सौर ऊर्जा

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November 2022

सौर ऊर्जा सूर्य के प्रकाश और ऊष्मा से प्राप्त दीप्तिमान ऊर्जा है, जिसे सौर विद्युत, सौर तापीय ऊर्जा (जिसमें सौर जल तापन शामिल है) और सौर वास्तुकला जैसी विभिन्न तकनीकों का उपयोग करके काम में लाया जा सकता है।[1] यह नवीकरणीय ऊर्जा का एक आवश्यक स्रोत है, और इसकी तकनीकों को व्यापक रूप से निष्क्रिय सौर (passive solar) या सक्रिय सौर के रूप में वर्गीकृत किया जाता है, जो इस बात पर निर्भर करता है कि वे सौर ऊर्जा को कैसे पकड़ते और वितरित करते हैं या उसे सौर शक्ति में कैसे परिवर्तित करते हैं। सक्रिय सौर तकनीकों में ऊर्जा का उपयोग करने के लिए फोटोवोल्टिक प्रणाली, केंद्रित सौर शक्ति, और सौर जल तापन का उपयोग शामिल है। निष्क्रिय सौर तकनीकों में बेहतर डेलाइटिंग के लिए इमारत को डिजाइन करना, अनुकूल तापीय द्रव्यमान या प्रकाश-फैलाने वाले गुणों वाली सामग्रियों का चयन करना, और ऐसे स्थानों को व्यवस्थित करना शामिल है जो प्राकृतिक रूप से हवा का संचार करते हैं।

2011 में, अंतर्राष्ट्रीय ऊर्जा एजेंसी ने कहा कि "सस्ती, अक्षय और स्वच्छ सौर ऊर्जा प्रौद्योगिकियों का विकास दीर्घकालिक रूप से बहुत बड़े लाभ प्रदान करेगा। यह एक स्वदेशी, अक्षय और मुख्य रूप से आयात-स्वतंत्र संसाधन पर निर्भरता के माध्यम से देशों की ऊर्जा सुरक्षा को बढ़ाएगा, स्थिरता में सुधार करेगा, प्रदूषण को कम करेगा, ग्लोबल वार्मिंग को कम करने की लागत को कम करेगा... ये लाभ वैश्विक हैं"।[1]

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क्षमता

আরও দেখুন: सौर विकिरण

[2] पृथ्वी को ऊपरी वायुमंडल पर 174 पेटावॉट (PW) आने वाला सौर विकिरण (इन्सोलेशन) प्राप्त होता है। लगभग 30% अंतरिक्ष में वापस परावर्तित हो जाता है जबकि शेष, 122 PW, बादलों, महासागरों और भूमि द्रव्यमान द्वारा अवशोषित कर लिया जाता है। पृथ्वी की सतह पर सौर प्रकाश का स्पेक्ट्रम मुख्य रूप से दृश्य और निकट-अवरक्त श्रेणियों में फैला हुआ है, जिसका एक छोटा हिस्सा निकट-पराबैंगनी में है। दुनिया की अधिकांश आबादी उन क्षेत्रों में रहती है जहाँ इन्सोलेशन का स्तर 150–300 वाट/मी2, या प्रति दिन 3.5–7.0 kWh/मी2 है।

सौर विकिरण पृथ्वी की सतह, महासागरों - जो ग्लोब का लगभग 71% हिस्सा कवर करते हैं - और वायुमंडल द्वारा अवशोषित किया जाता है। महासागरों से वाष्पित पानी वाली गर्म हवा ऊपर उठती है, जिससे वायुमंडलीय परिसंचरण या संवहन होता है। जब हवा उच्च ऊंचाई पर पहुँचती है, जहाँ तापमान कम होता है, तो जल वाष्प बादलों में संघनित हो जाती है, जो पृथ्वी की सतह पर बारिश करते हैं, जिससे जल चक्र पूरा होता है। जल संघनन की गुप्त ऊष्मा संवहन को बढ़ाती है, जिससे हवा, चक्रवात और प्रतिचक्रवात जैसी वायुमंडलीय घटनाएं उत्पन्न होती हैं।[3] महासागरों और भूमि द्रव्यमान द्वारा अवशोषित सूर्य का प्रकाश सतह को 14 °C के औसत तापमान पर रखता है। प्रकाश संश्लेषण द्वारा, हरे पौधे सौर ऊर्जा को रासायनिक रूप से संग्रहीत ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं, जो भोजन, लकड़ी और बायोमास का उत्पादन करती है जिससे जीवाश्म ईंधन प्राप्त होते हैं।

पृथ्वी के वायुमंडल, महासागरों और भूमि द्रव्यमान द्वारा अवशोषित कुल सौर ऊर्जा लगभग 122 PW·वर्ष = 3,850,000 एक्साजूल (EJ) प्रति वर्ष है।[4] 2002 (2019) में, यह एक घंटे (एक घंटा और 25 मिनट) में इतनी ऊर्जा थी जितनी दुनिया ने एक साल में उपयोग की। प्रकाश संश्लेषण बायोमास में प्रति वर्ष लगभग 3,000 EJ कैप्चर करता है।

वार्षिक सौर प्रवाह और मानव खपत1
सौर 3,850,000 [4]
पवन 2,250
बायोमास क्षमता ~200
प्राथमिक ऊर्जा उपयोग2 633
बिजली2 ~86
1 ऊर्जा एक्साजूल (EJ) = 1018 J = 278 TWh में दी गई है
2 वर्ष 2019 तक की खपत

मनुष्यों द्वारा उपयोग की जा सकने वाली संभावित सौर ऊर्जा ग्रह की सतह के पास मौजूद सौर ऊर्जा की मात्रा से भिन्न है क्योंकि भूगोल, समय भिन्नता, बादल आवरण और मनुष्यों के लिए उपलब्ध भूमि जैसे कारक उस सौर ऊर्जा की मात्रा को सीमित करते हैं जिसे हम प्राप्त कर सकते हैं। 2021 में, कार्बन ट्रैकर इनिशिएटिव ने अनुमान लगाया कि केवल सौर ऊर्जा से हमारी सारी ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए आवश्यक भूमि क्षेत्र 450,000 किमी2 था — या लगभग स्वीडन के क्षेत्रफल के बराबर, या मोरक्को के क्षेत्रफल के बराबर, या कैलिफोर्निया के क्षेत्रफल के बराबर (पृथ्वी के कुल भूमि क्षेत्र का 0.3%)।[5]

सौर तकनीकों को निष्क्रिय या सक्रिय के रूप में वर्गीकृत किया जाता है, जो इस बात पर निर्भर करता है कि वे सूर्य के प्रकाश को कैसे पकड़ते, परिवर्तित करते और वितरित करते हैं और दुनिया भर में विभिन्न स्तरों पर सौर ऊर्जा का उपयोग करने में सक्षम बनाते हैं, जो मुख्य रूप से भूमध्य रेखा से दूरी पर निर्भर करता है। हालाँकि सौर ऊर्जा मुख्य रूप से व्यावहारिक उद्देश्यों के लिए सौर विकिरण के उपयोग को संदर्भित करती है, भू-तापीय शक्ति और ज्वारीय शक्ति के अलावा, सभी प्रकार की नवीकरणीय ऊर्जा प्रत्यक्ष या अप्रत्यक्ष रूप से सूर्य से प्राप्त होती है।

सक्रिय सौर तकनीकें सूर्य के प्रकाश को उपयोगी आउटपुट में बदलने के लिए फोटोवोल्टिक्स, केंद्रित सौर शक्ति, सौर तापीय संग्राहक, पंप और पंखों का उपयोग करती हैं। निष्क्रिय सौर तकनीकों में अनुकूल तापीय गुणों वाली सामग्रियों का चयन करना, ऐसे स्थानों को डिजाइन करना जो प्राकृतिक रूप से हवा का संचार करते हैं, और इमारत की स्थिति को सूर्य के सापेक्ष संदर्भित करना शामिल है। सक्रिय सौर तकनीकें ऊर्जा की आपूर्ति बढ़ाती हैं और इन्हें आपूर्ति पक्ष तकनीक माना जाता है, जबकि निष्क्रिय सौर तकनीकें वैकल्पिक संसाधनों की आवश्यकता को कम करती हैं और इन्हें आम तौर पर मांग-पक्ष तकनीक माना जाता है।[6]

