Yeni Nesil Termoelektrikler Güneş Üretimini 15 Kat Artırıyor

Yenilenebilir enerji doğal kaynaklardan gelir ve yenilenir, bu da fosil yakıtlara olan bağımlılığımızı azaltmaya, iklim değişikliğiyle mücadele etmeye ve sürdürülebilir bir enerji geleceği ihtiyacımızı karşılamaya yardımcı olabilir.

Bu bol, doğal olarak yenilenen ve düşük emisyonlu enerji kaynakları arasında güneş ışığı, rüzgar, su, biyokütle ve jeotermal ısı bulunur.

Bunların arasında, güneş enerjisi yenilenebilir enerjinin birincil kaynağıdır. Güneş, sonsuz bir güç kaynağı olduğu için, güneş enerjisi tükenmez ve mevcut en bol yenilenebilir enerji kaynağıdır.

2024 yılında, küresel güneş enerjisi rekor bir seviyeye ulaştı; kurulumlar 600 GW‘yi aşarak bir önceki yıla göre %33 artış gösterdi ve dünya çapında yeni yenilenebilir enerji kapasitesinin %81’ini oluşturdu. Sonuç olarak, güneş enerjisi küresel elektrik arzının yaklaşık %7’sini oluşturdu ve sadece üç yılda elektrik karışımındaki payını neredeyse iki katına çıkardı.

Uluslararası Enerji Ajansı (IEA), güneş fotovoltaiklerinin (PV) 2029 yılına kadar en büyük yenilenebilir enerji kaynağı olmasını bekliyor; bu, destekleyici düzenleyici politikalar ve güneş panellerinden üretilen elektriğin maliyetindeki güçlü düşüşten faydalanıyor.

Bir PV hücresi ya da güneş hücresi, güneş ışığını doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren bir cihazdır. Bazı hücreler yapay ışığı bile elektriğe çevirebilir. Ancak, sorunsuz değildirler. Bir PV hücresinin temel sınırlamalarından biri sıcaklığıdır; bu, dönüşüm verimliliğini önemli ölçüde etkiler.

Burada, yaygın olarak kullanılan bir başka teknoloji olan güneş termoelektrik (TE) devreye girer.

Güneş PV’lerinin Ötesine Geçerek Güneş Termoelektrik Jeneratörlerine (STEG’ler)

Bir termoelektrik jeneratör (TEG), atık ısıyı elektrik enerjisine dönüştürerek PV hücrelerindeki dönüşüm verimliliği sorununu çözebilir.

TEG’ler yüksek güvenilirlikleri, uzun ömürleri ve mekanik hareketli parça bulunmamalarıyla bilinir; bu da onları yüksek sıcaklık uygulamalarında PV hücreleriyle entegrasyon için uygulanabilir ve umut verici bir seçenek haline getirir.

Seebeck jeneratörü olarak da adlandırılan termoelektrik jeneratör (TEG), Seebeck etkisiyle ısıyı doğrudan elektriğe dönüştüren bir cihazdır.

Bu etkide, iki farklı iletken ya da yarı iletken arasındaki sıcaklık farkı, yük taşıyıcılarının hareketiyle voltaj üretir.

Isı bir iletkene ya da yarı iletkene uygulandığında, elektronlar soğuk uca doğru hareket eder ve bir potansiyel farkı oluşturur. Bir devreye bağlandığında, doğru akım bu fark üzerinden akar.

Dolayısıyla, Seebeck etkisine dayanarak, TE malzemeleri uçları arasında bir sıcaklık farkı uygulandığında voltaj üretir. Bir güneş absorbe edicisi ve bir ısı dağıtıcısı arasında konumlandırıldıklarında, bu cihazlar güneş termoelektrik jeneratörleri (STEG’ler) olarak adlandırılır.

