Mga Solusyon sa Imbakan ng Solar Energy na Nagpataas ng Kahusayan ng ‘Mahigit Isang Orden ng Kadaklian’ sa Pagbabago

“Ang kapasidad ng mundo na lumikha ng renewable na kuryente ay lumalawak nang mas mabilis kaysa kailanman sa nakaraang tatlong dekada,” sabi ng International Energy Agency sa isang ulat na inilathala mas maaga ngayong taon.

Ang paglago na ito, ayon sa organisasyong nakabase sa Paris na awtonomong intergovernmental, ay nag-aalok ng “isang tunay na pagkakataon na makamit” ang layunin ng pagtripling ng pandaigdigang kapasidad, na itinakda sa kumperensyang COP28 tungkol sa pagbabago ng klima, bago matapos ang dekadang ito.

Ang kapasidad ng renewable ay lumago nang malaki sa nakaraang dekada, kung saan ang solar energy ay may pangunahing papel dito. Noong 2023, ang mga renewable na pinagkukunan ay nagbigay ng 30% ng kuryente ng mundo, at ang solar PV ay nagsilbing tatlong-kapat ng mga bagong karagdagang renewable capacity sa buong mundo.

May katwiran ito, dahil ang gastos ng solar energy ay patuloy na bumababa, na nagiging mas mura kaysa sa karbon. Bukod sa pagbibigay ng mga benepisyong pang-ekonomiya tulad ng katiyakan sa gastos sa mahabang panahon, pinapalakas din ng solar energy ang resiliency at nagpapababa ng carbon emissions.

Gayunpaman, sa kabila ng mga benepisyong ito at ng katotohanang 50% ng pandaigdigang panghuling konsumo ng enerhiya ay ginagamit para sa pag-init, ang paggamit ng solar power ay nananatiling mababa kumpara sa mga fossil na pinagkukunan ng enerhiya.

Ito ay dahil ang solar power ay may mga natatanging limitasyon, kabilang ang hindi ito magagamit sa gabi, habang ang pinakamataas na paggamit ng enerhiya ay karaniwang nangyayari sa gabi. Pagkatapos, may pagbabago ng klima na nakakaapekto sa parehong demand at suplay nito.

“Kailangan nating pag-isipan kung paano maaapektuhan ng pagbabago ng klima ang buong sistema ng enerhiya dahil, sa kasamaang palad, walang sistemang gumagawa ng kuryente ang hindi apektado ng mga epekto ng pagbabago ng klima.”

– Romany Webb, deputy director ng Sabin Center for Climate Change Law sa Columbia Climate School

Pagdating sa epekto ng klima, ang mas madalas na heat wave ay nagpapababa ng kahusayan ng mga solar panel, habang ang pagtaas ng demand para sa pagpapalamig ay nagpapabigat sa grid at negatibong nakakaapekto sa sistema. Natuklasan na ang mga bagyo ay nagbabawas ng photovoltaic generation ng 18% hanggang 60%, habang ang mga tropikal na siklon ay maaaring magpababa ng solar radiation ng 80%. Ang matinding panahon tulad ng mga panganib sa hangin ay maaaring lalong makasira sa imprastruktura ng solar energy.

Ang lahat ng limitasyong ito ay nangangahulugang ang epektibong pag-iimbak ng solar energy ay maaaring magbukas ng napakaraming posibilidad.

Ang mga epektibong solusyon sa pag-iimbak ay nagbibigay-daan sa pag-imbak ng labis na kuryente para sa paggamit sa oras ng tugatog kapag lumubog na ang araw. Sa ganitong paraan, maaaring balansehin ang mga electric load batay sa demand at suplay at magbigay ng tuloy-tuloy na daloy ng enerhiya.

Ang pag-iimbak ng solar power ay nagbibigay din ng proteksyon sa panahon ng mga nakakaabala na pangyayari tulad ng mga wildfire, kung saan ang grid ng enerhiya ay nagiging vulnerable sa mga brownout.

Kaya, ano nga ba ang mga solusyon sa pag-iimbak na ito? Karaniwan, nahahati ito sa tatlong pangunahing kategorya; baterya, mekanikal, at thermal. Sa mga ito, ang mga baterya, lalo na ang lithium-ion baterya, ang pinaka-karaniwan at pinaka-murang paraan para sa pag-iimbak ng solar energy.

Gayunpaman, patuloy na nagdadala ng mga bagong inobasyon ang mga mananaliksik. Isang ganap na bagong paraan sa pag-ani at pag-iimbak ng solar energy nang mas epektibo ay kinabibilangan ng paggamit ng mga hindi pa napag-aaralang sensitization strategies.

