સૌર કોષોના પ્રકારો પર ટૂંકી ચર્ચા

સૌર ઊર્જા એક સમયે અદ્યતન અવકાશયાન અને કેટલાક ફેન્સી ગેજેટ્સ સુધી મર્યાદિત હતી, પરંતુ હવે એવું નથી. છેલ્લા દાયકામાં, સૌર ઊર્જા એક વિશિષ્ટ ઊર્જા સ્ત્રોતમાંથી વૈશ્વિક ઊર્જા લેન્ડસ્કેપના મુખ્ય સ્તંભમાં પરિવર્તિત થઈ છે.

પૃથ્વી સતત આશરે ૧૭૩,૦૦૦ ટન સૌર કિરણોત્સર્ગના સંપર્કમાં રહે છે, જે વૈશ્વિક સરેરાશ વીજળી માંગ કરતાં દસ ગણા વધારે છે.

[1] આનો અર્થ એ છે કે સૌર ઉર્જા આપણી બધી ઉર્જા જરૂરિયાતો પૂરી કરવાની ક્ષમતા ધરાવે છે.

2023 ના પ્રથમ છ મહિનામાં, સૌર ઉર્જા ઉત્પાદન કુલ યુએસ વીજ ઉત્પાદનમાં 5.77% હતું, જે 2022 માં 4.95% હતું.

[2] જોકે 2022 માં યુ.એસ.ના વીજ ઉત્પાદનમાં અશ્મિભૂત ઇંધણ (મુખ્યત્વે કુદરતી ગેસ અને કોલસો)નો હિસ્સો 60.4% જેટલો હશે,

[3] પરંતુ સૌર ઊર્જાનો વધતો પ્રભાવ અને સૌર ઊર્જા ટેકનોલોજીનો ઝડપી વિકાસ ધ્યાન આપવાને પાત્ર છે.

 

સૌર કોષોના પ્રકારો

 

હાલમાં, બજારમાં સૌર કોષો (જેને ફોટોવોલ્ટેઇક (PV) કોષો તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે) ની ત્રણ મુખ્ય શ્રેણીઓ છે: સ્ફટિકીય, પાતળી-ફિલ્મ અને ઉભરતી તકનીકો. કાર્યક્ષમતા, કિંમત અને આયુષ્યની દ્રષ્ટિએ આ ત્રણ પ્રકારની બેટરીઓના પોતાના ફાયદા છે.

 

01 ક્રિસ્ટલ

મોટાભાગના ઘરના છત પરના સોલાર પેનલ ઉચ્ચ-શુદ્ધતાવાળા મોનોક્રિસ્ટલાઇન સિલિકોનથી બનેલા હોય છે. આ પ્રકારની બેટરીએ તાજેતરના વર્ષોમાં 26% થી વધુ કાર્યક્ષમતા અને 30 વર્ષથી વધુ સેવા જીવન પ્રાપ્ત કર્યું છે.

[4] ઘરગથ્થુ સૌર પેનલ્સની વર્તમાન કાર્યક્ષમતા લગભગ 22% છે.

 

પોલીક્રિસ્ટલાઇન સિલિકોનની કિંમત મોનોક્રિસ્ટલાઇન સિલિકોન કરતાં ઓછી હોય છે, પરંતુ તે ઓછી કાર્યક્ષમ હોય છે અને તેનું આયુષ્ય ઓછું હોય છે. ઓછી કાર્યક્ષમતાનો અર્થ એ છે કે વધુ પેનલ અને વધુ વિસ્તારની જરૂર પડે છે.

