ફોટોવોલ્ટેઇક સેલ

ફોટોવોલ્ટેઇક સેલ શું છે?#

ફોટોવોલ્ટેઇક (PV) સેલ, જેને સોલર સેલ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે, તે એક ઉપકરણ છે જે પ્રકાશ ઊર્જાને વિદ્યુત ઊર્જામાં રૂપાંતરિત કરે છે. પ્રકાશ ઊર્જાને વિદ્યુત ઊર્જામાં રૂપાંતરિત કરવાની પ્રક્રિયાને ફોટોવોલ્ટેઇક અસર તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.

ફોટોવોલ્ટેઇક સેલ કેવી રીતે કાર્ય કરે છે?#

ફોટોવોલ્ટેઇક સેલ અર્ધવાહક પદાર્થથી બનેલું હોય છે, સામાન્ય રીતે સિલિકોન. જ્યારે પ્રકાશ અર્ધવાહક પર પડે છે, ત્યારે તે વિદ્યુત પ્રવાહ ઉત્પન્ન કરે છે. જે પ્રવાહ ઉત્પન્ન થાય છે તેનું પ્રમાણ સેલ પર પડતા પ્રકાશની માત્રા અને સેલની કાર્યક્ષમતા પર આધારિત છે.

ફોટોવોલ્ટેઇક સેલની કાર્યક્ષમતા એ નક્કી કરવામાં આવે છે કે કેટલો પ્રકાશ વિદ્યુતમાં રૂપાંતરિત થાય છે. શ્રેષ્ઠ ફોટોવોલ્ટેઇક સેલ્સની કાર્યક્ષમતા લગભગ 20% હોય છે, જેનો અર્થ છે કે તેઓ તેમના પર પડતા પ્રકાશનો 20% ભાગ વિદ્યુતમાં રૂપાંતરિત કરે છે.

ફોટોવોલ્ટેઇક સેલ્સના પ્રકારો#

ફોટોવોલ્ટેઇક સેલ્સના બે મુખ્ય પ્રકાર છે:

• સિંગલ-જંક્શન ફોટોવોલ્ટેઇક સેલ્સ એક જ સ્તરના અર્ધવાહક પદાર્થથી બનેલા હોય છે.
• મલ્ટી-જંક્શન ફોટોવોલ્ટેઇક સેલ્સ અર્ધવાહક પદાર્થના બહુવિધ સ્તરોથી બનેલા હોય છે.

મલ્ટી-જંક્શન ફોટોવોલ્ટેઇક સેલ્સ સિંગલ-જંક્શન ફોટોવોલ્ટેઇક સેલ્સ કરતાં વધુ કાર્યક્ષમ હોય છે, પરંતુ તે વધુ ખર્ચાળ પણ હોય છે.

ફોટોવોલ્ટેઇક સેલ્સના ફાયદા#

ફોટોવોલ્ટેઇક સેલ્સમાં ઘણા ફાયદા છે, જેમાં શામેલ છે:

• તેઓ ઊર્જાનો સ્વચ્છ સ્ત્રોત છે. ફોટોવોલ્ટેઇક સેલ્સ કોઈ ઉત્સર્જન ઉત્પન્ન કરતા નથી, તેથી તેઓ વાયુ પ્રદૂષણ અથવા હવામાન પલટામાં ફાળો આપતા નથી.
• તેઓ ઊર્જાનો નવીનીકરણીય સ્ત્રોત છે. ફોટોવોલ્ટેઇક સેલ્સનો ઉપયોગ સૂર્યપ્રકાશથી વિદ્યુત ઉત્પન્ન કરવા માટે થઈ શકે છે, જે નવીનીકરણીય સંસાધન છે.
• તેઓ વધુને વધુ સસ્તા બની રહ્યા છે. તાજેતરના વર્ષોમાં ફોટોવોલ્ટેઇક સેલ્સની કિંમત ઘટી રહી છે, જે તેમને વિદ્યુત ઉત્પન્ન કરવા માટે વધુ સસ્તો વિકલ્પ બનાવે છે.

ફોટોવોલ્ટેઇક સેલ્સના ગેરફાયદા#

ફોટોવોલ્ટેઇક સેલ્સમાં ઘણા ગેરફાયદા પણ છે, જેમાં શામેલ છે:

• તેઓ ખૂબ કાર્યક્ષમ નથી. શ્રેષ્ઠ ફોટોવોલ્ટેઇક સેલ્સની કાર્યક્ષમતા લગભગ 20% હોય છે, જેનો અર્થ છે કે તેઓ તેમના પર પડતા પ્રકાશનો 20% ભાગ વિદ્યુતમાં રૂપાંતરિત કરે છે.
• તેમને ઘણી જગ્યાની જરૂર પડે છે. નોંધપાત્ર માત્રામાં વિદ્યુત ઉત્પન્ન કરવા માટે સોલર પેનલ્સને ઘણી જગ્યાની જરૂર પડે છે.
• તેઓ વિશ્વસનીય નથી. ફોટોવોલ્ટેઇક સેલ્સ રાત્રે અથવા વાદળછાયું હોય ત્યારે કામ કરતા નથી.

