सौर पेशींच्या प्रकारांबद्दल थोडक्यात चर्चा

सौर ऊर्जा ही एकेकाळी प्रगत अंतराळयान आणि काही फॅन्सी उपकरणांसाठीच मर्यादित होती, पण आता ती परिस्थिती राहिलेली नाही. गेल्या दशकात, सौर ऊर्जा एका विशिष्ट ऊर्जा स्त्रोतापासून जागतिक ऊर्जा परिदृश्याचा एक प्रमुख आधारस्तंभ बनली आहे.

पृथ्वी सतत अंदाजे १७३,००० टिवॅट सौर किरणोत्सर्गाच्या संपर्कात येते, जी जागतिक सरासरी वीज मागणीच्या दहा पट जास्त आहे.

[1] याचा अर्थ असा की सौर ऊर्जेमध्ये आपल्या सर्व ऊर्जेच्या गरजा पूर्ण करण्याची क्षमता आहे.

२०२३ च्या पहिल्या सहामाहीत, अमेरिकेतील एकूण वीजनिर्मितीपैकी ५.७७% सौरऊर्जा निर्मिती होती, जी २०२२ मध्ये ४.९५% होती.

[2] जरी २०२२ मध्ये अमेरिकेतील वीजनिर्मितीमध्ये जीवाश्म इंधन (प्रामुख्याने नैसर्गिक वायू आणि कोळसा) चा वाटा ६०.४% असेल,

[3] परंतु सौर ऊर्जेचा वाढता प्रभाव आणि सौर ऊर्जा तंत्रज्ञानाचा जलद विकास लक्ष देण्यास पात्र आहे.

 

सौर पेशींचे प्रकार

 

सध्या, बाजारात सौर पेशींच्या (ज्यांना फोटोव्होल्टेइक (पीव्ही) पेशी म्हणूनही ओळखले जाते) तीन प्रमुख श्रेणी आहेत: क्रिस्टलीय, पातळ-फिल्म आणि उदयोन्मुख तंत्रज्ञान. कार्यक्षमता, किंमत आणि आयुष्यमानाच्या बाबतीत या तीन प्रकारच्या बॅटरीचे स्वतःचे फायदे आहेत.

 

०१ क्रिस्टल

बहुतेक घरातील छतावरील सौर पॅनेल उच्च-शुद्धतेच्या मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉनपासून बनवलेले असतात. अलिकडच्या वर्षांत या प्रकारच्या बॅटरीने २६% पेक्षा जास्त कार्यक्षमता आणि ३० वर्षांपेक्षा जास्त आयुष्य गाठले आहे.

[4] घरगुती सौर पॅनेलची सध्याची कार्यक्षमता सुमारे २२% आहे.

 

पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉनची किंमत मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉनपेक्षा कमी असते, परंतु ते कमी कार्यक्षम असते आणि त्याचे आयुष्य कमी असते. कमी कार्यक्षमता म्हणजे अधिक पॅनेल आणि अधिक क्षेत्रफळ आवश्यक असते.

 

सौर पेशीमल्टी-जंक्शन गॅलियम आर्सेनाइड (GaAs) तंत्रज्ञानावर आधारित हे पारंपारिक सौर पेशींपेक्षा अधिक कार्यक्षम आहेत. या पेशींमध्ये बहु-स्तरीय रचना असते आणि प्रत्येक थर सूर्यप्रकाशाच्या वेगवेगळ्या तरंगलांबी शोषण्यासाठी इंडियम गॅलियम फॉस्फाइड (GaInP), इंडियम गॅलियम आर्सेनाइड (InGaAs) आणि जर्मेनियम (Ge) सारख्या वेगवेगळ्या पदार्थांचा वापर करतो. जरी या मल्टीजंक्शन पेशी उच्च कार्यक्षमता प्राप्त करतील अशी अपेक्षा असली तरी, त्यांना अजूनही उच्च उत्पादन खर्च आणि अपरिपक्व संशोधन आणि विकासाचा सामना करावा लागतो, ज्यामुळे त्यांच्या व्यावसायिक व्यवहार्यता आणि व्यावहारिक अनुप्रयोगांवर मर्यादा येतात.

