थर्मोवोल्टिक सेल: गर्मी को बिजली में बदलने की पूरी गाइड

गर्मी को बिजली में बदलने के लिए आप थर्मोवोल्टिक कोशिकाओं और थर्मोफोटोवोल्टिक्स का उपयोग कर सकते हैं। यह एक सरल लेकिन स्मार्ट प्रक्रिया के साथ काम करता है। जब कोई चीज़ गर्म होती है तो उससे ऊर्जा निकलती है। यह ऊर्जा छोटे-छोटे पैकेटों के रूप में निकलती है जिन्हें फोटॉन कहते हैं। विशेष कोशिका इन फोटॉनों को ग्रहण करती है। यदि फोटॉन में पर्याप्त ऊर्जा है, तो वे कोशिका में इलेक्ट्रॉनों को गति प्रदान करते हैं। यह गति विद्युत उत्पन्न करती है। नीचे दी गई तालिका प्रत्येक चरण को दर्शाती है :

चरण	विवरण
1	एक गर्म वस्तु फोटॉन के रूप में थर्मल विकिरण उत्सर्जित करती है।
2	फोटोवोल्टिक सेल इन फोटॉनों को ग्रहण करता है, जो निकलने वाली ऊर्जा से मेल खाते हैं।
3	पर्याप्त ऊर्जा वाले फोटॉन अर्धचालक पदार्थ में इलेक्ट्रॉनों को उत्तेजित करते हैं।
4	एक विद्युत क्षेत्र मुक्त इलेक्ट्रॉनों को इलेक्ट्रोड की ओर धकेलता है, जिससे बिजली बनती है।

चाबी छीनना

• थर्मोवोल्टिक सेल ऊष्मा को बिजली में बदलते हैं। वे गर्म चीज़ों से फोटॉन लेकर ऐसा करते हैं। ये फोटॉन इलेक्ट्रॉनों को गतिशील बनाते हैं और विद्युत धारा उत्पन्न करते हैं।

• थर्मोफोटोवोल्टिक तकनीक विशेष सामग्रियों के साथ बेहतर काम करती है। ये सामग्रियां कम ऊर्जा वाले इन्फ्रारेड फोटॉनों को पकड़ती हैं। यह प्रौद्योगिकी को कई ऊर्जा प्रणालियों के लिए अच्छा बनाता है।

• थर्मोफोटोवोल्टिक प्रणालियों के मुख्य भाग एक गर्म उत्सर्जक, एक थर्मोफोटोवोल्टिक सेल, प्रतिबिंबित करने वाले दर्पण और एक शीतलन प्रणाली हैं। ये हिस्से ऊर्जा रूपांतरण को बेहतर बनाने में मदद करते हैं।

• थर्मोफोटोवोल्टिक प्रौद्योगिकी में नए सुधारों ने इसे और अधिक कुशल बना दिया है। अब, यह 41% से अधिक दक्षता पर काम कर सकता है। यह इसे कारखानों और दूर-दराज के स्थानों के लिए एक अच्छा विकल्प बनाता है जिन्हें बिजली की आवश्यकता होती है।

• थर्मोवोल्टिक प्रणालियों का उपयोग कई तरीकों से किया जा सकता है। वे अपशिष्ट ताप का उपयोग करके, पोर्टेबल बिजली बनाकर और यहां तक ​​कि अंतरिक्ष मिशनों को शक्ति प्रदान करके ऊर्जा बचाने में मदद करते हैं। इससे ऊर्जा बचत और अधिक टिकाऊ होने में मदद मिलती है।

थर्मोवोल्टिक सेल और थर्मोफोटोवोल्टिक

थर्मोवोल्टिक कोशिकाएं क्या हैं?

थर्मोवोल्टिक कोशिकाएँ मदद करती हैं ऊष्मा को बिजली में बदलें . वे ऐसा किसी गर्म चीज़ से ऊर्जा लेकर करते हैं। गर्म वस्तु विद्युत चुम्बकीय विकिरण उत्सर्जित करती है। कोशिका इस विकिरण को पकड़ लेती है। कोशिका के अंदर, एक अर्धचालक इलेक्ट्रॉनों को गति कराता है। जब इलेक्ट्रॉन गति करते हैं, तो वे विद्युत धारा बनाते हैं। आप ऐसा तब देख सकते हैं जब थर्मोवोल्टिक सेल ताप स्रोत के पास होता है और बिजली बनाना शुरू कर देता है।

थर्मोवोल्टिक सेल का उपयोग करते हैं फोटोवोल्टिक प्रभाव . यह प्रभाव तब होता है जब विद्युत चुम्बकीय विकिरण किसी अर्धचालक से टकराता है। यह इलेक्ट्रॉनों को कोशिका के अंदर गति प्रदान करता है। कोशिका इन गतिमान इलेक्ट्रॉनों को इकट्ठा करती है और उन्हें एक सर्किट में भेजती है। इससे आपको बिजली मिलती है. मुख्य लक्ष्य गर्मी को सरल और कुशल तरीके से बिजली में बदलना है।

थर्मोफोटोवोल्टिक प्रौद्योगिकी क्या है?

थर्मोफोटोवोल्टिक तकनीक थर्मोवोल्टिक कोशिकाओं पर निर्मित होती है। इसमें विशेष फोटोवोल्टिक कोशिकाओं का उपयोग किया जाता है जो अधिक प्रकार की ऊर्जा ग्रहण कर सकते हैं। ये कोशिकाएँ निम्न-ऊर्जा वाले अवरक्त फोटॉनों को पकड़ने में अच्छी हैं। वे एक निश्चित बैंडगैप के साथ उन्नत अर्धचालक सामग्रियों का उपयोग करते हैं। बैंडगैप कोशिका को गर्मी से अधिक ऊर्जा लेने में मदद करता है।

थर्मोफोटोवोल्टिक उपकरण सेल के करीब एक गर्म उत्सर्जक लगाकर काम करते हैं। उत्सर्जक विद्युत चुम्बकीय विकिरण उत्सर्जित करता है। कोशिका इस ऊर्जा को ग्रहण करती है और इसे बिजली में बदल देती है। आप इस प्रक्रिया को नई ऊर्जा प्रणालियों में पा सकते हैं जो चाहते हैं बेहतर दक्षता और प्रदर्शन.

