സോളാർ സെല്ലുകൾ ശരിക്കും സൂര്യപ്രകാശത്തെ പ്രതിരോധിക്കുമോ?

ഫോട്ടോവോൾട്ടെയ്ക് പ്രഭാവം വഴി സൂര്യപ്രകാശത്തെ നേരിട്ട് വൈദ്യുതിയാക്കി മാറ്റാൻ സെമികണ്ടക്ടറുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്ന മെക്കാനിക്കൽ അല്ലാത്ത ഉപകരണങ്ങളാണ് സോളാർ സെല്ലുകൾ. അവബോധപൂർവ്വം, തീവ്രമായ സൂര്യപ്രകാശത്തിൽ സോളാർ സെല്ലുകൾ തഴച്ചുവളരുമെന്ന് ആളുകൾ കരുതിയേക്കാം, പക്ഷേ യഥാർത്ഥത്തിൽ അങ്ങനെയാണോ?

മനുഷ്യരാശി വളരെക്കാലമായി സൗരോർജ്ജം ഉപയോഗിച്ചുവരുന്നു, അതിനെ പരിവർത്തനം ചെയ്യുന്നതിന് മൂന്ന് പ്രധാന വഴികളുണ്ട്: ഫോട്ടോവോൾട്ടെയ്ക് പരിവർത്തനം, ഫോട്ടോതെർമൽ പരിവർത്തനം, ഫോട്ടോകെമിക്കൽ പരിവർത്തനം. സൂര്യപ്രകാശത്തെ വൈദ്യുതിയാക്കി മാറ്റുന്ന ഫോട്ടോവോൾട്ടെയ്ക് (പിവി) വൈദ്യുതി ഉത്പാദനം സൗരോർജ്ജത്തിന്റെ ഏറ്റവും കാര്യക്ഷമമായ ഉപയോഗങ്ങളിലൊന്നാണ്.

1839-ൽ ഫ്രഞ്ച് ശാസ്ത്രജ്ഞനായ എഡ്മണ്ട് ബെക്വറൽ ആണ് ഫോട്ടോവോൾട്ടെയ്ക് പ്രഭാവം ആദ്യമായി നിരീക്ഷിച്ചത്, പ്രകാശം ഒരു അർദ്ധചാലകത്തിൽ പതിക്കുമ്പോൾ ഉണ്ടാകുന്ന വൈദ്യുത പൊട്ടൻഷ്യലിനെയാണ് ഇത് സൂചിപ്പിക്കുന്നത്. പിന്നീട്, പ്രകാശത്തിന്റെ ക്വാണ്ടം സിദ്ധാന്തം ഉപയോഗിച്ച് ഐൻസ്റ്റീൻ ഈ പ്രഭാവം വിശദീകരിച്ചു, ഇത് അദ്ദേഹത്തിന് 1921-ലെ ഭൗതികശാസ്ത്രത്തിനുള്ള നോബൽ സമ്മാനം നേടിക്കൊടുത്തു.

പ്രകാശം ഒരു കണ്ടക്ടറിൽ പതിക്കുമ്പോൾ സംഭവിക്കുന്ന ഫോട്ടോഇലക്ട്രിക് ഇഫക്റ്റിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമായി, രണ്ട് സെമികണ്ടക്ടർ പ്ലേറ്റുകൾക്കിടയിലുള്ള അതിർത്തിയിലാണ് ഫോട്ടോവോൾട്ടെയ്ക് ഇഫക്റ്റ് സംഭവിക്കുന്നത്. ഒരു വയർ ഉപയോഗിച്ച് ബന്ധിപ്പിക്കുമ്പോൾ, ഈ അതിർത്തി ഒരു വൈദ്യുത മണ്ഡലം സൃഷ്ടിക്കുകയും വൈദ്യുത പ്രവാഹം അനുവദിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.

അപ്പോൾ, സോളാർ സെല്ലുകൾ സൂര്യപ്രകാശത്തെ വൈദ്യുതിയാക്കി മാറ്റുന്നത് എങ്ങനെയാണ്? സൂര്യപ്രകാശം വൈദ്യുതകാന്തിക വികിരണത്തിന്റെ വിശാലമായ ഒരു സ്പെക്ട്രമാണ്. ഒരു സോളാർ സെല്ലിൽ പതിക്കുമ്പോൾ, വികിരണം പ്രതിഫലിപ്പിക്കാനോ ആഗിരണം ചെയ്യാനോ അതിലൂടെ കടന്നുപോകാനോ കഴിയും. ആഗിരണം ചെയ്യപ്പെടുന്ന വികിരണം മാത്രമേ വൈദ്യുതോർജ്ജമായി പരിവർത്തനം ചെയ്യപ്പെടുന്നുള്ളൂ.