 

०२ चित्रपट

जागतिक बाजारपेठेत पातळ-फिल्म फोटोव्होल्टेइक उत्पादनांचा मुख्य प्रवाह कॅडमियम टेल्युराइड (CdTe) फोटोव्होल्टेइक मॉड्यूल्स आहे. जगभरात असे लाखो मॉड्यूल्स स्थापित केले गेले आहेत, ज्यांची कमाल वीज निर्मिती क्षमता 30GW पेक्षा जास्त आहे. ते प्रामुख्याने युनायटेड स्टेट्समध्ये उपयुक्तता-स्केल वीज निर्मितीसाठी वापरले जातात. कारखाना.

 

या पातळ-फिल्म तंत्रज्ञानामध्ये, १-चौरस मीटरच्या सौर मॉड्यूलमध्ये AAA-आकाराच्या निकेल-कॅडमियम (Ni-Cd) बॅटरीपेक्षा कमी कॅडमियम असते. याव्यतिरिक्त, सौर मॉड्यूलमधील कॅडमियम टेल्युरियमशी बांधलेले असते, जे पाण्यात अघुलनशील असते आणि १,२००°C पर्यंतच्या उच्च तापमानात स्थिर राहते. हे घटक पातळ-फिल्म बॅटरीमध्ये कॅडमियम टेल्युराइड वापरण्याचे विषारी धोके कमी करतात.

 

पृथ्वीच्या कवचात टेल्युरियमचे प्रमाण प्रति दशलक्ष फक्त ०.००१ भाग आहे. ज्याप्रमाणे प्लॅटिनम हा एक दुर्मिळ घटक आहे, त्याचप्रमाणे टेल्युरियमची दुर्मिळता कॅडमियम टेल्युराइड मॉड्यूलच्या किमतीवर लक्षणीय परिणाम करू शकते. तथापि, पुनर्वापर पद्धतींद्वारे ही समस्या कमी करणे शक्य आहे.

कॅडमियम टेल्युराइड मॉड्यूल्सची कार्यक्षमता १८.६% पर्यंत पोहोचू शकते आणि प्रयोगशाळेच्या वातावरणात बॅटरीची कार्यक्षमता २२% पेक्षा जास्त असू शकते. [५] कॉपर डोपिंगऐवजी आर्सेनिक डोपिंग वापरल्याने, जे बर्याच काळापासून वापरले जात आहे, मॉड्यूलचे आयुष्य मोठ्या प्रमाणात सुधारू शकते आणि क्रिस्टल बॅटरीच्या तुलनेत पातळी गाठू शकते.

 

०३ उदयोन्मुख तंत्रज्ञान

 

अति-पातळ फिल्म्स (१ मायक्रॉनपेक्षा कमी) आणि डायरेक्ट डिपॉझिशन तंत्रांचा वापर करून उदयोन्मुख फोटोव्होल्टेइक तंत्रज्ञानामुळे उत्पादन खर्च कमी होईल आणि सौर पेशींसाठी उच्च-गुणवत्तेचे अर्धवाहक उपलब्ध होतील. या तंत्रज्ञानामुळे सिलिकॉन, कॅडमियम टेल्युराइड आणि गॅलियम आर्सेनाइड सारख्या स्थापित पदार्थांचे स्पर्धक बनण्याची अपेक्षा आहे.

 

[6]या क्षेत्रात तीन सुप्रसिद्ध पातळ फिल्म तंत्रज्ञान आहेत: कॉपर झिंक टिन सल्फाइड (Cu2ZnSnS4 किंवा CZTS), झिंक फॉस्फाइड (Zn3P2) आणि सिंगल-वॉल्ड कार्बन नॅनोट्यूब (SWCNT). प्रयोगशाळेच्या परिस्थितीत, कॉपर इंडियम गॅलियम सेलेनाइड (CIGS) सौर पेशींनी २२.४% ची प्रभावी शिखर कार्यक्षमता गाठली आहे. तथापि, व्यावसायिक स्तरावर अशा कार्यक्षमता पातळीची प्रतिकृती तयार करणे हे एक आव्हान आहे.

