स्टैंडअलोन सौर पीवी प्रणाली कैसे डिज़ाइन और इनस्टॉल करें?

सौर PV प्रणालियों का डिजाइन और स्थापना

आधुनिक समाज दैनिक आवश्यकताओं जैसे उद्योग, गर्मी, परिवहन और कृषि के लिए ऊर्जा पर निर्भर है, जो अधिकांशतः अपुनर्जीवी स्रोतों (कोयला, तेल, गैस) से पूरी होती है। हालाँकि, ये पर्यावरणीय हानि पहुँचाते हैं, असमान रूप से वितरित होते हैं और सीमित आरक्षित राशि के कारण मूल्य में अस्थिरता होती है- जो पुनर्जीवी ऊर्जा की मांग को बढ़ाती है।

सौर ऊर्जा, व्यापक और वैश्विक आवश्यकताओं को पूरा करने की क्षमता रखती है, खड़ी होती है। स्वतंत्र PV प्रणालियाँ (चित्र 1) उपयोगिताओं से ऊर्जा स्वतंत्रता प्रदान करती हैं। नीचे इनकी योजना, डिजाइन और विद्युत उत्पादन के लिए स्थापना का सारांश दिया गया है।

एक स्वतंत्र PV प्रणाली की योजना
स्थल मूल्यांकन और सर्वेक्षण:

• छाया की न्यूनतमीकरण: सुनिश्चित करें कि स्थापना स्थान (छत या जमीन) छाया वाली संरचनाओं से मुक्त है, और भविष्य में कोई निर्माण सौर विकिरण को रोक नहीं करेगा।

• सतह क्षेत्र: साइट क्षेत्र को निर्धारित करें ताकि PV पैनलों की संख्या/आकार का अनुमान लगाया जा सके, और इनवर्टर, कन्वर्टर और बैटरी बैंक के लिए स्थानीकरण की योजना बनायी जा सके।

• छत पर विचार: झुकाव वाली छतों के लिए, झुकाव कोण नोट करें और सौर प्राप्ति को अधिकतम करने के लिए उपयुक्त माउंटिंग का उपयोग करें (आदर्श रूप से पैनलों के लिए लंबवत)।

• केबल मार्ग: केबलों (इनवर्टर, बैटरी बैंक, चार्ज कंट्रोलर और PV अरेको जोड़ने वाले) के लिए मार्ग योजना बनाएं ताकि केबल का उपयोग और वोल्टेज गिरावट को कम किया जा सके, दक्षता और लागत के बीच संतुलन बनाया जा सके।

सौर ऊर्जा संसाधन मूल्यांकन:

• इनसोलेशन डेटा: मापें या प्राप्त करें (मौसम विज्ञान स्टेशन से) सौर ऊर्जा, वर्ग मीटर प्रति दिन (kWh/m²/दिन) या दैनिक पीक सन घंटों (PSH, 1000 W/m² की औसत विकिरण वाले घंटे) का उपयोग करके।

• महत्वपूर्ण मेट्रिक: PSH का उपयोग सरलीकृत गणनाओं के लिए करें (इसे "माध्य सूर्य घंटों" से अलग करें, जो अवधि को दर्शाता है, ऊर्जा को नहीं)। निम्नतम मासिक माध्य इनसोलेशन को अपनाएं ताकि कम सूर्य की अवधि के दौरान प्रणाली की विश्वसनीयता सुनिश्चित की जा सके।

स्वतंत्र PV प्रणालियों के लिए विचार
1. ऊर्जा मांग की गणना

प्रणाली का आकार लोड मांग पर निर्भर करता है, जो इस प्रकार गणना की जाती है:

• दैनिक ऊर्जा मांग (Wh) = (उपकरण की शक्ति दर (वाट में) × दैनिक संचालन घंटे) का योग।

• उच्चतम दैनिक मांग का उपयोग विश्वसनीयता और लागत के बीच संतुलन बनाने के लिए करें (यह चोटी के उपयोग के दौरान संचालन की सुनिश्चित करता है, हालाँकि यह प्रणाली की लागत बढ़ाता है)।

2. इनवर्टर और चार्ज कंट्रोलर का आकार

• इनवर्टर: कुल लोड से 25% अधिक रेटिंग (हानियों के लिए)।
  उदाहरण: 2400W लोड के लिए, 3000W इनवर्टर (2400W × 1.25) की आवश्यकता होती है।

