Gece Güneş Enerjisi – Termoradyatif Diyotların Yakında Pillerin Gerekliliğini Ortadan Kaldırması

En bol ve doğal enerji kaynaklarından biri güneş enerjisidir. Her gün, güneş doğar ve ışığını bize verir, ısı ve elektrik sunar.

İzole, uzak ve kırsal bölgeler bile bu enerji kaynağından yararlanabilir, çünkü gezegendeki çoğu bölge bir ölçüde güneş ışığı alır. Bu tükenmez enerji kaynağının büyük bir kısmına ihtiyaç yoktur; güneş enerjisinin %10’undan azı, küresel enerji talebimizi karşılamamıza yeterlidir.

Yenilenebilir bir enerji kaynağı olarak, zararlı sera gazı emisyonları oluşturmaz ve elektrik şebekesi ve pillerle iyi uyumludur.

Güneş ışığının kullanımı tamamen yeni değildir. İnsanlar M.Ö. 7. yüzyılda bile güneş ışınlarını parlak nesnelere yansıtarak ateş yakmak için kullanıyorlardı.

Bununla birlikte, teknolojik ilerlemeler, güneş ışığını yakalayıp elektrik üretmek ve daha sonra kullanım için depolamak konusunda yüksek verimlilik sağlamıştır.

Güneş teknolojileri, güneşin yaydığı ışık olan elektromanyetik radyasyonu yakalar ve bunu faydalı enerji biçimlerine dönüştürür. Güneş enerjisi teknolojilerinin iki ana tipi, fotovoltaik (PV) ve güneş paneli olarak kullanılan, ve yoğunlaştırılmış güneş termal gücü (CSP) olarak adlandırılır.

Güneş panelleri, şu anda güneş enerjisinden elektrik üretmenin en popüler yoludur. PV panellerinin faydalı ömrü 20-25 yıldır ve kurulduktan sonra sadece periyodik temizlik dışında çok az bakım gerektirir.

Genellikle silikon gibi bir yarı iletken malzemeden yapılan bu malzeme, güneş ışığı fotonlarına maruz kaldığında elektronları serbest bırakır ve bir elektrik yükü üretir. Bu yük bir elektrik akımı oluşturur; bu akım güneş panelleri tarafından yakalanır ve ardından bir invertör tarafından alternatif akıma (AC) dönüştürülerek cihazlarınızı beslemek için kullanılır.

Fotovoltaik (PV) etkisi aslında 1839’da Fransız fizikçi Edmond Becquerel’in metal elektrotlu bir hücreyi iletken bir çözelti içinde deneyler yaparken, hücrenin ışığa maruz kaldığında daha fazla elektrik ürettiğini keşfetmesiyle ortaya çıktı.

Ardından 1954’te, silikon PV hücresinin geliştirilmesiyle PV teknolojisi doğdu; bu hücre, güneş enerjisini emerek günlük elektrik ekipmanlarını çalıştıracak güce dönüştürebiliyordu.

Bugün, güneş enerjisi sistemleri yalnızca evlere ve işletmelere entegre edilmekle kalmayıp, enerji temini için önemli bir yenilenebilir enerji karışımının parçası haline gelmiştir.

Güneş enerjisinin aslında elektriği önemli ölçüde azaltma, depolama ile birleştirerek yedek güç üretme, dayanıklı bir elektrik şebekesine katkı sağlama, hem küçük hem büyük ölçeklerde benzer verimlilikle çalışabilme ve istihdam yaratma ve ekonomik büyümeyi teşvik etme potansiyeli vardır.

Öte yandan maliyet açısından, bariz donanım maliyetlerinin yanı sıra, izin, finansman ve kurulum gibi yumuşak maliyetler ve bu şirketlerin diğer işletme giderleri de güneş enerjisinin fiyatını etkiler.

Güneş enerjisinin büyük faydaları olsa da, kesintisellik sorunu devam etmektedir. Mevcut güneş ışığı miktarı zaman, konum ve mevsime göre değişir.

