सौर्य कोशिकाहरूको प्रकारहरूमा संक्षिप्त छलफल

सौर्य ऊर्जा कुनै समय उन्नत अन्तरिक्ष यान र केही फैंसी ग्याजेटहरूको संरक्षण थियो, तर अब त्यो अवस्था छैन। विगत एक दशकमा, सौर्य ऊर्जा एक आला ऊर्जा स्रोतबाट विश्वव्यापी ऊर्जा परिदृश्यको प्रमुख स्तम्भमा परिवर्तन भएको छ।

पृथ्वी लगातार लगभग 173,000TW सौर्य विकिरणको सम्पर्कमा छ, जुन विश्वव्यापी औसत बिजुलीको मागको दश गुणा बढी हो।

[१] यसको अर्थ सौर्य ऊर्जामा हाम्रा सबै ऊर्जा आवश्यकताहरू पूरा गर्ने क्षमता हुन्छ।

2023 को पहिलो छमाहीमा, सौर्य ऊर्जा उत्पादनले कुल यूएस ऊर्जा उत्पादनको 5.77% ओगटेको छ, जुन 2022 मा 4.95% थियो।

[२] यद्यपि जीवाश्म ईन्धन (मुख्यतया प्राकृतिक ग्यास र कोइला) ले २०२२ मा अमेरिकी ऊर्जा उत्पादनको ६०.४% हिस्सा ओगट्नेछ,

[३] तर सौर्य ऊर्जाको बढ्दो प्रभाव र सौर्य ऊर्जा प्रविधिको द्रुत विकासले ध्यान दिन योग्य छ।

 

सौर्य कक्षहरूको प्रकार

 

हाल, बजारमा सौर्य कक्षहरू (फोटोभोल्टिक (PV) कोशिकाहरू पनि भनिन्छ) को तीन प्रमुख वर्गहरू छन्: क्रिस्टलीय, पातलो-फिल्म, र उभरिरहेको प्रविधिहरू। यी तीन प्रकारका ब्याट्रीहरूको दक्षता, लागत र आयुका हिसाबले आफ्नै फाइदाहरू छन्।

 

01 क्रिस्टल

अधिकांश घरको छतमा सौर्य प्यानलहरू उच्च शुद्धता मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकनबाट बनेका हुन्छन्। यस प्रकारको ब्याट्रीले हालैका वर्षहरूमा 26% भन्दा बढीको दक्षता र 30 वर्ष भन्दा बढीको सेवा जीवन प्राप्त गरेको छ।

[४] हालको घरायसी सौर्य प्यानलको दक्षता लगभग २२% छ।

 

Polycrystalline सिलिकन मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकन भन्दा कम लागत, तर कम कुशल छ र छोटो आयु छ। कम दक्षता भनेको अधिक प्यानल र थप क्षेत्र आवश्यक छ।

 

सौर्य कक्षहरू बहु-जंक्शन ग्यालियम आर्सेनाइड (GaAs) प्रविधिमा आधारित परम्परागत सौर्य कक्षहरू भन्दा बढी प्रभावकारी छन्। यी कक्षहरूको बहु-तह संरचना हुन्छ, र प्रत्येक तहले सूर्यको प्रकाशको विभिन्न तरंग लम्बाइलाई अवशोषित गर्न इन्डियम ग्यालियम फस्फाइड (GaInP), इन्डियम ग्यालियम आर्सेनाइड (InGaAs) र जर्मेनियम (Ge) जस्ता फरक सामग्री प्रयोग गर्दछ। यद्यपि यी मल्टिजंक्शन सेलहरूले उच्च दक्षता हासिल गर्ने अपेक्षा गरिन्छ, तिनीहरू अझै पनि उच्च उत्पादन लागत र अपरिपक्व अनुसन्धान र विकासबाट ग्रस्त छन्, जसले तिनीहरूको व्यावसायिक सम्भाव्यता र व्यावहारिक अनुप्रयोगहरूलाई सीमित गर्दछ।

 