समानताएं और भेद

आपको आश्चर्य हो सकता है कि थर्मोवोल्टिक सेल और थर्मोफोटोवोल्टिक तकनीक कैसे एक जैसे या भिन्न हैं। दोनों गर्मी से बिजली बनाने के लिए अर्धचालक और फोटोवोल्टिक प्रभाव का उपयोग करते हैं। दोनों को ऊर्जा के लिए विद्युत चुम्बकीय विकिरण की आवश्यकता होती है। लेकिन थर्मोफोटोवोल्टिक तकनीक बेहतर डिज़ाइन और सामग्री का उपयोग करती है। इससे उसे अधिक कुशलता से काम करने और अधिक ऊर्जा ग्रहण करने में मदद मिलती है।

यहां एक तालिका है जो मुख्य समानताएं दिखाती है:

फ़ीचर	थर्मोवोल्टिक सेल	थर्मोफोटोवोल्टिक प्रौद्योगिकी
परिवर्तित विकिरण का प्रकार	विद्युतचुंबकीय	विद्युतचुंबकीय
फोटॉन ऊर्जा	उच्च ऊर्जा	निम्न-ऊर्जा अवरक्त फोटॉन
उपयोग की गई सामग्री	सेमीकंडक्टर	विशिष्ट बैंडगैप के साथ अर्धचालक
विद्युत उत्पादन का तंत्र	इलेक्ट्रॉन उत्तेजना	इलेक्ट्रॉन उत्तेजना

अब, थर्मोफोटोवोल्टिक और अन्य ताप-से-बिजली प्रौद्योगिकियों के बीच मुख्य अंतर देखें:

पहलू	थर्मोफोटोवोल्टिक (टीपीवी)	थर्मोइलेक्ट्रिक टेक्नोलॉजीज
ऊर्जा रूपांतरण तंत्र	थर्मल विकिरण को बिजली में परिवर्तित करता है	तापमान के अंतर को बिजली में परिवर्तित करता है
क्षमता	सैद्धांतिक सीमाएँ 30-40%, वाणिज्यिक 5-20%	वाणिज्यिक 5-8%, प्रयोगशाला 10-12% तक
सामग्री की संरचना	उन्नत डिज़ाइन वाले विशिष्ट फोटोवोल्टिक सेल	विभिन्न अर्धचालक सामग्री
अनुप्रयोग उपयुक्तता	दक्षता में सुधार के कारण व्यावसायिक अनुप्रयोगों के लिए अधिक व्यवहार्य	अधिकांश अनुप्रयोगों में कम दक्षता द्वारा सीमित

युक्ति: थर्मोफोटोवोल्टिक कोशिकाएं पहुंच सकती हैं उच्च दक्षता . इनका उपयोग अधिक प्रकार की ऊर्जा प्रणालियों में किया जा सकता है।

प्रत्यक्ष ऊष्मा से विद्युत रूपांतरण कैसे कार्य करता है

थर्मोफोटोवोल्टिक तकनीक आपको गर्मी को सीधे बिजली में बदलने की सुविधा देती है। आपको चलने वाले हिस्सों या अतिरिक्त चरणों की आवश्यकता नहीं है। मुख्य विचार फोटोवोल्टिक प्रभाव है। जब गर्म उत्सर्जक ऊर्जा छोड़ता है, तो कोशिका उसे अंदर ले लेती है। कोशिका इलेक्ट्रॉनों को गति देने के लिए अपने अर्धचालक का उपयोग करती है। ये गतिमान इलेक्ट्रॉन विद्युत धारा उत्पन्न करते हैं।

यहां एक तालिका है जो मुख्य भौतिक सिद्धांतों की व्याख्या करती है:

मुख्य सिद्धांत	विवरण
फोटोवोल्टिक प्रभाव	गर्म पिंड से विद्युत चुम्बकीय विकिरण पीवी सेल में विद्युत शक्ति उत्पन्न करता है।
क्षमता	गर्म उत्सर्जक से पीवी सेल तक कुल विकिरण गर्मी हस्तांतरण के लिए विद्युत ऊर्जा उत्पादन का अनुपात।
शक्ति घनत्व	प्रति यूनिट क्षेत्र में विद्युत ऊर्जा उत्पादन, सिस्टम प्रदर्शन के लिए महत्वपूर्ण है।
निकट-क्षेत्र प्रभाव	अतिरिक्त ऊर्जा स्थानांतरण तब होता है जब उत्सर्जक कोशिका के बहुत करीब होता है।

आप देख सकते हैं कि थर्मोफोटोवोल्टिक उपकरण गर्मी से अधिक ऊर्जा प्राप्त करने के लिए इन विचारों का उपयोग करते हैं। सेमीकंडक्टर कैसे बनाया जाता है और उत्सर्जक और सेल की स्थापना कैसे की जाती है, यह बहुत मायने रखता है। यदि आप सही सामग्रियों का उपयोग करते हैं और उत्सर्जक को पास रखते हैं, तो आप सेल को बेहतर काम कर सकते हैं और उसी गर्मी से अधिक शक्ति प्राप्त कर सकते हैं।

