सौर सेलों के प्रकारों पर एक संक्षिप्त चर्चा

सौर ऊर्जा एक समय उन्नत अंतरिक्ष यान और कुछ फैंसी उपकरणों का भंडार थी, लेकिन अब ऐसा नहीं है। पिछले दशक में, सौर ऊर्जा एक विशिष्ट ऊर्जा स्रोत से वैश्विक ऊर्जा परिदृश्य के एक प्रमुख स्तंभ में बदल गई है।

पृथ्वी लगातार लगभग 173,000TW सौर विकिरण के संपर्क में है, जो वैश्विक औसत बिजली मांग से दस गुना से अधिक है।

[1] इसका मतलब यह है कि सौर ऊर्जा हमारी सभी ऊर्जा जरूरतों को पूरा करने की क्षमता रखती है।

2023 की पहली छमाही में, सौर ऊर्जा उत्पादन कुल अमेरिकी बिजली उत्पादन का 5.77% था, जो 2022 में 4.95% था।

[2] हालांकि जीवाश्म ईंधन (मुख्य रूप से प्राकृतिक गैस और कोयला) 2022 में अमेरिकी बिजली उत्पादन का 60.4% होगा,

[3] लेकिन सौर ऊर्जा का बढ़ता प्रभाव और सौर ऊर्जा प्रौद्योगिकी का तेजी से विकास ध्यान देने योग्य है।

 

सौर सेल के प्रकार

 

वर्तमान में, बाजार में सौर कोशिकाओं (जिसे फोटोवोल्टिक (पीवी) कोशिकाओं के रूप में भी जाना जाता है) की तीन प्रमुख श्रेणियां हैं: क्रिस्टलीय, पतली-फिल्म और उभरती हुई प्रौद्योगिकियां। दक्षता, लागत और जीवनकाल के मामले में इन तीन प्रकार की बैटरियों के अपने फायदे हैं।

 

01 क्रिस्टल

अधिकांश घरेलू छतों पर लगे सौर पैनल उच्च शुद्धता वाले मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन से बने होते हैं। इस प्रकार की बैटरी ने हाल के वर्षों में 26% से अधिक की दक्षता और 30 वर्षों से अधिक की सेवा जीवन हासिल किया है।

[4] घरेलू सौर पैनलों की वर्तमान दक्षता लगभग 22% है।

 

पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन की कीमत मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन से कम होती है, लेकिन यह कम कुशल होता है और इसका जीवनकाल कम होता है। कम दक्षता का मतलब है अधिक पैनल और अधिक क्षेत्र की आवश्यकता।

 

सौर कोशिकाएं मल्टी-जंक्शन गैलियम आर्सेनाइड (GaAs) तकनीक पर आधारित पारंपरिक सौर सेल की तुलना में अधिक कुशल हैं। इन कोशिकाओं में एक बहु-परत संरचना होती है, और प्रत्येक परत सूर्य के प्रकाश की विभिन्न तरंग दैर्ध्य को अवशोषित करने के लिए एक अलग सामग्री का उपयोग करती है, जैसे कि इंडियम गैलियम फॉस्फाइड (GaInP), इंडियम गैलियम आर्सेनाइड (InGaAs) और जर्मेनियम (Ge)। हालाँकि इन मल्टीजंक्शन कोशिकाओं से उच्च दक्षता हासिल करने की उम्मीद की जाती है, फिर भी वे उच्च विनिर्माण लागत और अपरिपक्व अनुसंधान और विकास से ग्रस्त हैं, जो उनकी व्यावसायिक व्यवहार्यता और व्यावहारिक अनुप्रयोगों को सीमित करता है।

 

02 फिल्म

वैश्विक बाजार में पतली-फिल्म फोटोवोल्टिक उत्पादों की मुख्य धारा कैडमियम टेलुराइड (सीडीटीई) फोटोवोल्टिक मॉड्यूल है। दुनिया भर में ऐसे लाखों मॉड्यूल स्थापित किए गए हैं, जिनकी अधिकतम बिजली उत्पादन क्षमता 30GW से अधिक है। इनका उपयोग मुख्य रूप से संयुक्त राज्य अमेरिका में उपयोगिता-पैमाने पर बिजली उत्पादन के लिए किया जाता है। कारखाना।

 

इस पतली-फिल्म तकनीक में, 1-वर्ग मीटर के सौर मॉड्यूल में AAA-आकार की निकल-कैडमियम (Ni-Cd) बैटरी की तुलना में कम कैडमियम होता है। इसके अलावा, सौर मॉड्यूल में कैडमियम टेल्यूरियम से बंधा होता है, जो पानी में अघुलनशील होता है और 1,200 डिग्री सेल्सियस तक के तापमान पर स्थिर रहता है। ये कारक पतली-फिल्म बैटरियों में कैडमियम टेलुराइड के उपयोग के जहरीले खतरों को कम करते हैं।

 

