एक फोटोवोल्टिक प्रणाली की दक्षता इस बात का माप है कि एक सौर सेल कितनी उपलब्ध सौर ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है। अधिकांश विशिष्ट सिलिकॉन सौर कोशिकाओं की अधिकतम दक्षता लगभग 15 प्रतिशत होती है। हालांकि, यहां तक कि 15 प्रतिशत दक्षता वाला एक सौर प्रणाली भी औसत घर को किफ़ायती तरीके से बिजली दे सकती है।
ऊर्जा कहाँ से आती है?
सूर्य के प्रकाश में ऊर्जा फोटॉन नामक पैकेट में आती है। ये फोटॉन अपनी तरंग दैर्ध्य के आधार पर एक विशिष्ट मात्रा में ऊर्जा ले जाते हैं। जैसे-जैसे तरंगदैर्घ्य घटता है, फोटॉन की ऊर्जा बढ़ती जाती है। ये फोटॉन सौर सेल में इलेक्ट्रॉनों को उत्तेजित करते हैं, जिससे वे सर्किटरी के माध्यम से प्रवाहित होते हैं, जिससे विद्युत प्रवाह होता है। सिलिकॉन में एक इलेक्ट्रॉन को मुक्त करने के लिए, एक फोटॉन को कम से कम 1.1 इलेक्ट्रॉन वोल्ट ऊर्जा की आवश्यकता होती है। एक इलेक्ट्रॉन वोल्ट एक वोल्ट संभावित अंतर के माध्यम से एक इलेक्ट्रॉन को स्थानांतरित करने के लिए आवश्यक ऊर्जा की मात्रा है। यदि एक फोटॉन में 1.1 से अधिक इलेक्ट्रॉन वोल्ट हैं, तो एक इलेक्ट्रॉन परिपथ से होकर गुजरेगा, लेकिन अतिरिक्त ऊर्जा ऊष्मा के रूप में निकल जाएगी। यह एक कारण है कि सौर कोशिकाओं की इतनी कम दक्षता होती है; काम करने के लिए उन्हें केवल एक बहुत ही विशिष्ट मात्रा में ऊर्जा की आवश्यकता होती है।
सूर्य कितनी शक्ति प्रदान करता है?
आप पृथ्वी पर कहां हैं और आकाश में कहां हैं, इसके आधार पर सूर्य अलग-अलग मात्रा में शक्ति प्रदान करता है। सौर पैनलों को आम तौर पर मानक स्थितियों को मानकर एएम1.5 के रूप में जाना जाता है। यह वायु द्रव्यमान 1.5 के लिए है, जो सौर पैनलों के लिए स्वीकृत परीक्षण शर्त है। AM1.5 पर, सूर्य प्रति वर्ग मीटर 1,000 वाट प्रदान करता है। हालांकि, वास्तविक उपलब्ध सौर ऊर्जा स्थान, मौसम की स्थिति और दिन के समय के साथ बदलती रहती है।
सौर सेल सूर्य की ऊर्जा का कितना प्रतिशत उपयोग कर सकते हैं?
सूर्य की शक्ति को समझने के लिए, हम विकिरण के एक मॉडल का उपयोग करते हैं जिसे ब्लैकबॉडी स्पेक्ट्रम कहा जाता है। ब्लैकबॉडी स्पेक्ट्रम हमें विभिन्न तरंग दैर्ध्य पर वस्तुओं के ऊर्जा वितरण को बताता है। ब्लैकबॉडी स्पेक्ट्रम के आधार पर, सूर्य से प्राप्त ऊर्जा के 23 प्रतिशत की तरंग दैर्ध्य बहुत लंबी होती है, जो सौर पैनलों के लिए उपयोगी नहीं होती है। वे फोटॉन बस सेल से गुजरेंगे। अन्य तरंग दैर्ध्य में कुछ अतिरिक्त ऊर्जा होती है। वास्तव में, सूर्य की ऊर्जा का एक और 33 प्रतिशत अतिरिक्त ऊर्जा है जो सिलिकॉन सौर कोशिकाओं के लिए भी अनुपयोगी है। इसलिए, यह सूर्य की ऊर्जा का केवल 44 प्रतिशत सिलिकॉन सौर कोशिकाओं के लिए उपलब्ध है। इस ऊर्जा का अधिक भाग परावर्तन और कोशिका में ही अन्य प्रक्रियाओं के कारण नष्ट हो जाता है। इसलिए, जबकि सैद्धांतिक अधिकतम दक्षता अधिक हो सकती है, सिलिकॉन कोशिकाओं की वास्तविक दक्षता आमतौर पर लगभग 15 प्रतिशत होती है।
हम पैनल दक्षता कैसे बढ़ा सकते हैं?
सौर पैनल दक्षता बढ़ाने के लिए, हम उन सामग्रियों में सुधार और विविधता ला सकते हैं जिनका उपयोग हम उन्हें बनाने के लिए करते हैं। विभिन्न सामग्रियों को करंट उत्पन्न करने के लिए अलग-अलग मात्रा में फोटॉन ऊर्जा की आवश्यकता होती है। इसलिए, कैप्चर की गई ऊर्जा को अधिकतम करने के लिए हाइब्रिड पैनल कई अलग-अलग इलेक्ट्रॉन वोल्ट मानों को कवर कर सकते हैं। इस दृष्टिकोण के साथ एक समस्या निर्माण की लागत है। मानक सौर पैनल सिलिकॉन से बना है, जो व्यापक रूप से उपलब्ध है और अच्छी तरह से समझा जाता है। जैसे-जैसे सौर पैनलों में प्रयुक्त सामग्री दुर्लभ और अधिक विशिष्ट होती जाती है, निर्माण की लागत बढ़ती जाती है। इसलिए, दक्षता में वृद्धि लागत में वृद्धि पर आती है।