2000 में, संयुक्त राष्ट्र विकास कार्यक्रम, संयुक्त राष्ट्र आर्थिक और सामाजिक मामलों के विभाग, और विश्व ऊर्जा परिषद ने प्रति वर्ष मनुष्यों द्वारा उपयोग की जा सकने वाली संभावित सौर ऊर्जा का अनुमान प्रकाशित किया। इसमें इन्सोलेशन, बादल आवरण और मनुष्यों द्वारा उपयोग योग्य भूमि जैसे कारकों को ध्यान में रखा गया था। यह कहा गया था कि सौर ऊर्जा में प्रति वर्ष 1600 to की वैश्विक क्षमता है (नीचे तालिका देखें)।[7]

क्षेत्रानुसार वार्षिक सौर ऊर्जा क्षमता (एक्साजूल)[7]
क्षेत्र उत्तरी अमेरिका लैटिन अमेरिका
और कैरिबियन		 पश्चिमी
यूरोप		 मध्य और
पूर्वी यूरोप		 पूर्व
सोवियत संघ		 मध्य पूर्व और
उत्तरी अफ्रीका		 उप-सहारा
अफ्रीका		 प्रशांत
एशिया		 दक्षिण
एशिया		 केंद्रीय रूप से
नियोजित
एशिया		 प्रशांत
OECD
न्यूनतम 181.1 112.6 25.1 4.5 199.3 412.4 371.9 41.0 38.8 115.5 72.6
अधिकतम 7,410 3,385 914 154 8,655 11,060 9,528 994 1,339 4,135 2,263
नोट्स:
  • कुल वैश्विक वार्षिक सौर ऊर्जा क्षमता 1,575 EJ (न्यूनतम) से 49,837 EJ (अधिकतम) तक है।
  • डेटा वार्षिक स्पष्ट आकाश विकिरण (clear sky irradiance), वार्षिक औसत आकाश स्पष्टता और उपलब्ध भूमि क्षेत्र की धारणाओं को दर्शाता है। सभी आंकड़े एक्साजूल (Exajoules) में दिए गए हैं।

वैश्विक सौर क्षमता बनाम विश्व की प्राथमिक ऊर्जा खपत का मात्रात्मक संबंध:

  • वर्ष के अनुसार क्षमता बनाम वर्तमान खपत (402 EJ) का अनुपात: 3.9 (न्यूनतम) से 124 (अधिकतम)
  • 2050 तक क्षमता बनाम अनुमानित खपत (590–1,050 EJ) का अनुपात: 1.5–2.7 (न्यूनतम) से 47–84 (अधिकतम)
  • 2100 तक क्षमता बनाम अनुमानित खपत (880–1,900 EJ) का अनुपात: 0.8–1.8 (न्यूनतम) से 26–57 (अधिकतम)

स्रोत: संयुक्त राष्ट्र विकास कार्यक्रम – वर्ल्ड एनर्जी असेसमेंट (2000)

तापीय ऊर्जा

মূল নিবন্ধ: Solar thermal energy सौर तापीय प्रौद्योगिकियों का उपयोग जल तापन, स्पेस हीटिंग (स्थान को गर्म करने), स्पेस कूलिंग (स्थान को ठंडा करने) और प्रक्रिया ताप उत्पादन के लिए किया जा सकता है।[8]

प्रारंभिक व्यावसायिक अनुकूलन

1878 में, पेरिस में यूनिवर्सल एक्सपोजिशन में, अगस्टिन मौचोट ने सफलतापूर्वक एक सौर भाप इंजन का प्रदर्शन किया, लेकिन सस्ते कोयले और अन्य कारकों के कारण वे इसका विकास जारी नहीं रख सके।

1897 में, एक अमेरिकी आविष्कारक, इंजीनियर और सौर ऊर्जा अग्रणी फ्रैंक शुमन ने एक छोटा प्रदर्शन सौर इंजन बनाया। यह इंजन सौर ऊर्जा को ईथर से भरे वर्गाकार बक्सों पर परावर्तित करके काम करता था। ईथर का क्वथनांक पानी से कम होता है और इन बक्सों के अंदर काले पाइप लगे होते थे, जो बदले में एक भाप इंजन को संचालित करते थे। 1908 में शुमन ने बड़े सौर ऊर्जा संयंत्र बनाने के इरादे से 'सन पावर कंपनी' का गठन किया। उन्होंने अपने तकनीकी सलाहकार ए.एस.ई. एकरमैन और ब्रिटिश भौतिक विज्ञानी सर चार्ल्स वर्नोन बॉयज़ के साथ मिलकर[9] एक बेहतर प्रणाली विकसित की, जिसमें सौर ऊर्जा को संग्राहक बक्सों पर परावर्तित करने के लिए दर्पणों का उपयोग किया गया। इससे ताप क्षमता इतनी बढ़ गई कि अब ईथर के बजाय पानी का उपयोग किया जा सकता था। इसके बाद शुमन ने कम दबाव वाले पानी से चलने वाला एक पूर्ण-स्तरीय भाप इंजन बनाया, जिससे वे 1912 तक पूरी सौर इंजन प्रणाली का पेटेंट कराने में सफल रहे।

शुमन ने 1912 और 1913 के बीच मिस्र के मादी में दुनिया का पहला सौर तापीय विद्युत स्टेशन बनाया। उनके संयंत्र ने 45 – के इंजन को संचालित करने के लिए पैराबोलिक ट्रफ का उपयोग किया, जो नील नदी से प्रति मिनट 22000 litres से अधिक पानी को पास के कपास के खेतों में पंप करता था। हालांकि प्रथम विश्व युद्ध के प्रकोप और 1930 के दशक में सस्ते तेल की खोज ने सौर ऊर्जा की प्रगति को हतोत्साहित किया, लेकिन शुमन के दृष्टिकोण और बुनियादी डिजाइन को 1970 के दशक में सौर तापीय ऊर्जा में रुचि की नई लहर के साथ पुनर्जीवित किया गया।[10] 1916 में मीडिया में शुमन को सौर ऊर्जा के उपयोग की वकालत करते हुए उद्धृत किया गया था: न्यूयॉर्क टाइम्स, 2 जुलाई 1916

जल तापन

মূল নিবন্ধ: Solar hot water, Solar combisystem

सौर गर्म पानी की प्रणालियाँ पानी को गर्म करने के लिए सूर्य के प्रकाश का उपयोग करती हैं। मध्य भौगोलिक अक्षांशों (40 डिग्री उत्तर और 40 डिग्री दक्षिण के बीच) में, घरेलू गर्म पानी के उपयोग का 60 से 70%, 60 C तक के पानी के तापमान के साथ, सौर तापन प्रणालियों द्वारा प्रदान किया जा सकता है।[11] सौर जल तापकों के सबसे सामान्य प्रकार इवेक्यूएटेड ट्यूब कलेक्टर (44%) और ग्लेज्ड फ्लैट प्लेट कलेक्टर (34%) हैं जो आमतौर पर घरेलू गर्म पानी के लिए उपयोग किए जाते हैं; और अनग्लेज्ड प्लास्टिक कलेक्टर (21%) जिनका उपयोग मुख्य रूप से स्विमिंग पूल को गर्म करने के लिए किया जाता है।

2015 तक, सौर गर्म पानी प्रणालियों की कुल स्थापित क्षमता लगभग 436 तापीय गीगावाट (GWth) थी, और चीन 309 GWth स्थापित क्षमता के साथ उनके उपयोग में विश्व में अग्रणी है, जो बाजार का 71% हिस्सा है।[12] इजरायल और साइप्रस प्रति व्यक्ति सौर गर्म पानी प्रणालियों के उपयोग में अग्रणी हैं, जहाँ 90% से अधिक घरों में इनका उपयोग होता है। संयुक्त राज्य अमेरिका, कनाडा और ऑस्ट्रेलिया में, स्विमिंग पूल को गर्म करना सौर गर्म पानी का प्रमुख अनुप्रयोग है, जिसकी 2005 तक 18 GWth स्थापित क्षमता थी।

