फोटोवोल्टिक विद्युत उत्पादन को समझना

फोटोवोल्टिक बिजली उत्पादन एक ऐसी तकनीक है जो सेमीकंडक्टर इंटरफेस के फोटोवोल्टिक प्रभाव का उपयोग करके सीधे प्रकाश ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करती है। इस तकनीक का प्रमुख तत्व सौर सेल है। सौर कोशिकाओं को श्रृंखला में जोड़ने के बाद, उन्हें एक बड़े क्षेत्र के सौर सेल मॉड्यूल बनाने के लिए पैक और संरक्षित किया जा सकता है, और फिर एक फोटोवोल्टिक बिजली उत्पादन उपकरण बनाने के लिए बिजली नियंत्रकों और अन्य घटकों के साथ जोड़ा जा सकता है।

1 फोटोवोल्टिक प्रभाव

यदि प्रकाश एक सौर सेल से टकराता है और प्रकाश इंटरफ़ेस परत पर अवशोषित होता है, तो पर्याप्त ऊर्जा वाले फोटॉन पी-टाइप और एन-टाइप सिलिकॉन दोनों में सहसंयोजक बंधों से इलेक्ट्रॉनों को उत्तेजित कर सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप इलेक्ट्रॉन-छेद जोड़े होते हैं। इंटरफ़ेस परत के पास के इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों को पुनर्संयोजन से पहले अंतरिक्ष आवेशों के विद्युत क्षेत्र प्रभाव द्वारा एक दूसरे से अलग किया जाएगा। इलेक्ट्रॉन धनावेशित N क्षेत्र की ओर बढ़ते हैं और ऋणावेशित P क्षेत्र की ओर छिद्र करते हैं। इंटरफ़ेस परत के माध्यम से चार्ज पृथक्करण पी और एन क्षेत्रों के बीच एक बाहरी रूप से मापने योग्य वोल्टेज उत्पन्न करेगा। इस समय, इलेक्ट्रोड को सिलिकॉन वेफर के दोनों किनारों पर जोड़ा जा सकता है और वोल्टमीटर से जोड़ा जा सकता है। क्रिस्टलीय सिलिकॉन सौर कोशिकाओं के लिए, ओपन सर्किट वोल्टेज का विशिष्ट मूल्य 0.5 से 0.6V है। इंटरफ़ेस परत पर प्रकाश द्वारा उत्पन्न अधिक इलेक्ट्रॉन-छेद जोड़े, वर्तमान प्रवाह जितना अधिक होगा। इंटरफ़ेस परत द्वारा जितनी अधिक प्रकाश ऊर्जा अवशोषित की जाती है, इंटरफ़ेस परत उतनी ही बड़ी होती है, यानी सेल क्षेत्र, और सौर सेल में जितना अधिक करंट बनता है।

2. सिद्धांत

एक नया होल-इलेक्ट्रॉन जोड़ी बनाने के लिए अर्धचालक pn जंक्शन पर सूर्य का प्रकाश चमकता है। पीएन जंक्शन विद्युत क्षेत्र की कार्रवाई के तहत, छेद n क्षेत्र से p क्षेत्र में प्रवाहित होते हैं, और इलेक्ट्रॉन p क्षेत्र से n क्षेत्र में प्रवाहित होते हैं। सर्किट चालू होने के बाद, एक करंट बनता है। इस प्रकार फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव सौर सेल काम करते हैं।

सौर ऊर्जा उत्पादन के दो तरीके हैं, एक प्रकाश-गर्मी-विद्युत रूपांतरण है, और दूसरा प्रकाश-विद्युत प्रत्यक्ष रूपांतरण है।

(1) प्रकाश-गर्मी-विद्युत रूपांतरण विधि सौर विकिरण द्वारा उत्पन्न तापीय ऊर्जा का उपयोग करके बिजली उत्पन्न करती है। आम तौर पर, सौर कलेक्टर अवशोषित थर्मल ऊर्जा को काम करने वाले माध्यम की भाप में परिवर्तित करता है, और फिर बिजली उत्पन्न करने के लिए भाप टरबाइन को चलाता है। पिछली प्रक्रिया एक प्रकाश-से-गर्मी रूपांतरण प्रक्रिया है; बाद की प्रक्रिया एक गर्मी से बिजली रूपांतरण प्रक्रिया है, जो सामान्य तापीय बिजली उत्पादन के समान है। सौर तापीय बिजली उत्पादन का नुकसान यह है कि दक्षता बहुत कम है और लागत अधिक है। यह अनुमान है कि इसका निवेश सामान्य ताप विद्युत उत्पादन की तुलना में कम से कम अधिक है। पावर स्टेशन 5 से 10 गुना अधिक महंगे हैं।

