گھریلو PV-ESS توانائی کے مینجمنٹ کا محاکیہ مطالعہ

عالمی توان کی کمی اور ماحولی آلودگی کے بڑھتے ہوئے سطح کے نتیجے میں، دنیا بھر کے حکومتوں نے نئی توان کی پیداوار کے لیے تحقیق و ترقی (R&D) کے لیے حمایت میں اضافہ کیا ہے۔ گھریلو استعمال کے لیے خورشیدی توزیع شدہ پیداوار، فوٹو وولٹائیک صنعت کے آگے کے مرحلے کی ایک بنیادی رخ، متعدد لوگوں کا دھیان جمع کر رہا ہے۔ البتہ، فوٹو وولٹائیک حصوں کی توان کی پیداوار کی ڈھلاؤ اور توان ذخیرہ کی اکائی کے ڈھانچے کی معقولیت جیسے مسائل گھریلو بجلی کے استعمال پر جدی طور پر اثر انداز ہو سکتے ہیں۔ اس لیے، نظام کے اجزا کے درمیان مستقیم توان کی روانی کو کنٹرول کرنے اور مسلس عمل کی ضمانت کے لیے، مطالبات اور فراہمی کو متعادل کرنے کے لیے ایک توان کے مینجمنٹ کا منصوبہ ضروری ہے۔ یہ مقالہ گھریلو فوٹو وولٹائیک - توان ذخیرہ نظام کے مبنی پر توان کے مینجمنٹ کا مطالعہ کرتا ہے تاکہ مستقیم کام کرنے کو ممکن بنایا جا سکے اور عملی نظف توان کے اطلاق کے لیے نظریاتی بنیاد فراہم کی جا سکے۔

1 نظام کے ڈھانچے اور توان مینجمنٹ الگورتھم کا تجزیہ

مطالعہ کیے گئے گھریلو فوٹو وولٹائیک - توان ذخیرہ نظام کا ٹاپالوجی (تصویر 1) فوٹو وولٹائیک حصوں، لیتھیم-آئون ذخیرہ بیٹریوں، توان کنورٹرز، شبکہ، اور صارفین کے بوجھ پر مشتمل ہے۔ فوٹو وولٹائیک حصہ کی پیداوار ایک بوسٹ کنورٹر کے ذریعے عام DC باس ولٹیج بناتی ہے۔ لیتھیم-آئون بیٹریاں ایک بک-بوسٹ کنورٹر کے ذریعے اس باس سے جڑتی ہیں۔ پھر DC باس سے توان کو ایک سنگل-فیز شبکہ میں یا مستقل طور پر صارفین کو فراہم کرنے کے لیے ایک فل-برج انورٹر کے ذریعے منتقل کیا جاتا ہے۔

نظام "خود تولید اور خود استعمال" کو ترجیح دیتا ہے۔ فوٹو وولٹائیک حصہ کی پیداوار، جو اصل توان کا ذریعہ ہے، پہلے صارفین کے بوجھ کو مہیا کرتی ہے۔ فوٹو وولٹائیک کی زائد / کم توان کو لیتھیم بیٹریوں (دوسرا ذریعہ) سے متعادل کیا جاتا ہے؛ اگر فوٹو وولٹائیک اور بیٹری دونوں کی حد تک پہنچ گئی ہو تو شبکہ (تیسرا ذریعہ) مستقیم فراہمی کی ضمانت دیتا ہے۔

فوٹو وولٹائیک کی پیداوار، بیٹری SOC، اور چارجن-ڈسچارجن توان کے لیے: اگر P_PV < P_PV-min} ہو تو بوسٹ کنورٹر بند ہو جاتا ہے (کوئی توان کی پیداوار نہیں)؛ ورنہ یہ کام کرتا ہے۔ بیٹریوں کا چارجن 90٪ سے زیادہ SOC پر رک جاتا ہے اور ڈسچارجن 10٪ سے کم SOC پر رک جاتا ہے۔ P_bat P_PV اور P_load کے ساتھ ڈائنامک طور پر تبدیل ہوتا ہے، 0 سے لے کر ماکس بیٹری چارجن توان تک۔ فریکوئنٹ چارجن-ڈسچارجن ڈھلانوں سے بچنے کے لیے، اگلے دور کی حالت پچھلے دور کی بیٹری کی حالت پر منحصر ہوتی ہے، یہ نظام کے مود کے فریکوئنٹ تبدیلیوں سے روکتا ہے۔

