সৌর কোষের প্রকারভেদ নিয়ে সংক্ষিপ্ত আলোচনা

সৌর শক্তি একসময় উন্নত মহাকাশযান এবং কিছু অভিনব গ্যাজেটের সংরক্ষণ ছিল, কিন্তু এখন আর তা নেই। গত এক দশকে, সৌরশক্তি একটি বিশেষ শক্তির উৎস থেকে বৈশ্বিক শক্তির ল্যান্ডস্কেপের একটি প্রধান স্তম্ভে রূপান্তরিত হয়েছে।

পৃথিবী ক্রমাগত প্রায় 173,000TW সৌর বিকিরণের সংস্পর্শে আসছে, যা বিশ্বব্যাপী গড় বিদ্যুতের চাহিদার দশ গুণেরও বেশি।

[1] এর মানে হল যে সৌর শক্তি আমাদের সমস্ত শক্তির চাহিদা মেটাতে সক্ষম।

2023 সালের প্রথমার্ধে, সৌর বিদ্যুত উৎপাদন মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের মোট বিদ্যুৎ উৎপাদনের 5.77% ছিল, যা 2022 সালে 4.95% থেকে বেড়েছে।

[২] যদিও জীবাশ্ম জ্বালানি (প্রধানত প্রাকৃতিক গ্যাস এবং কয়লা) 2022 সালে মার্কিন বিদ্যুৎ উৎপাদনের 60.4% হিসাবে দায়ী হবে,

[৩] কিন্তু সৌর শক্তির ক্রমবর্ধমান প্রভাব এবং সৌর শক্তি প্রযুক্তির দ্রুত বিকাশ মনোযোগের দাবি রাখে।

 

সৌর কোষের প্রকারভেদ

 

বর্তমানে, বাজারে সৌর কোষের (ফটোভোলটাইক (পিভি) কোষ নামেও পরিচিত) তিনটি প্রধান বিভাগ রয়েছে: স্ফটিক, পাতলা-ফিল্ম এবং উদীয়মান প্রযুক্তি। এই তিন ধরনের ব্যাটারির দক্ষতা, খরচ এবং আয়ুষ্কালের ক্ষেত্রে তাদের নিজস্ব সুবিধা রয়েছে।

 

01 স্ফটিক

বেশিরভাগ বাড়ির ছাদে সোলার প্যানেল উচ্চ-বিশুদ্ধ মনোক্রিস্টালাইন সিলিকন দিয়ে তৈরি। এই ধরণের ব্যাটারি সাম্প্রতিক বছরগুলিতে 26% এর বেশি দক্ষতা এবং 30 বছরেরও বেশি পরিষেবা জীবন অর্জন করেছে।

[৪] পরিবারের সৌর প্যানেলের বর্তমান কার্যকারিতা প্রায় 22%।

 

পলিক্রিস্টালাইন সিলিকনের দাম মনোক্রিস্টালাইন সিলিকনের চেয়ে কম, তবে কম কার্যকরী এবং এর আয়ু কম। কম দক্ষতা মানে আরো প্যানেল এবং আরো এলাকা প্রয়োজন।

 

সৌর কোষ মাল্টি-জাংশন গ্যালিয়াম আর্সেনাইড (GaAs) প্রযুক্তির উপর ভিত্তি করে প্রচলিত সৌর কোষের চেয়ে বেশি দক্ষ। এই কোষগুলির একটি বহু-স্তর কাঠামো রয়েছে এবং প্রতিটি স্তর সূর্যালোকের বিভিন্ন তরঙ্গদৈর্ঘ্য শোষণ করতে একটি ভিন্ন উপাদান ব্যবহার করে, যেমন ইন্ডিয়াম গ্যালিয়াম ফসফাইড (GaInP), ইন্ডিয়াম গ্যালিয়াম আর্সেনাইড (InGaAs) এবং জার্মেনিয়াম (Ge)। যদিও এই মাল্টিজাংশন সেলগুলি উচ্চ দক্ষতা অর্জন করবে বলে আশা করা হচ্ছে, তারা এখনও উচ্চ উত্পাদন খরচ এবং অপরিপক্ব গবেষণা এবং বিকাশের শিকার, যা তাদের বাণিজ্যিক সম্ভাব্যতা এবং ব্যবহারিক প্রয়োগগুলিকে সীমিত করে।

 

