdigang pangangailangan sa enerhiya at harapin ang isyu ng pagbabago ng klima.

Bilang nangunguna sa patuloy na global clean energy transition, ang industriya ng solar ay nakakita ng maraming pamumuhunan, na humigit kumpara sa lahat ng ibang teknolohiya ng pagbuo ng kuryente noong nakaraang taon at pag-unlad. Ang lahat ng ito ay nagdala ng maraming breakthrough sa teknolohiyang solar, tulad ng sun-tracking solar cells, printable solar cells, photovoltaic windows, at, siyempre, night-time solar energy generation, na makakatulong itulak ang solar energy patungo sa pagiging pangmatagalang solusyon sa enerhiya para sa mga susunod na henerasyon.

I-click dito para sa listahan ng mga nangungunang solar stocks na maaaring pag-invest-an.