ফটোভোলটাইক্সের ইতিহাস, কিভাবে প্রথম সৌর প্যানেল তৈরি করা হয়েছিল

আবিষ্কার, পরীক্ষা এবং তত্ত্ব

ফটোভোলটাইক্সের ইতিহাস ফটোইলেক্ট্রিক প্রভাব আবিষ্কারের সাথে শুরু হয়। দ্রবণে (তরল) নিমজ্জিত ধাতব ইলেক্ট্রোডের মধ্যেকার কারেন্ট আলোকসজ্জার তীব্রতার সাথে পরিবর্তিত হয় এই উপসংহারটি আলেকজান্দ্রে এডমন্ড বেকারেল 29 জুলাই, 1839, সোমবার ফরাসি একাডেমি অফ সায়েন্সেসের সভায় উপস্থাপন করেছিলেন। তিনি পরবর্তীতে নিবন্ধ প্রকাশ করেছিলেন।

তার বাবা, আন্তোইন সিজার বেকারেলকে কখনও কখনও আবিষ্কারক বলা হয়। এটি এই কারণে হতে পারে যে প্রকাশনার সময় এডমন্ড বেকারেলের বয়স ছিল মাত্র 20 বছর এবং তিনি এখনও তার বাবার পরীক্ষাগারে কাজ করছিলেন।

মহান স্কটিশ বিজ্ঞানী জেমস ক্লার্ক ম্যাক্সওয়েল ছিলেন সেলেনিয়ামের আচরণে আগ্রহী অনেক ইউরোপীয় বিজ্ঞানীদের মধ্যে, যা 1873 সালে সোসাইটি অফ টেলিগ্রাফ ইঞ্জিনিয়ার্সের জার্নালে প্রকাশিত উইলবি স্মিথের একটি নিবন্ধে প্রথম বৈজ্ঞানিক সম্প্রদায়ের নজরে আনা হয়েছিল।

স্মিথ, গুট্টা পার্চা কোম্পানির প্রধান বৈদ্যুতিক প্রকৌশলী, ডাইভিং করার আগে ট্রান্সআটলান্টিক তারের ত্রুটি সনাক্ত করতে 1860 এর দশকের শেষের দিকে সেলেনিয়াম রড ব্যবহার করেছিলেন। সেলেনিয়াম রডগুলি রাতে ভাল কাজ করলেও, সূর্য বের হওয়ার সময় তারা ভয়ানকভাবে কাজ করেছিল।

সেলেনিয়ামের বিশেষ বৈশিষ্ট্যের উপর আলোর পরিমাণের সাথে কিছু সম্পর্ক রয়েছে বলে সন্দেহ করে, স্মিথ রডগুলিকে একটি স্লাইডিং ঢাকনা সহ একটি বাক্সে রেখেছিলেন। যখন ড্রয়ারটি বন্ধ করা হয়েছিল এবং আলোগুলি বন্ধ করা হয়েছিল, তখন রডগুলির প্রতিরোধ ক্ষমতা - যে মাত্রায় তারা তাদের মাধ্যমে বৈদ্যুতিক প্রবাহকে বাধা দেয় - সর্বাধিক ছিল এবং স্থির ছিল। কিন্তু যখন বাক্সের ঢাকনা সরানো হয়, তখনই তাদের পরিবাহিতা "আলোর তীব্রতা অনুসারে বৃদ্ধি পায়।"

স্মিথের রিপোর্টের পর যে গবেষকরা সেলেনিয়ামের উপর আলোর প্রভাব নিয়ে গবেষণা করেছেন তাদের মধ্যে ছিলেন দুই ব্রিটিশ বিজ্ঞানী, অধ্যাপক উইলিয়াম গ্রিলস অ্যাডামস এবং তার ছাত্র রিচার্ড ইভান্স ডে।

