फोटोवोल्टिक विद्युत उत्पादन: गहराई की खोज

फोटोवोल्टिक विद्युत उत्पादन, सेमीकंडक्टर इंटरफेस पर फोटोवोल्टिक प्रभाव का लाभ उठाकर, ऑप्टिकल ऊर्जा को सीधे विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है। इस तकनीक में तीन आवश्यक घटक शामिल हैं: सौर पैनल (मॉड्यूल), नियंत्रक, और इनवर्टर। ये घटक, मुख्य रूप से इलेक्ट्रॉनिक तत्वों से बने होते हैं, एक एकीकृत फोटोवोल्टिक बिजली उत्पादन प्रणाली में एकत्रित होते हैं।

अपने विशिष्ट लाभों के साथ, सौर ऊर्जा सुर्खियों में आ गई है। प्रचुर मात्रा में सौर विकिरण एक महत्वपूर्ण ऊर्जा स्रोत के रूप में उभरा है, जो असीमित उपलब्धता, प्रदूषण मुक्त गुण, सामर्थ्य और अप्रतिबंधित पहुंच जैसे गुणों को समाहित करता है। जमीनी स्तर पर सौर ऊर्जा का प्रवाह 800 मेगावाट प्रति सेकंड के उल्लेखनीय स्तर तक पहुंच सकता है। सौर ऊर्जा की मनोरम विशेषताओं ने 1980 के दशक से इसके विकास पथ को गति दी है।

मौलिक सिद्धांत

फोटोवोल्टिक विद्युत उत्पादन के मूल में अर्धचालकों के भीतर फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव निहित है। फोटॉनों द्वारा विकिरणित होने पर, ये अर्धचालक ऊर्जा को अवशोषित करते हैं और इलेक्ट्रॉनों को मुक्त करते हैं। जब यह मुक्त ऊर्जा परमाणु के भीतर बंधनकारी शक्तियों पर काबू पाती है, तो यह एक विद्युत प्रवाह बनाती है। सिलिकॉन, अपने चार बाहरी इलेक्ट्रॉनों के साथ, फॉस्फोरस जैसे तत्वों से पांच बाहरी इलेक्ट्रॉनों को शामिल करने पर एन-प्रकार के अर्धचालक में बदल जाता है। इसके विपरीत, बोरॉन पी-प्रकार के अर्धचालक उत्पन्न करता है। पी-प्रकार और एन-प्रकार अर्धचालकों का जंक्शन एक संभावित अंतर उत्पन्न करता है, जिससे सौर सेल का जन्म होता है। जब सूरज की रोशनी पीएन जंक्शन पर पड़ती है, तो पी-टाइप से एन-टाइप की तरफ करंट प्रवाहित होता है।

फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव, भौतिकी में एक महत्वपूर्ण घटना, तब प्रकट होती है जब कुछ पदार्थ एक विशिष्ट आवृत्ति के ऊपर विद्युत चुम्बकीय तरंगों से ऊर्जा को अवशोषित करते हैं, जिससे एक विद्युत धारा उत्पन्न होती है - ऑप्टिकल बिजली।

पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन का उत्पादन सिल्लियों, स्लाइस और सिलिकॉन वेफर्स में समाप्त होता है, जिन्हें फिर संसाधित किया जाता है। सिलिकॉन वेफर पर बोरॉन और फॉस्फोरस की थोड़ी मात्रा डालने से एक पीएन जंक्शन बनता है। इसके बाद रेशम जाल मुद्रण, बारीक मिलान वाले चांदी के पेस्ट का अनुप्रयोग, सिंटरिंग, बैक इलेक्ट्रोड अनुप्रयोग, और एंटी-रिफ्लेक्टिव कोटिंग जमाव सौर सेल असेंबली को पूरा करता है। इन कोशिकाओं को मॉड्यूल में संयोजित किया जाता है, सामने की ओर ग्लास के साथ एल्यूमीनियम आवरण में लपेटा जाता है, और पीछे इलेक्ट्रोड से सुसज्जित किया जाता है। सहायक उपकरणों के साथ मिलकर, यह एक फोटोवोल्टिक विद्युत उत्पादन प्रणाली बनाता है। डीसी-टू-एसी रूपांतरण के लिए एक इन्वर्टर की आवश्यकता होती है, जो सार्वजनिक ग्रिड या बैटरी भंडारण में बिजली इंजेक्शन को सक्षम बनाता है। बैटरी घटकों में आम तौर पर सिस्टम लागत का 50% हिस्सा होता है, शेष में कन्वर्टर्स, इंस्टॉलेशन शुल्क, सहायक घटक और अन्य खर्च शामिल होते हैं।

पक्ष - विपक्ष

लाभ

दुनिया भर में सीमित पारंपरिक ऊर्जा संसाधनों की पृष्ठभूमि में, सौर ऊर्जा एक प्रकाशस्तंभ के रूप में उभरी है। चीन का सीमित जीवाश्म ईंधन भंडार वैश्विक औसत की तुलना में फीका है, जो मात्र 10% है। सौर ऊर्जा, एक पुनःपूर्ति योग्य, सुरक्षित, शोर-मुक्त और प्रदूषण-मुक्त संसाधन है, जो भौगोलिक बाधाओं तक सीमित नहीं है। इसके अनुप्रयोग छतों, जटिल भू-भाग वाले क्षेत्रों और बहुत कुछ तक फैले हुए हैं। सौर ऊर्जा ईंधन की खपत और साइट पर बिजली उत्पादन की आवश्यकता को समाप्त करती है, जो दीर्घकालिक ऊर्जा रणनीतियों के साथ अच्छी तरह से मेल खाती है।

