फोटोवोल्टेइक विद्युत उत्पादन प्रणालीको संरचना र कामदायी सिद्धान्त

फोटोवोल्टेइक (PV) विद्युत उत्पादन प्रणालीको संरचना र कामकाजको सिद्धान्त

फोटोवोल्टेइक (PV) विद्युत उत्पादन प्रणाली मुख्यतया PV मॉड्यूल, नियन्त्रक, इन्वर्टर, बैटरी र अन्य अनुपरिच्छेदहरू (ग्रिड-सम्बद्ध प्रणालीहरूमा बैटरी आवश्यक छैन) भित्र्याउँछ। यस प्रणालीले यदि यसलाई सार्वजनिक विद्युत ग्रिड भर्खरा गर्छ भने, PV प्रणालीलाई ऑफ-ग्रिड र ग्रिड-सम्बद्ध दुई प्रकारमा विभाजन गरिन्छ। ऑफ-ग्रिड प्रणालीहरू सार्वजनिक विद्युत ग्रिडबाट स्वतन्त्र रूपमा काम गर्छन्। यी प्रणालीहरूमा ऊर्जा-संचयन बैटरीहरू शामिल छन् जसले प्रणालीको स्थिर विद्युत सप्लाई सुनिश्चित गर्छ, र सौर उत्पादन अपर्याप्त हुने रात्रिमा वा दीर्घ समयसम्म भास्कर वा वर्षा दिनमा भारको लागि विद्युत प्रदान गर्न सक्छ।

प्रणालीको प्रकार फेरी पनि, कामकाजको सिद्धान्त एकै रहन्छ: PV मॉड्यूलहरू भास्करको प्रकाशलाई सीधा धारा (DC) विद्युतमा परिवर्तन गर्छ, जसलाई इन्वर्टरले बदलेर विकल्पी धारा (AC) बनाउँछ, जसले विद्युत उपभोग वा ग्रिड सम्बन्ध सुलझाउँछ।

1. फोटोवोल्टेइक (PV) मॉड्यूलहरू

PV मॉड्यूलहरू पूर्ण विद्युत उत्पादन प्रणालीको मुख्य घटक हुन्। यी मॉड्यूलहरू एकल फोटोवोल्टेइक कोशहरूलाई जोड्ने द्वारा बनाइन्छ, जुन लेजर वा तार-काट्ने मशीनले विभिन्न आकारमा काटिन्छ। एकल सौर कोशको वोल्टेज र धारा उत्पादन धेरै निम्न छ, त्यसैले धेरै कोशहरूलाई पहिले श्रृंखला जोड्ने गरी उच्च वोल्टेज प्राप्त गरिन्छ, त्यसपछि समान्तर जोड्ने गरी धारा वृद्धि गरिन्छ। यो संघटनामा एक ब्लॉकिङ डायोड (उल्टो धारा प्रवाह रोक्न) शामिल छ, र यसलाई स्टेनलेस स्टील, अल्युमिनियम वा गैर-धातु उपकरणको फ्रेममा एन्कैप्सुलेट गरिन्छ। यसलाई सामने टेम्पर्ड ग्लास, पीछे बैकशीट, नाइट्रोजन गैस भरिएको र हेरमेटिकल रूपमा सील गरिएको छ। श्रृंखला र समान्तर जोडिएका बहुत सजिलो PV मॉड्यूलहरूले PV अ्र्रे (यसलाई सोलर अ्र्रे पनि भनिन्छ) बनाउँछ।

कामकाजको सिद्धान्त: जब सौर प्रकाश सेमीकंडक्टर p-n जंक्सियनमा प्रहार गर्छ, त्यसपछि इलेक्ट्रॉन-होल जोडीहरू उत्पन्न हुन्छन्। p-n जंक्सियनमा विद्युत क्षेत्रको प्रभावमा, होलहरू p-क्षेत्रमा र इलेक्ट्रॉनहरू n-क्षेत्रमा चालना गर्छन्। जब सर्किट बन्द गरिन्छ, त्यसपछि धारा प्रवाह गर्छ। PV मॉड्यूलहरूको प्राथमिक कार्य सौर ऊर्जालाई विद्युत ऊर्जामा परिवर्तन गर्न, यसलाई बैटरीमा संचयन गर्न वा सीधै विद्युत भारको लागि प्रदान गर्न हुन्छ।

PV मॉड्यूलहरूको प्रकार:

• एकल क्रिस्टलीय सिलिकन: दक्षता ≈ 18%, अधिकतम 24% — सबै प्रकारका PV मध्ये सबैभन्दा उच्च। यी आमतौरले टेम्पर्ड ग्लास र वाटरप्रूफ रेझिनसँग एन्कैप्सुलेट गरिएको छ, जसले यसलाई टिकाउ र लामो जीवनकाल (25 वर्षसम्म) दिन्छ।

• बहुक्रिस्टलीय सिलिकन: दक्षता ≈ 14%। एकल क्रिस्टलीयको जस्तै निर्माण प्रक्रिया, तर निम्न दक्षता, निम्न लागत, र लामो जीवनकाल। तर, यसको उत्पादन सजिलो, कम ऊर्जा खपत र निम्न उत्पादन लागत छ, जसले यसको व्यापक प्रयोग गरिन्छ।

• अमोर्फस सिलिकन (थिन-फिल्म): दक्षता ≈ 10%। थिन-फिल्म प्रक्रियाले निर्मित, जसले कम सिलिकन र ऊर्जा आवश्यक छ। यसको मुख्य लाभ निम्न प्रकाश शर्तहरूमा उत्कृष्ट प्रदर्शन छ।

2. नियन्त्रक (ऑफ-ग्रिड प्रणालीमा प्रयोग गरिने)

सौर चार्ज नियन्त्रक एउटा स्वचालित उपकरण हो जसले बैटरीको ओवरचार्जिङ र ओवर-डिस्चार्जिङ रोक्ने छ। यसमा उच्च-गति CPU माइक्रोप्रोसेसर र उच्च-परिशुद्धता A/D कन्वर्टर शामिल छ, जसले एक माइक्रोकम्प्युटर-आधारित डाटा अभिग्रहण र मनिटरिङ नियन्त्रण प्रणालीका रूपमा काम गर्छ। यसले त्वरित रूपमा वास्तविक संचालन डाटा एकत्र गर्न, प्रणालीको स्थिति मनिटर गर्न र ऐतिहासिक डाटा संचयन गर्न सक्छ, जसले प्रणाली डिझाइन र घटक विश्वसनीयता मूल्यांकनका लागि शुद्ध र पर्याप्त जानकारी प्रदान गर्छ। यसले बहुल PV उप-स्टेशनहरूको केन्द्रीय प्रबन्धन र दूरस्थ नियन्त्रणका लागि सिरियल कम्युनिकेशन समर्थन गर्छ।

3. इन्वर्टर

इन्वर्टर सौर पनलहरूद्वारा उत्पन्न भएको DC विद्युतलाई AC विद्युतमा परिवर्तन गर्छ, जसले स्टैण्डर्ड AC-पावर्ड उपकरणहरूको साथ अनुकूल हुन्छ। PV इन्वर्टर एक महत्वपूर्ण बैलेन्स-ऑफ-सिस्टम (BOS) घटक हो र यसमा अधिकतम शक्ति बिन्दु ट्रैकिङ (MPPT) र आइलन्डिङ रक्षा जस्ता विशेष विशेषताहरू समावेशित छन्।

सौर इन्वर्टरहरूको प्रकार:

• स्टैण्डअलोन इन्वर्टर: ऑफ-ग्रिड प्रणालीमा प्रयोग गरिने। PV अ्र्रे बैटरीलाई चार्ज गर्छ, र इन्वर्टर बैटरीबाट DC शक्ति लिने र AC भारको लागि शक्ति प्रदान गर्छ। धेरै स्टैण्डअलोन इन्वर्टरहरूमा बिल्ट-इन बैटरी चार्जरहरू शामिल छन् जसले AC शक्ति द्वारा बैटरीलाई पुन: चार्ज गर्न सक्छ। यी इन्वर्टरहरू ग्रिडसँग जोडिएको छैन र आइलन्डिङ रक्षा आवश्यक छैन।

• ग्रिड-टाइड इन्वर्टर: AC शक्ति विद्युत ग्रिडमा पुन: प्रत्यावर्तन गर्छ। यसको आउटपुट वेवफार्म ग्रिडको फेज, फ्रिक्वेन्सी, र वोल्टेजसँग मिल्नुपर्छ। यदि ग्रिड विच्छेदित हुन्छ भने, यो सुरक्षा लागि स्वचालित रूपमा बन्द हुन्छ। यसले ग्रिड विच्छेदित भएको समयमा बैकअप शक्ति प्रदान गर्दैन।

• बैटरी बैकअप इन्वर्टर: एक विशेष इन्वर्टर जसले बैटरीलाई अपनो प्राथमिक शक्ति स्रोतको रूपमा प्रयोग गर्छ र यसमा एक चार्जर समावेशित छ जसले यसलाई पुन: चार्ज गर्छ। अतिरिक्त शक्ति ग्रिडमा पुन: प्रत्यावर्तन गर्न सक्छ। ग्रिड विच्छेदित भएको समयमा, यो निर्दिष्ट सर्किटहरूलाई AC शक्ति प्रदान गर्न सक्छ, र यसले आइलन्डिङ रक्षा समावेशित छ।

4. बैटरी (ग्रिड-सम्बद्ध प्रणालीहरूमा आवश्यक छैन)

बैटरी PV प्रणालीको ऊर्जा संचयन युनिट हो। सामान्य प्रकारहरूमा सील्ड लेड-एसिड, फ्लडेड लेड-एसिड, जेल, र निकेल-कैडमियम अल्कलाइन बैटरीहरू छन्। सील्ड लेड-एसिड र जेल बैटरीहरू सबैभन्दा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छन्।

कामकाजको सिद्धान्त: दिनको समयमा, सूर्यको प्रकाश PV मॉड्यूलहरूमा प्रहार गर्छ, जसले DC वोल्टेज उत्पन्न गर्छ र प्रकाशलाई विद्युतमा परिवर्तन गर्छ। यी शक्ति नियन्त्रकमा पठाइन्छ, जसले ओवरचार्जिङ रोक्ने र त्यसपछि बैटरीमा संचित गर्छ जहाँ यसको आवश्यकता हुन्छ।