একটি নতুন মডিউলার মনিটরিং সমাধান ফোটোভোলটাইক এবং শক্তি সঞ্চয় বিদ্যুৎ উৎপাদন পদ্ধতির জন্য
১. পরিচিতি এবং গবেষণার পটভূমি
১.১ সৌর শিল্পের বর্তমান অবস্থা
পুনরুৎপাদিত শক্তির একটি সবচেয়ে বিস্তৃত উৎস হিসাবে, সৌর শক্তির উন্নয়ন এবং ব্যবহার বিশ্বজুড়ে শক্তি পরিবর্তনের কেন্দ্রবিন্দুতে পরিণত হয়েছে। গত কয়েক বছরে, বিশ্বব্যাপী নীতিমালার প্ররোচনায়, ফটোভোলটাইক (PV) শিল্প দ্রুত বৃদ্ধি পেয়েছে। পরিসংখ্যান দেখায় যে, "১২তম পঞ্চবার্ষিক পরিকল্পনা" সময়কালে চীনের PV শিল্প ১৬৮ গুণ বৃদ্ধি পেয়েছে। ২০১৫ সালের শেষের দিকে, ইনস্টলড PV ক্ষমতা ৪০,০০০ MW ছাড়িয়ে গিয়েছে, তিন বছর ধরে বিশ্বের শীর্ষস্থান অধিকার করে রেখেছে, ভবিষ্যতে এই বৃদ্ধি অব্যাহত থাকার আশা করা হচ্ছে।
১.২ বিদ্যমান সমস্যা এবং প্রযুক্তিগত চ্যালেঞ্জ
দ্রুত বিকাশ সত্ত্বেও, ঐতিহ্যগত PV শক্তি সঞ্চয় ব্যবস্থাগুলি বাস্তব প্রয়োগে অনেক প্রযুক্তিগত বাধা প্রতিমুখী হয়:
- PV অ্যারে সমস্যা: লোড ভোল্টেজ এবং শক্তির প্রয়োজন মেটাতে, সাধারণত অনেক সংখ্যক একক PV কোষ সিরিজ এবং প্যারালালে সংযুক্ত হয়। এই স্ট্রাকচার আংশিক ছায়ায় সংবেদনশীল, যা "মিসম্যাচ" লস এবং হট-স্পট প্রভাব তৈরি করে, যা ব্যবস্থার শক্তি উৎপাদন দক্ষতা এবং নিরাপত্তা বিশেষভাবে কমিয়ে দেয়।
- শক্তি সঞ্চয় ব্যাটারি প্যাক সমস্যা: ব্যাটারি প্যাকগুলি, সিরিজ-প্যারালাল কনফিগারেশন ব্যবহার করে, অন্তর্নিহিতভাবে ব্যালেন্সিং সমস্যার সম্মুখীন হয়। ব্যাটারির অনুসঙ্গতি স্কেল বৃদ্ধির সাথে খারাপ হয়, যা শুধুমাত্র ব্যবস্থার জটিলতা বাড়ায় না, বরং ক্ষমতা হ্রাস এবং জীবনকাল কমিয়ে দেয়, বড় স্কেলে প্রয়োগ বাধা দেয়।
- বিদ্যমান প্রযুক্তির অপর্যাপ্ততা: যদিও কিছু গবেষক পাসিভ ইকুয়ালাইজেশন ব্যবস্থাপনা প্রযুক্তি প্রস্তাব করেছেন, এই পদ্ধতিগুলি শুধুমাত্র ব্যালেন্সিং সমস্যাকে স্থানান্তর করে, বিন্যাসের সাথে ডাউনস্ট্রিম সার্কিটের প্রভাবকে পূর্ণাঙ্গভাবে বিবেচনা করে না। তারা প্রধান উপাদানগুলি, যেমন PV কোষ, নির্বাচনের জন্য বৈজ্ঞানিক দিকনির্দেশও অভাব করে।
II. সম্পূর্ণ ব্যবস্থাপার্শ্রয়ী সমাধান এবং টপোলজি