02 चलचित्र

विश्व बजारमा पातलो-फिल्म फोटोभोल्टिक उत्पादनहरूको मुख्य धारा क्याडमियम टेलुराइड (CdTe) फोटोभोल्टिक मोड्युलहरू हुन्। यस्ता लाखौं मोड्युलहरू विश्वभर स्थापना गरिएका छन्, ३०GW भन्दा बढीको शिखर पावर उत्पादन क्षमताको साथ। तिनीहरू मुख्यतया संयुक्त राज्यमा उपयोगिता-मापन पावर उत्पादनको लागि प्रयोग गरिन्छ। कारखाना।

 

यस पातलो-फिल्म प्रविधिमा, 1-वर्ग-मीटर सौर मोड्युलमा AAA-आकारको निकल-क्याडमियम (Ni-Cd) ब्याट्री भन्दा कम क्याडमियम हुन्छ। थप रूपमा, सौर्य मोड्युलहरूमा क्याडमियम टेलुरियमसँग बाँधिएको हुन्छ, जुन पानीमा अघुलनशील हुन्छ र 1,200 डिग्री सेल्सियससम्मको तापक्रममा स्थिर रहन्छ। यी कारकहरूले पातलो-फिल्म ब्याट्रीहरूमा क्याडमियम टेलुराइड प्रयोग गर्ने विषाक्त खतराहरूलाई कम गर्छ।

 

पृथ्वीको क्रस्टमा टेलुरियमको सामग्री प्रति मिलियन मात्र 0.001 भाग हो। जस्तै प्लेटिनम एक दुर्लभ तत्व हो, टेलुरियमको दुर्लभताले क्याडमियम टेलुराइड मोड्युलको लागतलाई महत्त्वपूर्ण रूपमा असर गर्न सक्छ। यद्यपि, रिसाइकल अभ्यासहरू मार्फत यो समस्यालाई कम गर्न सम्भव छ।

क्याडमियम टेलुराइड मोड्युलहरूको दक्षता 18.6% पुग्न सक्छ, र प्रयोगशाला वातावरणमा ब्याट्री दक्षता 22% भन्दा बढी हुन सक्छ। [५] आर्सेनिक डोपिङ प्रयोग गरेर तामाको डोपिङलाई प्रतिस्थापन गर्न, जुन लामो समयदेखि प्रयोग गरिँदै आएको छ, यसले मोड्युलको जीवनलाई धेरै सुधार गर्न सक्छ र क्रिस्टल ब्याट्रीहरूसँग तुलना गर्न सकिने स्तरमा पुग्न सक्छ।

 

03 उदीयमान प्रविधिहरू

 

अल्ट्रा-थिन फिल्महरू (१ माइक्रोनभन्दा कम) र प्रत्यक्ष डिपोजिसन प्रविधिहरू प्रयोग गरेर उदीयमान फोटोभोल्टिक प्रविधिहरूले उत्पादन लागत घटाउनेछ र सौर्य कक्षहरूको लागि उच्च-गुणस्तरको अर्धचालकहरू उपलब्ध गराउनेछ। यी प्रविधिहरू सिलिकन, क्याडमियम टेलुराइड र ग्यालियम आर्सेनाइड जस्ता स्थापित सामग्रीहरूको प्रतिस्पर्धी बन्ने अपेक्षा गरिएको छ।

 

[६]यस क्षेत्रमा तीन प्रख्यात पातलो फिल्म प्रविधिहरू छन्: तामा जस्ता टिन सल्फाइड (Cu2ZnSnS4 वा CZTS), जिंक फस्फाइड (Zn3P2) र एकल पर्खालमा कार्बन नानोट्यूब (SWCNT)। प्रयोगशाला सेटिङमा, तांबे इन्डियम ग्यालियम सेलेनाइड (CIGS) सौर कक्षहरू 22.4% को प्रभावशाली शिखर दक्षतामा पुगेका छन्। यद्यपि, व्यावसायिक स्तरमा त्यस्ता दक्षता स्तरहरू दोहोर्याउने चुनौती रहन्छ।

