सौर पैनल
एक सौर पैनल (फोटोवोल्टिक मॉड्यूल या फोटोवोल्टिक पैनल) सौर सेलों (बैटरियों) का एक संकुलित परस्पर संबद्ध संयोजन है, जिन्हें फोटोवोल्टिक सेलों के रूप में भी जाना जाता है। सौर पैनल का प्रयोग एक बड़े फोटोवोल्टिक प्रणाली में एक घटक के रूप में वाणिज्यिक और आवासीय अनुप्रयोगों के लिए बिजली प्रदान करने के लिए किया जाता है।
क्योंकि एक एकल सौर पैनल केवल एक सीमित मात्रा में विद्युत्-शक्ति का उत्पादन कर सकते हैं, कई प्रतिष्ठानों में अलग-अलग पैनल होते हैं। इसे एक फोटोवोल्टिक श्रृंखला कहा जाता है। एक फोटोवोल्टिक संस्थापन में आमतौर सौर पैनलों की एक श्रुंखला, एक इनवर्टर, बैटरियां और अन्तःसंबंध वायरिंग होता है।
फोटोवोल्टिक प्रणालियों का प्रयोग ऑन-ग्रिड या ऑफ-ग्रिड अनुप्रयोगों और अंतरिक्ष यान पर सौर पैनलों के लिए किया जाता है।
सौर पैनल फोटोवोल्टिक प्रभाव (यह प्रकाश-विद्युत् प्रभाव है) के माध्यम से विद्युत् उत्पादन करने के लिए सूर्य से प्राप्त प्रकाश ऊर्जा (फोटॉन) का उपयोग करते हैं। एक मॉड्यूल का संरचनात्मक (भार वहन करने वाले) सदस्य या तो शीर्ष परत (अधिस्तर) या पिछला स्तर (अधःस्तर) हो सकता है। अधिकांश मॉड्यूल वेफ़र-आधारित क्रिस्टलीय सिलिकॉन सेल या कैडमियम टेल्युराइड या सिलिकॉन आधारित एक पतली-झिल्ली वाली सेल का प्रयोग करती हैं। क्रिस्टलीय सिलिकॉन, जिसे आमतौर पर फोटोवोल्टिक (PV) मॉड्युलों में वेफ़र के रूप में प्रयोग किया जाता, सिलिकॉन से प्राप्त होता है, जो आम तौर पर इस्तेमाल किया जाने वाला अर्द्ध-चालक होता है।
व्यावहारिक अनुप्रयोगों में सेलों (बैटरियों) का उपयोग करने के लिए, उन्हें:
अधिकांश मॉड्यूल आमतौर पर कठोर होते हैं, लेकिन पतली झिल्लियों वाली सेलों (बैटरियों) पर आधारित कुछ लचीले मॉड्यूल उपलब्ध होते हैं।
एक वांछित विद्युत आउटपुट वोल्टेज प्राप्त करने के लिए श्रेणियों में विद्युत् संयोजन किये जाते हैं और/या एक वांछित परिमाण में विद्युत् स्रोत क्षमता प्रदान करने के लिए समानांतर रूप में विद्युत् संयोजन किये जाते हैं।
आंशिक छायांकन की स्थिति में सेलों (बैटरियों) को अत्यधिक गर्म होने से बचाने के लिए डायोडों को शामिल किया जाता है। चूंकि सेल (बैटरी) के तापन (गर्म करने) से परिचालन संबंधी कार्यक्षमता में कमी होती है तापन कम से कम करना वांछनीय है। बहुत कम मॉड्यूल तापमान कम करने के लिए किसी डिजाइन विशेषताओं को अपनाते हैं, हालांकि संस्थापक मॉड्यूल के पीछे अच्छा संवातन प्रदान करने की कोशिश करते हैं।
मॉड्यूल के नए डिजाइनों में संकेंद्रक मॉड्यूल्स शामिल होते हैं जिसमें प्रकाश को लेंसों या दर्पणों की एक शृंखलाओं के द्वारा छोटी बैटरियों की एक शृंखलाओं में संकेंद्रित किया जाता है। यह प्रतिस्पर्द्धात्मक-लागत के रूप में प्रति इकाई क्षेत्र (गैलियम आर्सेनाइड के जैसा) एक बहुत उच्च-लागत के साथ बैटरियों के उपयोग की अनुमति प्रदान करता है।