ફોટોવોલ્ટેઇક સેલ્સ સ્વચ્છ, નવીનીકરણીય ઊર્જા ઉત્પન્ન કરવા માટે એક આશાસ્પદ ટેકનોલોજી છે. જો કે, તેમની ઓછી કાર્યક્ષમતા અને ઊંચી કિંમત જેવા કેટલાક ગેરફાયદા હજુ પણ છે. જેમ જેમ આ ગેરફાયદાઓ દૂર થશે, ફોટોવોલ્ટેઇક સેલ્સ વિશ્વના ઊર્જા મિશ્રણનો વધુને વધુ મહત્વપૂર્ણ ભાગ બનવાની સંભાવના છે.

ફોટોવોલ્ટેઇક સેલનું બાંધકામ#

ફોટોવોલ્ટેઇક (PV) સેલ, જેને સોલર સેલ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે, તે એક ઉપકરણ છે જે પ્રકાશ ઊર્જાને વિદ્યુત ઊર્જામાં રૂપાંતરિત કરે છે. PV સેલના બાંધકામમાં પદાર્થો અને પ્રક્રિયાઓના અનેક સ્તરોનો સમાવેશ થાય છે. અહીં એક લાક્ષણિક સ્ફટિકી સિલિકોન PV સેલના બાંધકામનો સામાન્ય વિહંગાવલોકન છે:

1. સબસ્ટ્રેટ:#

સબસ્ટ્રેટ એ આધાર પદાર્થ છે જેના પર PV સેલ બનાવવામાં આવે છે. તે સામાન્ય રીતે પાતળા, ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળા સિલિકોન વેફરથી બનેલો હોય છે. વેફરને સાફ કરવામાં આવે છે અને સરળ અને ખામી-મુક્ત સપાટી સુનિશ્ચિત કરવા માટે તૈયાર કરવામાં આવે છે.

2. એમિટર સ્તર:#

સિલિકોન વેફરની આગળની સપાટી પર n-પ્રકારના અર્ધવાહક પદાર્થનો પાતળો સ્તર જમા કરવામાં આવે છે. આ સ્તરને એમિટર સ્તર કહેવામાં આવે છે અને તે સામાન્ય રીતે ફોસ્ફરસ ડિફ્યુઝન દ્વારા રચાય છે. એમિટર સ્તર મુક્ત ઇલેક્ટ્રોનની ઊંચી સાંદ્રતા ધરાવતો પ્રદેશ બનાવે છે.

3. બેઝ સ્તર:#

બેઝ સ્તર PV સેલનો મુખ્ય અર્ધવાહક સ્તર છે. તે p-પ્રકારના સિલિકોનથી બનેલો છે, જેમાં મુક્ત છિદ્રો (ધન વીજભારિત વાહકો)ની ઊંચી સાંદ્રતા હોય છે. બેઝ સ્તર સામાન્ય રીતે એમિટર સ્તર કરતાં જાડો હોય છે અને સેલના કદનો મોટા ભાગનો ભાગ બનાવે છે.

4. એન્ટી-રિફ્લેક્શન કોટિંગ:#

સૂર્યપ્રકાશના પરાવર્તનને ઘટાડવા અને સેલમાં પ્રવેશતા પ્રકાશની માત્રા વધારવા માટે PV સેલની આગળની સપાટી પર એન્ટી-રિફ્લેક્શન કોટિંગ લગાવવામાં આવે છે. આ કોટિંગ સામાન્ય રીતે સિલિકોન નાઇટ્રાઇડ અથવા ટાઇટેનિયમ ડાયોક્સાઇડના પાતળા સ્તરથી બનેલું હોય છે.

5. મેટલ કોન્ટેક્ટ્સ:#

ઉત્પન્ન થયેલ વિદ્યુત પ્રવાહ એકત્રિત કરવા માટે PV સેલની આગળ અને પાછળની સપાટીઓ પર મેટલ કોન્ટેક્ટ્સ જોડવામાં આવે છે. આગળનો કોન્ટેક્ટ સામાન્ય રીતે પારદર્શક વાહક પદાર્થથી બનેલો હોય છે, જેમ કે ઇન્ડિયમ ટિન ઓક્સાઇડ (ITO), જેથી પ્રકાશ પસાર થઈ શકે. પાછળનો કોન્ટેક્ટ સામાન્ય રીતે એલ્યુમિનિયમ જેવી ધાતુથી બનેલો હોય છે.