Örneğin, fotovoltaikler enerjiyi çoğunlukla gün ortasında, güneşin en parlak olduğu zaman üretir. Daha verimli ve güvenilir depolama sistemleri, bu enerji kaynağını gün boyunca, hatta güneş battığında veya bulutlu olduğunda da kullanmamıza olanak sağlasa da, araştırmacılar daha iyi alternatifler aramaktadır.

2022’de, New South Wales Üniversitesi (UNSW) araştırmacıları bu alanda büyük bir atılım yaparak, gece boyunca bile güneş enerjisinden elektrik üretmelerine olanak sağladılar. Bu teknoloji artık uzaya götürülüyor.

Gece Güneş Enerjisi

Dolayısıyla, iki yıl önce, Mayıs ayında, bir UNSW ekibi gece güneş enerjisinden elektrik üreterek yenilenebilir enerji teknolojisinde bu büyük atılımı gerçekleştirdi.

Fotovoltaik ve Yenilenebilir Enerji Mühendisliği Okulu (SPREE) araştırmacılarından oluşan ekip, Dünya’nın yaydığı ısıyı kızılötesi ışık (IL) olarak kullanarak, tıpkı geceleri uzaya radyasyonla soğuması gibi, elektrik üretti.

Bunun için ekip, termoradyatif diyot adı verilen bir yarı iletken cihaz geliştirdi. Diyot, akımın bir yönde akmasına izin verirken diğer yönde engelleyen bir yarı iletken cihazdır. Bu cihazlar alternatif akımı (AC) darbeli doğru akıma (DC) dönüştürür.

Termoradyatif diyot (TRD) ise IL yayarak elektrik üretir. Herhangi bir sıcak yüzeyden güç üretebilir ve bu sayede gece güneş enerjisi sağlama yeteneğine sahiptir. Ekip tarafından geliştirilen termoradyatif diyot, yayılan kızılötesi ışıktan elektrik üretmek için gece görüşü (NV) gözlüklerinde kullanılan malzemelerden yapılmıştır.

Güç kapasitesi çok küçüktü; bir güneş panelinin sağladığı gücün 100.000 katı kadar azdı. Buna rağmen, araştırmacılar sonucun gelecekte geliştirilebileceğine inanıyorlardı. Takım lideri Yardımcı Doçent Prof. Ned Ekins-Daukes:

“Termoradyatif diyottan elde edilen elektrik gücünün açık bir gösterimini yaptık.”

Termal görüntüleme kameralarıyla geceleri radyasyon miktarını görebileceğimizi açıkladı. Ancak bu sadece kızılötesi (760 nm ile 100.000 nm arasındaki dalga boylarına sahip elektromanyetik radyasyon) ve görünür dalga boyu (380 ile 780 nanometre arasındadır) değildir. Bu yüzden ekip, ‘kızılötesi termal radyasyon yayılımından elektrik gücü üretebilen’ bir cihaz geliştirdi.

Sonuçta, süreç hâlâ güneş enerjisini kullanıyor, dedi Prof. Ekins-Daukes. Gün boyunca güneş ışığı gezegenimize çarpar, onu ısıtır. Aynı enerji, gece kızılötesi ışık şeklinde geniş, soğuk uzaya geri yayılır. Radyatif diyot kavramı bu süreçten yararlanır ve ekip bununla elektrik üretebildiğini kanıtladı.

“Enerjinin bir akışı olduğunda, onu farklı biçimler arasında dönüştürebiliriz.”

– Takım lideri Prof. Ekins-Daukes

Fotovoltaiklerin yapay sürecini geliştirdiğimiz gibi, termoradyatif süreçte de sıcak bir Dünya’dan gelen kızılötesi enerjinin soğuk evrene yönlendirilmesi sağlanmıştır.

Ayrıca, bir güneş hücresinin ışığı absorbe ederek elektrik üretmesi gibi, termoradyatif diyot da kızılötesi ışığı daha soğuk bir ortama yayarak elektrik üretir.

