सोलर सेल कैसे काम करते हैं

हालाँकि ये बड़े पैनल सौर ऊर्जा से चलने वाले कैलकुलेटर की तरह सामान्य नहीं हैं, लेकिन वे वहाँ से बाहर हैं और यदि आप जानते हैं कि कहाँ देखना है तो यह मुश्किल नहीं है। वास्तव में, फोटोवोल्टिक - जो एक बार लगभग विशेष रूप से अंतरिक्ष में उपयोग किए जाते थे, उपग्रहों की विद्युत प्रणालियों को 1958 तक शक्ति प्रदान करते थे - कम विदेशी तरीकों से अधिक से अधिक उपयोग किए जा रहे हैं। धूप के चश्मे से लेकर इलेक्ट्रिक वाहन चार्जिंग स्टेशनों तक, हर समय नए उपकरणों में प्रौद्योगिकी जारी रहती है।

"सौर क्रांति" की आशा दशकों से तैर रही है - यह विचार कि एक दिन हम सभी सूर्य से मुफ्त बिजली का उपयोग करेंगे । यह एक मोहक वादा है, क्योंकि एक उज्ज्वल, धूप वाले दिन, सूर्य की किरणें ग्रह की सतह के प्रति वर्ग मीटर में लगभग 1,000 वाट ऊर्जा देती हैं। अगर हम उस सारी ऊर्जा को इकट्ठा कर लेते, तो हम आसानी से अपने घरों और कार्यालयों को मुफ्त में बिजली दे सकते थे।

इस लेख में, हम यह जानने के लिए सौर कोशिकाओं की जांच करेंगे कि वे सूर्य की ऊर्जा को सीधे बिजली में कैसे परिवर्तित करते हैं। इस प्रक्रिया में, आप सीखेंगे कि हम दैनिक आधार पर सूर्य की ऊर्जा का उपयोग करने के करीब क्यों पहुंच रहे हैं, और इस प्रक्रिया के किफ़ायती होने से पहले हमें अभी और अधिक शोध क्यों करना है।

अंतर्वस्तु

1. फोटोवोल्टिक सेल: फोटॉन को इलेक्ट्रॉनों में परिवर्तित करना
2. कैसे सिलिकॉन एक सौर सेल बनाता है
3. सौर सेल का एनाटॉमी
4. सौर सेल में ऊर्जा हानि
5. एक घर सौर ऊर्जा
6. सौर ऊर्जा के मुद्दों का समाधान
7. अपना सौर ऊर्जा सेटअप समाप्त करना
8. सौर सेल प्रौद्योगिकी में विकास
9. सौर ऊर्जा लागत

कैलकुलेटर और उपग्रहों पर आप जो सौर सेल देखते हैं, उन्हें फोटोवोल्टिक (पीवी) सेल भी कहा जाता है, जैसा कि नाम से पता चलता है (फोटो का अर्थ है "प्रकाश" और वोल्टिक का अर्थ " बिजली "), सूर्य के प्रकाश को सीधे बिजली में परिवर्तित करता है। एक मॉड्यूल विद्युत रूप से जुड़े और एक फ्रेम (आमतौर पर सौर पैनल के रूप में जाना जाता है) में पैक की गई कोशिकाओं का एक समूह है, जिसे बाद में नेवादा में नेलिस वायु सेना बेस में संचालित एक की तरह बड़े सौर सरणी में समूहीकृत किया जा सकता है।

फोटोवोल्टिक सेल सिलिकॉन जैसे अर्धचालक नामक विशेष सामग्री से बने होते हैं, जो वर्तमान में सबसे अधिक उपयोग किया जाता है। मूल रूप से, जब प्रकाश कोशिका से टकराता है, तो इसका एक निश्चित भाग अर्धचालक पदार्थ के भीतर अवशोषित हो जाता है। इसका मतलब है कि अवशोषित प्रकाश की ऊर्जा अर्धचालक को स्थानांतरित कर दी जाती है। ऊर्जा इलेक्ट्रॉनों को ढीला कर देती है, जिससे वे स्वतंत्र रूप से प्रवाहित हो जाते हैं।

पीवी कोशिकाओं में भी एक या एक से अधिक विद्युत क्षेत्र होते हैं जो प्रकाश अवशोषण द्वारा मुक्त इलेक्ट्रॉनों को एक निश्चित दिशा में प्रवाहित करने के लिए बाध्य करने का कार्य करते हैं। इलेक्ट्रॉनों का यह प्रवाह एक करंट है, और पीवी सेल के ऊपर और नीचे धातु के संपर्कों को रखकर, हम कैलकुलेटर को पावर देने के लिए बाहरी उपयोग के लिए उस करंट को बंद कर सकते हैं। यह करंट, सेल के वोल्टेज (जो इसके अंतर्निर्मित विद्युत क्षेत्र या क्षेत्रों का परिणाम है) के साथ मिलकर उस शक्ति (या वाट क्षमता) को परिभाषित करता है जो सौर सेल उत्पन्न कर सकता है।

यह मूल प्रक्रिया है, लेकिन इसमें वास्तव में और भी बहुत कुछ है। अगले पृष्ठ पर, आइए पीवी सेल के एक उदाहरण पर गहराई से नज़र डालें: सिंगल-क्रिस्टल सिलिकॉन सेल।

