AGENGG 311 Lecture 09: सौर फोटोवोल्टिक तकनीकें एवं अनुप्रयोग | Hindi Notes
AGRO PATH FINDERAGENGG 311 · Renewable Energy in Agriculture
विषय सूची · Quick Navigation
02 अधिगम उद्देश्य (Learning Objectives)03 प्रस्तावना एवं मूल अवधारणा (Introduction)04 महत्वपूर्ण वैज्ञानिक परिभाषाएँ (Important Definitions)05 विस्तृत विषय व्याख्या (Detailed Topic Explanation)06 प्रकार एवं वैज्ञानिक वर्गीकरण (Types and Classification)07 महत्वपूर्ण सिद्धांत एवं समीकरण (Important Principles and Concepts)08 वैज्ञानिक एवं व्यावहारिक उदाहरण व गणनाएँ (Scientific & Practical Examples)09 तुलनात्मक सारणियाँ (Comparative Tables)10 महत्वपूर्ण सूत्र एवं तकनीकी मानक (Formulas & Key Metrics)11 व्याख्यान-विशिष्ट माइंड मैप (Lecture-Specific Mind Map)12 प्रक्रिया प्रवाह चित्र एवं आरेख (Flowcharts & Visual Diagrams)13 महत्वपूर्ण तथ्य एवं परीक्षा टिप्स (Important Facts & Exam Tips)14 त्वरित पुनरावृत्ति सारांश (Quick Revision Panel)15 बहुविकल्पीय प्रश्न — उत्तर एवं व्याख्या सहित (10 MCQs with Answers)16 अति-लघु, लघु एवं दीर्घ उत्तरीय प्रश्न व वन-लाइनर्स (Exam Question Bank)Lecture 09: सौर फोटोवोल्टिक तकनीकें एवं अनुप्रयोग
Solar photovoltaic techniques and applications
02 अधिगम उद्देश्य (Learning Objectives)
इस व्याख्यान (Lecture) के अध्ययन के पश्चात् विद्यार्थी निम्नलिखित में सक्षम होंगे:
- फोटोवोल्टिक्स (Photovoltaics – PV), फोटोवोल्टिक प्रभाव (Photovoltaic effect) और सोलर सेल के कार्य सिद्धांत (0.5V पर 1.5A धारा, 0.75W (इस उदाहरण में) प्रति सेल) को समझना।
- सोलर सेल → मॉड्यूल → ऐरे, बैलेंस ऑफ सिस्टम (BOS), तथा फ्लैट-प्लेट बनाम सांद्रक (Concentrator) पीवी प्रणालियों को जानना।
- विभिन्न अर्धचालक पदार्थों—क्रिस्टलीय सिलिकॉन (c-Si: 200–300 µm मोटाई, 15–20% दक्षता), गैलियम आर्सेनाइड (GaAs: कुछ µm मोटाई, 25–30% दक्षता), अक्रिस्टलीय सिलिकॉन (a-Si: 1 µm मोटाई, 40 गुना प्रकाश अवशोषण), CdTe एवं CIS—का तुलनात्मक अध्ययन करना।
- सौर प्रकाश उपकरणों—सौर लालटेन (5W ट्यूब, >30 kHz चोक/इन्वर्टर, 100 गुना चमकदार) तथा सौर स्ट्रीट लाइट (1×11W CFL हेतु 74 Wp / 75Ah और 2×11W CFL हेतु 120 Wp / 100Ah)—के तकनीकी विनिर्देशों को जानना।
- कृषि अनुप्रयोगों—सौर पीवी वाटर पंप, लो प्रेशर ड्रिप, सौर पीवी स्प्रेयर (20W पैनल, 12V बैटरी), सौर डस्टर और सौर ऊर्जा चालित विद्युत बाड़ (Solar Electric Fence: 75W पैनल, 12V/40Ah बैटरी, 10,000V पल्स, 1–1.2s अंतराल, 10 झटकों पर ट्रिप, ₹396/m लागत, IS 302-1)—का गहन अध्ययन करना।
03 प्रस्तावना एवं मूल अवधारणा (Introduction)
मूल सामग्री (Core Course Content): फोटोवोल्टिक्स (Photovoltaics – PV) वह प्रौद्योगिकी है जो सूर्य के प्रकाश (Sunlight) को सीधे विद्युत (Electricity) में परिवर्तित करती है। शब्द “Photo” का अर्थ है प्रकाश (Light) और “Voltaic” का अर्थ है विद्युत (Electricity)। एक फोटोवोल्टिक (PV) सेल, जिसे सामान्यतः “सोलर सेल” (Solar cell) कहा जाता है, एक अर्धचालक युक्ति (Semiconductor device / silicon p-n junction diode) है जो उस पर प्रकाश पड़ने पर विद्युत उत्पन्न करती है।
जब सूर्य का प्रकाश पीवी सेल से टकराता है, तो अवशोषित प्रकाश के फोटॉन (Photons) सेल के परमाणुओं से इलेक्ट्रॉनों को विस्थापित (Dislodge) कर देते हैं। ये मुक्त इलेक्ट्रॉन (Free electrons) सेल के माध्यम से गति करते हैं और छिद्रों (Holes) को बनाते व भरते हैं। इलेक्ट्रॉनों और होल्स की यही गति विद्युत उत्पन्न करती है। पीवी सेल के ऊपर और नीचे धातु संपर्क (Metal contacts) लगाकर इस धारा (Current) को बाहरी उपयोग के लिए निकाला जाता है। बैटरी-आधारित एक standalone सौर फोटोवोल्टिक उदाहरण में तीन उप-प्रणालियाँ हैं (हर PV system में battery अनिवार्य नहीं): (1) सोलर पैनल (Solar panel), (2) नियंत्रण इकाई (Control unit), और (3) बैटरी (Battery)।
04 महत्वपूर्ण वैज्ञानिक परिभाषाएँ (Important Definitions)
05 विस्तृत विषय व्याख्या (Detailed Topic Explanation)
1. पीवी प्रणालियों के प्रकार: फ्लैट प्लेट बनाम सांद्रक (Flat Plate vs Concentrator PV Systems)
- (i) फ्लैट प्लेट पीवी सिस्टम (Flat Plate Systems): इसमें सूर्य का प्रकाश पकड़ने के लिए पीवी मॉड्यूलों को एक कठोर और समतल सतह पर लगाया जाता है। ये कम जटिल होते हैं लेकिन इनमें अधिक संख्या में सेलों का उपयोग होता है।
- (ii) सांद्रक पीवी सिस्टम (Concentrator Systems): इसमें पीवी सेलों पर सूर्य का प्रकाश केंद्रित करने और सेल का पावर आउटपुट बढ़ाने के लिए लेंसों (Lenses) का उपयोग किया जाता है। इनमें सेल का क्षेत्रफल कम लगता है, परंतु अधिक जटिल और महँगे सन-ट्रैकिंग सिस्टम की आवश्यकता होती है।
2. सोलर सेल के अर्धचालक पदार्थ एवं उनकी तुलना (Semiconductor Materials for Solar Cells)
1. क्रिस्टलीय सिलिकॉन (Crystalline Silicon – c-Si)
• सोलर सेल बनाने का सबसे प्रमुख अर्धचालक पदार्थ।
• वाणिज्यिक रूपांतरण दक्षता (Conversion efficiency): एकल-क्रिस्टल सिलिकॉन (Single-silicon) मॉड्यूल के लिए 15% से 20% के बीच होती है।
• मोटाई: सूर्य के प्रकाश को पर्याप्त रूप से अवशोषित करने के लिए क्रिस्टलीय सिलिकॉन में लगभग 200 से 300 माइक्रोमीटर (µm) मोटे वेफर (Wafer) की आवश्यकता होती है।
2. गैलियम आर्सेनाइड (Gallium Arsenide – GaAs)
• यह दो तत्वों—गैलियम (Ga) और आर्सेनिक (As)—से बना एक यौगिक अर्धचालक (Compound semiconductor) है जिसकी क्रिस्टल संरचना सिलिकॉन जैसी होती है।
• उच्च प्रकाश अवशोषकता (High light absorptivity): समान मात्रा में धूप सोखने के लिए जहाँ सिलिकॉन को 200–300 µm मोटाई चाहिए, वहीं GaAs को केवल कुछ माइक्रोमीटर (Few micrometers) मोटी परत की आवश्यकता होती है।
• उच्चतम दक्षता: इसकी ऊर्जा रूपांतरण दक्षता क्रिस्टल सिलिकॉन से बहुत अधिक, लगभग 25% से 30% तक होती है।
• विशेष उपयोग: उच्च ताप प्रतिरोध के कारण यह सांद्रक प्रणालियों (Concentrator systems) और विकिरण क्षति प्रतिरोध के कारण अंतरिक्ष अनुप्रयोगों (Space applications / Satellites) के लिए आदर्श विकल्प है।
3. अक्रिस्टलीय सिलिकॉन (Amorphous Silicon – a-Si)
• यह सिलिकॉन का गैर-क्रिस्टलीय रूप (Non-crystalline form) है और प्रमुख थिन-फिल्म पीवी सामग्री (Dominant thin-film PV material) है।
• 40 गुना उच्च अवशोषकता: इसका सबसे बड़ा लाभ इसकी उच्च प्रकाश अवशोषकता है, जो सिंगल-क्रिस्टल सिलिकॉन से लगभग 40 गुना अधिक होती है। इसलिए पीवी सेल बनाने के लिए a-Si की केवल 1 माइक्रोमीटर (1 µm) मोटी पतली परत ही पर्याप्त होती है।
• उपयोग: कम उत्पादन लागत और कम पावर आउटपुट वाले उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों (जैसे पॉकेट कैलकुलेटर, कलाई घड़ियाँ) में सर्वाधिक उपयोग होता है।
4. अन्य पॉलीक्रिस्टलाइन यौगिक (CdTe एवं CIS)
सोलर सेल के अन्य थिन-फिल्म विकल्प हैं:
• कैडमियम टेल्यूराइड (Cadmium Telluride – CdTe): कैडमियम और टेल्यूरियम से बना पॉलीक्रिस्टलाइन अर्धचालक यौगिक।
• कॉपर इंडियम डाइसेलेनाइड (Copper Indium Diselenide – CIS): तांबा (Copper), इंडियम (Indium) और सेलेनियम (Selenium) का पॉलीक्रिस्टलाइन अर्धचालक यौगिक।
3. सौर फोटोवोल्टिक प्रकाश उपकरण (Solar PV Lighting Gadgets)
- (A) सौर लालटेन (Solar Lantern):
- यह एक पोर्टेबल सौर पीवी प्रकाश प्रणाली है जो दिन भर के चार्ज के आधार पर प्रति रात लगभग 2 से 3 घंटे रोशनी देती है।
- इसका आकार हरिकेन लालटेन (Hurricane lantern) जैसा होता है और यह उससे लगभग 100 गुना अधिक चमकदार (Hundred times brighter) होती है।
- इसके 4 मुख्य भाग हैं: (1) सोलर मॉड्यूल, (2) सील्ड मेंटेनेंस-फ्री (SMF) बैटरी, (3) कंट्रोल सर्किट, और (4) लैंप।
- इसमें 5 वाट (5 W) की ट्यूब होती है जो 30 kHz से अधिक आवृत्ति (Frequency above 30 kHz) पर काम करने वाले विशेष फ्रीक्वेंसी चोक / इन्वर्टर द्वारा संचालित होती है।
- (B) सौर स्ट्रीट लाइट (Solar Street Light) एवं अन्य लाइटें:
- सोलर लॉन लाइट (Solar lawn light), सोलर वॉल माउंटेड लाइट और सोलर वाटर फ्लोटिंग लाइट।
- सौर स्ट्रीट लाइट के मानक तकनीकी विनिर्देश:
- 1 × 11 W CFL लैंप के लिए: पीवी मॉड्यूल = 74 Wp | बैटरी क्षमता = 12 V / 75 Ah
- 2 × 11 W CFL लैंप के लिए: पीवी मॉड्यूल = 120 Wp | बैटरी क्षमता = 12 V / 100 Ah
4. कृषि में सौर फोटोवोल्टिक अनुप्रयोग (Agricultural Applications of Solar PV)
(A) सौर पीवी जल पंपन प्रणाली (Solar PV Water Pumping System & Low Pressure Drip Irrigation)
- सिद्धांत एवं घटक: सिलिकॉन संधि डायोड (सोलर सेल) सामान्यतः 0.5 V पर 1.5 A के क्रम की धारा देता है; उपयोगी वोल्टेज पाने के लिए कई सेलों को श्रेणीक्रम (Series) में जोड़ा जाता है। एक एसपीवी वाटर पंपिंग सिस्टम में मुख्यतः एक SPV पैनल/ऐरे सीधे वाटर पंप को शक्ति देता है।
- एसी सबमर्सिबल पंप एवं बैटरी रहित भंडारण: एसी सबमर्सिबल पंपसेट के मामले में पैनल से उत्पन्न डीसी बिजली को एक स्विच और 3-फेज इन्वर्टर (3-phase inverter) के माध्यम से पंप को दिया जाता है। सामान्यतः इसमें कोई स्टोरेज बैटरी नहीं लगाई जाती क्योंकि दिन में पंप किए गए पानी को रात में उपयोग के लिए सीधे ओवरहेड स्टोरेज टैंकों (Storage tanks) में संचित किया जा सकता है।
- प्रमुख विशेषताएँ: (1) शोर और प्रदूषण रहित संचालन, (2) किसी ईंधन (डीजल) की आवश्यकता नहीं, (3) लगाने, चलाने व रखरखाव में सरल, और (4) कम धूप की अवधि में भी इष्टतम आउटपुट देने हेतु डिजाइन (विशेषकर सन-ट्रैकर युक्त 900 Wp पैनल एवं लो-प्रेशर ड्रिप सिंचाई के साथ)।
(B) सौर फोटोवोल्टिक स्प्रेयर एवं डस्टर (Solar PV Sprayer & Duster)
- सौर पीवी स्प्रेयर (Solar Photovoltaic Sprayer): फसलों पर तरल कीटनाशकों के छिड़काव हेतु इसमें 20 W क्षमता का सोलर पैनल (जो ऑपरेटर के सिर के ऊपर टोपी/फ्रेम की तरह रहता है), एक 12 V DC बैटरी, एक DC मोटर, एक पंप और कीटनाशक रखने के लिए एक टैंक होता है।
- सौर पीवी डस्टर (Solar Photovoltaic Duster): पाउडर के रूप में कीटनाशकों और कवकनाशियों के भुरकाव (Dusting) के लिए एक नवीन उपकरण है। इसमें इम्पेलर प्रकार का अपकेंद्रीय ब्लोअर (Impeller type centrifugal blower), गियर रिडक्शन तंत्र (Gear reduction mechanism), डिस्पेंसर और DC मोटर लगी होती है।
(C) सौर ऊर्जा चालित विद्युत बाड़ (Solar Powered Electric Fence)
- कृषि में आवश्यकता एवं पारंपरिक बाड़ से लागत तुलना: भारतीय कृषि (विशेषकर बागवानी/Orchards) में आवारा व जंगली जानवरों द्वारा फसल को नुकसान और उपज की चोरी एक बड़ा जोखिम है। पारंपरिक कंटीले तार या चैनल लिंक्ड फेंसिंग (1.5 m ऊँचाई, 3 m अंतराल पर 50×50×6 mm एंगल पोस्ट और 75×75×3.15 mm प्लेन वायर चैनल) की लागत लगभग ₹950 प्रति रनिंग मीटर आती है। इसके विपरीत, 7 तारों वाली (7 rows) सौर विद्युत बाड़ की औसत लागत मात्र ₹396 प्रति रनिंग मीटर आती है।
- तकनीकी विनिर्देश एवं कार्यप्रणाली (Technical Specs & Working):
- यह किसी भी छेड़छाड़ के विरुद्ध मनोवैज्ञानिक भय (Psychological fear) पैदा करने के लिए एक तेज झटका (Sharp shock) देती है।
- इसमें विद्युत 75 वाट (75 W) के सोलर पैनल द्वारा उत्पन्न होती है जो 12 वोल्ट, 40 AH बैटरी को चार्ज करता है और सुनिश्चित करता है कि बैटरी हर समय चार्ज रहे।
- इसमें एक एनर्जाइज़र (Energizer) लगा होता है जो बैटरी के निम्न वोल्टेज करंट को उच्च वोल्टेज (10,000 वोल्ट तक) में बदलता है और बाड़ के तारों में भेजता है।
- नियंत्रित (जोखिम-रहित नहीं) सुरक्षा तंत्र (Controlled-Pulse Safety & Auto-Trip Mechanism):
- Safety: compliant energizer में नियंत्रित high-voltage pulses होते हैं। केवल pulse होने से उपकरण जोखिम-रहित नहीं बनता; approved equipment, correct installation, warning signs और manufacturer guidance आवश्यक हैं।
- Pulse duration/energy और spacing नियंत्रित करना safety design का हिस्सा है; entanglement और contact hazards फिर भी संभव हैं।
- मूल पाठ का 10-shock auto-trip/alarm एक model-specific feature है, सभी energizers का universal feature नहीं। उस पर life-safety guarantee के रूप में निर्भर न हों।
- संबंधित वर्तमान product-standard compliance, correct earthing और manufacturer maintenance instructions जाँचें। पुराना IS 302-1 (1979) reference अकेले current energizer approval सिद्ध नहीं करता। Maintenance से पहले सुरक्षित isolation जरूरी है।
06 प्रकार एवं वैज्ञानिक वर्गीकरण (Types and Classification)
सौर फोटोवोल्टिक अनुप्रयोगों का वर्गीकरण:
- ग्रिड संयोजन के आधार पर: (1) ऑन-ग्रिड पीवी सिस्टम (On-Grid System) और (2) स्टैंड-अलोन / ऑफ-ग्रिड पीवी सिस्टम (Off-Grid Rural System)।
- सोलर सेल सामग्री के आधार पर: (1) क्रिस्टलीय सिलिकॉन (c-Si: 15–20%), (2) यौगिक अर्धचालक (GaAs: 25–30%), और (3) थिन-फिल्म (a-Si, CdTe, CIS)।
- कृषि एवं ग्रामीण गैजेट्स के आधार पर: (1) प्रकाश (Solar Lantern, Street Light), (2) सिंचाई (Solar PV Water Pump & Drip), (3) पादप संरक्षण (Solar Sprayer & Duster), (4) फसल सुरक्षा (Solar Electric Fence), और (5) पीवी आधारित सोलर ग्रीनहाउस।
07 महत्वपूर्ण सिद्धांत एवं समीकरण (Important Principles and Concepts)
- अर्धचालक p-n संधि फोटोवोल्टिक सिद्धांत: जब ऊर्जावान फोटॉन () सिलिकॉन p-n संधि डायोड पर आपतित होते हैं, तो वे सहसंयोजक बंध तोड़कर इलेक्ट्रॉन-होल युग्म (Electron-hole pairs) उत्पन्न करते हैं। संधि का आंतरिक विद्युत क्षेत्र इलेक्ट्रॉनों को n-परत की ओर और होल्स को p-परत की ओर धकेलता है, जिससे बाहरी परिपथ जोड़ने पर 0.5 V पर ~1.5 A की दिष्ट धारा (DC) प्रवाहित होती है।
08 वैज्ञानिक एवं व्यावहारिक उदाहरण व गणनाएँ (Scientific & Practical Examples)
व्यावहारिक एवं वैज्ञानिक उदाहरण: सौर पीवी पंपन प्रणाली के मानक विनिर्देश (SPV Pump Specifications)
विभिन्न जल स्रोतों और गहराई (Head) के अनुसार सौर पीवी पंपों का चयन (मूल पाठ्यक्रम सारणी से):
- 100 m गहरे बोरवेल हेतु: रेसिप्रोकेटिंग पॉजिटिव डिस्प्लेसमेंट पंप (1200 Wp सोलर ऐरे) ➔ 6 m³/दिन जल निकासी।
- 20 m गहरे बोरवेल हेतु: सबमर्सिबल बोरहोल मोटर पंप ➔ 1200 Wp ऐरे से 40 m³/दिन तथा 800 Wp ऐरे से 25 m³/दिन।
- 7 m उथले जल स्रोत हेतु: सरफेस मोटर / सबमर्सिबल पंप (840 Wp ऐरे) ➔ 60 m³/दिन।
- 4 m उथले कुएँ/नहर हेतु: सरफेस सक्शन पंप (350 Wp ऐरे) ➔ 40 m³/दिन।
- 3 m सतही तालाब/डिग्गी हेतु: फ्लोटिंग मोटर/पंपसेट ➔ 530 Wp ऐरे से 100 m³/दिन तथा 85 Wp ऐरे से 10 m³/दिन।
09 तुलनात्मक सारणियाँ (Comparative Tables)
तुलनात्मक सारणी 9.1: सोलर सेल में प्रयुक्त प्रमुख अर्धचालक पदार्थों की तुलना
| अर्धचालक पदार्थ (Material) | प्रकार (Type) | आवश्यक परत मोटाई (Thickness) | रूपांतरण दक्षता एवं प्रमुख विशेषता |
|---|---|---|---|
| 1. क्रिस्टलीय सिलिकॉन (c-Si) | एकल/बहु-क्रिस्टलीय वेफर | 200 – 300 माइक्रोमीटर (µm) | 15% – 20% दक्षता; वाणिज्यिक सोलर पैनलों में सर्वाधिक प्रयुक्त। |
| 2. गैलियम आर्सेनाइड (GaAs) | यौगिक अर्धचालक (Ga + As) | कुछ माइक्रोमीटर (Few µm) | 25% – 30% दक्षता; उच्च ताप व विकिरण सहनशील (Concentrators व Space हेतु आदर्श)। |
| 3. अक्रिस्टलीय सिलिकॉन (a-Si) | गैर-क्रिस्टलीय थिन-फिल्म | ~ 1 माइक्रोमीटर (1 µm) | c-Si से 40 गुना अधिक प्रकाश अवशोषकता; कैलकुलेटर व घड़ियों में प्रयुक्त। |
| 4. CdTe एवं CIS | पॉलीक्रिस्टलाइन यौगिक | थिन-फिल्म (Thin-film) | कैडमियम टेल्यूराइड (Cd+Te) व कॉपर इंडियम डाइसेलेनाइड (Cu+In+Se)। |
तुलनात्मक सारणी 9.2: कृषि सौर पीवी गैजेट्स के तकनीकी विनिर्देश (Technical Specs Summary)
| सौर पीवी उपकरण (PV Gadget) | सोलर पैनल क्षमता (PV Rating) | बैटरी विनिर्देश (Battery) | प्रमुख तकनीकी एवं परिचालन मानक |
|---|---|---|---|
| 1. सौर लालटेन (Solar Lantern) | पोर्टेबल मॉड्यूल | SMF बैटरी (2–3 घंटे/रात) | 5 W ट्यूब, > 30 kHz इन्वर्टर/चोक, हरिकेन लालटेन से 100 गुना चमकदार। |
| 2. सौर स्ट्रीट लाइट (1×11W CFL) | 74 Wp | 12 V / 75 Ah | ग्रामीण सड़कों व फार्म प्रकाश व्यवस्था हेतु। |
| 3. सौर स्ट्रीट लाइट (2×11W CFL) | 120 Wp | 12 V / 100 Ah | दोहरे 11W CFL लैंप संचालन हेतु। |
| 4. सौर पीवी स्प्रेयर (PV Sprayer) | 20 W | 12 V DC बैटरी | DC मोटर + पंप + कीटनाशक टैंक। |
| 5. सौर विद्युत बाड़ (Electric Fence) | 75 W | 12 V, 40 AH बैटरी | एनर्जाइज़र: 10,000 V पल्स (1–1.2s अंतराल, 1 ms अवधि), 10 झटकों पर ट्रिप, लागत ₹396/m, मानक IS 302-1 (1979)। |
