गोल सोचें: जापान की गोलाकार सौर कोशिकाएं 140 साल पुरानी सपाट पैनल की सोच को चुनौती देती हैं

सदी पुराने डिज़ाइन में क्रांतिकारी बदलाव

140 से अधिक वर्षों से सौर ऊर्जा का स्वरूप लगभग एक जैसा रहा है। 1883 में चार्ल्स फ्रिट्स ने कठोर प्लेट के रूप में शुरुआती सौर पैनलों में से एक बनाया था। तब से फोटोवोल्टिक तकनीक की पहचान छतों पर लगे या विशाल मैदानों में कतारबद्ध सपाट नीले आयताकार पैनल रहे हैं। यह डिज़ाइन इतना आम हो गया है कि ज्यादातर लोग कभी यह सवाल ही नहीं करते कि सौर कोशिकाओं का सपाट होना ज़रूरी भी है या नहीं। हालांकि, जापान में क्योसेमी कॉर्पोरेशन के इंजीनियरों ने इस बुनियादी धारणा को चुनौती देने का फैसला किया। उन्होंने स्पेलर नाम की छोटी गोलाकार सौर कोशिकाओं की एक क्रांतिकारी शृंखला विकसित की, जो सौर ऊर्जा हासिल करने के हमारे तरीके को बदल सकती है।

पारंपरिक सपाट पैनल आदर्श परिस्थितियों में अच्छी तरह काम करते हैं, जब सूरज की रोशनी सतह पर ठीक 90 डिग्री के कोण से पड़ती है। लेकिन असल दुनिया में परिस्थितियां शायद ही कभी आदर्श होती हैं। दिन भर सूरज आसमान में चलता रहता है और मौसमों के साथ उसका कोण बदलता है। बादल रोशनी को बिखेर देते हैं। इमारतें, पेड़ और दूसरी बाधाएं छाया बनाती हैं। रोशनी तिरछे कोण से पड़ने पर सपाट पैनलों की दक्षता काफी घट जाती है, और छाया पड़ने पर वे लगभग बेकार हो जाते हैं। इन सीमाओं ने सौर ऊर्जा को प्रभावी ढंग से कहां और कैसे इस्तेमाल किया जा सकता है, इसे सीमित किया है।

स्पेलर के पीछे की जापानी टीम ने समझा कि प्रकृति प्रकाश को एक समान और सीधे ढंग से नहीं भेजती। दिन भर और अलग-अलग मौसमों में रोशनी विभिन्न कोणों से आती है। इसमें सीधी किरणें तो होती ही हैं, पानी, कांच और दूसरी सतहों से परावर्तित रोशनी भी होती है, साथ ही बादलों और वायुमंडलीय कणों से बिखरी विसरित रोशनी भी। उनका मानना था कि गोलाकार सौर कोशिका इस बहुआयामी प्रकाश क्षेत्र को पकड़ने में बेहतर होगी और दिन भर, यहां तक कि कम अनुकूल मौसम में भी, अधिक नियमित रूप से बिजली पैदा कर सकेगी।

इस सोच का नतीजा है स्पेलर, जो दुनिया की पहली व्यावसायिक रूप से विकसित गोलाकार सौर कोशिका का पंजीकृत ट्रेडमार्क है। महज़ 1 से 2 मिलीमीटर व्यास वाले सिलिकॉन के ये छोटे गोले फोटोवोल्टिक तकनीक की बुनियादी पुनर्कल्पना हैं। रोशनी को सही कोण से सपाट सतह पर डालने की कोशिश करने के बजाय, स्पेलर कोशिकाएं किसी भी दिशा से आने वाली रोशनी स्वीकार करती हैं। इस तरह वे प्रकाश पकड़ने की एक त्रिआयामी प्रणाली बनाती हैं, जो कुछ-कुछ उस तरीके जैसी है जिससे प्राकृतिक जीव अपने परिवेश से ऊर्जा हासिल करते हैं।

वह यूरेका क्षण: सौर कोशिकाएं सपाट ही क्यों हों?

स्पेलर की कहानी क्योसेमी कॉर्पोरेशन के संस्थापक और प्रमुख इंजीनियर शुजी नाकाता के एक सरल लेकिन गहरे सवाल से शुरू होती है। क्योसेमी की शुरुआत के कुछ साल बाद नाकाता सोच रहे थे कि फोटोवोल्टिक कोशिकाओं को अधिक कुशल कैसे बनाया जाए। मित्सुबिशी इलेक्ट्रिक में परियोजना सदस्य के रूप में सौर पैनल विकसित करने के अपने पिछले अनुभव के आधार पर उन्होंने खुद से पूछा: जब सूरज लगातार अपनी जगह बदलता रहता है, तो सौर पैनल सपाट क्यों होने चाहिए?