निर्माण पर निर्भर करते हुए, फोटोवोल्टिक प्रकाश की विभिन्न किस्म की आवृत्तियों को शामिल कर सकता है और उनसे विद्युत् का उत्पादन कर सकता है, लेकिन कभी-कभी संपूर्ण सौर वर्णक्रम (विशेष रूप से, पराबैंगनी, अवरक्त और निम्न या विसरित प्रकाश) को शामिल नहीं कर सकता है। इसलिए अधिकांश घटनाओं में सौर पैनलों के लिए इस्तेमाल किये जाने पर सूर्य के प्रकाश से प्राप्त ऊर्जा बर्बाद हो जाती है, हालांकि एकरंगा प्रकाश के द्वारा प्रकाशित करने पर वे कहीं अधिक उच्चतर आवृत्तियां दे सकती हैं। डिजाइन संबंधी एक अन्य अवधारणा प्रकाश को विभिन्न तरंग दैर्ध्य श्रेणियों में विभाजित करना एवं और किरण पुंज को उपयुक्त तरंग दैर्ध्य श्रेणियों अनुसार निर्मित विभिन्न बैटरियों में भेजना है। इससे दक्षता में 50% तक की वृद्धि होने का अनुमान है। इसके अलावा, अवरक्त फोटोवोल्टिक सेलों के उपयोग से रात में विद्युत् के उत्पादन के द्वारा क्षमता में वृद्धि हो सकती है।
सूर्य के प्रकाश की रूपांतरण दर (मॉड्यूल क्षमताएं) वाणिज्यिक उत्पादन (सौर पैनल) में 5-18% तक भिन्न हो सकती है, जो सेल रूपांतरण से कम हो सकती हैं।
कुशल सौर ऊर्जा मॉड्यूल में बाजार का मौजूदा नेता सन पावर (SunPower) है, जिनके सौर पैनलों के रूपांतरण का अनुपात 19.3% है, जिसमें से 20.4% के साथ सैन्यो (Sanyo) सबसे कुशल मॉड्यूल है। हालांकि, अन्य कंपनियों की सम्पूर्ण किस्में (हॉलो सन, गामा सोलर, नैनोहॉराइज़न्स) उभर रही हैं जो 18% के रूपांतरण अनुपात के साथ फोटोवोल्टिक मॉड्युलों में नवीनताएं पेश कर रही हैं। इन नवीन प्रयोगों में शामिल हैं अगले एवं पिछले किनारों से विद्युत् उत्पादन और बढ़े हुए आउटपुट, हालांकि, इनमें से अधिकांश कंपनियों ने अभी तक अपने डिजाइन योजनाओं से कार्य व्यवस्था का उत्पादन अब तक नहीं किया है, एवं उनमें से अधिकांश अभी भी तकनीक में सक्रिय रूप से सुधार कर रहे हैं।
वर्तमान में अधिकांश सौर मॉड्यूल पीवी (PV) सेलों से तैयार किये जाते हैं। उन्हें या तो एकल क्रिस्टलीय या बहु क्रिस्टलीय मॉड्युलों में वर्गीकृत किया जाता है।
तीसरी पीढ़ी के सौर सेल उन्नत पतली झिल्लियों वाले सेल होते हैं। वे कम लागत पर उच्च दक्षता वाले रूपांतरण संभव करते हैं।
पतली झिल्लियों वाले मॉड्युलों में, सेल एवं मॉड्यूल एक ही निर्माण प्रणाली में तैयार किये जाते हैं।
सेल को एक कांच के अध:स्तर या अधिस्तर पर तैयार किया जाता है, एवं विद्युतीय संयोजन "यथावत", एक तथाकथित "एकाश्म एकीकरण", तैयार किये जाते हैं। अध:स्तर या अधिस्तर के आगे या पीछे के फलक पर संपुटक की परत चढ़ाई जाती है, जो आमतौर पर कांच की एक पत्तर होती है।
इस श्रेणी में मुख्य सेल तकनीक CdTe, या a-Si, या a-Si+UC-Si अग्रानुक्रम, या CIGS (या चर) हैं। आकारहीन (अक्रिस्टलीय) सिलिकॉन में सूर्य के प्रकाश से रूपांतरण करने की दर 6-12% होती है।
लचीले पतली झिल्ली वाले मॉड्यूल का निर्माण एक ही उत्पादन प्रणाली में एक लचीले अधः स्तर (सबस्ट्रेट) पर प्रकाश द्वारा सहज प्रभावित होने वाले परत एवं अन्य आवश्यक परत लगाकर किया जाता है।
