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सौर पैनल सीधे एसी (AC) ऊर्जा उत्पन्न नहीं करते। एक अर्धचालक पीएन जंक्शन फोटॉन की ऊर्जा को इलेक्ट्रॉन और होल में विभाजित करता है। सेल द्वारा उत्पन्न डीसी धारा को श्रृंखला और समानांतर में संयोजित किया जाता है, और एमपीपीटी (अधिकतम शक्ति बिंदु ट्रैकिंग) और एक पावर कंडीशनर इसे उपयोग योग्य बिजली में परिवर्तित करते हैं। कुछ छत पर लगे पैनलों से लेकर एक विशाल सौर संयंत्र, बैटरी और बिजली बाजार तक, सभी को एक प्रणाली के रूप में पढ़ने से उत्पादन ग्राफ को ग्रिड संचालन से जोड़ा जा सकता है।
उपयोगिता-स्तरीय पीवी उदाहरणछवि: Photovoltaic ट्रैवर्स सोलर फार्म में पैनल (Kkiefuik, CC BY 4.0), विकिमीडिया कॉमन्स। यह एक लेआउट फ़ोटोग्राफ़ है, इस लेख में आउटपुट या दक्षता संख्याओं का प्रत्यक्ष माप नहीं है।
0. 30-सेकंड संस्करण
- एक सौर सेल का आउटपुट वोल्टेज V और करंट I के गुणनफल P=VI द्वारा निर्धारित किया जाता है। अधिक विकिरण मुख्य रूप से धारा को बढ़ाता है; उच्च तापमान वोल्टेज को कम करता है।
- इनपुट-वोल्टेज वक्र में एक अधिकतम शक्ति बिंदु (एमपीपी) होता है, और एमपीपीटी डीसी-डीसी कनवर्टर के परिचालन बिंदु को उस बिंदु तक ट्रैक करता है। छायांकन से कई स्थानीय शिखर बन सकते हैं।
- इन्वर्टर डीसी को एसी में परिवर्तित करता है और पावर फैक्टर, प्रतिक्रियाशील शक्ति, हार्मोनिक्स और एंटी-आइलैंडिंग डिटेक्शन को नियंत्रित करता है। बैटरी के साथ, दोपहर के समय की अतिरिक्त ऊर्जा को शाम के समय स्थानांतरित किया जा सकता है।
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रूफटॉप, एग्रीवोल्टेइक, फ्लोटिंग और ऑफशोर इंस्टॉलेशन को स्थान के आधार पर अलग-अलग तापमान, परावर्तन, रखरखाव, ग्रिड क्षमता और पर्यावरणीय चुनौतियों का सामना करना पड़ता है।
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पेरोव्स्काइट, टैन्डम सेल, रीसाइक्लिंग और ग्रिड-फॉर्मिंग इन्वर्टर सभी अनुसंधान के अधीन हैं, लेकिन जीवनकाल, एनकैप्सुलेशन, लीड प्रबंधन, बैंक योग्यता और रखरखाव के संदर्भ में मूल्यांकन की आवश्यकता है।
1. pn जंक्शन प्रकाश को धारा में परिवर्तित करता है
चित्र 1 — दो PV प्रणालियों की तुलना करने से पहले अलग-अलग सेल रूपांतरण, तापमान, छायांकन, वायरिंग, पावर कंडीशनिंग और कटौती हानियों को दर्शाता है।
यदि किसी सौर सेल पर पड़ने वाले फोटॉन की ऊर्जा E_{ph}=hc/\lambda अर्धचालक के बैंडगैप E_g से अधिक हो जाती है, तो एक इलेक्ट्रॉन-होल युग्म उत्पन्न होता है। pn जंक्शन के रिक्तीकरण क्षेत्र में विद्युत क्षेत्र दोनों को विपरीत दिशाओं में अलग करता है, जिससे बाहरी परिपथ में धारा प्रवाहित होती है। एक आदर्श सेल धारा को इस प्रकार लिखा जा सकता है:
जहाँ I_{ph} है फोटोकरंट, डार्क करंट, एलिमेंट्री चार्ज, आइडियलिटी फैक्टर और एब्सोल्यूट तापमान। ओपन-सर्किट वोल्टेज के पास करंट तेजी से घटता है; शॉर्ट-सर्किट करंट के पास वोल्टेज लगभग शून्य होता है। इस वक्र का मोड़ MPP कहलाता है।
सेलों को सीरीज में जोड़ने से वोल्टेज बढ़ता है; पैरेलल में जोड़ने से करंट बढ़ता है। पैनल के बाईपास डायोड हॉटस्पॉट से बचाते हैं, जहां आंशिक छाया पड़ने से सेलों की पूरी स्ट्रिंग रिवर्स-बायस हो जाती है और गर्मी उत्पन्न होती है। छाया, धूल, बर्फ और समय के साथ बदलाव प्रत्येक स्ट्रिंग के I-V वक्र को बदल देते हैं, इसलिए जनरेशन मॉनिटरिंग वोल्टेज, करंट और तापमान को एक साथ रिकॉर्ड करती है।