Mas Epektibong Pag-ani at Pag-iimbak ng Solar Energy

Upang tugunan ang pangunahing problema ng limitadong paggamit ng solar energy sa buong mundo—ang intermittency ng direktang availability nito—nag-develop ang mga mananaliksik mula sa Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) at University of Siegen ng mga molecular system para sa pag-iimbak ng solar energy.

Sa pagkakaiba sa tradisyunal na thermal energy storage system na nag-iimbak ng enerhiya lamang sa maikling panahon, ang mga molecular solar energy storage system ay maaaring mag-imbak nito sa mas mahabang panahon, mula ilang linggo hanggang buwan. Ito ay dahil ang solar energy ay iniimbak dito sa anyo ng mga chemical bond.

Ang paraan ng pag-andar ng molecular solar energy storage system ay ang mga espesyal na molekula o photoswitches ay unang sumisipsip ng solar energy at pagkatapos ay inilalabas ito bilang init kapag kinakailangan.

Ang sistemang ito ay hindi rin walang hamon. Ang pangunahing isyu sa pag-excite ng mga photoswitches ay ang kompromiso sa pagitan ng epektibong pagsipsip ng solar light at kapasidad ng pag-iimbak ng enerhiya. Ito ay naglilimita sa kabuuang performance ng molecular solar energy storage systems.

Kaya, nagsagawa ang research team sa Mainz at Siegen ng isang pag-aaral upang malutas ang problemang ito gamit ang isang bagong pamamaraan.

Ang bagong klase ng mga photoswitches ay unang ipinakilala sa Siegen na nagpakita ng kamangha-manghang potensyal sa pag-iimbak ng enerhiya kumpara sa tradisyunal na lithium-ion baterya.

Ang pinaka-karaniwang ginagamit na kimika ng baterya, ang mga bateryang ito ay binubuo ng isa o maraming lithium-ion cells kasama ang circuit board. Ang isang lithium-ion cell ay may mga electrodes, anode, cathode, electrolyte na nagdadala ng kuryente, current collectors, at separator. Samantala, ang isang photoswitch ay isang molekula na nagbabago ng kanyang structural geometry at chemical properties kapag na-expose sa electromagnetic radiation.

Ang bagong photoswitch, bagamat may pambihirang potensyal sa pag-iimbak ng enerhiya, ay limitado ang functionality nito sa activation ng ultraviolet (UV) light. Ang UV light ay may wavelength na 10-400 nanometers at bumubuo lamang ng maliit na bahagi ng solar spectrum.

“Kaya, iminungkahi ng pinakabagong pag-aaral ang isang indirect light harvesting technique. Ang pamamaraang ito ay katulad ng kung paano gumagana ang light-harvesting sa photosynthesis. Dito, isang pangalawang compound ang isinama, na isang sensitizer na nagpapakita ng mahusay na kakayahan sa pagsipsip ng visible light. Ayon kay Propesor Christoph Kerzig ng Department of Chemistry ng JGU, na pinamunuan ang pag-aaral kasama ang PhD student na si Till Zähringer:

“Sa pamamaraang ito, ang sensitizer ay sumisipsip ng liwanag at pagkatapos ay naglilipat ng enerhiya sa photoswitch, na hindi maaaring direktang ma-excite sa ilalim ng mga kondisyong ito.”

Sa bagong pamamaraang ito, napabuti ng mga research team ang kahusayan ng pag-iimbak ng solar energy ng higit sa isang order ng kadaklian. Ang mahalagang hakbang na ito sa conversion ng enerhiya ay nagbubukas ng mga potensyal na aplikasyon para sa parehong solusyon sa pag-init ng bahay at malawakang pag-iimbak ng enerhiya.

Isinagawa din ng research team na nakabase sa Mainz ang masusing spectroscopic analyses upang suriin ang komplikadong sistema at maunawaan ang pinagbabatayang mekanismo.

Ang pagkakaroon ng detalyadong pag-unawa kung paano gumagana ang sistema ay makakatulong na “malayo ang limitasyon ng light-harvesting,” sabi ng unang may-akda na si Zähringer, na nagdagdag na maaari rin nitong mapabuti ang conversion efficiency ng liwanag patungo sa naka-imbak na chemical energy.

Sa mga operational na kondisyon, bawat photon na nasisipsip ay kayang magpasimula ng proseso ng pagbuo ng chemical bond. Ito ay bihirang makita sa mga photochemical reaction dahil sa ilang energy loss channels.