 

સૌર કોષોમલ્ટિ-જંકશન ગેલિયમ આર્સેનાઇડ (GaAs) ટેકનોલોજી પર આધારિત, પરંપરાગત સૌર કોષો કરતાં વધુ કાર્યક્ષમ છે. આ કોષોમાં બહુ-સ્તરીય માળખું હોય છે, અને દરેક સ્તર સૂર્યપ્રકાશની વિવિધ તરંગલંબાઇને શોષવા માટે ઇન્ડિયમ ગેલિયમ ફોસ્ફાઇડ (GaInP), ઇન્ડિયમ ગેલિયમ આર્સેનાઇડ (InGaAs) અને જર્મેનિયમ (Ge) જેવી અલગ સામગ્રીનો ઉપયોગ કરે છે. જોકે આ મલ્ટિજંકશન કોષો ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા પ્રાપ્ત કરે તેવી અપેક્ષા છે, તેમ છતાં તેઓ ઉચ્ચ ઉત્પાદન ખર્ચ અને અપરિપક્વ સંશોધન અને વિકાસથી પીડાય છે, જે તેમની વ્યાપારી શક્યતા અને વ્યવહારિક એપ્લિકેશનોને મર્યાદિત કરે છે.

 

02 ફિલ્મ

વૈશ્વિક બજારમાં પાતળા-ફિલ્મ ફોટોવોલ્ટેઇક ઉત્પાદનોનો મુખ્ય પ્રવાહ કેડમિયમ ટેલ્યુરાઇડ (CdTe) ફોટોવોલ્ટેઇક મોડ્યુલ્સ છે. વિશ્વભરમાં આવા લાખો મોડ્યુલ્સ ઇન્સ્ટોલ કરવામાં આવ્યા છે, જેની ટોચની વીજ ઉત્પાદન ક્ષમતા 30GW થી વધુ છે. તેનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સમાં યુટિલિટી-સ્કેલ વીજ ઉત્પાદન માટે થાય છે. ફેક્ટરી.

 

આ પાતળી-ફિલ્મ ટેકનોલોજીમાં, 1-ચોરસ-મીટરના સૌર મોડ્યુલમાં AAA-કદની નિકલ-કેડમિયમ (Ni-Cd) બેટરી કરતાં ઓછું કેડમિયમ હોય છે. વધુમાં, સૌર મોડ્યુલમાં રહેલું કેડમિયમ ટેલુરિયમ સાથે બંધાયેલું હોય છે, જે પાણીમાં અદ્રાવ્ય હોય છે અને 1,200°C જેટલા ઊંચા તાપમાને સ્થિર રહે છે. આ પરિબળો પાતળી-ફિલ્મ બેટરીમાં કેડમિયમ ટેલુરાઇડનો ઉપયોગ કરવાના ઝેરી જોખમોને ઘટાડે છે.

 

પૃથ્વીના પોપડામાં ટેલુરિયમનું પ્રમાણ પ્રતિ મિલિયન માત્ર 0.001 ભાગ છે. જેમ પ્લેટિનમ એક દુર્લભ તત્વ છે, તેમ ટેલુરિયમની દુર્લભતા કેડમિયમ ટેલુરાઇડ મોડ્યુલની કિંમતને નોંધપાત્ર રીતે અસર કરી શકે છે. જો કે, રિસાયક્લિંગ પદ્ધતિઓ દ્વારા આ સમસ્યાને દૂર કરવી શક્ય છે.

કેડમિયમ ટેલ્યુરાઇડ મોડ્યુલ્સની કાર્યક્ષમતા 18.6% સુધી પહોંચી શકે છે, અને પ્રયોગશાળા વાતાવરણમાં બેટરી કાર્યક્ષમતા 22% થી વધુ હોઈ શકે છે. [5] લાંબા સમયથી ઉપયોગમાં લેવાતા કોપર ડોપિંગને બદલવા માટે આર્સેનિક ડોપિંગનો ઉપયોગ કરવાથી મોડ્યુલના જીવનમાં ઘણો સુધારો થઈ શકે છે અને ક્રિસ્ટલ બેટરી સાથે તુલનાત્મક સ્તર સુધી પહોંચી શકાય છે.