तापन, शीतलन और वेंटिलेशन

মূল নিবন্ধ: Solar heating, Thermal mass, Solar chimney, Solar air conditioning संयुक्त राज्य अमेरिका में, हीटिंग, वेंटिलेशन और एयर कंडीशनिंग (HVAC) प्रणालियाँ वाणिज्यिक भवनों में उपयोग की जाने वाली ऊर्जा का 30% (4.65 EJ/वर्ष) और आवासीय भवनों में उपयोग की जाने वाली ऊर्जा का लगभग 50% (10.1 EJ/वर्ष) हिस्सा हैं।[13] सौर तापन, शीतलन और वेंटिलेशन प्रौद्योगिकियों का उपयोग इस ऊर्जा के एक हिस्से की भरपाई के लिए किया जा सकता है। तापन के लिए सौर ऊर्जा के उपयोग को मोटे तौर पर पैसिव सोलर अवधारणाओं और एक्टिव सोलर अवधारणाओं में विभाजित किया जा सकता है, जो इस बात पर निर्भर करता है कि सन ट्रैकिंग और सौर सांद्रक प्रकाशिकी जैसे सक्रिय तत्वों का उपयोग किया जाता है या नहीं।

थर्मल मास (तापीय द्रव्यमान) कोई भी ऐसी सामग्री है जिसका उपयोग गर्मी को संग्रहीत करने के लिए किया जा सकता है—सौर ऊर्जा के मामले में सूर्य से प्राप्त गर्मी। सामान्य थर्मल मास सामग्रियों में पत्थर, सीमेंट और पानी शामिल हैं। ऐतिहासिक रूप से इनका उपयोग शुष्क जलवायु या गर्म समशीतोष्ण क्षेत्रों में दिन के दौरान सौर ऊर्जा को अवशोषित करके और रात में ठंडे वातावरण में संग्रहीत गर्मी को विकीर्ण करके भवनों को ठंडा रखने के लिए किया जाता रहा है। हालांकि, इनका उपयोग ठंडे समशीतोष्ण क्षेत्रों में भी गर्मी बनाए रखने के लिए किया जा सकता है। थर्मल मास का आकार और स्थान जलवायु, दिन के उजाले और छायांकन की स्थिति जैसे कई कारकों पर निर्भर करता है। जब इसे उचित रूप से शामिल किया जाता है, तो थर्मल मास स्थान के तापमान को आरामदायक सीमा में रखता है और सहायक हीटिंग और कूलिंग उपकरणों की आवश्यकता को कम करता है।[14]

एक सौर चिमनी (या इस संदर्भ में थर्मल चिमनी) एक पैसिव सोलर वेंटिलेशन प्रणाली है जो एक इमारत के आंतरिक और बाहरी हिस्से को जोड़ने वाले एक ऊर्ध्वाधर शाफ्ट से बनी होती है। जैसे-जैसे चिमनी गर्म होती है, अंदर की हवा गर्म हो जाती है, जिससे एक अपड्राफ्ट (ऊर्ध्वप्रवाह) पैदा होता है जो हवा को इमारत के माध्यम से खींचता है। ग्रीनहाउस की नकल करने वाले तरीके से ग्लेज़िंग और थर्मल मास सामग्रियों का उपयोग करके प्रदर्शन में सुधार किया जा सकता है।[15]

पर्णपाती (Deciduous) वृक्षों और पौधों को सौर ताप और शीतलन को नियंत्रित करने के साधन के रूप में बढ़ावा दिया गया है। जब इन्हें उत्तरी गोलार्ध में किसी इमारत के दक्षिणी हिस्से में या दक्षिणी गोलार्ध में उत्तरी हिस्से में लगाया जाता है, तो उनकी पत्तियां गर्मियों के दौरान छाया प्रदान करती हैं, जबकि सर्दियों में उनकी नग्न शाखाओं से प्रकाश गुजर सकता है।[16] चूंकि नग्न, पत्तीहीन पेड़ आपतित सौर विकिरण के 1/3 से 1/2 हिस्से को छाया प्रदान करते हैं, इसलिए गर्मियों में छाया के लाभ और सर्दियों में होने वाली ताप हानि के बीच एक संतुलन बना रहता है। जिन जलवायु क्षेत्रों में हीटिंग की अधिक आवश्यकता होती है, वहां पर्णपाती वृक्षों को इमारत के भूमध्य रेखा की ओर मुख वाले हिस्से में नहीं लगाया जाना चाहिए क्योंकि वे सर्दियों में सौर उपलब्धता में बाधा डालेंगे। हालाँकि, इनका उपयोग पूर्व और पश्चिम दिशाओं में गर्मियों में कुछ हद तक छाया प्रदान करने के लिए किया जा सकता है, जिससे सर्दियों में सौर लाभ (solar gain) पर कोई विशेष प्रभाव नहीं पड़ता है।

खाना पकाना

মূল নিবন্ধ: Solar cooker

सोलर कुकर खाना पकाने, सुखाने और पाश्चुरीकरण (pasteurization) के लिए सूर्य के प्रकाश का उपयोग करते हैं। इन्हें तीन व्यापक श्रेणियों में बांटा जा सकता है: बॉक्स कुकर, पैनल कुकर और रिफ्लेक्टर कुकर।[17] सबसे सरल सोलर कुकर बॉक्स कुकर है, जिसे पहली बार 1767 में होरेस डी सॉसर (Horace de Saussure) ने बनाया था। एक बुनियादी बॉक्स कुकर में एक पारदर्शी ढक्कन वाला इंसुलेटेड कंटेनर होता है। इसका उपयोग आंशिक रूप से बादल छाए रहने पर भी प्रभावी ढंग से किया जा सकता है और यह आमतौर पर 90-150 तक का तापमान प्राप्त कर लेता है। पैनल कुकर सूर्य के प्रकाश को एक इंसुलेटेड कंटेनर पर निर्देशित करने के लिए एक परावर्तक पैनल का उपयोग करते हैं और बॉक्स कुकर के बराबर तापमान तक पहुँचते हैं। रिफ्लेक्टर कुकर प्रकाश को खाना पकाने वाले बर्तन पर केंद्रित करने के लिए विभिन्न सांद्रण ज्यामिति (डिश, गर्त, फ्रेनेल दर्पण) का उपयोग करते हैं। ये कुकर 315 C और उससे अधिक तापमान तक पहुँच जाते हैं, लेकिन ठीक से काम करने के लिए इन्हें सीधी धूप की आवश्यकता होती है और सूर्य को ट्रैक करने के लिए इनकी स्थिति बदलनी पड़ती है।

प्रक्रिया ताप (Process heat)

মূল নিবন্ধ: Solar pond, Salt evaporation pond, Solar furnace पराबोलिक डिश, गर्त और शेफ़लर रिफ्लेक्टर जैसी सौर सांद्रण तकनीकें वाणिज्यिक और औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए प्रक्रिया ताप प्रदान कर सकती हैं। पहली वाणिज्यिक प्रणाली अमेरिका के जॉर्जिया के शेनान्डाह में सोलर टोटल एनर्जी प्रोजेक्ट (STEP) थी, जहाँ 114 पराबोलिक डिशों के एक क्षेत्र ने एक कपड़ा कारखाने के लिए 50% प्रक्रिया ताप, एयर कंडीशनिंग और विद्युत आवश्यकताओं को पूरा किया। इस ग्रिड-कनेक्टेड कोजेनरेशन प्रणाली ने 400 kW बिजली के साथ-साथ 401 kW भाप और 468 kW ठंडे पानी के रूप में तापीय ऊर्जा प्रदान की और इसमें एक घंटे का पीक लोड थर्मल स्टोरेज था।[18] वाष्पीकरण तालाब उथले पूल होते हैं जो वाष्पीकरण के माध्यम से घुले हुए ठोस पदार्थों को केंद्रित करते हैं। समुद्री जल से नमक प्राप्त करने के लिए वाष्पीकरण तालाबों का उपयोग सौर ऊर्जा के सबसे पुराने अनुप्रयोगों में से एक है। आधुनिक उपयोगों में लीच माइनिंग में उपयोग किए जाने वाले नमकीन घोल को केंद्रित करना और अपशिष्ट धाराओं से घुले हुए ठोस पदार्थों को हटाना शामिल है।