(2) प्रकाश-से-विद्युत प्रत्यक्ष रूपांतरण विधि यह विधि सौर विकिरण ऊर्जा को सीधे विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करने के लिए फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव का उपयोग करती है। प्रकाश-से-विद्युत रूपांतरण के लिए मूल उपकरण सौर सेल हैं। सौर सेल एक ऐसा उपकरण है जो फोटोवोल्टिक प्रभाव के कारण सूर्य के प्रकाश की ऊर्जा को सीधे विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है। यह एक अर्धचालक फोटोडायोड है। जब सूर्य फोटोडायोड पर चमकता है, तो फोटोडायोड सूर्य की प्रकाश ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करेगा और बिजली उत्पन्न करेगा। वर्तमान। जब कई सेल श्रृंखला में या समानांतर में जुड़े होते हैं, तो यह अपेक्षाकृत बड़ी आउटपुट पावर के साथ सौर सेल सरणी बन सकता है। सौर सेल तीन प्रमुख लाभों के साथ एक आशाजनक नए प्रकार का ऊर्जा स्रोत हैं: स्थायित्व, स्वच्छता और लचीलापन। सौर कोशिकाओं की लंबी सेवा जीवन होती है। जब तक सूर्य मौजूद है, एक निवेश के साथ सौर कोशिकाओं का लंबे समय तक उपयोग किया जा सकता है; और थर्मल पावर, परमाणु ऊर्जा उत्पादन। इसके विपरीत, सौर सेल पर्यावरण प्रदूषण का कारण नहीं बनते हैं।

3. सिस्टम संरचना

फोटोवोल्टिक बिजली उत्पादन प्रणाली सौर सेल सरणियों, बैटरी पैक, चार्ज और डिस्चार्ज कंट्रोलर, इनवर्टर, एसी बिजली वितरण कैबिनेट, सन ट्रैकिंग कंट्रोल सिस्टम और अन्य उपकरणों से बना है। इसके कुछ उपकरण कार्य हैं:

बैटरी सरणी

जब प्रकाश होता है (चाहे वह सूर्य का प्रकाश हो या अन्य प्रकाशकों द्वारा उत्पन्न प्रकाश), बैटरी प्रकाश ऊर्जा को अवशोषित करती है, और बैटरी के दोनों सिरों पर विपरीत-संकेत आवेशों का संचय होता है, अर्थात एक "फोटोजेनरेटेड वोल्टेज" उत्पन्न होता है, जो "फोटोवोल्टिक प्रभाव" है। फोटोवोल्टिक प्रभाव की क्रिया के तहत, सौर सेल के दो सिरे इलेक्ट्रोमोटिव बल उत्पन्न करते हैं, जो प्रकाश ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है, जो एक ऊर्जा रूपांतरण उपकरण है। सौर सेल आमतौर पर सिलिकॉन सेल होते हैं, जिन्हें तीन प्रकारों में विभाजित किया जाता है: मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन सोलर सेल, पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन सोलर सेल और अनाकार सिलिकॉन सोलर सेल।

बैटरी पैक

इसका कार्य सौर सेल सरणी द्वारा उत्सर्जित विद्युत ऊर्जा को प्रकाशित होने पर संग्रहीत करना और किसी भी समय लोड को बिजली की आपूर्ति करना है। सौर सेल बिजली उत्पादन में उपयोग किए जाने वाले बैटरी पैक की बुनियादी आवश्यकताएं हैं: a. कम स्व-निर्वहन दर; बी। लंबी सेवा जीवन; सी। मजबूत गहरी निर्वहन क्षमता; डी। उच्च चार्जिंग दक्षता; इ। कम रखरखाव या रखरखाव मुक्त; एफ। काम कर रहे तापमान वाइड रेंज; जी। कम कीमत।

नियंत्रक

यह एक ऐसा उपकरण है जो बैटरी को ओवरचार्जिंग और ओवरडिस्चार्जिंग से स्वचालित रूप से रोक सकता है। चूंकि चार्ज और डिस्चार्ज के चक्रों की संख्या और बैटरी के डिस्चार्ज की गहराई बैटरी के सेवा जीवन को निर्धारित करने में महत्वपूर्ण कारक हैं, एक चार्ज और डिस्चार्ज कंट्रोलर जो बैटरी पैक के ओवरचार्ज या ओवरडिस्चार्ज को नियंत्रित कर सकता है, एक आवश्यक उपकरण है।