Bu STEG’lerin termal‑elektrik dönüşüm verimliliği, TE malzemesinin boyutsuz kalite göstergesi (ZT) ve cihazın sıcak ve soğuk tarafları arasındaki sıcaklık farkı tarafından belirlenir.

Sonuç olarak, STEG’lerin güneş absorbe edicileri çok daha geniş bir absorpsiyon bandına sahiptir; bu, tüm güneş spektrumunun foton enerjisinin kullanılmasını sağlar, ancak güneş PV’leri sadece yarı iletken bant aralığının yakınındaki dar bir ışık bandını kullanabilir. Ancak, termoelektrik verimlilikleri çok düşüktür.

En son araştırmalar, TE malzemesinin ZT değerinin onlarca yıllık kapsamlı araştırmalara rağmen hâlâ yaklaşık bir civarında kaldığını gösteriyor. ZT, termoelektrik malzemelerin performansını değerlendiren temel bir ölçüttür; daha yüksek bir ZT değeri, belirli bir sıcaklık farkından daha verimli elektrik üretimi anlamına gelir.

Yüksek verimli termoelektrik (TE) malzemelerinin ve kompakt ısı emicilerin eksikliği, STEG’lerin ticari olarak benimsenmesini sınırlayan faktördür.

Bu sorunları ele almak için, bir araştırmacı ekibi STEG’in güç üretimini 15 kat artırırken ağırlığını sadece %25 artıran bir strateji geliştirdi.

STEG Verimlilik Zorlukları: Daha İyi Absorbe Ediciler ve Isı Dağıtıcılarına İhtiyaç

Küresel enerji ihtiyaçları, nüfus ve ekonomik büyüme tarafından hızla artmaktadır.

IEA’ya göre, küresel elektrik talebi 2024’te %4,3 arttı; bu, 2023’teki %2,3 artıştan büyük bir sıçrama. İlgili rapor

Dolayısıyla, ileride dünya giderek artan bir enerji arzına ihtiyaç duyacak, ancak daha da önemlisi iklim değişikliğiyle mücadele etmek, sera gazı (GHG) emisyonlarını azaltmak ve enerji bağımsızlığına ulaşmak için temiz enerji gerekecek. Temiz enerji

Sürdürülebilir temiz enerji arayışında, araştırmacılar güneş termoelektrik jeneratörlerine (STEG’ler) güneş elektriği üretimi için umut verici bir kaynak olarak yöneldiler; çünkü bu jeneratörler yalnızca güneş ışığını değil, aynı zamanda diğer ısı enerjisi biçimlerini de kullanabilir. Bu keşif

Şu anda, çoğu STEG, güneş ışığının %1’inden daha azını elektriğe dönüştürürken, konut tipi güneş paneli sistemleri %15 ila %20 dönüşüm verimliliğine sahiptir.

Bu cihazlardan gerçekten faydalanmak için, önce verimlilik sınırlamalarını aşmalıyız.

İhtiyacımız olan, STEG güç üretimini artıracak yeni yöntemler geliştirmektir. Güneş termoelektrik jeneratörleri daha yüksek sıcaklık farklarında daha fazla güç üretir ve bu, sıcak tarafta güneş enerjisi absorpsiyonunu maksimize edip ısı kaybını minimize ederken, soğuk tarafta ısıyı verimli bir şekilde dağıtarak elde edilebilir.

Ayrıca, STEG’ler giyilebilir elektronikler, tıbbi sensörler, kablosuz sensör ağları ve havacılık cihazlarını güçlendirmede değerli olabilir.

Bununla birlikte, bu yüksek güç yoğunluklu uygulamalar, sıcak taraf için hafif seçici güneş absorbe edicileri (SSA) ve soğuk taraf için ısı dağıtıcıları gerektirir. Güneş enerjisinin maksimum miktarını kullanmak için absorbe edici (SSA), 300–2500 nm aralığındaki güneş spektral bölgesinde yüksek optik absorpsiyon gösterirken, IR (2.5–20 μm) bölgesinde düşük emisyonlu olmalı ve radyasyon kaybını minimize etmelidir.