സിലിക്കൺ അധിഷ്ഠിത സെമികണ്ടക്ടറുകൾക്ക്, ഒരു ഇലക്ട്രോണിനെ അതിന്റെ ആറ്റത്തിൽ നിന്ന് പുറത്തുവിടാൻ 1.11 ഇലക്ട്രോൺ വോൾട്ട് (eV) ഊർജ്ജം ആവശ്യമാണ്. ഈ പരിധിയേക്കാൾ കൂടുതൽ ഊർജ്ജമുള്ള ഫോട്ടോണുകൾക്ക് മാത്രമേ വൈദ്യുതി ഉത്പാദിപ്പിക്കാൻ കഴിയൂ. എന്നിരുന്നാലും, ഉയർന്ന ഊർജ്ജമുള്ള ഫോട്ടോണുകളിൽ നിന്നുള്ള അധിക ഊർജ്ജം താപമായി നഷ്ടപ്പെടുന്നു, ഇത് സോളാർ പാനലിന്റെ ചൂടാക്കലിന് കാരണമാകുന്നു, ഇത് ആംബിയന്റ് വായുവിന് മുകളിൽ അതിന്റെ താപനില ഉയർത്തും.

പൊതുവെയുള്ള വിശ്വാസത്തിന് വിരുദ്ധമായി, സിലിക്കൺ അധിഷ്ഠിത സോളാർ സെല്ലുകൾക്ക് സൂര്യപ്രകാശം ആവശ്യമാണെങ്കിലും, അവ യഥാർത്ഥത്തിൽ തണുത്ത അന്തരീക്ഷമാണ് ഇഷ്ടപ്പെടുന്നത്. താപനില ഉയരുമ്പോൾ, അതേ അളവിൽ സൂര്യപ്രകാശം ലഭിച്ചിട്ടും സോളാർ പാനലുകൾ കുറഞ്ഞ ഊർജ്ജം ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നു.

ഉയർന്ന താപനില പ്രധാനമായും ഓപ്പൺ-സർക്യൂട്ട് വോൾട്ടേജ് (കറന്റ് പ്രവഹിക്കാത്തപ്പോഴുള്ള വോൾട്ടേജ്) കുറയ്ക്കുന്നു, എന്നിരുന്നാലും ഷോർട്ട്-സർക്യൂട്ട് കറന്റ് (സെൽ ഷോർട്ട് സർക്യൂട്ട് ചെയ്യുമ്പോൾ ഉണ്ടാകുന്ന കറന്റ്) താരതമ്യേന സ്ഥിരതയുള്ളതായി തുടരുന്നു. ഇതിനർത്ഥം ഉയർന്ന താപനില കാര്യക്ഷമത കുറയ്ക്കുന്നതിനും ഔട്ട്‌പുട്ട് പവർ കുറയ്ക്കുന്നതിനും കാരണമാകുന്നു എന്നാണ്.

സോളാർ സെല്ലുകൾ സാധാരണയായി 25°C (77°F) എന്ന സ്റ്റാൻഡേർഡ് താപനിലയിലാണ് പരീക്ഷിക്കുന്നത്. പാനലിന്റെ താപനില 60°C (140°F) അല്ലെങ്കിൽ അതിൽ കൂടുതലാകുമ്പോൾ, അതിന്റെ പവർ ഔട്ട്പുട്ട് ഗണ്യമായി കുറയുന്നു. താപനിലയിലെ ഓരോ ഡിഗ്രി വർദ്ധനവിനും, ഷോർട്ട് സർക്യൂട്ട് കറന്റ് 0.04% മാത്രമേ വർദ്ധിക്കുന്നുള്ളൂ, അതേസമയം ഓപ്പൺ സർക്യൂട്ട് വോൾട്ടേജ് 0.4% കുറയുന്നു.

വേനൽക്കാലത്ത് കാര്യക്ഷമത കുറയുമെങ്കിലും, ഈ സീസണിൽ ധാരാളം സൂര്യപ്രകാശം ലഭിക്കുന്നത് മറ്റ് സീസണുകളെ അപേക്ഷിച്ച് മൊത്തത്തിലുള്ള ഊർജ്ജ ഉൽപാദനത്തിൽ വർദ്ധനവിന് കാരണമാകുന്നു.