होम > ज्ञान > सामग्री

फोटोवोल्टाइक्स: थ्योरी एंड प्रैक्टिस में सौर विद्युत और सौर सेल

Aug 28, 2015

शब्द   फोटोवोल्टिक   प्रकाश के लिए यूनानी शब्द और भौतिक विज्ञानी ऑलसेंड्रो वोल्टा के नाम का एक संयोजन है यह सौर कोशिकाओं के माध्यम से ऊर्जा में सूर्य के प्रकाश के प्रत्यक्ष रूपांतरण की पहचान करता है। रूपांतरण की प्रक्रिया अलेक्जेंडर बीक्रील द्वारा 1839 में खोजी गई फोटोईक्लेक्ट्रिक इफेक्ट पर आधारित है। फोटोईक्लेक्ट्रिक प्रभाव सकारात्मक और नकारात्मक चार्जर की रिहाई का एक ठोस अवस्था में वर्णन करता है, जब प्रकाश अपनी सतह को मारता है।

सौर सेल कैसे काम करता है?

सौर कोशिकाओं को विभिन्न अर्धचालक पदार्थों से बना है। अर्धचालक सामग्री हैं, जो प्रकाश या गर्मी के साथ आपूर्ति की जाती है, लेकिन कम तापमान पर इन्सुलेटर के रूप में काम करते हैं।

दुनिया भर में निर्मित सभी सौर कोशिकाओं में से 95% से अधिक अर्धचालक पदार्थ सिलिकॉन (सी) से बना है। पृथ्वी की परत में दूसरा सबसे प्रचुर मात्रा में तत्व के रूप में, सिलिकॉन को पर्याप्त मात्रा में उपलब्ध होने का लाभ मिलता है, और साथ ही सामग्री को संसाधित करने से पर्यावरण पर बोझ नहीं होता है। सौर सेल का निर्माण करने के लिए, अर्धचालक दूषित होता है या "ढोला जाता है" "डोपिंग" रासायनिक तत्वों का जानबूझकर परिचय है, जिसके साथ कोई भी सकारात्मक चार्ज वाहक (पी-अर्धचालक परत) या अर्धचालक सामग्री से नकारात्मक चार्ज वाहक (एन-संचालन अर्धचालक परत) का अधिशेष प्राप्त कर सकता है। यदि दो अलग संदूषित अर्धचालक परतों को मिलाया जाता है, तो परतों की सीमा पर एक तथाकथित पीएन-जंक्शन परिणाम होता है।

  • एक क्रिस्टलीय सौर सेल का मॉडल

इस जंक्शन पर, एक इंटीरियर बिजली के क्षेत्र का निर्माण होता है जो प्रकाश वाहक के अलग होने की ओर जाता है जो प्रकाश द्वारा जारी किए जाते हैं। धातु संपर्कों के माध्यम से, एक बिजली का चार्ज किया जा सकता है। अगर बाह्य सर्किट बंद हो जाता है, जिसका अर्थ है कि उपभोक्ता जुड़ा हुआ है, तो प्रत्यक्ष प्रवाह को प्रत्यक्ष

सिलिकॉन कोशिका लगभग 10 सेंटीमीटर से 10 सेंटीमीटर बड़े हैं (हाल ही में 15 सेंटीमीटर से 15 सेंटीमीटर)। एक पारदर्शी प्रति-रिफ्लेक्शन फिल्म सेल की रक्षा करती है और कोशिका की सतह पर प्रतिबिंबित करता है।

एक सौर सेल के लक्षण

  • सी-सोलर सेल की वर्तमान-वोल्टेज लाइन

सौर कोशिकाओं से प्रयोग करने योग्य वोल्टेज अर्धचालक सामग्री पर निर्भर करता है। सिलिकॉन में यह लगभग 0.5 वी के बराबर है। टर्मिनल वोल्टेज केवल हल्के विकिरण पर कमजोर निर्भर है, जबकि वर्तमान तीव्रता उच्च चमक के साथ बढ़ जाती है। उदाहरण के लिए, एक 100 सेमी ² सिलिकॉन सेल, लगभग 2 ए की अधिकतम वर्तमान तीव्रता तक पहुंचता है जब 1000 W / m² द्वारा विकिरण किया जाता है।