02 ফিল্ম

বৈশ্বিক বাজারে পাতলা-ফিল্ম ফটোভোলটাইক পণ্যগুলির মূলধারা হল ক্যাডমিয়াম টেলুরাইড (CdTe) ফটোভোলটাইক মডিউল। 30GW-এর বেশি শক্তি উৎপাদন ক্ষমতা সহ বিশ্বজুড়ে লক্ষ লক্ষ মডিউল ইনস্টল করা হয়েছে। এগুলি প্রধানত মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রে ইউটিলিটি-স্কেল বিদ্যুৎ উৎপাদনের জন্য ব্যবহৃত হয়। কারখানা

 

এই পাতলা-ফিল্ম প্রযুক্তিতে, একটি 1-বর্গ-মিটার সৌর মডিউলে একটি AAA- আকারের নিকেল-ক্যাডমিয়াম (Ni-Cd) ব্যাটারির চেয়ে কম ক্যাডমিয়াম থাকে। উপরন্তু, সৌর মডিউলের ক্যাডমিয়াম টেলুরিয়ামের সাথে আবদ্ধ, যা পানিতে অদ্রবণীয় এবং 1,200°C পর্যন্ত তাপমাত্রায় স্থিতিশীল থাকে। এই কারণগুলি পাতলা-ফিল্ম ব্যাটারিতে ক্যাডমিয়াম টেলুরাইড ব্যবহারের বিষাক্ত বিপদগুলিকে প্রশমিত করে।

 

পৃথিবীর ভূত্বকের মধ্যে টেলুরিয়ামের পরিমাণ প্রতি মিলিয়নে মাত্র 0.001 অংশ। ঠিক যেমন প্ল্যাটিনাম একটি বিরল উপাদান, টেলুরিয়ামের বিরলতা একটি ক্যাডমিয়াম টেলুরাইড মডিউলের খরচকে উল্লেখযোগ্যভাবে প্রভাবিত করতে পারে। যাইহোক, পুনর্ব্যবহারের অনুশীলনের মাধ্যমে এই সমস্যাটি দূর করা সম্ভব।

ক্যাডমিয়াম টেলুরাইড মডিউলগুলির কার্যকারিতা 18.6% এ পৌঁছাতে পারে এবং একটি পরীক্ষাগার পরিবেশে ব্যাটারির দক্ষতা 22% অতিক্রম করতে পারে। [৫] কপার ডোপিং প্রতিস্থাপনের জন্য আর্সেনিক ডোপিং ব্যবহার করে, যা দীর্ঘদিন ধরে ব্যবহৃত হয়ে আসছে, মডিউলের জীবনকে ব্যাপকভাবে উন্নত করতে পারে এবং ক্রিস্টাল ব্যাটারির সাথে তুলনীয় পর্যায়ে পৌঁছাতে পারে।

 

03 উদীয়মান প্রযুক্তি

 

অতি-পাতলা ফিল্ম (1 মাইক্রনের কম) এবং সরাসরি জমা করার কৌশল ব্যবহার করে উদীয়মান ফটোভোলটাইক প্রযুক্তি উৎপাদন খরচ কমিয়ে দেবে এবং সৌর কোষের জন্য উচ্চ-মানের সেমিকন্ডাক্টর সরবরাহ করবে। এই প্রযুক্তিগুলি সিলিকন, ক্যাডমিয়াম টেলুরাইড এবং গ্যালিয়াম আর্সেনাইডের মতো প্রতিষ্ঠিত উপকরণগুলির প্রতিযোগী হয়ে উঠবে বলে আশা করা হচ্ছে।

 

[৬]এই ক্ষেত্রে তিনটি সুপরিচিত পাতলা ফিল্ম প্রযুক্তি রয়েছে: কপার জিঙ্ক টিন সালফাইড (Cu2ZnSnS4 বা CZTS), জিঙ্ক ফসফাইড (Zn3P2) এবং একক দেয়ালযুক্ত কার্বন ন্যানোটিউব (SWCNT)। একটি পরীক্ষাগারের সেটিংয়ে, কপার ইন্ডিয়াম গ্যালিয়াম সেলেনাইড (সিআইজিএস) সৌর কোষ 22.4% এর একটি চিত্তাকর্ষক সর্বোচ্চ দক্ষতায় পৌঁছেছে। যাইহোক, বাণিজ্যিক স্কেলে এই জাতীয় দক্ষতার স্তরগুলি প্রতিলিপি করা একটি চ্যালেঞ্জ রয়ে গেছে।