এই সমাধানের মূল উদ্দেশ্য হল একটি নতুন, মডিউলার এবং স্কেলযোগ্য শক্তি ব্যবস্থার টপোলজি নির্মাণ করা।
২.১ স্তরগত ব্যবস্থাপার্শ্রয়ী গঠন
ব্যবস্থাটি প্রাথমিক ইউনিট থেকে উপরের দিকে তিনটি স্তরে গঠিত:
- মডিউল (প্রাথমিক ইউনিট):
- গঠন: একটি একক PV কোষ, একটি একক সঞ্চয় ব্যাটারি (ম্যাচিং ভোল্টেজ এবং ক্ষমতা), ৪টি শক্তি সুইচ, এবং একটি স্বাধীন কন্ট্রোলার।
- অপারেশন: সবচেয়ে ছোট স্বাধীন ইউনিট হিসাবে, কন্ট্রোলার চারটি সুইচ পরিচালনা করে যাতে PV কোষ এবং ব্যাটারির স্বাধীন সংযোগ/বিচ্ছিন্নতা সম্ভব হয়, যা পাঁচটি অপারেশনাল মোডে সুবিধাজনক স্বিচ করা যায়।
- সিরিজ স্ট্রিং:
- গঠন: উপরের মডিউলগুলির কিছু সিরিজে সংযুক্ত করে গঠিত।
- অপারেশন: স্ট্রিং এর মোট আউটপুট ভোল্টেজ বাড়ানো হয় যাতে ডাউনস্ট্রিম DC/DC বুস্ট কনভার্টারের ইনপুট ভোল্টেজ পরিসীমার সাথে মিলে যায়।
- ব্যবস্থা:
- গঠন: বেশ কিছু সিরিজ স্ট্রিং প্যারালালে সংযুক্ত করে এবং একটি DC/DC কনভার্টার দিয়ে একটি সাধারণ DC বাসে একত্রিত করে গঠিত।
- অপারেশন: DC বাস সরাসরি DC লোডগুলিকে শক্তি সরবরাহ করতে পারে বা, একটি DC/AC ইনভার্টার দিয়ে, AC লোডগুলিকে শক্তি সরবরাহ করতে পারে।
২.২ মূল সুবিধা
এই টপোলজি, একক কোষ স্তরের স্বাধীন নিয়ন্ত্রণ দ্বারা, ঐতিহ্যগত সিরিজ স্ট্রাকচারের অন্তর্নিহিত ছায়া প্রভাব এবং ব্যাটারি ব্যালেন্সিং সমস্যাগুলি পদার্থিক স্তরে মৌলিকভাবে অপসারণ করে। যথাযথ উপাদান নির্বাচনের মাধ্যমে, ব্যবস্থাটি PV কোষগুলিকে তাদের ম্যাক্সিমাম পাওয়ার পয়েন্ট (MPP) এর কাছাকাছি স্থায়ীভাবে পরিচালনা করে, যার ফলে অতিরিক্ত MPPT সার্কিট এবং জটিল ব্যাটারি ব্যবস্থাপনা সিস্টেম (BMS) এর প্রয়োজন হয় না।
III. স্তরগত পর্যবেক্ষণ কৌশল
এই সমাধানটি স্থানীয় থেকে বৈশ্বিক স্তরে পরিষ্কার পর্যবেক্ষণ অর্জনের জন্য একটি স্তরগত নিয়ন্ত্রণ কৌশল গ্রহণ করে।
৩.১ মডিউল-স্তরের পর্যবেক্ষণ কৌশল (স্বাধীন নিয়ন্ত্রণ)
প্রতিটি মডিউল নিজের অবস্থা (PV আউটপুট ভোল্টেজ, ব্যাটারি ভোল্টেজ) অনুযায়ী নিম্নলিখিত ৫টি অপারেশনাল মোডের মধ্যে স্বাধীনভাবে স্বিচ করে:
|
অপারেশনাল মোড |
সুইচ অবস্থা (S1/S2/S3/S4) |
অপারেশনাল বর্ণনা |
