ہائبرڈ ونڈ-سورج کی طاقت کا نظام میں بہتری: آف گرڈ اپلیکیشنز کے لئے ایک جامع ڈیزائن حل
- مقدمہ اور پس منظر
1.1 انفرادی توان تولید نظام کے چیلنجز
تدریجی طور پر الگ ہوئے فوٹو وولٹک (PV) یا ہوا کی توان تولید نظام میں ذاتی کمزوریاں ہوتی ہیں۔ PV توان تولید دن رات کے دوران اور موسمی شرائط کے تحت متاثر ہوتی ہے، جبکہ ہوا کی توان تولید ناپایدار ہوا کے ذخائر پر منحصر ہوتی ہے، جس سے توان خروج میں قابل ذکر ڈھلان پیدا ہوتا ہے۔ مستقل توان فراہمی کی ضمانت کے لیے، بڑے کیپیسٹی کے بیٹری بینک کی ضرورت ہوتی ہے تاکہ توان کو ذخیرہ کیا جا سکے اور توازن برقرار رکھا جا سکے۔ لیکن، زبردست کارآمدی کے دوران بیٹریاں کئی بار چارج-ڈسچارج کے دوران کئی عرصے تک ناقص چارج کی حالت میں رہ سکتی ہیں، جس کے نتیجے میں عملی خدمات کا وقت نظریہ کے مقدار سے کم ہو جاتا ہے۔ مزید برآں، بیٹریوں کی زیادہ قیمت کی وجہ سے ان کی کل جیول سائیکل کی قیمت PV ماڈیول یا ہوا کے ٹربین کی خود کی قیمت کے قریب یا اس سے زیادہ ہو سکتی ہے۔ اس لیے، بیٹری کی عمر کو مسلسل کرنے اور نظام کی قیمت کو کم کرنے کو ایک الگ تولید نظام کی بهتری کے مرکزی چیلنجز بنانے کی ضرورت ہے۔
1.2 ہائبرڈ ہوا-سورجی توان تولید کے معروف فوائد
ہائبرڈ ہوا-سورجی توان تولید کی ٹیکنالوجی کامیابی سے ایک ہی ذخیرہ کی عدم استحکام کو دو تجدید کیلے توان کی ذخائر، PV اور ہوا کی توان کو متحد کرتے ہوئے فتح کرتی ہے۔ ہوا اور سورجی توان کے درمیان وقت (روز/رات، موسم) کے اعتبار سے طبیعی تکمیلیت موجود ہوتی ہے: روز کے دوران مضبوط سورجی روشنی عام طور پر رات کے دوران زیادہ مضبوط ہوا کے ساتھ ملتی ہے؛ گرمیوں میں اچھی سورجی تابش کے ساتھ سردیوں میں زیادہ ہوا کی توان ملتی ہے۔ یہ تکمیلیت:
- بیٹریوں کے کارآمد چارجنگ وقت کو مسلسل کرتی ہے، ان کو ناقص چارج کی حالت میں رہنے کا وقت کم کرتی ہے، جس سے بیٹری کی خدمات کا وقت کافی طویل ہو جاتا ہے۔
- ضروری بیٹری کیپیسٹی کو کم کرتی ہے۔ کیونکہ ہوا اور سورجی توان دونوں کے آنے کا امکان ایک ساتھ کم ہوتا ہے، نظام عام طور پر براہ راست لاڈ کو توان فراہم کر سکتا ہے، جس کے نتیجے میں چھوٹی کیپیسٹی کی بیٹری کی ضرورت ہوتی ہے۔
- ملکی اور بین الاقوامی مطالعے کی تصدیق ہے کہ ہائبرڈ ہوا-سورجی نظام صرف ایک ذخیرہ کے توان تولید نظام کے مقابلے میں توان فراہمی کی موثوقیت اور جیول سائیکل کی قیمت کے اعتبار سے بہتر ہیں۔
1.3 موجودہ ڈیزائن طریقوں کی کمزوریاں اور پیش کی گئی حل کا مقصد
