सौर पैनलों का विद्युत उत्पादन सिद्धांत

सूर्य की रोशनी सेमीकंडक्टर के पीएन जंक्शन पर पड़ती है, जिससे एक नया होल-इलेक्ट्रॉन युग्म बनता है। पीएन जंक्शन के विद्युत क्षेत्र के प्रभाव से, होल पी क्षेत्र से एन क्षेत्र की ओर और इलेक्ट्रॉन एन क्षेत्र से पी क्षेत्र की ओर प्रवाहित होते हैं। जब परिपथ को जोड़ा जाता है, तो धारा उत्पन्न होती है। इस प्रकार प्रकाश विद्युत प्रभाव वाले सौर सेल कार्य करते हैं।

सौर ऊर्जा उत्पादन दो प्रकार का होता है, एक प्रकाश-ऊष्मा-विद्युत रूपांतरण विधि है, और दूसरा प्रत्यक्ष प्रकाश-विद्युत रूपांतरण विधि है।

(1) प्रकाश-ऊष्मा-विद्युत रूपांतरण विधि सौर विकिरण द्वारा उत्पन्न ऊष्मीय ऊर्जा का उपयोग विद्युत उत्पन्न करने के लिए करती है। सामान्यतः, अवशोषित ऊष्मीय ऊर्जा को सौर संग्राहक द्वारा कार्यशील माध्यम की भाप में परिवर्तित किया जाता है, और फिर भाप टरबाइन को विद्युत उत्पन्न करने के लिए चलाया जाता है। पहली प्रक्रिया प्रकाश-ऊष्मा रूपांतरण प्रक्रिया है; दूसरी प्रक्रिया ऊष्मा-विद्युत रूपांतरण प्रक्रिया है।

(2) प्रकाश विद्युत प्रभाव का उपयोग सौर विकिरण ऊर्जा को सीधे विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करने के लिए किया जाता है। प्रकाश विद्युत रूपांतरण का मूल उपकरण सौर सेल है। सौर सेल एक ऐसा उपकरण है जो फोटोजेनरेशन वोल्टेज प्रभाव के कारण सौर प्रकाश ऊर्जा को सीधे विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है। यह एक अर्धचालक फोटोडायोड है। जब सूर्य की किरणें फोटोडायोड पर पड़ती हैं, तो फोटोडायोड सौर प्रकाश ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करके धारा उत्पन्न करता है। जब कई सेलों को श्रृंखला या समानांतर में जोड़ा जाता है, तो अपेक्षाकृत अधिक उत्पादन क्षमता वाले सौर सेलों की एक वर्गाकार सरणी बनाई जा सकती है।

वर्तमान में, क्रिस्टलीय सिलिकॉन (पॉलीसिलिकॉन और मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन सहित) सबसे महत्वपूर्ण फोटोवोल्टिक सामग्री है, इसकी बाजार हिस्सेदारी 90% से अधिक है, और भविष्य में लंबे समय तक सौर सेल की मुख्यधारा की सामग्री बनी रहेगी।

लंबे समय से, पॉलीसिलिकॉन सामग्रियों की उत्पादन तकनीक पर संयुक्त राज्य अमेरिका, जापान और जर्मनी जैसे 3 देशों की 7 कंपनियों के 10 कारखानों का नियंत्रण रहा है, जिससे एक तकनीकी नाकाबंदी और बाजार एकाधिकार का निर्माण हुआ है।

पॉलीसिलिकॉन की मांग मुख्य रूप से सेमीकंडक्टर और सौर सेल से आती है। शुद्धता की विभिन्न आवश्यकताओं के अनुसार, इसे इलेक्ट्रॉनिक स्तर और सौर स्तर में विभाजित किया गया है। इनमें से, इलेक्ट्रॉनिक-ग्रेड पॉलीसिलिकॉन लगभग 55% और सौर स्तर का पॉलीसिलिकॉन 45% है।

फोटोवोल्टिक उद्योग के तीव्र विकास के साथ, सौर सेल में पॉलीसिलिकॉन की मांग अर्धचालक पॉलीसिलिकॉन के विकास की तुलना में तेजी से बढ़ रही है, और यह उम्मीद की जाती है कि 2008 तक सौर पॉलीसिलिकॉन की मांग इलेक्ट्रॉनिक-ग्रेड पॉलीसिलिकॉन की मांग से अधिक हो जाएगी।

1994 में, विश्व में सौर सेल का कुल उत्पादन केवल 69 मेगावाट था, लेकिन 2004 में यह लगभग 1200 मेगावाट तक पहुँच गया, जो मात्र 10 वर्षों में 17 गुना वृद्धि दर्शाता है। विशेषज्ञों का अनुमान है कि 21वीं सदी के पूर्वार्ध में सौर फोटोवोल्टिक उद्योग, परमाणु ऊर्जा को पीछे छोड़ते हुए, सबसे महत्वपूर्ण मूलभूत ऊर्जा स्रोतों में से एक बन जाएगा।