• चार्ज कंट्रोलर: विद्युत धारा रेटिंग = PV पैनल की शॉर्ट-सर्किट धारा का 125% (सुरक्षा गुणांक)।
  उदाहरण: 4 पैनल जिनकी शॉर्ट-सर्किट धारा 10A है, 50A कंट्रोलर (4×10A ×1.25) की आवश्यकता होती है।
  नोट: MPPT कंट्रोलर निर्माता की विशिष्टताओं का अनुसरण करते हैं।

3. दैनिक ऊर्जा इनवर्टर को

इनवर्टर की दक्षता (उदाहरण के लिए, 90%) के लिए ध्यान दें:

• बैटरी से इनवर्टर को दी गई ऊर्जा = कुल लोड ऊर्जा / दक्षता।
  उदाहरण: 2700Wh लोड → 3000Wh (2700 / 0.9) बैटरी से।

4. प्रणाली वोल्टेज

बैटरी वोल्टेज (आमतौर पर 12V, 24V, आदि) द्वारा निर्धारित, जिसमें उच्च वोल्टेज केबल हानि को कम करता है। उदाहरण: 24V प्रणाली।

5. बैटरी का आकार

महत्वपूर्ण पैरामीटर: डिप्थ ऑफ डिसचार्ज (DOD), स्वतंत्रता दिन, और प्रणाली वोल्टेज।

• उपयोगी क्षमता = बैटरी Ah × DOD।

• आवश्यक चार्ज क्षमता = बैटरी से ऊर्जा / प्रणाली वोल्टेज।
  उदाहरण: 24V प्रणाली में बैटरी से 3000Wh → 125Ah की आवश्यकता होती है।

• 12V, 100Ah बैटरी (70% DOD) के लिए:

• बैटरी की संख्या = 125Ah / (100Ah × 0.7) ≈ 2 (सबसे निकट उच्च राउंड)।

• 24V प्रणाली वोल्टेज प्राप्त करने के लिए 2 बैटरी को श्रृंखला में जोड़ें।

इसलिए, कुल मिलाकर 12 V, 100 Ah की चार बैटरी होंगी। दो श्रृंखला में और दो समानांतर में जोड़ी जाएंगी। बैटरी की आवश्यक क्षमता निम्नलिखित सूत्र से भी पाई जा सकती है।

PV अरे का आकार

• कुल PV अरे क्षमता (W): निम्नतम दैनिक पीक सन घंटों (या पैनल जनरेशन फैक्टर, PFG) और दैनिक ऊर्जा मांग का उपयोग करके गणना की जाती है:
  कुल Wₚₑₐₖ = (दैनिक ऊर्जा मांग (Wh) / PFG) × 1.25 (हानियों के लिए स्केलिंग फैक्टर)।

• मॉड्यूलों की संख्या: कुल Wₚₑₐₖ को एक एकल पैनल की रेटेड शक्ति (उदाहरण के लिए, 160W) से विभाजित करें।

  उदाहरण: 3000Wh दैनिक मांग और PFG = 3.2 के लिए, कुल Wₚₑₐₖ = 3000 / 3.2 ≈ 931W। 160W पैनल के साथ, 6 मॉड्यूलों की आवश्यकता होती है (931 / 160 ≈ 5.8, सबसे निकट उच्च राउंड)।

• हानि कारक (PFG को समायोजित करने के लिए): सूर्य की किरणों का कोण (5%), गैर-मैक्स पावर पॉइंट (10%, MPPT के लिए छोड़ दिया गया), धूल (5%), वृद्धि (10%) और उच्च तापमान (>25°C, 15%) शामिल हैं।

केबलों का आकार

• महत्वपूर्ण विचार: विद्युत धारा क्षमता, न्यूनतम वोल्टेज गिरावट (<2%), प्रतिरोधी हानियाँ, मौसम विरोधी (पानी/UV प्रतिरोधी)।

• क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र सूत्र:
  A = (&rho; × Iₘ × L / VD) × 2
  (&rho; = प्रतिरोधकता, Iₘ = अधिकतम धारा, L = केबल की लंबाई, VD = अनुमत वोल्टेज गिरावट)।

• संतुलन: अपर्याप्त आकार (ऊर्जा हानि/दुर्घटनाएँ) या अतिरिक्त आकार (लागत अपर्याप्तता) से बचें। उपयुक्त सर्किट ब्रेकर और कनेक्टर का उपयोग करें।