1870 এর দশকের শেষের দিকে, তারা সেলেনিয়ামকে অনেক পরীক্ষা-নিরীক্ষার অধীনস্থ করেছিল এবং এই পরীক্ষাগুলির মধ্যে একটিতে তারা স্মিথ যে সেলেনিয়াম রডগুলি ব্যবহার করছিলেন তার পাশে একটি মোমবাতি জ্বালায়। তাদের মিটারে তীরটি অবিলম্বে প্রতিক্রিয়া জানায়। সেলেনিয়ামকে আলো থেকে রক্ষা করার ফলে সুচ অবিলম্বে শূন্যে নেমে আসে।

এই দ্রুত প্রতিক্রিয়াগুলি মোমবাতির শিখার তাপ একটি কারেন্ট তৈরি করার সম্ভাবনাকে বাধা দেয়, যেহেতু তাপ সরবরাহ করা বা সরানো হয় তাপবিদ্যুৎ পরীক্ষায়, সুচ সবসময় উপরে উঠে বা ধীরে ধীরে পড়ে। "অতএব", গবেষকরা উপসংহারে এসেছিলেন, "এটি স্পষ্ট ছিল যে আলোর ক্রিয়াকলাপের অধীনে কারেন্ট কেবল সেলেনিয়ামে মুক্তি পেতে পারে।" অ্যাডামস এবং ডে আলোর দ্বারা উত্পাদিত কারেন্টকে "ফটোভোলটাইক" বলেছেন।

বেকারেল দ্বারা পর্যবেক্ষণ করা আলোক বৈদ্যুতিক প্রভাবের বিপরীতে, যখন আলোর ক্রিয়ায় বৈদ্যুতিক কোষে কারেন্ট পরিবর্তিত হয়, এই ক্ষেত্রে বৈদ্যুতিক ভোল্টেজ (এবং কারেন্ট) শুধুমাত্র আলোর ক্রিয়ায় বাহ্যিক বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের ক্রিয়া ছাড়াই তৈরি হয়েছিল।

অ্যাডামস এবং ডে এমনকি একটি ঘনীভূত ফোটোভোলটাইক সিস্টেমের একটি মডেল তৈরি করেছিলেন, যা তারা ইংল্যান্ডের অনেক বিশিষ্ট ব্যক্তিদের কাছে উপস্থাপন করেছিলেন, কিন্তু এটি ব্যবহারিক ব্যবহারে আনেননি।

আরেকজন সৃষ্টিকর্তা ফোটোভোলটাইক কোষ সেলেনিয়ামের উপর ভিত্তি করে 1883 সালে আমেরিকান উদ্ভাবক চার্লস ফ্রিটস ছিলেন।

তিনি একটি ধাতব প্লেটে সেলেনিয়ামের একটি বিস্তৃত পাতলা স্তর ছড়িয়ে দেন এবং সোনার পাতার একটি পাতলা ট্রান্সলুসেন্ট ফিল্ম দিয়ে ঢেকে দেন। ফ্রিটজ বলেন, সেলেনিয়ামের এই মডিউলটি একটি বর্তমান "নিরবিচ্ছিন্ন, স্থির এবং যথেষ্ট শক্তির উত্পাদিত হয়েছে ... শুধু নয় সূর্যালোক, কিন্তু দুর্বল, বিচ্ছুরিত দিনের আলো এমনকি বাতির আলোতেও।

কিন্তু তার ফটোভোলটাইক কোষের কার্যক্ষমতা 1% এর কম ছিল। যাইহোক, তিনি বিশ্বাস করেছিলেন যে তারা এডিসনের কয়লা চালিত বিদ্যুৎ কেন্দ্রগুলির সাথে প্রতিযোগিতা করতে পারে।

1884 সালে নিউ ইয়র্ক সিটির ছাদে চার্লস ফ্রিটসের সোনালি সেলেনিয়াম সোলার প্যানেল।

ফ্রিটজ তার একটি সোলার প্যানেল পাঠিয়েছিলেন ওয়ার্নার ভন সিমেন্সের কাছে, যার খ্যাতি ছিল এডিসনের সমান।

