Güneş Enerjisi Depolama Çözümlerinin Verimliliği, Dönüşümde ‘Bir Mertebeden Fazla’ Artışla Artırıldı

“Dünya’nın yenilenebilir elektrik üretme kapasitesi, son otuz yılda herhangi bir zamandan daha hızlı genişliyor,” diye Uluslararası Enerji Ajansı, bu yılın başlarında yayınlanan bir raporda söyledi.

Bu büyüme, Paris merkezli otonom hükümetlerarası organizasyona göre, COP28 iklim değişikliği konferansında belirlenen küresel kapasitenin üç katına çıkarma hedefine, bu on yılın sonuna kadar ulaşmak için ‘gerçek bir şans’ sunuyor.

Yenilenebilir kapasite, son on yılda önemli ölçüde artmış, bu süreçte güneş enerjisi büyük bir rol oynamaktadır. 2023 yılında, yenilenebilir kaynaklar dünya elektriğinin %30’unu üretmiş ve güneş PV dünya çapında yeni yenilenebilir kapasite eklemelerinin üçte üçünü oluşturmuştur.

Bu mantıklı, çünkü güneş enerjisinin maliyeti düşmeye devam ediyor ve kömürden daha ucuz hale geliyor. Uzun vadeli maliyet kesinliği gibi ekonomik faydalar sunmanın yanı sıra, güneş enerjisi dayanıklılığı artırır ve karbon emisyonlarını azaltır.

Bununla birlikte, bu faydalara ve küresel nihai enerji tüketiminin %50’sinin ısıtma için kullanılması gerçeğine rağmen, fosil enerji kaynaklarıyla karşılaştırıldığında güneş enerjisi kullanımı hâlâ düşüktür.

Bunun nedeni, güneş enerjisinin gece mevcut olmaması gibi benzersiz sınırlamaları olmasıdır; enerji talebinin zirvesi genellikle akşam saatlerinde ortaya çıkar. Ayrıca, iklim değişikliği hem talebi hem de arzı etkiler.

“İklim değişikliğinin enerji sistemini bütün olarak nasıl etkileyeceğini düşünmemiz gerekiyor çünkü ne yazık ki hiçbir elektrik üretim sistemi iklim değişikliğinin etkilerinden bağışık değildir.”

– Romany Webb, Columbia Climate School’da Sabin Center for Climate Change Law’un yardımcı direktörü

İklim etkileri söz konusu olduğunda, daha sık meydana gelen sıcak hava dalgaları güneş panellerinin verimliliğini azaltırken, soğutma talebindeki artış şebekeyi zorlayıp sistemi olumsuz etkiler. Kasırgaların fotovoltaik üretimi %18 ile %60 arasında azaltabildiği ve tropikal siklonların güneş ışınımını %80’e kadar düşürebildiği bulunmuştur. Rüzgar gibi aşırı hava koşulları da güneş enerjisi altyapısına ek zarar verebilir.

Tüm bu sınırlamalar, verimli güneş enerjisi depolamanın birçok olasılığı açabileceği anlamına geliyor.

Etkin depolama çözümleri, güneş battığında zirve kullanım için fazla gücü depolamayı mümkün kılar. Böylece, elektrik yükleri talep ve arz bazında dengelenebilir ve sürekli enerji akışı sağlanabilir.

Güneş enerjisi depolaması, enerji şebekesinin kesintilere karşı savunmasız hale geldiği orman yangınları gibi bozulma olayları sırasında da koruma sağlar.

Peki, bu depolama çözümleri nelerdir? Genel olarak üç ana kategoriye ayrılırlar; batarya, mekanik ve termal. Bunlar arasında, özellikle lityum-iyon bataryalar, güneş enerjisi depolaması için en yaygın ve maliyet-etkin yoldur.

Bununla birlikte araştırmacılar sürekli yeni yenilikler ortaya koymaktadır. Güneş enerjisini daha verimli bir şekilde toplamak ve depolamak için tamamen yeni bir yaklaşım, henüz keşfedilmemiş duyarlılık stratejilerinin kullanılmasını içeriyor.

Daha Verimli Güneş Enerjisi Hasadı ve Depolaması

Küresel güneş enerjisi kullanımının sınırlı olmasının temel sorunu—doğrudan kullanılabilirliğinin kesintili olması—ele almak için Mainz Johannes Gutenberg Üniversitesi (JGU) ve Siegen Üniversitesi araştırmacıları, güneş enerjisini depolamak için moleküler sistemler geliştirdi.