पृथ्वी की पपड़ी में टेल्यूरियम की मात्रा केवल 0.001 भाग प्रति मिलियन है। जैसे प्लैटिनम एक दुर्लभ तत्व है, टेल्यूरियम की दुर्लभता कैडमियम टेलुराइड मॉड्यूल की लागत को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित कर सकती है। हालाँकि, पुनर्चक्रण प्रथाओं के माध्यम से इस समस्या को कम करना संभव है।

कैडमियम टेलुराइड मॉड्यूल की दक्षता 18.6% तक पहुंच सकती है, और प्रयोगशाला वातावरण में बैटरी दक्षता 22% से अधिक हो सकती है। [5] कॉपर डोपिंग के स्थान पर आर्सेनिक डोपिंग का उपयोग, जिसका उपयोग लंबे समय से किया जा रहा है, मॉड्यूल जीवन में काफी सुधार कर सकता है और क्रिस्टल बैटरी के तुलनीय स्तर तक पहुंच सकता है।

 

03उभरती प्रौद्योगिकियाँ

 

अल्ट्रा-थिन फिल्मों (1 माइक्रोन से कम) और प्रत्यक्ष जमाव तकनीकों का उपयोग करने वाली उभरती फोटोवोल्टिक प्रौद्योगिकियां उत्पादन लागत को कम करेंगी और सौर कोशिकाओं के लिए उच्च गुणवत्ता वाले अर्धचालक प्रदान करेंगी। इन प्रौद्योगिकियों से सिलिकॉन, कैडमियम टेलुराइड और गैलियम आर्सेनाइड जैसी स्थापित सामग्रियों की प्रतिस्पर्धी बनने की उम्मीद है।

 

[6] इस क्षेत्र में तीन प्रसिद्ध पतली फिल्म प्रौद्योगिकियां हैं: कॉपर जिंक टिन सल्फाइड (Cu2ZnSnS4 या CZTS), जिंक फॉस्फाइड (Zn3P2) और एकल-दीवार वाले कार्बन नैनोट्यूब (SWCNT)। एक प्रयोगशाला सेटिंग में, कॉपर इंडियम गैलियम सेलेनाइड (सीआईजीएस) सौर सेल 22.4% की प्रभावशाली चरम दक्षता तक पहुंच गए हैं। हालाँकि, ऐसे दक्षता स्तरों को व्यावसायिक पैमाने पर दोहराना एक चुनौती बनी हुई है।

[7] लेड हैलाइड पेरोव्स्काइट पतली फिल्म सेल एक आकर्षक उभरती हुई सौर तकनीक है। पेरोव्स्काइट एक प्रकार का पदार्थ है जिसमें रासायनिक सूत्र ABX3 की विशिष्ट क्रिस्टल संरचना होती है। यह एक पीला, भूरा या काला खनिज है जिसका मुख्य घटक कैल्शियम टाइटेनेट (CaTiO3) है। यूके की कंपनी ऑक्सफ़ोर्ड पीवी द्वारा निर्मित वाणिज्यिक पैमाने के सिलिकॉन-आधारित पेरोव्स्काइट टेंडेम सौर सेल ने 28.6% की रिकॉर्ड दक्षता हासिल की है और इस वर्ष उत्पादन में आ जाएगी।

[8] कुछ ही वर्षों में, पेरोव्स्काइट सौर कोशिकाओं ने मौजूदा कैडमियम टेलुराइड पतली-फिल्म कोशिकाओं के समान दक्षता हासिल कर ली है। पेरोव्स्काइट बैटरियों के प्रारंभिक अनुसंधान और विकास में, जीवनकाल एक बड़ा मुद्दा था, इतना छोटा कि इसकी गणना केवल महीनों में की जा सकती थी।

आज, पेरोव्स्काइट कोशिकाओं का सेवा जीवन 25 वर्ष या उससे अधिक है। वर्तमान में, पेरोव्स्काइट सौर कोशिकाओं के फायदे उच्च रूपांतरण दक्षता (25% से अधिक), कम उत्पादन लागत और उत्पादन प्रक्रिया के लिए आवश्यक कम तापमान हैं।

 

एकीकृत सौर पैनलों का निर्माण

 

कुछ सौर सेल दृश्य प्रकाश को गुजरने की अनुमति देते हुए सौर स्पेक्ट्रम के केवल एक हिस्से को कैप्चर करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। इन पारदर्शी कोशिकाओं को डाई-सेंसिटाइज़्ड सौर सेल (डीएससी) कहा जाता है और इनका जन्म 1991 में स्विट्जरलैंड में हुआ था। हाल के वर्षों में नए आर एंड डी परिणामों ने डीएससी की दक्षता में सुधार किया है, और इन सौर पैनलों के बाजार में आने में ज्यादा समय नहीं लगेगा।

 