प्रयोगशालाओं में प्रकाश स्रोत आम तौर पर स्थिर और अनुमानित होते हैं। लेकिन वास्तविकता में सूरज की रोशनी लगातार बदलते कोणों से आती है। नाकाता ने देखा कि रोशनी सिर्फ सीधे नहीं आती, बल्कि परावर्तित और विसरित परिवेशी प्रकाश भी होता है, जिसे पारंपरिक सपाट पैनल काफी हद तक पकड़ नहीं पाते। इस समझ से उनका मूल सवाल पैदा हुआ: अगर फोटोवोल्टिक कोशिका की सतह गोलाकार हो, तो क्या सूरज की रोशनी पकड़ने का यह सबसे कुशल तरीका होगा? यही विचार क्योसेमी की गोलाकार सूक्ष्म सौर कोशिका की नींव बना।

स्पेलर पावर कॉर्पोरेशन के संस्थापक और अध्यक्ष श्री जोसुके नाकाता ने कंपनी के एक बयान में उसके उद्देश्य पर विचार साझा किया:

स्पेलर, यानी गोलाकार सौर कोशिकाएं, ऐसे ही सरल सवालों के जवाब में बनाई गईं। प्राकृतिक दुनिया में रोशनी एक समान ढंग से नहीं पड़ती। सूरज की स्थिति लगातार बदलती रहती है। सूरज की कुछ रोशनी बादलों से बिखर जाती है और कुछ कांच तथा पानी से परावर्तित होती है।

इस विचार का समय अनुकूल साबित हुआ। 1980 के दशक के आखिरी वर्षों में क्योसेमी होक्काइडो में नए कारखाने बनाने और उत्पादन क्षमता बढ़ाने की योजना बना रही थी। कामिसुनागावा इस संयंत्र के लिए अंतिम संभावित स्थान के रूप में उभरा। कोयला खनन का यह पुराना कस्बा बढ़ते आयात के कारण खदान बंद होने से प्रभावित हुआ था और समुदाय खोए हुए रोजगार की भरपाई के लिए सक्रिय रूप से नए उद्योग तलाश रहा था। इस आर्थिक बदलाव के तहत जापान माइक्रोग्रैविटी सेंटर (जैमिक) की स्थापना हुई। उसने एक परित्यक्त खनन सुरंग को वैज्ञानिक अनुसंधान केंद्र में बदला। 1988 में, जिस साल क्योसेमी ने होक्काइडो के नए संयंत्र में काम शुरू किया, उसी साल श्री नाकाता को नया विचार आया कि जैमिक की अनूठी क्षमताएं गोलाकार सौर कोशिकाओं की उनकी कल्पना को साकार करने में कैसे मदद कर सकती हैं।

सूक्ष्म गुरुत्वाकर्षण में निर्माण

पूरी तरह गोल सिलिकॉन क्रिस्टल बनाना इंजीनियरिंग की बड़ी चुनौती थी। पृथ्वी पर पृष्ठ तनाव और गुरुत्वाकर्षण के कारण पिघला हुआ सिलिकॉन ठंडा होकर जमते समय अनियमित आकार लेता है। कुशल सौर कोशिकाओं के लिए ज़रूरी लगभग पूर्ण गोलाकार आकृतियां हासिल करने के लिए क्योसेमी ने जैमिक और उसकी असाधारण ड्रॉप शाफ्ट सुविधा का सहारा लिया। यह ऊर्ध्वाधर सुरंग धरती के भीतर 710 मीटर तक जाती है। इसमें 490 मीटर की ड्रॉप शाफ्ट है, जहां सूक्ष्म गुरुत्वाकर्षण की स्थितियों में प्रयोग किए जा सकते हैं।

निर्माण प्रक्रिया में सिलिकॉन को निर्वात कैप्सूल में रखकर शाफ्ट में गिराया जाता है। मुक्त पतन के दौरान कैप्सूल के भीतर सूक्ष्म गुरुत्वाकर्षण की स्थिति बनती है। इससे पिघला हुआ सिलिकॉन गुरुत्वाकर्षण के विकृत करने वाले असर के बिना, सिर्फ पृष्ठ तनाव के कारण, बिल्कुल गोल आकार ले सकता है। क्योसेमी की परियोजना टीम ने कई प्रयोग किए। उन्होंने सिलिकॉन के टुकड़े कैप्सूल में रखे और मुक्त पतन की थोड़ी-सी अवधि के दौरान उन्हें पिघलाकर क्रिस्टल बनाने की कोशिश की। कई प्रयासों के बाद वे मनचाहे गोलाकार दाने बनाने में सफल हुए।

Phys.org की खबरों के मुताबिक, निर्माण का यह नया तरीका सही आकार बनाने से कहीं अधिक लाभ देता है। स्पेलर कोशिकाएं बनाने की प्रक्रिया में सिलिकॉन की बहुत कम बर्बादी होती है या बिल्कुल नहीं होती। सेमीकंडक्टर निर्माण में यह मूल्यवान और अपेक्षाकृत दुर्लभ पदार्थ है। पारंपरिक सपाट सौर कोशिकाओं के उत्पादन में आम तौर पर सिलिकॉन के ठोस बेलनों से वेफर काटे जाते हैं। बेलनों को सपाट वेफर में काटने पर काफी सामग्री बर्बाद होती है। गोलाकार क्रिस्टलीकरण प्रक्रिया में पिघली सामग्री से सीधे अंतिम उत्पाद का आकार बनता है, जिससे काटने की ज़रूरत खत्म होती है और सिलिकॉन की खपत घटती है।