Geleneksel termal enerji depolama sistemlerinin enerjiyi sadece kısa süreler için saklamasının aksine, moleküler güneş enerjisi depolama sistemleri enerjiyi birkaç hafta ila aylar arasında uzun bir süre saklayabilir. Bunun nedeni, güneş enerjisinin burada kimyasal bağlar şeklinde depolanmasıdır.

Moleküler güneş enerjisi depolama sistemlerinin çalışma şekli, özel moleküllerin veya fotoşalterlerin önce güneş enerjisini absorbe etmesi ve ardından talep üzerine ısı olarak serbest bırakmasıdır.

Bu sistemin de zorlukları yok değildir. Fotoşalterleri heyecanlandırmadaki temel sorun, güneş ışığının verimli absorpsiyonu ile enerji depolama kapasitesi arasındaki uzlaşmadır. Bu, moleküler güneş enerjisi depolama sistemlerinin genel performansını sınırlar.

Bu nedenle, Mainz ve Siegen’deki araştırma ekibi, bu sorunu yeni bir yaklaşımla aşmak için bir çalışma yürüttü.

Yeni fotoşalter sınıfı, Siegen’de ilk kez tanıtıldı ve geleneksel lityum-iyon bataryalarla karşılaştırıldığında inanılmaz enerji depolama potansiyeli gösterdi.

En yaygın kullanılan batarya kimyası, bu bataryalar bir devre kartının yanı sıra bir veya birden fazla lityum-iyon hücresi içerir. Bir lityum-iyon hücresi elektrotlar, anot, katot, elektriği ileten bir elektrolit, akım toplayıcıları ve bir ayırıcıya sahiptir. Fotoşalter ise, elektromanyetik radyasyona maruz kaldığında yapısal geometrisini ve kimyasal özelliklerini değiştiren bir moleküldür.

Yeni fotoşalter, olağanüstü enerji depolama potansiyeline sahip olmasına rağmen, işlevselliği yalnızca ultraviyole (UV) ışıkla aktive olabilmesiyle sınırlıydı. UV ışığı 10-400 nanometre dalga boylarına sahiptir ve güneş spektrumunun sadece küçük bir kısmını oluşturur.

Bu nedenle, en son çalışma dolaylı bir ışık toplama tekniği önerdi. Bu teknik, fotosentezde ışık toplamanın nasıl çalıştığına benzer. Burada, ikinci bir bileşik eklenir; bu, mükemmel görünür ışık absorpsiyon özelliklerine sahip bir duyarlı maddedir. JGU Kimya Bölümü’nden Profesör Christoph Kerzig, doktora öğrencisi Till Zähringer ile birlikte çalışmayı yönetti ve şunları belirtti:

“Bu yaklaşımda, duyarlı madde ışığı absorbe eder ve ardından bu koşullar altında doğrudan uyarılamayan fotoşaltere enerjiyi aktarır.”

Bu yeni yaklaşımla, araştırma ekipleri güneş enerjisi depolama verimliliğini bir mertebeden fazla artırdı. Enerji dönüşümündeki bu büyük adım, hem ev ısıtma çözümleri hem de büyük ölçekli enerji depolama için potansiyel uygulamaları açıyor.

Mainz merkezli araştırma ekibi, temel mekanizmayı anlamak amacıyla karmaşık sistemi keşfetmek için kapsamlı spektroskopik analizler de yürüttü.

Sistemin nasıl çalıştığını ayrıntılı bir şekilde kavramak, “ışık toplama sınırını önemli ölçüde itmeye” yardımcı olacaktır, dedi birinci yazar Zähringer ve bunun ayrıca ışığın kimyasal enerjiye dönüşüm verimliliğini artırabileceğini ekledi.

Operasyonel koşullarda, absorbe edilen her bir foton kimyasal bağ oluşum sürecini tetikleyebilir. Bu, çeşitli enerji kaybı kanallarının bir sonucu olarak fotokimyasal reaksiyonlarda nadiren görülür.

Araştırmacılar, güneş ışığını kullanarak enerji depolama ve serbest bırakma durumları arasında birçok kez döngü yaparak sistemin pratikliğinin sağlamlığını başarıyla doğruladı ve sistemin gerçek dünya uygulamaları için potansiyelini vurguladı.

