صبح کے سورج سے لے کر انڈور ایل ای ڈی لائٹ تک: روشنی کی شدت فوٹوولٹک خلیوں سے سبز توانائی کو کس طرح متاثر کرتی ہے۔

قابل تجدید توانائی کے مقبول ہونے کے ساتھ، شمسی خلیات آہستہ آہستہ سبز توانائی کے اہم ترین ذرائع میں سے ایک بن گئے ہیں۔ تاہم، بہت سے لوگ اس بات سے واقف نہیں ہوں گے کہ شمسی خلیوں کی بجلی پیدا کرنے کی کارکردگی اور بجلی کی پیداوار مختلف عوامل سے متاثر ہوتی ہے، جن میں سب سے اہم روشنی کی صورتحال ہے۔ تو، روشنی کے حالات شمسی خلیوں سے پیدا ہونے والی طاقت کو کیسے متاثر کرتے ہیں؟ آج ہم اس موضوع کو عام کریں گے۔

1. روشنی کی شدت اور بجلی کی پیداوار
روشنی کی شدت، سیدھے الفاظ میں، فی یونٹ رقبہ سورج کی روشنی کی چمکیلی طاقت ہے۔ شمسی خلیوں کے لیے، روشنی کی شدت جتنی زیادہ ہوگی، شمسی خلیے کو جتنی زیادہ توانائی ملے گی، اس کی پیداواری طاقت اتنی ہی زیادہ ہوگی۔ لہذا، تیز سورج کی روشنی کے ساتھ دھوپ والے دنوں میں، شمسی خلیوں سے پیدا ہونے والی طاقت عام طور پر زیادہ ہوتی ہے۔
فوٹو وولٹک سیل کی بجلی پیدا کرنے کی صلاحیت کو عام طور پر معیاری ٹیسٹ کے حالات میں 1000 W/m² کی روشنی کی شدت پر ماپا جاتا ہے، جو لیبارٹریوں میں دھوپ کے دن کی روشنی کی تقلید کے لیے استعمال ہونے والی معیاری قدر ہے۔ جب روشنی کی شدت میں اضافہ ہوتا ہے، تو شمسی سیل میں فوٹو وولٹک کرنٹ بڑھ جاتا ہے، جس کے نتیجے میں آؤٹ پٹ پاور بڑھ جاتی ہے۔ اس کے برعکس، اگر روشنی کی شدت کم ہو جاتی ہے، مثال کے طور پر ابر آلود دنوں میں یا غروب آفتاب کے اوقات میں، سیل کی طرف سے پیدا ہونے والی طاقت نمایاں طور پر کم ہو جاتی ہے۔
روشنی کی شدت دن کے دوران مختلف ہوتی ہے۔ صبح سویرے شروع ہونے سے، سورج آہستہ آہستہ طلوع ہوتا ہے، روشنی کی شدت میں بھی بتدریج اضافہ ہوتا ہے۔ دوپہر کے وقت، روشنی کی شدت اپنی بلند ترین قدر تک پہنچ جاتی ہے۔ دوپہر میں، جیسے جیسے سورج آہستہ آہستہ مغرب میں ڈوبتا ہے، روشنی کی شدت آہستہ آہستہ کمزور ہوتی جاتی ہے جب تک کہ غروب آفتاب مکمل طور پر غائب نہ ہو جائے۔ سورج کی روشنی کی شدت میں یہ تبدیلی براہ راست ایک دن میں سولر سیل پاور جنریشن کو متاثر کرتی ہے۔

2. روشنی زاویہ اور بجلی کی پیداوار کی کارکردگی
روشنی کا زاویہ شمسی خلیوں کی بجلی کی پیداوار پر بھی بہت زیادہ اثر ڈالے گا۔ جب سورج کی روشنی شمسی سیل کی سطح پر عمودی طور پر واقع ہوتی ہے، تو فوٹوولٹک سیل سب سے زیادہ ہلکی توانائی جذب کر سکتا ہے، اور اس طرح سب سے زیادہ بجلی پیدا کر سکتا ہے۔ اور جب سورج کی روشنی ترچھی ہوتی ہے تو روشنی کا کچھ حصہ منعکس ہو جاتا ہے، بیٹری کے ذریعے جذب ہونے والی روشنی کی توانائی کم ہو جاتی ہے، اور اسی طرح بجلی کی پیداوار کم ہو جاتی ہے۔
خلیوں کی بجلی پیدا کرنے کی کارکردگی کو زیادہ سے زیادہ کرنے کے لیے، بہت سے نظام شمسی سورج سے باخبر رہنے والے آلات سے لیس ہیں جو خود بخود PV خلیوں کے زاویہ کو سورج کی پوزیشن کے مطابق ایڈجسٹ کرتے ہیں تاکہ واقعات کے بہترین زاویے کو برقرار رکھا جا سکے۔ یہ ٹیکنالوجی پی وی سیلز کی مجموعی پاور جنریشن کو بڑھانے میں کارگر ثابت ہوئی ہے۔