कपड़े सुखाने की रस्सी (Clothes lines), कपड़े सुखाने का स्टैंड (clotheshorses), और कपड़े के रैक बिजली या गैस का उपभोग किए बिना हवा और धूप द्वारा वाष्पीकरण के माध्यम से कपड़े सुखाते हैं। संयुक्त राज्य अमेरिका के कुछ राज्यों में कानून कपड़ों को सुखाने के "अधिकार" (right to dry) की रक्षा करते हैं।[19] अनग्लेज़्ड ट्रांसपायर्ड कलेक्टर्स (UTC) छिद्रित सूर्य-मुखी दीवारें हैं जिनका उपयोग वेंटिलेशन हवा को पहले से गर्म करने के लिए किया जाता है। UTC आने वाली हवा के तापमान को 22 C-change तक बढ़ा सकते हैं और 45 - का आउटलेट तापमान प्रदान कर सकते हैं। ट्रांसपायर्ड कलेक्टर्स की कम भुगतान अवधि (3 से 12 वर्ष) उन्हें ग्लेज्ड कलेक्शन सिस्टम की तुलना में अधिक लागत प्रभावी विकल्प बनाती है। 2003 तक, दुनिया भर में 35000 m2 के संयुक्त कलेक्टर क्षेत्र के साथ 80 से अधिक प्रणालियाँ स्थापित की गई थीं, जिसमें कोस्टा रिका में कॉफी बीन्स सुखाने के लिए उपयोग किया जाने वाला 860 m2 का कलेक्टर और कोयंबटूर, भारत में गेंदे के फूल सुखाने के लिए उपयोग किया जाने वाला 1300 m2 का कलेक्टर शामिल है।October 2021

जल उपचार

মূল নিবন্ধ: Solar still, Solar water disinfection, Solar desalination, Solar Powered Desalination Unit

सौर आसवन (Solar distillation) का उपयोग खारे या ब्रैकिश जल को पीने योग्य बनाने के लिए किया जा सकता है। इसका पहला दर्ज उदाहरण 16वीं शताब्दी के अरब कीमियागरों द्वारा दिया गया था।[20] एक बड़े पैमाने पर सौर आसवन परियोजना पहली बार 1872 में चिली के खनन शहर लास सलिनास में बनाई गई थी। संयंत्र, जिसका सौर संग्रह क्षेत्र 4700 m2 था, प्रति दिन 22700 L तक पानी का उत्पादन कर सकता था और 40 वर्षों तक संचालित रहा। व्यक्तिगत आसवन (still) डिजाइनों में सिंगल-स्लोप, डबल-स्लोप (या ग्रीनहाउस प्रकार), वर्टिकल, कोनिकल, इनवर्टेड एब्जॉर्बर, मल्टी-विक और मल्टीपल इफेक्ट शामिल हैं। ये स्टिल्स निष्क्रिय, सक्रिय या हाइब्रिड मोड में काम कर सकते हैं। विकेंद्रीकृत घरेलू उद्देश्यों के लिए डबल-स्लोप स्टिल्स सबसे किफायती हैं, जबकि सक्रिय मल्टीपल इफेक्ट इकाइयाँ बड़े पैमाने के अनुप्रयोगों के लिए अधिक उपयुक्त हैं।

सौर जल कीटाणुशोधन (SODIS) में पानी से भरी प्लास्टिक पॉलीइथाइलीन टेरेफ्थेलेट (PET) की बोतलों को कई घंटों तक धूप में रखना शामिल है।[21] मौसम और जलवायु के आधार पर एक्सपोज़र का समय कम से कम छह घंटे से लेकर पूरी तरह से बादल छाए रहने पर दो दिनों तक भिन्न होता है। विश्व स्वास्थ्य संगठन द्वारा इसे घरेलू जल उपचार और सुरक्षित भंडारण के लिए एक व्यवहार्य विधि के रूप में अनुशंसित किया गया है। विकासशील देशों में बीस लाख से अधिक लोग अपने दैनिक पीने के पानी के लिए इस विधि का उपयोग करते हैं।

सौर ऊर्जा का उपयोग बिना रसायनों या बिजली के अपशिष्ट जल (waste water) के उपचार के लिए जल स्थिरीकरण तालाब में किया जा सकता है। एक अतिरिक्त पर्यावरणीय लाभ यह है कि ऐसे तालाबों में शैवाल (algae) उगते हैं और प्रकाश संश्लेषण में कार्बन डाइऑक्साइड का उपभोग करते हैं, हालांकि शैवाल जहरीले रसायन पैदा कर सकते हैं जो पानी को अनुपयोगी बना देते हैं।[22]

पिघले हुए नमक की तकनीक (Molten salt technology)

पिघले हुए नमक का उपयोग तापीय ऊर्जा भंडारण (thermal energy storage) विधि के रूप में किया जा सकता है ताकि सांद्रित सौर ऊर्जा संयंत्र (concentrated solar power plant) के सौर टॉवर या सौर गर्त द्वारा एकत्रित तापीय ऊर्जा को बनाए रखा जा सके, ताकि इसका उपयोग खराब मौसम में या रात में बिजली उत्पन्न करने के लिए किया जा सके। इसे 1995 से 1999 तक सोलर टू (Solar Two) परियोजना में प्रदर्शित किया गया था। प्रणाली की वार्षिक दक्षता 99% होने का अनुमान है, जो गर्मी को सीधे बिजली में बदलने के बजाय बिजली में बदलने से पहले गर्मी को संग्रहीत करके ऊर्जा बनाए रखने का संदर्भ है।[23] पिघले हुए नमक के मिश्रण अलग-अलग होते हैं। सबसे व्यापक मिश्रण में सोडियम नाइट्रेट, पोटेशियम नाइट्रेट और कैल्शियम नाइट्रेट शामिल हैं। यह गैर-ज्वलनशील और गैर-विषाक्त है, और पहले से ही रासायनिक और धातु उद्योगों में ताप-परिवहन द्रव के रूप में उपयोग किया जा चुका है। इसलिए, ऐसी प्रणालियों का अनुभव गैर-सौर अनुप्रयोगों में मौजूद है।

नमक 131 °C पर पिघलता है। इसे एक इंसुलेटेड "कोल्ड" स्टोरेज टैंक में 288 °C पर तरल रखा जाता है। तरल नमक को सौर कलेक्टर में पैनलों के माध्यम से पंप किया जाता है जहाँ केंद्रित विकिरण इसे 566 °C तक गर्म करता है। फिर इसे हॉट स्टोरेज टैंक में भेजा जाता है। यह इतना अच्छी तरह से इंसुलेटेड होता है कि तापीय ऊर्जा को एक सप्ताह तक उपयोगी रूप से संग्रहीत किया जा सकता है।[24]

जब बिजली की आवश्यकता होती है, तो गर्म नमक को किसी भी पारंपरिक कोयला, तेल या परमाणु ऊर्जा संयंत्र की तरह टर्बाइन/जनरेटर के लिए अतितापित भाप (superheated steam) उत्पन्न करने के लिए एक पारंपरिक भाप-जनरेटर में पंप किया जाता है। 100-मेगावाट टर्बाइन को इस डिजाइन द्वारा चार घंटे तक चलाने के लिए लगभग 9.1 m ऊंचे और 24 m व्यास वाले टैंक की आवश्यकता होगी।

