सौर पेशी खरोखरच सूर्यप्रकाशरोधक असतात का?

सौर पेशी ही अयांत्रिक उपकरणे आहेत जी फोटोव्होल्टेइक परिणामाद्वारे सूर्यप्रकाशाचे थेट विजेमध्ये रूपांतर करण्यासाठी अर्धवाहकांचा वापर करतात. स्वाभाविकपणे, लोकांना वाटू शकते की सौर पेशी तीव्र सूर्यप्रकाशात उत्तम काम करतात, पण खरंच तसे आहे का?

मानवजातीने फार पूर्वीपासून सौर ऊर्जेचा वापर केला आहे, आणि तिचे रूपांतर करण्याचे तीन मुख्य मार्ग आहेत: फोटोव्होल्टेइक रूपांतरण, फोटोथर्मल रूपांतरण आणि फोटोकेमिकल रूपांतरण. फोटोव्होल्टेइक (PV) वीज निर्मिती, जी सूर्यप्रकाशाचे विजेमध्ये रूपांतर करते, हा सौर ऊर्जेच्या सर्वात कार्यक्षम वापरांपैकी एक आहे.

फोटोव्होल्टेइक परिणाम सर्वप्रथम १८३९ मध्ये फ्रेंच शास्त्रज्ञ एडमंड बेक्वेरेल यांनी पाहिला होता. जेव्हा प्रकाश एखाद्या सेमीकंडक्टरवर पडतो, तेव्हा विद्युत विभवाची निर्मिती होते, यालाच फोटोव्होल्टेइक परिणाम म्हणतात. नंतर, आइन्स्टाईन यांनी प्रकाशाच्या क्वांटम सिद्धांताचा वापर करून या परिणामाचे स्पष्टीकरण दिले, ज्यासाठी त्यांना १९२१ सालचा भौतिकशास्त्रातील नोबेल पुरस्कार मिळाला.

एकाच वाहकावर प्रकाश पडल्यावर होणाऱ्या फोटोइलेक्ट्रिक परिणामाच्या विपरीत, फोटोव्होल्टेइक परिणाम दोन सेमीकंडक्टर प्लेट्सच्या सीमेवर घडतो. तारेने जोडल्यावर, ही सीमा एक विद्युत क्षेत्र निर्माण करते, ज्यामुळे विद्युत प्रवाह वाहू शकतो.

तर, सौर पेशी सूर्यप्रकाशाचे विजेमध्ये रूपांतर कसे करतात? सूर्यप्रकाश हा विद्युतचुंबकीय प्रारणाचा एक विस्तृत वर्णपट आहे. जेव्हा ते सौर पेशीवर पडते, तेव्हा ते प्रारण परावर्तित, शोषले जाऊ शकते किंवा त्यातून आरपार जाऊ शकते. केवळ शोषलेल्या प्रारणाचेच विद्युत ऊर्जेमध्ये रूपांतर होते.

सिलिकॉन-आधारित सेमीकंडक्टरमध्ये, एका इलेक्ट्रॉनला त्याच्या अणूपासून वेगळे करण्यासाठी १.११ इलेक्ट्रॉन व्होल्ट (eV) ऊर्जेची आवश्यकता असते. केवळ या मर्यादेपेक्षा जास्त ऊर्जा असलेले फोटॉनच वीज निर्माण करू शकतात. तथापि, उच्च-ऊर्जा फोटॉनमधील अतिरिक्त ऊर्जा उष्णतेच्या स्वरूपात वाया जाते, ज्यामुळे सौर पॅनेल गरम होते आणि त्याचे तापमान सभोवतालच्या हवेपेक्षा वाढू शकते.

प्रचलित समजुतीच्या विरुद्ध, सिलिकॉन-आधारित सौर पेशींना सूर्यप्रकाशाची गरज असली तरी, त्यांना प्रत्यक्षात थंड वातावरण अधिक पसंत असते. तापमान वाढल्यावर, तेवढाच सूर्यप्रकाश मिळूनही सौर पॅनेल कमी ऊर्जा निर्माण करतात.

उच्च तापमानामुळे प्रामुख्याने ओपन-सर्किट व्होल्टेज (जेव्हा विद्युत प्रवाह वाहत नाही तेव्हाचे व्होल्टेज) कमी होते, जरी शॉर्ट-सर्किट करंट (जेव्हा सेल शॉर्ट-सर्किट होतो तेव्हाचा प्रवाह) तुलनेने स्थिर राहतो. याचा अर्थ असा की, उच्च तापमानामुळे कार्यक्षमता कमी होते आणि आउटपुट पॉवर घटते.

सौर पेशींची चाचणी सामान्यतः २५°C (७७°F) या मानक तापमानावर केली जाते. जेव्हा पॅनेलचे तापमान ६०°C (१४०°F) किंवा त्याहून अधिक होते, तेव्हा त्याची ऊर्जा निर्मिती लक्षणीयरीत्या कमी होते. तापमानातील प्रत्येक अंश वाढीसाठी, शॉर्ट-सर्किट करंटमध्ये केवळ ०.०४% वाढ होते, तर ओपन-सर्किट व्होल्टेजमध्ये ०.४% घट होते.

उन्हाळ्यात कार्यक्षमता कमी होत असली तरी, या ऋतूत मुबलक सूर्यप्रकाश असल्यामुळे इतर ऋतूंच्या तुलनेत एकूण ऊर्जा उत्पादन जास्त होते.