[७]लीड ह्यालाइड पेरोभस्काइट पातलो फिलिम सेलहरू आकर्षक उदीयमान सौर्य प्रविधि हुन्। Perovskite रासायनिक सूत्र ABX3 को एक विशिष्ट क्रिस्टल संरचना संग पदार्थ को एक प्रकार हो। यो पहेंलो, खैरो वा कालो खनिज हो जसको मुख्य घटक क्याल्सियम टाइटनेट (CaTiO3) हो। UK कम्पनी Oxford PV द्वारा उत्पादित व्यावसायिक स्तरको सिलिकन-आधारित पेरोभस्काइट ट्यान्डम सौर सेलहरूले 28.6% को रेकर्ड दक्षता हासिल गरेको छ र यो वर्ष उत्पादनमा जानेछ।

[८]केही वर्षहरूमा, पेरोभस्काइट सौर्य कोशिकाहरूले विद्यमान क्याडमियम टेल्युराइड पातलो-फिल्म कोशिकाहरूको जस्तै दक्षता हासिल गरेका छन्। पेरोभस्काइट ब्याट्रीहरूको प्रारम्भिक अनुसन्धान र विकासमा, आयु एक ठूलो मुद्दा थियो, यति छोटो कि यो केवल महिनाहरूमा गणना गर्न सकिन्छ।

आज, perovskite कोशिकाहरूको सेवा जीवन 25 वर्ष वा बढी छ। हाल, पेरोभस्काइट सौर सेलहरूको फाइदाहरू उच्च रूपान्तरण दक्षता (25% भन्दा बढी), कम उत्पादन लागत र उत्पादन प्रक्रियाको लागि आवश्यक कम तापमान हुन्।

 

एकीकृत सौर्य प्यानल निर्माण

 

केही सौर्य कक्षहरू सौर्य स्पेक्ट्रमको केही अंश मात्रै खिच्नका लागि डिजाइन गरिएका हुन्छन् जबकि दृश्य प्रकाशलाई पार गर्न अनुमति दिन्छ। यी पारदर्शी कक्षहरूलाई डाई-सेन्सिटाइज्ड सोलार सेलहरू (DSC) भनिन्छ र 1991 मा स्विट्जरल्याण्डमा जन्मिएको थियो। हालैका वर्षहरूमा नयाँ R&D परिणामहरूले DSCs को दक्षतामा सुधार गरेको छ, र यी सौर्य प्यानलहरू बजारमा आउन धेरै समय लाग्न सक्छ।

 

केही कम्पनीहरूले अकार्बनिक न्यानो कणहरू काँचको पोली कार्बोनेट तहहरूमा इन्फ्युज गर्छन्। यस टेक्नोलोजीमा न्यानोकणहरूले स्पेक्ट्रमको विशिष्ट भागहरूलाई गिलासको किनारमा स्थानान्तरण गर्दछ, जसबाट धेरै जसो स्पेक्ट्रमलाई पास गर्न अनुमति दिन्छ। गिलासको छेउमा केन्द्रित प्रकाशलाई सोलार सेलहरूद्वारा प्रयोग गरिन्छ। थप रूपमा, पारदर्शी सौर्य झ्यालहरूमा पेरोभस्काइट पातलो फिल्म सामग्री लागू गर्ने र बाहिरी पर्खालहरू निर्माण गर्ने प्रविधि हाल अध्ययन भइरहेको छ।

 

सौर्य उर्जाका लागि आवश्यक कच्चा पदार्थ

सौर्य उर्जा उत्पादन बढाउन सिलिकन, चाँदी, तामा र आल्मुनियम जस्ता महत्वपूर्ण कच्चा पदार्थको खानीको माग बढ्नेछ। यूएस ऊर्जा विभागले बताउँछ कि विश्वको मेटलर्जिकल ग्रेड सिलिकन (MGS) को लगभग 12% सौर प्यानलहरूको लागि polysilicon मा प्रशोधन गरिन्छ।

 

चीन यस क्षेत्रमा एक प्रमुख खेलाडी हो, जसले विश्वको लगभग 70% MGS र 2020 मा यसको polysilicon आपूर्तिको 77% उत्पादन गर्दछ।