3. بجلی کی پیداوار پر روشنی کی مدت کا اثر
روشنی کا دورانیہ بھی ایک اہم عنصر ہے جو شمسی خلیوں کی بجلی کی پیداوار کو متاثر کرتا ہے۔ ایک دن میں روشنی کے گھنٹے جتنے زیادہ ہوں گے، شمسی سیل اتنی ہی زیادہ بجلی پیدا کر سکتا ہے۔ یہی وجہ ہے کہ اونچے عرض بلد پر، سردیوں میں کم روشنی کے اوقات کی وجہ سے شمسی خلیے نسبتاً کم بجلی پیدا کرتے ہیں، جب کہ طویل روشنی کے اوقات والے علاقوں میں سال بھر پیدا ہونے والی بجلی کی مقدار زیادہ ہوتی ہے۔
اس کے علاوہ موسمی تبدیلیاں روشنی کے اوقات کو بھی متاثر کرتی ہیں۔ مثال کے طور پر، گرمیوں میں، جب دن لمبے ہوتے ہیں، شمسی خلیے طویل عرصے تک بجلی پیدا کرنے کے قابل ہوتے ہیں۔ جبکہ سردیوں میں، جب دن کم ہوتے ہیں، تو قدرتی طور پر پیدا ہونے والے وقت اور بجلی کی کل مقدار کم ہو جاتی ہے۔

4. موسمی حالات اور فوٹوولٹک کارکردگی
موسمیاتی حالات بھی شمسی خلیوں سے پیدا ہونے والی طاقت پر نمایاں اثر ڈال سکتے ہیں۔ ابر آلود اور دھندلے حالات میں، سورج کی شعاعوں کو بادلوں یا معلق ذرات سے روکا جاتا ہے، جس کی وجہ سے PV سیل کو حاصل ہونے والی روشنی کی توانائی کی مقدار میں کمی واقع ہو جاتی ہے، اور پیدا ہونے والی بجلی نمایاں طور پر کم ہو جاتی ہے۔ اس کے علاوہ، بارش اور برف پی وی پینلز کے ذریعے روشنی کے جذب کو بھی متاثر کر سکتی ہے، جس سے خلیوں کی بجلی پیدا کرنے کی کارکردگی کم ہو جاتی ہے۔
دلچسپ بات یہ ہے کہ پی وی سیلز کی کارکردگی صرف سورج کی روشنی کی طاقت پر منحصر نہیں ہوتی، بعض اوقات بہت زیادہ سورج کی روشنی بھی اچھی چیز نہیں ہوتی۔ مثال کے طور پر، شمسی خلیوں کی بجلی پیدا کرنے کی کارکردگی اعلی درجہ حرارت کے حالات میں کم ہوتی ہے کیونکہ بڑھتا ہوا درجہ حرارت سیل کے اندر مزاحمت کو بڑھاتا ہے، جس سے بجلی کی پیداوار کم ہوتی ہے۔ یہی وجہ ہے کہ، کچھ علاقوں میں، لوگ اپنے پی وی ماڈیولز کو کولنگ سسٹم کا استعمال کرکے اپنی بجلی پیدا کرنے کی کارکردگی کو بڑھانے کے لیے ٹھنڈا رکھتے ہیں۔

5. سپیکٹرل کمپوزیشن کا اثر
سورج کی روشنی مختلف طول موجوں کے فوٹون پر مشتمل ہوتی ہے، جسے سپیکٹرم کہا جاتا ہے۔ شمسی خلیے روشنی کی مختلف طول موجوں کو مختلف طریقے سے جذب کرتے ہیں، اور طیفی ساخت میں تغیرات کا اثر شمسی خلیوں سے پیدا ہونے والی طاقت پر بھی پڑ سکتا ہے۔ عام طور پر، PV خلیات میں نظر آنے والی روشنی کے لیے جذب کرنے کی کارکردگی سب سے زیادہ ہوتی ہے اور الٹرا وایلیٹ اور انفراریڈ روشنی کے لیے نسبتاً کم جذب ہوتی ہے۔ لہذا، PV خلیوں کی بجلی پیدا کرنے کی کارکردگی اس وقت بہتر ہوتی ہے جب سپیکٹرم میں روشنی کا زیادہ حصہ نظر آتا ہے۔
جب آسمان ابر آلود ہوتا ہے، یا صبح و شام، سورج کی روشنی کا طیف بدل جاتا ہے، دکھائی دینے والے جزو میں کمی اور انفراریڈ جز میں اضافے کے ساتھ، اور اس صورت میں بھی PV سیل کی بجلی پیدا کرنے کی کارکردگی کم ہو جاتی ہے۔ فوٹو وولٹک خلیات کے سپیکٹرل ردعمل کو بہتر بنانے کے لیے، کچھ تحقیق ایسے مواد کی ترقی کے لیے وقف کی گئی ہے جو سورج کے سپیکٹرم کی وسیع رینج کو جذب کرنے کے قابل ہو، جیسے کہ چالکوجینائیڈز، جنہوں نے لیبارٹری کے حالات میں روشنی کو جذب کرنے کی بہتر خصوصیات دکھائی ہیں۔