প্যানেলের বৈদ্যুতিক শক্তি দ্বারা সিমেন্স এতটাই মুগ্ধ হয়েছিল যে, একজন বিখ্যাত জার্মান বিজ্ঞানী প্রুশিয়ার রয়্যাল একাডেমিতে ফ্রিটস প্যানেলটি উপস্থাপন করেছিলেন। সিমেন্স বৈজ্ঞানিক বিশ্বকে বলেছে যে আমেরিকান মডিউলগুলি "প্রথমবারের মতো আলোক শক্তিকে বৈদ্যুতিক শক্তিতে সরাসরি রূপান্তর করার জন্য আমাদের কাছে উপস্থাপন করেছে।"

খুব কম বিজ্ঞানীই সিমেন্সের ডাকে সাড়া দিয়েছেন। আবিষ্কারটি তখনকার বিজ্ঞানের বিশ্বাসের সমস্ত কিছুর বিপরীত বলে মনে হয়েছিল।

অ্যাডামস এবং ডে এবং ফ্রিথের "জাদু" প্যানেল দ্বারা ব্যবহৃত সেলেনিয়াম রডগুলি শক্তি উৎপন্ন করার জন্য পদার্থবিজ্ঞানের পরিচিত পদ্ধতিগুলির উপর নির্ভর করে না। অতএব, সংখ্যাগরিষ্ঠ তাদের আরও বৈজ্ঞানিক গবেষণার সুযোগ থেকে বাদ দিয়েছে।

আলোক বৈদ্যুতিক ঘটনার ভৌত নীতি আলবার্ট আইনস্টাইন তার তড়িৎ চৌম্বক ক্ষেত্রের 1905 সালের গবেষণাপত্রে তাত্ত্বিকভাবে বর্ণনা করেছিলেন, যা তিনি তড়িৎ চৌম্বক ক্ষেত্রে প্রয়োগ করেছিলেন, শতাব্দীর শুরুতে ম্যাক্স কার্ল আর্নস্ট লুডভিগ প্ল্যাঙ্ক দ্বারা প্রকাশিত হয়েছিল।

আইনস্টাইনের ব্যাখ্যা দেখায় যে একটি মুক্তি ইলেকট্রনের শক্তি শুধুমাত্র বিকিরণের ফ্রিকোয়েন্সি (ফোটন শক্তি) এবং বিকিরণের তীব্রতা (ফোটনের সংখ্যা) থেকে ইলেকট্রনের সংখ্যার উপর নির্ভর করে। তাত্ত্বিক পদার্থবিজ্ঞানের উন্নয়নে তার কাজের জন্য, বিশেষ করে ফটোইলেক্ট্রিক প্রভাবের আইন আবিষ্কারের জন্য, আইনস্টাইনকে 1921 সালে পদার্থবিজ্ঞানে নোবেল পুরস্কার দেওয়া হয়েছিল।

আলোর আইনস্টাইনের সাহসী নতুন বর্ণনা, ইলেক্ট্রনের আবিষ্কার এবং তার আচরণ অধ্যয়ন করার জন্য পরবর্তী ড্রাইভের সাথে মিলিত - সমস্তই 19 শতকের গোড়ার দিকে ঘটেছিল - এমন একটি বৈজ্ঞানিক ভিত্তি দিয়ে ফটো ইলেকট্রিসিটি প্রদান করেছিল যার আগে এর অভাব ছিল এবং যা এখন ঘটনাটিকে শর্তে ব্যাখ্যা করতে পারে বিজ্ঞানের কাছে বোধগম্য।

সেলেনিয়ামের মতো উপাদানগুলিতে, আরও শক্তিশালী ফোটনগুলি তাদের পারমাণবিক কক্ষপথ থেকে আলগাভাবে আবদ্ধ ইলেক্ট্রনগুলিকে ছিটকে দেওয়ার জন্য যথেষ্ট শক্তি বহন করে। যখন তারগুলি সেলেনিয়াম রডগুলির সাথে সংযুক্ত থাকে, তখন মুক্ত ইলেকট্রনগুলি তাদের মধ্য দিয়ে বিদ্যুৎ হিসাবে প্রবাহিত হয়।

ঊনবিংশ শতাব্দীর পরীক্ষকরা এই প্রক্রিয়াটিকে ফটোভোলটাইক বলে অভিহিত করেছিলেন, কিন্তু 1920 এর দশকে বিজ্ঞানীরা এই ঘটনাটিকে ফটোইলেক্ট্রিক প্রভাব বলে অভিহিত করেছিলেন।

সৌর কোষের উপর তার 1919 বইয়েটমাস বেনসন "অনিবার্য সৌর জেনারেটর" এর অগ্রদূত হিসাবে সেলেনিয়ামের সাথে অগ্রগামীদের কাজের প্রশংসা করেছিলেন।

যাইহোক, দিগন্তে কোন আবিষ্কার না থাকায়, ওয়েস্টিংহাউসের ফটোভোলটাইক বিভাগের প্রধান শুধুমাত্র এই সিদ্ধান্তে আসতে পারেন: "ফটোভোলটাইক কোষগুলি ব্যবহারিক প্রকৌশলীদের জন্য আগ্রহী হবে না যতক্ষণ না তারা কমপক্ষে পঞ্চাশ গুণ বেশি দক্ষ হয়।"

ফটোভোলটাইক্স এবং এর অ্যাপ্লিকেশনের লেখকরা হতাশাবাদী পূর্বাভাসের সাথে একমত হয়েছেন, 1949 সালে লিখেছেন: "বস্তুগতভাবে আরও দক্ষ কোষের আবিষ্কার দরকারী উদ্দেশ্যে সৌর শক্তি ব্যবহার করার সম্ভাবনা উন্মুক্ত করবে কিনা তা ভবিষ্যতের উপর ছেড়ে দেওয়া উচিত।"

ফটোভোলটাইক প্রভাবের প্রক্রিয়া: ফটোভোলটাইক প্রভাব এবং এর জাত

অনুশীলনে ফটোভোলটাইক্স

1940 সালে, রাসেল শুমেকার ওলে ঘটনাক্রমে তৈরি করেছিলেন পিএন জংশন সিলিকনের উপর এবং আবিষ্কার করে যে এটি আলোকিত হলে বিদ্যুৎ উৎপাদন করে। তিনি তার আবিষ্কারের পেটেন্ট করেছিলেন। কার্যকারিতা প্রায় 1%।

সৌর কোষের আধুনিক রূপ 1954 সালে বেল ল্যাবরেটরিতে জন্মগ্রহণ করে। ডোপড সিলিকন নিয়ে পরীক্ষায়, এর উচ্চ আলোক সংবেদনশীলতা প্রতিষ্ঠিত হয়েছিল। ফলাফলটি ছিল একটি ফটোভোলটাইক কোষ যার কার্যক্ষমতা প্রায় ছয় শতাংশ।

গর্বিত বেলের আধিকারিকরা 25 এপ্রিল, 1954-এ বেল সোলার প্যানেল উন্মোচন করেন, যার মধ্যে একটি কোষের প্যানেল রয়েছে যা ফেরিস চাকাকে শক্তি দেওয়ার জন্য শুধুমাত্র আলোক শক্তির উপর নির্ভর করে। পরের দিন, বেল বিজ্ঞানীরা একটি সৌর-চালিত রেডিও ট্রান্সমিটার চালু করেন যা ওয়াশিংটনে একটি বৈঠকের জন্য জড়ো হওয়া আমেরিকার নেতৃস্থানীয় বিজ্ঞানীদের ভয়েস এবং সঙ্গীত সম্প্রচার করে।

প্রথম সৌর ফটোভোলটাইক কোষগুলি 1950 এর দশকের গোড়ার দিকে বিকশিত হয়েছিল।

সাউদার্ন বেল ইলেকট্রিশিয়ান 1955 সালে একটি সৌর প্যানেল একত্রিত করেন।

ফটোভোলটাইক কোষগুলি 1950 এর দশকের শেষের দিক থেকে মহাকাশ উপগ্রহগুলিতে বিভিন্ন ডিভাইসকে শক্তি দেওয়ার জন্য বিদ্যুতের উত্স হিসাবে ব্যবহৃত হয়েছে। ফটোসেল সহ প্রথম উপগ্রহটি ছিল আমেরিকান স্যাটেলাইট ভ্যানগার্ড I (অ্যাভানগার্ড I), 17 মার্চ, 1958-এ কক্ষপথে উৎক্ষেপণ করা হয়েছিল।

আমেরিকান স্যাটেলাইট ভ্যানগার্ড I, 1958।

ভ্যানগার্ড I স্যাটেলাইট এখনও কক্ষপথে রয়েছে। এটি মহাকাশে 60 বছরেরও বেশি সময় কাটিয়েছে (মহাকাশে মানবসৃষ্ট প্রাচীনতম বস্তু হিসাবে বিবেচিত)।

ভ্যানগার্ড I ছিল প্রথম সৌরশক্তি চালিত উপগ্রহ এবং এর সৌর কোষ সাত বছর ধরে স্যাটেলাইটকে শক্তি প্রদান করে। এটি 1964 সালে পৃথিবীতে সংকেত পাঠানো বন্ধ করে দেয়, কিন্তু তারপর থেকে গবেষকরা এখনও সূর্য, চাঁদ এবং পৃথিবীর বায়ুমণ্ডল প্রদক্ষিণকারী উপগ্রহগুলিকে কীভাবে প্রভাবিত করে সে সম্পর্কে অন্তর্দৃষ্টি পেতে এটি ব্যবহার করেছেন।

উত্থাপিত সৌর প্যানেল সহ আমেরিকান স্যাটেলাইট এক্সপ্লোরার 6, 1959।

কিছু ব্যতিক্রম ছাড়া, এটি এমন ডিভাইসগুলির জন্য বিদ্যুতের প্রধান উত্স যা দীর্ঘ সময়ের জন্য কাজ করবে বলে আশা করা হচ্ছে। আন্তর্জাতিক মহাকাশ স্টেশনে (ISS) ফটোভোলটাইক প্যানেলের মোট ক্ষমতা হল 110 kWh.

মহাকাশে সোলার প্যানেল

1950-এর দশকে প্রথম ফোটোভোলটাইক কোষগুলির দাম ছিল হাজার হাজার ডলার প্রতি ওয়াট রেটেড পাওয়ার, এবং তাদের উত্পাদন করার জন্য শক্তি খরচ এই কোষগুলি তাদের জীবদ্দশায় উত্পাদিত বিদ্যুতের পরিমাণকে ছাড়িয়ে গিয়েছিল।

কারণটি ছিল, কম দক্ষতা ছাড়াও, মাইক্রোচিপগুলির উত্পাদনের মতো ফটোভোলটাইক কোষগুলির উত্পাদনে কার্যত একই প্রযুক্তিগত এবং শক্তি-নিবিড় পদ্ধতি ব্যবহার করা হয়েছিল।

পার্থিব পরিস্থিতিতে, ফোটোভোলটাইক প্যানেলগুলি প্রথমে দূরবর্তী অবস্থানে বা, উদাহরণস্বরূপ, বয়গুলিতে, যেখানে তাদের পাওয়ার গ্রিডের সাথে সংযোগ করা অত্যন্ত কঠিন বা অসম্ভব হবে, ছোট ডিভাইসগুলিকে পাওয়ার জন্য ব্যবহার করা হয়েছিল। বিদ্যুতের অন্যান্য উত্সের তুলনায় ফটোভোলটাইক প্যানেলের প্রধান সুবিধা হল তাদের জ্বালানী এবং রক্ষণাবেক্ষণের প্রয়োজন হয় না।

প্রথম ভর-উত্পাদিত ফটোভোলটাইক প্যানেল 1979 সালে বাজারে উপস্থিত হয়েছিল।

1970-এর দশকের তেল সংকটের কারণে পৃথিবীতে শক্তির উৎস হিসেবে ফটোভোলটাইক্সের পাশাপাশি অন্যান্য পুনর্নবীকরণযোগ্য উৎসের প্রতি আগ্রহ বৃদ্ধি পায়।

