इन्वर्टर फोटोवोल्टिक पैनलों से डीसी बिजली को एसी बिजली में कैसे बदलता है?

दक्षिणी यूरोप में एक सौर इंस्टालर ने एक १०० किलोवाट की छत-ऊपरी फोटोवोल्टिक प्रणाली को कमीशन किया, लेकिन बाद में पता चला कि इन्वर्टर चोटी के सूर्य प्रकाश के घंटों के दौरान आउटपुट को ८२ किलोवाट पर काट रहा था। छोटे आकार के इन्वर्टर के कारण ऐरे की संभावित उत्पादन का लगभग २० प्रतिशत हिस्सा बर्बाद हो रहा था — यह गलती डीसी-से-एसी रूपांतरण प्रक्रिया को समझकर और इन्वर्टर क्षमता को ऐरे की विशेषताओं के साथ सही ढंग से मिलाकर टाली जा सकती थी। इन्वर्टर किसी भी फोटोवोल्टिक स्थापना का बुद्धिमान केंद्र है, और इसकी रूपांतरण प्रौद्योगिकी यह निर्धारित करती है कि पैनलों द्वारा पकड़ी गई सौर ऊर्जा का कितना हिस्सा वास्तव में इमारत की विद्युत प्रणाली या उपयोगिता ग्रिड तक पहुँचता है।

डीसी-से-एसी रूपांतरण प्रक्रिया

अधिकतम शक्ति बिंदु ट्रैकिंग

फोटोवोल्टिक पैनल सौर विकिरण और सेल तापमान के अनुसार लगातार बदलते हुए वोल्टेज और धारा पर डीसी शक्ति उत्पन्न करते हैं। किसी भी दिए गए स्थिति के लिए, एक एकल कार्य बिंदु — अधिकतम शक्ति बिंदु — मौजूद होता है, जहाँ वोल्टेज और धारा का गुणनफल अधिकतम होता है। इन्वर्टर की नियंत्रण प्रणाली में एमपीपीटी (अधिकतम शक्ति बिंदु ट्रैकिंग) एल्गोरिदम समाहित होता है, जो फोटोवोल्टिक सरणी द्वारा देखे गए इनपुट प्रतिबाधा को लगातार समायोजित करके इस आदर्श बिंदु पर कार्य करना सुनिश्चित करता है। पर्टर्ब-एंड-ऑब्ज़र्व (विक्षोभ और अवलोकन) सबसे सामान्य एमपीपीटी एल्गोरिदम है: नियंत्रक कार्य वोल्टेज में एक छोटा सा समायोजन करता है, आउटपुट शक्ति में वृद्धि या कमी को मापता है, और उस दिशा में स्थानांतरित होता है जिसमें सुधार हुआ हो। आधुनिक स्ट्रिंग इन्वर्टर में कई स्वतंत्र एमपीपीटी चैनल शामिल होते हैं, जिनमें से प्रत्येक को फोटोवोल्टिक मॉड्यूल की एक अलग स्ट्रिंग से जोड़ा जाता है — यह वास्तुकल्प एक स्ट्रिंग पर छाया पड़ने के कारण अन्य अछूती स्ट्रिंग्स के प्रदर्शन को उसी ट्रैकिंग चैनल के साथ साझा करने से रोकता है। एमपीपीटी दक्षता — जो उपलब्ध सरणी शक्ति का वह प्रतिशत है जिसे एल्गोरिदम वास्तव में प्राप्त करता है — स्थिर विकिरण स्थितियों के तहत अच्छी तरह से डिज़ाइन किए गए प्रणालियों में आमतौर पर ९९ प्रतिशत से अधिक होती है।

शक्ति स्विचिंग और तरंग रूप उत्पादन

एमपीपीटी चरण द्वारा प्राप्त की गई डीसी शक्ति इन्वर्टर के शक्ति परिवर्तन चरण में प्रवाहित होती है, जहाँ अर्धचालक स्विच — आमतौर पर ६०० से १,२०० वोल्ट के लिए अनुमति प्राप्त इंसुलेटेड-गेट बाइपोलर ट्रांजिस्टर — डीसी इनपुट को एक स्पंदित आउटपुट में परिवर्तित करते हैं जो एक ज्या आकार की एसी तरंगरूप का अनुमान लगाते हैं। पल्स-चौड़ाई मॉडुलेशन स्विचिंग क्रम को नियंत्रित करता है: प्रत्येक वोल्टेज स्पंद की चौड़ाई को एक संदर्भ ज्या तरंग के अनुसार बदलकर, चक्र के प्रत्येक बिंदु पर औसत आउटपुट वोल्टेज वांछित ज्या मान के बराबर हो जाता है। आधुनिक इन्वर्टर के लिए स्विचिंग आवृत्ति आमतौर पर १६ से २० किलोहर्ट्ज़ होती है, जो इतनी उच्च होती है कि आउटपुट फ़िल्टर — जो प्रेरकत्व और संधारित्रों का संयोजन होता है — स्पंदित तरंगरूप को एक शुद्ध ज्या तरंग में चिकना कर सकता है, जिसका कुल हार्मोनिक विकृति ३ प्रतिशत से कम होती है। यह फ़िल्टरिंग चरण महत्वपूर्ण है क्योंकि इन्वर्टर के आउटपुट में अत्यधिक हार्मोनिक सामग्री से जुड़े हुए मोटरों में अत्यधिक गर्मी उत्पन्न हो सकती है, संवेदनशील इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के साथ हस्तक्षेप हो सकता है, और यदि इन्वर्टर उपयोगिता को शक्ति निर्यात कर रहा है, तो ग्रिड सुरक्षा रिले द्वारा अस्वीकृति भी हो सकती है।