6. AM 1.5 G ٹیسٹ سٹینڈرڈ
فوٹو وولٹک خلیوں کی جانچ میں، AM 1.5 G کو معیاری سپیکٹرل حالت کے طور پر استعمال کرنا عام ہے۔ AM کا مطلب ہے Air Mass، اور AM 1.5 کا مطلب ہے کہ فضا میں سورج کی شعاعوں کا راستہ فضا میں سورج کے براہ راست عمودی راستے سے ڈیڑھ گنا لمبا ہے۔ AM 1.5 G دنیا بھر میں وسیع پیمانے پر استعمال ہونے والا ایک معیار ہے اور یہ سورج کی شعاعوں کی فضا اور زمین کی سطح پر ایک واضح دن پر گزرنے والی طیفیاتی حالت کی نمائندگی کرتا ہے، جو تقریباً 1000 W/m² کی روشنی کی شدت کے مساوی ہے۔ AM 1.5 G ایک عالمی سطح پر استعمال ہونے والا معیار ہے جو روشنی کی فضا سے اور زمین کی سطح پر ایک واضح دن گزرنے سے پیدا ہونے والے طیفیاتی حالات کی نمائندگی کرتا ہے، اور تقریباً 1000 W/m² کی روشنی کی شدت اور تقریباً 100,000 Lux کی روشنی کی شدت سے مساوی ہے۔
AM 1.5 G کا استعمال اس بات کو یقینی بناتا ہے کہ روزمرہ کے ماحول میں شمسی خلیوں کی کارکردگی کا درست اندازہ لگانے کے لیے تجربہ گاہ میں ٹیسٹ کے حالات حقیقی حالات کے زیادہ سے زیادہ قریب ہوں۔

7. انڈور روشنی کے معیار اور شدت
اندرونی روشنی کی شدت کے لیے قومی معیارات بھی ہیں۔ مثال کے طور پر، چین کے متعلقہ قومی معیارات کے مطابق (مثلاً، بلڈنگ لائٹنگ ڈیزائن سٹینڈرڈ جی بی 50033-2013)، مختلف مقاصد کے لیے اندرونی جگہوں میں روشنی کی مختلف ضروریات ہوتی ہیں۔ عام طور پر، ایک عام دفتری ماحول کے لیے روشنی کی سطح تقریباً 300-500 Lux ہونی چاہیے، جب کہ اسکول کے کلاس روم کے لیے روشنی کا معیار زیادہ ہے، عام طور پر 500 Lux سے اوپر۔
اندرونی روشنی کی شدت کے لیے فی مربع میٹر، جب پاور میں تبدیل ہوتا ہے، تو یہ عام طور پر 5-15 W/m² کے درمیان ہوتا ہے، یہ روشنی کے منبع کی اصل قسم اور روشنی کی کارکردگی پر منحصر ہے۔ روشنی کی یہ شدت بیرونی سورج کی روشنی کے معیار سے بہت کم ہے، لیکن روزانہ کی سرگرمیوں اور گھر کے اندر روشنی کے لیے کافی ہے۔

8. روشنی کے حالات کو متاثر کرنے والے ماحولیاتی عوامل
اوپر بتائے گئے عوامل کے علاوہ، دھول، پرندوں کے قطرے، پتے وغیرہ جیسے آلودگیوں کے سایہ پی وی سیلز کی روشنی کی حالت کو بھی متاثر کر سکتے ہیں، اس طرح پیدا ہونے والی بجلی کو کم کر دیتی ہے۔ یہ رکاوٹیں سورج کی روشنی کے کچھ حصے کو فوٹوولٹک سیل کی سطح تک پہنچنے سے روکیں گی، نام نہاد "ہاٹ اسپاٹ ایفیکٹ" کی تشکیل، یعنی بلاک شدہ سیل کا درجہ حرارت بڑھتا ہے، نہ صرف کارکردگی کو کم کرتا ہے، بلکہ سیل کو نقصان بھی پہنچا سکتا ہے۔
اس کو روکنے کے لیے، پی وی سیلز کو باقاعدگی سے صاف کرنے کی ضرورت ہے تاکہ یہ یقینی بنایا جا سکے کہ سطح صاف رہے اور روشنی کو زیادہ سے زیادہ جذب کیا جا سکے۔ ریت اور دھول یا اکثر پرندوں کی سرگرمی والے علاقوں میں واقع کچھ علاقوں کے لیے، خود صفائی کی کوٹنگ لگانا یا صفائی کا نظام قائم کرنا دونوں زیادہ مؤثر حل ہیں۔