“Her iki durumda da, sıcaklık farkı bize elektrik üretme imkanı sağlar.”

– Makalenin ortak yazarı Dr. Phoebe Pearce

Daha önce teorik bir süreç olan bu, ekip tarafından pratik olarak gerçekleştirildi ve gelecekte çok daha verimli ve özel cihazların, enerjiyi çok daha büyük ölçekte yakalayabilecek şekilde üretilebileceği doğrulandı.

Prof. Ekins-Daukes, yeni araştırmayı Bell Labs mühendislerinin ilk pratik silikon güneş hücresini gösterdiği zamana benzetti; o hücre sadece %2 verimliliğe sahipti. O zamandan beri uzun bir yol kat ettik ve şimdi güneş ışığının yaklaşık %23’ünü elektriğe dönüştürebiliyoruz.

Ortak yazar Dr. Michael Nielsen:

“Bu teknolojilerin ticarileşmesi hâlâ bir yol uzakta olsa da, evrimin çok başında olmak bir araştırmacı olarak çok heyecan verici bir konum.”

Araştırmacılara göre bu yeni teknoloji, gelecekte yapay kalpler gibi düzenli olarak pil değiştirilmesi gereken biyonik cihazları güçlendirmek gibi birçok uygulama bulabilir. Böylece, yeni teknolojileri belirli cihazlarda pillerin gerekliliğini ortadan kaldırabilir ya da şarj etmelerine yardımcı olabilir.

Şu ana kadar, radyatif diyot ‘göreceli olarak çok düşük güç’ üretebildi. Gücü tespit etmek bir zorluktu ve endüstrinin bunu benimsemesi için yaklaşık bir on yıl daha üniversite araştırması yapılması gerekiyor. Ancak teorik olarak, bu teknolojinin ‘nihayetinde bir güneş hücresinin gücünün yaklaşık 1/10’u’ üretmesi mümkündür.

‘Elektrik gücünün açık gösterimi’ sonrası, ekip ölçeklenebilirliği artırmak için üretimi daha kolay bir yeni malzeme üzerinde çalışmaya başladı.

Aynı zamanda ekip, teknolojilerini uzay araçları ve uydular gibi uzay araçlarına uygulamaya çalışıyor. Güneş enerjili uydular yeni bir şey değil; aslında ilk kez 1958’de gösterildi.

Güneş hücreleriyle çalışan bu uzay araçları, tutulma koşullarında bataryalara dayanır. Bu yüzden UNSW araştırmacıları, uyduların karanlıkta yörüngede iken güç üretmesi için bu teknolojiyi uygulamaya koyuyor.

İlk olarak uzayda kullanılan teknoloji, şimdi evlerimiz için güneş enerjisinden büyük miktarda elektrik üretmekte kullanılmakta ve benzer bir şekilde Prof. Ekins-Daukes, ‘radyatif diyotu önümüzdeki iki yıl içinde uzaya uçurmayı’ planlıyor.

Güneş enerjisinin artan kullanımının güneş çağının başlangıcını işaret ettiğini öğrenmek için buraya tıklayın.

Temiz ve Bol Güneş Enerjisine Geçiş

Güneş panellerinin güç üretmek için güneş ışığına ihtiyaç duyması ve bu yüzden gece çalışamaması nedeniyle, bu sorunu çözmek için çok sayıda araştırma ve geliştirme yapılmaktadır.

Bu sorunun ele alınmasının bir yolu, fazla enerji üretimini depolamak için kullanılan batarya depolamadır. Depolanan enerji, istenildiğinde, gece ve bulutlu günlerde kullanılabilir. Tesla Powerwall veya Generac PWRcell gibi ürünler buna alternatif sunar. Bu batarya bankaları, elektrik kesintileri sırasında şebekeden bağımsız enerji kaynakları olarak görev yapar.