ताप से विद्युत रूपांतरण प्रक्रिया

ज़रूरी भाग

थर्मोफोटोवोल्टिक प्रणाली के लिए आपको कुछ मुख्य भागों की आवश्यकता होती है। प्रत्येक भाग गर्मी को बिजली में बदलने में मदद करता है। अधिकांश थर्मोफोटोवोल्टिक उपकरणों में ये महत्वपूर्ण घटक होते हैं:

• हॉट एमिटर : यह हिस्सा बहुत गर्म होता है और ऊर्जा से चमकता है। इसे विशेष सामग्रियों से बनाया गया है। गर्म होने पर ये सामग्रियां बहुत अधिक ऊर्जा छोड़ती हैं।

• थर्मोफोटोवोल्टिक सेल : यह सेल उत्सर्जक के पास स्थित होता है। यह गर्म उत्सर्जक से ऊर्जा प्राप्त करने के लिए अर्धचालक का उपयोग करता है। कोशिका इस ऊर्जा को बिजली में बदल देती है।

• परावर्तक दर्पण : ये दर्पण अप्रयुक्त प्रकाश को वापस उत्सर्जक की ओर उछालते हैं। इससे सिस्टम को ऊर्जा का पुन: उपयोग करने और बेहतर ढंग से काम करने में मदद मिलती है।

• शीतलन प्रणाली : अच्छी तरह से काम करने के लिए सेल को ठंडा रहना चाहिए। शीतलन प्रणाली अतिरिक्त गर्मी को दूर कर देती है। यह कोशिका को सही तापमान पर रखता है।

• विद्युत सर्किट : तार और सर्किट बिजली को सेल से वहां ले जाते हैं जहां इसकी आवश्यकता होती है।

नोट: थर्मोफोटोवोल्टिक सेल के लिए सही अर्धचालक चुनना बहुत महत्वपूर्ण है। सर्वोत्तम सामग्री कोशिका को अधिक ऊर्जा ग्रहण करने और बेहतर कार्य करने में मदद करती है।

चरण-दर-चरण तंत्र

आप यह देखने के लिए आसान चरणों का पालन कर सकते हैं कि थर्मोफोटोवोल्टिक उपकरण गर्मी को बिजली में कैसे बदलते हैं। प्रत्येक चरण में ऊर्जा रूपांतरण करने के लिए विज्ञान का उपयोग किया जाता है।

1. उत्सर्जक को गरम करें
   सबसे पहले, आप उत्सर्जक को गरम करें। उत्सर्जक बहुत गर्म हो जाता है और चमकने लगता है। यह चमक सिर्फ नियमित रोशनी नहीं है. इसमें इन्फ्रारेड लाइट भी होती है, जिसमें बहुत अधिक ऊर्जा होती है।

2. फोटॉन उत्सर्जित करें
   गर्म उत्सर्जक ऊर्जा को फोटॉन के रूप में भेजता है। ये फोटॉन उत्सर्जक से थर्मोफोटोवोल्टिक सेल में चले जाते हैं।

3. सेल द्वारा फोटॉन अवशोषण
   थर्मोफोटोवोल्टिक सेल एक विशेष अर्धचालक से बना होता है। यह फोटॉनों को अवशोषित कर लेता है। जब फोटॉन मेल खाते हैं तो सेल सबसे अच्छा काम करता है सेमीकंडक्टर का बैंडगैप । कम बैंडगैप कोशिकाएं उत्सर्जक से अधिक अवरक्त फोटॉन पकड़ सकती हैं।

4. इलेक्ट्रॉन उत्तेजना
   जब एक फोटॉन अर्धचालक से टकराता है, तो यह एक इलेक्ट्रॉन को ऊर्जा देता है। इलेक्ट्रॉन उत्तेजित हो जाता है और उच्च स्तर तक चला जाता है। यह गति इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह शुरू करती है, जिससे बिजली शुरू होती है।

5. विद्युत उत्पादन
   कोशिका गतिमान इलेक्ट्रॉनों को एकत्रित करती है। यह उन्हें एक विद्युत सर्किट के माध्यम से भेजता है। अब आपके पास गर्मी से बनी बिजली है।

6. फोटॉन पुनर्चक्रण
   कुछ फोटॉनों में इलेक्ट्रॉनों को उत्तेजित करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा नहीं होती है। परावर्तक दर्पण इन अप्रयुक्त फोटॉनों को वापस उत्सर्जक के पास भेज देते हैं। उत्सर्जक उन्हें अंदर ले जा सकता है और फिर से बाहर भेज सकता है। इससे सिस्टम बेहतर काम करता है.

7. सेल को ठंडा करना
   शीतलन प्रणाली थर्मोफोटोवोल्टिक सेल को सही तापमान पर रखती है। यदि सेल बहुत अधिक गर्म हो जाता है, तो यह उतना अच्छा काम नहीं करता है। अच्छी शीतलन ऊर्जा रूपांतरण को मजबूत रखने में मदद करती है।

हाई-एनर्जी फोटॉन और लो बैंडगैप सेल एक साथ कैसे काम करते हैं

आपको उच्च-ऊर्जा फोटॉन और कम बैंडगैप कोशिकाओं के साथ बेहतर परिणाम मिलते हैं। यहां बताया गया है कि वे गर्मी को बिजली में बदलने में कैसे मदद करते हैं:

• गर्म उत्सर्जक से उच्च-ऊर्जा फोटॉन अर्धचालक में अधिक इलेक्ट्रॉनों को उत्तेजित करते हैं। इसका मतलब है कि आपको उसी गर्मी से अधिक बिजली मिलती है।

• कम बैंडगैप कोशिकाएं अधिक अवरक्त फोटॉन ले सकती हैं। इन फोटॉनों में बहुत अधिक ऊर्जा होती है, भले ही आप उन्हें देख न सकें।