गोइंग सोलर, गोइंग ग्रीन

मौजूदा घर में सौर पैनल जोड़ना महंगा हो सकता है - लेकिन आपके घर को हरा-भरा बनाने के और भी कई तरीके हैं। डिस्कवरी चैनल के प्लैनेट ग्रीन पर पर्यावरण की सुरक्षा के लिए आप क्या कर सकते हैं, इसके बारे में और जानें ।

सिलिकॉन में कुछ विशेष रासायनिक गुण होते हैं, विशेष रूप से इसके क्रिस्टलीय रूप में। सिलिकॉन के एक परमाणु में 14 इलेक्ट्रॉन होते हैं, जो तीन अलग-अलग कोशों में व्यवस्थित होते हैं। पहले दो कोश - जिनमें क्रमशः दो और आठ इलेक्ट्रॉन होते हैं - पूरी तरह से भरे हुए हैं। हालाँकि, बाहरी आवरण केवल चार इलेक्ट्रॉनों से आधा भरा होता है। एक सिलिकॉन परमाणु हमेशा अपने अंतिम कोश को भरने के तरीकों की तलाश करेगा, और ऐसा करने के लिए, यह पास के चार परमाणुओं के साथ इलेक्ट्रॉनों को साझा करेगा। यह ऐसा है जैसे प्रत्येक परमाणु अपने पड़ोसियों के साथ हाथ रखता है, सिवाय इसके कि इस मामले में, प्रत्येक परमाणु के चार हाथ चार पड़ोसियों से जुड़े होते हैं। यही क्रिस्टलीय संरचना बनाता है , और यह संरचना इस प्रकार के पीवी सेल के लिए महत्वपूर्ण साबित होती है।

एकमात्र समस्या यह है कि शुद्ध क्रिस्टलीय सिलिकॉन बिजली का एक खराब कंडक्टर है क्योंकि तांबे जैसे अधिक इष्टतम कंडक्टर में इलेक्ट्रॉनों के विपरीत, इसके इलेक्ट्रॉनों में से कोई भी स्थानांतरित करने के लिए स्वतंत्र नहीं है। इस समस्या को हल करने के लिए, सौर सेल में सिलिकॉन में अशुद्धियाँ होती हैं- अन्य परमाणु उद्देश्यपूर्ण ढंग से सिलिकॉन परमाणुओं के साथ मिश्रित होते हैं - जो चीजों के काम करने के तरीके को थोड़ा बदल देता है। हम आमतौर पर अशुद्धियों को कुछ अवांछनीय मानते हैं, लेकिन इस मामले में, हमारा सेल उनके बिना काम नहीं करेगा। सिलिकॉन पर फॉस्फोरस के परमाणु के साथ इधर-उधर, शायद हर मिलियन सिलिकॉन परमाणुओं में से एक पर विचार करें। फॉस्फोरस के बाहरी कोश में पांच इलेक्ट्रॉन होते हैं, चार नहीं। यह अभी भी अपने सिलिकॉन पड़ोसी परमाणुओं के साथ बंधता है, लेकिन एक अर्थ में, फॉस्फोरस में एक इलेक्ट्रॉन होता है जिसके साथ हाथ पकड़ने वाला कोई नहीं होता है। यह एक बंधन का हिस्सा नहीं बनता है, लेकिन फॉस्फोरस नाभिक में एक सकारात्मक प्रोटॉन होता है जो इसे जगह में रखता है।

जब ऊर्जा को शुद्ध सिलिकॉन में जोड़ा जाता है, उदाहरण के लिए गर्मी के रूप में, यह कुछ इलेक्ट्रॉनों को अपने बंधनों से मुक्त कर सकता है और अपने परमाणुओं को छोड़ सकता है। प्रत्येक मामले में एक छेद पीछे छूट जाता है। ये इलेक्ट्रॉन, मुक्त वाहक कहलाते हैं , फिर क्रिस्टलीय जाली के चारों ओर बेतरतीब ढंग से घूमते हैं और एक और छेद की तलाश में एक विद्युत प्रवाह में गिरते हैं और ले जाते हैं। हालांकि, शुद्ध सिलिकॉन में उनमें से इतने कम हैं कि वे बहुत उपयोगी नहीं हैं।

लेकिन फॉस्फोरस परमाणुओं के साथ हमारा अशुद्ध सिलिकॉन एक अलग कहानी है। हमारे "अतिरिक्त" फॉस्फोरस इलेक्ट्रॉनों में से एक को ढीला करने में बहुत कम ऊर्जा लगती है क्योंकि वे किसी भी पड़ोसी परमाणुओं के साथ बंधन में बंधे नहीं होते हैं। नतीजतन, इनमें से अधिकांश इलेक्ट्रॉन मुक्त हो जाते हैं, और हमारे पास शुद्ध सिलिकॉन की तुलना में बहुत अधिक मुक्त वाहक होते हैं। उद्देश्य पर अशुद्धियों को जोड़ने की प्रक्रिया को डोपिंग कहा जाता है , और जब फॉस्फोरस के साथ डोप किया जाता है, तो परिणामस्वरूप सिलिकॉन को मुक्त इलेक्ट्रॉनों के प्रसार के कारण एन-टाइप (नकारात्मक के लिए "एन") कहा जाता है । एन-टाइप डोप्ड सिलिकॉन शुद्ध सिलिकॉन की तुलना में काफी बेहतर कंडक्टर है।