Güneş Enerjisi Hasadı ve Depolamasındaki En Son Gelişmeler

Güneşin yenilenebilir enerji karışımındaki büyük rolü göz önüne alındığında, araştırmacılar, şirketler ve hükümet girişimleri arasında, tüm sürecin nasıl çalıştığını daha derinlemesine anlamaya ve enerjiyi toplama ve depolama için daha iyi çözümler geliştirmeye yönelik artan bir odak oluşmuştur.

NC State Üniversitesi’nden yeni araştırma, güneş ışığının elektriğe dönüşmesi sırasında organik hücrelerde neler olduğunu daha derinlemesine anlamaya odaklandı. Işık enerjisinin elektrik yüklerine dönüştüğü arayüzleri görselleştirmek için araştırmacılar yeni bir yöntem, tarama prob mikroskopisi geliştirdi ve bunu güneş hücresi verimliliğini artırmak için kullandılar.

Karbona dayalı polimer malzemelerden üretilen organik güneş hücreleri, esnek ve hafif güneş uygulamaları ile yarı veya tam şeffaf pencere uygulamaları için kullanılma potansiyeline sahiptir, ancak ışığı elektriğe dönüştürmede perovskit veya silikon güneş teknolojileri kadar verimli değildir.

Bunun nedeni, bu hücrelerin iki malzemenin karışımından oluşmasıdır; birisi elektronları toplar (donör) ancak onları geçmek için ikinci maddeyle (akseptör) etkileşime girmelidir ve iki arasındaki arayüzler voltaj kaybından sorumludur, bu da organik güneş hücrelerinin verimliliğini sınırlar.

En son çalışma, bileşen donör ve akseptör malzemeler arasındaki enerji farkının ve arayüzlerdeki enerjik düzensizliğin voltaj kaybına yol açtığını buldu.

NC State Üniversitesi Malzeme Bilimi ve Mühendisliği profesörü ve ortak yazar Aram Amassian’a göre, minimum enerji farkına sahip malzemelerin seçilmesi voltaj kayıplarını azaltır. Arayüz düzensizliğini azaltan çözücü ve işleme parametreleri enerji kayıplarını daha da azaltabilir.

Başka bir yakın tarihli çalışma, etkili konut PV sistemlerinin gelecekteki dağıtımını anlamak için hanehalkı enerji depolama sistemlerinin kapasitesini güvenilir bir şekilde tahmin etme görevini üstlendi.

Bunun için araştırmacılar, üç ana adımı içeren ölçeklenebilir bir kapasite tahmin tekniği tanıttı: bir depolama sisteminin tam kapasiteye ulaştığı ve boş olduğu zamanları belirlemek ve bu iki durum arasındaki kapasiteyi hesaplamak.

Daha sonra bu yöntem, Almanya’da sekiz yıl boyunca 21 lityum-iyon batarya tabanlı sistemi özel hanehalklarında ölçmek için kullanıldı. Analiz, ortalama olarak sistemlerin yıllık %2-3 kapasite kaybettiğini ortaya koydu.

Dikkat çekici olarak, bu yöntem üreticiler ve güneş enerjisi şirketleri tarafından enerji depolama sistemlerinin kapasitesini tahmin etmek için kullanılabilir. Ayrıca, araştırmacılar 100 yılı aşkın bir süreden 14 milyar veri noktasını içeren kapsamlı bir veri seti yayınladılar; bu veri seti ek çalışmalar yürütmek veya hesaplamalı modelleri eğitmek için kullanılabilir.

Bu yılın başlarında, Haziran ayında, araştırmacılar ayrıca geliştirdiler yenilikçi bir ışık toplama sistemi; bu sistem, doğal ışık toplama sistemlerine benzer şekilde, “görünür ışık enerjisinin büyük bir kısmını nispeten ince bir tabakada absorbe edebiliyor”.

İnorganik yarı iletkenlere benzer bir bant yapısına sahip olduğu için, geniş görünür spektrumda ışığı pancromatik olarak absorbe edebilir; aynı zamanda organik boyaların yüksek absorpsiyon katsayılarını kullanarak çok fazla enerji absorbe etmesini sağlar.

Sistem, dört farklı merosiyanin boyasını katlanmış ve birbirine yakın şekilde istiflenmiş olarak içerir; bu, içinde ultra hızlı ve verimli enerji taşımasını sağlar. Sistem, ışınlanan ışığın enerjisinin %38’ini dönüştürebildiği bulunmuştur.

