फोटोवोल्टेक पावर जनरेशन सिस्टम की संरचना और कार्यप्रणाली

सौर ऊर्जा (PV) विद्युत उत्पादन प्रणाली का गठन और कार्य सिद्धांत

सौर ऊर्जा (PV) विद्युत उत्पादन प्रणाली मुख्य रूप से PV मॉड्यूल, एक कंट्रोलर, इनवर्टर, बैटरी और अन्य ऑक्सेसरी से बनी होती है (ग्रिड-से जुड़ी प्रणालियों के लिए बैटरी की आवश्यकता नहीं होती)। यह प्रणाली जनता की विद्युत ग्रिड पर निर्भर करती है या नहीं, इसके आधार पर PV प्रणालियों को ऑफ-ग्रिड और ग्रिड-से जुड़ी दो प्रकारों में विभाजित किया जाता है। ऑफ-ग्रिड प्रणालियाँ बिना जनता की विद्युत ग्रिड पर निर्भर किए स्वतंत्र रूप से काम करती हैं। वे ऊर्जा संचयन बैटरी से सुसज्जित होती हैं ताकि सिस्टम की विद्युत आपूर्ति स्थिर रहे, जो रात्रि या लंबी बादली/वर्षा वाले दिनों में सौर उत्पादन की कमी के दौरान भी लोड को विद्युत प्रदान कर सके।

सिस्टम के प्रकार की परवाह किए बिना, कार्य सिद्धांत एक जैसा रहता है: PV मॉड्यूल सूर्य की किरणों को निरंतर धारा (DC) विद्युत में परिवर्तित करते हैं, जो फिर इनवर्टर द्वारा विकल्पी धारा (AC) में परिवर्तित होती है, जिससे विद्युत उपभोग या ग्रिड से जुड़ना संभव होता है।

1. सौर ऊर्जा (PV) मॉड्यूल

PV मॉड्यूल पूरे विद्युत उत्पादन प्रणाली का मुख्य घटक हैं। वे विभिन्न आकारों में काटे गए एकल सौर ऊर्जा कोशों को जोड़कर बनाए जाते हैं, जिन्हें लेजर या तार कटिंग मशीनों से काटा जाता है। क्योंकि एकल सौर कोश का वोल्टेज और धारा उत्पादन बहुत कम होता है, इसलिए पहले श्रृंखला में जोड़कर अधिक वोल्टेज प्राप्त किया जाता है, फिर समानांतर में जोड़कर धारा बढ़ाई जाती है। यह सेटअप एक ब्लॉकिंग डायोड (विपरीत धारा प्रवाह को रोकने के लिए) से सुसज्जित होता है, और इसे स्टेनलेस स्टील, एल्युमिनियम या गैर-धातु वाले फ्रेम में घेरा जाता है। इसे सामने से टेम्पर्ड ग्लास, पीछे से बैकशीट, नाइट्रोजन गैस से भरा और एयरटाइट सील किया जाता है। श्रृंखला और समानांतर में जोड़े गए बहुत सारे PV मॉड्यूल एक PV एरे (जिसे सौर एरे भी कहा जाता है) बनाते हैं।

कार्य सिद्धांत: जब सूर्य की किरणें सौर कोश के अर्धचालक p-n जंक्शन पर प्रहार करती हैं, तो इलेक्ट्रॉन-होल जोड़े उत्पन्न होते हैं। p-n जंक्शन पर विद्युत क्षेत्र के प्रभाव से होल p-क्षेत्र की ओर और इलेक्ट्रॉन n-क्षेत्र की ओर चलते हैं। जब सर्किट बंद होता है, तो धारा प्रवाहित होती है। PV मॉड्यूलों का मुख्य कार्य सौर ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करना है, या तो बैटरी में संचित करना या सीधे विद्युत लोड को चालू करना।

PV मॉड्यूलों के प्रकार:

• एकक्रिस्टली सिलिकॉन: दक्षता ≈ 18%, अधिकतम 24% — सभी PV प्रकारों में सबसे अधिक। आमतौर पर टेम्पर्ड ग्लास और वाटरप्रूफ रेसिन से घिरा होता है, जिससे यह टिकाऊ और लंबे समय तक चलने वाला होता है (लंबाई लगभग 25 वर्ष)।

• बहुक्रिस्टली सिलिकॉन: दक्षता ≈ 14%। एकक्रिस्टली के समान विनिर्माण प्रक्रिया, लेकिन दक्षता कम, लागत कम, और लंबाई कम। हालांकि, इसका उत्पादन सरल, ऊर्जा की कम खपत और कम उत्पादन लागत, जिससे यह व्यापक रूप से स्वीकार किया जाता है।