स्पेन में कई पैराबोलिक ट्रफ (parabolic trough) पावर प्लांट[25] और सोलर पावर टॉवर डेवलपर SolarReserve इस तापीय ऊर्जा भंडारण अवधारणा का उपयोग करते हैं। अमेरिका में Solana Generating Station में पिघले हुए नमक (molten salt) द्वारा छह घंटे का भंडारण है। चिली में, सेरो डोमिनेडोर (Cerro Dominador) पावर प्लांट में 110 MW का सोलर-थर्मल टॉवर है, जिसमें गर्मी को पिघले हुए लवणों में स्थानांतरित किया जाता है। इसके बाद पिघले हुए लवण एक हीट एक्सचेंजर में अपनी गर्मी को पानी में स्थानांतरित करते हैं, जिससे सुपरहीटेड भाप उत्पन्न होती है, जो एक टर्बाइन को चलाती है। यह टर्बाइन Rankine cycle का उपयोग करके भाप की गतिज ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करती है। इस तरह, सेरो डोमिनेडोर प्लांट लगभग 110 MW बिजली उत्पन्न करने में सक्षम है। प्लांट में एक उन्नत भंडारण प्रणाली है जो इसे प्रत्यक्ष सौर विकिरण के बिना 17.5 घंटे तक बिजली उत्पन्न करने में सक्षम बनाती है, जिससे यह आवश्यकता पड़ने पर बिना किसी रुकावट के स्थिर बिजली आपूर्ति प्रदान कर सकता है। परियोजना ने प्रति वर्ष 950 GW·h तक की बिक्री सुरक्षित की है। एक अन्य परियोजना मारिया एलेना (María Elena) प्लांट है, जो उत्तरी चिली के एंटोफ़गास्टा क्षेत्र में 400 MW का थर्मो-सोलर कॉम्प्लेक्स है, जो पिघले हुए नमक की तकनीक का उपयोग करता है।

विद्युत उत्पादन

Solar power

संकेंद्रित सौर ऊर्जा (Concentrated solar power)

মূল নিবন্ধ: Concentrated solar power संकेंद्रित सौर ऊर्जा (CSP) प्रणालियाँ लेंस या दर्पणों और ट्रैकिंग प्रणालियों का उपयोग करके सूर्य के प्रकाश के एक बड़े क्षेत्र को एक छोटी किरण में केंद्रित करती हैं। इसके बाद संकेंद्रित गर्मी का उपयोग पारंपरिक पावर प्लांट के लिए ताप स्रोत के रूप में किया जाता है।[26] संकेंद्रण की कई तकनीकें मौजूद हैं; सबसे विकसित पैराबोलिक ट्रफ, सोलर टॉवर कलेक्टर, संकेंद्रित लीनियर फ्रेस्नेल रिफ्लेक्टर और स्टर्लिंग डिश हैं। सूर्य को ट्रैक करने और प्रकाश को केंद्रित करने के लिए विभिन्न तकनीकों का उपयोग किया जाता है। इन सभी प्रणालियों में, एक working fluid को संकेंद्रित सूर्य के प्रकाश द्वारा गर्म किया जाता है, और फिर इसका उपयोग बिजली उत्पादन या ऊर्जा भंडारण के लिए किया जाता है। डिजाइनों को dust storm, hail, या किसी अन्य चरम मौसम की घटना के जोखिम को ध्यान में रखना चाहिए जो सौर ऊर्जा संयंत्रों की महीन कांच की सतहों को नुकसान पहुंचा सकती है। धातु की ग्रिलें सूर्य के प्रकाश के एक बड़े हिस्से को दर्पणों और सोलर पैनलों तक पहुँचने देंगी, साथ ही अधिकांश नुकसान को भी रोकेंगी।

वास्तुकला और शहरी नियोजन

মূল নিবন্ধ: Passive solar building design, Urban heat island [27]

वास्तुकला के इतिहास की शुरुआत से ही सूर्य के प्रकाश ने भवन निर्माण को प्रभावित किया है।[28] उन्नत सौर वास्तुकला और शहरी नियोजन विधियों को सबसे पहले यूनानियों और चीनी लोगों द्वारा नियोजित किया गया था, जिन्होंने प्रकाश और गर्मी प्रदान करने के लिए अपने भवनों को दक्षिण की ओर उन्मुख किया था।

passive solar वास्तुकला की सामान्य विशेषताएं सूर्य के सापेक्ष अभिविन्यास, कॉम्पैक्ट अनुपात (कम सतह क्षेत्र से आयतन अनुपात), चयनात्मक छायांकन (ओवरहैंग्स) और थर्मल मास हैं।[28] जब इन विशेषताओं को स्थानीय जलवायु और पर्यावरण के अनुरूप बनाया जाता है, तो वे अच्छी तरह से प्रकाशित स्थान बना सकते हैं जो आरामदायक तापमान सीमा में रहते हैं। Socrates का मेगारोन हाउस पैसिव सोलर डिज़ाइन का एक उत्कृष्ट उदाहरण है। सौर डिज़ाइन के सबसे हालिया दृष्टिकोण कंप्यूटर मॉडलिंग का उपयोग करते हैं जो सौर प्रकाश, हीटिंग और वेंटिलेशन प्रणालियों को एक एकीकृत solar design पैकेज में जोड़ते हैं। पंप, पंखे और स्विच करने योग्य खिड़कियां जैसे सक्रिय सौर उपकरण पैसिव डिज़ाइन के पूरक हो सकते हैं और सिस्टम के प्रदर्शन में सुधार कर सकते हैं।

शहरी ताप द्वीप (UHI) ऐसे महानगरीय क्षेत्र हैं जिनका तापमान आसपास के वातावरण की तुलना में अधिक होता है। उच्च तापमान डामर और कंक्रीट जैसी शहरी सामग्रियों द्वारा सौर ऊर्जा के बढ़े हुए अवशोषण का परिणाम है, जिनका albedo प्राकृतिक वातावरण की तुलना में कम और ऊष्मा क्षमता अधिक होती है। UHI प्रभाव का मुकाबला करने का एक सीधा तरीका इमारतों और सड़कों को सफेद रंग से रंगना और क्षेत्र में पेड़ लगाना है। इन तरीकों का उपयोग करते हुए, लॉस एंजिल्स में एक काल्पनिक "कूल कम्युनिटीज" कार्यक्रम ने अनुमान लगाया है कि शहरी तापमान को लगभग 3 °C तक कम किया जा सकता है, जिसकी अनुमानित लागत 1 बिलियन अमेरिकी डॉलर है, जिससे एयर-कंडीशनिंग लागत में कमी और स्वास्थ्य देखभाल बचत से 530 मिलियन अमेरिकी डॉलर का कुल वार्षिक लाभ होने का अनुमान है।[29]

कृषि और बागवानी

Agriculture और horticulture पौधों की उत्पादकता को अनुकूलित करने के लिए सौर ऊर्जा के संचयन को अनुकूलित करने का प्रयास करते हैं। समयबद्ध रोपण चक्र, अनुकूलित पंक्ति अभिविन्यास, पंक्तियों के बीच अलग-अलग ऊंचाई और पौधों की किस्मों के मिश्रण जैसी तकनीकें फसल की पैदावार में सुधार कर सकती हैं।[30] हालांकि सूर्य के प्रकाश को आम तौर पर एक प्रचुर संसाधन माना जाता है, लेकिन इसके अपवाद कृषि के लिए सौर ऊर्जा के महत्व को उजागर करते हैं। Little Ice Age के छोटे बढ़ते मौसमों के दौरान, फ्रांसीसी और अंग्रेजी किसानों ने सौर ऊर्जा के संग्रह को अधिकतम करने के लिए फ्रूट वॉल्स (फल की दीवारें) का उपयोग किया। ये दीवारें थर्मल मास के रूप में कार्य करती थीं और पौधों को गर्म रखकर पकने की प्रक्रिया को तेज करती थीं। शुरुआती फ्रूट वॉल्स जमीन के लंबवत और दक्षिण की ओर बनाई गई थीं, लेकिन समय के साथ, सूर्य के प्रकाश का बेहतर उपयोग करने के लिए ढलान वाली दीवारें विकसित की गईं। 1699 में, Nicolas Fatio de Duillier ने एक ट्रैकिंग तंत्र का उपयोग करने का सुझाव भी दिया जो सूर्य का अनुसरण करने के लिए घूम सकता था। फसलों को उगाने के अलावा कृषि में सौर ऊर्जा के अनुप्रयोगों में पानी पंप करना, फसलों को सुखाना, चूजों को पालना और चिकन खाद को सुखाना शामिल है। हाल ही में इस तकनीक को वाइनमेकर्स ने अपनाया है, जो अंगूर प्रेस को चलाने के लिए सोलर पैनल द्वारा उत्पन्न ऊर्जा का उपयोग करते हैं।

