“Wave-Length Selective PV Tech for Agri-Applications Unveiled!” | (कृषिवोल्टिक अनुप्रयोगों के लिए तरंग दैर्ध्य-चयनात्मक पीवी तकनीक – पीवी पत्रिका इंटरनेशनल )

13 नवंबर 2024
एमिलियानो बेलिनी

के शोधकर्ता मालार्डलेन विश्वविद्यालय स्वीडन में एग्रीवोल्टिक्स में अनुप्रयोगों के लिए सभी तरंग दैर्ध्य-चयनात्मक पीवी प्रणालियों की व्यापक समीक्षा प्रदान की गई है।

“पारंपरिक अपारदर्शी सिलिकॉन पैनल अक्सर अत्यधिक छाया पैदा करते हैं जो अधिकांश छाया-असहिष्णु फसलों के लिए प्रकाश की उपलब्धता को सीमित कर देता है। फिर भी, पौधों को विकास के लिए सूर्य के प्रकाश के पूर्ण स्पेक्ट्रम की आवश्यकता नहीं है, बल्कि केवल उस क्षेत्र की आवश्यकता है जहां वे प्रकाश संश्लेषक रूप से सक्रिय हैं। कुछ मामलों में, एक पूर्ण स्पेक्ट्रम उनके विकास में बाधा भी बन सकता है, ”शोध के प्रमुख लेखक सिल्विया मा लू ने बताया पीवी पत्रिका. “यह तरंग दैर्ध्य-चयनात्मक सौर फोटोवोल्टिक (डब्ल्यूएसपीवी) प्रौद्योगिकियों के लिए द्वार खोलता है। डब्ल्यूएसपीवी सिस्टम को प्रकाश संश्लेषण के लिए सबसे फायदेमंद तरंग दैर्ध्य पर प्रकाश संचारित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जबकि बिजली उत्पन्न करने के लिए कम आवश्यक तरंग दैर्ध्य को प्रतिबिंबित या अवशोषित किया जाता है।

एग्रीवोल्टिक्स में तरंग दैर्ध्य चयनात्मकता कई दृष्टिकोणों के माध्यम से प्राप्त की जा सकती है, जिसमें फोटोएक्टिव परतों को ट्यून करना, अर्ध-पारदर्शी रंगीन कोटिंग्स का उपयोग करना, दर्पण और लेंस को शामिल करना, या वर्णक्रमीय चयनात्मक ल्यूमिनोफोर्स को डिजाइन करना शामिल है। मा लू ने कहा, “साक्ष्य बताते हैं कि ये विधियां ऊर्जा उत्पादन और फसल उत्पादन के बीच सूर्य के प्रकाश को प्रभावी ढंग से साझा कर सकती हैं, हालांकि फसल और ऊर्जा प्रभावों का पूर्ण पैमाने पर मूल्यांकन सीमित है।” “हम कृषि अनुप्रयोगों में डब्ल्यूएसपीवी प्रौद्योगिकियों के अनुरूप अनुशंसित प्रदर्शन मेट्रिक्स का एक सेट प्रदान करते हैं, साथ ही क्षेत्र में सुसंगत और विश्वसनीय अनुसंधान प्रथाओं को आगे बढ़ाने के लिए मानकीकृत प्रयोगात्मक प्रक्रियाओं और रिपोर्टिंग के लिए दिशानिर्देश भी प्रदान करते हैं।”

अध्ययन में “कृषिवोल्टाइक में सूर्य के प्रकाश के वर्णक्रमीय साझाकरण को बढ़ाने के लिए तरंग दैर्ध्य-चयनात्मक सौर फोटोवोल्टिक प्रणाली,” में प्रकाशित जौलशोध दल ने बताया कि पौधे चुनिंदा रूप से नीली और लाल रोशनी को अवशोषित करते हैं, अनुकूल वर्णक्रमीय बैंड क्रमशः 430-480 एनएम और 630-680 एनएम हैं। चूंकि एग्रीवोल्टिक्स में फसल उत्पादन सर्वोच्च प्राथमिकता है, डब्ल्यूएसपीवी प्रणाली को संबंधित सौर स्पेक्ट्रल बैंड को फसल में संचारित या पुनर्निर्देशित करने के लिए डिज़ाइन किया जाना चाहिए, शेष स्पेक्ट्रम का उपयोग बिजली उत्पादन के लिए किया जाना चाहिए।

यह पेपर कृषिवोल्टाइक में तरंग दैर्ध्य-चयनात्मकता प्राप्त करने, डब्ल्यूएसपीवी प्रौद्योगिकियों का वर्गीकरण प्रस्तुत करने और कृषिवोल्टाइक प्रणालियों में प्रभावी कार्यान्वयन के लिए उनकी वर्तमान स्थिति, चुनौतियों और भविष्य की दिशाओं पर चर्चा करने के उद्देश्य से समाधानों की व्यापक समीक्षा प्रदान करता है।