कुछ कंपनियाँ कांच की पॉलीकार्बोनेट परतों में अकार्बनिक नैनोकणों को डालती हैं। इस तकनीक में नैनोकण स्पेक्ट्रम के विशिष्ट हिस्सों को कांच के किनारे पर स्थानांतरित कर देते हैं, जिससे अधिकांश स्पेक्ट्रम गुजर जाता है। कांच के किनारे पर केंद्रित प्रकाश को सौर कोशिकाओं द्वारा उपयोग किया जाता है। इसके अलावा, पारदर्शी सौर खिड़कियों और बाहरी दीवारों के निर्माण के लिए पेरोव्स्काइट पतली फिल्म सामग्री लगाने की तकनीक का वर्तमान में अध्ययन किया जा रहा है।

 

सौर ऊर्जा के लिए आवश्यक कच्चा माल

सौर ऊर्जा उत्पादन बढ़ाने के लिए सिलिकॉन, चांदी, तांबा और एल्यूमीनियम जैसे महत्वपूर्ण कच्चे माल के खनन की मांग बढ़ेगी। अमेरिकी ऊर्जा विभाग का कहना है कि दुनिया के लगभग 12% धातुकर्म ग्रेड सिलिकॉन (एमजीएस) को सौर पैनलों के लिए पॉलीसिलिकॉन में संसाधित किया जाता है।

 

चीन इस क्षेत्र में एक प्रमुख खिलाड़ी है, जो 2020 में दुनिया के एमजीएस का लगभग 70% और पॉलीसिलिकॉन आपूर्ति का 77% उत्पादन करता है।

 

सिलिकॉन को पॉलीसिलिकॉन में परिवर्तित करने की प्रक्रिया के लिए बहुत उच्च तापमान की आवश्यकता होती है। चीन में, इन प्रक्रियाओं के लिए ऊर्जा मुख्य रूप से कोयले से आती है। झिंजियांग में प्रचुर कोयला संसाधन और कम बिजली लागत है, और इसका पॉलीसिलिकॉन उत्पादन वैश्विक उत्पादन का 45% है।

 

[12] सौर पैनलों के उत्पादन में दुनिया की लगभग 10% चांदी की खपत होती है। चांदी का खनन मुख्य रूप से मैक्सिको, चीन, पेरू, चिली, ऑस्ट्रेलिया, रूस और पोलैंड में होता है और इससे भारी धातु संदूषण और स्थानीय समुदायों के जबरन स्थानांतरण जैसी समस्याएं पैदा हो सकती हैं।

 

तांबे और एल्युमीनियम खनन से भी भूमि-उपयोग संबंधी चुनौतियाँ उत्पन्न होती हैं। अमेरिकी भूवैज्ञानिक सर्वेक्षण का कहना है कि वैश्विक तांबे के उत्पादन में चिली की हिस्सेदारी 27% है, इसके बाद पेरू (10%), चीन (8%) और डेमोक्रेटिक रिपब्लिक ऑफ कांगो (8%) का स्थान है। अंतर्राष्ट्रीय ऊर्जा एजेंसी (आईईए) का मानना ​​है कि यदि 2050 तक वैश्विक नवीकरणीय ऊर्जा का उपयोग 100% तक पहुंच जाता है, तो सौर परियोजनाओं से तांबे की मांग लगभग तीन गुना हो जाएगी।

[13]निष्कर्ष

 

क्या सौर ऊर्जा एक दिन हमारा मुख्य ऊर्जा स्रोत बन जायेगी? सौर ऊर्जा की कीमत गिर रही है और दक्षता में सुधार हो रहा है। इस बीच, चुनने के लिए कई अलग-अलग सौर प्रौद्योगिकी मार्ग मौजूद हैं। हम कब एक या दो तकनीकों की पहचान करेंगे और उन्हें वास्तव में काम में लाएंगे? सौर ऊर्जा को ग्रिड में कैसे एकीकृत करें?

 

विशिष्टता से मुख्यधारा तक सौर ऊर्जा का विकास हमारी ऊर्जा आवश्यकताओं को पूरा करने और उससे अधिक करने की इसकी क्षमता को उजागर करता है। जबकि क्रिस्टलीय सौर सेल वर्तमान में बाजार पर हावी हैं, पतली-फिल्म प्रौद्योगिकी में प्रगति और कैडमियम टेलुराइड और पेरोव्स्काइट्स जैसी उभरती प्रौद्योगिकियां अधिक कुशल और एकीकृत सौर अनुप्रयोगों का मार्ग प्रशस्त कर रही हैं। सौर ऊर्जा को अभी भी कई चुनौतियों का सामना करना पड़ता है, जैसे कच्चे माल के खनन का पर्यावरणीय प्रभाव और उत्पादन में बाधाएँ, लेकिन आखिरकार, यह एक तेजी से बढ़ने वाला, अभिनव और आशाजनक उद्योग है।

 

तकनीकी प्रगति और टिकाऊ प्रथाओं के सही संतुलन के साथ, सौर ऊर्जा की वृद्धि और विकास एक स्वच्छ, अधिक प्रचुर ऊर्जा भविष्य का मार्ग प्रशस्त करेगा। इसके कारण, यह अमेरिकी ऊर्जा मिश्रण में महत्वपूर्ण वृद्धि दिखाएगा और एक वैश्विक टिकाऊ समाधान बनने की उम्मीद है।