Phys.org ने यह भी बताया कि क्योसेमी कॉर्प. के अनुमान के मुताबिक स्पेलर कोशिकाओं की उत्पादन लागत पारंपरिक सपाट सौर पैनलों की तुलना में आधी हो सकती है। सामग्री की कम बर्बादी और संभावित रूप से सरल निर्माण प्रक्रियाएं इस लागत लाभ की वजह हैं। पर्यावरणीय फायदे सिर्फ सामग्री के कुशल इस्तेमाल तक सीमित नहीं हैं। बताया गया है कि उत्पादन प्रक्रिया भी पारंपरिक फोटोवोल्टिक निर्माण से अधिक पर्यावरण-अनुकूल है।

गोलाकार कोशिकाएं रोशनी कैसे पकड़ती हैं

स्पेलर कोशिकाओं का बुनियादी लाभ उनकी ज्यामिति में है। गोलाकार सतह हर दिशा से आने वाली रोशनी के सामने समान क्षेत्र प्रस्तुत करती है। सपाट पैनलों को सूरज की ओर मोड़ना पड़ता है और रोशनी तिरछे कोण से आने पर उनकी दक्षता घट जाती है। इसके उलट, स्पेलर कोशिकाएं रोशनी पड़ने के कोण की परवाह किए बिना उसे प्रभावी ढंग से पकड़ती हैं। इसका मतलब है कि सूरज के आसमान में चलते रहने पर भी वे पूरे दिन सीधी धूप पकड़ सकती हैं और इसके लिए उन्हें यांत्रिक ट्रैकिंग प्रणाली की ज़रूरत नहीं होती।

इससे भी अहम बात यह है कि गोलाकार डिज़ाइन अप्रत्यक्ष प्रकाश स्रोतों को प्रभावी ढंग से पकड़ता है। इमारतों, पानी या दूसरी सतहों से परावर्तित रोशनी विभिन्न कोणों से स्पेलर कोशिकाओं पर पड़ती है, फिर भी उसे सोखने के लिए उपयुक्त सतह मिल जाती है। बादलों वाले दिनों की विसरित रोशनी, जिससे सपाट पैनलों की दक्षता आम तौर पर तेजी से गिरती है, भी प्रभावी ढंग से पकड़ी जाती है, क्योंकि गोलाकार आकृति हर दिशा से रोशनी स्वीकार करती है। इस विशेषता के कारण स्पेलर कोशिकाएं बदलते मौसम और अक्सर बादल छाए रहने वाले क्षेत्रों में अधिक भरोसेमंद हो सकती हैं।

यह तकनीक हर सिलिकॉन गोले के भीतर P-N जंक्शन बनाकर काम करती है। इसका सिद्धांत पारंपरिक सौर कोशिकाओं जैसा है, लेकिन इसे घुमावदार सतह पर लागू किया जाता है। क्योसेमी टीम ने गोलाकार सतहों पर ये जंक्शन बनाने के लिए ऑप्टो-सेमीकंडक्टर चिप्स के निर्माण से हासिल विशेषज्ञता का इस्तेमाल किया। यह तकनीकी चुनौती थी और शुरुआत में इसके लिए काफी नए प्रयोग करने पड़े। इन सूक्ष्म गोलों को आपस में जोड़ने पर विद्युत धारा पैदा होती है, जिसका इस्तेमाल उपकरणों को चलाने या विद्युत प्रणालियों तक बिजली पहुंचाने में किया जा सकता है।

उपयोगकर्ताओं के लिए इसका मतलब है कि स्पेलर कोशिकाओं वाले उपकरणों या संरचनाओं को सूरज की ओर सावधानी से रखने की ज़रूरत नहीं। स्पेलर से चलने वाला उपकरण क्षैतिज सतह पर रखा हो, तिरछी सतह पर हो या उसे इधर-उधर ले जाया जाए, वह उपलब्ध रोशनी को प्रभावी ढंग से पकड़ता रहेगा। इससे पैनलों को सूरज की ओर मोड़ने वाले माउंटिंग सिस्टम की ज़रूरत नहीं रहती और सौर ऊर्जा से चलने वाले उपकरणों के इस्तेमाल या तैनाती की जगहों पर लगी पाबंदियां भी हटती हैं।

विचार से व्यावसायिक उत्पाद तक

इस विचार को व्यावसायिक उत्पाद बनने में कई साल लगे। रोशनी पड़ने पर बिजली पैदा करने वाली पहली चार कोशिकाओं को सफलतापूर्वक श्रेणीक्रम में जोड़ने के बाद अनुसंधान दल ने अपने प्रयास तेज़ कर दिए। 1998 में क्योसेमी ने विकास कार्य जारी रखने के लिए अपनी माइक्रोग्रैविटी प्रयोगशाला स्थापित की। 2004 तक कंपनी इस मुकाम पर पहुंच गई कि उसने "स्पेलर" नाम के ट्रेडमार्क पंजीकरण के लिए आवेदन किया। यह नाम "स्फेरिकल सोलर" का संक्षिप्त रूप है। इसके बाद कंपनी ने संभावित साझेदारों को नमूने देना शुरू किया।

शुरुआती दौर में खुद विकासकर्ताओं के लिए भी इस नई तकनीक के सभी संभावित इस्तेमालों की कल्पना करना मुश्किल था। लेकिन जब यह नया विचार बाजार तक पहुंचा, तो इसने साझेदारों और ग्राहकों को भी नए विचार दिए। सहयोग पर आधारित इस विकास प्रक्रिया से ऐसे व्यावहारिक उपयोग खोजने में मदद मिली, जिनमें गोलाकार सौर कोशिकाओं के अनूठे गुण काम आ सकें।