موجودہ نظام ڈیزائن کے سامنے چیلنجز موجود ہیں۔ غیر ملکی پیشہ ورانہ سیمولیشن سافٹ ویئر مہنگا ہوتا ہے، اور اس کے کور مودل عام طور پر رازدار ہوتے ہیں، جس کی وجہ سے وسیع قبولیت کی راہ میں رکاوٹ پیدا ہوتی ہے۔ اس کے علاوہ، زیادہ تر مختصر ڈیزائن طریقے کافی نہیں ہوتے یا تو وہ میٹیورولوجیکل اوسط پر زیادہ متکی ہوتے ہیں جو تفصیلات کو نظر انداز کرتے ہیں، یا وہ لکیری مختصر مودل استعمال کرتے ہیں جس کی وجہ سے صحت کی حد محدود ہو جاتی ہے اور کم استعمال ہوتا ہے۔
یہ حل بالکل صحیح اور مفید کمپیوٹر کی مدد سے ڈیزائن کی طریقوں کا ایک مجموعہ پیش کرنے کا مقصد رکھتا ہے تاکہ اوپر کے مسائل کو حل کیا جا سکے۔
II. نظام کی ترتیب اور کور ٹیکنیکل مودل
2.1 نظام کی معماری
اس حل میں ڈیزائن کیا گیا ہائبرڈ ہوا-سورجی توان تولید نظام کامیابی سے الگ ایک مکمل آفس گرڈ نظام ہے، جس میں ڈیزل جنریٹرز کی طرح کسی بھی بیک اپ توان کی ضرورت نہیں ہوتی ہے۔ کور کمپوننٹس شامل ہیں:
- توان تولید یونٹ: ہوا کے ٹربین جنریٹرز، PV آرے۔
- توان کا ذخیرہ اور مینجمنٹ یونٹ: بیٹری بینک، چارج کنٹرولر (چارجنگ اور ڈسچارجنگ کی مینجمنٹ کے لیے)۔
- حفاظت اور تبدیلی یونٹ: ڈیورژن لوڈ (بیٹری کو اوورچارج سے بچاتا ہے، انورٹر کی حفاظت)، انورٹر (DC کو AC میں تبدیل کرتا ہے تاکہ زیادہ تر لاڈ کی ضرورت کو پورا کر سکے)۔
- توان کا استعمال یونٹ: لاڈ۔
2.2 صحیح توان تولید کی کلکولیشن مودل
بہترین ڈیزائن کو حاصل کرنے کے لیے، ہم نے صحیح گھنٹہ وار توان تولید کی کلکولیشن مودل قائم کیے ہیں۔
- PV آرے مودل:
- سورجی تابش کی ترانسفار: ایک متعارف کرایا گیا انسوٹروپک اسکائی ڈیفیوز مودل کو استعمال کرتا ہے تاکہ ویادریشنل سٹیشن کے ذریعے میسر کردہ افقی سورجی تابش کو PV ماڈیول کی مائل سطح پر داخل ہونے والی تابش کو صحیح طور پر ترانسفر کیا جا سکے، مستقیم بیم تابش، اسکائی ڈیفیوز تابش، اور زمین کی ریفلیکٹڈ تابش کو مکمل طور پر در نظر کرتا ہے۔
- ماڈیول کی خصوصیات کی سیمیولیشن: ایک صحیح فزیکل مودل کو استعمال کرتا ہے تاکہ PV ماڈیول کی غیر لکیری آؤٹ پٹ خصوصیات کو متعارف کرایا جا سکے، مکمل طور پر تابش اور ماحولی درجہ حرارت کے آؤٹ پٹ ولٹیج اور کرنٹ پر اثرات کو در نظر کرتا ہے، توان تولید کی کلکولیشن کی صحیحیت کو یقینی بناتا ہے۔
- ہوا کے ٹربین مودل:
- ہوا کی رفتار کی تصحیح: میٹیوروولوجیکل ڈیٹا سے مرجعی اونچائی کی ہوا کی رفتار کو اعلیٰ اونچائی کی ہوا کی رفتار میں تبدیل کرتا ہے جو اونچائی کے ساتھ ہوا کی رفتار کی تبدیلی کے لیے ایکسپوننشل قانون کی بنیاد پر ہوتی ہے۔
