फोटोवोल्टिक विद्युत उत्पादन के मुख्य सिद्धांत और लाभ

फोटोवोल्टिक विद्युत उत्पादन एक ऐसी तकनीक है जो सेमीकंडक्टर इंटरफ़ेस पर फोटोवोल्टिक प्रभाव का उपयोग करके सीधे प्रकाश ऊर्जा को बिजली में परिवर्तित करती है। इसमें मुख्य रूप से तीन भाग होते हैं: सौर पैनल, नियंत्रक और इनवर्टर। मुख्य घटक इलेक्ट्रॉनिक घटक हैं। सौर कोशिकाओं को श्रृंखला में जोड़ने के बाद, उन्हें बड़े क्षेत्र के सौर सेल मॉड्यूल बनाने के लिए पैक और संरक्षित किया जा सकता है, जिसे बाद में फोटोवोल्टिक बिजली उत्पादन उपकरणों को बनाने के लिए बिजली नियंत्रकों और अन्य घटकों के साथ जोड़ा जा सकता है।

फोटोवोल्टिक विद्युत उत्पादन का मुख्य सिद्धांत अर्धचालकों का फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव है। जब फोटॉन किसी धातु को विकिरणित करते हैं, तो उनकी ऊर्जा धातु में इलेक्ट्रॉनों द्वारा पूरी तरह से अवशोषित की जा सकती है। इलेक्ट्रॉनों द्वारा अवशोषित ऊर्जा इतनी बड़ी होती है कि वह काम करने के लिए धातु के परमाणुओं के अंदर कूलम्ब बल पर काबू पा सकती है, और धातु की सतह से निकलकर फोटोइलेक्ट्रॉन बन जाती है। सिलिकॉन परमाणुओं में चार बाहरी इलेक्ट्रॉन होते हैं। यदि शुद्ध सिलिकॉन को पांच बाहरी इलेक्ट्रॉनों जैसे फॉस्फोरस परमाणुओं वाले परमाणुओं के साथ डोप किया जाता है, तो यह एन-प्रकार अर्धचालक बन जाता है। यदि शुद्ध सिलिकॉन को तीन बाहरी इलेक्ट्रॉनों जैसे बोरॉन परमाणुओं वाले परमाणुओं के साथ डोप किया जाता है, तो यह एक पी-प्रकार अर्धचालक बनाता है। जब पी-प्रकार और एन-प्रकार को एक साथ जोड़ दिया जाता है, तो संपर्क सतह एक संभावित अंतर बनाएगी, जो सौर सेल बन जाएगी। जब सूरज की रोशनी पीएन जंक्शन पर चमकती है, तो करंट पी-टाइप की तरफ से एन-टाइप की तरफ प्रवाहित होता है, जिससे करंट बनता है।

फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव भौतिकी में एक महत्वपूर्ण और जादुई घटना है। एक निश्चित आवृत्ति (जिसे सीमा आवृत्ति के रूप में जाना जाता है) से ऊपर विद्युत चुम्बकीय तरंगों के विकिरण के तहत, कुछ पदार्थों में इलेक्ट्रॉन ऊर्जा को अवशोषित करते हैं और विद्युत प्रवाह बनाने के लिए बच जाते हैं, जिसे फोटोइलेक्ट्रिक के रूप में जाना जाता है। फोटोवोल्टिक बिजली उत्पादन के योजनाबद्ध आरेख से पता चलता है कि पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन को पिंड कास्टिंग, पिंड तोड़ने और स्लाइसिंग जैसी प्रक्रियाओं के माध्यम से सिलिकॉन वेफर्स में संसाधित किया जाता है। बोरॉन, फॉस्फोरस आदि की सूक्ष्म मात्रा का डोपिंग और प्रसार। सिलिकॉन वेफर पर एक पीएन जंक्शन बनेगा। फिर, स्क्रीन प्रिंटिंग के माध्यम से, ग्रिड लाइनें बनाने के लिए बारीक तैयार चांदी के पेस्ट को सिलिकॉन वेफर पर मुद्रित किया जाता है। सिंटरिंग के बाद, इसे एक रियर इलेक्ट्रोड में भी बनाया जाता है, और बैटरी सेल बनाने के लिए ग्रिड लाइनों के साथ सतह पर एक एंटी रिफ्लेक्टिव कोटिंग लेपित की जाती है। बैटरी को एक बैटरी मॉड्यूल बनाने के लिए व्यवस्थित और संयोजित किया जाता है, जिससे एक बड़ा सर्किट बोर्ड बनता है। आमतौर पर, घटक एक एल्यूमीनियम फ्रेम से घिरे होते हैं, जिसमें सामने की तरफ ग्लास कवर होता है और पीछे की तरफ इलेक्ट्रोड होते हैं। बैटरी घटकों और अन्य सहायक उपकरणों के साथ, एक बिजली उत्पादन प्रणाली बनाई जा सकती है। दिष्ट धारा को प्रत्यावर्ती धारा में परिवर्तित करने के लिए इन्वर्टर लगाना आवश्यक है। बिजली उत्पादन के बाद, इसे बैटरी में संग्रहीत किया जा सकता है या सार्वजनिक पावर ग्रिड में इनपुट किया जा सकता है। बिजली उत्पादन प्रणालियों की लागत में, बैटरी घटकों का हिस्सा लगभग 50% है, जबकि वर्तमान कनवर्टर्स, स्थापना लागत, अन्य सहायक घटकों और अन्य लागतों का अतिरिक्त 50% हिस्सा है।