2. MPPT: अधिकतम पावर पॉइंट को ट्रैक करना
पावर की अधिकतम स्थिति यह है:
अधिकतम पावर पॉइंट
प्रतिनिधि एमपीपीटी विधियों में पर्टर्ब एंड ऑब्ज़र्व (हिल-क्लाइम्बिंग) शामिल है, जो ऑपरेटिंग वोल्टेज को थोड़ा सा समायोजित करता है और बिजली की प्रतिक्रिया देखता है, और इंक्रीमेंटल कंडक्टेंस, जो dI/dV=-I/V को संतुष्ट करने के लिए नियंत्रण करता है। जब विकिरण में अचानक परिवर्तन होता है, तो ये विधियाँ गलती से पिछली वृद्धि या कमी का अनुसरण कर सकती हैं, यही कारण है कि अनुसंधान में मौसम सेंसर, मल्टीपल स्ट्रिंग्स और प्रेडिक्टिव कंट्रोल को संयोजित किया जाता है।
3. पावर कंडीशनर और ग्रिड इंटरकनेक्शन
पीवी का डीसी आउटपुट बूस्ट कनवर्टर, डीसी-लिंक कैपेसिटर और एच-ब्रिज या थ्री-फेज इन्वर्टर के माध्यम से एसी में परिवर्तित होता है। ग्रिड-फॉलोइंग कंट्रोल, जो पीएलएल के माध्यम से ग्रिड फेज को ट्रैक करता है और करंट को साइन वेव में आकार देता है, सामान्य दृष्टिकोण है। चूंकि ग्रिड आउटेज के दौरान रूफटॉप पीवी द्वारा बिजली की आपूर्ति जारी रखना श्रमिकों के लिए खतरनाक है, इसलिए एंटी-आइलैंडिंग डिटेक्शन और डिस्कनेक्शन आवश्यक हैं।
उच्च नवीकरणीय हिस्सेदारी वाले कमजोर ग्रिडों पर, ग्रिड-फॉर्मिंग कंट्रोल - जहां इन्वर्टर केवल ग्रिड वोल्टेज को ट्रैक करने के बजाय वोल्टेज स्रोत के रूप में कार्य करता है - उपयुक्त है। ध्यान आकर्षित करते हुए। वर्चुअल सिंक्रोनस मशीनें, वर्चुअल ऑसिलेटर और ड्रूप कंट्रोल इसे आवृत्ति विचलन और वोल्टेज उतार-चढ़ाव पर तेजी से प्रतिक्रिया करने में सक्षम बनाते हैं। यह सौर सेल के सेमीकंडक्टर को बदलने के बारे में नहीं है - यह पावर कन्वर्टर के नियंत्रण और सुरक्षा को समग्र रूप से ग्रिड के अनुरूप बनाने के बारे में है।
4. विकिरण, तापमान और स्थापना कोण
समतल पर विकिरण G [W/m²], मॉड्यूल क्षेत्रफल A और रूपांतरण दक्षता \eta के साथ, तात्कालिक आउटपुट का अनुमान इस प्रकार लगाया जा सकता है:
दक्षता \eta तापमान गुणांक के साथ घटती है। छत सामग्री से दूरी, पीछे की ओर वेंटिलेशन, माउंटिंग संरचना, दिगंश, झुकाव कोण और परावर्तित प्रकाश, ये सभी वार्षिक उत्पादन को प्रभावित करते हैं। द्वि-चेहरे वाले मॉड्यूल जमीन के परावर्तन (एल्बेडो) का लाभ उठाते हैं, इसलिए स्थापना सतह की स्थिति भी - सफेद बजरी, बर्फ, कृषि भूमि - इन सभी को डिज़ाइन में शामिल करना आवश्यक है।
कृषि-वोल्टेइक संयंत्रों को फसलों तक पहुँचने वाले प्रकाश को अत्यधिक कम होने से बचाना चाहिए, पैनलों की छाया को फैलाना चाहिए और कृषि मशीनरी की कार्य ऊँचाई के लिए पर्याप्त जगह रखनी चाहिए। तैरते हुए संयंत्रों के लिए जल सतह के शीतलन प्रभाव, लंगर डालने की क्षमता, लहरों, केबलिंग और शैवाल तथा जल गुणवत्ता पर पड़ने वाले प्रभाव का मूल्यांकन करना आवश्यक है। केवल उत्पादन को अधिकतम करने से फसल की पैदावार और रखरखाव क्षमता के साथ होने वाले नुकसानों को नज़रअंदाज़ किया जा सकता है।
5. बैटरियाँ और पूर्वानुमान
सौर ऊर्जा अधिशेष शाम को या बादल छाए रहने के दौरान बैटरी को चार्ज करता है। बैटरी की ऊर्जा स्थिति E को पावर कमांड P_b और राउंड-ट्रिप दक्षता \eta_{rt} का उपयोग करके अपडेट किया जा सकता है।