Greenhouse सौर प्रकाश को गर्मी में परिवर्तित करते हैं, जिससे साल भर उत्पादन और (बंद वातावरण में) विशेष फसलों और अन्य पौधों का विकास संभव होता है जो स्वाभाविक रूप से स्थानीय जलवायु के अनुकूल नहीं होते हैं। आदिम ग्रीनहाउस का उपयोग पहली बार रोमन काल के दौरान सम्राट Tiberius के लिए साल भर cucumbers का उत्पादन करने के लिए किया गया था।[31] पहले आधुनिक ग्रीनहाउस 16वीं शताब्दी में यूरोप में बनाए गए थे ताकि विदेशों में खोजों से वापस लाए गए विदेशी पौधों को रखा जा सके। ग्रीनहाउस आज भी बागवानी का एक महत्वपूर्ण हिस्सा हैं। प्लास्टिक पारदर्शी सामग्रियों का उपयोग polytunnels और row covers में भी इसी तरह के प्रभाव के लिए किया गया है।

परिवहन

মূল নিবন্ধ: Solar vehicle, Solar-charged vehicle, Electric boat, Solar balloon, Solar aircraft

सौर-संचालित कार का विकास 1980 के दशक से ही एक इंजीनियरिंग लक्ष्य रहा है। World Solar Challenge एक द्विवार्षिक सौर-संचालित कार दौड़ है, जहाँ विश्वविद्यालयों और उद्यमों की टीमें मध्य ऑस्ट्रेलिया में डार्विन से Adelaide तक 3021 km की दूरी तय करती हैं। 1987 में, जब इसकी स्थापना हुई थी, विजेता की औसत गति 67 km/h थी और 2007 तक विजेता की औसत गति में सुधार होकर 90.87 km/h हो गई थी।[32] North American Solar Challenge और नियोजित South African Solar Challenge तुलनीय प्रतियोगिताएं हैं जो सौर-संचालित वाहनों की इंजीनियरिंग और विकास में अंतरराष्ट्रीय रुचि को दर्शाती हैं।

कुछ वाहन सहायक शक्ति के लिए सोलर पैनलों का उपयोग करते हैं, जैसे कि एयर कंडीशनिंग के लिए, ताकि इंटीरियर को ठंडा रखा जा सके, जिससे ईंधन की खपत कम हो सके।[33]

1975 में, इंग्लैंड में पहली व्यावहारिक सौर नाव का निर्माण किया गया था।[34] 1995 तक, पीवी (PV) पैनलों वाली यात्री नावें दिखाई देने लगीं और अब इनका व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। 1996 में, केनिची होरी (Kenichi Horie) ने सौर ऊर्जा से प्रशांत महासागर को पार करने वाली पहली यात्रा पूरी की, और Sun21 कैटामरन ने 2006–2007 की सर्दियों में सौर ऊर्जा से अटलांटिक महासागर को पार करने वाली पहली यात्रा पूरी की। 2010 में विश्व भ्रमण की योजनाएं भी थीं।

1974 में, मानवरहित एस्ट्रोफ्लाइट सनराइज (AstroFlight Sunrise) हवाई जहाज ने पहली सौर उड़ान भरी। 29 अप्रैल 1979 को, सोलर राइजर (Solar Riser) ने सौर ऊर्जा से चलने वाली, पूरी तरह से नियंत्रित, मानव-वाहक उड़ान मशीन में पहली उड़ान भरी, जो 40 ft की ऊंचाई तक पहुंची। 1980 में, गोसामर पेंगुइन (Gossamer Penguin) ने पूरी तरह से फोटोवोल्टिक्स द्वारा संचालित पहली पायलट उड़ानें भरीं। इसके तुरंत बाद सोलर चैलेंजर (Solar Challenger) आया जिसने जुलाई 1981 में इंग्लिश चैनल को पार किया। 1990 में एरिक स्कॉट रेमंड (Eric Scott Raymond) ने 21 पड़ावों में सौर ऊर्जा का उपयोग करके कैलिफोर्निया से उत्तरी कैरोलिना तक उड़ान भरी।[35] इसके बाद विकास का रुख वापस मानवरहित हवाई वाहनों (UAV) की ओर मुड़ गया, जिसमें पाथफाइंडर (1997) और बाद के डिज़ाइन शामिल थे, जो हेलियोस (Helios) में परिणत हुए, जिसने 2001 में गैर-रॉकेट-चालित विमान के लिए 29524 m का ऊंचाई रिकॉर्ड स्थापित किया। BAE सिस्टम्स द्वारा विकसित ज़ेफिर (Zephyr), रिकॉर्ड तोड़ने वाले सौर विमानों की श्रृंखला में नवीनतम है, जिसने 2007 में 54 घंटे की उड़ान भरी, और 2010 तक महीने भर की उड़ानों की परिकल्पना की गई थी। मार्च 2015 से जुलाई 2016 तक, सोलर इम्पल्स (Solar Impulse), जो एक इलेक्ट्रिक विमान है, ने सफलतापूर्वक विश्व का चक्कर लगाया। यह सौर सेल द्वारा संचालित एक सिंगल-सीट विमान है और अपनी शक्ति से उड़ान भरने में सक्षम है। यह डिज़ाइन विमान को कई दिनों तक हवा में रहने की अनुमति देता है।

सौर गुब्बारा (Solar balloon) एक काला गुब्बारा होता है जो सामान्य हवा से भरा होता है। जैसे ही सूरज की रोशनी गुब्बारे पर पड़ती है, अंदर की हवा गर्म हो जाती है और फैलती है, जिससे ऊपर की ओर उत्प्लावन (buoyancy) बल उत्पन्न होता है, बिल्कुल कृत्रिम रूप से गर्म किए गए हॉट एयर बैलून की तरह। कुछ सौर गुब्बारे मानव उड़ान के लिए पर्याप्त बड़े होते हैं, लेकिन इनका उपयोग आमतौर पर खिलौना बाजार तक ही सीमित है क्योंकि सतह-क्षेत्र से पेलोड-वजन का अनुपात अपेक्षाकृत अधिक होता है।[36]

स्क्वाड सोलर वाहन

स्क्वाड सोलर (Squad Solar) एक नेबरहुड इलेक्ट्रिक व्हीकल (Neighborhood Electric Vehicle) है जिसमें एक सोलर रूफ है और इसे चार्ज करने के लिए सामान्य 120 वोल्ट के आउटलेट में प्लग किया जा सकता है।[37]

ईंधन उत्पादन

মূল নিবন্ধ: Solar chemical, Solar fuel, Artificial photosynthesis सौर रासायनिक प्रक्रियाएं रासायनिक प्रतिक्रियाओं को संचालित करने के लिए सौर ऊर्जा का उपयोग करती हैं। ये प्रक्रियाएं उस ऊर्जा की भरपाई करती हैं जो अन्यथा जीवाश्म ईंधन स्रोत से आती और सौर ऊर्जा को भंडारण योग्य और परिवहन योग्य ईंधन में भी बदल सकती हैं। सौर-प्रेरित रासायनिक प्रतिक्रियाओं को थर्मोकेमिकल या फोटोकेमिकल में विभाजित किया जा सकता है।[38] कृत्रिम प्रकाश संश्लेषण (artificial photosynthesis) द्वारा विभिन्न प्रकार के ईंधन का उत्पादन किया जा सकता है। कार्बन डाइऑक्साइड के अपचयन से कार्बन-आधारित ईंधन (जैसे मेथनॉल) बनाने में शामिल मल्टीइलेक्ट्रॉन उत्प्रेरक रसायन विज्ञान चुनौतीपूर्ण है; एक व्यवहार्य विकल्प प्रोटॉन से हाइड्रोजन उत्पादन है, हालांकि इलेक्ट्रॉनों के स्रोत के रूप में पानी का उपयोग (जैसा कि पौधे करते हैं) करने के लिए दो पानी के अणुओं के मल्टीइलेक्ट्रॉन ऑक्सीकरण को आणविक ऑक्सीजन में बदलने में महारत हासिल करने की आवश्यकता होती है। कुछ लोगों ने 2050 तक तटीय महानगरीय क्षेत्रों में काम करने वाले सौर ईंधन संयंत्रों की परिकल्पना की है—समुद्री जल को विभाजित करके हाइड्रोजन प्रदान करना जिसे आस-पास के ईंधन-सेल इलेक्ट्रिक पावर प्लांट में चलाया जा सके और शुद्ध पानी का उप-उत्पाद सीधे नगरपालिका जल प्रणाली में जा सके। इसके अलावा, रासायनिक ऊर्जा भंडारण सौर ऊर्जा भंडारण का एक और समाधान है।

हाइड्रोजन उत्पादन प्रौद्योगिकियां 1970 के दशक से सौर रासायनिक अनुसंधान का एक महत्वपूर्ण क्षेत्र रही हैं। फोटोवोल्टिक या फोटोकेमिकल कोशिकाओं द्वारा संचालित इलेक्ट्रोलिसिस के अलावा, कई थर्मोकेमिकल प्रक्रियाओं का भी पता लगाया गया है। ऐसा ही एक मार्ग उच्च तापमान (2300 -) पर पानी को ऑक्सीजन और हाइड्रोजन में विभाजित करने के लिए सांद्रक (concentrators) का उपयोग करता है।[39] एक अन्य दृष्टिकोण प्राकृतिक गैस के स्टीम रिफॉर्मिंग को चलाने के लिए सौर सांद्रक से गर्मी का उपयोग करता है, जिससे पारंपरिक रिफॉर्मिंग विधियों की तुलना में समग्र हाइड्रोजन उपज बढ़ जाती है। अभिकारकों के अपघटन और पुनर्जनन द्वारा विशेषता थर्मोकेमिकल चक्र हाइड्रोजन उत्पादन के लिए एक और मार्ग प्रस्तुत करते हैं। वाइजमैन इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस (Weizmann Institute of Science) में विकसित की जा रही सोलज़िंक (Solzinc) प्रक्रिया 1200 C से ऊपर के तापमान पर जिंक ऑक्साइड (ZnO) को विघटित करने के लिए 1 MW सौर भट्टी का उपयोग करती है। यह प्रारंभिक प्रतिक्रिया शुद्ध जस्ता (zinc) उत्पन्न करती है, जिसे बाद में हाइड्रोजन का उत्पादन करने के लिए पानी के साथ प्रतिक्रिया की जा सकती है।

ऊर्जा भंडारण के तरीके

মূল নিবন্ধ: Energy storage, Seasonal thermal energy storage, Phase change material, Grid energy storage, Vehicle-to-grid

थर्मल मास (Thermal mass) प्रणालियां दैनिक या अंतर-मौसमी अवधि के लिए घरेलू रूप से उपयोगी तापमान पर गर्मी के रूप में सौर ऊर्जा को संग्रहीत कर सकती हैं। थर्मल भंडारण प्रणालियां आमतौर पर उच्च विशिष्ट ऊष्मा (specific heat) क्षमता वाली आसानी से उपलब्ध सामग्री जैसे पानी, मिट्टी और पत्थर का उपयोग करती हैं। अच्छी तरह से डिज़ाइन की गई प्रणालियां पीक डिमांड को कम कर सकती हैं, उपयोग के समय को ऑफ-पीक घंटों में स्थानांतरित कर सकती हैं और समग्र हीटिंग और कूलिंग आवश्यकताओं को कम कर सकती हैं।[40]

पैराफिन वैक्स और ग्लॉबर साल्ट (Glauber's salt) जैसी चरण परिवर्तन सामग्री (Phase change materials) एक और थर्मल भंडारण माध्यम हैं। ये सामग्रियां सस्ती, आसानी से उपलब्ध हैं, और घरेलू रूप से उपयोगी तापमान (लगभग 64 C) प्रदान कर सकती हैं। "डोवर हाउस" (डोवर, मैसाचुसेट्स में) 1948 में ग्लॉबर साल्ट हीटिंग सिस्टम का उपयोग करने वाला पहला घर था।[41] सौर ऊर्जा को पिघले हुए नमक (molten salts) का उपयोग करके उच्च तापमान पर भी संग्रहीत किया जा सकता है। लवण एक प्रभावी भंडारण माध्यम हैं क्योंकि वे कम लागत वाले हैं, उनकी विशिष्ट ऊष्मा क्षमता अधिक है, और वे पारंपरिक बिजली प्रणालियों के अनुकूल तापमान पर गर्मी प्रदान कर सकते हैं। सोलर टू (Solar Two) परियोजना ने ऊर्जा भंडारण की इस विधि का उपयोग किया, जिससे यह अपने 68 m3 भंडारण टैंक में 1.44 TJ को लगभग 99% की वार्षिक भंडारण दक्षता के साथ संग्रहीत करने में सक्षम हुई।

ऑफ-ग्रिड पीवी सिस्टम ने पारंपरिक रूप से अतिरिक्त बिजली को संग्रहीत करने के लिए रिचार्जेबल बैटरी का उपयोग किया है। ग्रिड-टाइड सिस्टम के साथ, अतिरिक्त बिजली को ट्रांसमिशन ग्रिड में भेजा जा सकता है, जबकि कमियों को पूरा करने के लिए मानक ग्रिड बिजली का उपयोग किया जा सकता है। नेट मीटरिंग कार्यक्रम घरेलू प्रणालियों को ग्रिड में दी जाने वाली किसी भी बिजली के लिए क्रेडिट देते हैं। यह मीटर को 'रोल बैक' करके संभाला जाता है जब भी घर खपत से अधिक बिजली पैदा करता है। यदि शुद्ध बिजली का उपयोग शून्य से नीचे है, तो उपयोगिता फिर किलोवाट-घंटे क्रेडिट को अगले महीने में स्थानांतरित कर देती है।[42] अन्य दृष्टिकोणों में दो मीटरों का उपयोग शामिल है, ताकि खपत की गई बिजली बनाम उत्पादित बिजली को मापा जा सके। दूसरे मीटर की स्थापना लागत बढ़ने के कारण यह कम आम है। अधिकांश मानक मीटर दोनों दिशाओं में सटीक रूप से मापते हैं, जिससे दूसरे मीटर की आवश्यकता नहीं रहती।

पंप-स्टोरेज हाइड्रोइलेक्ट्रिसिटी (Pumped-storage hydroelectricity) ऊर्जा को उस पानी के रूप में संग्रहीत करती है जिसे ऊर्जा उपलब्ध होने पर निचले जलाशय से ऊंचे जलाशय में पंप किया जाता है। जब मांग अधिक होती है तो पानी को छोड़ कर ऊर्जा की वसूली की जाती है, जिसमें पंप एक जलविद्युत जनरेटर बन जाता है।[43]

विकास, तैनाती और अर्थशास्त्र

আরও দেখুন: Deployment of solar power to energy grids'আরও দেখুন: Cost of electricity by source, Renewable energy by country

कोयले के उपयोग में वृद्धि के साथ, जो औद्योगिक क्रांति के साथ आई, ऊर्जा की खपत धीरे-धीरे लकड़ी और बायोमास से जीवाश्म ईंधन की ओर स्थानांतरित हो गई। 1860 के दशक में शुरू हुए सौर प्रौद्योगिकियों के शुरुआती विकास को इस उम्मीद से बढ़ावा मिला था कि कोयला जल्द ही दुर्लभ हो जाएगा। हालाँकि, 20वीं सदी की शुरुआत में कोयले और पेट्रोलियम की बढ़ती उपलब्धता, अर्थव्यवस्था और उपयोगिता के कारण सौर प्रौद्योगिकियों का विकास स्थिर हो गया।[44]

व्यावसायिक सौर जल हीटर 1890 के दशक में संयुक्त राज्य अमेरिका में दिखाई देने लगे।[45] इन प्रणालियों का उपयोग 1920 के दशक तक बढ़ता रहा, लेकिन धीरे-धीरे इन्हें सस्ते और अधिक विश्वसनीय हीटिंग ईंधन द्वारा प्रतिस्थापित कर दिया गया। फोटोवोल्टिक्स की तरह, सौर जल तापन ने 1973 के तेल प्रतिबंध और 1979 के ऊर्जा संकट के परिणामस्वरूप फिर से ध्यान आकर्षित किया, लेकिन पेट्रोलियम की गिरती कीमतों के कारण 1980 के दशक में रुचि कम हो गई। सौर जल तापन क्षेत्र में विकास 1990 के दशक में लगातार आगे बढ़ा, और 1999 के बाद से वार्षिक विकास दर औसतन 20% रही है। यद्यपि आमतौर पर इसे कम करके आंका जाता है, सौर जल तापन और शीतलन अब तक की सबसे व्यापक रूप से तैनात सौर तकनीक है, जिसकी अनुमानित क्षमता 2007 तक 154 GW थी।

1970 के दशक के तेल संकटों ने दुनिया भर में ऊर्जा नीतियों के पुनर्गठन का कारण बना। इसने सौर प्रौद्योगिकियों को विकसित करने पर फिर से ध्यान केंद्रित किया।[46] तैनाती रणनीतियाँ प्रोत्साहन कार्यक्रमों पर केंद्रित थीं जैसे कि अमेरिका में फेडरल फोटोवोल्टिक यूटिलाइजेशन प्रोग्राम और जापान में सनशाइन प्रोग्राम। अन्य प्रयासों में अमेरिका (SERI, अब NREL), जापान (NEDO), और जर्मनी (Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE), तथा ऑस्ट्रेलिया में अनुसंधान सुविधाओं का गठन शामिल था। 1981 में, ऑस्ट्रेलियाई राष्ट्रीय विश्वविद्यालय की एक टीम ने न्यू साउथ वेल्स में व्हाइट क्लिफ्स सोलर पावर स्टेशन का निर्माण किया, जो उस बुनियादी मॉडल का आधार बना जिस पर भविष्य की सभी सौर तकनीकें आधारित हैं, और इसे दुनिया का पहला व्यावसायिक सौर ऊर्जा स्टेशन माना जा सकता है।

2011 में, अंतर्राष्ट्रीय ऊर्जा एजेंसी (IEA) की एक रिपोर्ट में पाया गया कि यदि राजनेता जलवायु परिवर्तन को सीमित करने और नवीकरणीय ऊर्जा में संक्रमण के लिए प्रतिबद्ध हों, तो फोटोवोल्टिक्स, सौर गर्म पानी और केंद्रित सौर ऊर्जा जैसी सौर ऊर्जा प्रौद्योगिकियां 2060 तक दुनिया की एक तिहाई ऊर्जा प्रदान कर सकती हैं। सूर्य से प्राप्त ऊर्जा ऊर्जा दक्षता में सुधार और ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जकों पर लागत लगाने के साथ-साथ वैश्विक अर्थव्यवस्था को डी-कार्बोनाइज करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकती है। "सौर ऊर्जा की ताकत अनुप्रयोगों की अविश्वसनीय विविधता और लचीलापन है, छोटे पैमाने से लेकर बड़े पैमाने तक"।[47] IEA ने अपनी रिपोर्ट में कहा कि सौर ऊर्जा दुनिया के सामने आने वाली कुछ सबसे जरूरी समस्याओं को हल करने में काफी योगदान दे सकती है, जिसमें "[बढ़ाना] स्वदेशी, अटूट और ज्यादातर आयात-स्वतंत्र संसाधन पर निर्भरता के माध्यम से देशों की ऊर्जा सुरक्षा, स्थिरता को बढ़ाना, प्रदूषण को कम करना, जलवायु परिवर्तन को कम करने की लागत को [कम करना], और जीवाश्म ईंधन की कीमतों को अन्यथा की तुलना में कम [रखना] शामिल है। ये लाभ वैश्विक हैं।"

2021 में Lazard ने नई निर्मित गैर-सब्सिडी वाली उपयोगिता-स्तरीय सौर बिजली की स्तरित लागत 37 डॉलर प्रति MWh से कम और मौजूदा कोयले से चलने वाली बिजली की लागत उस राशि से अधिक होने का अनुमान लगाया।[48] 2021 की रिपोर्ट में यह भी कहा गया है कि नई सौर ऊर्जा नई गैस-आधारित बिजली से भी सस्ती थी, लेकिन आम तौर पर मौजूदा गैस बिजली से नहीं।

उभरती प्रौद्योगिकियां

আরও দেখুন: Thin-film solar cell

प्रायोगिक सौर ऊर्जा

মূল নিবন্ধ: Solar power#Emerging technologies केंद्रित फोटोवोल्टिक्स (CPV) प्रणालियां बिजली उत्पादन के उद्देश्य से फोटोवोल्टिक सतहों पर केंद्रित सूर्य के प्रकाश का उपयोग करती हैं। थर्मोइलेक्ट्रिक, या "थर्मोवोल्टिक" उपकरण अलग-अलग सामग्रियों के बीच तापमान के अंतर को विद्युत प्रवाह में परिवर्तित करते हैं।

तैरते सौर सरणियाँ

Floating solar

सौर-सहायता प्राप्त हीट पंप

মূল নিবন্ধ: Solar-assisted heat pump एक हीट पंप एक ऐसा उपकरण है जो गर्मी के स्रोत से "हीट सिंक" नामक गंतव्य तक ऊष्मीय ऊर्जा प्रदान करता है। हीट पंपों को ऊष्मीय ऊर्जा को सहज ऊष्मा प्रवाह की दिशा के विपरीत ले जाने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जो ठंडी जगह से गर्मी को अवशोषित करके उसे गर्म जगह पर छोड़ते हैं। एक सौर-सहायता प्राप्त हीट पंप एक एकल एकीकृत प्रणाली में हीट पंप और थर्मल सोलर पैनल के एकीकरण का प्रतिनिधित्व करता है। आमतौर पर इन दो प्रौद्योगिकियों का उपयोग अलग-अलग (या केवल उन्हें समानांतर में रखकर) गर्म पानी का उत्पादन करने के लिए किया जाता है।[49] इस प्रणाली में सौर थर्मल पैनल कम तापमान वाले ताप स्रोत का कार्य करता है और उत्पादित गर्मी का उपयोग हीट पंप के इवेपोरेटर को खिलाने के लिए किया जाता है। इस प्रणाली का लक्ष्य उच्च COP प्राप्त करना और फिर अधिक कुशल और कम खर्चीले तरीके से ऊर्जा का उत्पादन करना है।

हीट पंप के साथ संयोजन में किसी भी प्रकार के सौर थर्मल पैनल (शीट और ट्यूब, रोल-बॉन्ड, हीट पाइप, थर्मल प्लेट्स) या हाइब्रिड (मोनो/पॉलीक्रिस्टलाइन, थिन फिल्म) का उपयोग करना संभव है। हाइब्रिड पैनल का उपयोग बेहतर है क्योंकि यह हीट पंप की बिजली मांग के एक हिस्से को कवर करने की अनुमति देता है और बिजली की खपत को कम करता है और परिणामस्वरूप प्रणाली की परिवर्तनीय लागत को कम करता है।

सौर विमान

আরও দেখুন: Solar Impulse एक इलेक्ट्रिक विमान ऐसा विमान है जो आंतरिक दहन इंजन के बजाय इलेक्ट्रिक मोटर्स पर चलता है, जिसमें बिजली फ्यूल सेल, सौर सेल, ultracapacitors, power beaming,[50] या बैटरी से आती है।

वर्तमान में, मानवयुक्त इलेक्ट्रिक विमान उड़ाना ज्यादातर प्रायोगिक प्रदर्शन है, हालांकि कई छोटे मानवरहित हवाई वाहन बैटरी द्वारा संचालित होते हैं। विद्युत संचालित मॉडल विमान 1970 के दशक से उड़ाए जा रहे हैं, जिसमें 1957 की एक रिपोर्ट भी शामिल है।[51] पहली बार मानव-चालित विद्युत संचालित उड़ानें 1973 में की गई थीं। 2015 और 2016 के बीच, एक मानवयुक्त, सौर-संचालित विमान, Solar Impulse 2, ने पृथ्वी की परिक्रमा पूरी की।

इन्हें भी देखें

संदर्भ

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स्रोत: अंग्रेज़ी विकिपीडिया के “Solar energy” लेख का अनुवाद। मूल लेख: https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_energy यह अनुवाद स्वचालित रूप से तैयार किया गया है।

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