Matagumpay na napatunayan ng mga mananaliksik ang katatagan ng praktikalidad ng sistema sa pamamagitan ng paulit-ulit na pag-cycling sa pagitan ng estado ng pag-iimbak at paglabas ng enerhiya gamit ang solar light, na naglilinaw ng potensyal ng sistema para sa mga aplikasyon sa totoong mundo.

Pinakabagong Pag-unlad sa Pag-ani at Pag-iimbak ng Solar Energy

Dahil sa malaking papel na ginagampanan ng solar sa halo ng renewable energy, ito ay naging patuloy na pokus ng mga mananaliksik, kumpanya, at mga inisyatiba ng gobyerno, na naglalayong magkaroon ng mas malalim na pag-unawa kung paano ito gumagana at mag-develop ng mas magagandang solusyon para sa pag-ani ng enerhiya at pag-iimbak nito.

Ang bagong pananaliksik mula sa NC State University ay nakatuon sa pagbibigay ng mas malalim na pag-unawa sa mga pangyayari sa organic cells habang ang sikat ng araw ay nagiging kuryente. Upang ma-visualize ang mga interface kung saan ang enerhiya ng liwanag ay nagiging electrical charges, nag-develop ang mga mananaliksik ng isang bagong metodo, scanning-probe microscopy, at ginamit ito upang mapabuti ang kahusayan ng solar cell.

Gawa sa carbon-based polymer materials, ang organic solar cells ay may potensyal na magamit para sa flexible at magaan na solar applications pati na rin sa semi o full-transparent na window applications, ngunit hindi ito kasing epektibo ng perovskite o silicon solar technologies sa pag-convert ng liwanag sa kuryente.

Ito ay dahil ang mga cell na ito ay binubuo ng halo ng dalawang materyales; ang isa ay nag-aani ng mga electron (donor) ngunit kailangang makipag-ugnayan sa pangalawa upang maipasa ang mga ito (acceptor), at ang mga interface sa pagitan ng dalawa ay responsable sa pagkawala ng boltahe, kaya nililimitahan ang kahusayan ng organic solar cells.

Natuklasan ng pinakabagong pag-aaral na ang parehong energy differential sa pagitan ng donor at acceptor na materyales, pati na rin ang energetic disorder sa mga interface, ay nagdudulot ng pagkawala ng boltahe.

Ayon kay co-author na si Aram Amassian, propesor ng materials science at engineering sa NC State University, ang pagpili ng mga materyales na may minimal na energy offsets ay nagpapababa ng voltage losses. Ang solvent at mga processing parameters na nagpapababa ng interfacial disorder ay maaaring higit pang magpababa ng enerhiya losses.

Isa pang kamakailang pag-aaral ang naghangad na maaasahang tantiyahin ang kapasidad ng household energy storage systems upang magkaroon ng ideya sa hinaharap na pag-deploy ng epektibong residential PV systems.

Para dito, nagpakilala ang mga mananaliksik ng scalable capacity estimation technique, na binubuo ng tatlong pangunahing hakbang: pagtukoy kung kailan ang storage system ay nasa full capacity at kung kailan ito ay walang laman, at pagkalkula ng kapasidad sa pagitan ng dalawang estado.

Ginamit ito upang sukatin ang 21 lithium-ion baterya-based systems sa mga pribadong tahanan sa Germany sa loob ng walong taon. Ipinakita ng pagsusuri na, sa average, nawawalan ang mga sistema ng 2-3% ng kanilang kapasidad taun-taon.

Kapansin-pansin, ang metodo ay maaaring gamitin ng mga manufacturer at kumpanya ng solar energy upang tantiyahin ang kapasidad ng kanilang energy storage systems. Bukod pa rito, nag-publish ang mga mananaliksik ng isang malawak na dataset, na binubuo ng 14 bilyong data points mula sa higit 100 taon, na maaaring gamitin para magsagawa ng karagdagang pag-aaral o sanayin ang mga computational models.

Noong unang bahagi ng taon, noong Hunyo, nag-nag-develop din ang mga mananaliksik ng isang makabagong light-harvesting system na maaaring “mag-absorb ng malaking dami ng enerhiya ng liwanag sa isang relatibong manipis na layer,” katulad ng natural na light-harvesting systems.

Sa pagkakaroon ng band structure na katulad ng inorganic semiconductors, maaari itong mag-absorb ng liwanag panchromatically sa buong visible range, habang ang paggamit ng mataas na absorption coefficients ng organic dyes ay nagpapahintulot na mag-absorb ng maraming enerhiya.

Ang system ay may apat na iba’t ibang merocyanine dyes na nakatiklop at nakasiksik nang magkasama, na nagbibigay-daan sa ultra-fast at epektibong transport ng enerhiya sa loob nito. Natuklasan na ang system ay kayang i-convert ang 38% ng irradiated light enerhiya.

