सौर सेल गैर-यांत्रिक उपकरण हैं जो अर्धचालकों का उपयोग करके फोटोवोल्टिक प्रभाव के माध्यम से सूर्य के प्रकाश को सीधे बिजली में परिवर्तित करते हैं। सहज रूप से, लोग सोच सकते हैं कि सौर सेल तीव्र सूर्य के प्रकाश में बेहतर काम करते हैं, लेकिन क्या वास्तव में ऐसा है?
मानव जाति लंबे समय से सौर ऊर्जा का उपयोग करती आ रही है, जिसे परिवर्तित करने के तीन मुख्य तरीके हैं: फोटोवोल्टाइक रूपांतरण, फोटोथर्मल रूपांतरण और फोटोकेमिकल रूपांतरण। फोटोवोल्टाइक (पीवी) विद्युत उत्पादन, जो सूर्य के प्रकाश को बिजली में परिवर्तित करता है, सौर ऊर्जा के सबसे कुशल उपयोगों में से एक है।
फोटोवोल्टिक प्रभाव को सर्वप्रथम 1839 में फ्रांसीसी वैज्ञानिक एडमंड बेकरेल ने देखा था। यह अर्धचालक पर प्रकाश पड़ने पर उत्पन्न होने वाले विद्युत विभव को संदर्भित करता है। बाद में, आइंस्टीन ने प्रकाश के क्वांटम सिद्धांत का उपयोग करके इस प्रभाव की व्याख्या की, जिसके लिए उन्हें 1921 में भौतिकी का नोबेल पुरस्कार मिला।
प्रकाश विद्युत प्रभाव के विपरीत, जो तब होता है जब प्रकाश किसी एक चालक पर पड़ता है, फोटोवोल्टेइक प्रभाव दो अर्धचालक प्लेटों की सीमा पर होता है। जब इन्हें तार से जोड़ा जाता है, तो यह सीमा एक विद्युत क्षेत्र उत्पन्न करती है, जिससे धारा प्रवाहित होती है।
तो, सौर सेल सूर्य के प्रकाश को बिजली में कैसे बदलते हैं? सूर्य का प्रकाश विद्युत चुम्बकीय विकिरण का एक व्यापक स्पेक्ट्रम है। जब यह सौर सेल पर पड़ता है, तो विकिरण परावर्तित, अवशोषित या उससे होकर गुजर सकता है। केवल अवशोषित विकिरण ही विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित होता है।
सिलिकॉन आधारित अर्धचालकों के लिए, किसी परमाणु से इलेक्ट्रॉन को अलग करने के लिए 1.11 इलेक्ट्रॉन वोल्ट (eV) ऊर्जा की आवश्यकता होती है। केवल इस सीमा से अधिक ऊर्जा वाले फोटॉन ही विद्युत उत्पन्न कर सकते हैं। हालांकि, उच्च ऊर्जा वाले फोटॉनों से उत्पन्न अतिरिक्त ऊर्जा ऊष्मा के रूप में नष्ट हो जाती है, जिससे सौर पैनल गर्म हो जाता है और उसका तापमान आसपास की हवा के तापमान से अधिक हो सकता है।
आम धारणा के विपरीत, सिलिकॉन-आधारित सौर सेल वास्तव में ठंडे वातावरण को पसंद करते हैं, हालांकि उन्हें सूर्य की रोशनी की आवश्यकता होती है। तापमान बढ़ने पर, सौर पैनल समान मात्रा में सूर्य की रोशनी प्राप्त करने के बावजूद कम ऊर्जा उत्पन्न करते हैं।
उच्च तापमान मुख्य रूप से ओपन-सर्किट वोल्टेज (वह वोल्टेज जब कोई करंट प्रवाहित नहीं हो रहा होता है) को कम कर देता है, हालांकि शॉर्ट-सर्किट करंट (जब सेल शॉर्ट-सर्किट होता है) अपेक्षाकृत स्थिर रहता है। इसका अर्थ है कि उच्च तापमान से दक्षता कम हो जाती है और आउटपुट पावर घट जाती है।
सौर सेल का परीक्षण आमतौर पर 25°C (77°F) के मानक तापमान पर किया जाता है। जब पैनल का तापमान 60°C (140°F) या उससे अधिक हो जाता है, तो इसकी बिजली उत्पादन क्षमता में काफी गिरावट आती है। तापमान में प्रत्येक डिग्री की वृद्धि के लिए, शॉर्ट-सर्किट करंट में केवल 0.04% की वृद्धि होती है, जबकि ओपन-सर्किट वोल्टेज में 0.4% की कमी आती है।
हालांकि गर्मियों में दक्षता कम हो जाती है, फिर भी इस मौसम में प्रचुर मात्रा में सूर्य की रोशनी के कारण अन्य मौसमों की तुलना में कुल ऊर्जा उत्पादन अधिक होता है।
सोलर पैनल को ठंडा कैसे करें
अन्य इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों की तरह, सौर पैनल ठंडे तापमान में बेहतर प्रदर्शन करते हैं। चूंकि वे ऊर्जा के लिए गर्मी के बजाय सूर्य के प्रकाश पर निर्भर करते हैं, इसलिए वे उज्ज्वल लेकिन ठंडी परिस्थितियों में सबसे अच्छा काम करते हैं।
गर्मी के मौसम में सोलर पैनल को ठंडा रखने के लिए क्या हमें छाया लगानी चाहिए? बिलकुल नहीं! सूरज की रोशनी को रोकना सोलर पैनल के उद्देश्य को ही निष्फल कर देगा। क्या सनस्क्रीन लगाना उचित होगा? नहीं, भौतिक अवरोध लगाने से प्रकाश का अवशोषण कम हो जाएगा, और रासायनिक विधियों से तापमान कम करने में कोई मदद नहीं मिलेगी।
छत पर लगे सौर पैनलों के लिए, प्राकृतिक वेंटिलेशन उन्हें ठंडा रखने का एक प्रभावी और किफायती तरीका है। पैनलों को छत से थोड़ी दूरी पर लगाने से हवा का संचार होता है और पैनल ठंडे रहते हैं। हालांकि, हवा का प्रवाह बनाए रखने और पैनलों को ज़्यादा गर्म होने से बचाने के लिए, इस दूरी में पत्तियों और कचरे को जमा न होने देना ज़रूरी है।
शोधकर्ताओं ने सौर पैनलों की दक्षता में सुधार के लिए विभिन्न शीतलन विधियों का भी अध्ययन किया है। प्राकृतिक वेंटिलेशन के अलावा, जबरन वायु शीतलन और फोटोवोल्टाइक-थर्मल शीतलन (पीवीटी) जैसी विधियों का भी अध्ययन किया गया है, जिनसे पैनलों के तापमान को कम करने और ऊर्जा उत्पादन को बढ़ाने के संबंध में बहुमूल्य जानकारी प्राप्त हुई है।
स्वच्छ ऊर्जा के दूत सौर सेल जैसे-जैसे हमारे जीवन में एकीकृत होते जा रहे हैं, वे अपने साथ कम कार्बन उत्सर्जन वाले, पर्यावरण के अनुकूल समाधानों की एक नई लहर लेकर आ रहे हैं।
