سولر فوٹوولٹک ٹیکنالوجی کی ترقی

تکنیکی ترقی اور صنعت کی پیمائش کے ساتھ، فوٹو وولٹک (PV) پاور جنریشن کی لاگت مسلسل کم ہوتی جا رہی ہے، جو اسے مستقبل میں پائیدار ترقی کے لیے توانائی کے ایک اہم ذریعہ کے طور پر رکھتی ہے۔

فوٹوولٹک ٹیکنالوجی کے اہم اجزاء
PV پاور جنریشن ٹیکنالوجی کا بنیادی جزو سولر PV سیل ہے۔ شمسی پی وی خلیوں کے ارتقاء کو تین نسلوں میں درجہ بندی کیا جا سکتا ہے۔ پہلی نسل سلکان پر مبنی سولر سیلز پر مشتمل ہے۔ دوسری نسل میں پتلی فلم کے شمسی خلیات شامل ہیں۔ اور تیسری نسل میں نئی ​​ٹیکنالوجیز شامل ہیں جیسے کہ ہائی ارتکاز فوٹوولٹک (HCPV) خلیات، نامیاتی شمسی خلیات، لچکدار شمسی خلیات، اور ڈائی سنسیٹائزڈ سولر سیل۔ فی الحال، سلیکون پر مبنی سولر سیلز مارکیٹ پر حاوی ہیں، جبکہ پتلی فلم والے سیل آہستہ آہستہ مارکیٹ شیئر حاصل کر رہے ہیں۔ زیادہ تر تیسری نسل کے خلیات، سوائے HCPV کے، ابھی تک تحقیق کے مرحلے میں ہیں۔

سلیکون پر مبنی سولر سیل

سلکان پر مبنی سولر سیلز میں، مونوکریسٹل لائن سلکان ٹیکنالوجی سب سے زیادہ پختہ ہے۔ ان خلیات کی کارکردگی اور لاگت بنیادی طور پر مینوفیکچرنگ کے عمل سے متاثر ہوتی ہے، جس میں پنڈ کاسٹنگ، ویفر سلائسنگ، ڈفیوژن، ٹیکسچرنگ، اسکرین پرنٹنگ، اور سنٹرنگ جیسے اقدامات شامل ہیں۔ اس روایتی عمل کے ذریعے تیار کردہ شمسی خلیات عام طور پر 16-18% کی فوٹو الیکٹرک تبدیلی کی کارکردگی حاصل کرتے ہیں۔

مونو کرسٹل لائن سلکان سولر سیلز کی تبادلوں کی کارکردگی سب سے زیادہ ہے لیکن یہ سب سے مہنگے بھی ہیں۔ پولی کرسٹل لائن سلکان سولر سیلز بڑے پیمانے پر پیداوار کے لیے موزوں بڑے سائز کے مربع سلکان انگوٹوں کو براہ راست تیار کرکے لاگت میں اچھی کمی پیش کرتے ہیں۔ یہ عمل آسان ہے، طاقت بچاتا ہے، سلکان مواد کو محفوظ رکھتا ہے، اور کم مواد کے معیار کی ضرورت ہوتی ہے۔

شمسی خلیوں کی لاگت کو کم کرنا دو اہم حکمت عملیوں کے ذریعے حاصل کیا جا سکتا ہے: مواد کی کھپت کو کم کرنا (مثال کے طور پر، سلکان ویفر کی موٹائی کو کم کرنا) اور تبادلوں کی کارکردگی میں اضافہ۔ کارکردگی کو بڑھانے کے طریقوں میں روشنی جذب کو بڑھانا (مثلاً، سطح کی ساخت، اینٹی ریفلیکٹیو کوٹنگ، سامنے کے الیکٹروڈ کی چوڑائی کو کم کرنا)، فوٹو جنریٹڈ کیریئرز کے دوبارہ ملاپ کو کم کرنا (مثلاً، ایمیٹر پاسیویشن)، اور مزاحمت کو کم کرنا (مثلاً، لوکلائزڈ ڈوپنگ، بیک سرفیس فیلڈ ٹیکنالوجی) شامل ہیں۔

مونو کرسٹل لائن سلکان سولر سیلز کے لیے سب سے زیادہ ریکارڈ شدہ تبادلوں کی کارکردگی 24.7% ہے، جو نیو ساؤتھ ویلز یونیورسٹی کے PERL سٹرکچر سولر سیل کے ذریعے حاصل کی گئی ہے۔ کلیدی تکنیکی خصوصیات میں سلیکون کی سطح پر کم فاسفورس ڈوپنگ کا ارتکاز شامل ہے تاکہ سطح کی بحالی کو کم کیا جا سکے، اچھے اوہامک رابطے بنانے کے لیے اگلی اور عقبی سطح کے الیکٹروڈ کے نیچے زیادہ ارتکاز کا پھیلاؤ، اور سامنے کی سطح کے الیکٹروڈ کو تنگ کرنے کے لیے فوٹو لیتھوگرافی کا استعمال، روشنی جذب کرنے کے علاقے میں اضافہ۔ تاہم، اس ٹیکنالوجی کو صنعتی بنانا ابھی باقی ہے۔