2012 में स्पेलर पावर कॉर्पोरेशन की स्थापना क्योसेमी कॉर्पोरेशन से अलग हुई इकाई के रूप में की गई, ताकि वह खास तौर पर गोलाकार सौर कोशिकाओं के कारोबार के विकास और व्यावसायीकरण पर ध्यान दे सके। स्पेलर पावर कॉर्पोरेशन के प्रतिनिधि निदेशक और अध्यक्ष इ쿠ओ इनागावा ने कंपनी की सोच बताई:

स्पेलर पावर कॉर्पोरेशन ने दुनिया की पहली छोटे व्यास वाली गोलाकार सौर कोशिका, स्पेलर, का व्यावसायीकरण किया है और इसके अनुप्रयोग पर आधारित उत्पाद उपलब्ध कराता है। वैश्विक पर्यावरण में बड़े बदलाव को कम करने और सतत विकास लक्ष्यों (SDGs) में योगदान देने के लिए हम स्पेलर को आसानी से इस्तेमाल की जा सकने वाली सौर कोशिका के रूप में बढ़ावा दे रहे हैं। 'स्पेलर हमेशा आपके साथ!' के नारे के तहत हम अपने अनुप्रयोग-आधारित उत्पादों का इस्तेमाल फैलाने के लिए भी काम कर रहे हैं।

आज कंपनी कई उत्पाद शृंखलाएं पेश करती है, जो गोलाकार सौर तकनीक की बहुपयोगिता दिखाती हैं। ये अनुप्रयोग बताते हैं कि सपाट पैनलों से आगे बढ़ने पर सौर ऊर्जा को हमारे निर्मित परिवेश और रोजमर्रा की जिंदगी में शामिल करने के बिल्कुल नए तरीके संभव होते हैं।

इमारतों में एकीकरण और पारदर्शी सतहें

स्पेलर तकनीक के सबसे आशाजनक इस्तेमालों में से एक है इमारतों में एकीकृत फोटोवोल्टिक प्रणाली (BIPV)। पारंपरिक सौर पैनल आम तौर पर छतों के ऊपर अलग प्रणाली के रूप में लगाए जाते हैं। वे दिखाई देते हैं और कभी-कभी उन्हें सुंदरता के लिहाज से अप्रिय माना जाता है। स्पेलर कोशिकाओं को सीधे निर्माण सामग्री में लगाया जा सकता है। इससे ऐसी सतहें बनती हैं जो बिजली पैदा करने के साथ पारदर्शिता या वास्तुशिल्प डिज़ाइन जैसे दूसरे काम भी करती हैं।

स्पेलर BIPV उत्पाद शृंखला में ऐसे कांच के ब्लॉक शामिल हैं जिनके भीतर स्पेलर मॉड्यूल लगे होते हैं। इन पारदर्शी निर्माण तत्वों का इस्तेमाल दीवारों, खिड़कियों और अन्य वास्तुशिल्प संरचनाओं में किया जा सकता है। ये रोशनी को आर-पार जाने देते हुए बिजली भी पैदा करते हैं। स्पेलर से बनी सतहों की पारदर्शिता कोशिकाओं की सघनता और इस्तेमाल की ज़रूरतों के आधार पर 50% से 80% तक हो सकती है।

यह क्षमता शहरी इलाकों में पारंपरिक सौर पैनलों की एक बड़ी सीमा को दूर करती है। घनी आबादी वाले शहरों में छत की जगह अक्सर सीमित होती है या आसपास की इमारतों की छाया पड़ती है। पारंपरिक पैनल नज़ारे रोक सकते हैं या ऐतिहासिक धरोहरों के संरक्षण के नियमों से टकरा सकते हैं। इसके विपरीत, स्पेलर कोशिकाओं को मुखौटों, खिड़कियों और अन्य ऊर्ध्वाधर सतहों में लगाया जा सकता है, जहां दिन भर अप्रत्यक्ष रोशनी आती है। इन्हें घुमावदार सतहों और जटिल वास्तुशिल्प आकारों में भी लगाया जा सकता है, जो कठोर सपाट पैनलों के साथ असंभव या अव्यावहारिक होगा।

कंपनी ने स्पेलर ग्लास ब्लॉक्स भी विकसित किए हैं। ये पारदर्शी कांच में बंद छोटे और कॉम्पैक्ट सौर मॉड्यूल हैं। ये निर्माण सामग्री और बिजली उत्पादक, दोनों की तरह काम कर सकते हैं। इससे साधारण खिड़कियां, रोशनदान या सजावटी तत्व ऊर्जा पैदा करने वाली सतहों में बदले जा सकते हैं। वास्तुशिल्प सुंदरता से समझौता किए बिना पारदर्शिता बनाए रखते हुए बिजली पैदा करने की क्षमता ऐसे ऊर्जा-सकारात्मक भवनों की संभावना खोलती है, जो जितनी बिजली खर्च करते हैं उतनी ही पैदा भी करते हैं।