एक विशिष्ट सौर सेल के दूसरे भाग को बोरॉन तत्व के साथ डोप किया जाता है, जिसके बाहरी आवरण में चार के बजाय केवल तीन इलेक्ट्रॉन होते हैं, जिससे पी-टाइप सिलिकॉन बन जाता है। मुक्त इलेक्ट्रॉन होने के बजाय, पी-टाइप (पॉजिटिव के लिए "पी") में फ्री ओपनिंग होती है और इसके विपरीत (पॉजिटिव) चार्ज होता है।

अगले पृष्ठ पर, हम इस पर करीब से नज़र डालेंगे कि जब ये दोनों पदार्थ परस्पर क्रिया करना शुरू करते हैं तो क्या होता है।

अब से पहले, हमारे सिलिकॉन के दो अलग-अलग टुकड़े विद्युत रूप से तटस्थ थे; दिलचस्प हिस्सा तब शुरू होता है जब आप उन्हें एक साथ रखते हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि विद्युत क्षेत्र के बिना , सेल काम नहीं करेगा; जब एन-टाइप और पी-टाइप सिलिकॉन संपर्क में आते हैं तो क्षेत्र बनता है। अचानक, N की ओर के मुक्त इलेक्ट्रॉनों को P की ओर के सभी उद्घाटन दिखाई देते हैं, और उन्हें भरने के लिए एक पागल भीड़ होती है। क्या सभी मुक्त इलेक्ट्रॉन सभी मुक्त छिद्रों को भरते हैं? नहीं, अगर उन्होंने किया, तो पूरी व्यवस्था बहुत उपयोगी नहीं होगी। हालांकि, ठीक जंक्शन पर , वे मिश्रण करते हैं और एक अवरोध का निर्माण करते हैं, जिससे N पक्ष पर इलेक्ट्रॉनों के लिए P पक्ष को पार करना कठिन और कठिन हो जाता है। आखिरकार, संतुलन आ गया है, और हमारे पास दोनों पक्षों को अलग करने वाला एक विद्युत क्षेत्र है।

यह विद्युत क्षेत्र एक डायोड के रूप में कार्य करता है , जिससे इलेक्ट्रॉनों को P की ओर से N की ओर प्रवाहित करने की अनुमति मिलती है (और यहां तक ​​कि धक्का भी), लेकिन दूसरी तरफ नहीं। यह एक पहाड़ी की तरह है - इलेक्ट्रॉन आसानी से पहाड़ी से नीचे जा सकते हैं (एन तरफ), लेकिन चढ़ाई नहीं कर सकते (पी तरफ)।

जब प्रकाश, फोटॉन के रूप में , हमारे सौर सेल से टकराता है, तो उसकी ऊर्जा इलेक्ट्रॉन-छेद जोड़े को तोड़ देती है। पर्याप्त ऊर्जा वाला प्रत्येक फोटॉन सामान्य रूप से एक इलेक्ट्रॉन को मुक्त करेगा, जिसके परिणामस्वरूप एक मुक्त छिद्र भी होगा। यदि यह विद्युत क्षेत्र के काफी करीब होता है, या यदि मुक्त इलेक्ट्रॉन और मुक्त छिद्र अपने प्रभाव की सीमा में भटकते हैं, तो क्षेत्र इलेक्ट्रॉन को N की ओर और छिद्र को P की ओर भेज देगा। यह विद्युत तटस्थता के और अधिक व्यवधान का कारण बनता है, और यदि हम एक बाहरी वर्तमान पथ प्रदान करते हैं, तो रास्ते में हमारे लिए काम करते हुए, विद्युत क्षेत्र ने वहां भेजे गए छिद्रों के साथ एकजुट होने के लिए इलेक्ट्रॉनों को P पक्ष में प्रवाहित किया जाएगा। इलेक्ट्रॉन प्रवाह वर्तमान प्रदान करता है , और सेल का विद्युत क्षेत्र वोल्टेज का कारण बनता है. वर्तमान और वोल्टेज दोनों के साथ, हमारे पास शक्ति है , जो दोनों का उत्पाद है।

इससे पहले कि हम वास्तव में अपने सेल का उपयोग कर सकें, कुछ और घटक बचे हैं। सिलिकॉन एक बहुत ही चमकदार पदार्थ होता है, जो अपना काम पूरा करने से पहले फोटॉन को उछलते हुए भेज सकता है, इसलिए

उन नुकसानों को कम करने के लिए एक एंटीरफ्लेक्टिव कोटिंग लागू की जाती है। अंतिम चरण कुछ ऐसा स्थापित करना है जो सेल को तत्वों से बचाएगा - अक्सर एक ग्लास कवर प्लेट । पीवी मॉड्यूल आम तौर पर वोल्टेज और करंट के उपयोगी स्तरों को प्राप्त करने के लिए कई अलग-अलग कोशिकाओं को एक साथ जोड़कर और सकारात्मक और नकारात्मक टर्मिनलों के साथ एक मजबूत फ्रेम में डालकर बनाए जाते हैं।

हमारी पीवी सेल कितनी सूरज की रोशनी को अवशोषित करती है? दुर्भाग्य से, शायद बहुत भयानक नहीं। उदाहरण के लिए, २००६ में, अधिकांश सौर पैनल केवल १२ से १८ प्रतिशत के दक्षता स्तर तक ही पहुंचे थे। उस वर्ष की सबसे अत्याधुनिक सौर पैनल प्रणाली ने आखिरकार उद्योग की सौर दक्षता में 40 प्रतिशत बाधा - 40.7 प्रतिशत [स्रोत: यूएस ऊर्जा विभाग ] प्राप्त करने के लिए अपना रास्ता पेश किया । तो धूप वाले दिन का अधिकतम लाभ उठाना इतनी चुनौती क्यों है?