টাইপিকাল সুইচিং শর্ত (উদাহরণস্বরূপ, ৩.৭V Li-আয়নের জন্য) |
|
মোড ১: যৌথ সরবরাহ |
ON/ON/ON/OFF |
PV এবং ব্যাটারি উভয়ই লোডকে শক্তি সরবরাহ করে। |
স্বাভাবিক U_BAT (৩.০V~৪.২V) AND যথেষ্ট আলো U_pv(oc) > U_BAT + ০.২V |
|
মোড ২: শুধুমাত্র PV সরবরাহ |
OFF/ON/ON/OFF |
ব্যাটারি বিচ্ছিন্ন, শুধুমাত্র PV শক্তি সরবরাহ করে। |
স্বাভাবিক U_BAT BUT মধ্যম আলো U_pv(oc) ≤ U_BAT + ০.২V |
|
মোড ৩: শুধুমাত্র ব্যাটারি সরবরাহ |
ON/OFF/ON/OFF |
PV বিচ্ছিন্ন, শুধুমাত্র ব্যাটারি শক্তি সরবরাহ করে। |
স্বাভাবিক U_BAT BUT কোন আলো/রাত |
|
মোড ৪: স্ট্যান্ডবাই/PV চার্জ না করা |
OFF/OFF/OFF/ON |
উভয়ই বিচ্ছিন্ন, সিস্টেম বাইপাস, PV চার্জ না করা। |
ব্যাটারি পূর্ণ (U_BAT ≥ ৪.২V) AND ইনপুট ভোল্টেজ U_in < ১৬V |
|
মোড ৫: PV চার্জিং |
ON/ON/OFF/ON |
উভয়ই বিচ্ছিন্ন, PV ব্যাটারিকে চার্জ করে। |
ব্যাটারি অনুপযুক্ত ভোল্টেজ (U_BAT < ৩.০V) AND আলো উপলব্ধ U_pv(oc) > U_BAT + ০.২V |
৩.২ স্ট্রিং-স্তরের পর্যবেক্ষণ কৌশল (ভোল্টেজ সমন্বয় নিয়ন্ত্রণ)
স্ট্রিং-স্তরের পর্যবেক্ষণ DC/DC কনভার্টারের ইনপুট ভোল্টেজ (U_in) কে মূল প্যারামিটার হিসাবে ব্যবহার করে, সংযোগ/বিচ্ছিন্নতার মাধ্যমে ভোল্টেজ স্থিতিশীল করে।
- নিয়ন্ত্রণ লক্ষ্য: নিশ্চিত করা যে U_in DC/DC সার্কিটের অনুমোদিত পরিচালনা পরিসীমার মধ্যে থাকে (উদাহরণস্বরূপ, ১২V ~ ২২V)।
- থ্রেশহোল্ড নিয়ন্ত্রণ যুক্তি (উদাহরণস্বরূপ, ২৪V সিস্টেমের জন্য):
- কম ভোল্টেজ থ্রেশহোল্ড (১৬V): যদি U_in < ১৬V, তাহলে পর্যবেক্ষণ ব্যবস্থা স্ট্রিং মধ্যে স্ট্যান্ডবাই মোডে থাকা কিন্তু স্বাভাবিক ব্যাটারি চার্জ সহ মডিউলগুলি স্বয়ংক্রিয়ভাবে খুঁজে বের করে এবং তাদের সংযুক্ত হতে নির্দেশ দেয়, যাতে কম ইনপুট ভোল্টেজের কারণে DC/DC বন্ধ না হয়।
- উচ্চ ভোল্টেজ থ্রেশহোল্ড (২০V): যদি U_in > ২০V, তাহলে নতুন মডিউলগুলির সংযোগ সীমিত করা হয় যাতে U_in DC/DC এর সর্বোচ্চ ইনপুট ভোল্টেজ ছাড়িয়ে না যায়।
- সুরক্ষা থ্রেশহোল্ড (১২V): যদি U_in < ১২V, তাহলে স্ট্রিং দুর্বল বলে বিবেচিত হয়, এবং বলপূর্বক বিচ্ছিন্ন করা হয়। সব মডিউল স্ট্যান্ডবাই মোডে প্রবেশ করে যতক্ষণ না যথেষ্ট সংখ্যক ব্যাটারি চার্জ পুনরুদ্ধার হয়।