• कुछ सिस्टम उपयोग करते हैं फोटॉन-संवर्धित थर्मिओनिक उत्सर्जन (पीईटीई) । PETE में, उच्च-ऊर्जा फोटॉन थर्मिओनिक उत्सर्जन प्रक्रिया में मदद करते हैं। इससे आप गर्मी को बिजली में अधिक आसानी से बदल सकते हैं।

• थर्मोफोटोवोल्टिक सिस्टम अक्सर परावर्तक दर्पणों का उपयोग करते हैं। ये दर्पण उन फोटॉनों का पुनर्चक्रण करते हैं जो इलेक्ट्रॉनों को उत्तेजित नहीं कर सकते। इन फोटॉनों को उत्सर्जक के पास वापस भेजकर, आप ऊर्जा रूपांतरण को बेहतर बनाते हैं।

युक्ति: यदि आप अर्धचालक के बैंडगैप को उत्सर्जक से फोटॉन की ऊर्जा से मिलाते हैं, तो आप सेल को बेहतर काम कर सकते हैं और उसी गर्मी से अधिक बिजली प्राप्त कर सकते हैं।

आप देख सकते हैं कि प्रक्रिया का प्रत्येक भाग एक साथ काम करता है। उत्सर्जक, सेल, दर्पण और शीतलन प्रणाली सभी गर्मी को बिजली में बदलने में मदद करते हैं। जब आप सही सामग्री और डिज़ाइन का उपयोग करते हैं, तो थर्मोफोटोवोल्टिक तकनीक आपको उच्च दक्षता और मजबूत ऊर्जा रूपांतरण दे सकती है।

थर्मोफोटोवोल्टिक कोशिकाओं के प्रकार

थर्मोफोटोवोल्टिक तकनीक गर्मी से बिजली बनाने के लिए विभिन्न सेल प्रकारों का उपयोग करती है। तीन मुख्य प्रकार हैं: अर्धचालक-आधारित टीपीवी कोशिकाएं, धातु-आधारित टीपीवी कोशिकाएं, और हाइब्रिड टीपीवी डिजाइन। प्रत्येक प्रकार अधिक बिजली बनाने और ऊर्जा का बेहतर उपयोग करने में मदद करने के लिए अपने तरीके से काम करता है।

सेमीकंडक्टर-आधारित टीपीवी कोशिकाएं

अधिकांश थर्मोफोटोवोल्टिक सेल अर्धचालक का उपयोग करते हैं। ये सामग्रियां कोशिका को गर्मी लेने और उसे बिजली में बदलने में मदद करती हैं। सेमीकंडक्टर में बैंडगैप यह तय करता है कि सेल कौन से फोटॉन का उपयोग कर सकता है। यदि बैंडगैप उत्सर्जक से ऊर्जा से मेल खाता है, तो सेल बेहतर काम करता है।

यहां एक तालिका है जो कुछ सामान्य अर्धचालक सामग्रियों को सूचीबद्ध करती है और वे कितनी अच्छी तरह काम करती हैं:

अर्धचालक सामग्री	बैंडगैप (ईवी)	दक्षता (%)
AlGaInAs	1.2	41.1
GaInAs	1.0	41.1
GaAs	1.4	41.1

ये सामग्रियां कोशिका को वास्तव में अच्छी तरह से काम करने में मदद कर सकती हैं। वे थर्मोफोटोवोल्टिक उपकरणों को गर्मी से अधिक ऊर्जा प्राप्त करने देते हैं।

धातु-आधारित टीपीवी कोशिकाएं

कुछ थर्मोफोटोवोल्टिक सेल अर्धचालक के बजाय धातुओं का उपयोग करते हैं। धातु-आधारित टीपीवी कोशिकाएं उच्च तापमान पर काम कर सकती हैं। आप इन कोशिकाओं को देख सकते हैं जहां गर्मी बहुत तेज़ होती है। धातुएँ अधिक ऊष्मा सहन कर सकती हैं, लेकिन वे हमेशा ऊर्जा के साथ-साथ अर्धचालकों को भी नहीं बदलती हैं। कभी-कभी, कोशिका को अधिक ऊर्जा लेने और बेहतर काम करने में मदद करने के लिए पतली धातु की परतों का उपयोग किया जाता है।

ध्यान दें: धातु-आधारित टीपीवी कोशिकाएं कठिन स्थानों में लंबे समय तक चल सकती हैं, लेकिन वे अर्धचालक कोशिकाओं की तरह काम नहीं कर सकती हैं।

हाइब्रिड टीपीवी डिज़ाइन

हाइब्रिड थर्मोफोटोवोल्टिक सेल बेहतर काम करने के लिए विभिन्न सामग्रियों या तरीकों का उपयोग करते हैं। कुछ कोशिकाएँ अर्धचालक और शीतलन परत दोनों का उपयोग करती हैं। अन्य डिज़ाइन यह नियंत्रित करने के लिए फोटोनिक क्रिस्टल या नैनोवायर जैसी चीज़ों का उपयोग करते हैं कि कोशिका किस प्रकार ऊर्जा लेती है और ऊर्जा छोड़ती है।

नीचे दी गई तालिका दिखाती है कि हाइब्रिड डिज़ाइन थर्मोफोटोवोल्टिक कोशिकाओं को बेहतर ढंग से काम करने में कैसे मदद कर सकते हैं:

अध्ययन के	निष्कर्ष
झोउ एट अल.	एक फोटोनिक क्रिस्टल कूलर ने टीपीवी कोशिकाओं को 18% बेहतर बना दिया।
ब्लैंड्रे एट अल.	कितनी ऊर्जा उत्सर्जित होती है इसे बदलने से टीपीवी कोशिकाओं को मदद मिली।
वू एट अल.	GaAs नैनोवायर PV सेल लगभग 7K ठंडे रहे।
नया डिज़ाइन	एक विशेष उत्सर्जक और GaSb PV सेल के साथ एक TPV-PRC प्रणाली को 1400K पर 60% दक्षता प्राप्त हुई।