दृश्यमान प्रकाश विद्युत चुम्बकीय वर्णक्रम का केवल एक हिस्सा है । विद्युत चुम्बकीय विकिरण मोनोक्रोमैटिक नहीं है - यह विभिन्न तरंग दैर्ध्य की एक श्रृंखला से बना है, और इसलिए ऊर्जा का स्तर है। (देखें कि विद्युतचुंबकीय स्पेक्ट्रम की अच्छी चर्चा के लिए प्रकाश कैसे काम करता है।)

प्रकाश को विभिन्न तरंग दैर्ध्य में विभाजित किया जा सकता है, जिसे हम इंद्रधनुष के रूप में देख सकते हैं। के बाद से प्रकाश है कि हमारे सेल हिट है फोटॉन रों ऊर्जा की एक विस्तृत श्रृंखला की, यह पता चला है कि उनमें से कुछ एक इलेक्ट्रॉन छेद जोड़ी को बदलने के लिए पर्याप्त ऊर्जा नहीं होगा। वे सेल से ऐसे गुजरेंगे जैसे कि वह पारदर्शी हो। फिर भी अन्य फोटॉन में बहुत अधिक ऊर्जा होती है। इलेक्ट्रॉन वोल्ट (ईवी) में मापी गई और हमारे सेल सामग्री (क्रिस्टलीय सिलिकॉन के लिए लगभग 1.1 ईवी) द्वारा परिभाषित ऊर्जा की केवल एक निश्चित मात्रा की आवश्यकता होती है, जो एक इलेक्ट्रॉन को ढीला करने के लिए आवश्यक है। हम इसे बैंड गैप एनर्जी कहते हैंएक सामग्री का। यदि किसी फोटान में आवश्यक मात्रा से अधिक ऊर्जा होती है, तो अतिरिक्त ऊर्जा नष्ट हो जाती है। (अर्थात, जब तक कि एक फोटॉन में आवश्यक ऊर्जा का दोगुना न हो, और एक से अधिक इलेक्ट्रॉन-छेद जोड़ी बना सकता है, लेकिन यह प्रभाव महत्वपूर्ण नहीं है।) ये दो प्रभाव अकेले विकिरण ऊर्जा घटना के लगभग 70 प्रतिशत के नुकसान के लिए जिम्मेदार हो सकते हैं। हमारे सेल पर।

हम वास्तव में कम बैंड अंतराल वाली सामग्री का चयन क्यों नहीं कर सकते हैं, ताकि हम अधिक फोटॉन का उपयोग कर सकें? दुर्भाग्य से, हमारा बैंड गैप हमारे विद्युत क्षेत्र की ताकत (वोल्टेज) को भी निर्धारित करता है, और यदि यह बहुत कम है, तो हम अतिरिक्त धारा (अधिक फोटॉनों को अवशोषित करके) में क्या बनाते हैं, हम एक छोटा वोल्टेज होने से खो देते हैं। याद रखें कि बिजली वोल्टेज बार चालू है। इन दो प्रभावों को संतुलित करने वाला इष्टतम बैंड गैप, एकल सामग्री से बने सेल के लिए लगभग 1.4 eV है ।

हमारे पास अन्य नुकसान भी हैं। हमारे इलेक्ट्रॉनों को बाहरी सर्किट के माध्यम से सेल के एक तरफ से दूसरी तरफ प्रवाहित करना होता है। हम एक धातु के साथ नीचे को कवर कर सकते हैं, जिससे अच्छे चालन की अनुमति मिलती है, लेकिन अगर हम पूरी तरह से शीर्ष को कवर करते हैं, तो फोटॉन अपारदर्शी कंडक्टर के माध्यम से नहीं जा सकते हैं और हम अपने सभी वर्तमान को खो देते हैं (कुछ कोशिकाओं में, पारदर्शी कंडक्टर का उपयोग किया जाता है) शीर्ष सतह, लेकिन बिल्कुल नहीं)। यदि हम अपने संपर्कों को केवल अपने सेल के किनारों पर रखते हैं, तो इलेक्ट्रॉनों को संपर्कों तक पहुंचने के लिए बहुत लंबी दूरी तय करनी पड़ती है। याद रखें, सिलिकॉन एक अर्धचालक है - यह वर्तमान के परिवहन के लिए धातु जितना अच्छा नहीं है। इसका आंतरिक प्रतिरोध ( श्रृंखला प्रतिरोध कहा जाता है) काफी अधिक है, और उच्च प्रतिरोध का अर्थ है उच्च नुकसान। इन नुकसानों को कम करने के लिए, कोशिकाओं को आम तौर पर एक धातु संपर्क ग्रिड द्वारा कवर किया जाता है जो उस दूरी को कम करता है जो इलेक्ट्रॉनों को यात्रा करनी पड़ती है जबकि सेल सतह के केवल एक छोटे से हिस्से को कवर करते हैं। फिर भी, कुछ फोटॉनों को ग्रिड द्वारा अवरुद्ध कर दिया जाता है, जो बहुत छोटा नहीं हो सकता है अन्यथा इसका स्वयं का प्रतिरोध बहुत अधिक होगा।

अब जब हम जानते हैं कि सौर सेल कैसे काम करता है, तो आइए देखें कि तकनीक के साथ एक घर को बिजली देने के लिए क्या करना पड़ता है।