अगर अधः स्तर (सब्सट्रेट) एक ऊष्मारोधी (जैसे की एक पॉलिएस्टर या पॉलिमाइड झिल्ली होती है) तो एकाश्म एकीकरण का प्रयोग किया जा सकता है।
अगर यह ताप या विद्युत् का एक चालक होता है तो विद्युत संयोजन के लिए एक-दूसरे तकनीक का इस्तेमाल किया जाना चाहिए।
सेलों के अग्र भाग (आम तौर पर ETFE या FEP) के ऊपर एक पारदर्शी रंगहीन फ्लोरो पॉलीमर और दूसरे भाग में अंतिम अधः स्तर (सब्सट्रेट) के बंध के लिए उपयुक्त पॉलीमर की परत लगाकर मॉड्युलों में सम्मिलित किया जाता है। वाणिज्यिक रूप से एक मात्र उपलब्ध (मेगावाट परिमाणों में) लचीला मॉड्यूल आकारहीन (अक्रिस्टलीय) सिलिकॉन ट्रिपल जंक्शन (यूनीसोलर से) का उपयोग करता है।
तथाकथित मिश्रित अर्धचालक प्रौद्योगिकी के आधार पर निर्मित उल्टे रूपांतरित बहु जंक्शन (IMM) वाली सौर सेल (बैटरियां) जुलाई 2008 में ही व्यावसायिक बन रही हैं। मिशिगन विश्वविद्यालय की सौर बैटरी चालित कार, जिसने जुलाई 2008 में उत्तरी अमेरिकी सौर चुनौती जीती, ने आई एम एम (IMM) की पतली झिल्ली वाली लचीली सौर सेलों (बैटरियों) का इस्तेमाल किया।
आवासीय और वाणिज्यिक कार्यों की आवश्यकताएं अलग-अलग हैं जिसमें की आवासीय जरूरते सरल होती हैं और उन्हें पैक किया जा सकता है जिससे की सौर सेल में प्रौद्योगिकी की प्रगति हो, अन्य आधार रेखा उपकरण जैसे की बैटरी, इनवर्टर और वोल्टेज संवेदन हस्तांतरण स्विच को आवासीय इस्तेमाल के लिए अभी भी सुसंबद्ध एवं इकाइयों में वर्गीकृत करने की जरुरत है। सेवा के आकार के आधार पर वाणिज्यिक उपयोग फोटोवोल्टिक सेल क्षेत्र में सीमित हो जाएगा और अधिक जटिल और परवलयिक परावर्तक तथा सौर संकेंद्रक प्रमुख प्रौद्योगिकी बनते जा रहे हैं।
वैश्विक लचीला और पतली झिल्ली वाला फोटोवोल्टिक (PV) बाजार के द्वारा, समग्र पी.वी. उद्योग में सावधानी के बावजूद, 2019 में 35% से अधिक के सी ए जी आर (CAGR) का अनुभव किये जाने की आशा है, जो इंटरटेकपीरा द्वारा किये गए नए अध्ययन के अनुसार 32GW से अधिक हो जाएगा.
कई कंपनियों ने पी वी (PV) मॉड्युलों में इलेक्ट्रॉनिक्स को अन्तःस्थापित करना शुरू कर दिया है। यह व्यक्तिगत रूप से प्रत्येक मॉड्यूल के लिए अधिकतम पावर प्वाइंट ट्रैकिंग (एमपीपीटी) और मॉड्यूल स्तर पर निगरानी के लिए प्रदर्शन डेटा की माप एवं गलती का पता लगाना संभव बनाता है। इनमें से कुछ प्रणालियां विद्युत ऑप्टिमाइज़र्स का उपयोग कराती हैं। यह एक दिष्ट धारा से दूसरी दिष्ट धारा में परिवर्तित करने वाली प्रौद्योगिकी है जिसका विकास सौर फोटोवोल्टिक प्रणाली से अधिक से अधिक बिजली प्राप्त करने के लिए किया गया है।
आम तौर पर मॉड्यूल के प्रदर्शन का निर्धारण मानक परीक्षण स्थितियों (एसटीसी) के अधीन किया जाता है: विद्युत्चुम्बकीय ऊर्जा का उत्सर्जन 1,000 वाट प्रति वर्ग मीटर (W/m²), 1.5 वायु द्रव्यमान (AM) का स्पेक्ट्रम और मॉड्यूल तापमान 25 डिग्री सेल्सियस.