[7]लीड हॅलाइड पेरोव्स्काईट पातळ फिल्म पेशी ही एक आकर्षक उदयोन्मुख सौर तंत्रज्ञान आहे. पेरोव्स्काईट हा एक प्रकारचा पदार्थ आहे ज्याची रासायनिक सूत्र ABX3 ची विशिष्ट क्रिस्टल रचना आहे. हे एक पिवळे, तपकिरी किंवा काळा खनिज आहे ज्याचा मुख्य घटक कॅल्शियम टायटेनेट (CaTiO3) आहे. यूके कंपनी ऑक्सफर्ड पीव्ही द्वारे उत्पादित व्यावसायिक-स्तरीय सिलिकॉन-आधारित पेरोव्स्काईट टँडम सौर पेशींनी 28.6% ची विक्रमी कार्यक्षमता प्राप्त केली आहे आणि या वर्षी उत्पादनात जातील.

[8]केवळ काही वर्षांत, पेरोव्स्काईट सौर पेशींनी विद्यमान कॅडमियम टेल्युराइड पातळ-फिल्म पेशींसारखी कार्यक्षमता प्राप्त केली आहे. पेरोव्स्काईट बॅटरीच्या सुरुवातीच्या संशोधन आणि विकासात, आयुर्मान हा एक मोठा मुद्दा होता, इतका कमी की तो फक्त महिन्यांत मोजता येत होता.

आज, पेरोव्स्काईट पेशींचे आयुष्य २५ वर्षे किंवा त्याहून अधिक आहे. सध्या, पेरोव्स्काईट सौर पेशींचे फायदे म्हणजे उच्च रूपांतरण कार्यक्षमता (२५% पेक्षा जास्त), कमी उत्पादन खर्च आणि उत्पादन प्रक्रियेसाठी आवश्यक असलेले कमी तापमान.

 

एकात्मिक सौर पॅनेल बांधणे

 

काही सौर पेशी सौर स्पेक्ट्रमचा फक्त एक भाग कॅप्चर करण्यासाठी डिझाइन केल्या जातात आणि दृश्यमान प्रकाश त्यातून जाऊ देतात. या पारदर्शक पेशींना डाई-सेन्सिटाइज्ड सोलर सेल्स (DSC) म्हणतात आणि त्यांचा जन्म १९९१ मध्ये स्वित्झर्लंडमध्ये झाला होता. अलिकडच्या वर्षांत नवीन संशोधन आणि विकास परिणामांमुळे DSC ची कार्यक्षमता सुधारली आहे आणि हे सौर पॅनेल बाजारात येण्यास फार काळ लागणार नाही.

 

काही कंपन्या काचेच्या पॉली कार्बोनेट थरांमध्ये अजैविक नॅनोपार्टिकल्स टाकतात. या तंत्रज्ञानातील नॅनोपार्टिकल्स स्पेक्ट्रमचे विशिष्ट भाग काचेच्या काठावर हलवतात, ज्यामुळे बहुतेक स्पेक्ट्रममधून जाऊ शकतात. काचेच्या काठावर केंद्रित प्रकाश नंतर सौर पेशींद्वारे वापरला जातो. याव्यतिरिक्त, पारदर्शक सौर खिडक्यांवर पेरोव्स्काईट पातळ फिल्म सामग्री लागू करण्यासाठी आणि बाह्य भिंती बांधण्यासाठी तंत्रज्ञानाचा सध्या अभ्यास केला जात आहे.

 

सौरऊर्जेसाठी आवश्यक कच्चा माल

सौरऊर्जा निर्मिती वाढवण्यासाठी, सिलिकॉन, चांदी, तांबे आणि अॅल्युमिनियम सारख्या महत्त्वाच्या कच्च्या मालाच्या खाणकामाची मागणी वाढेल. अमेरिकेच्या ऊर्जा विभागाने म्हटले आहे की जगातील सुमारे १२% धातूशास्त्रीय ग्रेड सिलिकॉन (MGS) सौर पॅनेलसाठी पॉलिसिलिकॉनमध्ये प्रक्रिया केले जाते.

 

चीन हा या क्षेत्रातील एक प्रमुख खेळाडू आहे, जो २०२० मध्ये जगातील सुमारे ७०% एमजीएस आणि ७७% पॉलिसिलिकॉन पुरवठ्याचे उत्पादन करतो.