अपने घर को सौर ऊर्जा से बिजली देने के लिए आपको क्या करना होगा ? हालाँकि यह आपकी छत पर कुछ मॉड्यूल्स को थपथपाने जितना आसान नहीं है, लेकिन ऐसा करना बहुत मुश्किल भी नहीं है।

सबसे पहले, प्रत्येक छत में सूर्य का पूर्ण लाभ लेने के लिए सही अभिविन्यास या झुकाव का कोण नहीं होता हैकी ऊर्जा। उत्तरी गोलार्ध में गैर-ट्रैकिंग पीवी सिस्टम को आदर्श रूप से सच्चे दक्षिण की ओर इशारा करना चाहिए, हालांकि अभिविन्यास जो अधिक पूर्वी और पश्चिमी दिशाओं में सामना करते हैं, वे भी काम कर सकते हैं, भले ही दक्षता की अलग-अलग डिग्री का त्याग कर। साल भर ऊर्जा की अधिकतम मात्रा को अवशोषित करने के लिए सौर पैनलों को क्षेत्र के अक्षांश के जितना संभव हो सके कोण पर झुकाया जाना चाहिए। यदि आप सुबह या दोपहर, और/या गर्मी या सर्दी के लिए ऊर्जा उत्पादन को अधिकतम करना चाहते हैं तो एक अलग अभिविन्यास और/या झुकाव का उपयोग किया जा सकता है। बेशक, मॉड्यूल को कभी भी आस-पास के पेड़ों या इमारतों से छायांकित नहीं किया जाना चाहिए, चाहे दिन का समय या वर्ष का समय कोई भी हो। पीवी मॉड्यूल में, यदि इसकी केवल एक सेल को भी छायांकित किया जाता है, तो बिजली उत्पादन में काफी कमी आ सकती है।

यदि आपके पास एक बिना छायांकित, दक्षिण की ओर वाली छत वाला घर है, तो आपको यह तय करने की आवश्यकता है कि आपको किस आकार की प्रणाली की आवश्यकता है। यह इस तथ्य से जटिल है कि आपका बिजली उत्पादन मौसम पर निर्भर करता है, जो कभी भी पूरी तरह से अनुमानित नहीं होता है, और आपकी बिजली की मांग भी अलग-अलग होगी। सौभाग्य से, इन बाधाओं को दूर करना काफी आसान है। मौसम संबंधी डेटा विभिन्न भौगोलिक क्षेत्रों के लिए औसत मासिक सूर्य के प्रकाश का स्तर देता है। यह वर्षा और बादल के दिनों के साथ-साथ ऊंचाई, आर्द्रता को भी ध्यान में रखता हैऔर अन्य अधिक सूक्ष्म कारक। आपको सबसे खराब महीने के लिए डिजाइन करना चाहिए, ताकि आपके पास साल भर पर्याप्त बिजली हो। उस डेटा और आपकी औसत घरेलू मांग के साथ (आपका उपयोगिता बिल आसानी से आपको यह बताता है कि आप हर महीने कितनी ऊर्जा का उपयोग करते हैं), ऐसे सरल तरीके हैं जिनका उपयोग करके आप यह निर्धारित कर सकते हैं कि आपको कितने पीवी मॉड्यूल की आवश्यकता होगी। आपको एक सिस्टम वोल्टेज पर भी निर्णय लेने की आवश्यकता होगी, जिसे आप श्रृंखला में तार करने के लिए कितने मॉड्यूल तय करके नियंत्रित कर सकते हैं।

आप पहले से ही कुछ समस्याओं का अनुमान लगा चुके होंगे जिन्हें हमें हल करना होगा। पहला, जब सूरज नहीं चमक रहा हो तो हम क्या करें?

वेदरमैन की सनक में जीने का विचार शायद ज्यादातर लोगों को रोमांचित नहीं करता है, लेकिन तीन मुख्य विकल्प यह सुनिश्चित कर सकते हैं कि आपके पास अभी भी शक्ति है, भले ही सूर्य सहयोग न कर रहा हो। यदि आप पूरी तरह से ग्रिड से दूर रहना चाहते हैं, लेकिन अपने पीवी पैनलों पर भरोसा नहीं करते हैं, तो आपको एक चुटकी में बिजली की आपूर्ति करनी होगी, जब सौर आपूर्ति कम हो जाती है, तो आप बैकअप जनरेटर का उपयोग कर सकते हैं। दूसरी स्टैंड-अलोन प्रणाली में बैटरी के रूप में ऊर्जा भंडारण शामिल है । दुर्भाग्य से, बैटरी पीवी सिस्टम में बहुत अधिक लागत और रखरखाव जोड़ सकती हैं, लेकिन यदि आप पूरी तरह से स्वतंत्र होना चाहते हैं तो यह वर्तमान में एक आवश्यकता है।