Başka bir yöntem net ölçüm (net metering) sistemidir. Burada, bir güneş geri alım programına erişim, yerel şebekeyi batarya gibi kullanmanıza olanak tanır. Gün içinde güneş panellerinizin ürettiği fazla enerjiyi şebekeye geri göndererek fatura kredileri kazanırsınız. Kazandığınız krediler, gece enerji tüketiminizi karşılamak için faturanıza uygulanır.

Araştırmacılar, gece gökyüzünden elektrik toplayan güneş panelleri bile geliştirdi. Örneğin, anti-güneş hücreleri gündüz güneş panellerine ters çalışır. Ayrıca, hareketi enerjiye dönüştüren ve sıcak yüzeylerden gelen radyasyon gücünü kullanan sürtünme enerjili paneller de vardır.

Son zamanlarda, Stanford Üniversitesi bilim insanları gece elektrik üreten yeni bir güneş paneli tasarladı. Bunun için geleneksel güneş enerjili hücrelere termoelektrik jeneratör entegre ettiler. Bu sadece sürekli güç üretimi sağlamakla kalmaz, aynı zamanda gün içinde verimliliği artırır.

Kaliforniya merkezli girişim Reflect Orbital, gece güneş ışığı satma planını paylaştı. Bunu başarmak için, yüzeye 370 mil yükseklikte yörüngede dönecek mylar aynalarla donatılmış bir uydu takımyıldızı kullanmayı planlıyor. Bu aynalar, Dünya yüzeyindeki güneş panellerine ışık yansıtacak.

“Güneş ışığının yeni petrol olduğunu ve uzayın enerji altyapısını desteklemeye hazır olduğunu düşünüyoruz.”

– Reflect Orbital Kurucu Ortağı Ben Nowack, X (eski adıyla Twitter) üzerinde

Sayılara bakarsak, temiz enerji kaynakları arasında güneş kesinlikle lider konumda. 2023, bu enerji kaynağı için rekor bir yıl oldu; dünya 447 GW yeni güneş kapasitesi kurdu, bu da tüm yeni yenilenebilir kapasite eklemesinin %78’ine tekabül ediyor. Bir önceki yıla göre %87 artış kaydederek, küresel güneş pazarı 2010’dan bu yana görülmemiş bir büyüme oranı elde etti.

Bu büyümenin çoğu, dünyanın en büyük güneş pazarı olan Çin tarafından yönlendirildi. Çin, 253 GW yeni güneş PV kapasitesi ekledi; bu %167 artış ve geçen yıl küresel kurulu kapasitenin %57’sinden sorumlu.

Bu “beklenmeyen büyüme”, 2024-2028 Küresel Güneş Enerjisi Piyasa Görünümüne göre, modüllerin fiyatlarının yaklaşık %50 düşmesi nedeniyle gerçekleşti. Bu düşüş, küresel PV üretim kapasitesindeki büyük artış ve aşırı kapasite oluşumundan kaynaklandı.

2023’te önceki yıllardan gelen siparişlerin nihayet kurulmasının yanı sıra, bireyler, işletmeler ve hükümetler, yüksek enerji fiyatlarına güvenilir ve maliyet etkin bir çözüm olarak güneş enerjisine yönelmektedir.

Ürün bulunabilirliğinin artması, maliyet iyileştirmeleri ve teknolojinin sunduğu birçok fayda sayesinde, rapor önümüzdeki yıllarda “güneş PV gücüne yönelik önemli bir talep artışı” öngörüyor.

Güneş Enerjisi Sektörünü İlerleten Şirketler

Şimdi, enerji üretmek için alternatif yollar izleyen birkaç önde gelen isme bir göz atalım.

Clearway Energy (CWEN ) temiz, yenilenebilir enerji sağlamak için rüzgar çiftlikleri ve güneş enerjisi santralleri işleten bir şirkettir, Ormat Technologies (ORA ) jeotermal enerji üretimine odaklanır. Heliogen (HLGN ) bu alandaki bir diğer isimdir ve yapay zeka ile gelişmiş ayna teknolojisini kullanarak güneşi yoğunlaştırıp elektrik üretir. Enphase Energy (ENPH ) ve Piedmont Lithium (PLL ) ise enerji depolama alanında lider konumdadır.