[৭] সীসা হ্যালাইড পেরোভস্কাইট পাতলা ফিল্ম কোষ হল একটি আকর্ষণীয় উদীয়মান সৌর প্রযুক্তি। Perovskite রাসায়নিক সূত্র ABX3 এর একটি সাধারণ স্ফটিক গঠন সহ এক ধরনের পদার্থ। এটি একটি হলুদ, বাদামী বা কালো খনিজ যার প্রধান উপাদান হল ক্যালসিয়াম টাইটানেট (CaTiO3)। ইউকে কোম্পানি অক্সফোর্ড পিভি দ্বারা উত্পাদিত বাণিজ্যিক-স্কেল সিলিকন-ভিত্তিক পেরোভস্কাইট ট্যান্ডেম সোলার সেলগুলি 28.6% এর রেকর্ড দক্ষতা অর্জন করেছে এবং এই বছর উত্পাদনে যাবে।

[৮] মাত্র কয়েক বছরের মধ্যে, পেরোভস্কাইট সৌর কোষগুলি বিদ্যমান ক্যাডমিয়াম টেলুরাইড পাতলা-ফিল্ম কোষগুলির মতোই দক্ষতা অর্জন করেছে। পেরোভস্কাইট ব্যাটারির প্রাথমিক গবেষণা এবং বিকাশে, আয়ুষ্কাল একটি বড় সমস্যা ছিল, এত ছোট যে এটি শুধুমাত্র কয়েক মাসের মধ্যে গণনা করা যেতে পারে।

আজ, পেরোভস্কাইট কোষগুলির পরিষেবা জীবন 25 বছর বা তার বেশি। বর্তমানে, পেরোভস্কাইট সৌর কোষের সুবিধা হল উচ্চ রূপান্তর দক্ষতা (25% এর বেশি), কম উৎপাদন খরচ এবং উৎপাদন প্রক্রিয়ার জন্য প্রয়োজনীয় কম তাপমাত্রা।

 

ইন্টিগ্রেটেড সোলার প্যানেল নির্মাণ

 

কিছু সৌর কোষ সৌর বর্ণালীর শুধুমাত্র একটি অংশ ক্যাপচার করার জন্য ডিজাইন করা হয়েছে যখন দৃশ্যমান আলোকে অতিক্রম করার অনুমতি দেয়। এই স্বচ্ছ কোষগুলিকে ডাই-সেন্সিটাইজড সোলার সেল (DSC) বলা হয় এবং 1991 সালে সুইজারল্যান্ডে জন্মগ্রহণ করেন৷ সাম্প্রতিক বছরগুলিতে নতুন R&D ফলাফলগুলি DSC-এর কার্যকারিতা উন্নত করেছে, এবং এই সোলার প্যানেলগুলি বাজারে আসতে বেশি সময় লাগবে না৷

 

কিছু কোম্পানি কাচের পলিকার্বোনেট স্তরগুলিতে অজৈব ন্যানো পার্টিকেলগুলিকে মিশ্রিত করে। এই প্রযুক্তির ন্যানো পার্টিকেলগুলি স্পেকট্রামের নির্দিষ্ট অংশগুলিকে কাচের প্রান্তে স্থানান্তরিত করে, যা বেশিরভাগ বর্ণালীকে অতিক্রম করতে দেয়। কাচের প্রান্তে ঘনীভূত আলো তখন সৌর কোষ দ্বারা ব্যবহার করা হয়। এছাড়াও, স্বচ্ছ সৌর জানালাগুলিতে পেরোভস্কাইট পাতলা ফিল্ম সামগ্রী প্রয়োগ করার প্রযুক্তি এবং বাহ্যিক দেয়াল তৈরির জন্য বর্তমানে অধ্যয়ন করা হচ্ছে।

 

সৌরশক্তির জন্য প্রয়োজনীয় কাঁচামাল

সৌরবিদ্যুৎ উৎপাদন বাড়াতে সিলিকন, সিলভার, তামা এবং অ্যালুমিনিয়ামের মতো গুরুত্বপূর্ণ কাঁচামাল খনির চাহিদা বাড়বে। ইউএস ডিপার্টমেন্ট অফ এনার্জি বলে যে বিশ্বের ধাতুবিদ্যা গ্রেড সিলিকন (MGS) এর প্রায় 12% সোলার প্যানেলের জন্য পলিসিলিকনে প্রক্রিয়া করা হয়।

 

