फोटोवोल्टाइक या सौर सेल

परिभाषा

फोटोवोल्टेजिक (PV) सेल एक अर्धचालक उपकरण है जो प्रकाश को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है। PV सेल द्वारा उत्पन्न वोल्टेज आपतित प्रकाश की तीव्रता पर निर्भर करता है। "फोटोवोल्टेजिक" शब्द इसकी क्षमता से उत्पन्न हुआ है, जो प्रकाश ("फोटो") के माध्यम से वोल्टेज ("वोल्टेजिक") उत्पन्न करता है।

अर्धचालक सामग्रियों में इलेक्ट्रॉन कोवालेंट बंधों से बंधे होते हैं। विद्युत चुंबकीय विकिरण में फोटॉन नामक छोटे ऊर्जा कण होते हैं। जब फोटॉन अर्धचालक सामग्री पर प्रहार करते हैं, तो इलेक्ट्रॉन ऊर्जावान हो जाते हैं और उत्सर्जित होना शुरू कर देते हैं।

इन ऊर्जावान इलेक्ट्रॉनों को फोटोइलेक्ट्रॉन कहा जाता है, और इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन की घटना को फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव कहा जाता है। फोटोवोल्टेजिक सेल का कार्य फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव पर निर्भर करता है।

फोटोवोल्टेजिक सेल का निर्माण

आर्सेनाइड, इंडियम, कैडमियम, सिलिकॉन, सेलीनियम और गैलियम जैसी अर्धचालक सामग्रियाँ PV सेल बनाने के लिए इस्तेमाल की जाती हैं। सिलिकॉन और सेलीनियम मुख्य रूप से सेलों के निर्माण के लिए इस्तेमाल किए जाते हैं।

नीचे दिखाए गए सिलिकॉन फोटोवोल्टेजिक सेल की संरचना को उदाहरण के रूप में लें:

• सेल की ऊपरी सतह p-प्रकार की सामग्री से बनी होती है ताकि प्रकाश आसानी से सामग्री में प्रवेश कर सके।

• p-प्रकार और n-प्रकार की सामग्रियों के चारों ओर धातु के वलय रखे जाते हैं, जो क्रमशः उनके धनात्मक और ऋणात्मक आउटपुट टर्मिनल का कार्य करते हैं।

एकल PV सेल एकल-क्रिस्टलीय या बहु-क्रिस्टलीय अर्धचालक सामग्रियों से बनाए जाते हैं।

एकल-क्रिस्टलीय सेल एक एकल क्रिस्टल इनगोट से काटे जाते हैं, जबकि बहु-क्रिस्टलीय सेल बहु-क्रिस्टलीय संरचना वाली सामग्रियों से बनाए जाते हैं।

एकल सेल का आउटपुट वोल्टेज और विद्युत धारा बहुत कम होती है, आमतौर पर क्रमशः 0.6V और 0.8A होती है। दक्षता को बढ़ाने के लिए, सेलों को विभिन्न विन्यासों में जोड़ा जाता है। PV सेलों को जोड़ने के तीन मुख्य तरीके हैं:

PV सेलों का समानांतर संयोजन

समानांतर व्यवस्था में, सेलों के साथ वोल्टेज अपरिवर्तित रहता है, जबकि कुल धारा दोगुनी (या सेलों की संख्या के अनुपात से बढ़ती) हो जाती है। समानांतर-संयोजित PV सेलों का विशेषता वक्र नीचे दिखाया गया है।

PV सेलों का श्रृंखला-समानांतर संयोजन

श्रृंखला-समानांतर व्यवस्था में, वोल्टेज और धारा दोनों अनुपातिक रूप से बढ़ते हैं। सौर पैनल आमतौर पर इस संयोजन का उपयोग करके बनाए जाते हैं ताकि अधिक शक्ति आउटपुट प्राप्त किया जा सके।

एक सौर मॉड्यूल व्यक्तिगत सौर सेलों को जोड़कर बनाया जाता है। अनेक सौर मॉड्यूलों का संग्रह सौर पैनल के रूप में जाना जाता है।

PV सेल का कार्य

जब प्रकाश एक अर्धचालक सामग्री पर प्रहार करता है, तो यह या तो गुजर सकता है या परावर्तित हो सकता है। PV सेल अर्धचालक सामग्रियों से बने होते हैं—सामग्रियाँ जो न तो पूर्ण चालक हैं और न ही पूर्ण अचालक। यह गुण उन्हें प्रकाश ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करने में बहुत दक्ष बनाता है।

जब अर्धचालक प्रकाश को अवशोषित करता है, तो इसके इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित होना शुरू कर देते हैं। यह इसलिए होता है क्योंकि प्रकाश में फोटॉन नामक छोटे ऊर्जा पैकेट होते हैं। जब इलेक्ट्रॉन फोटॉन को अवशोषित करते हैं, तो वे ऊर्जावान हो जाते हैं और सामग्री के भीतर चलना शुरू कर देते हैं। एक आंतरिक विद्युत क्षेत्र इन कणों को एक दिशा में चलने के लिए मजबूर करता है, जिससे धारा उत्पन्न होती है। अर्धचालक पर धातु के इलेक्ट्रोड धारा को बाहर निकलने देते हैं।

जंक्शन p-प्रकार और n-प्रकार की सामग्रियों के बीच का इंटरफेस है। जब प्रकाश जंक्शन पर पड़ता है, तो इलेक्ट्रॉन एक क्षेत्र से दूसरे क्षेत्र में चलना शुरू कर देते हैं।
सौर ऊर्जा संयंत्र में सौर सेल कैसे स्थापित की जाती है?
अधिकतम शक्ति बिंदु ट्रैकर (MPPTs), इनवर्टर, चार्ज कंट्रोलर, और बैटरी जैसी उपकरणों का उपयोग सौर विकिरण को विद्युत वोल्टेज में परिवर्तित करने के लिए किया जाता है।

अधिकतम शक्ति बिंदु ट्रैकर (MPPT)

एक MPPT एक विशेष डिजिटल कंट्रोलर है जो सूरज की स्थिति का पीछा करता है। क्योंकि PV सेल की दक्षता सूर्य की तीव्रता पर निर्भर करती है, जो दिन भर पृथ्वी के घूर्णन के कारण बदलती रहती है, MPPTs पैनल की ओरींटेशन को समायोजित करते हैं ताकि प्रकाश का अधिकतम अवशोषण और शक्ति आउटपुट हो सके।

चार्ज कंट्रोलर

एक चार्ज कंट्रोलर सौर पैनल से वोल्टेज को नियंत्रित करता है और बैटरी की ओवरचार्जिंग या ओवरवोल्टेज से बचाता है, यह सुरक्षित और दक्ष ऊर्जा संचय को सुनिश्चित करता है।

इनवर्टर

एक इनवर्टर पैनल से प्राप्त सीधी धारा (DC) को विकल्पीय धारा (AC) में परिवर्तित करता है, जिसका उपयोग मानक उपकरणों के साथ किया जाता है, जो आमतौर पर AC शक्ति की आवश्यकता रखते हैं।