- پاور کرو کی فٹنگ: سیگمنٹڈ فنکشن (مختلف ہوا کی رفتار کے بازہ کے لیے مختلف بائنومیئل ایکواشن) کو استعمال کرتا ہے تاکہ ٹربین کی حقیقی پاور آؤٹ پٹ کرو کو عالی صحت سے فٹ کیا جا سکے، ہوا کی رفتار کے ڈیٹا کے بنیاد پر گھنٹہ وار توان کی کلکولیشن کو ممکن بناتا ہے۔
2.3 بیٹری کا ڈینامک خصوصیات مودل
بیٹری کا توان کا ذخیرہ کرنے کا کور کمپوننٹ ہے، جس کی حالت ڈینامک طور پر تبدیل ہوتی ہے۔ مودل کا اہم توجہ کیا جاتا ہے:
- چارج کی حالت (SOC) کی کلکولیشن: ہر ٹائم اسٹیپ پر توان تولید اور لاڈ کنسام کے درمیان تعلق کے بنیاد پر بیٹری کے چارجنگ اور ڈسچارجنگ کے عمل کو ڈینامک طور پر سیمیولیشن کرتا ہے، باقی رہنے والی کیپیسٹی کو صحیح طور پر کلکول کرتا ہے، ساتھ ہی خود ڈسچارج کی رفتار، چارجنگ کارآمدی، اور انورٹر کارآمدی جیسے عملی عوامل کو در نظر کرتا ہے۔
- چارجنگ-ڈسچارجنگ کی مینجمنٹ: بیٹری کی عمر کو مسلسل کرنے کے لیے، ایک معقول SOC کی کارکردگی کا رینج تفویض کیا جاتا ہے (مثال کے طور پر ڈسچارج کی مکمل گہرائی کو 50% تک محدود کرنا)، اور SOC اور ماحولی درجہ حرارت کے درمیان فلوٹ چارجنگ ولٹیج کا مودل قائم کیا جاتا ہے تاکہ چارجنگ کی شرائط کو صحیح طور پر یقینی بنایا جا سکے۔
III. نظام کی بہتری اور سائز کی طریقہ کار
3.1 توان فراہمی کی موثوقیت کے اشارے
ڈیزائن کا مرکزی مقصد یوزر کی مخصوص توان فراہمی کی موثوقیت کی ضرورت کو پورا کرنا ہے۔ کلیدی اشارے شامل ہیں:
- توان فراہمی کی کمی کی احتمال (LPSP): نظام کی آؤٹیج کے وقت کا کل ایوالیشن کے وقت کے تناسب، مسلسل فراہمی کو واضح طور پر ظاہر کرتا ہے۔
- لاڈ کی کمی کی احتمال (LLP): نظام کی طرف سے پورا نہ کی گئی لاڈ کی توان کی تقاضا کا کل تقاضا کے تناسب۔ یہ نظام کی بہتری کے ڈیزائن کے لیے سب سے زیادہ اہم کلیدی اشارہ ہے۔
3.2 کدم بہ کدم بہتری کا ڈیزائن عمل
یہ حل ایک نظامی بہتری کے عمل کو اختیار کرتا ہے، معدات کی ابتدائی سرمایہ کاری کی قیمت کو کم کرنے کا مقصد رکھتا ہے تاکہ بہترین کانفیگریشن کو یقینی بنایا جا سکے۔
- کدم 1: مقررہ ہوا کے ٹربین کی کیپیسٹی کے لیے PV اور بیٹری کی کانفیگریشن کو بہتر بنانا
- کور کا کام: ہوا کے ٹربین کے ماڈیل اور مقدار کو مقرر کرنے کے تحت، پی ایل ایس پی (LPSP) کی مقررہ موثوقیت کی ضرورت کو پورا کرنے والی اور کل معدات کی قیمت کو کم کرنے والی PV ماڈیول اور بیٹری کی کیپیسٹی کی ترکیب کو ڈھونڈنا۔
- آپریشن کا طریقہ:
