సౌర శక్తిని విద్యుత్ శక్తిగా మార్చే ప్రక్రియ ఎలా పనిచేస్తుంది

మనలో చాలా మంది సౌర ఘటాలను ఒక విధంగా లేదా మరొక విధంగా ఎదుర్కొన్నారు. ఎవరైనా గృహ అవసరాల కోసం విద్యుత్తును ఉత్పత్తి చేయడానికి సౌర ఫలకాలను ఉపయోగించారు లేదా ఉపయోగిస్తున్నారు, ఎవరైనా ఫీల్డ్‌లో తమకు ఇష్టమైన గాడ్జెట్‌ను ఛార్జ్ చేయడానికి ఒక చిన్న సోలార్ ప్యానెల్‌ను ఉపయోగిస్తున్నారు మరియు ఎవరైనా మైక్రో కాలిక్యులేటర్‌లో ఖచ్చితంగా చిన్న సోలార్ సెల్‌ను చూసారు. కొందరికి ఆయనను దర్శించుకునే అదృష్టం కూడా కలిగింది సోలార్ పవర్ ప్లాంట్. 

అయితే సౌరశక్తిని విద్యుత్తుగా మార్చే ప్రక్రియ ఎలా పనిచేస్తుందో మీరు ఎప్పుడైనా ఆలోచించారా? ఈ అన్ని సౌర ఘటాల పనితీరుకు ఏ భౌతిక దృగ్విషయం ఆధారం? భౌతిక శాస్త్రం వైపు మళ్లి, ఉత్పత్తి ప్రక్రియను వివరంగా అర్థం చేసుకుందాం.

మొదటి నుంచీ ఇక్కడ శక్తికి మూలం సూర్యకాంతి లేదా శాస్త్రీయంగా చెప్పాలంటే, స్పష్టంగా ఉంది. విద్యుశ్చక్తి సౌర వికిరణం యొక్క ఫోటాన్ల కారణంగా ఉత్పత్తి చేయబడుతుంది. ఈ ఫోటాన్‌లను సూర్యుడి నుండి నిరంతరం కదిలే ప్రాథమిక కణాల ప్రవాహంగా సూచించవచ్చు, వీటిలో ప్రతి ఒక్కటి శక్తిని కలిగి ఉంటుంది మరియు అందువల్ల మొత్తం కాంతి ప్రవాహం కొంత రకమైన శక్తిని కలిగి ఉంటుంది.

సూర్యుని ఉపరితలం యొక్క ప్రతి చదరపు మీటరు నుండి, 63 MW శక్తి రేడియేషన్ రూపంలో నిరంతరం విడుదలవుతుంది! ఈ రేడియేషన్ యొక్క గరిష్ట తీవ్రత కనిపించే స్పెక్ట్రం పరిధిలోకి వస్తుంది - 400 నుండి 800 nm వరకు తరంగదైర్ఘ్యం. 

కాబట్టి, శాస్త్రవేత్తలు సూర్యుని నుండి భూమికి దూరంలో ఉన్న సూర్యకాంతి ప్రవాహం యొక్క శక్తి సాంద్రత 149600000 కిలోమీటర్లు, వాతావరణం గుండా వెళ్లి, మన గ్రహం యొక్క ఉపరితలం చేరుకున్న తర్వాత, చదరపుకి సగటున 900 వాట్స్ అని కనుగొన్నారు. మీటర్.

ఇక్కడ మీరు ఈ శక్తిని అంగీకరించవచ్చు మరియు దాని నుండి విద్యుత్తును పొందడానికి ప్రయత్నించవచ్చు, అనగా సూర్యుని కాంతి ప్రవాహం యొక్క శక్తిని కదిలే చార్జ్డ్ కణాల శక్తిగా మార్చడానికి, ఇతర మాటలలో, లో విద్యుత్. 

కాంతిని విద్యుత్తుగా మార్చడానికి, మనకు ఫోటోఎలెక్ట్రిక్ కన్వర్టర్ అవసరం ... ఇటువంటి కన్వర్టర్లు చాలా సాధారణం, అవి స్వేచ్ఛా వాణిజ్యంలో కనిపిస్తాయి, ఇవి సోలార్ సెల్స్ అని పిలవబడేవి - సిలికాన్ నుండి కత్తిరించిన ప్లేట్ల రూపంలో ఫోటోవోల్టాయిక్ కన్వర్టర్లు.

ఉత్తమమైనవి మోనోక్రిస్టలైన్, అవి సుమారు 18% సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటాయి, అనగా, సూర్యుడి నుండి వచ్చే ఫోటాన్ ప్రవాహం 900 W / m2 శక్తి సాంద్రత కలిగి ఉంటే, మీరు ఒక చదరపు మీటరు నుండి 160 W విద్యుత్తును స్వీకరించడాన్ని లెక్కించవచ్చు. అటువంటి కణాల నుండి బ్యాటరీ అసెంబుల్ చేయబడింది.

"ఫోటోఎలెక్ట్రిక్ ఎఫెక్ట్" అని పిలువబడే ఒక దృగ్విషయం ఇక్కడ పని చేస్తుంది. ఫోటోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావం లేదా ఫోటోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావం - ఇది కాంతి లేదా ఇతర విద్యుదయస్కాంత వికిరణం ప్రభావంతో ఒక పదార్ధం నుండి ఎలక్ట్రాన్ల ఉద్గార దృగ్విషయం (ఒక పదార్ధం యొక్క పరమాణువుల నుండి ఎలక్ట్రాన్ల నిర్లిప్తత యొక్క దృగ్విషయం).

ఇప్పటికే 1900లోమాక్స్ ప్లాంక్, క్వాంటం ఫిజిక్స్ పితామహుడు, కాంతిని వ్యక్తిగత కణాలు లేదా క్వాంటా ద్వారా విడుదల చేసి శోషించవచ్చని సూచించాడు, తరువాత, 1926లో, రసాయన శాస్త్రవేత్త గిల్బర్ట్ లూయిస్ "ఫోటాన్లు" అని పిలిచాడు.

ప్రతి ఫోటాన్ E = hv సూత్రం ద్వారా నిర్ణయించబడే శక్తిని కలిగి ఉంటుంది — ప్లాంక్ యొక్క స్థిరాంకం ఉద్గార పౌనఃపున్యంతో గుణించబడుతుంది.

మాక్స్ ప్లాంక్ ఆలోచనకు అనుగుణంగా, 1887లో హెర్ట్జ్ కనుగొన్న దృగ్విషయం మరియు స్టోలెటోవ్ 1888 నుండి 1890 వరకు క్షుణ్ణంగా అధ్యయనం చేయడం ద్వారా వివరించవచ్చు. అలెగ్జాండర్ స్టోలెటోవ్ ఫోటోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావాన్ని ప్రయోగాత్మకంగా అధ్యయనం చేశాడు మరియు ఫోటోఎలెక్ట్రిక్ ఎఫెక్ట్ (స్టోలెటోవ్ యొక్క చట్టాలు) యొక్క మూడు చట్టాలను స్థాపించాడు:

• ఫోటోకాథోడ్‌పై పడే విద్యుదయస్కాంత వికిరణం యొక్క స్థిరమైన వర్ణపట కూర్పు వద్ద, సంతృప్త ఫోటోకరెంట్ కాథోడ్ వికిరణానికి అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది (లేకపోతే: 1 సెకనులో కాథోడ్ నుండి పడగొట్టబడిన ఫోటోఎలెక్ట్రాన్ల సంఖ్య రేడియేషన్ తీవ్రతకు నేరుగా అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది).

• ఫోటోఎలెక్ట్రాన్ల యొక్క గరిష్ట ప్రారంభ వేగం సంఘటన కాంతి యొక్క తీవ్రతపై ఆధారపడి ఉండదు, కానీ దాని ఫ్రీక్వెన్సీ ద్వారా మాత్రమే నిర్ణయించబడుతుంది.

• ప్రతి పదార్ధానికి ఫోటోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావం యొక్క ఎరుపు పరిమితి ఉంది, అంటే కాంతి యొక్క కనీస పౌనఃపున్యం (పదార్థం యొక్క రసాయన స్వభావం మరియు ఉపరితల స్థితిని బట్టి) ఫోటో ఎఫెక్ట్ అసాధ్యం.

తరువాత, 1905లో, ఐన్‌స్టీన్ ఫోటోఎలెక్ట్రిక్ ఎఫెక్ట్ సిద్ధాంతాన్ని స్పష్టం చేశాడు. కాంతి యొక్క క్వాంటం సిద్ధాంతం మరియు శక్తి యొక్క పరిరక్షణ మరియు మార్పిడి యొక్క చట్టం ఏమి జరుగుతుందో మరియు ఏమి గమనించబడుతుందో ఖచ్చితంగా వివరిస్తుంది. ఐన్స్టీన్ ఫోటోఎలెక్ట్రిక్ ఎఫెక్ట్ కోసం సమీకరణాన్ని వ్రాస్తాడు, దాని కోసం అతను 1921లో నోబెల్ బహుమతిని గెలుచుకున్నాడు:

పని విధులు మరియు ఒక పదార్ధం యొక్క పరమాణువును విడిచిపెట్టడానికి ఎలక్ట్రాన్ చేయవలసిన కనీస పని ఇక్కడ ఉంది.రెండవ పదం నిష్క్రమణ తర్వాత ఎలక్ట్రాన్ యొక్క గతి శక్తి.

అంటే, ఫోటాన్ అణువు యొక్క ఎలక్ట్రాన్ ద్వారా గ్రహించబడుతుంది, కాబట్టి అణువులోని ఎలక్ట్రాన్ యొక్క గతిశక్తి శోషించబడిన ఫోటాన్ యొక్క శక్తి పరిమాణంతో పెరుగుతుంది.

ఈ శక్తిలో కొంత భాగం అణువు నుండి ఎలక్ట్రాన్ను విడిచిపెట్టడానికి ఖర్చు చేయబడుతుంది, ఎలక్ట్రాన్ అణువును విడిచిపెట్టి, స్వేచ్ఛగా కదిలే అవకాశాన్ని పొందుతుంది. మరియు దర్శకత్వం వహించిన కదిలే ఎలక్ట్రాన్లు విద్యుత్ ప్రవాహం లేదా ఫోటోకరెంట్ కంటే మరేమీ కాదు. ఫలితంగా, ఫోటోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావం ఫలితంగా ఒక పదార్ధంలో EMF రూపాన్ని గురించి మాట్లాడవచ్చు.

అంటే, సౌర బ్యాటరీ దానిలో పనిచేసే ఫోటోఎలెక్ట్రిక్ ఎఫెక్ట్‌కు ధన్యవాదాలు. కానీ ఫోటోవోల్టాయిక్ కన్వర్టర్‌లో "నాక్ అవుట్" ఎలక్ట్రాన్‌లు ఎక్కడికి వెళ్తాయి? ఫోటోవోల్టాయిక్ కన్వర్టర్ లేదా సోలార్ సెల్ లేదా ఫోటోసెల్ సెమీకండక్టర్, అందువలన, ఫోటో ప్రభావం దానిలో అసాధారణ రీతిలో సంభవిస్తుంది, ఇది అంతర్గత ఫోటో ప్రభావం, మరియు "వాల్వ్ ఫోటో ఎఫెక్ట్" అనే ప్రత్యేక పేరు కూడా ఉంది.

సూర్యకాంతి ప్రభావంతో, సెమీకండక్టర్ యొక్క pn జంక్షన్‌లో ఫోటోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావం ఏర్పడుతుంది మరియు EMF కనిపిస్తుంది, కానీ ఎలక్ట్రాన్లు ఫోటోసెల్‌ను విడిచిపెట్టవు, ఎలక్ట్రాన్లు శరీరంలోని ఒక భాగాన్ని విడిచిపెట్టి, మరొకదానికి వెళుతున్నప్పుడు ప్రతిదీ నిరోధించే పొరలో జరుగుతుంది. దానిలో భాగం.

భూమి యొక్క క్రస్ట్‌లోని సిలికాన్ దాని ద్రవ్యరాశిలో 30% ఉంటుంది, అందుకే ఇది ప్రతిచోటా ఉపయోగించబడుతుంది. సాధారణంగా సెమీకండక్టర్ల యొక్క ప్రత్యేకత ఏమిటంటే అవి కండక్టర్లు లేదా విద్యుద్వాహకాలు కావు, వాటి వాహకత మలినాలను ఏకాగ్రతపై, ఉష్ణోగ్రతపై మరియు రేడియేషన్ ప్రభావంపై ఆధారపడి ఉంటుంది.

సెమీకండక్టర్‌లోని బ్యాండ్‌గ్యాప్ కొన్ని ఎలక్ట్రాన్ వోల్ట్‌లు మరియు ఇది పరమాణువుల ఎగువ వాలెన్స్ బ్యాండ్ స్థాయికి మధ్య ఉన్న శక్తి వ్యత్యాసం, దీని నుండి ఎలక్ట్రాన్‌లు ఉపసంహరించబడతాయి మరియు తక్కువ ప్రసరణ స్థాయి. సిలికాన్ 1.12 eV యొక్క బ్యాండ్‌గ్యాప్‌ను కలిగి ఉంది-సౌర వికిరణాన్ని గ్రహించడానికి అవసరమైనది.

కాబట్టి pn జంక్షన్. ఫోటోసెల్‌లోని డోప్డ్ సిలికాన్ పొరలు pn జంక్షన్‌ను ఏర్పరుస్తాయి. ఇక్కడ ఎలక్ట్రాన్లకు శక్తి అవరోధం ఉంది, అవి వాలెన్స్ బ్యాండ్‌ను వదిలి ఒకే దిశలో కదులుతాయి, రంధ్రాలు వ్యతిరేక దిశలో కదులుతాయి. సోలార్ సెల్‌లో కరెంట్ ఎలా వస్తుంది అంటే సూర్యకాంతి నుండి విద్యుత్ ఉత్పత్తి అవుతుంది.

ఫోటాన్ల చర్యకు గురైన pn జంక్షన్, ఛార్జ్ క్యారియర్‌లను - ఎలక్ట్రాన్లు మరియు రంధ్రాలను - కేవలం ఒక దిశలో కాకుండా వేరే మార్గంలో తరలించడానికి అనుమతించదు, అవి విడిపోయి అవరోధం యొక్క వ్యతిరేక వైపులా ముగుస్తాయి. మరియు ఎగువ మరియు దిగువ ఎలక్ట్రోడ్ల ద్వారా లోడ్ సర్క్యూట్‌కు కనెక్ట్ చేసినప్పుడు, కాంతివిపీడన కన్వర్టర్, సూర్యరశ్మికి గురైనప్పుడు, బాహ్య సర్క్యూట్‌లో సృష్టిస్తుంది. ప్రత్యక్ష విద్యుత్ ప్రవాహం.