फोटोवोल्टिक विद्युत उत्पादन नवीकरणीय ऊर्जा विद्युत उत्पादन में अग्रणी स्थान क्यों प्राप्त कर सकता है?

उपभोक्ता, उद्योग और सरकारें सभी नवीकरणीय ऊर्जा के उपयोग को बढ़ाने के लिए उपाय कर रहे हैं।यह बिजली उत्पादन और वितरण प्रणाली को एक केंद्रीकृत हब-एंड-स्पोक आर्किटेक्चर से अधिक ग्रिड-आधारित स्थानीयकृत बिजली उत्पादन और खपत, और स्मार्ट ग्रिड इंटरकनेक्शन के माध्यम से स्थिर आपूर्ति और मांग की ओर धकेल रहा है।

अंतर्राष्ट्रीय ऊर्जा एजेंसी (IEA) की अक्टूबर 2019 ईंधन रिपोर्ट के अनुसार,2024 तक नवीकरणीय ऊर्जा उत्पादन 50% बढ़ जाएगा.

इसका मतलब है कि वैश्विक नवीकरणीय ऊर्जा उत्पादन क्षमता में 1200GW की वृद्धि होगी, जो संयुक्त राज्य अमेरिका की वर्तमान स्थापित क्षमता के बराबर है।रिपोर्ट का अनुमान है कि नवीकरणीय ऊर्जा उत्पादन में 60% वृद्धि सौर फोटोवोल्टिक उपकरण के रूप में होगी।

रिपोर्ट वितरित फोटोवोल्टिक बिजली उत्पादन प्रणालियों के महत्व पर भी जोर देती है, क्योंकि उपभोक्ता, वाणिज्यिक भवन और औद्योगिक सुविधाएं अपने आप बिजली पैदा करना शुरू कर देती हैं।यह भविष्यवाणी करता है कि 2024 तक, वितरित फोटोवोल्टिक बिजली उत्पादन दोगुना से अधिक 500 गीगावॉट से अधिक हो जाएगा।इस का मतलब है किवितरित फोटोवोल्टिक विद्युत उत्पादन सौर फोटोवोल्टिक विद्युत उत्पादन की कुल वृद्धि का लगभग आधा हिस्सा होगा.

सौर लाभ

सौर फोटोवोल्टिक विद्युत उत्पादन नवीकरणीय ऊर्जा विद्युत उत्पादन के विकास में इतना अग्रणी स्थान क्यों ले रहा है?

एक स्पष्ट कारण यह है कि सूर्य हम सभी पर चमकता है, इसलिए इसकी ऊर्जा का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।यह बिजली उत्पादन को बिजली की खपत के करीब लाता है और बिजली को ऑफ-ग्रिड बिंदु तक पहुंचाता है, जो बिजली वितरण घाटे को कम करने के लिए विशेष रूप से उपयोगी है।

दूसरा स्पष्ट कारण यह हैवहाँ बहुत अधिक सौर ऊर्जा है.पृथ्वी को सूर्य से कितनी ऊर्जा प्राप्त होती है इसकी गणना में कई सूक्ष्म अंतर हैं।सामान्य नियम यह है कि धूप वाले दिन में समुद्र का औसत स्तर 1 किलोवाट प्रति वर्ग मीटर होता है, या जब दिन/रात चक्र, घटना कोण और मौसमी जैसे कारकों पर विचार किया जाता है, तो औसत प्रति वर्ग मीटर प्रति दिन होता है।एम 6kWh.

सौर सेल आपतित प्रकाश को फोटॉन की धारा के रूप में विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करने के लिए फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव का उपयोग करते हैं।फोटॉनों को डोप्ड सिलिकॉन जैसे अर्धचालक पदार्थों द्वारा अवशोषित किया जाता है, और उनकी ऊर्जा उनके आणविक या परमाणु कक्षाओं से इलेक्ट्रॉनों को उत्तेजित करती है।ये इलेक्ट्रॉन अतिरिक्त ऊर्जा को ऊष्मा के रूप में नष्ट करने और अपनी कक्षा में लौटने के लिए स्वतंत्र होते हैं, या इलेक्ट्रोड में फैल जाते हैं और इलेक्ट्रोड पर उत्पन्न होने वाले संभावित अंतर को ऑफसेट करने के लिए करंट का हिस्सा बन जाते हैं।