इंटरनेट ऑफ थिंग्स के लिए ऊर्जा संग्रह

दुनिया जैसे-जैसे इंटरनेट ऑफ थिंग्स (IoT) के जरिए अधिक कनेक्टेड हो रही है, सेंसर और छोटे उपकरणों के विशाल नेटवर्क को बिजली देना एक बड़ी चुनौती बन गया है। दूर-दूर तक फैले सेंसर नेटवर्क में बैटरियां बदलना व्यावहारिक नहीं है और तार बिछाने की लागत बहुत अधिक हो सकती है। स्पेलर कोशिकाएं ऊर्जा संग्रह, जिसे ऊर्जा स्कैवेंजिंग भी कहते हैं, के जरिए इसका समाधान देती हैं। इस प्रक्रिया में उपकरण अपने परिवेश में उपलब्ध थोड़ी-सी ऊर्जा इकट्ठा करते हैं।

स्पेलर EIPV सीरीज़ में कम बिजली खपत वाले इस्तेमालों के लिए खास तौर पर बनाए गए कॉम्पैक्ट सौर मॉड्यूल शामिल हैं। ये मॉड्यूल उपलब्ध रोशनी से ऊर्जा इकट्ठा करके सेंसर, स्मार्ट वायरलेस अनुप्रयोगों और दूसरे छोटे इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को चला सकते हैं। स्पेलर कोशिकाएं हर दिशा से रोशनी पकड़ती हैं और विसरित रोशनी में भी अच्छा काम करती हैं। इसलिए ये खास तौर पर इनडोर या शहरी परिवेश के लिए उपयुक्त हैं, जहां पारंपरिक सौर कोशिकाओं को मुश्किल हो सकती है।

इन ऊर्जा संग्रह मॉड्यूल के इस्तेमाल में पर्यावरण सेंसर, स्मार्ट बिल्डिंग सिस्टम, कृषि निगरानी और ऐसे सभी अनुप्रयोग शामिल हैं जिनमें छोटे, अलग-अलग स्थानों पर लगे उपकरणों को बैटरी बदलने या तारों के कनेक्शन के बिना बिजली चाहिए। सूरज की ओर सटीक दिशा में रखने की ज़रूरत न होने के कारण ये उन उपकरणों के लिए आदर्श हैं जिन्हें अलग-अलग स्थितियों में रखा जा सकता है या इस्तेमाल के दौरान इधर-उधर ले जाया जा सकता है।

स्पेलर कोशिकाओं का व्यास सिर्फ 1 से 2 मिलीमीटर है, इसलिए उन्हें उन बहुत छोटे उपकरणों में भी लगाया जा सकता है जिनमें पारंपरिक सौर कोशिकाएं फिट नहीं होंगी। यह लघुकरण पहनने योग्य तकनीक से लेकर बुनियादी ढांचे में लगे पर्यावरण मॉनिटर तक, स्व-ऊर्जा से चलने वाले स्मार्ट उपकरणों की बिल्कुल नई श्रेणियां संभव कर सकता है।

पहनने योग्य तकनीक और सौर कपड़े

स्पेलर तकनीक का शायद सबसे भविष्यवादी इस्तेमाल पहनने योग्य इलेक्ट्रॉनिक्स और स्मार्ट टेक्सटाइल के क्षेत्र में है। कंपनी ने फिलामेंट के आकार का सौर बिजली उत्पादन यार्न विकसित किया है। यह बेहतरीन लचीलापन बनाए रखते हुए सूरज की रोशनी से बिजली पैदा करता है। इस फोटोवोल्टिक धागे से बिजली पैदा करने वाले कपड़े बनाए जा सकते हैं, जिससे कपड़े, बैग या अन्य वस्त्र सौर ऊर्जा जनरेटर बन सकते हैं।

सौर बिजली उत्पादन यार्न का विकास उद्योग, शिक्षण संस्थानों और सरकार की संयुक्त अनुसंधान परियोजना के तहत किया गया। इसमें अर्थव्यवस्था, व्यापार और उद्योग मंत्रालय, स्पेलर पावर कंपनी लिमिटेड और फुकुई प्रीफेक्चरल इंडस्ट्रियल टेक्नोलॉजी सेंटर शामिल थे। इससे बने स्पेलर टेक्सटाइल उत्पाद को हल्का, पतला, लचीला और खिंचने योग्य बताया गया है। यह पहनने योग्य इलेक्ट्रॉनिक टेक्सटाइल में बिजली आपूर्ति के लिए उपयुक्त है।

यह तकनीक पहनने योग्य इलेक्ट्रॉनिक्स की एक बुनियादी चुनौती, यानी बिजली, का समाधान करती है। बैटरियां ऐसे उपकरणों का वज़न और आकार बढ़ाती हैं, जबकि बार-बार चार्ज करना उनकी सुविधा कम करता है। सौर तकनीक से युक्त कपड़े दिन भर परिवेशी रोशनी से ऊर्जा इकट्ठा कर सकते हैं और भीतर लगे सेंसर, संचार उपकरण या स्वास्थ्य मॉनिटर लगातार चला सकते हैं। इसके लिए उपयोगकर्ता को कुछ करने या काफी अतिरिक्त वज़न उठाने की ज़रूरत नहीं होगी।