10 महत्वपूर्ण सूत्र एवं तकनीकी मानक (Formulas & Key Metrics)
महत्वपूर्ण विद्युत एवं तकनीकी मानक (Key Photovoltaic Metrics)
- एकल सिलिकॉन सोलर सेल आउटपुट: वोल्टेज , धारा , अधिकतम शक्ति
- मॉड्यूल रूपांतरण दक्षता: Single-crystal Silicon = | Gallium Arsenide (GaAs) =
- अर्धचालक परत मोटाई: c-Si = | GaAs = कुछ | a-Si = (40 गुना अवशोषण)
- सौर बाड़ (Solar Fence) मानक: पैनल = | बैटरी = | शॉक वोल्टेज = | पल्स अंतराल = (अवधि ) | लागत = ₹ (चैनल बाड़ = ₹)
11 व्याख्यान-विशिष्ट माइंड मैप (Lecture-Specific Mind Map)
Lecture 09 Mind Map: सौर फोटोवोल्टिक तकनीकें, अर्धचालक पदार्थ एवं कृषि अनुप्रयोग
- सौर फोटोवोल्टिक्स (Photo = प्रकाश + Voltaic = विद्युत | एकल सेल: 0.5V, 1.5A, 0.75W (इस उदाहरण में) | Cell ➔ Module ➔ Array + BOS)
- अर्धचालक पदार्थ (Semiconductor Materials)
- क्रिस्टलीय सिलिकॉन (c-Si): 200–300 µm मोटाई, 15–20% वाणिज्यिक दक्षता
- गैलियम आर्सेनाइड (GaAs): कुछ µm मोटाई, 25–30% दक्षता, उच्च ताप व अंतरिक्ष (Space/Concentrator) हेतु
- अक्रिस्टलीय सिलिकॉन (a-Si): 1 µm थिन-फिल्म, c-Si से 40 गुना प्रकाश अवशोषण, कैलकुलेटर/घड़ी हेतु + CdTe व CIS
- सौर पीवी प्रकाश उपकरण (PV Lighting)
- सौर लालटेन: 5W ट्यूब, >30 kHz चोक/इन्वर्टर, SMF बैटरी, 2-3 घंटे/रात, 100 गुना चमकदार
- सौर स्ट्रीट लाइट: 1×11W CFL (74 Wp पैनल, 12V/75Ah) एवं 2×11W CFL (120 Wp पैनल, 12V/100Ah)
- कृषि पीवी अनुप्रयोग (Agricultural PV Gadgets)
- सोलर पीवी वाटर पंप: बिना बैटरी के सीधे पंप संचालन (AC में 3-फेज इन्वर्टर) + ओवरहेड वाटर टैंक स्टोरेज
- पादप संरक्षण: सोलर स्प्रेयर (20W पैनल, 12V बैटरी, DC मोटर पंप) एवं सोलर डस्टर (Centrifugal blower)
- सौर विद्युत बाड़ (Electric Fence): 75W पैनल, 12V/40Ah बैटरी, एनर्जाइज़र 10,000V पल्स (1–1.2s में 1 ms), 10 झटकों बाद ट्रिप व अलार्म, ₹396/m, IS 302-1 (1979)
- अर्धचालक पदार्थ (Semiconductor Materials)
12 प्रक्रिया प्रवाह चित्र एवं आरेख (Flowcharts & Visual Diagrams)
प्रक्रिया प्रवाह चित्र (Process Flowchart): सौर ऊर्जा चालित विद्युत बाड़ (Solar Electric Fence) की कार्यप्रणाली
(धूप से DC विद्युत उत्पादन) ➔ 2. बैटरी (12 V, 40 AH)
(24×7 ऊर्जा संचयन) ➔ 3. एनर्जाइज़र (IS 302-1)
(12V को 10,000V पल्स में बदलना) ➔ 4. 7-पंक्ति बाड़ तार (₹396/m)
(हर 1–1.2s में 1 ms का पल्स) ➔ 5. पशु स्पर्श व सुरक्षा
(नियंत्रित (जोखिम-रहित नहीं) झटका; 10 शॉक बाद ट्रिप + हूटर)
13 महत्वपूर्ण तथ्य एवं परीक्षा टिप्स (Important Facts & Exam Tips)