सभी ऊर्जा रूपांतरण प्रक्रियाओं की तरह, सौर कोशिकाओं में सभी ऊर्जा इनपुट विद्युत ऊर्जा के पसंदीदा रूप में आउटपुट नहीं होते हैं।वास्तव में, मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन सौर कोशिकाओं की ऊर्जा दक्षता कई वर्षों से 20% से 25% के बीच मँडरा रही है।हालाँकि, सौर फोटोवोल्टिक्स के लिए अवसर इतना बढ़िया है कि अनुसंधान टीम सेल रूपांतरण दक्षता में सुधार के लिए तेजी से जटिल संरचनाओं और सामग्रियों का उपयोग करने के लिए दशकों से काम कर रही है, जैसा कि एनआरईएल द्वारा इस चित्र में दिखाया गया है।

दिखाई गई उच्च ऊर्जा दक्षता प्राप्त करना आमतौर पर कई अलग-अलग सामग्रियों और अधिक जटिल और महंगी विनिर्माण तकनीकों का उपयोग करने की कीमत पर होता है।

कई सौर फोटोवोल्टिक उपकरण 20% से 30% की रूपांतरण दक्षता के साथ क्रिस्टलीय सिलिकॉन या सिलिकॉन, कैडमियम टेलुराइड या कॉपर इंडियम गैलियम सेलेनाइड की पतली फिल्मों के विभिन्न रूपों पर आधारित होते हैं।बैटरी मॉड्यूल में बनाई गई है, और इंस्टॉलर इन मॉड्यूल का उपयोग सौर फोटोवोल्टिक बिजली उत्पादन प्रणाली बनाने के लिए मूल इकाई के रूप में कर सकता है।

ऊर्जा दक्षता चुनौती

फोटोवोल्टिक रूपांतरण पृथ्वी की सतह के प्रत्येक वर्ग मीटर पर आपतित किलोवाट सौर ऊर्जा को 200 से 300 W विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है।बेशक, यह आदर्श परिस्थितियों में है।हालाँकि, निम्नलिखित कारणों से रूपांतरण दक्षता कम हो सकती है: बैटरी की सतह पर जमा बारिश, बर्फ और धूल, अर्धचालक सामग्रियों की उम्र बढ़ने का प्रभाव, और वनस्पति की वृद्धि जैसे पर्यावरणीय परिवर्तनों के कारण बढ़ी हुई छाया या नये भवनों का निर्माण।

इसलिए, वास्तविकता यह है कि यद्यपि सौर ऊर्जा मुफ़्त है, उपयोगी विद्युत ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए सौर ऊर्जा के उपयोग के लिए संग्रह, भंडारण और विद्युत ऊर्जा में अंतिम रूपांतरण के प्रत्येक चरण के सावधानीपूर्वक अनुकूलन की आवश्यकता होती है।ऊर्जा दक्षता में सुधार के सबसे बड़े अवसरों में से एक इसका डिज़ाइन हैपलटनेवाला, जो ग्रिड के माध्यम से सीधे उपयोग या ट्रांसमिशन के लिए सौर सरणी (या इसके बैटरी भंडारण) के डीसी आउटपुट को एसी करंट में परिवर्तित करता है।

इन्वर्टर डीसी इनपुट करंट की ध्रुवीयता को बदलकर इसे एसी आउटपुट के करीब कर देता है।स्विचिंग आवृत्ति जितनी अधिक होगी, रूपांतरण दक्षता उतनी ही अधिक होगी।एक साधारण स्विच एक स्क्वायर वेव आउटपुट उत्पन्न कर सकता है जो प्रतिरोधक भार चला सकता है, लेकिन हार्मोनिक्स के साथ, यह शुद्ध साइन वेव एसी द्वारा संचालित अधिक जटिल इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को नुकसान पहुंचाएगा।इसलिए, इन्वर्टर डिज़ाइन संतुलन की कुंजी बन गया है।एक ओर,ऊर्जा दक्षता, ऑपरेटिंग वोल्टेज और बिजली उत्पादन में सुधार के लिए स्विचिंग आवृत्ति बढ़ाना, वहीं दूसरी ओर,वर्ग तरंग को सुचारू करने के लिए उपयोग किए जाने वाले सहायक घटकों की लागत को कम करने के लिए.