हाइब्रिड थर्मोफोटोवोल्टिक सेल आपको उसी गर्मी से अधिक बिजली प्राप्त करने में मदद करते हैं। ये डिज़ाइन कोशिकाओं को बेहतर काम करते हैं और ऊर्जा का अधिक कुशलता से उपयोग करते हैं।

थर्मोफोटोवोल्टिक प्रणालियों की दक्षता

दक्षता को प्रभावित करने वाले कारक

आप कुछ मुख्य बातों को देखकर थर्मोफोटोवोल्टिक सिस्टम को बेहतर ढंग से काम कर सकते हैं। गर्मी से अधिक ऊर्जा प्राप्त करने के लिए आप थर्मल विकिरण को कैसे संभालते हैं यह बहुत महत्वपूर्ण है। अर्धचालक को उत्सर्जक से मिलने वाली ऊर्जा से मेल खाना चाहिए। यदि आप परजीवी अवशोषण को बहुत कम रखते हैं, तो कोशिका बेहतर काम करेगी। आवेश वाहकों को प्रबंधित करने से कोशिका के अंदर ऊर्जा हानि को रोकने में मदद मिलती है। मजबूत सामग्रियों का उपयोग वास्तविक दुनिया के परिणामों को प्रयोगशाला परीक्षणों के करीब बनाने में मदद करता है।

कारक	विवरण
थर्मल विकिरण का प्रबंधन	थर्मल विकिरण को नियंत्रित करने के नए तरीके सिस्टम को और अधिक कुशल बना सकते हैं।
प्रभारी वाहक प्रबंधन	गैर-विकिरणीय पुनर्संयोजन और ओमिक हानियों को ठीक करने से कोशिका को बेहतर ढंग से काम करने में मदद मिलती है।
सामग्री का विनिर्माण	बड़े पैमाने पर अच्छी सामग्री परीक्षण और वास्तविक उपयोग के बीच के अंतर को कम करने में मदद करती है।
परजीवी अवशोषण	उच्च दक्षता के लिए बहुत कम परजीवी अवशोषण की आवश्यकता होती है।
पुनर्योजी थर्मोफोटोवोल्टिक्स	इस विचार ने 1182 डिग्री सेल्सियस पर रिकॉर्ड 32% दक्षता तक पहुंचने में मदद की है।

टिप: यदि सेमीकंडक्टर बैंडगैप उत्सर्जक से फोटॉन की ऊर्जा से मेल खाता है तो आप कोशिकाओं को बेहतर तरीके से काम कर सकते हैं।

हाल की प्रगति

थर्मोफोटोवोल्टिक तकनीक हाल ही में काफी बेहतर हो गई है। वैज्ञानिकों ने तक पहुंच बनाने वाले उपकरण बना लिए हैं 2,400 डिग्री सेल्सियस पर 41.1% दक्षता । एनआरईएल की कोशिकाएं विशेष अर्धचालकों का उपयोग करती हैं और चली गई हैं 35% से अधिक दक्षता । एंटोरा एनर्जी गर्मी को संग्रहित करने के लिए सस्ते, सामान्य ठोस पदार्थों का उपयोग करती है, जिससे भंडारण बहुत कम महंगा हो जाता है। एमआईटी के पास नए डिवाइस डिज़ाइन हैं जो लागत कम करते हैं और दक्षता बढ़ाते हैं। कुछ समूहों ने थर्मल उत्सर्जक बनाए हैं जो 60% से अधिक दक्षता प्राप्त करने के लिए क्वांटम भौतिकी विचारों का उपयोग करते हैं।

उन्नति	विवरण	दक्षता प्रभाव
एनआरईएल के टीपीवी सेल	InGaAs TPV सेल ARPA-E और Shell द्वारा वित्त पोषित हैं।	दक्षता 35% से अधिक।
एंटोरा एनर्जी की प्रौद्योगिकी	सामान्य ठोस पदार्थों के साथ उच्च तापमान ताप भंडारण।	भंडारण की लागत बैटरी की तुलना में बहुत कम है।
एमआईटी के हाई-बैंडगैप डिवाइस	बेहतर टीपीवी दक्षता के लिए नए डिवाइस डिज़ाइन।	लागत और दक्षता में बड़ा लाभ।

प्रदर्शन तुलना

आप देख सकते हैं कैसे थर्मोफोटोवोल्टिक सिस्टम गर्मी को बिजली में बदलने के अन्य तरीकों की तुलना में हैं। थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर कम तापमान पर सबसे अच्छा काम करते हैं। लेकिन थर्मोफोटोवोल्टिक सिस्टम उच्च तापमान पर बेहतर काम करते हैं। जब आप 1,000 K से ऊपर थर्मोफोटोवोल्टिक सेल का उपयोग करते हैं, तो आपको अधिक ऊर्जा और बेहतर परिणाम मिलते हैं।

तापमान रेंज (के)	टीईजी प्रदर्शन	टीपीवी प्रदर्शन
600 तक	बेहतर काम करता है	के रूप में अच्छा नहीं
600 से 1000	उच्च तापमान टीईजी	उसी के बारे में
1000 से ऊपर	के रूप में अच्छा नहीं	बेहतर काम करता है
2000 से ऊपर	उपयोग नहीं किया	सेल बहुत गर्म हो जाता है

नोट: थर्मोफोटोवोल्टिक सिस्टम तब सर्वोत्तम होते हैं जब आपको बहुत अधिक गर्मी को बिजली में बदलने की आवश्यकता होती है।

ऊष्मा से विद्युत रूपांतरण के अनुप्रयोग

थर्मोफोटोवोल्टिक तकनीक हमें कई तरीकों से गर्मी को ऊर्जा में बदलने की सुविधा देती है। आप ये सिस्टम बड़ी फ़ैक्टरियों, छोटे गैजेट्स और यहां तक ​​कि नए बाज़ारों में भी पा सकते हैं। प्रत्येक उपयोग से यह लाभ मिलता है कि थर्मोफोटोवोल्टिक कोशिकाएं गर्मी से बिजली कैसे बनाती हैं। वे इसके साथ ऐसा करते हैं उच्च दक्षता.