WSPV प्रणालियों का वर्गीकरण इस पर आधारित था कि वर्णक्रमीय चयनात्मकता कहाँ और कैसे होती है। समूह ने निर्दिष्ट किया, “पतली-फिल्म डब्ल्यूएसपीवी में, सक्रिय परत, या, अल्ट्राथिन नैनो-अवशोषक के मामले में, पिछला संपर्क पौधों के लिए गैर-वांछित तरंग दैर्ध्य को अवशोषित करने के लिए जिम्मेदार है।” “स्थानिक रूप से खंडित पीवी चयनात्मक रंगीन परत के साथ डब्ल्यूएसपीवी पारंपरिक सी-सी या पतली-फिल्म पीवी मॉड्यूल में एक रंगीन परत जोड़कर वर्णक्रमीय चयन प्राप्त करता है। सीपीवी में वर्णक्रमीय चयन डाइक्रोइक दर्पण या लेंस का उपयोग करके पूरा किया जाता है। एलएससी ल्यूमिनसेंट सामग्रियों (कार्बनिक डाई या क्वांटम डॉट) पर भरोसा करते हैं जो अवांछित तरंग दैर्ध्य को अवशोषित करते हैं और उन्हें एम्बेडेड पीवी कोशिकाओं में फिर से उत्सर्जित करते हैं, इस प्रकार सीधे प्रतिबिंब या अपवर्तन पर निर्भर नहीं होते हैं।

समूह ने WSPV प्रौद्योगिकियों के प्रदर्शन पर रिपोर्टिंग के लिए मानक बनाने का भी सुझाव दिया।

मा लू ने कहा, “मौजूदा डब्ल्यूएसपीवी प्रौद्योगिकियों की समीक्षा करने के अलावा, हमारा काम वर्णक्रमीय साझाकरण स्थितियों के तहत विभिन्न सौर सेल प्रकारों के लिए दक्षता सीमाओं को रेखांकित करके भविष्य के विकास को प्रेरित करना है, खासकर जब फसल उत्पादन के साथ साझा किया जाता है।”

November 13, 2024

Emiliano Bellini

The researchers from Mälardalen University have provided a thorough review of all wavelength-selective PV systems for agrivoltaic applications in Sweden.

“Traditional opaque silicon panels often create excessive shading, limiting light availability for most shade-sensitive crops. However, plants do not require the full spectrum of sunlight for growth, just the wavelengths that are photosynthetically active. In some cases, a full spectrum can even hinder their growth,” said Sylvia Ma Lu, the lead author of the research, to PV Magazine. “This opens the door for wavelength-selective solar photovoltaics (WSPV). WSPV systems are designed to transmit light at the wavelengths most beneficial for photosynthesis while reflecting or absorbing less needed wavelengths for electricity generation.”

Wavelength selectivity in agrivoltaics can be achieved through various methods, such as tuning photoactive layers, using semi-transparent colored coatings, incorporating mirrors and lenses, or designing spectrally selective luminescent materials. Ma Lu stated, “Evidence indicates that these methods can effectively share sunlight between energy production and crop yield, although full-scale assessments of crop and energy effects are limited. We provide a set of recommended performance metrics for WSPV technologies in agricultural applications and guidelines for standardized experimental procedures and reporting to advance consistent and reliable research practices in the field.”

The study titled “Enhancing the Spectral Sharing of Sunlight in Agrivoltaics with Wavelength-Selective Solar Photovoltaic Systems” published in Joule, reported that plants selectively absorb blue and red light, with optimal spectral bands at 430-480 nm and 630-680 nm. Since crop production is the highest priority in agrivoltaics, WSPV systems should be designed to transmit or redirect related solar spectral bands to the crops, while the remaining spectrum is used for electricity generation.

This paper provides a comprehensive review of achieving wavelength selectivity in agrivoltaics, classifying WSPV technologies, and discussing their current state, challenges, and future directions for effective implementation in agrivoltaic systems.

The classification of WSPV systems was based on where and how spectral selectivity occurs. The group noted, “In thin-film WSPV, the active layer, or in the case of ultra-thin nano-absorbers, the rear contact is responsible for absorbing unwanted wavelengths for the plants.” “Spatially segmented PV achieves spectral selection by adding a colored layer to traditional c-Si or thin-film PV modules. Spectral selection in CPV is accomplished using dichroic mirrors or lenses. LSC relies on luminescent materials (organic dyes or quantum dots) that absorb unwanted wavelengths and then re-emit them into the embedded PV cells, thus not relying directly on reflection or refraction.”

The group also suggested creating standards for reporting on the performance of WSPV technologies.

Ma Lu added, “In addition to reviewing existing WSPV technologies, our work aims to inspire future developments by outlining efficiency limits for various solar cell types under spectral sharing conditions, especially when shared with crop production.”