Para sa epektibong pag-iimbak ng solar energy at pagbawas ng conversion loss, nagsama-sama rin ang mga mananaliksik mula sa iba’t ibang panig ng mundo noong unang bahagi ng taon upang pag-aralan ang dynamics ng photo- at electrochemical transformation upang magdisenyo ng mas angkop na molekula para sa mga nais na function.

Ang mga mananaliksik ay tumitingin sa norbornadiene para dito, na isang hydrocarbon isomer na may dalawang molecule rings at, kapag na-expose sa UV light, nagreresulta sa conversion nito sa mas mataas na strained na quadricyclane.

Dahil ang purong energy density ng norbornadiene-quadricyclane system ay katulad ng lithium-ion baterya, kung ang reversal conversion nito ay maaaring kontrolin nang maaasahan, maaaring makamit ang isang epektibong solar module na angkop din para sa pag-iimbak ng kuryente.

Ang pagtutok sa mga hydrocarbon molecule ay nag-aalok ng cost-effective na pamamaraan na hindi nangangailangan ng anumang rare metals at madaling i-recycle o itapon. Ang lahat ng kamakailang pag-unlad sa sektor na ito ay patunay ng lumalawak na pokus sa pagpapalawak ng paggamit ng solar energy sa buong mundo.

Mga Kumpanyang Naka-Posisyon upang Makikinabang sa Pagsulong

Ngayon, titingnan natin ang dalawa sa pinaka-kilalang pangalan na maaaring makinabang o mag-alok ng ganitong molecular solar energy storage system. Ang dalawang pangalang ito ay NextEra Energy, Inc. (NEE ) at Enphase Energy, Inc. (ENPH ), na parehong US-based na kumpanya at aktibong kasali sa renewable energy.

1. NextEra Energy (NEE )

Kilalang sa mga pamumuhunan nito sa renewable energy technologies, maaaring makinabang ang NextEra Energy mula sa teknolohiyang ito pagdating sa kahusayan ng pag-iimbak.

May market cap na $161 bilyon, ang mga shares ng NextEra ay kasalukuyang nagte-trade sa $78.37, tumaas ng higit sa 29% ngayong taon. Ang kumpanya ay may EPS (TTM) na 3.37 at P/E (TTM) na 23.24, habang nagbabayad ito ng dividend yield na 2.63%.

Ang energy infrastructure company ay kamakailan nag-ulat ng financial results para sa 3Q24, na nagpakita na ang net income nito ay tumaas sa $1.85 bilyon, kumpara sa $1.29 bilyon noong Q3 ng 2023. Ang adjusted earnings per share ay tumaas naman ng 10% year-over-year. Ayon sa CEO nitong si John Ketchum, ipinapakita ng mga resulta ang “patuloy na matatag na financial at operational performance.”

Samantala, ang NextEra Energy-owned na Florida Power & Light Company (FPL) ay nagkaroon ng $1.29 bilyon na net income, habang ang capital expenditures nito ay $2 bilyon, at ang regulatory capital employed ay tumaas ng 9.5% year-over-year. Sa pagtalakay sa mga customer nito sa Florida na apektado ng Hurricanes Helene at Milton, binigyang-diin ni Ketchum na ang “mga pamumuhunan ng FPL sa hardening at smart-grid technology ay pumigil sa daan-daang libong brownout.”

Ngayon, ang NextEra Energy Resources, para sa ikalawang magkasunod na quarter, ay nagdagdag ng humigit-kumulang 3 gigawatt ng mga bagong renewable at storage projects sa backlog nito. Nag-anunsyo rin ito ng mga kasunduan sa dalawang Fortune 50 na kustomer para sa pag-develop ng renewable at storage projects, na umabot sa kabuuang 10.5 gigawatt hanggang 2030.

“Ang patuloy na matatag na performance ng aming mga negosyo at ang aming sukat, karanasan, at teknolohiya ay magbibigay-daan sa amin upang samantalahin ang oportunidad na dulot ng pagtaas ng demand sa kuryente sa aming sektor.”

– Ketchum, CEO ng NextEra Energy

Noong nakaraang linggo, ang nangungunang clean energy company ay pumasok sa isang kasunduan upang ibenta ang $1.5 bilyon na halaga ng mga equity units nito sa mga pangunahing institusyong pinansyal, kabilang ang Goldman Sachs, J.P. Morgan, at Mizuho. Ang pondo ay gagamitin para sa mga pamumuhunan sa AI-related na mga proyekto sa enerhiya at kuryente at upang bayaran ang mga natitirang obligasyon sa commercial paper.