اس کے مبنی پر، گھریلو فوٹو وولٹائیک-ذخیرہ نظام کے لیے ایک توان کے مینجمنٹ کا الگورتھم پیش کیا گیا ہے، جس کو تصویر 2 میں دکھایا گیا ہے۔

2 نظام کے آپریشنل مودز اور توان کی روانی کا تجزیہ

توان کے مینجمنٹ کے الگورتھم کے تحت، نظام کا آپریشن مستقل اور شبکہ-متصل مودز میں تقسیم ہوتا ہے، جن کو مزید مندرجہ ذیل طور پر تقسیم کیا گیا ہے:

2.1 مستقل آپریشن (اصل توان کے ذریعے)

دو ذیلی مودز موجود ہیں، جو DC باس کو کنٹرول کرنے والے توان کے ذریعے تعریف کیے گئے ہیں:

• فوٹو وولٹائیک-محور مود

• فوٹو وولٹائیک اصل توان ہے؛ بوسٹ CV مود میں کام کرتا ہے تاکہ DC باس کو مستقیم کرے۔

• انورٹر مستقل انورشن میں کام کرتا ہے تاکہ بوجھ کو فراہم کرے۔

• اگر فوٹو وولٹائیک توان > بوجھ + بیٹری چارجن توان ہو تو بک-بوسٹ بک مود میں بیٹری کو چارجن کرتا ہے؛ ورنہ بک-بوسٹ غیر فعال ہوتا ہے۔

• ٹرگر: فوٹو وولٹائیک آؤٹ پٹ > بوجھ، بیٹری پورا نہ ہو۔

• منطق:

• بیٹری-محور مود

• بیٹری اصل توان ہے؛ بک-بوسٹ بوسٹ مود میں کام کرتا ہے تاکہ DC باس کو مستقیم کرے۔

• انورٹر مستقل انورشن میں کام کرتا ہے تاکہ بوجھ کو فراہم کرے۔

• اگر فوٹو وولٹائیک کی ضعیف پیداوار ہو تو بوسٹ MPPT مود میں کام کرتا ہے؛ اگر کوئی فوٹو وولٹائیک پیداوار نہ ہو تو بوسٹ غیر فعال ہوتا ہے۔

• ٹرگر: فوٹو وولٹائیک آؤٹ پٹ < بوجھ، بیٹری کی باقی قوت ہو۔

• منطق:

2. 2 شبکہ-متصل آپریشن (انورٹر کی حالت کے ذریعے)

انورٹر کے انورشن یا ریکٹیفیکیشن کے بنیاد پر تقسیم ہوتا ہے:

• شبکہ-متصل انورشن

• انورٹر شبکہ-متصل انورشن میں کام کرتا ہے تاکہ DC باس کو مستقیم کرے، زائد توان کو شبکہ میں فراہم کرتا ہے۔

• بوسٹ MPPT مود میں کام کرتا ہے تاکہ توان کی پیداوار کو مکسیمم کرے۔

• بک-بوسٹ غیر فعال ہوتا ہے۔

• ٹرگر: فوٹو وولٹائیک آؤٹ پٹ > بوجھ، بیٹری پورا چارجن ہو۔

• منطق:

• شبکہ-متصل ریکٹیفیکیشن

• انورٹر شبکہ-متصل ریکٹیفیکیشن میں کام کرتا ہے تاکہ DC باس کو مستقیم کرے۔

• بک-بوسٹ بک مود میں کام کرتا ہے تاکہ بیٹری کو چارجن کرے جب تک SOC 90% سے زیادہ نہ ہو۔

• اگر فوٹو وولٹائیک کی ضعیف پیداوار ہو تو بوسٹ MPPT مود میں کام کرتا ہے؛ اگر کوئی فوٹو وولٹائیک پیداوار نہ ہو تو بوسٹ غیر فعال ہوتا ہے۔

• ٹرگر: فوٹو وولٹائیک آؤٹ پٹ < بوجھ، بیٹری کافی نہ ہو (دونوں اصل / ثانوی توان کی حد تک پہنچ گئی ہو)۔

• منطق:

2.3 مودز کے سرحدیں اور تنظیم

چار ذیلی مودز کے ٹرگر کی شرائط اور معدات کی تنظیم جزیاتی طور پر جدول 1 (اضافہ کرنا ہے) میں درج ہیں۔ "فوٹو وولٹائیک - بیٹری - شبکہ" کی طاقت کے ڈائنامک سوئچنگ اور بوسٹ / بک-بوسٹ کنورٹرز اور انورٹر کے متبادل کنٹرول کے ذریعے، نظام کو "پیداوار - ذخیرہ - استعمال" میں موثر توان کی روانی کو ممکن بنایا جاتا ہے، گھریلو توان کی تمام ضروریات (آف-گرڈ، شبکہ-متصل، اضطراری وغیرہ) کو پورا کرتا ہے۔

تصویر 3(a) مود 1 کو ظاہر کرتی ہے: فوٹو وولٹائیک آؤٹ پٹ = 4.8 kW، بوجھ = 3 kW۔ فوٹو وولٹائیک حصہ 240 Vdc پیدا کرتا ہے؛ بوسٹ کنورٹر DC باس کو 480 Vdc پر مستقیم کرتا ہے۔ انورٹر مستقل انورشن (220 Vac برائے بوجھ) میں کام کرتا ہے، اور بک-بوسٹ بک مود (1.8 kW بیٹری کو چارجن کرنے) میں کام کرتا ہے۔ ویو فارمز (بالکل سے نیچے): فوٹو وولٹائیک آؤٹ پٹ کرنٹ، DC باس ولٹیج، انورٹر آؤٹ پٹ ولٹیج، اور بیٹری چارجن کرنٹ۔

تصویر 3(b) مود 2 کے مطابق ہے: فوٹو وولٹائیک آؤٹ پٹ = 5 kW (بیٹری پورا چارجن ہو چکا ہے، لہذا بک-بوسٹ غیر فعال ہے)۔ بوجھ = 3 kW؛ انورٹر شبکہ-متصل انورشن کا استعمال کرتا ہے تاکہ DC باس کو 480 Vdc پر مستقیم رکھے، زائد توان کو شبکہ میں فراہم کرتا ہے (9 A، شبکہ ولٹیج کے ساتھ سمیت)۔ ویو فارمز: فوٹو وولٹائیک آؤٹ پٹ کرنٹ، DC باس ولٹیج، انورٹر آؤٹ پٹ ولٹیج، اور شبکہ-متصل کرنٹ۔

تصویر 3(c) مود 3 کو ظاہر کرتی ہے: فوٹو وولٹائیک حصہ کی حد تک پہنچ گیا ہے (کوئی آؤٹ پٹ نہیں، بوسٹ غیر فعال ہے)۔ توان ذخیرہ حصہ نظام کو توان فراہم کرتا ہے؛ بک-بوسٹ بوسٹ مود میں کام کرتا ہے (DC باس = 480 Vdc)۔ انورٹر مستقل انورشن (220 Vac برائے 3 kW بوجھ) کا استعمال کرتا ہے۔ ویو فارمز: بیٹری ڈسچارجن کرنٹ، DC باس ولٹیج، اور انورٹر آؤٹ پٹ ولٹیج۔ تصویر 3(d) مود 4 کو ظاہر کرتی ہے: فوٹو وولٹائیک اور توان ذخیرہ دونوں کی حد تک پہنچ گئے ہیں (کوئی آؤٹ پٹ نہیں)۔ شبکہ بوجھ (3 kW) کو توان فراہم کرتا ہے اور بیٹری کو چارجن کرتا ہے؛ انورٹر شبکہ-متصل ریکٹیفیکیشن (DC باس = 480 Vdc) کا استعمال کرتا ہے۔

3. نتیجہ (سٹریٹ لائٹ کی نگرانی)

موجودہ شہری سٹریٹ لائٹ کی نگرانی میں کمزوریاں ہیں۔ بہتری کے لیے چار شعبوں پر توجہ مرکوز کریں:

• کافی نگرانی کے بجٹ کے لیے فنڈنگ کو وسعت دیں۔

• اعلیٰ معلوماتی کوششوں کو مضبوط کریں تاکہ مسائل کو وقت پر حل کیا جا سکے۔

• ہری روشنی کو ترویج دیں تاکہ لاگت کو کم کیا جا سکے اور کارکردگی کو بڑھایا جا سکے۔

• متناسب آپریشن کے لیے معیاری مینجمنٹ نظام قائم کریں۔

ان کदموں کے ذریعے سٹریٹ لائٹ کی نگرانی کی کارکردگی کو بہتر بنایا جا سکے گا، سمارٹ شہر کے آپریشنز اور ہری ترقی کی حمایت کرتا ہے۔