 

सिलिकॉनचे पॉलिसिलिकॉनमध्ये रूपांतर करण्याच्या प्रक्रियेसाठी खूप उच्च तापमानाची आवश्यकता असते. चीनमध्ये, या प्रक्रियेसाठी ऊर्जा प्रामुख्याने कोळशापासून मिळते. शिनजियांगमध्ये मुबलक कोळशाचे स्रोत आहेत आणि वीज खर्च कमी आहे आणि त्याचे पॉलिसिलिकॉन उत्पादन जागतिक उत्पादनाच्या ४५% आहे.

 

[12] सौर पॅनेलच्या उत्पादनात जगातील सुमारे 10% चांदी वापरली जाते. चांदीचे खाणकाम प्रामुख्याने मेक्सिको, चीन, पेरू, चिली, ऑस्ट्रेलिया, रशिया आणि पोलंडमध्ये होते आणि त्यामुळे जड धातूंचे दूषित होणे आणि स्थानिक समुदायांचे सक्तीने स्थलांतर यासारख्या समस्या उद्भवू शकतात.

 

तांबे आणि अॅल्युमिनियम खाणकामामुळेही जमिनीच्या वापरात आव्हाने निर्माण होतात. अमेरिकन भूगर्भीय सर्वेक्षणानुसार जागतिक तांबे उत्पादनात चिलीचा वाटा २७% आहे, त्यानंतर पेरू (१०%), चीन (८%) आणि काँगोचे लोकशाही प्रजासत्ताक (८%) आहे. आंतरराष्ट्रीय ऊर्जा संस्थेचा (IEA) असा विश्वास आहे की जर २०५० पर्यंत जागतिक अक्षय ऊर्जेचा वापर १००% पर्यंत पोहोचला तर सौर प्रकल्पांमधून तांब्याची मागणी जवळजवळ तिप्पट होईल.

[13]निष्कर्ष

 

सौर ऊर्जा एके दिवशी आपला मुख्य ऊर्जा स्रोत बनेल का? सौर ऊर्जेची किंमत कमी होत आहे आणि कार्यक्षमता सुधारत आहे. दरम्यान, निवडण्यासाठी अनेक वेगवेगळे सौर तंत्रज्ञान मार्ग आहेत. आपण एक किंवा दोन तंत्रज्ञान कधी ओळखू आणि त्यांना प्रत्यक्षात कधी कार्य करू? ग्रिडमध्ये सौर ऊर्जा कशी एकत्रित करावी?

 

सौर ऊर्जेचा विशेषतेपासून मुख्य प्रवाहात होणारा विकास आपल्या ऊर्जेच्या गरजा पूर्ण करण्याची आणि त्यापेक्षा जास्त करण्याची क्षमता अधोरेखित करतो. सध्या क्रिस्टलीय सौर पेशी बाजारपेठेत वर्चस्व गाजवत असताना, पातळ-फिल्म तंत्रज्ञानातील प्रगती आणि कॅडमियम टेल्युराइड आणि पेरोव्स्काईट्स सारख्या उदयोन्मुख तंत्रज्ञानामुळे अधिक कार्यक्षम आणि एकात्मिक सौर अनुप्रयोगांसाठी मार्ग मोकळा होत आहे. सौर ऊर्जेला अजूनही अनेक आव्हानांचा सामना करावा लागतो, जसे की कच्च्या मालाच्या खाणकामाचा पर्यावरणीय परिणाम आणि उत्पादनातील अडथळे, परंतु शेवटी, हा एक वेगाने वाढणारा, नाविन्यपूर्ण आणि आशादायक उद्योग आहे.

 

तांत्रिक प्रगती आणि शाश्वत पद्धतींचा योग्य समतोल साधून, सौर ऊर्जेचा विकास आणि वाढ स्वच्छ, अधिक मुबलक ऊर्जा भविष्यासाठी मार्ग मोकळा करेल. यामुळे, अमेरिकेच्या ऊर्जा मिश्रणात लक्षणीय वाढ दिसून येईल आणि जागतिक शाश्वत उपाय बनण्याची अपेक्षा आहे.