৩.৩ সিস্টেম-স্তরের পর্যবেক্ষণ কৌশল (বৈশ্বিক সুরক্ষা)
সিস্টেম-স্তরের পর্যবেক্ষণ শক্তি সরবরাহের গুণমান নিশ্চিত করার উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করে, যেখানে DC বাস ভোল্টেজ (U_bus) মূল পর্যবেক্ষণ বিন্দু হিসাবে ব্যবহার করা হয়।
- নিয়ন্ত্রণ যুক্তি: DC বাস ভোল্টেজ বাস্তব সময়ে পর্যবেক্ষণ করা হয়। যদি ভোল্টেজ একটি সমাপ্তিক থ্রেশহোল্ড (উদাহরণস্বরূপ, ২৪V সিস্টেমের ৮০% রেটিং, অর্থাৎ ২২V) নিচে পড়ে, তাহলে এটি সিস্টেমের মোট শক্তির অপর্যাপ্ততা নির্দেশ করে। পর্যবেক্ষণ ব্যবস্থা একটি বৈশ্বিক বন্ধ নির্দেশ প্রচার করবে যাতে ইনভার্টার এবং লোড উপকরণ সুরক্ষিত থাকে, এবং AC-পাশের শক্তি গুণমান নিশ্চিত করে।
IV. মূল উপাদান নির্বাচন পদ্ধতি
PV কোষ এবং সঞ্চয় ব্যাটারির মধ্যে মিলানের সমস্যাকে সমাধান করার জন্য, এই সমাধানটি সৌর শক্তি ব্যবহারের দক্ষতা সর্বোচ্চ করার লক্ষ্যে একটি নির্বাচন পদ্ধতি প্রস্তাব করে।
- মূল ধারণা: এই সিস্টেমে, PV কোষের পরিচালনা ভোল্টেজ ব্যাটারি ভোল্টেজ দ্বারা সীমাবদ্ধ হয়, যার ফলে তাদের ভোল্টেজ প্যারামিটারের মিলান গুরুত্বপূর্ণ হয়।
- নির্বাচন মডেল: PV কোষের একটি প্রকৌশল গাণিতিক মডেল (তাপমাত্রা এবং আলোক প্রভাব বিবেচনা করে), সিস্টেম দক্ষতা η ব্যাটারি ভোল্টেজ U_BAT এবং PV কোষের ম্যাক্সিমাম পাওয়ার পয়েন্ট ভোল্টেজ U_mp এর একটি ফাংশন হিসাবে প্রাপ্ত হয়।
- সিদ্ধান্ত: ৩.৭V সঞ্চয় ব্যাটারির জন্য, পরিচালনা ভোল্টেজ ৩.৯V~৪.০V এর আশেপাশে, সিমুলেশন ফলাফল দেখায় যে সিস্টেমের সৌর শক্তি ব্যবহারের দক্ষতা সর্বোচ্চ হয় যখন PV কোষের U_mp প্রায় ৪.২৫V হয়। তাই, বাস্তব নির্বাচনে, PV কোষের U_mp কে ৪.২V ~ ৪.৩V পরিসীমায় নিয়ন্ত্রণ করা উচিত।
V. প্রত্যাশিত ফলাফল
- সাবstantial দক্ষতা উন্নয়ন: মডিউলার স্বাধীন পরিচালনা ঐতিহ্যগত "বাকেট-ব্রিগেড প্রভাব" এবং হট-স্পট সমস্যাগুলি সম্পূর্ণরূপে অপসারণ করে, প্রতিটি ইউনিট দক্ষভাবে পরিচালিত হয়। একই সাথে, PV এবং সঞ্চয়ের মধ্যে সুনিশ্চিত ভোল্টেজ মিলান অতিরিক্ত সার্কিট ছাড়া