Absorbe edicilerin optik performansı, yapısal tasarım ve malzeme seçimi yoluyla optimize edilebilir.

Bu, plazmonik absorbe ediciler, çift seramik katmanlı absorbe ediciler, çok katmanlı film absorbe ediciler ve fotonik kristal absorbe edicileri içerir. Ancak, tüm bu ilerlemelere rağmen, çoğu absorbe edici karmaşık ekipman ve zaman alıcı üretim süreçleri gerektirir; bu da uygun maliyetle ölçeklendirmelerini kısıtlar.

Ayrıca, STEG’in çıkış gücünü artırmak genellikle soğuk taraf sıcaklığını düşürmek ve sıcaklık farkını artırmak için büyük ve karmaşık soğutma sistemleri gerektirir; bu da bir başka zorluk oluşturur.

Kaydırmak için kaydır →

Siyah Metal Teknolojisi ve Femtosaniye Lazerler: Oyun Değiştiren Bir Strateji

STEG sorunlarını aşmak için, Rochester Üniversitesi Optik Enstitüsü’nden araştırmacılar, ağırlığı azaltıp güç üretimini artıran bir spektral mühendislik ve termal yönetim stratejisi geliştirdiler.

Bu daha güçlü STEG cihazını oluşturmak için yeni teknikler, Light: Science and Applications dergisinde yayınlanan bir çalışmada ayrıntılı olarak açıklanmıştır.¹

“On yıllardır araştırma topluluğu, STEG’lerde kullanılan yarı iletken malzemeleri geliştirmeye odaklanıyor ve genel verimlilikte mütevazı kazanımlar elde etti.”

– Chunlei Guo, optik ve fizik profesörü ve Rochester’ın Lazer Enerjisi Laboratuvarı‘nda kıdemli bilim insanı.

He added:

“Bu çalışmada, yarı iletken malzemelere bile dokunmadık; bunun yerine cihazın sıcak ve soğuk taraflarına odaklandık. Sıcak tarafta daha iyi güneş enerjisi absorpsiyonu ve ısı tutma, soğuk tarafta ise daha iyi ısı dağıtımı birleştirerek verimlilikte şaşırtıcı bir iyileşme sağladık.”

Buradaki anahtar, özel siyah metal teknolojisiydi. 2020’de aynı ekip, femtosaniye (fs) lazer kullanarak, birkaç ay önce batmaz metalik yapılar oluşturduklarını gösterdi ve ayrıca yüksek verimli güneş enerjisi jeneratörleri geliştirebildiklerini ortaya koydu.² Bu arada, aynı ekip, yüksek verimli güneş güç jeneratörleri³ geliştirdi.

O zamanlar, parlak ve yüksek yansıtıcı bir metal yüzeyini tamamen siyaha çevirerek ona siyah metal teknolojisi adını verdiler. Femtosaniye lazer darbeleriyle neredeyse her metalı tamamen siyaha çevirebilirler.

Ekip, bakır, çelik, alüminyum ve tungsten üzerinde deneyler yaptı. Nanoskobik yapılarla işlemden sonra, tungsten’ın en yüksek güneş absorpsiyon verimliliğine sahip olduğunu buldular. İşlenmemiş tungsten’a kıyasla termoelektrik üretim verimliliğini %130 artırabildiler; tungsten genellikle termal güneş absorbe edicisi olarak kullanılır.

Bu temelde, bu sefer araştırmacılar, sıcak tarafta sıradan bir tungsten (W)’ı fs-lazer işleme tekniğiyle bir absorbe ediciye (W-SSA) dönüştürdüler.

Tungsten, yüzeyini tamamen siyaha çevirerek ‘siyah metal’ haline getirildi; bu, güneş dalga boylarında ışığı seçici olarak yüksek verimle absorbe ederken diğer dalga boylarında ısı dağıtımını azalttı.