विद्युतीय विशेषताओं में सांकेतिक शक्ति (P, जिसे W में मापा जाता है), खुली परिपथ वोल्टता (V), लघु परिपथ धारा (I, जिसे ऐम्पियर में मापा जाता है), अधिकतम शक्ति वोल्टता (V), अधिकतम शक्ति धारा (I) एवं मॉड्यूल दक्षता (%) शामिल हैं।
kWp में, kW किलोवाट है और p का अर्थ "पीक" जैसे की पीक प्रदर्शन है। हालांकि "पी" पीक प्रदर्शन नहीं करता है बल्कि एसटीसी के अनुसार अधिकतम अधिकतम उत्पादन करता है।
सौर पैनलों को कई वर्षों तक ताप, ठंड, बारिश और ओलों का सामना करना पडेगा. कई क्रिस्टलीय सिलिकॉन मॉड्यूल निर्माता वारंटी की पेशकश करते हैं जो 10 वर्षों के लिए 90% की निर्धारित शक्ति उत्पादन के साथ और 25 वर्षों तक 80% की निर्धारित शक्ति उत्पादन के साथ विद्युत उत्पादन की गारंटी देता है।
2009 में 7.5 गीगा वाट (GW) के संस्थापन पूरे कर लिए गए। आईएमएस रिसर्च का अनुमान है कि पीवी (PV) मॉड्यूल के पोत लदान की संख्याएं बहुत अधिक थी। तेजी से फलते-फूलते यूरोपीय बाजारों जैसे कि जर्मनी इटली, फ्रांस और चेक गणराज्य में 2010 के प्रथम तिमाही में सम्पूर्ण हो चुके संस्थापनों की आवश्यकता-पूर्ति करने के लिए रिकॉर्ड परिमाण में मॉड्युलों के भेजने के कारण पोत लदानों की संख्याएं संस्थापनों से अधिक हो गयी।
एक गीगा वाट (GW) से अधिक मॉड्युलों को भेजने और उद्योग के सबसे बड़े आपूर्तिकर्ता बनाने के लिए अपने सभी क्रिस्टलीय प्रतिद्वंद्वियों से आगे निकलते हुए, पतली झिल्ली के अग्रणी निर्माता फर्स्ट सोलर ने 2009 में पी. वी. मॉड्यूल आपूर्तिकर्ताओं की सूची में शीर्ष स्थान प्राप्त किया।
2009 शीर्ष दस आपूर्तिकर्ता रहे हैं:औसत मूल्य जानकारी तीन मूल्य वर्गों में विभाजित है: छोटे परिमाणों में खरीदने वाले क्रेता (किलोवाट श्रेणी में वार्षिक रूप से सभी आकारों वाले मॉड्यूल), माध्यम-श्रेणी के क्रेता (आम तौर पर 10 मेगावाट पीक तक वार्षिक रूप से), एवं बड़े परिमाणों में खरीदने वाले क्रेता (स्वतः स्पष्ट - एवं निम्नतम मूल्यों तक पहुंच).लंबी अवधि तक - और केवल लंबी अवधि में, सेलों एवं मॉड्युलों के मूल्य में एक व्यवस्थित कमी है। उदाहरण के लिए 1998 में यह अनुमान लगाया गया था कि प्रति वाट मात्रा लागत लगभग 4.50 डॉलर थी, जो 1970 में 150 डॉलर की लागत से 33 गुना कम थी।
आरएमआई (RMI), बैलेंस ऑफ सिस्टम (बी ओ एस) तत्वों के बाद, गैर-माइक्रोइनवर्टर सौर पैनलों की गैर मॉड्यूल लागत (जैसे कि वायरिंग, परिवर्तक, रैकिंग व्यवस्थाएं एवं विभिन्न घटक) संस्थापनों की कुल लागतों के लगभग आधे हिस्सों की पूर्ति करते हैं। इसके अलावा, मानकीकृत करने वाली प्रौद्योगिकियां सौर पैनलों को अधिक से अधिक प्रोत्साहन और बदले में, बिक्री की किफायत के अधिक से अधिक अंगीकरण को प्रोत्साहित कर सकते हैं।
सौर ट्रैकर्स प्रति पैनल उत्पादित ऊर्जा की मात्रा में वृद्धि करते हैं।
जब सूर्य आकाश में एक तरफ से दूसरी तरफ जाता है तो स्थापित किये हुए रैक पैनलों को एक ही स्थान में संभाल कर रखते हैं।
स्थापित किये हुए रैक कोण को निर्धारित करते हैं जिस पर पैनल को संभाल कर रखा जाता है। संस्थापन के अक्षांश के समान कोण का झुकाव आम बात है।
फोटोवोल्टिक पैनलों में आमतौर पर प्रयुक्त होने वाले मानक हैं:
बिजली के जिन उपकरणों में सौर पैनल शामिल होते हैं वे हैं: