সৌর শক্তিকে বৈদ্যুতিক শক্তিতে রূপান্তর করার প্রক্রিয়া কীভাবে কাজ করে

আমাদের মধ্যে অনেকেই এক বা অন্য উপায়ে সৌর কোষের মুখোমুখি হয়েছি। কেউ গৃহস্থালীর কাজে বিদ্যুৎ উৎপাদনের জন্য সোলার প্যানেল ব্যবহার করেছেন বা ব্যবহার করছেন, কেউ মাঠে তাদের প্রিয় গ্যাজেট চার্জ করার জন্য একটি ছোট সোলার প্যানেল ব্যবহার করেছেন, এবং কেউ অবশ্যই মাইক্রো ক্যালকুলেটরে একটি ছোট সোলার সেল দেখেছেন। কেউ কেউ তাকে দেখার জন্য যথেষ্ট ভাগ্যবান ছিল সৌর বিদ্যুৎ কেন্দ্র. 

কিন্তু আপনি কি কখনও ভেবে দেখেছেন কিভাবে সৌরশক্তিকে বিদ্যুতে রূপান্তরিত করার প্রক্রিয়া কাজ করে? এই সমস্ত সৌর কোষের ক্রিয়াকলাপের অন্তর্নিহিত কোন শারীরিক ঘটনা? আসুন পদার্থবিজ্ঞানের দিকে ফিরে যাই এবং প্রজন্মের প্রক্রিয়াটি বিস্তারিতভাবে বুঝতে পারি।

প্রথম থেকেই এটা স্পষ্ট যে এখানে শক্তির উৎস সূর্যালোক বা বৈজ্ঞানিকভাবে বলতে গেলে, বৈদ্যুতিক শক্তি সৌর বিকিরণ ফোটন ধন্যবাদ উত্পাদিত হয়. এই ফোটনগুলিকে সূর্য থেকে ক্রমাগত চলমান প্রাথমিক কণাগুলির একটি প্রবাহ হিসাবে উপস্থাপিত করা যেতে পারে, যার প্রতিটিতে শক্তি রয়েছে এবং সেইজন্য পুরো আলোক প্রবাহটি একরকম শক্তি বহন করে।

সূর্যের পৃষ্ঠের প্রতি বর্গমিটার থেকে 63 মেগাওয়াট শক্তি ক্রমাগত বিকিরণ আকারে নির্গত হচ্ছে! এই বিকিরণের সর্বোচ্চ তীব্রতা দৃশ্যমান বর্ণালীর পরিসরে পড়ে — 400 থেকে 800 এনএম পর্যন্ত তরঙ্গদৈর্ঘ্য. 

সুতরাং, বিজ্ঞানীরা দেখতে পেয়েছেন যে সূর্য থেকে পৃথিবীর দূরত্বে সূর্যালোকের প্রবাহের শক্তি ঘনত্ব হল 149600000 কিলোমিটার, বায়ুমণ্ডলের মধ্য দিয়ে যাওয়ার পরে এবং আমাদের গ্রহের পৃষ্ঠে পৌঁছানোর পরে, প্রতি বর্গক্ষেত্রে গড়ে প্রায় 900 ওয়াট। মিটার

এখানে আপনি এই শক্তি গ্রহণ করতে পারেন এবং এটি থেকে বিদ্যুৎ পাওয়ার চেষ্টা করতে পারেন, অর্থাৎ সূর্যের আলোক প্রবাহের শক্তিকে চলমান চার্জযুক্ত কণার শক্তিতে রূপান্তর করতে, অন্য কথায়, বিদ্যুৎ. 

আলোকে বিদ্যুতে রূপান্তর করতে, আমাদের একটি আলোক বৈদ্যুতিক রূপান্তরকারী প্রয়োজন... এই ধরনের রূপান্তরকারীগুলি খুব সাধারণ, তারা মুক্ত বাণিজ্যে পাওয়া যায়, এগুলি তথাকথিত সৌর কোষ - সিলিকন থেকে কাটা প্লেটের আকারে ফটোভোলটাইক রূপান্তরকারী।

সর্বোত্তম হল মনোক্রিস্টালাইন, তাদের কার্যক্ষমতা প্রায় 18%, অর্থাৎ, যদি সূর্য থেকে ফোটনের প্রবাহের শক্তির ঘনত্ব 900 W / m2 থাকে, তাহলে আপনি একটি বর্গ মিটার থেকে 160 ওয়াট বিদ্যুৎ পাওয়ার উপর নির্ভর করতে পারেন। এই ধরনের কোষ থেকে ব্যাটারি একত্রিত হয়।

"ফটোইলেকট্রিক প্রভাব" নামক একটি ঘটনা এখানে কাজ করে। আলোক বৈদ্যুতিক প্রভাব বা আলোক বৈদ্যুতিক প্রভাব — এটি আলো বা অন্যান্য ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক বিকিরণের প্রভাবে একটি পদার্থ থেকে ইলেকট্রন নির্গমনের ঘটনা (একটি পদার্থের পরমাণু থেকে ইলেকট্রন বিচ্ছিন্ন হওয়ার ঘটনা)।

ইতিমধ্যে 1900 সালেকোয়ান্টাম পদার্থবিজ্ঞানের জনক ম্যাক্স প্ল্যাঙ্ক পরামর্শ দিয়েছিলেন যে আলো পৃথক কণা বা কোয়ান্টা দ্বারা নির্গত এবং শোষিত হয়, যা পরবর্তীতে, 1926 সালে, রসায়নবিদ গিলবার্ট লুইস "ফোটন" বলে ডাকতেন।

প্রতিটি ফোটনের একটি শক্তি থাকে যা E = hv সূত্র দ্বারা নির্ণয় করা যায় — প্লাঙ্কের ধ্রুবক নির্গমনের ফ্রিকোয়েন্সি দ্বারা গুণিত হয়।

ম্যাক্স প্ল্যাঙ্কের ধারণা অনুসারে, হার্টজ কর্তৃক 1887 সালে আবিষ্কৃত ঘটনাটি এবং তারপর 1888 থেকে 1890 সাল পর্যন্ত স্টোলেটভ দ্বারা পুঙ্খানুপুঙ্খভাবে অধ্যয়ন করা ঘটনাটি ব্যাখ্যাযোগ্য হয়ে ওঠে। আলেকজান্ডার স্টোলেটভ পরীক্ষামূলকভাবে ফটোইলেকট্রিক প্রভাব অধ্যয়ন করেন এবং ফটোইলেক্ট্রিক প্রভাবের তিনটি আইন প্রতিষ্ঠা করেন (স্টোলেটভের আইন):

• ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক বিকিরণের একটি ধ্রুবক বর্ণালী সংমিশ্রণে ফটোক্যাথোডে পড়ে, স্যাচুরেশন ফটোকারেন্ট ক্যাথোড ইরেডিয়েশনের সমানুপাতিক (অন্যথায়: 1 সেকেন্ডে ক্যাথোড থেকে ছিটকে যাওয়া ফটোইলেক্ট্রনের সংখ্যা বিকিরণের তীব্রতার সাথে সরাসরি সমানুপাতিক)।

• ফটোইলেক্ট্রনগুলির সর্বাধিক প্রাথমিক গতি ঘটনা আলোর তীব্রতার উপর নির্ভর করে না, তবে শুধুমাত্র তার ফ্রিকোয়েন্সি দ্বারা নির্ধারিত হয়।

• প্রতিটি পদার্থের জন্য ফোটোইলেক্ট্রিক প্রভাবের একটি লাল সীমা থাকে, অর্থাৎ, আলোর ন্যূনতম ফ্রিকোয়েন্সি (পদার্থের রাসায়নিক প্রকৃতি এবং পৃষ্ঠের অবস্থার উপর নির্ভর করে) যার নীচে ফটোইফেক্ট অসম্ভব।

পরবর্তীতে, 1905 সালে, আইনস্টাইন ফটোইলেক্ট্রিক প্রভাবের তত্ত্বটি স্পষ্ট করবেন। তিনি দেখাবেন কিভাবে আলোর কোয়ান্টাম তত্ত্ব এবং শক্তির সংরক্ষণ ও রূপান্তরের নিয়ম পুরোপুরি ব্যাখ্যা করে কী ঘটে এবং কী পর্যবেক্ষণ করা হয়। আইনস্টাইন ফটোইলেকট্রিক প্রভাবের জন্য সমীকরণ লিখবেন, যার জন্য তিনি 1921 সালে নোবেল পুরস্কার জিতেছিলেন:

কাজের ফাংশন এবং এখানে ন্যূনতম কাজ যা একটি ইলেকট্রন একটি পদার্থের একটি পরমাণু ছেড়ে যেতে হবে।দ্বিতীয় শব্দটি হল প্রস্থানের পর ইলেকট্রনের গতিশক্তি।

অর্থাৎ, ফোটন পরমাণুর ইলেকট্রন দ্বারা শোষিত হয়, তাই পরমাণুর ইলেকট্রনের গতিশক্তি শোষিত ফোটনের শক্তির পরিমাণ দ্বারা বৃদ্ধি পায়।

এই শক্তির একটি অংশ পরমাণু থেকে ইলেকট্রন ত্যাগ করতে ব্যয় হয়, ইলেকট্রন পরমাণু ছেড়ে অবাধে চলাফেরার সুযোগ পায়। এবং নির্দেশিত চলমান ইলেকট্রনগুলি বৈদ্যুতিক প্রবাহ বা আলোকপ্রবাহ ছাড়া আর কিছুই নয়। ফলস্বরূপ, আমরা ফটোইলেক্ট্রিক প্রভাবের ফলে একটি পদার্থে ইএমএফের উপস্থিতি সম্পর্কে কথা বলতে পারি।

অর্থাৎ, সৌর ব্যাটারি কাজ করে এতে ফটোইলেকট্রিক প্রভাব কাজ করে। কিন্তু ফটোভোলটাইক কনভার্টারে "নক আউট" ইলেকট্রনগুলি কোথায় যায়? ফটোভোলটাইক কনভার্টার বা সোলার সেল বা ফটোসেল হয় অর্ধপরিবাহী, অতএব, ফটো ইফেক্টটি এটিতে একটি অস্বাভাবিক উপায়ে ঘটে, এটি একটি অভ্যন্তরীণ ফটো ইফেক্ট এবং এমনকি একটি বিশেষ নাম "ভালভ ফটো ইফেক্ট" রয়েছে।

সূর্যালোকের প্রভাবে, একটি অর্ধপরিবাহীর পিএন জংশনে একটি ফটোইলেক্ট্রিক প্রভাব ঘটে এবং একটি ইএমএফ উপস্থিত হয়, তবে ইলেকট্রনগুলি ফটোসেল ছেড়ে যায় না, সমস্ত কিছু ব্লকিং স্তরে ঘটে যখন ইলেক্ট্রনগুলি শরীরের একটি অংশ ছেড়ে অন্য অংশে চলে যায়। ইহার অংশ.

পৃথিবীর ভূত্বকের সিলিকন তার ভরের 30%, তাই এটি সর্বত্র ব্যবহৃত হয়। সাধারণভাবে সেমিকন্ডাক্টরগুলির বিশেষত্ব এই যে তারা কন্ডাক্টর বা অস্তরক নয়, তাদের পরিবাহিতা অমেধ্যের ঘনত্ব, তাপমাত্রা এবং বিকিরণের প্রভাবের উপর নির্ভর করে।

একটি সেমিকন্ডাক্টরের ব্যান্ডগ্যাপ হল কয়েকটি ইলেক্ট্রন ভোল্ট, এবং এটি কেবল পরমাণুর উপরের ভ্যালেন্স ব্যান্ড স্তরের মধ্যে শক্তির পার্থক্য, যেখান থেকে ইলেকট্রনগুলি প্রত্যাহার করা হয় এবং নিম্ন পরিবাহী স্তরের মধ্যে। সিলিকনের ব্যান্ডগ্যাপ আছে 1.12 eV- সৌর বিকিরণ শোষণ করার জন্য যা প্রয়োজন।

তাই পিএন জংশন. ফটোসেলে ডোপড সিলিকন স্তরগুলি একটি পিএন জংশন গঠন করে। এখানে ইলেক্ট্রনগুলির জন্য একটি শক্তি বাধা রয়েছে, তারা ভ্যালেন্স ব্যান্ড ছেড়ে শুধুমাত্র একটি দিকে চলে যায়, গর্তগুলি বিপরীত দিকে চলে যায়। এভাবেই সোলার সেলের কারেন্ট পাওয়া যায়, অর্থাৎ সূর্যের আলো থেকে বিদ্যুৎ উৎপাদন করা হয়।

pn জংশন, ফোটনের ক্রিয়া দ্বারা উন্মুক্ত, চার্জ বাহক - ইলেকট্রন এবং ছিদ্রগুলি -কে শুধুমাত্র একটি দিক ব্যতীত অন্য পথে যেতে দেয় না, তারা পৃথক হয় এবং বাধার বিপরীত দিকে শেষ হয়। এবং উপরের এবং নীচের ইলেক্ট্রোডের মাধ্যমে লোড সার্কিটের সাথে সংযুক্ত হলে, ফটোভোলটাইক রূপান্তরকারী, যখন সূর্যালোকের সংস্পর্শে আসে, তখন বহিরাগত সার্কিটে তৈরি হবে সরাসরি বৈদ্যুতিক প্রবাহ.