सौर सेल

Solar Cell

सौर सेल एक अर्धचालक उपकरण है जो प्रकाश ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है। सौर सेल पी-एन जंक्शनों से बने होते हैं, जो अर्धचालक सामग्री की दो परतें होती हैं, एक पी-प्रकार और एक एन-प्रकार।

कार्य सिद्धांत

जब प्रकाश सौर सेल से टकराता है, तो यह वैलेंस बैंड से चालन बैंड तक इलेक्ट्रॉनों को उत्तेजित करता है। इससे सौर सेल के माध्यम से विद्युत धारा उत्पन्न होती है। उत्पन्न धारा की मात्रा प्रकाश की तीव्रता और सौर सेल की दक्षता पर निर्भर करती है।

सौर सेल विशेषताएँ

सौर सेलों की कुछ महत्वपूर्ण विशेषताएँ निम्नलिखित हैं:

दक्षता

सौर सेल की दक्षता प्रकाश ऊर्जा का वह प्रतिशत है जो विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित होती है।

ओपन-सर्किट वोल्टेज

ओपन-सर्किट वोल्टेज वह वोल्टेज है जो सौर सेल द्वारा तब उत्पन्न होता है जब कोई करंट प्रवाहित नहीं होता है।

शॉर्ट-सर्किट करंट

शॉर्ट-सर्किट करंट वह करंट है जो वोल्टेज शून्य होने पर सौर सेल से प्रवाहित होता है।

अधिकतम पावर प्वाइंट

अधिकतम पावर प्वाइंट वह बिंदु है जिस पर सौर सेल अधिकतम मात्रा में बिजली का उत्पादन करता है।

गणितीय समीकरण

निम्नलिखित गणितीय समीकरण सौर सेल की दक्षता का वर्णन करता है:

η = P_out / P_in

जहाँ:

•    η दक्षता है
•    P_out सौर सेल की आउटपुट पावर है
•    P_in सौर सेल की इनपुट शक्ति है

निम्नलिखित गणितीय समीकरण सौर सेल के ओपन-सर्किट वोल्टेज का वर्णन करता है:

V_oc = E_g / q

जहाँ:

•    V_oc ओपन-सर्किट वोल्टेज है
•    E_g अर्धचालक सामग्री की बैंड गैप ऊर्जा है
•    q प्राथमिक आवेश है

निम्नलिखित गणितीय समीकरण सौर सेल के शॉर्ट-सर्किट करंट का वर्णन करता है:

I_sc = J_sc * A

जहाँ:

•    I_sc शॉर्ट-सर्किट करंट है
•    J_sc शॉर्ट-सर्किट धारा घनत्व है
•    A सौर सेल का क्षेत्र है

निम्नलिखित गणितीय समीकरण सौर सेल के अधिकतम शक्ति बिंदु का वर्णन करता है:

P_max = V_mp * I_mp

जहाँ:

•    P_max अधिकतम पावर प्वाइंट है
•    V_mp अधिकतम पावर बिंदु पर वोल्टेज है
•    I_mp अधिकतम पावर प्वाइंट पर करंट है

रेखांकन

निम्नलिखित ग्राफ़ कई सौर सेल सामग्रियों के लिए दक्षता और बैंड गैप ऊर्जा के बीच संबंध दिखाता है:

सौर सेल की अधिकतम संभव दक्षता के लिए शॉक्ले-क्विसर सीमा। एक्स-अक्ष सौर सेल का बैंडगैप है, वाई-अक्ष उच्चतम संभव दक्षता (विद्युत ऊर्जा आउटपुट और प्रकाश ऊर्जा इनपुट का अनुपात) है।

ग्राफ़ से पता चलता है कि उच्च बैंड गैप ऊर्जा वाले सौर सेल सामग्रियों में उच्च दक्षता होती है।

निम्नलिखित ग्राफ़ एक सामान्य सौर सेल के लिए करंट और वोल्टेज के बीच संबंध दिखाता है:

पीवी मॉड्यूल के वोल्टेज-वर्तमान विशेषता वक्र

ग्राफ से पता चलता है कि जैसे-जैसे वोल्टेज बढ़ता है, करंट कम होता जाता है। अधिकतम शक्ति बिंदु वह बिंदु है जिस पर सौर सेल अधिकतम मात्रा में बिजली का उत्पादन करता है।

सौर सेलों के अनुप्रयोग

सौर सेल का उपयोग विभिन्न प्रकार के अनुप्रयोगों में किया जाता है, जिनमें शामिल हैं:

•    छत पर लगे सौर पैनल
•    सौर फार्म
•    सौर ऊर्जा से चलने वाले उपकरण, जैसे कैलकुलेटर, घड़ियाँ और फ्लैशलाइट
•    उपग्रहों
•    अंतरिक्ष यान

संक्षेप में

स्वच्छ और नवीकरणीय ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए सौर सेल एक आशाजनक तकनीक है। वे तेजी से कुशल और किफायती होते जा रहे हैं, जिससे वे अनुप्रयोगों की व्यापक श्रृंखला के लिए एक व्यवहार्य विकल्प बन गए हैं।