इस तकनीक का इस्तेमाल कपड़ों के अलावा टेंट, शामियानों, पाल के कपड़े, वाहन कवर और रोशनी में रखी जा सकने वाली किसी भी अन्य कपड़े की सतह पर भी हो सकता है। सैन्य इस्तेमाल में ऐसे यूनिफॉर्म शामिल हो सकते हैं जो संचार उपकरण या नेविगेशन डिवाइस चलाएं। आम नागरिकों के लिए बाहरी गतिविधियों के सामान से GPS डिवाइस, आपातकालीन बीकन या मोबाइल फोन चलाए जा सकते हैं। सामग्री के लचीलेपन से इसे कपड़ों में इस तरह लगाया जा सकता है कि आराम या आवाजाही पर असर न पड़े। इसके विपरीत, कठोर सौर पैनल पहनने योग्य चीज़ों में लगाना व्यावहारिक नहीं होगा।

उपभोक्ता उत्पाद और प्रकाश व्यवस्था

विशेष औद्योगिक इस्तेमालों से आगे बढ़कर स्पेलर पावर कॉर्पोरेशन ने आम उपभोक्ताओं के लिए भी उत्पाद बनाए हैं। ये रोजमर्रा के संदर्भों में गोलाकार सौर तकनीक के व्यावहारिक फायदे दिखाते हैं। इनके अनूठे गुण ऐसे डिज़ाइन संभव करते हैं जिन्हें पारंपरिक सपाट सौर पैनलों से बनाना मुश्किल या असंभव होगा।

स्पेलर गार्डन लाइट में स्टाइलिश डिज़ाइन के साथ ऊपर की ओर गोलाकार स्पेलर सौर कोशिका और LED लाइट लगी है। दिन में सूरज की रोशनी से बिजली जमा होती है और रात में यही ऊर्जा LED को चलाकर बगीचों, पार्कों और पैदल रास्तों को रोशन करती है। इस डिज़ाइन में सुंदरता को प्राथमिकता दी गई है, ताकि परिदृश्य को बिगाड़े बिना रोशनी मिल सके। इसे लगाना आसान है। इसमें न बिजली का बिल आता है, न तार बिछाने पड़ते हैं। इसलिए यह दूरदराज के स्थानों या बिजली का बुनियादी ढांचा न होने वाले इलाकों के लिए उपयुक्त है।

इसी तरह, स्पेलर इल्यूमिनेशन उत्पाद में ऐसे स्पेलर मॉड्यूल हैं जिन्हें पेड़ों पर लटकाया जा सकता है। ये दिन में बिजली इकट्ठा करते हैं और रात में LED जलाते हैं। स्पेलर मॉड्यूल खुद भी हल्की चमक देता है। इसे पेड़ों को सुरक्षित और आकर्षक ढंग से रोशन करने के लिए बनाया गया है, ताकि लगाने के दौरान पेड़ों को नुकसान न पहुंचे और उनका प्राकृतिक रूप न बिगड़े। गार्डन लाइट की तरह इन उत्पादों को भी बिजली के कनेक्शन या नियमित ऊर्जा खर्च की ज़रूरत नहीं होती।

ये उपभोक्ता उत्पाद रोशनी को हर दिशा से पकड़ने की स्पेलर तकनीक के व्यावहारिक फायदे दिखाते हैं। बगीचे की सजावट और पेड़ों की लाइट को कई दिशाओं में रखा जा सकता है, बिना यह चिंता किए कि उन्हें सूरज की ओर ठीक से रखा गया है या नहीं। इन्हें आंशिक छाया वाली जगहों पर भी लगाया जा सकता है, जहां सपाट पैनलों को पर्याप्त सीधी रोशनी नहीं मिलेगी। गोलाकार कोशिकाएं छोटी और कम दिखाई देने वाली होती हैं, इसलिए उन्हें सजावटी चीज़ों में तकनीकी पुर्ज़े जैसा दिखे बिना शामिल किया जा सकता है। इससे डिज़ाइन का आकर्षण भी बढ़ता है।

दक्षता और प्रदर्शन के पहलू

किसी भी सौर तकनीक का आकलन करते समय दक्षता एक अहम पैमाना है। TheFutureOfThings की खबरों के मुताबिक, क्योसेमी ने ऐसे लचीले सौर पैनल विकसित किए हैं जिनकी दक्षता आज उपलब्ध ज्यादातर व्यावसायिक फोटोवोल्टिक कोशिकाओं से लगभग 20% अधिक है। यह महत्वपूर्ण सुधार सभी कोणों से रोशनी पकड़ने और सीधी तथा अप्रत्यक्ष, दोनों तरह की रोशनी का इस्तेमाल करने की क्षमता से आता है।

हालांकि, स्पेलर कोशिकाओं और पारंपरिक सपाट पैनलों की सीधी तुलना के लिए प्रदर्शन के अलग-अलग पैमानों पर ध्यान देना ज़रूरी है। सपाट पैनलों की रेटिंग आम तौर पर प्रयोगशाला की आदर्श स्थितियों में सीधे और लंबवत पड़ने वाले प्रकाश के तहत उनकी अधिकतम दक्षता के आधार पर होती है। इसके उलट, स्पेलर कोशिकाएं रोशनी की बदलती स्थितियों और कोणों में अधिक स्थिर प्रदर्शन करती हैं। आदर्श परिस्थितियों में दक्षता की अधिकतम जांच में वे सपाट पैनलों से आगे न निकलें, फिर भी असल परिस्थितियों में पूरे दिन की कुल ऊर्जा पैदावार बेहतर हो सकती है।

