फोटोवोल्टिक प्रभाव: मूल सिद्धांत
"फोटोवोल्टिक" शब्द किससे आया है? फोटो (प्रकाश) और वोल्टाइक (बिजली)। 1839 में एडमंड बेकरेल द्वारा खोजा गया, फोटोवोल्टिक प्रभाव प्रकाश के संपर्क में आने पर किसी सामग्री में वोल्टेज और विद्युत प्रवाह का निर्माण है।
एक वाक्य में
जब फोटॉन (प्रकाश कण) सिलिकॉन जैसे अर्धचालक पदार्थ से टकराते हैं, तो वे इलेक्ट्रॉनों में ऊर्जा स्थानांतरित करते हैं, उन्हें ढीला कर देते हैं और विद्युत प्रवाह पैदा करते हैं।
सोलर कोशिका की शारीरिक रचना
सिलिकॉन वेफर (द हार्ट)
अल्ट्रा-शुद्ध सिलिकॉन, पतले वेफर्स में कटा हुआ (~180µm)। पी-एन जंक्शन बनाने वाली पी-टाइप (बोरॉन) और एन-टाइप (फॉस्फोरस) परतें बनाने के लिए डोप किया गया।
एंटी-रिफ्लेक्टिव कोटिंग
प्रतिबिंब हानि को ~30% से घटाकर <3% कर देता है। आमतौर पर सिलिकॉन नाइट्राइड (नीला रंग) या टाइटेनियम डाइऑक्साइड।
धातु संपर्क (ग्रिड लाइन्स)
सामने की ओर पतली चांदी की उंगलियां इलेक्ट्रॉन एकत्र करती हैं। पूर्ण एल्यूमीनियम पिछला संपर्क। करंट का संचालन करते समय प्रकाश अवशोषण को अधिकतम करने के लिए डिज़ाइन किया गया।
एनकैप्सुलेशन और ग्लास
ईवीए (एथिलीन विनाइल एसीटेट) एनकैप्सुलेंट + टेम्पर्ड लो-आयरन ग्लास (सामने) + पॉलिमर बैकशीट। 25+ वर्षों तक नमी, यूवी, यांत्रिक तनाव से बचाता है।
चरण-दर-चरण: सूर्य के प्रकाश से बिजली तक
फोटॉन अवशोषण
सूर्य के प्रकाश के फोटॉन सिलिकॉन से टकराते हैं। >1.12 eV (सिलिकॉन बैंडगैप) ऊर्जा वाले फोटॉन अवशोषित होते हैं, वैलेंस बैंड से चालन बैंड तक इलेक्ट्रॉनों को उत्तेजित करते हैं।
इलेक्ट्रॉन-छिद्र युग्म निर्माण
प्रत्येक अवशोषित फोटॉन एक इलेक्ट्रॉन-छेद जोड़ी बनाता है: चालन बैंड में एक मुक्त इलेक्ट्रॉन (नकारात्मक) और वैलेंस बैंड में एक "छेद" (सकारात्मक)।
विद्युत क्षेत्र द्वारा पृथक्करण
पी-एन जंक्शन का अंतर्निर्मित विद्युत क्षेत्र इलेक्ट्रॉनों को एन-साइड की ओर धकेलता है और छिद्रों को पी-साइड की ओर धकेलता है। यह चार्ज पृथक्करण वोल्टेज (~0.6–0.7V प्रति सेल) बनाता है।
वर्तमान संग्रह
कोशिका की सतह पर धातु के संपर्क अलग-अलग इलेक्ट्रॉनों को एकत्र करते हैं। इलेक्ट्रॉन बाहरी सर्किट (तारों) के माध्यम से दूसरी तरफ के छिद्रों के साथ पुनः संयोजित होने के लिए प्रवाहित होते हैं - यह प्रवाह विद्युत प्रवाह है।
मॉड्यूल असेंबली
एक मॉड्यूल बनाने के लिए सेल श्रृंखला (वोल्टेज जोड़ता है) और समानांतर (वर्तमान जोड़ता है) में जुड़े होते हैं। विशिष्ट 60-सेल पैनल: ~30-40V, 8-10A। 72-सेल: ~40-50V।