जहाँ P_{ch} और P_{dis} चार्ज और डिस्चार्ज पावर हैं, और \eta_c,\eta_d उनकी संबंधित दक्षताएँ हैं। SOC ऊपरी/निचली सीमाएं, तापमान, क्षरण और अंतर्संबंध क्षमता, ये सभी बाधाओं के रूप में काम करते हैं। कुछ मिनट पहले बादल की छाया का पूर्वानुमान लगाकर आप बैटरी को उपलब्ध रखने या कटौती स्वीकार करने के बीच चुनाव कर सकते हैं।
6. वर्तमान प्रौद्योगिकी और अनुसंधान
आज एक सामान्य पीवी प्रणाली में क्रिस्टलीय सिलिकॉन सेल, एक स्ट्रिंग या माइक्रो-इनवर्टर, एक मॉनिटरिंग गेटवे, सर्किट ब्रेकर, ग्राउंडिंग/बिजली से सुरक्षा और, जहां लागू हो, एक बैटरी शामिल होती है। प्रदर्शन तुलना करते समय रेटेड दक्षता से आगे बढ़कर आंशिक-लोड दक्षता, रात्रिकालीन स्टैंडबाय पावर, एमपीपीटी वोल्टेज रेंज, आर्क-फॉल्ट डिटेक्शन, रिमोट फर्मवेयर अपडेट, प्रतिस्थापन पुर्जे और नमक-वायु/बर्फ-लोड रेटिंग पर भी विचार करना चाहिए।
अनुसंधान सिलिकॉन के ऊपर अलग-अलग बैंडगैप वाले पेरोव्स्काइट को स्टैक करने वाले टैंडम सेल, घुमावदार सतहों पर लगाए जा सकने वाले हल्के पतले फिल्म, दीर्घकालिक एनकैप्सुलेशन, सीसा पुनर्प्राप्ति और पुनर्चक्रण, ग्रिड-फॉर्मिंग इनवर्टर और पीवी को बैटरी, हाइड्रोजन और मांग प्रतिक्रिया के साथ जोड़ने वाले संचालन पर केंद्रित है। यहां तक कि जहां प्रयोगशाला रूपांतरण दक्षता उच्च है, वहां भी बड़े मॉड्यूल की एकरूपता, यूवी/आर्द्रता/थर्मल साइक्लिंग, 25 वर्ष से अधिक की वारंटी और जीवनकाल समाप्त होने पर रिकवरी, व्यावसायीकरण में बाधाएँ बनी हुई हैं।
7. निगरानी, रखरखाव और सुरक्षा
उत्पादन में गिरावट का पता लगाने के लिए मौसम-सामान्यीकृत अपेक्षित मानों की तुलना वास्तविक मापों से करें। स्ट्रिंग-करंट आउटलायर्स, पैनल तापमान अंतर, इन्वर्टर इन्सुलेशन प्रतिरोध, आर्क-फॉल्ट डिटेक्शन, जंक्शन-बॉक्स फ्यूज और केबल कनेक्टर की जाँच करें। ड्रोन इन्फ्रारेड इमेजिंग हॉटस्पॉट का पता लगा सकती है, लेकिन परावर्तन, हवा और माप कोण इसे प्रभावित करते हैं, इसलिए विसंगति निर्धारण की विद्युत माप से पुष्टि की जानी चाहिए।
डीसी आर्क ब्रेकर खुलने के बाद भी बना रह सकता है। श्रमिकों को यह मान लेना चाहिए कि जब तक पैनल को सूर्य का प्रकाश मिल रहा है, तब तक जनरेशन वोल्टेज मौजूद है, और संबंधित विद्युत सुरक्षा नियमों और निर्माता प्रक्रियाओं का पालन करना चाहिए। जब बैटरी सह-स्थित हों, तो आग बुझाने, अलगाव, पुनः प्रज्वलन और अग्निशमन एवं उपयोगिता कंपनियों के साथ समन्वय सहित अग्नि प्रतिक्रिया को योजना में शामिल किया जाना चाहिए।
8. निष्कर्ष
सौर ऊर्जा एक सतत प्रणाली है जो सेल फोटोकनवर्जन, एमपीपीटी, डीसी-डीसी रूपांतरण, इन्वर्टर, ट्रांसफार्मर, निगरानी, भंडारण और ग्रिड सुरक्षा। वार्षिक उत्पादन की तुलना करते समय, विकिरण, तापमान, छाया, धूल, क्षरण, रूपांतरण हानि और कटौती को समान परिस्थितियों में संरेखित करें। पेरोवस्काइट या ग्रिड-फॉर्मिंग इन्वर्टर के बारे में पढ़ते समय, प्रदर्शन पैमाने, स्थायित्व, रखरखाव, पुनर्चक्रण और संपूर्ण जीवनचक्र में सुरक्षा पर भी विचार करें।
क्या 1 किलोवाट सौर रेटिंग का अर्थ प्रतिदिन 24 किलोवाट-घंटे है?
यह रेटिंग निर्दिष्ट परिस्थितियों में लागू होती है; पैनल रात में ऊर्जा उत्पन्न नहीं करते हैं। ऊर्जा विकिरण, तापमान और समय के साथ होने वाली हानियों पर निर्भर करती है।
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