 

03 ઉભરતી ટેકનોલોજીઓ

 

અલ્ટ્રા-પાતળી ફિલ્મો (1 માઇક્રોનથી ઓછી) અને ડાયરેક્ટ ડિપોઝિશન તકનીકોનો ઉપયોગ કરીને ઉભરતી ફોટોવોલ્ટેઇક તકનીકો ઉત્પાદન ખર્ચ ઘટાડશે અને સૌર કોષો માટે ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળા સેમિકન્ડક્ટર પ્રદાન કરશે. આ તકનીકો સિલિકોન, કેડમિયમ ટેલ્યુરાઇડ અને ગેલિયમ આર્સેનાઇડ જેવી સ્થાપિત સામગ્રીના સ્પર્ધક બનવાની અપેક્ષા છે.

 

[6]આ ક્ષેત્રમાં ત્રણ જાણીતી પાતળી ફિલ્મ તકનીકો છે: કોપર ઝીંક ટીન સલ્ફાઇડ (Cu2ZnSnS4 અથવા CZTS), ઝીંક ફોસ્ફાઇડ (Zn3P2) અને સિંગલ-વોલ્ડ કાર્બન નેનોટ્યુબ્સ (SWCNT). પ્રયોગશાળા સેટિંગમાં, કોપર ઇન્ડિયમ ગેલિયમ સેલેનાઇડ (CIGS) સૌર કોષો 22.4% ની પ્રભાવશાળી ટોચ કાર્યક્ષમતા સુધી પહોંચી ગયા છે. જો કે, વ્યાપારી સ્તરે આવા કાર્યક્ષમતા સ્તરની નકલ કરવી એક પડકાર રહે છે.

[7]લીડ હેલાઈડ પેરોવસ્કાઈટ પાતળા ફિલ્મ કોષો એક આકર્ષક ઉભરતી સૌર ટેકનોલોજી છે. પેરોવસ્કાઈટ એ રાસાયણિક સૂત્ર ABX3 ની લાક્ષણિક સ્ફટિક રચના ધરાવતો પદાર્થનો એક પ્રકાર છે. તે પીળો, ભૂરો અથવા કાળો ખનિજ છે જેનો મુખ્ય ઘટક કેલ્શિયમ ટાઇટેનેટ (CaTiO3) છે. યુકે કંપની ઓક્સફોર્ડ પીવી દ્વારા ઉત્પાદિત વાણિજ્યિક-સ્કેલ સિલિકોન-આધારિત પેરોવસ્કાઈટ ટેન્ડમ સૌર કોષોએ 28.6% ની રેકોર્ડ કાર્યક્ષમતા પ્રાપ્ત કરી છે અને આ વર્ષે ઉત્પાદનમાં જશે.

[8]માત્ર થોડા વર્ષોમાં, પેરોવસ્કાઇટ સોલાર સેલોએ હાલના કેડમિયમ ટેલ્યુરાઇડ પાતળા-ફિલ્મ કોષો જેવી જ કાર્યક્ષમતા પ્રાપ્ત કરી છે. પેરોવસ્કાઇટ બેટરીના પ્રારંભિક સંશોધન અને વિકાસમાં, આયુષ્ય એક મોટો મુદ્દો હતો, એટલો ટૂંકો કે તેની ગણતરી ફક્ત મહિનામાં જ થઈ શકતી હતી.

આજે, પેરોવસ્કાઇટ કોષોનું સેવા જીવન 25 વર્ષ કે તેથી વધુ છે. હાલમાં, પેરોવસ્કાઇટ સૌર કોષોના ફાયદાઓમાં ઉચ્ચ રૂપાંતર કાર્યક્ષમતા (25% થી વધુ), ઓછી ઉત્પાદન કિંમત અને ઉત્પાદન પ્રક્રિયા માટે જરૂરી નીચા તાપમાનનો સમાવેશ થાય છે.

