सौर सेल का सिद्धांत

सेमीकंडक्टर pn जंक्शन पर सूरज चमकता है जिससे एक नया होल-इलेक्ट्रॉन पेयर बनता है। पीएन जंक्शन में निर्मित विद्युत क्षेत्र के प्रभाव के तहत, फोटो-जनित छेद पी क्षेत्र में प्रवाहित होते हैं, और फोटो-जनित इलेक्ट्रॉन एन क्षेत्र में प्रवाहित होते हैं। सर्किट कनेक्ट होने के बाद, करंट उत्पन्न होता है। यह फोटोइलेक्ट्रिक इफेक्ट सोलर सेल का कार्य सिद्धांत है।
सौर ऊर्जा उत्पादन के दो तरीके हैं, एक प्रकाश-ऊष्मा-बिजली रूपांतरण है, और दूसरा प्रकाश-बिजली प्रत्यक्ष रूपांतरण है।
Photothermal-विद्युत रूपांतरण
प्रकाश-ऊष्मा-बिजली रूपांतरण मोड सौर विकिरण द्वारा उत्पन्न ऊष्मा ऊर्जा का उपयोग करके बिजली उत्पन्न करता है। आम तौर पर, अवशोषित ऊष्मा ऊर्जा को सौर संग्राहक द्वारा कार्यशील माध्यम की भाप में परिवर्तित किया जाता है, और फिर बिजली उत्पन्न करने के लिए भाप टरबाइन को चलाया जाता है। पूर्व प्रक्रिया प्रकाश-गर्मी रूपांतरण प्रक्रिया है; बाद की प्रक्रिया ऊष्मा-विद्युत रूपांतरण प्रक्रिया है, जो साधारण ताप विद्युत उत्पादन के समान है। सौर तापीय विद्युत उत्पादन का नुकसान यह है कि इसकी दक्षता बहुत कम है और इसकी लागत बहुत अधिक है। यह अनुमान लगाया गया है कि इसका निवेश सामान्य थर्मल पावर स्टेशनों की तुलना में कम से कम 5 से 10 गुना अधिक है। एक 1000MW सौर ताप विद्युत संयंत्र को 2000 से 2500 अमेरिकी डॉलर के 1 kW के औसत निवेश के साथ 2 से 2.5 बिलियन अमेरिकी डॉलर का निवेश करने की आवश्यकता है। इसलिए, यह केवल विशेष अवसरों पर छोटे पैमाने पर लागू किया जा सकता है, जबकि बड़े पैमाने पर उपयोग किफायती नहीं है और सामान्य ताप विद्युत संयंत्रों या परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के साथ प्रतिस्पर्धा नहीं कर सकता है।
प्रत्यक्ष ऑप्टिकल-इलेक्ट्रिक रूपांतरण
विशिष्ट सामग्रियों के फोटोइलेक्ट्रिक गुणों के अनुसार सौर सेल बिजली उत्पादन किया जाता है। ब्लैकबॉडीज (जैसे कि सूर्य) विभिन्न तरंग दैर्ध्य (विभिन्न आवृत्तियों के अनुरूप) की विद्युत चुम्बकीय तरंगों को विकीर्ण करते हैं, जैसे कि अवरक्त, पराबैंगनी, दृश्य प्रकाश, आदि। जब ये किरणें विभिन्न कंडक्टरों या अर्धचालकों पर विकिरणित होती हैं, तो फोटॉन कंडक्टरों में मुक्त इलेक्ट्रॉनों के साथ परस्पर क्रिया करते हैं। या अर्धचालक वर्तमान उत्पन्न करने के लिए। तरंग दैर्ध्य जितना कम होगा और किरण की आवृत्ति जितनी अधिक होगी, उसकी ऊर्जा उतनी ही अधिक होगी। उदाहरण के लिए, पराबैंगनी किरण की ऊर्जा अवरक्त किरण की तुलना में बहुत अधिक होती है। हालाँकि, सभी तरंग दैर्ध्य की किरणों की ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित नहीं किया जा सकता है। यह ध्यान देने योग्य है कि फोटोवोल्टिक प्रभाव किरणों की तीव्रता से स्वतंत्र होता है। करंट केवल तभी उत्पन्न हो सकता है जब आवृत्ति फोटोवोल्टिक प्रभाव पैदा करने वाली सीमा तक पहुंच जाए या उससे अधिक हो जाए। प्रकाश की अधिकतम तरंग दैर्ध्य जो अर्धचालक को फोटोवोल्टिक प्रभाव उत्पन्न कर सकती है, अर्धचालक के बैंड अंतराल की चौड़ाई से संबंधित है। उदाहरण के लिए, कमरे के तापमान पर क्रिस्टलीय सिलिकॉन की बैंड गैप चौड़ाई लगभग 1.155eV है। इसलिए, केवल 1100nm से कम तरंग दैर्ध्य वाला प्रकाश क्रिस्टलीय सिलिकॉन को फोटोवोल्टिक प्रभाव उत्पन्न कर सकता है। सौर सेल बिजली उत्पादन एक नवीकरणीय और पर्यावरण के अनुकूल बिजली उत्पादन विधि है। यह कार्बन डाइऑक्साइड जैसी ग्रीनहाउस गैसों का उत्पादन नहीं करेगा और पर्यावरण को प्रदूषित नहीं करेगा। उत्पादन सामग्री के अनुसार, इसे सिलिकॉन-आधारित सेमीकंडक्टर बैटरी, सीडीटीई पतली फिल्म बैटरी, सीआईजीएस पतली फिल्म बैटरी, डाई-सेंसिटाइज़्ड पतली फिल्म बैटरी, जैविक सामग्री बैटरी, आदि में विभाजित किया जा सकता है। उनमें से, सिलिकॉन कोशिकाओं को एकल क्रिस्टल में विभाजित किया गया है। सेल, पॉलीक्रिस्टलाइन सेल और अनाकार सिलिकॉन पतली फिल्म सेल। सौर कोशिकाओं के लिए सबसे महत्वपूर्ण पैरामीटर रूपांतरण दक्षता है। प्रयोगशाला में विकसित सिलिकॉन आधारित सौर कोशिकाओं में, मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन कोशिकाओं की दक्षता 25.0 प्रतिशत है, पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन कोशिकाओं की दक्षता 20.4 प्रतिशत है, सीआईजीएस पतली फिल्म कोशिकाओं की दक्षता 19.6 प्रतिशत है, सीडीटीई पतली फिल्म कोशिकाओं की दक्षता 16.7 प्रतिशत है, और अनाकार सिलिकॉन (अनाकार सिलिकॉन) पतली फिल्म कोशिकाओं की दक्षता 10.1 प्रतिशत है
सौर सेल एक प्रकार का फोटोइलेक्ट्रिक तत्व है जो ऊर्जा को परिवर्तित कर सकता है। इसकी मूल संरचना P-टाइप और N-टाइप सेमीकंडक्टर्स को मिलाकर बनाई गई है। अर्धचालकों की सबसे बुनियादी सामग्री "सिलिकॉन" है, जो गैर-प्रवाहकीय है। हालाँकि, यदि अर्धचालकों में विभिन्न अशुद्धियाँ मिलाई जाती हैं, तो उन्हें P- प्रकार और N- प्रकार के अर्धचालकों में बनाया जा सकता है। फिर, पी-प्रकार के अर्धचालकों में एक छेद होता है (पी-प्रकार के अर्धचालकों में ऋणात्मक आवेश वाला एक इलेक्ट्रॉन कम होता है, जिसे एक और धनात्मक आवेश माना जा सकता है), और एन-प्रकार के अर्धचालकों में वर्तमान उत्पन्न करने के लिए एक और मुक्त इलेक्ट्रॉन संभावित अंतर होता है, इसलिए जब सूरज चमकता है, प्रकाश ऊर्जा इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों के संवहन का उत्पादन करने के लिए सिलिकॉन परमाणु में इलेक्ट्रॉनों को उत्तेजित करती है। ये इलेक्ट्रॉन और छिद्र अंतर्निहित क्षमता से प्रभावित होंगे, और क्रमशः एन-प्रकार और पी-प्रकार अर्धचालक द्वारा आकर्षित होंगे, और दोनों सिरों पर एकत्रित होंगे। इस समय, यदि बाहर एक सर्किट बनाने के लिए इलेक्ट्रोड से जुड़ा है, तो यह सौर सेल बिजली उत्पादन का सिद्धांत है।
संक्षेप में, सौर फोटोवोल्टिक विद्युत उत्पादन का सिद्धांत 0.4μm-1.1μM तरंग दैर्ध्य (सिलिकॉन क्रिस्टल के लिए) सूर्य के प्रकाश को अवशोषित करने के लिए सौर कोशिकाओं का उपयोग करना है, जो प्रकाश ऊर्जा को सीधे विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है। ऊर्जा उत्पादन।
चूंकि सौर सेल द्वारा उत्पन्न बिजली प्रत्यक्ष धारा है, यदि घरेलू उपकरणों या विभिन्न विद्युत उपकरणों को बिजली प्रदान करना आवश्यक है, तो घरेलू या बिजली की आपूर्ति करने से पहले इसे एसी बिजली से बदलने के लिए डीसी/एसी कनवर्टर स्थापित करना आवश्यक है। औद्योगिक शक्ति।
सौर सेलों का चार्जिंग विकास उपभोक्ता वस्तुओं में सौर सेलों के अनुप्रयोग में अधिकतर चार्जिंग की समस्या है। अतीत में, सामान्य चार्जिंग ऑब्जेक्ट्स NiMH या NiCd ड्राई सेल का उपयोग करते थे, लेकिन NiMH ड्राई सेल उच्च तापमान का विरोध नहीं कर सकते थे, और NiCd ड्राई सेल में पर्यावरण प्रदूषण की समस्या थी। सुपरकैपेसिटर के तेजी से विकास, बड़ी क्षमता, सिकुड़न-रोधी क्षेत्र और कम कीमत के साथ, कुछ सौर उत्पादों ने सुपरकैपेसिटर को चार्जिंग ऑब्जेक्ट के रूप में उपयोग करना शुरू किया, इस प्रकार सौर चार्जिंग की कई समस्याओं में सुधार हुआ:
फास्ट चार्जिंग,
सेवा जीवन 5 गुना से अधिक लंबा है,
चार्जिंग तापमान सीमा विस्तृत है,
सौर कोशिकाओं की खपत कम करें (कम वोल्टेज पर चार्ज किया जा सकता है)