চীন এই ক্ষেত্রে একটি প্রধান খেলোয়াড়, 2020 সালে বিশ্বের প্রায় 70% MGS এবং 77% পলিসিলিকন সরবরাহ করে।

 

সিলিকনকে পলিসিলিকনে রূপান্তরের প্রক্রিয়ার জন্য খুব উচ্চ তাপমাত্রার প্রয়োজন হয়। চীনে, এই প্রক্রিয়াগুলির জন্য শক্তি প্রধানত কয়লা থেকে আসে। জিনজিয়াং এর প্রচুর কয়লা সম্পদ এবং কম বিদ্যুতের খরচ রয়েছে এবং এর পলিসিলিকন উৎপাদন বিশ্বব্যাপী উৎপাদনের 45% এর জন্য দায়ী।

 

[১২] সৌর প্যানেল উৎপাদনে বিশ্বের প্রায় ১০% রৌপ্য খরচ হয়। রৌপ্য খনির প্রধানত মেক্সিকো, চীন, পেরু, চিলি, অস্ট্রেলিয়া, রাশিয়া এবং পোল্যান্ডে ঘটে এবং এটি ভারী ধাতু দূষণ এবং স্থানীয় সম্প্রদায়ের জোরপূর্বক স্থানান্তরের মতো সমস্যার কারণ হতে পারে।

 

তামা এবং অ্যালুমিনিয়াম খনির ভূমি-ব্যবহারের চ্যালেঞ্জও তৈরি করে। মার্কিন ভূতাত্ত্বিক জরিপ নোট করে যে চিলি বিশ্বব্যাপী তামা উৎপাদনের 27%, তারপরে পেরু (10%), চীন (8%) এবং কঙ্গো গণতান্ত্রিক প্রজাতন্ত্র (8%)। ইন্টারন্যাশনাল এনার্জি এজেন্সি (আইইএ) বিশ্বাস করে যে যদি বিশ্বব্যাপী নবায়নযোগ্য শক্তির ব্যবহার 2050 সালের মধ্যে 100% এ পৌঁছায়, তাহলে সৌর প্রকল্প থেকে তামার চাহিদা প্রায় তিনগুণ হবে।

[১৩] উপসংহার

 

সৌরশক্তি কি একদিন আমাদের প্রধান শক্তির উৎস হয়ে উঠবে? সৌর শক্তির দাম কমছে এবং দক্ষতা উন্নত হচ্ছে। ইতিমধ্যে, বেছে নেওয়ার জন্য বিভিন্ন সৌর প্রযুক্তির রুট রয়েছে৷ আমরা কখন এক বা দুটি প্রযুক্তি সনাক্ত করব এবং সেগুলিকে বাস্তবে কার্যকর করব? কিভাবে গ্রিডে সৌর শক্তি একত্রিত করা যায়?

 

বিশেষত্ব থেকে মূলধারায় সৌর শক্তির বিবর্তন আমাদের শক্তির চাহিদা পূরণ এবং অতিক্রম করার সম্ভাবনাকে তুলে ধরে। যখন স্ফটিক সৌর কোষ বর্তমানে বাজারে আধিপত্য বিস্তার করে, পাতলা-ফিল্ম প্রযুক্তিতে অগ্রগতি এবং ক্যাডমিয়াম টেল্যুরাইড এবং পেরোভস্কাইটের মতো উদীয়মান প্রযুক্তিগুলি আরও দক্ষ এবং সমন্বিত সৌর অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য পথ প্রশস্ত করছে। সৌর শক্তি এখনও অনেক চ্যালেঞ্জের মুখোমুখি, যেমন কাঁচামাল খনির পরিবেশগত প্রভাব এবং উৎপাদনে বাধা, কিন্তু সর্বোপরি, এটি একটি দ্রুত বর্ধনশীল, উদ্ভাবনী এবং প্রতিশ্রুতিশীল শিল্প।

 

প্রযুক্তিগত অগ্রগতি এবং টেকসই অনুশীলনের সঠিক ভারসাম্যের সাথে, সৌর শক্তির বৃদ্ধি এবং বিকাশ একটি পরিষ্কার, আরও প্রচুর শক্তির ভবিষ্যতের পথ তৈরি করবে। এই কারণে, এটি মার্কিন শক্তির মিশ্রণে উল্লেখযোগ্য বৃদ্ধি দেখাবে এবং এটি একটি বিশ্বব্যাপী টেকসই সমাধান হয়ে উঠবে বলে আশা করা হচ্ছে।