 

સંકલિત સૌર પેનલ્સનું નિર્માણ

 

કેટલાક સૌર કોષોને સૂર્ય સ્પેક્ટ્રમના માત્ર એક ભાગને કેપ્ચર કરવા માટે ડિઝાઇન કરવામાં આવ્યા છે જ્યારે દૃશ્યમાન પ્રકાશને પસાર થવા દેવામાં આવે છે. આ પારદર્શક કોષોને ડાઇ-સેન્સિટાઇઝ્ડ સોલર સેલ (DSC) કહેવામાં આવે છે અને તેનો જન્મ 1991 માં સ્વિટ્ઝર્લૅન્ડમાં થયો હતો. તાજેતરના વર્ષોમાં નવા R&D પરિણામોએ DSC ની કાર્યક્ષમતામાં સુધારો કર્યો છે, અને આ સૌર પેનલ બજારમાં આવવામાં લાંબો સમય લાગશે નહીં.

 

કેટલીક કંપનીઓ કાચના પોલીકાર્બોનેટ સ્તરોમાં અકાર્બનિક નેનોપાર્ટિકલ્સ ભેળવે છે. આ ટેકનોલોજીમાં નેનોપાર્ટિકલ્સ સ્પેક્ટ્રમના ચોક્કસ ભાગોને કાચની ધાર પર ખસેડે છે, જેનાથી મોટાભાગના સ્પેક્ટ્રમ પસાર થાય છે. કાચની ધાર પર કેન્દ્રિત પ્રકાશને પછી સૌર કોષો દ્વારા ઉપયોગમાં લેવામાં આવે છે. વધુમાં, પારદર્શક સૌર બારીઓ પર પેરોવસ્કાઇટ પાતળા ફિલ્મ સામગ્રી લાગુ કરવા અને બાહ્ય દિવાલો બનાવવા માટેની તકનીકનો હાલમાં અભ્યાસ કરવામાં આવી રહ્યો છે.

 

સૌર ઉર્જા માટે જરૂરી કાચો માલ

સૌર ઉર્જા ઉત્પાદન વધારવા માટે, સિલિકોન, ચાંદી, તાંબુ અને એલ્યુમિનિયમ જેવા મહત્વપૂર્ણ કાચા માલના ખાણકામની માંગ વધશે. યુએસ ડિપાર્ટમેન્ટ ઓફ એનર્જી જણાવે છે કે વિશ્વના ધાતુશાસ્ત્રીય ગ્રેડ સિલિકોન (MGS) ના આશરે 12% ને સૌર પેનલ માટે પોલિસિલિકોનમાં પ્રક્રિયા કરવામાં આવે છે.

 

ચીન આ ક્ષેત્રમાં એક મુખ્ય ખેલાડી છે, જે 2020 માં વિશ્વના MGS ના આશરે 70% અને તેના પોલિસિલિકોન પુરવઠાના 77% ઉત્પાદન કરે છે.

 

સિલિકોનને પોલિસિલિકોનમાં રૂપાંતરિત કરવાની પ્રક્રિયા માટે ખૂબ ઊંચા તાપમાનની જરૂર પડે છે. ચીનમાં, આ પ્રક્રિયાઓ માટે ઊર્જા મુખ્યત્વે કોલસામાંથી આવે છે. શિનજિયાંગમાં કોલસાના વિપુલ સંસાધનો અને વીજળીનો ખર્ચ ઓછો છે, અને તેનું પોલિસિલિકોન ઉત્પાદન વૈશ્વિક ઉત્પાદનમાં 45% હિસ્સો ધરાવે છે.