 

सिलिकनलाई पॉलिसिलिकनमा रूपान्तरण गर्ने प्रक्रियालाई धेरै उच्च तापक्रम चाहिन्छ। चीनमा, यी प्रक्रियाहरूको लागि ऊर्जा मुख्यतया कोइलाबाट आउँछ। सिनजियाङमा प्रचुर मात्रामा कोइला स्रोत र कम बिजुली लागत छ, र यसको पॉलिसिलिकन उत्पादनले विश्वव्यापी उत्पादनको 45% योगदान गर्दछ।

 

[१२] सोलार प्यानलको उत्पादनले विश्वको चाँदीको लगभग १०% खपत गर्छ। चाँदी खानी मुख्यतया मेक्सिको, चीन, पेरु, चिली, अष्ट्रेलिया, रूस र पोल्याण्डमा हुन्छ र यसले भारी धातु प्रदूषण र स्थानीय समुदायहरूको जबरजस्ती स्थानान्तरण जस्ता समस्याहरू निम्त्याउन सक्छ।

 

तामा र आल्मुनियम खानीले पनि भू-उपयोग चुनौतीहरू खडा गरेको छ। अमेरिकी भूगर्भ सर्वेक्षणले चिलीले विश्वव्यापी तामा उत्पादनको २७%, त्यसपछि पेरु (१०%), चीन (८%) र प्रजातान्त्रिक गणतन्त्र कङ्गो (८%) रहेको उल्लेख गरेको छ। अन्तर्राष्ट्रिय ऊर्जा एजेन्सी (आईईए) ले सन् २०५० सम्ममा विश्वव्यापी नवीकरणीय ऊर्जाको प्रयोग १००% पुगेमा सोलार परियोजनाहरूबाट तामाको माग झन्डै तीन गुणा बढ्ने विश्वास राख्छ।

[१३] निष्कर्ष

 

के सौर्य ऊर्जा एक दिन हाम्रो मुख्य ऊर्जा स्रोत हुनेछ? सौर्य ऊर्जाको मूल्य घटिरहेको छ र दक्षतामा सुधार भइरहेको छ। यस बीचमा, त्यहाँ छनौट गर्न धेरै फरक सौर्य प्रविधि मार्गहरू छन्। हामीले कहिले एक वा दुई प्रविधिहरू पहिचान गरेर तिनीहरूलाई वास्तवमा काम गर्ने बनाउँछौं? सौर्य ऊर्जालाई ग्रिडमा कसरी एकीकृत गर्ने ?

 

सौर्य ऊर्जाको विशेषताबाट मूलधारमा भएको विकासले हाम्रो ऊर्जा आवश्यकताहरू पूरा गर्ने र त्यसलाई पार गर्ने क्षमतालाई हाइलाइट गर्छ। जबकि क्रिस्टलीय सौर्य कोशिकाहरू हाल बजारमा हावी छन्, पातलो-फिल्म टेक्नोलोजी र क्याडमियम टेलुराइड र पेरोभस्काइट्स जस्ता उदीयमान प्रविधिहरूमा भएको प्रगतिले थप कुशल र एकीकृत सौर्य अनुप्रयोगहरूको लागि मार्ग प्रशस्त गर्दैछ। सौर्य ऊर्जाले अझै पनि कच्चा पदार्थको उत्खनन र उत्पादनमा अवरोधहरू जस्ता धेरै चुनौतीहरूको सामना गरिरहेको छ, तर सबै पछि, यो एक द्रुत-बढ्दो, नवीन र आशाजनक उद्योग हो।

 

प्राविधिक विकास र दिगो अभ्यासहरूको सही सन्तुलनको साथ, सौर्य ऊर्जाको बृद्धि र विकासले सफा, थप प्रचुर ऊर्जा भविष्यको लागि मार्ग प्रशस्त गर्नेछ। यस कारणले, यसले अमेरिकी ऊर्जा मिश्रणमा उल्लेखनीय वृद्धि देखाउनेछ र विश्वव्यापी दिगो समाधान बन्ने अपेक्षा गरिएको छ।