6. એનકેપ્સ્યુલેશન:#

સમગ્ર PV સેલને પર્યાવરણથી સુરક્ષિત રાખવા અને તેની ટકાઉપણું સુનિશ્ચિત કરવા માટે રક્ષણાત્મક પદાર્થમાં એનકેપ્સ્યુલેટ કરવામાં આવે છે. એનકેપ્સ્યુલેશન પદાર્થ સામાન્ય રીતે કાચ અથવા ઇથિલિન વિનાઇલ એસિટેટ (EVA) જેવા પોલિમરથી બનેલો હોય છે.

7. ફ્રેમ:#

માળખાકીય આધાર પૂરો પાડવા અને સરળ માઉન્ટિંગ અને ઇન્સ્ટોલેશન માટે, એનકેપ્સ્યુલેટ થયેલ PV સેલની આસપાસ ધાતુનો ફ્રેમ જોડવામાં આવે છે.

8. જંક્શન રચના:#

એમિટર અને બેઝ સ્તરો સિલિકોન વેફરની અંદર p-n જંક્શન બનાવે છે. આ જંક્શન એ જ છે જ્યાં ફોટોવોલ્ટેઇક અસર થાય છે, અને પ્રકાશ ઊર્જાનું વિદ્યુત ઊર્જામાં રૂપાંતર થાય છે.

9. ઇલેક્ટ્રિકલ કનેક્શન્સ:#

ઉત્પન્ન થયેલ વિદ્યુત પ્રવાહના પ્રવાહને મંજૂરી આપવા માટે PV સેલની આગળ અને પાછળની સપાટીઓ પરના મેટલ કોન્ટેક્ટ્સ સાથે ઇલેક્ટ્રિકલ કનેક્શન્સ બનાવવામાં આવે છે.

10. પરીક્ષણ અને ગુણવત્તા નિયંત્રણ:#

પૂર્ણ થયેલ PV સેલ કડક પરીક્ષણ અને ગુણવત્તા નિયંત્રણ પ્રક્રિયાઓમાંથી પસાર થાય છે જેથી તે કામગીરી અને સલામતીના ધોરણો પૂરા કરે છે.

આ પગલાંઓને અનુસરીને, એક કાર્યક્ષમ ફોટોવોલ્ટેઇક સેલનું બાંધકામ થાય છે, જે સૂર્યપ્રકાશને વિદ્યુત ઊર્જામાં રૂપાંતરિત કરવા માટે તૈયાર હોય છે.

ફોટોવોલ્ટેઇક સેલ કાર્ય સિદ્ધાંત#

ફોટોવોલ્ટેઇક (PV) સેલ, જેને સોલર સેલ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે, તે એક ઉપકરણ છે જે પ્રકાશ ઊર્જાને વિદ્યુત ઊર્જામાં રૂપાંતરિત કરે છે. PV સેલનો કાર્ય સિદ્ધાંત ફોટોવોલ્ટેઇક અસર પર આધારિત છે, જે ચોક્કસ પદાર્થોની પ્રકાશના ફોટોન્સને શોષી લેવા અને વિદ્યુત પ્રવાહ ઉત્પન્ન કરવાની ક્ષમતા છે.

PV સેલની રચના#

PV સેલ સામાન્ય રીતે અર્ધવાહક પદાર્થથી બનેલો હોય છે, જેમ કે સિલિકોન, જે બે ધાતુના ઇલેક્ટ્રોડ વચ્ચે સેન્ડવિચ કરવામાં આવે છે. અર્ધવાહક પદાર્થને સામાન્ય રીતે p-n જંક્શન બનાવવા માટે અશુદ્ધિઓ સાથે સારવાર કરવામાં આવે છે, જે એક એવો પ્રદેશ છે જ્યાં અર્ધવાહકમાં ધન અને ઋણ બંને વીજભાર હોય છે.

કાર્ય સિદ્ધાંત#

જ્યારે પ્રકાશ PV સેલ પર પડે છે, ત્યારે પ્રકાશના ફોટોન અર્ધવાહક પદાર્થ દ્વારા શોષી લેવામાં આવે છે. આના કારણે અર્ધવાહકમાંના ઇલેક્ટ્રોન ઉત્તેજિત થાય છે અને ઊંચા ઊર્જા સ્તર પર જાય છે. ઇલેક્ટ્રોન પછી p-n જંક્શનમાંથી વહે છે અને વિદ્યુત પ્રવાહ ઉત્પન્ન કરે છે.