Bu, güçlü fs lazer darbeleriyle ultra hızlı ve hassas oyma yoluyla, metal yüzeyinde nanoskobik yapılar oluşturarak sağlandı. Böylece, yarı iletken malzemeleri değiştirmek yerine, ekip sıcak tarafın güneş ışığını absorbe etme ve ısı tutma şeklini iyileştirdi.

Tungsten seçici güneş absorbe edicileri (W-SSA) için bir sera odası da konvektif kaybı azaltmak amacıyla oluşturuldu.

Bir çiftlikteki gibi mini bir sera oluşturmak için, siyah metal bir plastik parçasıyla kaplandı. “Konveksiyon ve iletimi en aza indirerek daha fazla ısı tutabilir ve sıcak taraftaki sıcaklığı artırabilirsiniz,” dedi Guo. Ekip, ısı kaybını %40’tan fazla azaltabildi.

Bu arada, soğuk tarafta aynı lazer tekniği, sıradan bir alüminyum (Al)’u minik yapılarla mega kapasiteli bir ısı dağıtıcıya dönüştürmek için kullanıldı. Bu, radyasyon ve konveksiyon yoluyla ısı dağıtımını iyileştiren bir ısı emicisi oluşturdu.

İşlenmiş alüminyumun soğutma performansı, normal Al ısı dağıtıcısının iki katıydı.

Bunun tümünde, gördüğümüz gibi, fs-lazer işleme tekniği kilit bir rol oynadı. Özellikle, bu teknik sadece bir adım gerektirir ve ölçeklenebilirdir. Bu basit çıkarıcı teknik, polimer, cam, dielektrikler, yarı iletkenler ve metaller gibi karmaşık geometrili bir dizi malzemeye de uygulanabilir.

Tamamen fiziksel bir yaklaşım olduğu için, diğer yöntemlere göre daha çevre dostudur.

Femtosaniye (bir katrilyon saniyenin bir bölümü) lazer, alüminyumda bir dizi mikroyapı ve tungsten’da nanoskobik yapılar üretti.

Daha sonra, bu yapıların boyut ve yoğunluğunu optimize etmek, araştırmacıların tungsten’ın güneş absorpsiyonunu artırırken sıcak tarafta IR emisyonunu minimize etmelerini sağladı. Yüksek sıcaklıklarda %80’in üzerinde absorpsiyon verimliliği elde ettiler.

Soğuk tarafta, alüminyum için tam siyah cisim radyasyon spektrumu boyunca IR emisyonunu ve ısı dağıtımı için yüzey alanını artırdılar. Bu, güneş‑termal dönüşüm verimliliğini büyük ölçüde artırdı.

Ekip, kendi güneş termoelektrik jeneratörlerinin (STEG) mevcut yöntemlere göre LED’leri çok daha etkili bir şekilde besleyebileceğini gösterdi.

Gao’nun belirttiği gibi, bu teknoloji, giyilebilir cihazlar, akıllı cihazlar ve Nesnelerin İnterneti (IoT) için otonom sensörler gibi mikroelektronik cihazları da besleyebilir. Ayrıca, uzak ve kırsal bölgelerde şebekeden bağımsız bir yenilenebilir enerji sistemi olarak hizmet verebilir.

Çalışmanın belirttiği gibi, STEG’ler gelişmiş güneş enerjisi cihazlarıyla, örneğin spektral bölünmeli hibrit PV-TE sistemleri ve düşük maliyetli boya-sensörlü güneş hücreleri (DSC) gibi, düşük ışık koşullarında güç üretebilir ve böylece yüksek enerji talep eden uygulamalarda enerji çıktısını artırabilir.

Güneş Enerjisine Yatırım

Yenilenebilir enerji alanında, Nextracker Inc. (NXT ) yüksek büyüme gösteren bir şirket olarak öne çıkıyor.