• अमोर्फस सिलिकॉन (थिन-फिल्म): दक्षता ≈ 10%। पूरी तरह से अलग थिन-फिल्म प्रक्रिया से बनाया जाता है, जिसमें न्यूनतम सिलिकॉन और ऊर्जा की आवश्यकता होती है। इसका मुख्य लाभ कम प्रकाश की स्थितियों में बेहतर प्रदर्शन है।

2. कंट्रोलर (ऑफ-ग्रिड प्रणालियों में उपयोग)

सौर चार्ज कंट्रोलर एक स्वचालित उपकरण है जो बैटरी के ओवरचार्जिंग और ओवरडिस्चार्जिंग से बचाता है। यह एक उच्च गति का CPU माइक्रोप्रोसेसर और उच्च-प्रCISION A/D कन्वर्टर से सुसज्जित होता है, जो डेटा एकत्रीकरण और निगरानी नियंत्रण प्रणाली के रूप में काम करता है। यह तेजी से वास्तविक समय ऑपरेशनल डेटा एकत्र कर सकता है, सिस्टम की स्थिति की निगरानी कर सकता है, और ऐतिहासिक डेटा को संग्रहित कर सकता है, जिससे सिस्टम डिजाइन और घटकों की विश्वसनीयता का मूल्यांकन करने के लिए यथार्थ और पर्याप्त जानकारी प्रदान की जाती है। यह एकाधिक PV उप-स्टेशनों के केंद्रीय प्रबंधन और दूरस्थ नियंत्रण के लिए सीरियल कम्युनिकेशन का समर्थन भी करता है।

3. इनवर्टर

इनवर्टर सौर पैनलों द्वारा उत्पन्न निरंतर धारा (DC) विद्युत को विकल्पी धारा (AC) विद्युत में परिवर्तित करता है, जिससे यह मानक AC-पावर्ड उपकरणों के साथ संगत हो जाता है। PV इनवर्टर एक महत्वपूर्ण बैलेंस-ऑफ-सिस्टम (BOS) घटक है और अधिकतम शक्ति बिंदु प्रक्षेपण (MPPT) और द्वीपीकरण सुरक्षा जैसी विशेष विशेषताएँ शामिल होती हैं।

सौर इनवर्टरों के प्रकार:

• स्टैंडअलोन इनवर्टर: ऑफ-ग्रिड प्रणालियों में उपयोग किया जाता है। PV एरे बैटरी को चार्ज करता है, और इनवर्टर बैटरी से DC शक्ति खींचता है ताकि AC लोडों को विद्युत प्रदान किया जा सके। कई स्टैंडअलोन इनवर्टर बिल्ट-इन बैटरी चार्जर शामिल करते हैं जो AC शक्ति का उपयोग करके बैटरी को फिर से चार्ज कर सकते हैं। ये इनवर्टर ग्रिड से जुड़े नहीं होते और द्वीपीकरण सुरक्षा की आवश्यकता नहीं होती।

• ग्रिड-टाइड इनवर्टर: AC शक्ति को जनता की विद्युत ग्रिड में वापस भेजता है। इसका आउटपुट वेवफॉर्म ग्रिड की फेज, आवृत्ति और वोल्टेज के साथ मेल खाता है। सुरक्षा के लिए यदि ग्रिड अलग हो जाता है तो यह स्वचालित रूप से बंद हो जाता है। ग्रिड अवसान के दौरान यह बैकअप शक्ति प्रदान नहीं करता।

• बैटरी बैकअप इनवर्टर: एक विशेष इनवर्टर जो बैटरी को अपनी प्राथमिक शक्ति स्रोत के रूप में उपयोग करता है और उन्हें चार्ज करने के लिए एक चार्जर शामिल करता है। अतिरिक्त शक्ति को ग्रिड में वापस भेजा जा सकता है। ग्रिड अवसान के दौरान यह निर्दिष्ट सर्किटों को AC शक्ति प्रदान कर सकता है, और इसलिए द्वीपीकरण सुरक्षा शामिल होती है।

4. बैटरी (ग्रिड-से जुड़ी प्रणालियों में आवश्यक नहीं)

बैटरी PV सिस्टम में ऊर्जा संचयन इकाई है। सामान्य प्रकार बंद लेड-एसिड, भापित लेड-एसिड, जेल, और निकेल-कैडमियम अम्लीय बैटरी शामिल हैं। बंद लेड-एसिड और जेल बैटरी सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाती हैं।

कार्य सिद्धांत: दिन में, सूर्य की किरणें PV मॉड्यूल पर प्रहार करती हैं, DC वोल्टेज उत्पन्न करती हैं और प्रकाश को विद्युत में परिवर्तित करती हैं। यह शक्ति कंट्रोलर पर भेजी जाती है, जो ओवरचार्जिंग से रोकता है, और फिर बैटरी में संचित की जाती है ताकि जब भी आवश्यकता हो उसे उपयोग किया जा सके।