Power Electrician – Cells and Batteries
Solar cells (सौर सेल)
🎯 Objectives (उद्देश्य):
इस पाठ के अंत में आप निम्नलिखित विषयों को समझने में सक्षम होंगे:
- ऊर्जा के लिए प्राकृतिक संसाधनों (natural resources) का उपयोग करने की आवश्यकता बताना।
- सोलर सेल / फोटो वोल्टाइक सेल (solar cell / photo voltaic cell) के बारे में जानकारी प्राप्त करना।
- सोलर सेल के मूल सिद्धांत (basic principle), निर्माण (construction) और विशेषताओं (characteristics) की व्याख्या करना।
🔥 Heat Energy (ऊष्मा ऊर्जा)
Heat energy (ऊष्मा ऊर्जा) मनुष्य के लिए भोजन पकाने और ठंडी जलवायु में खुद को गर्म रखने के लिए सबसे अधिक मांग वाली ऊर्जा है। हालाँकि, आग जलाने के लिए ईंधन के रूप में लकड़ी के उपयोग के कारण वनों की कटाई (deforestation) हुई है और इसके परिणामस्वरूप सूखा (drought) पड़ा है। 🌳🚫
ईंधन की खोज ने मनुष्य को पहले कोयले (coal) और फिर तेल (oil) के उपयोग की ओर अग्रसर किया। लेकिन, ये चीजें तेजी से कम हो रही हैं और कुछ सौ वर्षों के बाद ये दोनों पृथ्वी से पूरी तरह गायब हो सकते हैं। इसलिए यह अनिवार्य है कि मानव जाति को प्रकृति से ऊर्जा का वैकल्पिक स्रोत (alternative source of energy) खोजना चाहिए। 🌍⚡
यही कारण है कि कई वैज्ञानिकों ने सूर्य से मिलने वाली गर्मी जैसे प्राकृतिक संसाधनों के उपयोग पर विचार किया और ऊर्जा संकट (energy crisis) के समाधानों में से एक Solar Cells (सौर सेल) का आविष्कार है। ☀️💡
☀️ Solar cell / Photovoltaic cell (सोलर सेल / फोटो वोल्टाइक सेल)
एक Solar cell, या Photovoltaic cell, एक इलेक्ट्रिकल डिवाइस है जो Photovoltaic effect (फोटो वोल्टाइक प्रभाव) के माध्यम से प्रकाश की ऊर्जा (energy of light) को सीधे बिजली (electricity) में परिवर्तित करता है। यह एक भौतिक और रासायनिक घटना (physical and chemical phenomenon) है। 🔌✨
यह फोटोइलेक्ट्रिक सेल (photoelectric cell) का ही एक रूप है, जिसे एक ऐसे डिवाइस के रूप में परिभाषित किया जाता है जिसके इलेक्ट्रिकल गुण (electrical characteristics), जैसे कि करंट (current), वोल्टेज (voltage), या रेजिस्टेंस (resistance), प्रकाश के संपर्क में आने पर बदल जाते हैं। सोलर सेल ही Photovoltaic modules के निर्माण खंड (building blocks) होते हैं, जिन्हें सामान्य भाषा में Solar Panels (सोलर पैनल) कहा जाता है। 🏗️🔆
सोलर सेल को ‘फोटो वोल्टाइक’ कहा जाता है, चाहे प्रकाश का स्रोत सूर्य की रोशनी हो या कोई कृत्रिम प्रकाश (artificial light)। इनका उपयोग Photo-detector के रूप में किया जाता है (जैसे इन्फ्रारेड डिटेक्टर), जो प्रकाश या अन्य इलेक्ट्रोमैग्नेटिक रेडिएशन का पता लगाते हैं, या प्रकाश की तीव्रता (light intensity) को मापते हैं। 🔍📡
⚙️ Operation of a Photovoltaic (PV) cell
एक PV सेल के संचालन के लिए 3 बुनियादी गुणों (attributes) की आवश्यकता होती है:
- प्रकाश का अवशोषण (Absorption of light), जिससे इलेक्ट्रॉन-होल जोड़े (electron-hole pairs) उत्पन्न होते हैं। ⚛️
- विपरीत प्रकार के चार्ज कैरियर्स (charge carriers) का अलग होना। ↕️
- उन कैरियर्स को बाहरी सर्किट (external circuit) में अलग से निकालना। 🔄
सोलर सेल वास्तव में एक बड़ा Photo diode है जिसे फोटो वोल्टाइक डिवाइस के रूप में काम करने और अधिक से अधिक आउटपुट पावर देने के लिए डिज़ाइन किया गया है। जब ये सेल सूर्य की रोशनी के प्रभाव में होते हैं, तो वे लगभग 100 mw/cm² पावर देते हैं। ⚡
🏗️ Construction (निर्माण)
चित्र 1 (Fig 1) एक विशिष्ट पावर सोलर सेल के निर्माण, प्रतीक (symbol) और क्रॉस सेक्शन को दिखाता है।
- Top Surface: इसकी ऊपरी सतह P-प्रकार की सामग्री (P-type material) की एक अत्यंत पतली परत से बनी होती है, जिससे प्रकाश जंक्शन (junction) तक आसानी से पहुँच सके। 🧊
- Terminals: P-टाइप सामग्री के चारों ओर लगी निकेल प्लेटेड रिंग (nickel plated ring) पॉजिटिव आउटपुट टर्मिनल (+ve contact) होती है, और नीचे की प्लेटिंग नेगेटिव आउटपुट टर्मिनल (-ve contact) होती है।
- व्यावसायिक रूप से (Commercially) सोलर सेल Flat strip के रूप में उपलब्ध होते हैं ताकि उपलब्ध सतह क्षेत्र का कुशलतापूर्वक उपयोग किया जा सके। 📏
📊 Characteristics (विशेषताएं)
- Power Output: निर्माण मानकों के अनुसार, आउटपुट पावर 50mw/cm² से 125mw/cm² तक हो सकती है।
- Short Circuit: यदि आउटपुट टर्मिनलों को शॉर्ट सर्किट (short circuited) किया जाए, तो सेल 50mA का करंट देगा, लेकिन वोल्टेज शून्य (zero) होगा। ⚠️
- Open Circuit: ओपन सर्किट की स्थिति में सेल का वोल्टेज 0.55mv होगा, लेकिन करंट शून्य होगा। इन दोनों स्थितियों में आउटपुट पावर शून्य होती है। 🅾️
- Maximum Power: अधिकतम पावर प्राप्त करने के लिए डिवाइस को विशेषता वक्र के ‘घुटने’ (knee of the characteristic) पर संचालित किया जाना चाहिए।
- Temperature Effect: सोलर सेल में तापमान बढ़ने पर आउटपुट पावर कम हो जाती है। 🌡️📉
🔗 Connections (जुड़ाव)
- Voltage: आवश्यक आउटपुट वोल्टेज प्राप्त करने के लिए कई सेल्स को Series (श्रेणी क्रम) में जोड़ा जाता है। ⛓️
- Current: आवश्यक करंट प्राप्त करने के लिए सेल्स के समूहों को Parallel (समांतर क्रम) में जोड़ा जाता है। 🔢
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नोट: छात्रों, इस पाठ के चित्रों (Fig 1) को ध्यान से देखें ताकि आप जंक्शन और टर्मिनल की स्थिति को बेहतर समझ सकें। कोई भी प्रश्न होने पर कमेंट में पूछें! ✍️👨🏫