10 milyar dolar piyasa değerine sahip NXT hisseleri şu anda 67,59 $’dan işlem görmekte ve bu yıl %85 artış kaydetti. Geçtiğimiz hafta, şirket hisseleri yaklaşık 69 $’a yeni bir zirve yaptı. Bununla birlikte, EPS (TTM) 3,67 ve P/E (TTM) 18,42. Ancak temettü getirisi bulunmamaktadır.

Nextracker Inc. (NXT )

Nextracker, elektrik çözümleri, entegre izleyiciler ve verimlilik optimizasyonu ve kontrol sistemleri sunan bir güneş teknolojisi platform sağlayıcısıdır. Şirketin gelişmiş teknolojisi, güneş enerjisi santrallerinin gökyüzünde güneşin hareketini takip etmesini ve performansı optimize etmesini sağlar.

Ürün ve hizmetleri arasında NX Foundation, NX Horizon, NX Navigator, NX Global, PowerworX, TrueCapture ve Services Electrical Balance of System (eBOS) bulunmaktadır.

Bu ay, Nextracker sürdürülebilirlik raporunu yayınladı; raporda Toplam Kayıt Edilebilir Olay Oranı (TRIR) 0,61 olarak elde edildi ve ABD güvenlik operasyonları hedefi olan 1,2’nin üzerine çıkıldı.

Nextracker, tüm toprak tiplerinde güneş kurulumlarını iyileştirmek için NX Foundation Solutions’ı tanıttı. NX Horizon düşük karbonlu izleyici (LCT) sistemleri de karbon emisyonlarını (izleyiciyle ilgili) %35’e kadar azaltmak için piyasaya sürüldü.

GHG emisyonları ve kaynak verimliliği konusunda şirket, küresel olarak tanınan çerçeveye (SBTi) uygun hedefler belirleme taahhüdünde bulundu, ilk Görev Gücü İklim Finansal Açıklama (TCFD) indeksini yayınladı, Scope 1 ve Scope 2 GHG emisyon verileri için üçüncü taraf onayı aldı ve ABD’de Çevre Yönetim Sistemi için ISO 14001:2015 sertifikasını kazandı.

ISO 9001 sertifikası da ABD, Hindistan ve Brezilya’daki operasyonlarda kalite yönetimi için elde edildi.

Bu arada, Nextracker, Güney Amerika ülkesindeki en büyük yenilenebilir enerji şirketlerinden biri tarafından seçildi. Casa dos Ventos, Brezilya’daki dört yeni projesi için 1,5 GW’lık güneş izleyici sistemlerini sağlamak üzere Nextracker’ı tercih etti. Bu projeler arasında güneş ve güneş‑rüzgar hibrit projeleri de bulunuyor.

“Casa dos Ventos gibi bir yenilenebilir enerji liderinden çoklu proje taahhüdü almak, günümüz güneş endüstrisinde performans ve uzun vadeli güvenilirlik açısından güvenilir ortaklıkların artan önemini yansıtıyor.”

– Alejo Lopez, Nextracker Latin America başkan yardımcısı

Nextracker, UC Berkeley ile iş birliği yaparak yeni bir araştırma merkezi (CAL-NEXT Güneş Enerjisi Araştırma Merkezi) kurdu; bu merkez, gelecekteki enerji ihtiyaçlarını desteklemek için güneş enerjisi santrali teknolojisini ilerletmeyi amaçlıyor. Şirket, bu girişime 6,5 milyon dolar katkıda bulundu.

Şirketin finansallarına gelince, geçen ayın sonlarında, 27 Haziran 2025’te sona eren 2026 mali yılı ilk çeyreğini raporladı. Bu dönemde 864 milyon dolar gelir elde etti ve yıllık %20 artış gösterdi.