Güneş enerjisinin verimli depolanması ve dönüşüm kayıplarının azaltılması için, dünya çapındaki araştırmacılar bu yılın başlarında bir araya gelerek çalıştılar foto- ve elektrokimyasal dönüşüm dinamiklerini inceleyerek istenen işlevler için daha uygun bir molekül tasarlamayı amaçladılar.

Araştırmacılar bunun için norbornadien üzerine odaklanıyor; bu, iki molekül halkasına sahip bir hidrokarbon izomeridir ve UV ışığına maruz kaldığında daha yüksek gerilimli bir quadricyclane’e dönüşür.

Norbornadien-quadricyclane sisteminin saf enerji yoğunluğunun lityum-iyon bataryaya benzer olduğu göz önüne alındığında, ters dönüşümü güvenilir bir şekilde kontrol edilebilirse, bu hem verimli bir güneş modülü hem de elektrik depolamaya uygun bir çözüm sağlayabilir.

Hidrokarbon moleküllere odaklanmak, nadir metaller gerektirmeyen ve kolayca geri dönüştürülebilen veya bertaraf edilebilen maliyet-etkin bir yöntem sunar. Sektördeki tüm bu son gelişmeler, dünya çapında güneş enerjisi benimsenmesini artırmaya yönelik artan odaklanmanın bir kanıtıdır.

İlerlemeden Yararlanacak Şirketler

Şimdi, bu tür bir moleküler güneş enerjisi depolama sisteminden faydalanabilecek veya sunabilecek iki önde gelen isme bakacağız. Bu iki isim NextEra Energy, Inc. (NEE ) ve Enphase Energy, Inc. (ENPH ); her ikisi de ABD merkezli şirketler olup yenilenebilir enerjiye aktif olarak katılmaktadır.

1. NextEra Energy (NEE )

Yenilenebilir enerji teknolojilerine yaptığı yatırımlarla tanınan NextEra Energy, bu teknoloji sayesinde depolama verimliliği açısından fayda sağlayabilir.

161 milyar dolar piyasa değerine sahip olan NextEra hisseleri şu anda 78,37 dolar seviyesinde işlem görmekte ve bu yıl %29’dan fazla artış göstermiştir. Şirketin EPS (TTM) 3,37 ve P/E (TTM) 23,24 olup, %2,63 temettü getirisi ödemektedir.

Enerji altyapı şirketi, yakın zamanda 3Ç24 finansal sonuçlarını raporladı, net gelirinin 2023’ün 3Ç’sindeki 1,29 milyar dolara kıyasla 1,85 milyar dolara yükseldiğini ortaya koydu. Düzeltilmiş hisse başına kazanç ise yıllık %10 artış gösterdi. Bu sonuçlar, CEO John Ketchum’a göre, “sürekli sağlam finansal ve operasyonel performansı” göstermektedir.

Bu arada, NextEra Energy’e ait Florida Power & Light Company (FPL), net gelir olarak 1,29 milyar dolar elde etti; sermaye harcamaları 2 milyar dolar olup, düzenleyici sermaye kullanımı yıllık %9,5 arttı. Florida’daki müşterilerinin Helene ve Milton kasırgalarından etkilenmesi hakkında konuşurken, Ketchum, FPL’nin “sertleştirme ve akıllı şebeke teknolojisine yapılan yatırımlarının yüz binlerce kesintiyi önlediğini” belirtti.

Şimdi, NextEra Energy Resources, ikinci ardışık çeyrekte, yeni yenilenebilir ve depolama projelerinden yaklaşık 3 gigawatt ekleyerek iş listesine dahil etti. Ayrıca, 2030’a kadar toplam 10,5 gigawatt yenilenebilir ve depolama projesi geliştirmek için iki Fortune 50 müşterisiyle anlaşmalar duyurdu.

“İşlerimizin devam eden güçlü performansı, ölçeğimiz, deneyimimiz ve teknolojimiz, artan güç talebinin sektörümüze getirdiği fırsattan yararlanmamızı sağlayacaktır.”

– Ketchum, NextEra Energy CEO’su

Geçen hafta, önde gelen temiz enerji şirketi, Goldman Sachs, J.P. Morgan ve Mizuho gibi büyük finans kurumlarına 1,5 milyar dolar değerinde öz sermaye birimlerini satma anlaşması yaptı. Fonlar, yapay zeka ile ilgili enerji ve güç projelerine yatırımlar ve mevcut ticari senet borçlarını ödemek için kullanılacak.