सौर सेल के उत्पादन (बिजली और वोल्टेज का उत्पाद) तापमान निर्भर है। उच्च सेल तापमान कम उत्पादन की ओर ले जाता है, और इसलिए दक्षता कम करने के लिए। दक्षता का स्तर इंगित करता है कि प्रकाश की विकिरणित मात्रा में कितना प्रयोगयोग्य विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित होता है।

अलग सेल प्रकार

एक क्रिस्टल के प्रकार के अनुसार तीन प्रकार की कोशिकाओं को भेद कर सकता है: मोनोक्रीस्टालीन, पॉलीसिस्ट्रीलेन और अनाकार। एक मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन सेल का उत्पादन करने के लिए, बिल्कुल शुद्ध अर्धचालक सामग्री आवश्यक है। मोनोक्रिस्टलाइन रॉड को पिघलाया सिलिकॉन से निकाला जाता है और फिर पतली प्लेटों में लगाया जाता है। यह उत्पादन प्रक्रिया दक्षता के एक अपेक्षाकृत उच्च स्तर की गारंटी देता है।  
पॉलिक्रीस्टालीन कोशिकाओं का उत्पादन अधिक लागत प्रभावी है इस प्रक्रिया में, तरल सिलिकॉन को ब्लॉकों में डाल दिया जाता है, जो बाद में प्लेटों में लगाए जाते हैं। सामग्री के दृढ़ीकरण के दौरान, विभिन्न आकार के क्रिस्टल संरचनाएं बनती हैं, जिनकी सीमाओं के दोष उभरते हैं। इस क्रिस्टल दोष के परिणामस्वरूप, सौर सेल कम कुशल है।  
अगर एक सिलिकॉन फिल्म कांच या किसी दूसरी सब्सट्रेट सामग्री पर जमा की जाती है, तो यह एक तथाकथित अनाकार या पतली परत सेल है। परत मोटाई 1μm से कम (मानव बाल की मोटाई: 50-100 माइक्रोन) है, इसलिए कम लागत के कारण उत्पादन लागत कम होती है। हालांकि, अनाकार कोशिकाओं की दक्षता अन्य दो सेल प्रकारों की तुलना में बहुत कम है। इस वजह से, वे मुख्य रूप से कम बिजली वाले उपकरणों (घड़ियों, जेब कैलकुलेटर) या मुखौटा तत्वों के रूप में उपयोग किया जाता है।

सामग्री

% लैब में दक्षता का स्तर

% उत्पादन में दक्षता का स्तर

Monocrystalline सिलिकॉन

लगभग। 24

14 से 17

पॉलीसिस्ट्रीलालीन सिलिकॉन

लगभग। 18

13 से 15

अनाकार सिलिकॉन

लगभग। 13

5 से 7

सेल से मॉड्यूल तक

अलग-अलग अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त वोल्टेज और आउटपुट उपलब्ध कराने के लिए, एकल सौर कोशिकाओं को बड़ी इकाइयां बनाने के लिए परस्पर जुड़े हुए हैं। श्रृंखला में जुड़ा हुआ सेल में एक उच्च वोल्टेज है, जबकि समानांतर में जुड़े लोग अधिक विद्युत प्रवाह का उत्पादन करते हैं। परस्पर जुड़े सौर कोशिकाओं को आमतौर पर पारदर्शी एथिल-विनील-एसीटेट में एम्बेडेड किया जाता है, जो एल्यूमीनियम या स्टेनलेस स्टील फ्रेम के साथ लगाया जाता है और सामने की तरफ पारदर्शी ग्लास के साथ कवर होता है।

ऐसे सौर मॉड्यूल की विशिष्ट शक्ति रेटिंग 10 वेपीक और 100 वापेक के बीच हैं। विशेषता डेटा 25 डिग्री सेल्सियस के सेल तापमान पर 1000 W / m² सौर विकिरण की मानक परीक्षण शर्तों को संदर्भित करता है। निर्माता की दस या अधिक वर्षों की मानक वारंटी काफी लंबी है और उच्च गुणवत्ता के मानकों और आज के उत्पादों की जीवन प्रत्याशा को दर्शाती है।