GAAP brüt kar, yıllık %19 artarak 282 milyon dolar oldu; GAAP operasyonel gelir ise yıllık %16 artarak 186 milyon dolar oldu. Düzeltilmiş brüt kar %18 artarak 285 milyon dolar, düzeltilmiş EBITDA ise %23 artarak 215 milyon dolar oldu. Nextracker’ın bu dönem toplam sipariş birikimi 4,75 milyar doların üzerindeydi.

Ayrıca, çeyrek sonunda 81 milyon dolar işletme nakit akışı ve 743 milyon dolar nakit rapor etti; borcu bulunmamaktadır. Bu çeyrek boyunca şirket, yeni büyüme girişimlerini desteklemek için 86,8 milyon dolar stratejik satın almaya yatırım yaptı.

“Nextracker, tüm ana finansal ölçütlerde bir başka güçlü çeyrek sundu ve pazar payı ivmesini sürdürdü.”

– Kurucu ve CEO Dan Shugar

Geçtiğimiz ay, Nextracker AI ve robotik iş girişimini başlattığını duyurdu. “Güneşi küresel enerji talebine göre ölçeklendirmek, güç santrallerini inşa etme ve işletme şeklimizde yeni bir otonomi seviyesini gerektiriyor,” dedi yeni atanan baş AI ve robotik sorumlusu Dr. Francesco Borrelli.

Bu, 40 ülkede yaklaşık 100 GW çalışan sistem üzerinde zaten milyonlarca sensör ve kontrol düğümü dağıtılmış durumda; Nextracker, AI ve robotik teknolojilerini ölçekli bir şekilde kullanmak için benzersiz bir fırsata sahip.

En Son Nextracker Inc. (NXT) Hisse Senedi Haberleri ve Gelişmeleri

Sonuç

Güneş enerjisi, dünyayı güçlendirmek için en umut verici ve en temiz yollardan biridir. Zaten, güneş PV benimsenmesi hızlı bir şekilde artıyor, ancak elbette yenilenebilir enerji yolculuğu sadece tek bir teknolojiye bağlı olmayacak.

Fotovoltaikler, termoelektrikler ve gelişmiş nanomalzemeleri birleştiren hibrit sistemler, güneş enerjisinin geleceği için anahtar olacaktır.

Malzeme verimsizlikleri bir zamanlar güneş termoelektrik teknolojisini sınırlarken, şimdi yeni termal yönetim ve nanoyapı teknikleriyle engelleri aşıyor. STEG’lerdeki son atılım, sadece yarı iletken performansının değil, malzeme ve yapısal seviyedeki yeniliklerin de etkileyici verimlilik artışlarını ortaya çıkarabileceğini ve artan enerji ihtiyaçlarını karşılamaya yardımcı olabileceğini gösteriyor.

En iyi yenilenebilir enerji hisselerinin listesi için buraya tıklayın.

Referanslar:

1. Xu, T., Wei, R., Singh, S.C., et al. 15 Kat artış… solar thermoelectric generator performance through femtosecond-laser spectral engineering and thermal management. Light: Science & Applications, 14, 268, 12 Ağustos 2025 tarihli yayın. https://doi.org/10.1038/s41377-025-01916-9
2. Zhan, Z., ElKabbash, M., Cheng, J., Zhang, J., Singh, S., & Guo, C. Yüksek derecede yüzdürülür, süperhidrofobik metalik montaj su uygulamaları için. ACS Applied Materials & Interfaces, 11(51), 48512–48517, 26 Aralık 2019 tarihli yayın. https://doi.org/10.1021/acsami.9b15540
3. Jalil, S.A., Lai, B., ElKabbash, M., et al. Femtosaniye lazerle işlenmiş metallerin spektral absorpsiyon kontrolü ve güneş‑termal cihazlarda uygulama. Light: Science & Applications, 9, 14, 4 Şubat 2020 tarihli yayın. https://doi.org/10.1038/s41377-020-0242-y