- तीनों अर्धचालक पदार्थों की दक्षता और मोटाई के अंतर पर विशेष ध्यान दें: क्रिस्टलीय सिलिकॉन (c-Si) = 15–20% दक्षता (200–300 µm मोटाई); गैलियम आर्सेनाइड (GaAs) = 25–30% दक्षता (कुछ µm मोटाई, अंतरिक्ष व सांद्रक हेतु); अक्रिस्टलीय सिलिकॉन (a-Si) = 1 µm मोटाई (c-Si से 40 गुना अधिक प्रकाश अवशोषण)।
- एक एकल पीवी सेल (संधि डायोड) सामान्यतः 0.5 V पर 1.5 A धारा और इस उदाहरण में 0.75 W शक्ति देता है।
- सोलर लालटेन में 5 W की ट्यूब होती है जो 30 kHz से अधिक (>30 kHz) आवृत्ति वाले चोक/इन्वर्टर पर चलती है।
- सोलर पीवी स्प्रेयर में 20 W का सोलर पैनल और 12 V DC बैटरी होती है, जबकि सोलर इलेक्ट्रिक फेंस में 75 W का सोलर पैनल और 12 V, 40 AH की बैटरी होती है।
- सोलर फेंस का एनर्जाइज़र (IS 302-1, 1979 मानक) बैटरी के करंट को 10,000 वोल्ट तक के स्पंदित करंट (हर 1–1.2 सेकंड में 1 मिलीसेकंड के लिए) में बदलता है और लगातार 10 झटकों के बाद स्वतः ट्रिप होकर हूटर बजा देता है।
14 त्वरित पुनरावृत्ति सारांश (Quick Revision Panel)
- पीवी के 3 मुख्य उप-तंत्र: सोलर पैनल + कंट्रोल यूनिट + बैटरी (तथा BOS = माउंटिंग, वायरिंग, इन्वर्टर आदि)।
- सोलर स्ट्रीट लाइट: 1×11W CFL ➔ 74 Wp पैनल, 12V/75Ah बैटरी | 2×11W CFL ➔ 120 Wp पैनल, 12V/100Ah बैटरी।
- सोलर वाटर पंप: सामान्यतः बैटरी नहीं होती (पानी टैंक में स्टोर होता है); AC पंप में 3-फेज इन्वर्टर लगता है।
- सोलर फेंस बनाम चैनल फेंस लागत: 7-तार सोलर फेंस = ₹396/मीटर | चैनल लिंक्ड बाड़ = ₹950/मीटर।
15 बहुविकल्पीय प्रश्न — उत्तर एवं व्याख्या सहित (10 MCQs with Answers)
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16 अति-लघु, लघु एवं दीर्घ उत्तरीय प्रश्न व वन-लाइनर्स (Exam Question Bank)
(A) 5 महत्वपूर्ण वन-लाइनर्स (5 Important Exam One-Liners)
- वाणिज्यिक सिंगल-क्रिस्टल सिलिकॉन मॉड्यूल की दक्षता 15–20% तथा गैलियम आर्सेनाइड (GaAs) की दक्षता 25–30% होती है।
- अक्रिस्टलीय सिलिकॉन (a-Si) की प्रकाश अवशोषकता सिंगल-क्रिस्टल सिलिकॉन से 40 गुना अधिक होती है (मोटाई मात्र 1 µm)।
- सोलर लालटेन में 5 W की ट्यूब (>30 kHz इन्वर्टर) तथा सोलर पीवी स्प्रेयर में 20 W का पैनल व 12 V DC बैटरी होती है।
- सोलर इलेक्ट्रिक फेंस में 75 W पैनल, 12V/40AH बैटरी और 10,000 V का स्पंदित एनर्जाइज़र (IS 302-1) होता है।
- 7 कतारों वाली सोलर फेंस की लागत ₹396/मीटर आती है और लगातार 10 झटकों के बाद सिस्टम स्वतः ट्रिप होकर हूटर बजाता है।
(B) 5 अति-लघु उत्तरीय प्रश्न (5 Very Short Answer Questions)
(C) 5 लघु उत्तरीय प्रश्न (5 Short Answer Questions)
(D) 3 दीर्घ उत्तरीय प्रश्न (3 Long Answer Questions)
आधार: उपयोगकर्ता द्वारा उपलब्ध AGENGG 311 notes। पुराने उपकरणों के model-specific data को वर्तमान सार्वभौमिक specification न मानें।