PV સેલ દ્વારા ઉત્પન્ન થયેલ વિદ્યુત પ્રવાહનું પ્રમાણ ઘણા પરિબળો પર આધારિત છે, જેમાં પ્રકાશની તીવ્રતા, સેલની સપાટીનું ક્ષેત્રફળ અને સેલની કાર્યક્ષમતા શામેલ છે.

PV સેલ્સની કાર્યક્ષમતા#

PV સેલની કાર્યક્ષમતા વિદ્યુત શક્તિ આઉટપુટ અને પ્રકાશ શક્તિ ઇનપુટના ગુણોત્તર તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે. PV સેલ્સની કાર્યક્ષમતા સામાન્ય રીતે 15% અને 20% વચ્ચે હોય છે, જેનો અર્થ છે કે સેલ પર પડતી પ્રકાશ ઊર્જાનો માત્ર લગભગ 15% થી 20% ભાગ વિદ્યુત ઊર્જામાં રૂપાંતરિત થાય છે.

સામાન્ય રીતે, PV સેલ્સ સ્વચ્છ અને નવીનીકરણીય ઊર્જા ઉત્પન્ન કરવા માટે એક આશાસ્પદ ટેકનોલોજી છે. જેમ જેમ PV સેલ્સની કાર્યક્ષમતા સુધરે છે અને ઇન્સ્ટોલેશનની કિંમત ઘટે છે, PV સેલ્સ વૈશ્વિક ઊર્જા મિશ્રણનો વધુને વધુ મહત્વપૂર્ણ ભાગ બનશે.

PV સેલ સર્કિટના ઘટકો#

PV સેલ સર્કિટના મુખ્ય ઘટકો નીચે મુજબ છે:

• PV સેલ: PV સેલ એ અર્ધવાહક ઉપકરણ છે જે પ્રકાશ ઊર્જાને વિદ્યુત ઊર્જામાં રૂપાંતરિત કરે છે.
• લોડ: લોડ એ ઉપકરણ છે જે PV સેલ દ્વારા ઉત્પન્ન થયેલ વિદ્યુત ઊર્જાનો ઉપયોગ કરે છે.
• બેટરી: બેટરી PV સેલ દ્વારા ઉત્પન્ન થયેલ વિદ્યુત ઊર્જાનો સંગ્રહ કરે છે.
• ઇન્વર્ટર: ઇન્વર્ટર PV સેલ દ્વારા ઉત્પન્ન થયેલ DC વિદ્યુત ઊર્જાને AC વિદ્યુત ઊર્જામાં રૂપાંતરિત કરે છે જેનો ઉપયોગ મોટાભાગના ઉપકરણો દ્વારા થઈ શકે છે.

PV સેલ સર્કિટ કેવી રીતે કાર્ય કરે છે#

જ્યારે પ્રકાશ PV સેલ પર પડે છે, ત્યારે તે વિદ્યુત પ્રવાહ ઉત્પન્ન કરે છે જે લોડમાંથી વહે છે. જે પ્રવાહ વહે છે તેનું પ્રમાણ PV સેલ પર પડતા પ્રકાશની માત્રા અને PV સેલના કદ પર આધારિત છે.

જો લોડ બેટરી હોય, તો PV સેલ દ્વારા ઉત્પન્ન થયેલ વિદ્યુત ઊર્જા બેટરીમાં સંગ્રહિત થશે. જો લોડ ઇન્વર્ટર હોય, તો PV સેલ દ્વારા ઉત્પન્ન થયેલ વિદ્યુત ઊર્જાનું AC વિદ્યુત ઊર્જામાં રૂપાંતર થશે જેનો ઉપયોગ મોટાભાગના ઉપકરણો દ્વારા થઈ શકે છે.

PV સેલ સર્કિટના ઉપયોગો#

PV સેલ સર્કિટનો ઉપયોગ વિવિધ એપ્લિકેશનમાં થાય છે, જેમાં શામેલ છે:

• સોલર પેનલ્સ: સોલર પેનલ્સ બહુવિધ PV સેલ્સથી બનેલા હોય છે જે એકસાથે જોડાયેલા હોય છે. સોલર પેનલ્સનો ઉપયોગ સૂર્યપ્રકાશથી વિદ્યુત ઉત્પન્ન કરવા માટે થાય છે.
• પોર્ટેબલ ચાર્જર્સ: પોર્ટેબલ ચાર્જર્સનો ઉપયોગ ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણો, જેમ કે સેલ ફોન અને લેપટોપ માટે બેટરી ચાર્જ કરવા માટે થાય છે.
• સ્ટ્રીટલાઇટ્સ: સ્ટ્રીટલાઇટ્સ PV સેલ્સ દ્વારા ચાલતી હોય છે જે દિવસ દરમિયાન સૂર્યપ્રકાશથી વિદ્યુત ઉત્પન્ન કરે છે. વિદ્યુત બેટરીમાં સંગ્રહિત થાય છે અને રાત્રે સ્ટ્રીટલાઇટને શક્તિ આપવા માટે ઉપયોગમાં લેવાય છે.
• ટ્રાફિક સિગ્નલ્સ: ટ્રાફિક સિગ્નલ્સ PV સેલ્સ દ્વારા ચાલતા હોય છે જે દિવસ દરમિયાન સૂર્યપ્રકાશથી વિદ્યુત ઉત્પન્ન કરે છે. વિદ્યુત બેટરીમાં સંગ્રહિત થાય છે અને રાત્રે ટ્રાફિક સિગ્નલને શક્તિ આપવા માટે ઉપયોગમાં લેવાય છે.

PV સેલ સર્કિટ સૂર્યપ્રકાશથી વિદ્યુત ઉત્પન્ન કરવાની એક બહુમુખી અને કાર્યક્ષમ રીત છે. તેનો ઉપયોગ વિવિધ એપ્લિકેશનમાં થાય છે, અને સોલર પેનલ્સની કિંમત ઘટતી રહે છે તેમ તેનો ઉપયોગ વધી રહ્યો છે.

સોલર સેલ અને ફોટોવોલ્ટેઇક સેલ વચ્ચેનો તફાવત#

સોલર સેલ્સ અને ફોટોવોલ્ટેઇક (PV) સેલ્સ બંને એવા ઉપકરણો છે જે પ્રકાશ ઊર્જાને વિદ્યુત ઊર્જામાં રૂપાંતરિત કરે છે. જો કે, બંને ટેકનોલોજી વચ્ચે કેટલાક મુખ્ય તફાવતો છે.

સોલર સેલ#

સોલર સેલ એક એકલ, સ્વ-નિયંત્રિત એકમ છે જે પ્રકાશ ઊર્જાને વિદ્યુત ઊર્જામાં રૂપાંતરિત કરે છે. સોલર સેલ્સ અર્ધવાહક પદાર્થોથી બનેલા હોય છે, જેમ કે સિલિકોન, જે પ્રકાશને શોષી લે છે અને વિદ્યુત પ્રવાહ ઉત્પન્ન કરે છે. સોલર સેલ કેટલી વિદ્યુત ઉત્પન્ન કરી શકે છે તે તેના કદ, કાર્યક્ષમતા અને તેના પર પડતા સૂર્યપ્રકાશની માત્રા પર આધારિત છે.

ફોટોવોલ્ટેઇક સેલ#

ફોટોવોલ્ટેઇક સેલ એ એક પ્રકારનો સોલર સેલ છે જે પ્રકાશ ઊર્જાને વિદ્યુત ઊર્જામાં રૂપાંતરિત કરવા માટે અર્ધવાહક પદાર્થનો ઉપયોગ કરે છે. જો કે, સોલર સેલ્સથી વિપરીત, PV સેલ્સ સ્વ-નિયંત્રિત એકમો નથી. ઉપયોગી વિદ્યુતમાં વિદ્યુત પ્રવાહનું રૂપાંતર કરવા માટે તેમને બાહ્ય સર્કિટની જરૂર પડે છે. PV સેલ્સનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે મોટા સોલર એરેમાં થાય છે, જે એક સોલર સેલ કરતાં વધુ વિદ્યુત ઉત્પન્ન કરી શકે છે.

મુખ્ય તફાવતો#

સોલર સેલ્સ અને PV સેલ્સ વચ્ચેના મુખ્ય તફાવતો છે:

• કદ: સોલર સેલ્સ સામાન્ય રીતે PV સેલ્સ કરતાં નાના હોય છે.
• કાર્યક્ષમતા: સોલર સેલ્સ સામાન્ય રીતે PV સેલ્સ કરતાં વધુ કાર્યક્ષમ હોય છે.
• કિંમત: સોલર સેલ્સ સામાન્ય રીતે PV સેલ્સ કરતાં વધુ ખર્ચાળ હોય છે.
• એપ્લિકેશન: સોલર સેલ્સનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે નાની એપ્લિકેશનમાં થાય છે, જેમ કે કેલ્ક્યુલેટર અને ઘડિયાળ. PV સેલ્સનો ઉપ