पलटनेवाला

एक उपकरण जो प्रत्यक्ष धारा को प्रत्यावर्ती धारा में परिवर्तित करता है। चूंकि सौर सेल और बैटरियां डीसी पावर स्रोत हैं,

जब लोड एक एसी लोड होता है, तो एक इन्वर्टर आवश्यक होता है। ऑपरेशन मोड के अनुसार, इनवर्टर को स्वतंत्र ऑपरेशन इनवर्टर और ग्रिड से जुड़े इनवर्टर में विभाजित किया जा सकता है। स्टैंड-अलोन इनवर्टर का उपयोग स्टैंड-अलोन सोलर सेल पावर सिस्टम में स्टैंड-अलोन लोड को पावर देने के लिए किया जाता है। ग्रिड से जुड़े इनवर्टर का उपयोग ग्रिड से जुड़े सौर सेल बिजली उत्पादन प्रणालियों के लिए किया जाता है। इन्वर्टर को आउटपुट वेवफॉर्म के अनुसार स्क्वायर वेव इन्वर्टर और साइन वेव इन्वर्टर में विभाजित किया जा सकता है। स्क्वायर वेव इन्वर्टर में एक साधारण सर्किट और कम लागत होती है, लेकिन इसमें एक बड़ा हार्मोनिक घटक होता है। यह आमतौर पर कई सौ वाट से कम और कम हार्मोनिक आवश्यकताओं के साथ सिस्टम में उपयोग किया जाता है। साइन वेव इनवर्टर महंगे हैं, लेकिन विभिन्न भारों पर लागू किए जा सकते हैं।

4. सिस्टम वर्गीकरण

फोटोवोल्टिक बिजली उत्पादन प्रणाली को स्वतंत्र फोटोवोल्टिक बिजली उत्पादन प्रणाली, ग्रिड से जुड़े फोटोवोल्टिक बिजली उत्पादन प्रणाली और वितरित फोटोवोल्टिक बिजली उत्पादन प्रणाली में विभाजित किया गया है।

1. स्वतंत्र फोटोवोल्टिक बिजली उत्पादन को ऑफ-ग्रिड फोटोवोल्टिक बिजली उत्पादन भी कहा जाता है। यह मुख्य रूप से सौर सेल घटकों, नियंत्रकों और बैटरी से बना है। एसी लोड को बिजली की आपूर्ति करने के लिए, एक एसी इन्वर्टर को कॉन्फ़िगर करने की आवश्यकता है। स्वतंत्र फोटोवोल्टिक बिजली स्टेशनों में दूरदराज के क्षेत्रों में ग्रामीण बिजली आपूर्ति प्रणाली, सौर घरेलू बिजली आपूर्ति प्रणाली, संचार सिग्नल बिजली आपूर्ति, कैथोडिक सुरक्षा, सौर स्ट्रीट लाइट और बैटरी के साथ अन्य फोटोवोल्टिक बिजली उत्पादन प्रणाली शामिल हैं जो स्वतंत्र रूप से संचालित हो सकती हैं।

2. ग्रिड से जुड़े फोटोवोल्टिक बिजली उत्पादन का मतलब है कि सौर मॉड्यूल द्वारा उत्पन्न प्रत्यक्ष धारा को प्रत्यावर्ती धारा में परिवर्तित किया जाता है जो ग्रिड से जुड़े इन्वर्टर के माध्यम से मुख्य ग्रिड की आवश्यकताओं को पूरा करता है और फिर सीधे सार्वजनिक ग्रिड से जुड़ा होता है।

