सौर ऊर्जा संयंत्र: प्रकार, घटक और कार्य सिद्धांत

सौर ऊर्जा संयंत्र वे प्रणालियाँ होती हैं जो सौर ऊर्जा का उपयोग करके विद्युत उत्पन्न करती हैं। इन्हें दो मुख्य प्रकारों में वर्गीकृत किया जा सकता है: फोटोवोल्टेक (PV) ऊर्जा संयंत्र और संकेंद्रित सौर ऊर्जा (CSP) संयंत्र। फोटोवोल्टेक ऊर्जा संयंत्र सीधे सौर सेल का उपयोग करके प्रकाश को विद्युत में परिवर्तित करते हैं, जबकि संकेंद्रित सौर ऊर्जा संयंत्र दर्पणों या लेंसों का उपयोग करके सूर्य की किरणों को संकेंद्रित करते हैं और एक तरल पदार्थ को गरम करते हैं जो टर्बाइन या इंजन को चलाता है। इस लेख में, हम दोनों प्रकार के सौर ऊर्जा संयंत्रों के घटकों, व्यवस्था, और संचालन, उनके फायदों और नुकसानों की व्याख्या करेंगे।

फोटोवोल्टेक ऊर्जा संयंत्र क्या है?

फोटोवोल्टेक ऊर्जा संयंत्र एक बड़े पैमाने पर PV प्रणाली होती है जो ग्रिड से जुड़ी होती है और सौर विकिरण से बड़ी मात्रा में विद्युत उत्पन्न करने के लिए डिजाइन की गई होती है। फोटोवोल्टेक ऊर्जा संयंत्र कई घटकों से मिलकर बना होता है, जैसे:

• सौर मॉड्यूल: ये PV प्रणाली के मूल इकाइयाँ होती हैं। ये सौर सेलों से बने होते हैं जो प्रकाश को विद्युत में परिवर्तित करते हैं। सौर सेल आमतौर पर सिलिकॉन से बने होते हैं, जो एक अर्धचालक पदार्थ होता है जो फोटॉनों को अवशोषित कर सकता है और इलेक्ट्रॉन छोड़ सकता है। इलेक्ट्रॉन सर्किट में बहते हैं और एक विद्युत धारा बनाते हैं। सौर मॉड्यूल वोल्टेज और धारा की आवश्यकताओं पर निर्भर करके श्रृंखला, समानांतर, या श्रृंखला-समानांतर जैसी विभिन्न व्यवस्थाओं में व्यवस्थित किए जा सकते हैं।

• माउंटिंग संरचनाएँ: ये फ्रेम या रैक होते हैं जो सौर मॉड्यूलों को समर्थित और उन्हें दिशाएँ देते हैं। ये स्थिर या समायोज्य हो सकते हैं, साइट की स्थिति और मौसम पर निर्भर। स्थिर माउंटिंग संरचनाएँ सस्ती और सरल होती हैं, लेकिन वे सूर्य की गति का अनुसरण नहीं करतीं और प्रणाली के आउटपुट को कम कर सकती हैं। समायोज्य माउंटिंग संरचनाएँ सौर मॉड्यूलों को सूर्य की स्थिति के अनुसार झुकाया या घुमाया जा सकता है और ऊर्जा उत्पादन को अनुकूलित कर सकता है। ये मैनुअल या स्वचालित हो सकते हैं, नियंत्रण और सटीकता की डिग्री पर निर्भर।

• इनवर्टर: ये उपकरण होते हैं जो सौर मॉड्यूलों द्वारा उत्पन्न सीधी धारा (DC) को व्यावर्ती धारा (AC) में परिवर्तित करते हैं जो ग्रिड में डाली जा सकती है या AC लोडों द्वारा उपयोग की जा सकती है।

  

• इनवर्टर को दो प्रकारों में वर्गीकृत किया जा सकता है: केंद्रीय इनवर्टर और माइक्रो-इनवर्टर। केंद्रीय इनवर्टर बड़े यूनिट होते हैं जो कई सौर मॉड्यूल या ऐरे को जोड़ते हैं और एक एकल AC आउटपुट प्रदान करते हैं। माइक्रो-इनवर्टर छोटे यूनिट होते हैं जो प्रत्येक सौर मॉड्यूल या पैनल से जुड़े होते हैं और व्यक्तिगत AC आउटपुट प्रदान करते हैं। केंद्रीय इनवर्टर बड़े पैमाने की प्रणालियों के लिए अधिक लागत-आभासी और कुशल होते हैं, जबकि माइक्रो-इनवर्टर छोटे पैमाने की प्रणालियों के लिए अधिक लचीले और विश्वसनीय होते हैं।

• चार्ज कंट्रोलर: ये उपकरण होते हैं जो सौर मॉड्यूलों या ऐरे के वोल्टेज और धारा को नियंत्रित करते हैं ताकि बैटरियों का ओवरचार्जिंग या ओवर-डिसचार्जिंग से बचा जा सके। चार्ज कंट्रोलर को दो प्रकारों में वर्गीकृत किया जा सकता है: पल्स विस्तार मॉडुलेशन (PWM) कंट्रोलर और मैक्सिमम पावर पॉइंट ट्रैकिंग (MPPT) कंट्रोलर। PWM कंट्रोलर सरल और सस्ते होते हैं, लेकिन वे चार्जिंग धारा को चालू और बंद करके कुछ ऊर्जा नष्ट कर सकते हैं। MPPT कंट्रोलर जटिल और महंगे होते हैं, लेकिन वे सौर मॉड्यूलों या ऐरे के मैक्सिमम पावर पॉइंट को मिलाने के लिए वोल्टेज और धारा को समायोजित करके ऊर्जा आउटपुट को अनुकूलित करते हैं।

• बैटरी: ये उपकरण होते हैं जो सौर मॉड्यूलों या ऐरे द्वारा उत्पन्न अतिरिक्त विद्युत को संचित करते हैं ताकि सूर्य की किरणें नहीं होने पर या ग्रिड डाउन होने पर बाद में उपयोग किया जा सके। बैटरी को दो प्रकारों में वर्गीकृत किया जा सकता है: लीड-एसिड बैटरी और लिथियम-आयन बैटरी। लीड-एसिड बैटरी सस्ती और अधिक व्यापक रूप से उपयोग की जाती हैं, लेकिन उनकी ऊर्जा घनत्व कम, जीवनकाल कम, और अधिक रखरखाव की आवश्यकता होती है। लिथियम-आयन बैटरी महंगी और कम सामान्य होती हैं, लेकिन उनकी ऊर्जा घनत्व अधिक, जीवनकाल अधिक, और कम रखरखाव की आवश्यकता होती है।

• स्विच: ये उपकरण होते हैं जो प्रणाली के विभिन्न भागों, जैसे सौर मॉड्यूल, इनवर्टर, बैटरी, लोड, या ग्रिड को जोड़ते या अलग करते हैं। स्विच मैनुअल या स्वचालित हो सकते हैं, सुरक्षा और नियंत्रण की स्तर पर निर्भर। मैनुअल स्विच उन्हें संचालित करने के लिए मानवीय हस्तक्षेप की आवश्यकता होती है, जबकि स्वचालित स्विच पूर्वनिर्धारित शर्तों या संकेतों पर आधारित संचालित होते हैं।

• मीटर: ये उपकरण होते हैं जो प्रणाली के विभिन्न पैरामीटरों, जैसे वोल्टेज, धारा, शक्ति, ऊर्जा, तापमान, या विकिरण को मापते और प्रदर्शित करते हैं। मीटर एनालॉग या डिजिटल हो सकते हैं, प्रदर्शन के प्रकार और सटीकता की आवश्यकता पर निर्भर। एनालॉग मीटर नीडल या डायल का उपयोग करके मान प्रदर्शित करते हैं, जबकि डिजिटल मीटर नंबर या ग्राफ का उपयोग करके मान प्रदर्शित करते हैं।

• केबल: ये तार होते हैं जो प्रणाली के विभिन्न घटकों के बीच विद्युत का प्रसार करते हैं। केबल को दो प्रकारों में वर्गीकृत किया जा सकता है: DC केबल और AC केबल। DC केबल सौर मॉड्यूल से इनवर्टर या बैटरी तक सीधी धारा ले जाते हैं, जबकि AC केबल इनवर्टर से ग्रिड या लोड तक व्यावर्ती धारा ले जाते हैं।

फोटोवोल्टेक ऊर्जा संयंत्र की व्यवस्था कई कारकों, जैसे साइट की स्थिति, प्रणाली का आकार, डिजाइन उद्देश्य, और ग्रिड की आवश्यकताओं पर निर्भर करती है। हालांकि, एक आम व्यवस्था में तीन मुख्य भाग होते हैं: उत्पादन भाग, प्रसारण भाग, और वितरण भाग।

उत्पादन भाग सौर मॉड्यूल, माउंटिंग संरचनाएँ, और इनवर्टर शामिल होते हैं जो प्रकाश से विद्युत उत्पन्न करते हैं।

प्रसारण भाग केबल, स्विच, और मीटर शामिल होते हैं जो उत्पादन भाग से वितरण भाग तक विद्युत का प्रसार करते हैं।

वितरण भाग बैटरी, चार्ज कंट्रोलर, और लोड शामिल होते हैं जो विद्युत को संचित या उपभोग करते हैं।

निम्नलिखित आरेख फोटोवोल्टेक ऊर्जा संयंत्र की व्यवस्था का एक उदाहरण दिखाता है:

फोटोवोल्टेक ऊर्जा संयंत्र का संचालन कई कारकों, जैसे मौसम की स्थिति, लोड की मांग, और ग्रिड की स्थिति पर निर्भर करता है। हालांकि, एक आम संचालन में तीन मुख्य मोड होते हैं: चार्जिंग मोड, डिसचार्जिंग मोड, और ग्रिड-टाइ मोड।