ग्रिड समकालिकता और ट्रांसफॉर्मर विकल्प

ग्रिड-कनेक्टेड इन्वर्टर्स को जुड़ने से पहले अपने आउटपुट वोल्टेज, आवृत्ति और फेज कोण को उपयोगिता आपूर्ति के साथ समकालिक करना आवश्यक होता है। इन्वर्टर की नियंत्रण प्रणाली ग्रिड वोल्टेज को संवेदन परिपथों के माध्यम से निगरानी करती है और स्विचिंग पैटर्न को कसे हुए सहिष्णुता के भीतर समायोजित करती है — आमतौर पर आवृत्ति के लिए ±0.1 हर्ट्ज़ और फेज कोण के लिए कुछ डिग्री के भीतर। ट्रांसफॉर्मर-आधारित इन्वर्टर्स डीसी और एसी ओर के बीच गैल्वेनिक विभाजन प्रदान करने के लिए एक कम-आवृत्ति ट्रांसफॉर्मर का उपयोग करते हैं, जो ग्रिड में डीसी धारा प्रविष्टि के खिलाफ अंतर्निहित सुरक्षा प्रदान करता है और ग्राउंडिंग प्रणाली के डिज़ाइन को सरल बनाता है। ट्रांसफॉर्मररहित इन्वर्टर्स लौह-क्रोड ट्रांसफॉर्मर को हटा देते हैं, जिससे भार, भौतिक आकार और लागत में कमी आती है तथा रूपांतरण दक्षता में 1 से 2 प्रतिशत की वृद्धि होती है। समझौता यह है कि ट्रांसफॉर्मररहित डिज़ाइनों को ग्रिड कनेक्शन मानकों को पूरा करने के लिए अधिक उन्नत डीसी रिसाव धारा का पता लगाने और दबाने के परिपथों की आवश्यकता होती है, और आमतौर पर इन्हें पैनल फ्रेम के माध्यम से ग्राउंड के प्रति धारितीय रिसाव पथों को रोकने के लिए अनग्राउंडेड पीवी ऐरे विन्यासों तक ही सीमित रखा जाता है।

दक्षता और पर्यावरणीय कारक

आधुनिक इन्वर्टर की शिखर दक्षता आदर्श स्थितियों में ९७ से ९९ प्रतिशत तक पहुँच जाती है, लेकिन यूरोपीय दक्षता रेटिंग — जो वास्तविक संचालन स्थितियों को दर्शाने वाला भारित औसत है — एक अधिक यथार्थवादी प्रदर्शन संकेतक प्रदान करती है। यूरोपीय संघ के दक्षता सूत्र में विभिन्न लोड स्तरों पर रूपांतरण दक्षता को भार दिया जाता है: ५ प्रतिशत लोड पर ३ प्रतिशत भार, १० प्रतिशत पर ६ प्रतिशत, २० प्रतिशत पर १३ प्रतिशत, और पूर्ण लोड तक क्रमशः उच्चतर भार, जो किसी सामान्य सौर दिवस के दौरान संचालन स्थितियों के वास्तविक वितरण को दर्शाता है। कम लोड पर दक्षता कम हो जाती है, क्योंकि इन्वर्टर की आंतरिक शक्ति खपत — नियंत्रण इलेक्ट्रॉनिक्स, शीतलन पंखे और स्विचिंग हानि के लिए — उत्पादन के सापेक्ष महत्वपूर्ण हो जाती है। ऐसे इन्वर्टर का चयन करना चाहिए जिसकी क्षमता इस प्रकार निर्धारित की गई हो कि सौर सरणी की सामान्य संचालन सीमा इन्वर्टर की शिखर दक्षता पट्टी — आमतौर पर नामांकित क्षमता के ३० से ७० प्रतिशत के बीच — के भीतर आए, ताकि वार्षिक ऊर्जा उत्पादन अधिकतम हो सके।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

स्ट्रिंग इन्वर्टर और माइक्रोइन्वर्टर के बीच क्या अंतर है?