इसे बैटरी के साथ और बिना ग्रिड से जुड़े बिजली उत्पादन प्रणालियों में विभाजित किया जा सकता है। बैटरी के साथ ग्रिड से जुड़ी बिजली उत्पादन प्रणाली शेड्यूल करने योग्य है और इसे जरूरत के अनुसार पावर ग्रिड में एकीकृत या वापस लिया जा सकता है। इसमें बैकअप बिजली आपूर्ति का कार्य भी है, जो किसी कारण से बिजली ग्रिड के कट जाने पर आपातकालीन बिजली आपूर्ति प्रदान कर सकता है। बैटरियों के साथ फोटोवोल्टिक ग्रिड से जुड़ी बिजली उत्पादन प्रणाली अक्सर आवासीय भवनों में स्थापित की जाती है; बैटरी के बिना ग्रिड से जुड़े बिजली उत्पादन सिस्टम में प्रेषण और बैकअप पावर के कार्य नहीं होते हैं, और आम तौर पर बड़े सिस्टम पर स्थापित होते हैं। ग्रिड से जुड़े फोटोवोल्टिक बिजली उत्पादन ने बड़े पैमाने पर ग्रिड से जुड़े फोटोवोल्टिक बिजली स्टेशनों को केंद्रीकृत किया है, जो आम तौर पर राष्ट्रीय स्तर के बिजली स्टेशन हैं। हालांकि, इस तरह का पावर स्टेशन अपने बड़े निवेश, लंबी निर्माण अवधि और बड़े क्षेत्र के कारण ज्यादा विकसित नहीं हुआ है। वितरित छोटे पैमाने पर ग्रिड से जुड़े फोटोवोल्टिक, विशेष रूप से फोटोवोल्टिक भवन-एकीकृत फोटोवोल्टिक बिजली उत्पादन, छोटे निवेश, तेजी से निर्माण, छोटे पदचिह्न और मजबूत नीति समर्थन के फायदे के कारण ग्रिड से जुड़े फोटोवोल्टिक बिजली उत्पादन की मुख्यधारा हैं।

3. वितरित फोटोवोल्टिक बिजली उत्पादन प्रणाली, जिसे वितरित बिजली उत्पादन या वितरित ऊर्जा आपूर्ति के रूप में भी जाना जाता है, विशिष्ट उपयोगकर्ताओं की जरूरतों को पूरा करने और मौजूदा का समर्थन करने के लिए उपयोगकर्ता साइट पर या बिजली साइट के पास एक छोटी फोटोवोल्टिक बिजली आपूर्ति प्रणाली के विन्यास को संदर्भित करता है। वितरण नेटवर्क आर्थिक संचालन, या एक ही समय में दोनों पहलुओं की आवश्यकताओं को पूरा।

4. वितरित फोटोवोल्टिक बिजली उत्पादन प्रणाली के बुनियादी उपकरण में फोटोवोल्टिक सेल घटक, फोटोवोल्टिक वर्ग सरणी ब्रैकेट, डीसी कॉम्बिनर बॉक्स, डीसी बिजली वितरण कैबिनेट, ग्रिड से जुड़े इनवर्टर, एसी बिजली वितरण अलमारियाँ और अन्य उपकरण, साथ ही बिजली आपूर्ति प्रणाली शामिल हैं। निगरानी उपकरण और पर्यावरण निगरानी उपकरण। इसका संचालन मोड यह है कि सौर विकिरण की स्थिति के तहत, फोटोवोल्टिक बिजली उत्पादन प्रणाली की सौर सेल मॉड्यूल सरणी सौर ऊर्जा से आउटपुट विद्युत ऊर्जा को परिवर्तित करती है, और इसे डीसी कंबाइनर बॉक्स और ग्रिड के माध्यम से डीसी बिजली वितरण कैबिनेट में भेजती है। -कनेक्टेड इन्वर्टर इसे एसी बिजली की आपूर्ति में बदल देता है। भवन स्वयं भरा हुआ है, और अतिरिक्त या अपर्याप्त बिजली को ग्रिड से जोड़कर नियंत्रित किया जाता है।

5. फायदे और नुकसान

आमतौर पर इस्तेमाल की जाने वाली बिजली उत्पादन प्रणालियों की तुलना में, सौर फोटोवोल्टिक बिजली उत्पादन के फायदे मुख्य रूप से परिलक्षित होते हैं:

सौर ऊर्जा को सबसे आदर्श नई ऊर्जा कहा जाता है। कमी का कोई खतरा नहीं; सुरक्षित और विश्वसनीय, कोई शोर नहीं, कोई प्रदूषण निर्वहन नहीं, बिल्कुल साफ (कोई प्रदूषण नहीं); यह संसाधनों के भौगोलिक वितरण तक सीमित नहीं है, और छतों के निर्माण के लाभों का उपयोग किया जा सकता है; ईंधन की खपत और पारेषण लाइनों को खड़ा करने की कोई आवश्यकता नहीं है स्थानीय बिजली उत्पादन और बिजली की आपूर्ति; उच्च ऊर्जा गुणवत्ता; उपयोगकर्ताओं को भावनात्मक रूप से स्वीकार करना आसान होता है; निर्माण की अवधि कम है, और ऊर्जा प्राप्त करने में लगने वाला समय कम है।

कमी:

विकिरण का ऊर्जा वितरण घनत्व छोटा है, अर्थात यह एक विशाल क्षेत्र लेता है; प्राप्त ऊर्जा चार मौसमों, दिन और रात, बादल और धूप और अन्य मौसम संबंधी स्थितियों से संबंधित है। बिजली उत्पन्न करने के लिए सौर ऊर्जा के उपयोग में उच्च उपकरण लागत होती है, लेकिन सौर ऊर्जा की उपयोग दर कम होती है, इसलिए इसका व्यापक रूप से उपयोग नहीं किया जा सकता है। यह मुख्य रूप से कुछ विशेष वातावरणों में उपयोग किया जाता है, जैसे कि उपग्रह।

6. आवेदन क्षेत्र

1. उपयोक्ता सौर ऊर्जा आपूर्ति: (1) 10-100W से लेकर छोटी बिजली की आपूर्ति, बिना बिजली के दूरदराज के क्षेत्रों में उपयोग की जाती है जैसे पठारों, द्वीपों, देहाती क्षेत्रों, सीमा चौकियों और अन्य सैन्य और नागरिक जीवन बिजली, जैसे प्रकाश व्यवस्था , टीवी, टेप रिकॉर्डर, आदि; (2) 3 -5किलोवाट घरेलू रूफटॉप ग्रिड से जुड़ी बिजली उत्पादन प्रणाली; (3) फोटोवोल्टिक पानी पंप: बिजली के बिना क्षेत्रों में पीने और गहरे कुओं की सिंचाई की समस्या को हल करता है।

2. यातायात क्षेत्र जैसे नेविगेशन रोशनी, यातायात/रेलवे सिग्नल रोशनी, यातायात चेतावनी/सिग्नल रोशनी, युक्सियांग स्ट्रीट लाइट, उच्च ऊंचाई बाधा रोशनी, राजमार्ग/रेलवे वायरलेस फोन बूथ, अनुपस्थित सड़क शिफ्ट बिजली आपूर्ति इत्यादि।

3. संचार / संचार क्षेत्र: सौर अप्राप्य माइक्रोवेव रिले स्टेशन, ऑप्टिकल केबल रखरखाव स्टेशन, प्रसारण / संचार / पेजिंग बिजली आपूर्ति प्रणाली; ग्रामीण वाहक टेलीफोन फोटोवोल्टिक प्रणाली, छोटी संचार मशीन, सैनिकों के लिए जीपीएस बिजली की आपूर्ति, आदि।

4. पेट्रोलियम, समुद्री और मौसम विज्ञान क्षेत्र: तेल पाइपलाइनों और जलाशय के फाटकों के लिए कैथोडिक संरक्षण सौर ऊर्जा प्रणाली, तेल ड्रिलिंग प्लेटफार्मों के लिए जीवन और आपातकालीन बिजली आपूर्ति, समुद्री पहचान उपकरण, मौसम विज्ञान / जल विज्ञान अवलोकन उपकरण, आदि।

5. घरेलू लैंप के लिए बिजली की आपूर्ति: जैसे गार्डन लैंप, स्ट्रीट लैंप, पोर्टेबल लैंप, कैंपिंग लैंप, पर्वतारोहण लैंप, फिशिंग लैंप, ब्लैक लाइट लैंप, टैपिंग लैंप, ऊर्जा-बचत लैंप, आदि।

6. फोटोवोल्टिक पावर स्टेशन: 10KW-50MW स्वतंत्र फोटोवोल्टिक पावर स्टेशन, विंड-सौर (डीजल) पूरक पावर स्टेशन, विभिन्न बड़े पार्किंग प्लांट चार्जिंग स्टेशन, आदि।

7. सौर भवन निर्माण सामग्री के साथ सौर ऊर्जा उत्पादन को जोड़ते हैं ताकि भविष्य में बड़ी इमारतों को बिजली में आत्मनिर्भरता प्राप्त करने में सक्षम बनाया जा सके, जो भविष्य में एक प्रमुख विकास दिशा है।

8. अन्य क्षेत्रों में शामिल हैं: (1) ऑटोमोबाइल के साथ मिलान: सौर वाहन / इलेक्ट्रिक वाहन, बैटरी चार्जिंग उपकरण, ऑटोमोबाइल एयर कंडीशनर, वेंटिलेशन पंखे, कोल्ड ड्रिंक बॉक्स, आदि; (2) सौर हाइड्रोजन उत्पादन और ईंधन कोशिकाओं के लिए पुनर्योजी विद्युत उत्पादन प्रणाली; (3) समुद्री जल अलवणीकरण उपकरण बिजली की आपूर्ति; (4) उपग्रह, अंतरिक्ष यान, अंतरिक्ष सौर ऊर्जा स्टेशन, आदि।