 

[12] સૌર પેનલના ઉત્પાદનમાં વિશ્વની ચાંદીનો આશરે 10% વપરાશ થાય છે. ચાંદીનું ખાણકામ મુખ્યત્વે મેક્સિકો, ચીન, પેરુ, ચિલી, ઓસ્ટ્રેલિયા, રશિયા અને પોલેન્ડમાં થાય છે અને તે ભારે ધાતુના દૂષણ અને સ્થાનિક સમુદાયોના બળજબરીથી સ્થળાંતર જેવી સમસ્યાઓ તરફ દોરી શકે છે.

 

તાંબુ અને એલ્યુમિનિયમ ખાણકામ પણ જમીન-ઉપયોગના પડકારો ઉભા કરે છે. યુએસ ભૂસ્તરશાસ્ત્રીય સર્વે નોંધે છે કે ચિલી વૈશ્વિક તાંબાના ઉત્પાદનમાં 27% હિસ્સો ધરાવે છે, ત્યારબાદ પેરુ (10%), ચીન (8%) અને ડેમોક્રેટિક રિપબ્લિક ઓફ કોંગો (8%) આવે છે. આંતરરાષ્ટ્રીય ઉર્જા એજન્સી (IEA) માને છે કે જો 2050 સુધીમાં વૈશ્વિક નવીનીકરણીય ઉર્જાનો ઉપયોગ 100% સુધી પહોંચી જાય, તો સૌર પ્રોજેક્ટ્સમાંથી તાંબાની માંગ લગભગ ત્રણ ગણી થઈ જશે.

[13]નિષ્કર્ષ

 

શું સૌર ઉર્જા એક દિવસ આપણો મુખ્ય ઉર્જા સ્ત્રોત બનશે? સૌર ઉર્જાની કિંમત ઘટી રહી છે અને કાર્યક્ષમતામાં સુધારો થઈ રહ્યો છે. આ દરમિયાન, પસંદગી માટે ઘણા બધા વિવિધ સૌર ટેકનોલોજી માર્ગો છે. આપણે ક્યારે એક કે બે ટેકનોલોજી ઓળખીશું અને તેમને ખરેખર કાર્યરત કરીશું? સૌર ઉર્જાને ગ્રીડમાં કેવી રીતે એકીકૃત કરવી?

 

સૌર ઊર્જાનો વિશેષતાથી મુખ્ય પ્રવાહમાં વિકાસ, આપણી ઊર્જા જરૂરિયાતોને પૂર્ણ કરવા અને તેનાથી વધુ કરવાની તેની ક્ષમતા પર ભાર મૂકે છે. જ્યારે સ્ફટિકીય સૌર કોષો હાલમાં બજારમાં પ્રભુત્વ ધરાવે છે, ત્યારે પાતળા-ફિલ્મ ટેકનોલોજીમાં પ્રગતિ અને કેડમિયમ ટેલ્યુરાઇડ અને પેરોવસ્કાઇટ્સ જેવી ઉભરતી તકનીકો વધુ કાર્યક્ષમ અને સંકલિત સૌર એપ્લિકેશનો માટે માર્ગ મોકળો કરી રહી છે. સૌર ઊર્જા હજુ પણ ઘણા પડકારોનો સામનો કરે છે, જેમ કે કાચા માલના ખાણકામની પર્યાવરણીય અસર અને ઉત્પાદનમાં અવરોધો, પરંતુ છેવટે, તે એક ઝડપથી વિકસતો, નવીન અને આશાસ્પદ ઉદ્યોગ છે.

 

ટેકનોલોજીકલ પ્રગતિ અને ટકાઉ પ્રથાઓના યોગ્ય સંતુલન સાથે, સૌર ઊર્જાનો વિકાસ અને વિકાસ સ્વચ્છ, વધુ વિપુલ પ્રમાણમાં ઊર્જા ભવિષ્ય માટે માર્ગ મોકળો કરશે. આને કારણે, તે યુએસ ઊર્જા મિશ્રણમાં નોંધપાત્ર વૃદ્ધિ દર્શાવશે અને વૈશ્વિક ટકાઉ ઉકેલ બનવાની અપેક્ષા છે.