ट्रैकिंग सिस्टम की ज़रूरत खत्म होना दक्षता का एक और फायदा है। बड़े सौर संयंत्र दिन भर सपाट पैनलों को सूरज की ओर रखने के लिए अक्सर मोटर और ट्रैकिंग सिस्टम इस्तेमाल करते हैं। ये सिस्टम ऊर्जा खर्च करते हैं, इन्हें रखरखाव चाहिए और ये संयंत्रों को जटिल बनाते हैं। स्पेलर कोशिकाएं अपनी बनावट के कारण ही ऐसा फायदा देती हैं। वे यांत्रिक सहायता के बिना सुबह से शाम तक अनुकूल रोशनी पकड़ती हैं। इस निष्क्रिय संचालन से प्रणाली अधिक भरोसेमंद होती है और रखरखाव की ज़रूरत घटती है।

कम रोशनी में प्रदर्शन भी इन कोशिकाओं को अलग बनाता है। बादल वाले दिनों में या सुबह जल्दी और देर दोपहर, जब रोशनी की तीव्रता कम होती है, सपाट पैनलों का उत्पादन तेजी से गिरता है। विसरित और बिखरी रोशनी पकड़ने के लिए खास तौर पर बनाई गई स्पेलर कोशिकाएं इन कठिन परिस्थितियों में अपेक्षाकृत बेहतर प्रदर्शन बनाए रखती हैं। इस कारण ये उन क्षेत्रों के लिए खास तौर पर उपयुक्त हैं जहां अक्सर बादल छाए रहते हैं, या ऐसे अनुप्रयोगों के लिए जहां बदलते मौसम में भी लगातार काम करना ज़रूरी है।

पर्यावरणीय असर और टिकाऊपन

ऊर्जा तकनीक चुनने में पर्यावरणीय पहलुओं की अहमियत लगातार बढ़ रही है। टिकाऊपन के लिहाज से स्पेलर कोशिकाओं के कई संभावित फायदे हैं। निर्माण के दौरान सिलिकॉन की कम बर्बादी एक महत्वपूर्ण पर्यावरणीय लाभ है। सिलिकॉन का उत्पादन ऊर्जा-सघन है और इसमें रासायनिक प्रक्रियाएं शामिल होती हैं, जिनका पर्यावरण पर असर पड़ता है। इस मूल्यवान सामग्री का अधिक कुशल इस्तेमाल सौर कोशिका उत्पादन के कुल पर्यावरणीय प्रभाव को घटाता है।

Phys.org के मुताबिक, उत्पादन लागत पारंपरिक पैनलों की तुलना में आधी रहने का अनुमान है, जिससे सौर ऊर्जा अधिक लोगों के लिए किफायती हो सकती है। लागत घटने से इसका इस्तेमाल बढ़ता है, और इससे जीवाश्म ईंधन से होने वाला बिजली उत्पादन कम करके ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन घटाया जा सकता है। अतिरिक्त सामग्री या बदलाव की ज़रूरत के बिना मौजूदा संरचनाओं और उत्पादों में सौर कोशिकाएं लगाने की क्षमता भी उनके इस्तेमाल का पर्यावरणीय असर कम करती है।

स्पेलर तकनीक की टिकाऊ बनावट और लंबी आयु भी उसके पर्यावरणीय प्रभाव को बेहतर बना सकती है। बड़े और नाज़ुक सपाट पैनलों की तुलना में गोलाकार कोशिकाएं हवा, ओले या मलबे जैसे पर्यावरणीय कारकों से होने वाले नुकसान के प्रति कम संवेदनशील हो सकती हैं। उनका छोटा आकार और सुरक्षात्मक सामग्री के भीतर लगाए जा सकने की क्षमता कामकाजी अवधि बढ़ा सकती है। इससे बदलाव की ज़रूरत और निर्माण तथा निपटान से जुड़ी पर्यावरणीय लागत घटेगी।

स्पेलर पावर कॉर्पोरेशन अपनी तकनीक को सतत विकास लक्ष्यों (SDGs) में योगदान सहित व्यापक पर्यावरणीय उद्देश्यों से स्पष्ट रूप से जोड़ती है। कंपनी के उद्देश्य में सौर ऊर्जा का इस्तेमाल बढ़ाकर जीवाश्म ईंधन संसाधनों की कमी रोकने और ग्लोबल वार्मिंग से लड़ने में मदद करना शामिल है। जिन अनुप्रयोगों और स्थानों पर सौर ऊर्जा का इस्तेमाल पहले व्यावहारिक नहीं था, वहां इसे संभव बनाकर स्पेलर तकनीक वैश्विक ऊर्जा मिश्रण में सौर ऊर्जा का कुल योगदान काफी बढ़ा सकती है।

सौर ऊर्जा का भविष्य

निकट भविष्य में बड़े बिजली संयंत्रों में सपाट सौर पैनल प्रमुख तकनीक बने रहने की संभावना है, लेकिन स्पेलर कोशिकाएं सौर तकनीक में महत्वपूर्ण विविधता लाती हैं। वे पारंपरिक पैनलों से सीधी प्रतिस्पर्धा करने के बजाय ऐसे बिल्कुल नए इस्तेमाल संभव बनाती हैं, जिन तक सपाट पैनल नहीं पहुंच सकते। सौर ऊर्जा कहां और कैसे हासिल की जा सकती है, इसका दायरा बढ़ने से इसका समग्र इस्तेमाल तेज़ हो सकता है और इसे हमारे रोजमर्रा के परिवेश में हर जगह शामिल करना आसान हो सकता है।