पारंपरिक ताप विद्युत उत्पादन की तुलना में, फोटोवोल्टिक विद्युत उत्पादन में कई खूबियाँ हैं:

1：कोई अंतर्निहित ख़तरा नहीं

2：पूरी तरह से सुरक्षित और विश्वसनीय, शोर और प्रदूषण से रहित

3：भौगोलिक बाधाओं से अप्रभावित, विविध स्थानों के लिए उपयुक्त

4：ईंधन-स्वतंत्र, ऑन-साइट बिजली उत्पादन की आवश्यकता को समाप्त करना

5：उच्च गुणवत्ता वाली ऊर्जा प्रदान करता है

6：उपयोगकर्ताओं द्वारा भावनात्मक रूप से स्वीकार किया गया

7：तेज निर्माण चक्र और लागत प्रभावी ऊर्जा उत्पादन

कमियां

हालाँकि, सौर पैनलों का उत्पादन ऊर्जा-गहन और पर्यावरण की दृष्टि से हानिकारक हो सकता है। वर्तमान सौर पैनल निर्माण, जबकि दुनिया के लिए फायदेमंद है, घरेलू स्तर पर प्रदूषित करते हुए बाहरी रूप से प्रदूषण फैला सकता है। 1m x 1.5m सौर पैनल बनाने के लिए 40 किलोग्राम से अधिक कोयला जलाने की आवश्यकता होती है, जबकि सबसे कुशल चीनी थर्मल पावर प्लांट समान मात्रा में कोयले के साथ 130 kWh बिजली उत्पन्न कर सकते हैं। इसके अलावा, चुनौतियों में शामिल हैं:

1: कम ऊर्जा घनत्व के लिए व्यापक भूमि उपयोग की आवश्यकता होती है

2: मौसम संबंधी स्थितियों के आधार पर परिवर्तनीय ऊर्जा उत्पादन

3: थर्मल पावर की तुलना में उच्च उत्पादन लागत

4: फोटोवोल्टिक पैनलों के लिए पर्यावरण के अनुकूल विनिर्माण प्रक्रियाएं

प्रणालियों का वर्गीकरण

स्टैंडअलोन फोटोवोल्टिक विद्युत उत्पादन

स्टैंडअलोन फोटोवोल्टिक विद्युत उत्पादन, जिसे ऑफ-ग्रिड फोटोवोल्टिक विद्युत उत्पादन के रूप में भी जाना जाता है, में सौर पैनल, नियंत्रक और बैटरी शामिल हैं। एसी बिजली की आवश्यकता वाले मामलों में, एक इन्वर्टर आवश्यक है। यह दूरदराज के इलाकों में ग्रामीण बिजली आपूर्ति, सौर घरेलू बिजली प्रणाली, संचार सिग्नल बिजली आपूर्ति, कैथोड सुरक्षा और सौर स्ट्रीट लाइटिंग जैसे अनुप्रयोगों में कार्य करता है।

ग्रिड से जुड़े फोटोवोल्टिक विद्युत उत्पादन

ग्रिड-कनेक्टेड फोटोवोल्टिक बिजली उत्पादन डीसी बिजली को सौर पैनलों से एसी बिजली में बदल देता है जो ग्रिड-कनेक्टेड इनवर्टर के माध्यम से नगरपालिका पावर ग्रिड मानकों को पूरा करता है। इस वर्गीकरण में बैटरी स्टोरेज वाले और बिना बैटरी स्टोरेज वाले सिस्टम शामिल हैं।

बैटरी के साथ ग्रिड-कनेक्टेड सिस्टम समायोज्य सुविधाएँ प्रदान करते हैं और आवश्यकतानुसार पावर ग्रिड से कनेक्ट या डिस्कनेक्ट कर सकते हैं। वे बिजली कटौती के दौरान आपातकालीन बैकअप के रूप में कार्य कर सकते हैं। ऐसे सिस्टम अक्सर आवासीय भवनों में स्थापित किए जाते हैं। दूसरी ओर, बैटरी के बिना ग्रिड-कनेक्टेड सिस्टम पावर शेड्यूलिंग और बैकअप फ़ंक्शन प्रदान करते हैं और आमतौर पर बड़े इंस्टॉलेशन के लिए उपयोग किए जाते हैं।

वितरित फोटोवोल्टिक विद्युत उत्पादन

वितरित फोटोवोल्टिक बिजली उत्पादन में विशिष्ट ऊर्जा जरूरतों को पूरा करने या मौजूदा पावर ग्रिड को मजबूत करने के लिए उपयोगकर्ता साइटों पर या उसके निकट छोटे पैमाने पर फोटोवोल्टिक सिस्टम शामिल होते हैं। इसमें फोटोवोल्टिक पैनल, ब्रैकेट, डीसी जंक्शन बॉक्स, ग्रिड-कनेक्टेड इनवर्टर और एसी बिजली वितरण कैबिनेट जैसे घटक शामिल हैं। सौर विकिरण के तहत काम करने वाली यह प्रणाली सौर ऊर्जा को डीसी पावर में परिवर्तित करती है और ग्रिड से जुड़कर ऊर्जा संतुलन को समायोजित करती है।