Butterfly Wing Solar Panel : પતંગિયાના પાંખની ડિઝાઇનથી વધશે સોલાર પેનલની કાર્યક્ષમતા? વિજ્ઞાનીઓની નવી શોધથી ક્રાંતિની આશા
સોલાર પેનલની ઓછી એફિશિયન્સી એક મોટો પડકાર છે. આ સમસ્યા ઉકેલવા વિજ્ઞાનીઓ કાળા પતંગિયા અને મધપૂડાની રચના પરથી પ્રેરણા લઈને નવી 3D સોલાર ડિઝાઇનની કસોટી કરી રહ્યા છે.
સોલાર પેનલની ઓછી એફિશિયન્સી (કાર્યક્ષમતા) લાંબા સમયથી એક મોટો પડકાર બની રહી છે. હાલમાં સોલાર પેનલની એફિશિયન્સીનો આંકડો 20 થી 25 ટકાની વચ્ચે જ અટકેલો છે. એનો અર્થ એ થયો કે સોલાર પેનલ પર જેટલો પણ સૂર્યપ્રકાશ પડે છે, તેમાંથી માત્ર 20 થી 25 ટકા પ્રકાશનું જ વીજળીમાં રૂપાંતરણ થઈ શકે છે. હવે જ્યારે સોલાર પેનલનો ઉપયોગ સતત વધી રહ્યો છે, ત્યારે ઊર્જાની જરૂરિયાતો પૂરી કરવા માટે એફિશિયન્સી વધારવા પર વૈજ્ઞાનિક સંશોધનો ઝડપી બન્યા છે. હવે આ કામ માટે વિજ્ઞાનીઓ કાળા પતંગિયાના પાંખમાંથી પ્રેરણા લઈ રહ્યા છે.
પતંગિયાના પાંખનું વિજ્ઞાન : કાળા પતંગિયાના પાંખ પોતાના પર પડતા 99.94 ટકા પ્રકાશને શોષી લે છે, જેના કારણે તેમનો રંગ એકદમ ઘાટો કાળો દેખાય છે. આ પાંખ ખૂબ જ નાના સ્કેલ્સ થી બનેલા હોય છે, જે પ્રકાશને રિફ્લેક્ટ કરવાને બદલે પોતાની અંદર જ કેપ્ચર કરી લે છે. તેની સપાટી સ્પોન્જી અને નાના છિદ્રો વાળી હોય છે. હવે વિજ્ઞાનીઓ આ પાંખ જેવી રચના ધરાવતી પેનલ્સનું પરીક્ષણ કરી રહ્યા છે અને તેમને પ્રાથમિક તબક્કે સફળતા મળી રહી છે.
એક અભ્યાસ મુજબ, વિજ્ઞાનીઓએ કમ્પ્યુટર સિમ્યુલેશન દ્વારા નવ અલગ-અલગ કાળા પતંગિયાના પાંખ જેવી ડિઝાઇન ધરાવતા સોલાર સેલ તૈયાર કર્યા હતા. આનો મુખ્ય હેતુ સોલાર સેલ પરથી પ્રકાશનું પરાવર્તન ઘટાડવાનો અને વધુ સૂર્યપ્રકાશ શોષવાનો હતો. અભ્યાસમાં જાણવા મળ્યું કે આ નવી ડિઝાઇનથી પ્રકાશનું પરાવર્તન 35 ટકાથી ઘટીને માત્ર 10 ટકા રહી ગયું અને એનર્જી આઉટપુટ વધીને લગભગ 66 ટકા સુધી પહોંચી ગયું.