Yapay zeka çılgınlığı, AI veri merkezlerinden güç talebinin artmasına yol açtıkça ve şirket yenilenebilir enerji işini büyütmeye odaklandıkça, NextEra Energy ayrıca Iowa’daki Duane Arnold nükleer santralini yeniden başlatma konusunda federal düzenleyicilerle çalışmalar yürütmekte ve görüşmeler yapmaktadır.

2. Enphase Energy, Inc. (ENPH )

Güneş invertörleri ve depolama konusunda uzmanlaşmış Enphase Energy, ticari olarak uygulanabilir olduğu takdirde yenilikçi moleküler depolamayı da dahil ederek tüketicileri için enerji dayanıklılığını ve verimliliğini artırabilir.

11,8 milyar dolar piyasa değerine sahip Enphase hisseleri şu anda 87,46 dolar seviyesinde işlem görmekte ve bu yıl %33,87 düşüş göstermiştir. Şirketin EPS (TTM) 0,44 ve P/E (TTM) 198,82’dir. 2024 3Ç için, küresel enerji teknoloji şirketi 380,9 milyon dolar gelir ve %48,1 non-GAAP brüt marj rapor etti. Bu dönemde Enphase, 1,73 milyondan fazla mikroinvertör ve 172,9 MWh batarya sevkiyatı yaptı.

Dünya çapında mikro invertör tabanlı güneş ve batarya sistemlerinin önde gelen tedarikçisi, çeyrek dönemi 161,6 milyon dolar serbest nakit akışıyla kapattı; nakit, nakit benzerleri ve menkul kıymetler ise 1,77 milyar dolar idi.

Bu dönemde Enphase, tüketicilerin tasarruflarını maksimize etmelerine yardımcı olmak amacıyla güneş ve tüketim tahminlerini elektrik tarifeleriyle entegre eden yapay zeka tabanlı bir yazılım başlattı.

Ekim ayında şirket, seçili ülkelerde daha yeni, yüksek güçlü güneş panellerini desteklemek için IQ8™ Mikroinvertörlerin sevkiyatına başladı, seçili ABD eyaletlerinde şebeke hizmet programları (veya sanal güç santralleri) desteğini genişletti ve Avustralya’da 25 yıl en uzun standart konut garantisine sahip IQ8X Mikroinvertörleri piyasaya sürdü.

Bu tarihten iki ay önce, şimdiye kadar ki en güçlü Enphase Energy System’i piyasaya sürdü, Kaliforniya’da eski net enerji ölçüm (NEM) güneş enerjisi sistemlerini cezasız genişletmek için bir çözüm duyurdu, IQ EV Şarj Cihazları için NACS konektörlerini başlattı ve Avrupa genelinde seçili ülkelerde daha yeni, yüksek güçlü güneş modüllerini desteklemek amacıyla IQ8 Mikroinvertörleri sevk etti. Ayrıca, Hollanda’da dinamik elektrik tarifelerini desteklemek ve üçüncü taraf EV şarj cihazları ve ısı pompalarının entegrasyonunu sağlamak için IQ Energy Management’ı tanıttı.

Şirket, şu anda Avrupa pazarı için 2. nesil IQ® EV şarj cihazı, yedekli 3-Phase IQ Batarya ve IQ® Balkon Güneş Kiti’nin lansmanına hazırlanıyor; aynı zamanda IQ® Meter Collar, 10 kWh IQ Batarya ve geliştirilmiş IQ® Combiner içeren dördüncü nesil enerji sistemi, önümüzdeki yılın başında ABD’de tanıtılacak.

Genel olarak, Enphase’in Avrupa satışları, “Avrupa talebindeki daha fazla yumuşama” nedeniyle 2Ç’den %15 azaldı, stokların normale dönmesi ise ABD gelirini %43 artışla sekansiyel olarak yükseltti.

Sonuç

Küresel yenilenebilir enerji çabaları arasında, güneş enerjisi temiz ve bol bir çözüm sunan önde gelen bir oyuncu olarak ortaya çıkmıştır. Ancak, maliyet, daha verimli çözümler ve altyapı eksikliği gibi faktörler, dünya çapındaki benimsenmesini etkilemektedir.

Moleküler güneş depolamadan organik güneş hücresi yeniliklerine kadar uzanan son gelişmeler, güneş enerjisini daha verimli hâle getirme, küresel enerji talebini karşılama, olumsuz koşullarda bile yardımcı olma ve sürdürülebilir bir geleceğin yolunu açma konusunda büyük potansiyel sunmaktadır.

En iyi güneş enerjisi hisse senetlerinin listesi için buraya tıklayın.