#1. Bloom Energy (BE )

Bu şirket, katı oksit yakıt hücresi teknolojisini kullanarak güvenilir ve verimli elektrik üretmektedir. Enerji sunucularını yerinde üretim için kullanarak, Bloom Energy geleneksel enerji üretimine daha temiz bir alternatif sunar ve şebekeye bağımlılığı azaltır.

Yazı itibarıyla, BE hisseleri $10.80 seviyesinde işlem görmekte, yılbaşından bu yana %26.82 düşüşte ve piyasa değeri $2.465 milyar. Bloom Energy’nin EPS (TTM) -1.30 ve P/E (TTM) -8.31. 2024 ikinci çeyreği için şirket rapor etti $335.8 milyon gelir, bu da yıllık %11.5 artış demektir. Çeyrek için brüt marj %20.4 iken, faaliyet zararı $23.1 milyon oldu. Bloom Energy ayrıca bilançosunu güçlendirmek için %3 dönüştürülebilir yeşil tahviller ihraç etti.

Ayrıca şirket, CoreWeave adlı AI lideriyle iş birliği yaparak Chirisa Technology Parks’a ait yüksek performanslı veri merkezini güçlendirdi. Bloom yakıt hücreleri, Silicon Valley Power’ın 20 MW AWS veri merkezlerini de besleyecek. Bloom’un CEO’su KR Sridhar:

“Şimdi yaygın olarak anlaşılan bir gerçek, elektrik talebinin şebeke aracılığıyla mevcut arzı çok aşması bekleniyor. Bu durum Bloom için büyük bir fırsat sunuyor. Ürün ve çözümlerimize yüksek düzeyde ticari ilgi görüyoruz. İyi bir şekilde yürütmeye, teknolojimizi ilerletmeye ve gelecekteki büyüme için ekibimizi genişletmeye devam ediyoruz.”

#2. NextEra Energy (NEE )

Güneş, rüzgar ve batarya depolamaya odaklanan NextEra, yenilenebilir enerjinin en büyük üreticilerinden biri haline geldi. Elektrik ve enerji altyapı şirketinin hisseleri şu anda $83.85 seviyesinde, yılbaşından bu yana %38.05 artış gösteriyor ve NextEra’nın piyasa değeri $172.27 milyar. EPS (TTM) 3.67 ve P/E (TTM) 22.85.

2024 ikinci çeyrek için şirket rapor etti GAAP net gelirinin $1.622 milyar olduğunu ve yeni yenilenebilir ve depolama projeleri olarak 3.000 MW’dan fazla eklediğini. Birkaç ay önce, yan kuruluşu NextEra Energy Resources, Entergy ile birlikte, yeni güneş üretimi ve enerji depolama projeleri için 4.5 GW’ye kadar yeni kapasite oluşturmayı hızlandırmak amacıyla ortak bir geliştirme anlaşması duyurdu.

Sonuç

Güneş, tükenmez bir enerji kaynağıdır ve verimli, gelişmiş teknolojilerle birleştirildiğinde, hızla artan küresel enerji talebini karşılamak ve iklim değişikliği sorununu ele almak için büyük bir potansiyel sunar.

Küresel temiz enerji geçişinin yükselen lideri olarak, güneş endüstrisi geçen yıl tüm diğer üretim teknolojilerini aşan bir yatırım gördü ve gelişti. Tüm bunlar, güneş teknolojisinde birçok atılımı beraberinde getirdi; örneğin, güneşi izleyen güneş hücreleri, yazdırılabilir güneş hücreleri, fotovoltaik pencereler ve elbette gece güneş enerjisi üretimi, ki bu da güneş enerjisinin gelecekteki nesiller için uzun vadeli bir enerji çözümü haline gelmesine yardımcı olabilir.

Yatırım yapabileceğiniz en iyi güneş hisse senetlerinin listesi için buraya tıklayın.