મધપૂડા જેવી 3D કોન્કેવ ડિઝાઇન : આ પ્રયોગથી એ સ્પષ્ટ થયું છે કે લાઈટ રિફ્લેક્શન ઘટાડીને સોલાર પેનલનું આઉટપુટ વધારી શકાય છે. આ માટે પેનલની રચનામાં કેટલાક ફેરફાર કરવા પડશે. હાલમાં જ અન્ય એક અભ્યાસમાં વિજ્ઞાનીઓએ મધમાખીના મધપૂડા (Honeyકોમ્બ) જેવી રચના ધરાવતી નવી સોલાર પેનલ તૈયાર કરી છે, જે સામાન્ય ફ્લેટ ડિઝાઇન વાળી પેનલની સરખામણીમાં વધુ સૂર્યપ્રકાશ શોષી શકે છે.
મધમાખીઓમાંથી પ્રેરણા લઈને વિજ્ઞાનીઓએ 3D કોન્કેવ (અંતર્ગોળ) સોલાર પેનલ બનાવી છે. આનો ફાયદો એ થશે કે પેનલ પર આવતો પ્રકાશ સપાટી પર પડતાં જ બહાર રિફ્લેક્ટ થવાને બદલે પેનલની ખૂણાવાળી દીવાલો વચ્ચે જ બાઉન્સ થતો રહેશે. જ્યારે તે એક દીવાલથી રેફલેક્ટ થઈ ને બીજી દીવાલ પર જશે, ત્યારે તેને પણ આ સૂર્યપ્રકાશનું વીજળીમાં રૂપાંતર કરવાની તક મળશે.
શું 100 ટકા એફિશિયન્સી શક્ય છે? સોલાર પેનલની એફિશિયન્સીને લઈને આ સવાલ અવારનવાર પૂછવામાં આવે છે કે શું આ પેનલ્સ ક્યારેય 100 ટકા કાર્યક્ષમ બની શકશે? નવી ડિઝાઇને એફિશિયન્સી 66 ટકા સુધી પહોંચાડવાની આશા જગાવી છે, પરંતુ 100 ટકા એફિશિયન્સી મેળવવી લગભગ અશક્ય છે. સોલાર પેનલનો એંગલ અને પડછાયાને કારણે પેનલ સુધી કેટલો સૂર્યપ્રકાશ પહોંચશે તેના પર અસર પડે છે. આ ઉપરાંત ધૂળ અને કચરો પણ સૂર્યપ્રકાશને પેનલ સુધી પહોંચતા રોકી શકે છે.
તાપમાનની અસર અને થર્મોડાયનેમિક્સનો નિયમ: વધુ પડતું તાપમાન પણ સોલાર પેનલના એનર્જી આઉટપુટ પર નકારાત્મક અસર કરે છે. જેમ-જેમ તાપમાન 25 ડિગ્રી સેલ્સિયસથી ઉપર જાય છે, તેમ-તેમ પેનલનું વીજ ઉત્પાદન ઘટવા લાગે છે. 25 ડિગ્રીથી ઉપરના દરેક એક ડિગ્રી વધારા સાથે વીજ ઉત્પાદનમાં 0.3 થી 0.5 ટકાનો ઘટાડો નોંધાય છે. સોલાર પેનલ માટે આ એક મોટો પડકાર છે અને તેના ઉકેલ માટે નવી ટેકનોલોજી પર કામ ચાલી રહ્યું છે.
તમામ ટેકનોલોજીકલ પ્રગતિ છતાં સોલાર પેનલ સંપૂર્ણ (100%) એફિશિયન્સી સુધી પહોંચી શકતી નથી. વિજ્ઞાન પણ કહે છે કે જ્યારે પ્રકાશનું વીજળીમાં રૂપાંતરણ થાય છે, ત્યારે થોડી ઊર્જાનો વ્યય થાય છે. અહીં થર્મોડાયનેમિક્સનો પ્રથમ નિયમ લાગુ પડે છે, જે જણાવે છે કે ઊર્જાને ઉત્પન્ન કરી શકાતી નથી કે તેનો નાશ કરી શકાતો નથી, તે માત્ર પોતાનું સ્વરૂપ બદલે છે. આ કિસ્સામાં જે ઊર્જા વીજળી નથી બની શકતી, તે હીટમાં રૂપાંતરિત થઈ જાય છે.