इन्वर्टर रूपांतरण
पैनल डीसी आउटपुट → इन्वर्टर → एसी पावर (भारत में 230V एकल-चरण या 415V तीन-चरण)। फसल को अनुकूलित करने के लिए इन्वर्टर एमपीपीटी (अधिकतम पावर प्वाइंट ट्रैकिंग) भी करता है।
सोलर कोशिकाओं के प्रकार
| प्रौद्योगिकी | दक्षता | लागत | के लिए सर्वोत्तम |
|---|---|---|---|
| मोनोक्रिस्टलाइन Si (PERC) | 20–23% | मध्यम-उच्च | आवासीय/व्यावसायिक छतें - जगह की कमी |
| मोनोक्रिस्टलाइन एन-टाइप TOPCon | 22–24% | ऊँचा | प्रीमियम छतें, सोलर फार्म - कम गिरावट |
| मोनोक्रिस्टलाइन HJT | 23–25% | उच्चतम | उच्चतम प्रदर्शन, द्विभाजित फार्म |
| पॉलीक्रिस्टलाइन सी | 16–18% | नीचा | बजट प्रतिष्ठान, बड़े फार्म जहां जगह प्रचुर है |
| पतली फिल्म (सीडीटीई) | 17–19% | निम्न-मध्यम | उपयोगिता-पैमाने के खेत, उच्च तापमान वाली जलवायु |
| पेरोव्स्काइट (उभरता हुआ) | 25%+ (प्रयोगशाला) | TBD | भविष्य: अग्रानुक्रम कोशिकाएं, लचीली, हल्की |
इन्वर्टर: सिस्टम का दिमाग
पैनल डीसी बनाते हैं। घरों में एसी की जरूरत है. इन्वर्टर इस अंतर को पाटता है और बहुत कुछ करता है:
डीसी से एसी रूपांतरण
ग्रिड (भारत में 50 हर्ट्ज) के साथ सिंक्रनाइज़ स्वच्छ एसी साइन तरंग को संश्लेषित करने के लिए उच्च आवृत्ति पर डीसी इनपुट स्विच करता है।
एमपीपीटी (अधिकतम पावर प्वाइंट ट्रैकिंग)
विकिरण/तापमान परिवर्तन के रूप में पैनलों से अधिकतम बिजली निकालने के लिए विद्युत संचालन बिंदु को लगातार समायोजित करता है।
द्वीप-विरोधी सुरक्षा
उपयोगिता कर्मियों की सुरक्षा के लिए ग्रिड आउटेज का पता लगाता है और मिलीसेकंड के भीतर बंद हो जाता है। ग्रिड-बंधी प्रणालियों के लिए अनिवार्य।
निगरानी एवं निदान
प्रति-स्ट्रिंग/प्रति-पैनल प्रदर्शन को ट्रैक करता है, दोषों का पता लगाता है, ऐप्स/पोर्टल को जेनरेशन डेटा की रिपोर्ट करता है।
प्रतिक्रियाशील शक्ति समर्थन
आधुनिक इनवर्टर ग्रिड (वोल्ट-वीएआर, वोल्ट-वाट) को वोल्टेज समर्थन प्रदान कर सकते हैं - कई राज्यों में ग्रिड कोड की आवश्यकता होती है।
बैटरी एकीकरण (हाइब्रिड)
हाइब्रिड इनवर्टर बैटरी चार्ज/डिस्चार्ज, बैकअप पावर और उपयोग के समय अनुकूलन का प्रबंधन करते हैं।
वास्तविक-विश्व आउटपुट को क्या प्रभावित करता है?
पैनल से लेकर आपके उपकरणों तक
ग्रिड-बंधी छत प्रणाली में संपूर्ण प्रवाह:
सोलर पैनल
डीसी जनरेशन
→डीसी केबल्स
इन्वर्टर को
→इन्वर्टर
डीसी → एसी + एमपीपीटी
→एसी वितरण
मुख्य पैनल के लिए
→नेट मीटर
आयात/निर्यात
→आपका भार
उपकरण
→ग्रिड
घाटा आयात/अतिरिक्त निर्यात