औद्योगिक और ग्रिड-स्केल उपयोग

थर्मोफोटोवोल्टिक सिस्टम उद्योग की मदद करते हैं और पावर ग्रिड बहुत हैं। ये उपयोग ऊर्जा बचाते हैं और लागत कम करते हैं।

• ग्रिड-स्केल ऊर्जा भंडारण नवीकरणीय ऊर्जा को ऊष्मा के रूप में रखता है। बाद में, जरूरत पड़ने पर यह गर्मी को वापस बिजली में बदल देता है।

• अपशिष्ट ऊष्मा पुनर्प्राप्ति खोई हुई ऊष्मा को पकड़ने के लिए थर्मोफोटोवोल्टिक कोशिकाओं का उपयोग करती है। यह ऊष्मा कारखानों और बिजली संयंत्रों से आती है। कोशिकाएं इसे नई ऊर्जा में बदल देती हैं।

इन औद्योगिक उपयोगों का बाज़ार तेज़ी से बढ़ रहा है। यहां कुछ अनुमानों वाली एक तालिका दी गई है:

स्रोत	अनुमानित बाज़ार आकार	वर्ष
संबद्ध बाज़ार अनुसंधान	$400.2 मिलियन	2032
पारदर्शिता बाज़ार अनुसंधान	$17.4 मिलियन	2031
संज्ञानात्मक बाज़ार अनुसंधान	$1.2 बिलियन	2033

थर्मोफोटोवोल्टिक तकनीक बड़ी कंपनियों को ऊर्जा का बेहतर उपयोग करने और कम बर्बादी करने में मदद करती है।

उपभोक्ता और रिमोट पावर

थर्मोफोटोवोल्टिक सेल दूर-दराज के लोगों और स्थानों के लिए उपयोगी होते हैं। ये प्रणालियाँ वहाँ शक्ति प्रदान करती हैं जहाँ अन्य विकल्प काम नहीं कर सकते।

• पोर्टेबल बिजली उत्पादन में छोटे जनरेटर का उपयोग किया जाता है। ये कैम्पफायर या इंजन से निकलने वाली गर्मी को बिजली में बदल देते हैं।

• ऑटोमोटिव एप्लिकेशन कार इंजनों से अपशिष्ट ताप लेते हैं। इससे कारों को ईंधन का बेहतर उपयोग करने में मदद मिलती है।

• रेडियोआइसोटोप थर्मोफोटोवोल्टिक सिस्टम लंबे समय तक चलने वाली शक्ति देते हैं। वे सुदूर स्थानों या अंतरिक्ष अभियानों पर काम करते हैं।

इन प्रयोगों से पता चलता है कि कैसे थर्मोफोटोवोल्टिक कोशिकाएं उन स्थानों पर ऊर्जा लाती हैं जहां इसकी सबसे अधिक आवश्यकता होती है।

भविष्य में उपयोग

भविष्य में नए थर्मोफोटोवोल्टिक उपयोग सामने आएंगे। ऐसे बाज़ारों के लिए कई विचारों का परीक्षण किया जा रहा है जिन्हें मजबूत और कुशल ऊर्जा की आवश्यकता है।

आवेदन प्रकार	विवरण
सैन्य और अंतरिक्ष अनुप्रयोग	थर्मोफोटोवोल्टिक सिस्टम कठिन स्थानों में उच्च शक्ति और दक्षता देते हैं।
अपशिष्ट ताप पुनर्प्राप्ति	अधिक फ़ैक्टरियाँ अपशिष्ट ऊष्मा को बिजली में बदलने के लिए इन प्रणालियों का उपयोग करेंगी।
थर्मल ऊर्जा भंडारण	आप गर्मी को संग्रहित कर सकते हैं और जरूरत पड़ने पर इसे बिजली में बदल सकते हैं।
टीपीवी बैटरियां	नई बैटरियां ऊर्जा को ऊष्मा के रूप में रखेंगी और बिजली बनाने के लिए थर्मोफोटोवोल्टिक कोशिकाओं का उपयोग करेंगी।

थर्मोफोटोवोल्टिक तकनीक बढ़ती रहेगी। लोग ऊर्जा का उपयोग करने और कई क्षेत्रों में अधिक कुशल होने के बेहतर तरीके चाहते हैं।

फायदे और चुनौतियाँ

थर्मोफोटोवोल्टिक प्रौद्योगिकी के लाभ

ऊर्जा बनाने के लिए थर्मोफोटोवोल्टिक तकनीक में कई अच्छे बिंदु हैं। यह बिना किसी गतिमान हिस्से के गर्मी को बिजली में बदल सकता है। इसका मतलब यह है कि यह चुपचाप काम करता है और तेजी से खराब नहीं होता है। ये प्रणालियाँ उन स्थानों पर सहायक होती हैं जहाँ अन्य ऊर्जा प्रकार अच्छी तरह से काम नहीं करते हैं। आप इनका उपयोग दूर-दराज के स्थानों में बिजली के लिए, अंतरिक्ष यात्राओं और मशीनों से अतिरिक्त गर्मी का उपयोग करने के लिए कर सकते हैं।

