சோலார் செல் - சூரிய ஒளி பற்றி சில விவரங்கள்

சோலார் செல்லைப் பொருத்த வரை சூரிய ஒளி பற்றி நாம் தெரிந்து கொள்ள வேண்டிய சில (background) விவரங்களை இங்கே பார்க்கலாம். இந்தப் பதிவில் சோலார் செல் பற்றி அதிக தகவல்கள் இல்லை.

ஒளி என்பது ஒரு வகை ஆற்றல். ஒளியை போட்டான் துகள் (Photon) என்றும் சொல்லலாம். எல்லாப் பொருள்களிலும் எலக்ட்ரான் (electron) என்ற மின்னணு உண்டு. இந்த எலக்ட்ரானுக்கு கொஞ்சம் ஆற்றலைக் கொடுத்தால், அது ஒரு இடத்திலிருந்து இன்னொரு இடத்திற்கு செல்ல முடியும். இப்படி எலக்ட்ரான் ஓடுவதைத்தான் நாம் மின்சாரம் என்று சொல்கிறோம். இப்படி ‘ஓடும் எலக்ட்ரானைக்' கொண்டு நமக்கு தேவையான வேலைகளைச் செய்ய முடியும். டி.வி. பார்ப்பதோ, மிக்சி போடுவதோ, ஏ.சி. போடுவதோ முடியும். சூரிய ஒளியை வைத்து நேரடியாக இப்படி செய்ய முடியாது என்பதால், நமக்கு பயனுள்ள வகையில் மின்சாரமாக இந்த சூரிய ஒளியை மாற்றவேண்டும். இப்படி ஒளி ஆற்றலை மின்சார ஆற்றலாக மாற்றுவதுதான் சோலார் செல்.

சோலார் செல் எப்படி வேலை செய்கிறது? ஒரு பொருளின் மீது ஒளி பட்டால், அதில் இருக்கும் எலக்ட்ரான்கள் அந்த ஒளியை உறிஞ்சலாம், அல்லது பிரதிபலிக்கலாம், அல்லது ‘கண்டுகொள்ளாமல்' அதை ஊடுருவி செல்ல அனுமதிக்கலாம். ஒளியை உறிஞ்சினால், அந்த ஆற்றலை வேறுவிதமாக மாற்றிவிடும். பெரும்பாலான் பொருள்கள், சூரிய ஒளியை வெப்பமாக மாற்றி விடும்.

இன்னும் சற்று விவரமாகப் பார்க்கலாம். ஒளி என்பதற்கு அலை நீளம் (wavelength) என்ற பண்பு உண்டு. எடுத்துக்காட்டாக, 400 நேனோ மீட்டர் (நேமீ) அலை நீளம் கொண்ட ஒளி ‘ஊதா நிற ஒளி'; 700 நே மீ. அலை நீளம் கொண்ட ஒளி ‘சிவப்பு நிற' ஒளி. என்பதற்கு ஒரு அலை நீளம் இருக்கும். சூரிய ஒளியில் பல வித ஒளிகளும் கலந்து இருக்கின்றன. மழை பெய்யும் பொழுது வானவில்லில் இருந்தும், பள்ளிக்கூடத்தில் முக்கோண வடிவில் இருக்கும் ப்ரிஸம் (prism) வைத்தும் இதை சுலபமாகப் புரிந்து கொள்ளலாம். சூரிய ஒளியில், இவை எல்லாம் ஒரே அளவில் இருப்பதில்லை. பூமியில் விழும் சூரிய ஒளியில், எந்த நிற ஒளி எவ்வளவு இருக்கிறது என்பதை விஞ்ஞானிகள் அளந்து கொடுத்திருக்கிறார்கள். இது சோலார் ஸ்பெக்ட்ரம் (Solar Spectrum) என்று சொல்லப் படும்.

செல்போன் ஸ்பெக்ட்ரம் ஊழல் என்று பேப்பரில் படித்திருப்பீர்கள். அதுவும், செல்போன் பேச எந்த அலை நீளங்களை, எந்த கம்பெனி பயன்படுத்தலாம் என்று தீர்மானிக்கும் விசயம். இப்படி பல அலைகள் சேர்ந்த தொகுப்பை பொதுவாக ஸ்பெக்ட்ரம் என்று சொல்வார்கள்.

கீழே இருக்கும் படத்தில் பூமியின் மேல்மட்டத்தில் (அதாவது சூரிய ஒளி நமது காற்று மண்டலத்தைத் தொடும்பொழுது) இருக்கும் ஆற்றல் அளவு மஞ்சள் நிறத்தில் இருக்கிறது. அப்புறம் அது காற்று மண்டலத்தை ஊடுருவி வரும்பொழுது, காற்றில் இருக்கும் தூசிகள் கொஞ்சம் ஒளியை சிதறடித்துவிடும். காற்றில் இருக்கும் நீராவியும், கார்பன் டை ஆக்சைடு வாயுவும், ஆக்சிஜன் வாயுவும் சில குறிப்பிட்ட அலைநீளங்களில் இருக்கும் ஒளியை உறிஞ்சிவிடும். நைட்ரஜன் வாயு இதில் எதையும் உறிஞ்சாது. மற்ற வாயுக்கள் குறைந்த அளவே இருப்பதால், அவை உறிஞ்சினாலும் அதிக பாதிப்பு இருக்காது. மிச்சம் இருக்கும் ஒளிதான் தரையில் நம்மை வந்து சேரும். இது சிவப்பு நிறத்தில் வரைபடத்தில் கொடுக்கப் பட்டு இருக்கிறது.