स्पेलर जैसी तकनीकों से "हर जगह ऊर्जा" की अवधारणा अधिक व्यावहारिक हो जाती है। सौर ऊर्जा को दूरदराज के संयंत्रों में बनाकर लंबी दूरी तक भेजी जाने वाली चीज़ मानने के बजाय, हम ऐसी दुनिया की कल्पना कर सकते हैं जहां रोशनी के संपर्क में आने वाली हर सतह बिजली का संभावित स्रोत हो। खिड़कियां रोशनी आने देते हुए बिजली बनाएं। कपड़े पहनने योग्य उपकरण चलाएं। इमारतें छतों के साथ-साथ दीवारों से भी ऊर्जा पैदा करें। बिजली उत्पादन का यह वितरित मॉडल पारेषण में होने वाली ऊर्जा हानि घटाता है और ऊर्जा प्रणाली की मजबूती बढ़ाता है।

इंटरनेट ऑफ थिंग्स के विस्तार और स्मार्ट शहरों के हकीकत बनने के साथ वितरित बिजली स्रोतों की ज़रूरत बढ़ेगी। ऊर्जा संग्रह और अलग-अलग सामग्रियों तथा आकारों में लगाए जाने की क्षमता के कारण स्पेलर कोशिकाएं इस कनेक्टेड भविष्य को संभव बनाने वाली प्रमुख तकनीक बन सकती हैं। परिवेशी रोशनी से सेंसर और उपकरण चलाने की क्षमता स्मार्ट शहरों के अनुप्रयोगों में बुनियादी ढांचे की लागत और तैनाती की बाधाएं हटाती है।

स्पेलर तकनीक का विकास यह भी दिखाता है कि बुनियादी धारणाओं को चुनौती देने से बड़ी खोजें हो सकती हैं। एक सदी से अधिक समय तक सपाट सौर पैनल के डिज़ाइन पर लगभग किसी ने सवाल नहीं उठाया। सौर कोशिकाएं सपाट ही क्यों हों, यह पूछकर जापानी इंजीनियरों ने रोशनी पकड़ने और ऊर्जा बनाने के बिल्कुल नए तरीकों का रास्ता खोला। परंपरागत सोच पर सवाल उठाने की यही भावना सौर तकनीक और व्यापक रूप से नवीकरणीय ऊर्जा में आगे भी नए आविष्कारों को दिशा दे सकती है।

स्पेलर पावर कॉर्पोरेशन दुनिया भर के साझेदारों के साथ नए उत्पाद और अनुप्रयोग विकसित करना जारी रखे हुए है, और गोलाकार सौर कोशिकाओं का असर बढ़ता जा रहा है। खास औद्योगिक इस्तेमालों से लेकर उपभोक्ता उत्पादों तक और निर्माण सामग्री से लेकर पहनने योग्य तकनीक तक, ये छोटे गोले साबित कर रहे हैं कि कभी-कभी आगे बढ़ने का सबसे अच्छा तरीका आयतों के बजाय गोल सोच रखना होता है।

मुख्य बातें

• जापान के क्योसेमी कॉर्पोरेशन द्वारा विकसित स्पेलर गोलाकार सौर कोशिकाओं का व्यास सिर्फ 1 से 2 मिलीमीटर है और ये हर दिशा से रोशनी पकड़ती हैं।
• इस तकनीक की शुरुआत संस्थापक शुजी नाकाता के इस सवाल से हुई कि सूरज लगातार चलता रहता है, तो सौर पैनल सपाट क्यों होने चाहिए।
• निर्माण में जापान के माइक्रोग्रैविटी सेंटर की 710 मीटर गहरी ड्रॉप शाफ्ट का इस्तेमाल कर सूक्ष्म गुरुत्वाकर्षण की स्थितियों में सिलिकॉन के पूर्ण गोलाकार कण बनाए जाते हैं।
• उत्पादन में सिलिकॉन की बहुत कम बर्बादी होती है और इसकी लागत पारंपरिक सपाट सौर पैनल निर्माण की लगभग आधी है।
• गोलाकार कोशिकाएं रोशनी के अलग-अलग कोणों में दक्षता बनाए रखती हैं, सीधी और अप्रत्यक्ष दोनों तरह की रोशनी पकड़ती हैं और बादल वाले मौसम में बेहतर प्रदर्शन करती हैं।
• इनके इस्तेमाल में पारदर्शी निर्माण सामग्री, IoT उपकरणों के लिए ऊर्जा संग्रह, बिजली पैदा करने वाले कपड़े और उपभोक्ता प्रकाश उत्पाद शामिल हैं।
• गोलाकार सौर कोशिकाओं के अनुप्रयोग विकसित करने पर विशेष रूप से ध्यान देने के लिए 2012 में क्योसेमी से अलग होकर स्पेलर पावर कॉर्पोरेशन की स्थापना हुई।
• यह तकनीक घुमावदार सतहों, पहनने योग्य वस्तुओं और वास्तुशिल्प तत्वों में सौर ऊर्जा का एकीकरण संभव करती है, जहां पारंपरिक सपाट पैनल इस्तेमाल नहीं किए जा सकते।