তারপর থেকে, নিবিড় গবেষণা এবং উন্নয়ন করা হয়েছে, যার ফলশ্রুতিতে উচ্চতর দক্ষতা, কম দাম এবং ফটোভোলটাইক কোষ এবং প্যানেলের আয়ু বেশি। একই সময়ে, উত্পাদনের শক্তির তীব্রতা এমন পরিমাণে হ্রাস পেয়েছে যে প্যানেলটি উত্পাদন করতে ব্যবহৃত হওয়ার চেয়ে বহুগুণ বেশি শক্তি উৎপন্ন করে।

প্রাচীনতম (এখনও ব্যবহৃত) বৃহৎ উপকূলীয় কাঠামো 1980 এর দশকের গোড়ার দিকে। সেই সময়ে, স্ফটিক সিলিকন কোষগুলি এখনও পুরোপুরি আধিপত্য ছিল, যার পরিষেবা জীবন কমপক্ষে 30 বছরের বাস্তব পরিস্থিতিতে নিশ্চিত হয়েছিল।

অভিজ্ঞতার উপর ভিত্তি করে, নির্মাতারা গ্যারান্টি দেয় যে 25 বছর পরে প্যানেলের কার্যকারিতা সর্বাধিক 20% হ্রাস পাবে (তবে উল্লিখিত ইনস্টলেশনগুলির ফলাফলগুলি আরও ভাল)। অন্যান্য ধরণের প্যানেলের জন্য, ত্বরিত পরীক্ষার উপর ভিত্তি করে পরিষেবা জীবন অনুমান করা হয়।

মূল মনোক্রিস্টালাইন সিলিকন কোষগুলি ছাড়াও, বছরের পর বছর ধরে বেশ কয়েকটি নতুন ধরণের ফটোভোলটাইক কোষ তৈরি করা হয়েছে, উভয় স্ফটিক এবং পাতলা ফিল্ম… যাইহোক, সিলিকন এখনও ফোটোভোলটাইক্সের প্রভাবশালী উপাদান।

ফোটোভোলটাইক প্রযুক্তি 2008 সাল থেকে একটি বড় গর্জন অনুভব করেছে, যখন স্ফটিক সিলিকনের দাম দ্রুত হ্রাস পেতে শুরু করেছে, প্রধানত চীনে উৎপাদন স্থানান্তরের কারণে, যেটি আগে বাজারে সংখ্যালঘু ছিল (ফটোভোলটাইক উৎপাদনের বেশিরভাগই জাপানে কেন্দ্রীভূত ছিল, মার্কিন যুক্তরাষ্ট্র, স্পেন এবং জার্মানি)।

ফটোভোলটাইক্স শুধুমাত্র বিভিন্ন সাপোর্ট সিস্টেমের প্রবর্তনের মাধ্যমে ব্যাপক হয়ে ওঠে। প্রথমটি ছিল জাপানে ভর্তুকি কর্মসূচি এবং তারপরে জার্মানিতে ক্রয় মূল্য ব্যবস্থা। পরবর্তীকালে, অন্যান্য কয়েকটি দেশে অনুরূপ ব্যবস্থা চালু করা হয়েছিল।

ফটোভোলটাইক শক্তি আজ সবচেয়ে সাধারণ নবায়নযোগ্য শক্তির উত্স এবং এটি একটি খুব দ্রুত বর্ধনশীল শিল্পও। এটি বিল্ডিংয়ের ছাদে এবং সেইসাথে জমিতে ব্যাপকভাবে ইনস্টল করা হয় যা কৃষি কাজের জন্য ব্যবহার করা যায় না।

সর্বশেষ প্রবণতা এছাড়াও আকারে জল ইনস্টলেশনের অন্তর্ভুক্ত ভাসমান ফটোভোলটাইক সিস্টেম এবং কৃষি-ফটোভোলটাইক ইনস্টলেশন, কৃষি উৎপাদনের সাথে ফটোভোলটাইক ইনস্টলেশনের সমন্বয়।