Habang ang AI mania ay nagdudulot ng pagtaas ng demand para sa kuryente mula sa AI data centers at ang kumpanya ay nakatuon sa paglago ng renewable energy business nito, nagsasagawa rin ang NextEra Energy ng mga pag-aaral at pag-uusap sa mga pederal na regulator tungkol sa muling pagsisimula ng Duane Arnold nuclear power plant sa Iowa.

2. Enphase Energy, Inc. (ENPH )

Na nagdadalubhasa sa solar inverters at storage, maaaring palawakin din ng Enphase Energy ang kanilang saklaw upang isama ang makabagong molecular storage kung ito ay magiging komersyal na kapaki-pakinabang upang mapabuti ang resiliency at kahusayan ng enerhiya para sa kanilang mga consumer.

May market cap na $11.8 bilyon, ang mga shares ng Enphase ay kasalukuyang nagte-trade sa $87.46, bumaba ng 33.87% ngayong taon. Ang kumpanya ay may EPS (TTM) na 0.44 at P/E (TTM) na 198.82. Para sa Q3 2024, iniulat ng global energy technology company ang revenue na $380.9 milyon at non-GAAP gross margin na 48.1%. Sa panahong ito, nagpadala ang Enphase ng higit sa 1.73 milyong microinverters at 172.9 MWh ng Batteries.

Ang nangungunang supplier sa mundo ng micro inverter-based solar at battery systems ay nagtapos ng quarter na may $161.6 milyon na free cash flow habang ang cash, cash equivalents, at marketable securities ay $1.77 bilyon.

Sa panahong ito, inilunsad ng Enphase ang AI-based software upang i-optimize ang paggamit ng enerhiya sa pamamagitan ng pagsasama ng solar at consumption forecasting sa mga electricity tariffs upang matulungan ang mga consumer na mapalaki ang kanilang matitipid.

Noong Oktubre, sinimulan ng kumpanya ang pagpapadala ng IQ8™ Microinverters upang suportahan ang mga mas bago at mataas na kapangyarihang solar panels sa piling bansa, pinalawak ang suporta nito para sa grid services programs (o virtual power plants) sa piling estado ng US, at inilunsad ang IQ8X Microinverters na may pinakamahabang standard residential warranty na 25 taon sa Australia.

Sa dalawang buwan bago iyon, inilunsad nito ang pinaka-makapangyarihang Enphase Energy System hanggang ngayon, inanunsyo ang solusyon para sa pagpapalawak ng legacy net energy metering (NEM) solar energy systems sa California nang walang parusa, inilunsad ang NACS connectors para sa IQ EV Chargers, at nagpadala ng IQ8 Microinverters upang suportahan ang mas bago at mataas na kapangyarihang solar modules sa piling bansa sa buong Europa. Nagpakilala rin ito ng IQ Energy Management upang paganahin ang suporta para sa dynamic electricity rates at ang integrasyon ng third-party EV chargers at heat pumps sa Netherlands.

Ang kumpanya ay ngayon naghahanda para sa paglulunsad ng 2nd gen IQ® EV charger, ang 3-Phase IQ Battery na may backup, at ang IQ® Balcony Solar Kit para sa European market habang ang ika-apat na henerasyon ng energy system, na tampok ang IQ® Meter Collar, 10 kWh IQ Battery, at pinahusay na IQ® Combiner, ay ilulunsad sa US sa unang bahagi ng susunod na taon.

Sa pangkalahatan, bumaba ng 15% ang benta ng Enphase sa Europe mula Q2 dahil sa “karagdagang pag-amo ng demand sa Europe,” habang ang pagbabalik ng imbentaryo sa normal na antas ay nagpadala ng pagtaas ng US revenue nito ng 43% sunud-sunod.

Konklusyon

Sa gitna ng pandaigdigang pagsusumikap para sa renewable energy, ang solar power ay lumitaw bilang isang mahalagang manlalaro sa pag-aalok ng malinis at saganang solusyon. Gayunpaman, ang pandaigdigang pag-aampon nito ay apektado ng gastos, mas epektibong solusyon, at kakulangan sa imprastruktura, kasama ang iba pang mga salik.

Ang mga kamakailang pag-unlad, mula sa molecular solar storage hanggang sa mga inobasyon sa organic solar cell, ay nag-aalok ng malaking potensyal upang gawing mas epektibo ang solar energy, makatulong sa pagtugon sa pandaigdigang pangangailangan sa kuryente, kahit sa mga hindi kanais-nais na kondisyon, at magbukas ng daan tungo sa isang napapanatiling kinabukasan.

I-click dito para sa listahan ng mga nangungunang solar power stocks.