स्ट्रिंग इन्वर्टर एकल इन्वर्टर से श्रृंखला में कई पीवी मॉड्यूल को जोड़ते हैं, जिनकी रेटिंग आमतौर पर १ से १०० किलोवाट होती है। माइक्रोइन्वर्टर प्रत्येक अलग-अलग मॉड्यूल पर एक छोटा इन्वर्टर लगाते हैं और डीसी को पैनल स्तर पर एसी में परिवर्तित करते हैं। माइक्रोइन्वर्टर एकल-बिंदु विफलता के जोखिम को समाप्त कर देते हैं और छायांकन के कारण होने वाली हानि को कम करते हैं, लेकिन प्रति वाट स्थापित करने की लागत अधिक होती है।

एमपीपीटी तेज़ी से बदलती बादल की स्थिति को कैसे संभालता है?

उन्नत एमपीपीटी एल्गोरिदम में भविष्यवाणी आधारित ट्रैकिंग शामिल होती है, जो केवल अंधाधुंध विक्षोभ और अवलोकन के बजाय हाल के शक्ति प्रवृत्तियों के आधार पर विकिरण परिवर्तनों की भविष्यवाणी करती है। आंशिक रूप से बादल वाली स्थितियों में, जहाँ विकिरण कुछ सेकंड में ५० प्रतिशत तक उतार-चढ़ाव कर सकता है, ये एल्गोरिदम ९८ प्रतिशत से अधिक ट्रैकिंग सटीकता बनाए रखते हैं।

ग्रिड कोड्स इन्वर्टर में एंटी-आइलैंडिंग सुरक्षा की आवश्यकता क्यों रखते हैं?

एंटी-आइलैंडिंग सुरक्षा सुनिश्चित करती है कि उपयोगिता आउटेज के दो सेकंड के भीतर इन्वर्टर ग्रिड से डिस्कनेक्ट हो जाए, जिससे पीवी सिस्टम उस ग्रिड के खंड को ऊर्जित नहीं कर पाए जिसे उपयोगिता के कार्यकर्ता निष्क्रिय मानते हैं। यह IEEE 1547 और IEC 62116 सहित सभी ग्रिड कनेक्शन मानकों में एक अनिवार्य सुरक्षा आवश्यकता है।

इन्वर्टर क्लिपिंग का कारण क्या है और इसे कैसे रोका जाता है?

क्लिपिंग तब होती है जब पीवी ऐरे से डीसी इनपुट शक्ति इन्वर्टर की अधिकतम एसी आउटपुट रेटिंग से अधिक होती है। इन्वर्टर अपनी रेटेड क्षमता तक आउटपुट को सीमित कर देता है और अतिरिक्त ऊर्जा को अस्वीकार कर देता है। उचित आकार निर्धारण में ऐरे की शिखर डीसी शक्ति — आमतौर पर इन्वर्टर की एसी रेटिंग का 1.1 से 1.3 गुना — को इन्वर्टर क्षमता के साथ मिलाया जाता है, जिसमें दुर्लभ शिखर स्थितियों के दौरान हल्की क्लिपिंग को स्वीकार किया जाता है ताकि इन्वर्टर के अत्यधिक आकार को रोका जा सके।

वातावरणीय तापमान इन्वर्टर के प्रदर्शन को कैसे प्रभावित करता है?

इन्वर्टर की दक्षता आंतरिक घटकों के तापमान में वृद्धि के साथ कम हो जाती है, और इन्वर्टर आमतौर पर वातावरण के तापमान के 40 से 45°C से अधिक होने पर अपनी आउटपुट शक्ति को कम कर देते हैं। छतों पर सीधी धूप के बजाय छाया वाले, अच्छी तरह से वेंटिलेटेड स्थानों पर स्थापना करने से कार्यकारी तापमान 10 से 15°C तक कम हो सकता है और वार्षिक ऊर्जा उत्पादन में 2 से 4 प्रतिशत की वृद्धि हो सकती है।

क्या इन्वर्टर ग्रिड को प्रतिक्रियाशील शक्ति समर्थन प्रदान कर सकते हैं?

आधुनिक ग्रिड-कनेक्टेड इन्वर्टर एकता से भिन्न शक्ति गुणांक पर संचालित हो सकते हैं, जिससे वे ग्रिड ऑपरेटर या साइट नियंत्रक द्वारा निर्देशित अनुसार प्रतिक्रियाशील शक्ति को इंजेक्ट कर सकते हैं या अवशोषित कर सकते हैं। यह क्षमता, जो कई क्षेत्रों में अद्यतन ग्रिड कोड्स द्वारा अनिवार्य की गई है, पीवी प्रणालियों को केवल सक्रिय शक्ति के निर्यात के बजाय ग्रिड वोल्टेज नियमन में योगदान देने की अनुमति देती है।