இந்தப் படம் விக்கியில் (wiki)இருந்து எடுக்கப்பட்டது.

இங்கு இன்னொரு விசயத்தையும் கவனிக்க வேண்டும். நம் கண்ணுக்கு தெரியும் ஒளி, 400 நேமீ லிருந்து 700 நேமீ வரைதான். ஆனால் இதைவிட குறைவான அலைநீளம் இருப்பது அல்ட்ரா வயலட் (UV) அல்லது புற ஊதாக் கதிர் ஆகும். அதிக அலை நீளம் இருப்பது இன்ஃப்ரா ரெட் (Infra Red) அல்லது அகச் சிவப்புக் கதிர்க் ஆகும். புற ஊதாக் கதிர் அதிக அளவில் நம் மீது பட்டால், கேன்சர் வர வாய்ப்பு அதிகம். காற்று மண்டலத்தில் (தரைமட்டத்தில் இல்லை, அதிக உயரத்தில்) ஓசோன் வாய் இருந்தால், இந்த புற ஊதாக் கதிர்களை உறிஞ்சிவிடும். படத்தில் 250 நேமீ அலை நீளத்தில் இதைப் பார்க்கலாம். ஓசோன் இல்லாவிட்டால், பிரச்சனை; இதைத்தான் ”ஓசோன் படலத்தில் ஓட்டை, நமக்கு அழிவு” என்று சில சமயத்தில் படிக்கிறோம்.

அகச்சிவப்பு கதிர்கள் நம் மீது பட்டால், அதை தோல் உறிஞ்சி வெப்பமாக மாற்றிவிடும். கண்ணுக்கு தெரியும் ஒளி மட்டும் பட்டால், அவ்வளவு இருக்காது. அதனால் தான் மொட்டை வெயிலில் நின்றால் சுடுகிறது. அதே ட்யூப் லைட் கீழே நின்றால் சுடுவதில்லை.

இன்னொரு விசயம் என்ன என்றால், இந்த ஸ்பெக்ட்ரத்தில், எந்த ரேஞ்சில் ஒளி அதிகமாக இருக்கிறதோ, அந்த ரேஞ்சில் தான் மனிதன், பறவை, விலங்கு என்று எல்லா உயிரினங்களின் கண்களுக்கும் தெரிகிறது. சில வண்டுகளுக்கும் கொஞ்சம் புற ஊதாவும், சில பறவைகளுக்கு கொஞ்சம் அகச்சிவப்பும் தெரியும், ஆனால் மொத்தத்தில் ஏறக்குறைய இந்த ரேஞ்சில்தான் எல்லா ஜீவராசிக்கும் கண் தெரியும். 200 நேமீக்கு கீழே அல்லது 1000 நேமீக்கு மேலே இருக்கும் ஒளியில் கண் தெரிந்தால் பூமியில் இருப்பவர்களுக்கு ஒரு பலனும் இல்லை. அதற்கேற்றமாதிரி, எல்லா உயிரினங்களுக்கும் கண்கள் இருக்கின்றன.


நல்ல சோலார் செல் என்றால் அதன் மேல் விழும் எல்லா ஒளியையும் மின்சாரமாக்க வேண்டும். அது நடைமுறையில் சாத்தியமில்லை. போனால் போகட்டும், கண்ணுக்கு தெரியும் அலை நீளத்தில் அதிக அளவு சூரிய ஒளி இருக்கிறது, அதையாவது மின்சாரமாக மாற்ற முடியுமா? என்று கேட்டால், இப்போதைக்கு எகனாமிகலாக செய்ய முடியாது. இது ஏன் என்பதை புரிந்து கொள்ள முதலில் சோலார் செல் எப்படி வேலை செய்கிறது என்பதை தெரிந்துகொள்ள வேண்டும். அடுத்த பதிவுகளில் சோலார் செல் எப்படி வேலை செய்கிறது, அதில் என்னென்ன வெரைட்டி இருக்கிறது என்பது பற்றி பார்க்கலாம். அப்புறம் மொத்த அலைவரிசையும் (கண்ணுக்கு தெரிவதையாவது) மின்சாரமாக்குவதில் என்ன தடைகள் இருக்கின்றன, தடைகளை நீக்க எந்த கோணத்தில் ஆராய்சிகள் நடக்கின்றன என்பது பற்றி பார்க்கலாம்.