विकल्प यह है कि आप अपने घर को यूटिलिटी ग्रिड से जोड़ दें, जरूरत पड़ने पर बिजली खरीद लें और जब आप उपयोग से अधिक उत्पादन करें तो उसे वापस बेच दें। इस तरह, उपयोगिता व्यावहारिक रूप से अनंत भंडारण प्रणाली के रूप में कार्य करती है। हालांकि ध्यान रखें, सरकारी नियम स्थान के आधार पर भिन्न होते हैं और परिवर्तन के अधीन होते हैं। आपकी स्थानीय उपयोगिता कंपनी को भाग लेने की आवश्यकता हो भी सकती है और नहीं भी, और बायबैक की कीमत बहुत भिन्न हो सकती है। आपको यह सुनिश्चित करने के लिए विशेष उपकरणों की भी आवश्यकता होगी कि आप जिस उपयोगिता कंपनी को बेचने की तलाश कर रहे हैं वह उनके साथ संगत है। सुरक्षा भी एक मुद्दा है। उपयोगिता को यह सुनिश्चित करना होगा कि यदि आपके पड़ोस में बिजली की कमी है, तो आपका पीवी सिस्टम बिजली लाइनों में बिजली को फीड करना जारी नहीं रखेगा, जो कि एक लाइनमैन को लगता है कि मर चुका है।यह एक खतरनाक स्थिति है जिसे आइलैंडिंग कहा जाता है, लेकिन इसे एक एंटी-आइलैंडिंग इन्वर्टर से टाला जा सकता है - कुछ ऐसा जो हम अगले पृष्ठ पर प्राप्त करेंगे।

यदि आप इसके बजाय बैटरियों का उपयोग करने का निर्णय लेते हैं, तो ध्यान रखें कि उन्हें बनाए रखना होगा, और फिर कुछ निश्चित वर्षों के बाद उन्हें बदल दिया जाएगा। अधिकांश सौर पैनल लगभग 30 वर्षों तक चलते हैं (और बेहतर दीर्घायु निश्चित रूप से एक शोध लक्ष्य है), लेकिन बैटरियों में उस तरह का उपयोगी जीवन नहीं होता है [स्रोत: राष्ट्रीय अक्षय ऊर्जा प्रयोगशाला ]। पीवी सिस्टम में बैटरी भी बहुत खतरनाक हो सकती है क्योंकि वे स्टोर की गई ऊर्जा और अम्लीय इलेक्ट्रोलाइट्स में होते हैं, इसलिए आपको उनके लिए एक अच्छी तरह हवादार, गैर-धातु के बाड़े की आवश्यकता होगी।

हालांकि कई अलग-अलग प्रकार की बैटरियों का आमतौर पर उपयोग किया जाता है, एक विशेषता जो उन सभी में होनी चाहिए, वह यह है कि वे डीप-साइकिल बैटरी हैं । आपकी कार की बैटरी के विपरीत, जो एक उथले-चक्र वाली बैटरी है, गहरे-चक्र वाली बैटरी लंबे जीवन को बनाए रखते हुए अपनी संग्रहीत ऊर्जा का अधिक निर्वहन कर सकती हैं। कार की बैटरी बहुत कम समय के लिए - आपकी कार शुरू करने के लिए - एक बड़े करंट को डिस्चार्ज करती है - और फिर जैसे ही आप ड्राइव करते हैं तुरंत रिचार्ज हो जाते हैं। पीवी बैटरियों को आम तौर पर दिन के दौरान चार्ज होने के दौरान लंबी अवधि (जैसे रात में या बिजली आउटेज के दौरान) के लिए एक छोटी धारा का निर्वहन करना पड़ता है। सबसे अधिक इस्तेमाल की जाने वाली डीप-साइकिल बैटरी लेड-एसिड बैटरी (सीलबंद और वेंटेड दोनों) और निकल-कैडमियम बैटरी हैं, जिनमें से दोनों के विभिन्न पक्ष और विपक्ष हैं।

अगले पृष्ठ पर, हम उन घटकों के बारे में थोड़ा गहराई से जानेंगे जिनकी आपको कुछ नकदी बचाने के लिए सूर्य की आवश्यकता होगी।

बैटरियों के उपयोग के लिए एक अन्य घटक की स्थापना की आवश्यकता होती है जिसे चार्ज कंट्रोलर कहा जाता है । बैटरी बहुत अधिक समय तक चलती हैं यदि वे अधिक चार्ज नहीं होती हैं या बहुत अधिक निकल जाती हैं। चार्ज कंट्रोलर यही करता है। एक बार बैटरी पूरी तरह से चार्ज हो जाने के बाद, चार्ज कंट्रोलर पीवी मॉड्यूल से करंट को उनमें प्रवाहित नहीं होने देता। इसी तरह, एक बार जब बैटरियों को एक निश्चित पूर्व निर्धारित स्तर पर निकाल दिया जाता है, तो बैटरी वोल्टेज को मापकर नियंत्रित किया जाता है, कई चार्ज कंट्रोलर बैटरी से अधिक करंट को तब तक नहीं निकलने देंगे जब तक कि उन्हें रिचार्ज नहीं कर दिया जाता। लंबी बैटरी लाइफ के लिए चार्ज कंट्रोलर का इस्तेमाल जरूरी है।

ऊर्जा भंडारण के अलावा दूसरी समस्या यह है कि आपके सौर पैनलों द्वारा उत्पन्न बिजली , और यदि आप उनका उपयोग करना चुनते हैं तो आपकी बैटरी से निकाली गई बिजली उस रूप में नहीं है जो आपकी उपयोगिता द्वारा आपूर्ति की जाती है या आपके घर में बिजली के उपकरणों द्वारा उपयोग की जाती है। सौर मंडल द्वारा उत्पन्न बिजली प्रत्यक्ष धारा है, इसलिए इसे प्रत्यावर्ती धारा में बदलने के लिए आपको एक इन्वर्टर की आवश्यकता होगी । और जैसा कि हमने पिछले पृष्ठ पर चर्चा की थी, डीसी से एसी में स्विच करने के अलावा, कुछ इनवर्टर भी आइलैंडिंग से बचाने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं यदि आपका सिस्टम पावर ग्रिड से जुड़ा हुआ है।

अधिकांश बड़े इनवर्टर आपको स्वचालित रूप से नियंत्रित करने की अनुमति देंगे कि आपका सिस्टम कैसे काम करता है। कुछ पीवी मॉड्यूल, जिन्हें एसी मॉड्यूल कहा जाता है , वास्तव में प्रत्येक मॉड्यूल में पहले से ही एक इन्वर्टर बनाया गया है, जो एक बड़े, केंद्रीय इन्वर्टर की आवश्यकता को समाप्त करता है, और वायरिंग मुद्दों को सरल करता है।

बढ़ते हार्डवेयर, वायरिंग , जंक्शन बॉक्स, ग्राउंडिंग उपकरण, ओवरकुरेंट सुरक्षा, डीसी और एसी डिस्कनेक्ट और अन्य सहायक उपकरण में फेंक दें , और आपके पास एक सिस्टम है। आपको विद्युत कोड का पालन करना चाहिए (केवल पीवी के लिए राष्ट्रीय विद्युत संहिता में एक अनुभाग है), और यह अत्यधिक अनुशंसा की जाती है कि एक लाइसेंस प्राप्त इलेक्ट्रीशियन जिसे पीवी सिस्टम के साथ अनुभव है, स्थापना करें। एक बार स्थापित होने के बाद, एक पीवी सिस्टम को बहुत कम रखरखाव की आवश्यकता होती है (विशेषकर यदि कोई बैटरी का उपयोग नहीं किया जाता है), और 20 साल या उससे अधिक के लिए साफ और चुपचाप बिजली प्रदान करेगा।

हमने इस बारे में बहुत बात की है कि एक विशिष्ट पीवी सिस्टम कैसे संचालित होता है, लेकिन लागत-प्रभावशीलता से संबंधित मुद्दों (जिसके बारे में हम अगले पृष्ठ पर अधिक जानकारी प्राप्त करेंगे) ने सौर ऊर्जा बनाने के नए तरीकों को विकसित करने और ठीक करने के उद्देश्य से अंतहीन शोध प्रयासों को प्रेरित किया है। पारंपरिक ऊर्जा स्रोतों के साथ तेजी से प्रतिस्पर्धी शक्ति।

उदाहरण के लिए, एकल-क्रिस्टल सिलिकॉन पीवी कोशिकाओं में उपयोग की जाने वाली एकमात्र सामग्री नहीं है। पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन का उपयोग विनिर्माण लागत में कटौती करने के प्रयास में किया जाता है, हालांकि परिणामी कोशिकाएं सिंगल क्रिस्टल सिलिकॉन की तरह कुशल नहीं होती हैं। दूसरी पीढ़ी के सौर सेल प्रौद्योगिकी में पतली फिल्म सौर कोशिकाओं के रूप में जाना जाता है । जबकि वे कुछ दक्षता का त्याग भी करते हैं, वे उत्पादन के लिए सरल और सस्ते होते हैं - और वे हर समय अधिक कुशल बनते हैं। पतली-फिल्म सौर कोशिकाओं को विभिन्न प्रकार की सामग्रियों से बनाया जा सकता है, जिसमें अनाकार सिलिकॉन (जिसमें कोई क्रिस्टलीय संरचना नहीं होती है), गैलियम आर्सेनाइड, कॉपर इंडियम डिसेलेनाइड और कैडमियम टेल्यूराइड शामिल हैं।

दक्षता बढ़ाने के लिए एक और रणनीति अलग-अलग बैंड अंतराल के साथ विभिन्न सामग्रियों की दो या दो से अधिक परतों का उपयोग करना है। याद रखें कि पदार्थ के आधार पर, विभिन्न ऊर्जाओं के फोटॉन अवशोषित होते हैं। तो उच्च-ऊर्जा फोटॉनों को अवशोषित करने के लिए सतह पर उच्च बैंड गैप सामग्री को ढेर करके (निचले बैंड गैप सामग्री द्वारा निम्न-ऊर्जा फोटॉन को अवशोषित करने की इजाजत देते हुए), बहुत अधिक क्षमता का परिणाम हो सकता है। ऐसी कोशिकाओं, जिन्हें मल्टी-जंक्शन सेल कहा जाता है , में एक से अधिक विद्युत क्षेत्र हो सकते हैं।

फोटोवोल्टिक प्रौद्योगिकी पर ध्यान केंद्रित करना विकास का एक और आशाजनक क्षेत्र है। सूरज की रोशनी के एक हिस्से को बस इकट्ठा करने और परिवर्तित करने के बजाय बस चमकने और बिजली में परिवर्तित होने के बजाय, पीवी सिस्टम अत्यधिक कुशल सौर कोशिकाओं पर सौर ऊर्जा की अधिक मात्रा पर ध्यान केंद्रित करने के लिए लेंस और दर्पण जैसे ऑप्टिकल उपकरणों को जोड़ने का उपयोग करते हैं। हालांकि ये प्रणालियां आम तौर पर निर्माण के लिए अधिक मूल्यवान हैं, पारंपरिक सौर पैनल सेटअप पर उनके कई फायदे हैं और आगे के अनुसंधान और विकास प्रयासों को प्रोत्साहित करते हैं।

सौर सेल प्रौद्योगिकी के इन सभी विभिन्न संस्करणों में कंपनियां ऐसे अनुप्रयोगों और उत्पादों का सपना देख रही हैं जो सौर ऊर्जा से चलने वाले विमानों और अंतरिक्ष-आधारित बिजली स्टेशनों से लेकर पीवी-संचालित पर्दे, कपड़े और लैपटॉप के मामलों जैसी रोजमर्रा की वस्तुओं तक चलाते हैं। यहां तक ​​​​कि नैनोकणों की लघु दुनिया को भी नहीं छोड़ा जा रहा है, और शोधकर्ता जैविक रूप से उत्पादित सौर कोशिकाओं की संभावना भी तलाश रहे हैं।

लेकिन अगर फोटोवोल्टिक मुक्त ऊर्जा का इतना अद्भुत स्रोत हैं, तो पूरी दुनिया सौर ऊर्जा से क्यों नहीं चलती?

कुछ लोगों के पास सौर ऊर्जा की एक त्रुटिपूर्ण अवधारणा है। हालांकि यह सच है कि सूरज की रोशनी मुक्त है, पीवी सिस्टम द्वारा उत्पन्न बिजली नहीं है। यह निर्धारित करने में बहुत सारे कारक शामिल हैं कि क्या पीवी सिस्टम स्थापित करना कीमत के लायक है।

सबसे पहले, यह सवाल है कि आप कहाँ रहते हैं। दुनिया के धूप वाले हिस्सों में रहने वाले लोग कम धूप वाले स्थानों में बसने वालों की तुलना में अधिक लाभ के साथ शुरुआत करते हैं, क्योंकि उनके पीवी सिस्टम आम तौर पर अधिक बिजली पैदा करने में सक्षम होते हैं। किसी क्षेत्र में उपयोगिताओं की लागत को उसके शीर्ष पर शामिल किया जाना चाहिए। बिजली की दरें जगह-जगह बहुत भिन्न होती हैं, इसलिए उत्तर की ओर रहने वाला कोई व्यक्ति अभी भी सौर ऊर्जा पर विचार करना चाह सकता है यदि उनकी दरें विशेष रूप से अधिक हैं।

इसके बाद, स्थापना लागत है; जैसा कि आपने शायद घरेलू पीवी सिस्टम की हमारी चर्चा से देखा है, काफी हद तक हार्डवेयर की आवश्यकता होती है। 2009 तक, एक आवासीय सौर पैनल सेटअप स्थापित करने के लिए औसतन $8 और $10 प्रति वाट के बीच था [स्रोत: राष्ट्रीय अक्षय ऊर्जा प्रयोगशाला ]। सिस्टम जितना बड़ा होगा, आमतौर पर प्रति वाट उतना ही कम खर्च होता है। यह याद रखना भी महत्वपूर्ण है कि कई सौर ऊर्जा प्रणालियाँ 100 प्रतिशत समय में बिजली के भार को पूरी तरह से कवर नहीं करती हैं। संभावना है, आपके पास अभी भी एक बिजली बिल होगा, हालांकि यह निश्चित रूप से कम होगा यदि जगह में कोई सौर पैनल नहीं थे।

स्टिकर की कीमत के बावजूद, अपग्रेड करने और सोलर जाने के इच्छुक निवासियों और निगमों दोनों के लिए पीवी सिस्टम की लागत को चुकाने के कई संभावित तरीके हैं। ये संघीय और राज्य कर प्रोत्साहन, उपयोगिता कंपनी छूट और अन्य वित्तपोषण अवसरों के रूप में आ सकते हैं। साथ ही, इस पर निर्भर करता है कि सौर पैनल सेटअप कितना बड़ा है - और यह कितना अच्छा प्रदर्शन करता है - यह कभी-कभार बिजली का अधिशेष बनाकर खुद को तेजी से भुगतान करने में मदद कर सकता है। अंत में, घरेलू मूल्य अनुमानों को ध्यान में रखना भी महत्वपूर्ण है। पीवी सिस्टम स्थापित करने से घर के मूल्य में हजारों डॉलर जोड़ने की उम्मीद है।

अभी, सौर ऊर्जा को अभी भी उपयोगिताओं के साथ प्रतिस्पर्धा करने में कुछ कठिनाई है, लेकिन लागत कम हो रही है क्योंकि अनुसंधान प्रौद्योगिकी में सुधार करता है। अधिवक्ताओं को विश्वास है कि पीवी एक दिन शहरी क्षेत्रों के साथ-साथ दूरदराज के क्षेत्रों में भी लागत प्रभावी होगी। समस्या का एक हिस्सा यह है कि लागत को यथासंभव कम करने के लिए विनिर्माण को बड़े पैमाने पर करने की आवश्यकता है। हालांकि, पीवी के लिए उस तरह की मांग तब तक मौजूद नहीं रहेगी जब तक कीमतें प्रतिस्पर्धी स्तर तक नहीं गिरतीं। यह कैच-22 है। फिर भी, जैसे-जैसे मांग और मॉड्यूल क्षमताएं लगातार बढ़ती हैं, कीमतें गिरती हैं, और दुनिया पारंपरिक बिजली स्रोतों से जुड़ी पर्यावरणीय चिंताओं के बारे में जागरूक हो जाती है, इसकी संभावना है कि फोटोवोल्टिक का एक आशाजनक भविष्य होगा।

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