दक्षता की प्राकृतिक सीमाएं

  • मानक स्थितियों में विभिन्न सौर कोशिकाओं की क्षमता के सैद्धांतिक अधिकतम स्तर

उत्पादन प्रक्रियाओं के अनुकूलन के अलावा, सौर कोशिकाओं की लागत कम करने के लिए दक्षता के स्तर को बढ़ाने के लिए काम भी किया जा रहा है। हालांकि, विभिन्न नुकसान तंत्र इन योजनाओं पर सीमा निर्धारित कर रहे हैं। असल में, अलग अर्धचालक सामग्री या संयोजन केवल विशिष्ट वर्णक्रमीय श्रेणियों के लिए उपयुक्त हैं। इसलिए, उज्ज्वल ऊर्जा का एक विशिष्ट भाग इस्तेमाल नहीं किया जा सकता, क्योंकि प्रकाश क्वांटा (फोटॉनों) के पास चार्ज वाहक को "सक्रिय" करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा नहीं होती है दूसरी तरफ, कुछ अतिरिक्त अतिरिक्त फोटोन ऊर्जा विद्युत ऊर्जा की बजाय गर्मी में बदल जाती है। इसके अलावा, ऑप्टिकल हानि होती है, जैसे कि कांच की सतह के संपर्क के माध्यम से कोशिका की सतह के छिलके या कोशिका की सतह पर आने वाली किरणों का प्रतिबिंब। अन्य हानि तंत्र सेमीकंडक्टर और कनेक्टिंग केबल में विद्युत प्रतिरोध घाटे हैं। सामग्री प्रदूषण, सतह प्रभाव और क्रिस्टल दोष के असर पड़ने वाले प्रभाव, हालांकि, भी महत्वपूर्ण हैं।  
एकल हानि तंत्र (बहुत कम ऊर्जा वाले फोटॉन अवशोषित नहीं होते हैं, अधिशेष फोटान ऊर्जा गर्मी में बदल जाती है) और सामग्री में स्वयं द्वारा लगाए गए अंतर्निहित भौतिक सीमाओं के कारण आगे सुधार नहीं किया जा सकता है। यह दक्षता के एक सैद्धांतिक अधिकतम स्तर की ओर जाता है, अर्थात् क्रिस्टल सिलिकॉन के लिए लगभग 28%।

नई दिशाएं

परावर्तन नुकसान को कम करने के लिए सतह संरचना : उदाहरण के लिए, पिरामिड संरचना में सेल की सतह का निर्माण, ताकि आने वाली रोशनी सतह पर कई बार हिट हो। नई सामग्री: उदाहरण के लिए, गैलियम आर्सेनाइड (गाए), कैडमियम टेल्यूरिड (सीडीटीई) या तांबे के इन्डियम सिलेनइड (क्यूआईएनएसई²)।

टेंडेम या स्टैक्ड कोशिकाएं : विकिरण के एक व्यापक स्पेक्ट्रम का उपयोग करने के लिए, विभिन्न अर्धचालक सामग्री, जो अलग-अलग वर्णक्रमीय श्रेणियों के लिए उपयुक्त हैं, को दूसरे के शीर्ष पर व्यवस्थित किया जाएगा।

सांद्रक कोशिकाएं:   दर्पण और लेंस प्रणालियों के प्रयोग से एक उच्च प्रकाश की तीव्रता को सौर कोशिकाओं पर केंद्रित किया जाएगा। यह प्रणाली सूर्य को ट्रैक करती है, हमेशा सीधी विकिरण का उपयोग करती है

एमआईएस उलटा परत की कोशिकाओं:   आंतरिक विद्युत क्षेत्र पीएन जंक्शन द्वारा निर्मित नहीं हैं, लेकिन एक अर्धचालक के लिए एक पतली ऑक्साइड परत के जंक्शन द्वारा।

ग्रेटेल कोशिकाएं:   इलेक्ट्रोलाइटिकल तरल कोशिकाओं के साथ टाइटेनियम डाइऑक्साइड इलेक्ट्रोलाइट्स और प्रकाश अवशोषण को बेहतर बनाने के लिए डाई।

जर्मन फॉरवर्डेशन फॉर सोलर एनर्जी (ड्यूशंस गेस्सेलसाफ्ट फॉर सोननेंनेर्जी ईवी) की अनुमति से उपयोग किए गए पाठ और चित्र

सौर हीटिंग और फोटोवोल्टिक्स में बुनियादी अवधारणाओं के संक्षिप्त और समझदार स्पष्टीकरण हमारे सौर-लेक्सिकन में पाए जा सकते हैं।

प्रौद्योगिकी, व्यापार और राजनीति पर रिपोर्ट, साथ ही अभिनव प्रणालियों और उत्पादों पर प्रस्तुतियों को सौर पत्रिका में पाया जा सकता है