کارکردگی کو بہتر بنانے کے لیے دیگر تکنیکوں میں بی پی سولر کی سطح کے گروووڈ ٹیکسچرڈ سیلز اور بیک کانٹیکٹ (EWT) ٹیکنالوجی شامل ہیں۔ سابقہ ​​لیزر گروونگ کے ذریعے 18.3٪ کی کارکردگی حاصل کرتا ہے، جو سامنے والے الیکٹروڈ کی چوڑائی کو کم کرتا ہے اور روشنی جذب کو بڑھاتا ہے۔ مؤخر الذکر سامنے والے الیکٹروڈز کو پیچھے لا کر، روشنی کو جذب کرنے والے علاقے کو بڑھا کر 21.3% کی کارکردگی حاصل کرتا ہے۔

پتلی فلم سولر سیلز

جبکہ کرسٹل لائن سلکان سولر سیلز اپنی اعلی کارکردگی کی وجہ سے غالب رہتے ہیں، لیکن سلیکون مواد کی زیادہ قیمت کی وجہ سے ان کی لاگت کو نمایاں طور پر کم کرنا مشکل ہے۔ پتلی فلم شمسی خلیات، جو کم مواد استعمال کرتے ہیں، ایک سرمایہ کاری مؤثر متبادل کے طور پر سامنے آئے ہیں۔ پتلی فلم کے خلیات کی اہم اقسام میں سلکان پر مبنی پتلی فلمی خلیے، کیڈمیم ٹیلرائڈ (سی ڈی ٹی ای) خلیے، اور کاپر انڈیم گیلیم سیلینائیڈ (سی آئی جی ایس) خلیے شامل ہیں۔

سلکان پر مبنی پتلی فلم کے خلیے صرف 2 مائیکرو میٹر موٹے ہوتے ہیں، جو کرسٹل لائن سلکان خلیوں کے لیے درکار سلکان مواد کا تقریباً 1.5 فیصد استعمال کرتے ہیں۔ PN جنکشن کی تعداد پر منحصر ہے، یہ خلیے سنگل جنکشن، ڈبل جنکشن، یا ملٹی جنکشن ہو سکتے ہیں، ہر ایک سورج کی روشنی کی مختلف طول موج کو جذب کرنے کی صلاحیت رکھتا ہے۔ سنگل جنکشن سیلز کی سب سے زیادہ کارکردگی تقریباً 7% ہے، جبکہ ڈبل جنکشن سیلز 10% تک پہنچ سکتے ہیں۔

CdTe پتلی فلم کے خلیے اپنی روشنی جذب کرنے کی اچھی خصوصیات کی وجہ سے اعلیٰ کارکردگی (12% تک) پیش کرتے ہیں۔ تاہم، کیڈمیم کی سرطان پیدا کرنے والی نوعیت اور ٹیلوریم کے محدود قدرتی ذخائر طویل مدتی ترقی کے چیلنجز کا باعث بنتے ہیں۔

CIGS پتلی فلم کے خلیوں کو اعلی کارکردگی والی پتلی فلم ٹیکنالوجی کا مستقبل سمجھا جاتا ہے۔ مینوفیکچرنگ کے عمل کو ایڈجسٹ کرنے سے، ان کی روشنی جذب کو بہتر بنایا جا سکتا ہے، جس کی وجہ سے تبادلوں کی اعلی کارکردگی ہوتی ہے۔ فی الحال، لیبارٹری کی افادیت 20.1% تک پہنچ جاتی ہے، جب کہ تجارتی مصنوعات 13-14% تک پہنچ جاتی ہیں، جس سے وہ پتلی فلمی خلیوں میں سب سے زیادہ کارآمد ہوتے ہیں۔

تیسری نسل کے خلیے

نظریاتی طور پر، تیسری نسل کے خلیات اعلی تبادلوں کی صلاحیتوں کو حاصل کر سکتے ہیں۔ HCPV کے علاوہ، زیادہ تر ابھی بھی تحقیق کے مرحلے میں ہیں۔ HCPV خلیے عام طور پر III-V سیمی کنڈکٹر مواد استعمال کرتے ہیں، جن میں گرمی کی مزاحمت زیادہ ہوتی ہے اور اعلی روشنی کے تحت اعلیٰ تبدیلی کی کارکردگی کو برقرار رکھتے ہیں۔ ملٹی جنکشن ڈھانچے ان خلیوں کو شمسی سپیکٹرم سے قریب سے ملنے کی اجازت دیتے ہیں، نظریاتی افادیت کے ساتھ 68% تک۔ تجارتی پیداوار 40 فیصد سے زیادہ کارکردگی حاصل کر سکتی ہے۔

سولر سیلز ماڈیولز میں سمیٹے ہوئے ہیں، اور ان کی ایپلی کیشنز ان کی خصوصیات اور مارکیٹ کی طلب پر منحصر ہیں۔ ابتدائی ایپلی کیشنز میں کمیونیکیشن بیس اسٹیشنز اور سیٹلائٹ شامل تھے، جو بعد میں رہائشی علاقوں جیسے شمسی چھتوں تک پھیل گئے۔ ان منظرناموں میں، محدود تنصیب کے علاقوں اور اعلی توانائی کی کثافت کو پسندیدہ کرسٹل لائن سلیکون ماڈیولز کی ضرورت ہے۔ بڑے پیمانے پر سولر پاور پلانٹس اور بلڈنگ انٹیگریٹڈ فوٹوولٹکس (BIPV) کی ترقی کے ساتھ، لاگت پر غور کرنے سے پتلی فلم سیل ایپلی کیشنز میں اضافہ ہوا ہے۔ ماحولیاتی اور موسمی حالات بھی مختلف ٹیکنالوجیز کو اپنانے پر اثر انداز ہوتے ہیں۔

سولر فوٹوولٹک ٹیکنالوجی کی ایپلی کیشنز

شمسی تابکاری کو قابل استعمال بجلی میں تبدیل کرنے کے لیے ایک مکمل سولر پی وی سسٹم کی ضرورت ہوتی ہے۔ سولر پی وی سیل اس سسٹم کی بنیاد بناتے ہیں، جس میں انورٹرز، بیٹریاں، مانیٹرنگ سسٹم، اور ڈسٹری بیوشن سسٹم بھی شامل ہیں۔

پی وی سسٹم کی درجہ بندی اور ساخت

سولر پی وی سسٹمز کو آف گرڈ یا گرڈ ٹائیڈ کے طور پر درجہ بندی کیا گیا ہے۔ آف گرڈ سسٹم اسٹینڈ لون یا ہائبرڈ ہو سکتے ہیں۔

اسٹینڈ اسٹون سسٹم عام طور پر دور دراز علاقوں، کمیونیکیشن بیس اسٹیشنز اور سولر اسٹریٹ لائٹس میں استعمال ہوتے ہیں، مکمل طور پر شمسی توانائی پر انحصار کرتے ہیں۔ ان میں سولر ماڈیولز، انورٹرز، کنٹرولرز، بیٹریاں، ڈسٹری بیوشن سسٹم، اور بجلی سے تحفظ شامل ہیں۔ بیٹریاں اور کنٹرولرز سسٹم کی لاگت اور عمر کو نمایاں طور پر متاثر کرتے ہیں۔ ہائبرڈ سسٹم شمسی توانائی کو دوسرے ذرائع جیسے ڈیزل جنریٹر یا ونڈ ٹربائنز کے ساتھ جوڑتے ہیں۔

گرڈ سے بندھے ہوئے نظام، جو عام طور پر شمسی چھتوں اور بڑے پی وی پاور پلانٹس کے لیے استعمال ہوتے ہیں، کو ذخیرہ کرنے کے آلات کی ضرورت نہیں ہوتی، جس سے اخراجات کم ہوتے ہیں۔ ان سسٹمز میں سولر ماڈیولز، انورٹرز، ڈسٹری بیوشن سسٹم، بجلی سے تحفظ اور مانیٹرنگ سسٹم شامل ہیں۔ فی الحال، تمام شمسی ایپلی کیشنز کا 80% گرڈ سے منسلک نظام ہے۔

دیگر PV پاور جنریشن ٹیکنالوجیز

سولر پی وی سیل ٹیکنالوجی کے علاوہ، انورٹر ٹیکنالوجی، گرڈ انٹیگریشن، اسٹوریج، اور ذہین نگرانی PV پاور جنریشن سسٹمز کے لیے اہم ہیں:

سولر سیل آؤٹ پٹ پاور شمسی تابکاری کی شدت کے ساتھ مختلف ہوتی ہے، جو وقفے وقفے سے ہوتی ہے۔ بڑے پیمانے پر گرڈ انضمام گرڈ کو متاثر کر سکتا ہے، جس سے گرڈ کنٹرول اور جزیرے کی حفاظت ضروری ہے۔
سولر ماڈیول آؤٹ پٹ ڈائریکٹ کرنٹ (DC) ہے، جس میں انورٹرز کے ذریعے الٹرنیٹنگ کرنٹ (AC) میں اعلیٰ معیار کی تبدیلی کی ضرورت ہوتی ہے۔
ماڈیول پاور آؤٹ پٹ درجہ حرارت اور شیڈنگ، ضروری نظام کی نگرانی اور الارم سسٹم جیسے عوامل سے متاثر ہو سکتا ہے۔
دور دراز علاقوں میں پی وی پاور پلانٹس کے لیے ریموٹ کنٹرول ٹیکنالوجی بہت ضروری ہے۔
چین سولر ماڈیول کی پیداوار میں معیار اور پیمانے کے لحاظ سے سرفہرست ہے۔ انڈسٹری چین کے اندر زیادہ منافع بخش علاقوں میں سلکان پیوریفیکیشن، انورٹرز، مانیٹرنگ سسٹم، اور PV آلات کی تیاری شامل ہیں۔ ان اہم شعبوں میں کامیابیاں حاصل کرنا چین کی PV صنعت کے لیے ایک چیلنج ہے۔

سولر پی وی پاور جنریشن کی موجودہ صورتحال اور مستقبل کے امکانات