थर्मोफोटोवोल्टिक सेल एक छोटी सी जगह में बहुत सारी ऊर्जा रख सकते हैं। आप गर्मी बनाए रख सकते हैं और जरूरत पड़ने पर बिजली बना सकते हैं। ये प्रणालियाँ सूर्य, कारखानों या परमाणु ऊर्जा जैसे कई स्रोतों से गर्मी का उपयोग कर सकती हैं। आप इन्हें फ़ैक्टरियों, घरों या यहां तक ​​कि छोटे गैजेट्स में भी उपयोग कर सकते हैं। वे आपको बची हुई गर्मी का उपयोग करने में भी मदद करते हैं, जिससे आप कम ऊर्जा बर्बाद करते हैं।

यहां कुछ मुख्य लाभ दिए गए हैं:

• आप गर्मी को तुरंत बिजली में बदल सकते हैं।

• आप बिजली के लिए कई प्रकार की ऊष्मा का उपयोग कर सकते हैं।

• सिस्टम शांत है और इसमें थोड़ा सुधार की जरूरत है।

• आप अतिरिक्त गर्मी का उपयोग कर सकते हैं जो बर्बाद हो जाएगी।

• आप इन प्रणालियों का उपयोग कठिन या दूरवर्ती स्थानों में कर सकते हैं।

टिप: थर्मोफोटोवोल्टिक सिस्टम आपको कई तरीकों से कम ऊर्जा खर्च करने और कम पैसे खर्च करने में मदद करते हैं।

सीमाएँ और तकनीकी चुनौतियाँ

थर्मोफोटोवोल्टिक तकनीक में कुछ समस्याएं हैं। सबसे बड़ी समस्या यह है कि यह ज्यादा गर्मी को बिजली में नहीं बदलता है। आपको विशेष सामग्रियों की आवश्यकता है जो बहुत अधिक गर्मी सहन कर सकें। इन प्रणालियों को बनाने में बहुत पैसा खर्च हो सकता है। आपको यह भी सुनिश्चित करना होगा कि सिस्टम अत्यधिक गर्म होने पर भी काम करता रहे।

यहां एक तालिका है जो सूचीबद्ध करती है मुख्य समस्याएँ :

प्रमुख सीमाएँ और चुनौतियाँ
ज्यादा गर्मी बिजली में नहीं बदलती
तेज़ गर्मी पर काम करते रहना कठिन है
बनाने और स्थापित करने में बहुत लागत आती है

आपको इन बातों के बारे में भी सोचना चाहिए:

• प्लैंक का नियम समस्त ऊष्मा ऊर्जा को ग्रहण करना कठिन बना देता है

• मौजूदा तरीकों से इन समस्याओं को ठीक करना कठिन और महंगा है

प्लैंक का नियम यह सीमित करता है कि आप किसी भी तापमान पर कितनी ऊष्मा का उपयोग कर सकते हैं। कुछ समाधान बनाना कठिन होता है और लागत बहुत अधिक होती है। अधिक शक्ति के लिए इन प्रणालियों को बड़ा बनाना आसान नहीं है। उन्हें बेहतर ढंग से काम करने और लागत कम करने के लिए आपको नए विचारों और बेहतर सामग्रियों की आवश्यकता है।

नोट: आप बेहतर सामग्री और स्मार्ट विचारों के साथ कुछ समस्याओं को ठीक कर सकते हैं, लेकिन आपको लागत और वास्तविक जीवन में यह कितनी अच्छी तरह काम करता है, दोनों के बारे में सोचने की ज़रूरत है।

थर्मोफोटोवोल्टिक्स में नवाचार

उभरता हुआ अनुसंधान

थर्मोफोटोवोल्टिक तकनीक बदल रही है रोमांचक तरीके . वैज्ञानिक नई सामग्रियों और ऊष्मा का उपयोग करने के बेहतर तरीके आज़मा रहे हैं। वे देखते हैं कि विशेष सामग्री अवरक्त प्रकाश पर कैसे प्रतिक्रिया करती है। ये सामग्रियां गर्मी से अधिक ऊर्जा प्राप्त करने में मदद करती हैं। इससे गर्मी को बिजली में बदलना आसान हो जाता है। शोधकर्ता थर्मल उत्सर्जन कार्य को बेहतर बनाना भी चाहते हैं। वे हर गर्म वस्तु से अधिक ऊर्जा प्राप्त करने की आशा करते हैं।

यहां एक तालिका है जो कुछ शीर्ष अनुसंधान क्षेत्रों को सूचीबद्ध करती है: अनुसंधान

का क्षेत्र	विवरण
उन्नत सामग्रियों के इन्फ्रारेड गुण	अद्वितीय ऑप्टिकल प्रतिक्रियाओं और अनुकूल विकिरण गुणों के साथ प्राकृतिक सामग्रियों और नैनोसंरचनाओं का अध्ययन।
तापीय उत्सर्जन का अनुकूलन	ऊर्जा रूपांतरण के लिए गर्म वस्तुओं से प्रकाश और ऊर्जा निकालने के लिए कुशल तरीकों का विकास करना।
टीपीवी प्रणालियों की आर्थिक व्यवहार्यता	सिस्टम जीवनकाल और पूंजीगत लागत सहित टीपीवी सिस्टम की लागत को प्रभावित करने वाले कारकों की जांच करना।

शोधकर्ता यह भी अध्ययन करते हैं कि सिस्टम कितने समय तक चलते हैं और उनकी लागत कितनी है। वे कीमतों, मुद्रास्फीति और प्राकृतिक गैस की कीमत को देखते हैं। ये चीजें यह तय करने में मदद करती हैं कि क्या थर्मोफोटोवोल्टिक सिस्टम वास्तविक जीवन में काम कर सकते हैं। बेहतर सामग्री और स्मार्ट डिज़ाइन का उपयोग करने से पैसे बचाने और दक्षता बढ़ाने में मदद मिलती है। यह थर्मोफोटोवोल्टिक ऊर्जा को कई मायनों में उपयोगी बनाता है।

बाज़ार दृष्टिकोण

थर्मोफोटोवोल्टिक तकनीक बहुत तेजी से बढ़ रही है। बाजार से जा सकता है 2024 में 3.7 बिलियन डॉलर से 2035 तक 9.67 बिलियन डॉलर । ऐसा इसलिए होता है क्योंकि अधिक लोग नवीकरणीय ऊर्जा और नई तकनीक में निवेश करते हैं। सरकारें भी कड़े नियम बनाकर और सहयोग देकर मदद करती हैं। 2025 से 2035 तक बाजार के हर साल लगभग 9.12% बढ़ने की उम्मीद है।

विभिन्न स्थान थर्मोफोटोवोल्टिक प्रौद्योगिकी का उपयोग करने में अग्रणी हैं। उत्तरी अमेरिका आगे है क्योंकि वह नए विचारों का जल्दी उपयोग करता है । जर्मनी, फ्रांस और ब्रिटेन जैसे देशों के साथ यूरोप, हरित होने के नियमों के कारण बढ़ता है। एशिया-प्रशांत संभवतः सबसे तेजी से बढ़ेगा। चीन, जापान, भारत और दक्षिण कोरिया जैसे देश कारखानों में निवेश करते हैं और अपनी सरकारों से सहायता प्राप्त करते हैं।

जैसे-जैसे बाज़ार बड़ा होगा आपको थर्मोफोटोवोल्टिक सिस्टम अधिक स्थानों पर दिखाई देंगे। इनका उपयोग ऊर्जा भंडारण, अपशिष्ट ताप पुनर्प्राप्ति और दूर-दराज के स्थानों में बिजली के लिए किया जाएगा। जैसे-जैसे तकनीक बेहतर होती जाएगी, आप उच्च दक्षता और अधिक विश्वसनीय ऊर्जा देखेंगे। भविष्य की ऊर्जा जरूरतों के लिए थर्मोफोटोवोल्टिक सिस्टम अधिक महत्वपूर्ण हो जाएंगे।

आप गर्मी को बिजली में बदलने के लिए थर्मोवोल्टिक कोशिकाओं का उपयोग कर सकते हैं। वे गर्म चीज़ों और गतिमान इलेक्ट्रॉनों से ऊर्जा लेकर ऐसा करते हैं। ये प्रणालियाँ सहायक हैं क्योंकि ये ऊर्जा बचाती हैं और कई स्थानों पर काम करती हैं। नए विचार इन उपकरणों को बेहतर और सस्ता बनाते हैं।

पहलू	विवरण
डिवाइस प्रदर्शन	नई सामग्रियां डिवाइस को बेहतर ढंग से काम करने और अधिक शक्ति बनाने में मदद करती हैं।
लागत में कमी	बेहतर डिज़ाइन से टीपीवी मॉड्यूल की लागत कम हो जाती है।
विस्तृत अनुप्रयोग	हाइब्रिड सिस्टम आपको इस तकनीक का अधिक स्थानों पर उपयोग करने देता है।

• आप ऊर्जा बचाते हैं और उपकरण लंबे समय तक चलते हैं।

• विशेषज्ञों का कहना है कि बेहतर नतीजों के लिए हमें विशेष उत्सर्जक और मजबूत पीवी सेल बनाने चाहिए।

• इन नई तकनीकों का उपयोग करके, आप दुनिया को स्वच्छ बनाने में मदद करते हैं।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

थर्मोवोल्टिक और थर्मोफोटोवोल्टिक कोशिकाओं के बीच मुख्य अंतर क्या है?

थर्मोवोल्टिक कोशिकाएं मूल रूप से गर्मी को बिजली में बदलती हैं। थर्मोफोटोवोल्टिक सेल अधिक अवरक्त ऊर्जा प्राप्त करने के लिए विशेष सामग्रियों का उपयोग करते हैं। इससे उन्हें कम ऊर्जा वाली गर्मी से अधिक बिजली बनाने की सुविधा मिलती है।

क्या आप घर पर थर्मोफोटोवोल्टिक सेल का उपयोग कर सकते हैं?

आप बैकअप पावर या केबिन के लिए छोटे थर्मोफोटोवोल्टिक सिस्टम का उपयोग कर सकते हैं। अधिकांश घरेलू प्रणालियों का अभी भी परीक्षण किया जा रहा है। जैसे-जैसे तकनीक बेहतर होगी, घर के अधिक विकल्प सामने आएंगे।

थर्मोफोटोवोल्टिक सेल कितने समय तक चलते हैं?

थर्मोफोटोवोल्टिक सेल कई वर्षों तक काम करते हैं। यदि आप उन्हें ठंडा और तेज़ गर्मी से दूर रखते हैं तो वे लंबे समय तक टिकते हैं। अच्छी कूलिंग आपके डिवाइस को लंबे समय तक काम करने में मदद करती है।

क्या थर्मोफोटोवोल्टिक सिस्टम सुरक्षित हैं?

थर्मोफोटोवोल्टिक प्रणालियाँ सुरक्षित हैं क्योंकि उनमें कोई गतिशील भाग नहीं होता है। सबसे बड़ा खतरा गर्म उत्सर्जक है। हमेशा सावधान रहें और गर्म भागों के साथ सुरक्षा नियमों का पालन करें।

थर्मोफोटोवोल्टिक प्रौद्योगिकी के मुख्य उपयोग क्या हैं?

फ़ैक्टरियाँ, बिजली संयंत्र और अंतरिक्ष मिशन थर्मोफोटोवोल्टिक प्रणालियों का उपयोग करते हैं। आप उनका उपयोग पोर्टेबल बिजली के लिए और अपशिष्ट गर्मी को पकड़ने के लिए भी कर सकते हैं। जैसे-जैसे तकनीक में सुधार होगा नए प्रयोग सामने आएंगे।