अपने छोटे ऑफ-ग्रिड सिस्टम के लिए उपयुक्त कॉन्फ़िगरेशन की गणना कैसे करें?

क्या आपने कभी सार्वजनिक ग्रिड पर निर्भरता से मुक्ति पाने के लिए किसी पहाड़ी केबिन, मछली पकड़ने वाली नाव या आर.वी. में अपनी सौर ऊर्जा प्रणाली का उपयोग करने के बारे में सोचा है?

दरअसल, यह ऐसा काम नहीं है जो सिर्फ़ इंजीनियर ही कर सकते हैं। अगर आप कुछ ज़रूरी चरणों और सूत्रों में महारत हासिल कर लें, तो आप अपने छोटे ऑफ-ग्रिड फोटोवोल्टिक सिस्टम के लिए उपयुक्त कॉन्फ़िगरेशन की गणना कर सकते हैं।

ऑफ-ग्रिड सौर प्रणाली एक स्वतंत्र प्रणाली है जो सार्वजनिक ग्रिड पर निर्भर नहीं होती, बल्कि बिजली की ज़रूरतों को पूरा करने के लिए पूरी तरह से फोटोवोल्टिक बिजली उत्पादन और बैटरी भंडारण पर निर्भर करती है। यह दूरदराज के पहाड़ी इलाकों, द्वीपों, चरागाह क्षेत्रों, आर.वी., मछली पकड़ने वाली नावों और अस्थिर ग्रिड बिजली वाले अन्य स्थानों में उपयोग के लिए आदर्श है।

नीचे, हम आपको आवश्यक कॉन्फ़िगरेशन की गणना करने के लिए चार चरणों के माध्यम से मार्गदर्शन करेंगे।

चरण 1: फोटोवोल्टिक मॉड्यूल की शक्ति निर्धारित करें

फोटोवोल्टिक पैनलों (सौर पैनलों) की शक्ति यह निर्धारित करती है कि आपका सिस्टम कितनी बिजली उत्पन्न कर सकता है।

गणना का मुख्य तरीका यह है: सबसे पहले दैनिक बिजली की मांग का निर्धारण करें, फिर इसे स्थानीय जलवायु परिस्थितियों (विशेष रूप से धूप की अवधि) के साथ संयोजित करके फोटोवोल्टिक पैनलों की कुल शक्ति का निर्धारण करें।

फॉर्मूला:

मॉड्यूल पावर = (दैनिक बिजली की मांग × लगातार बादल वाले दिन का अधिशेष कारक) ÷ (स्थानीय औसत धूप घंटे × सिस्टम दक्षता)

* दैनिक बिजली खपत: इसकी गणना सभी उपकरणों की रेटेड शक्ति को उनके उपयोग समय से गुणा करके की जा सकती है।

उदाहरण के लिए, एलईडी लाइट 10W × 5 घंटे = 50Wh, रेफ्रिजरेटर 60W × 24 घंटे = 1440Wh।

* लगातार बादल वाले दिन अधिशेष कारक: लगातार बादल वाले दिनों के दौरान अपर्याप्त बिजली उत्पादन के लिए, यह कारक आमतौर पर 1.1 और 1.3 के बीच निर्धारित किया जाता है।

* स्थानीय औसत दैनिक धूप घंटे: यह स्थानीय मौसम संबंधी आंकड़ों से प्राप्त किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, बीजिंग में प्रतिदिन औसतन लगभग 4 घंटे धूप रहती है, जबकि हैनान में 5 घंटे से ज़्यादा।

* सिस्टम दक्षता: इसमें केबल हानि, नियंत्रक दक्षता, इन्वर्टर हानि आदि को शामिल किया जाता है, तथा इसे सामान्यतः 0.75 और 0.8 के बीच निर्धारित किया जाता है।

उदाहरण के लिए:

मान लें कि आपकी दैनिक बिजली खपत 3,000 Wh है, स्थानीय औसत दैनिक धूप घंटे 4.5 घंटे हैं, सिस्टम दक्षता 0.78 है, और निरंतर बारिश के दिनों का गुणांक 1.2 है:

मॉड्यूल शक्ति = (3,000 × 1.2) ÷ (4.5 × 0.78) ≈ 1,026 W

इसका मतलब है कि आपको लगभग 1 किलोवाट की कुल शक्ति वाले फोटोवोल्टिक पैनल स्थापित करने की आवश्यकता है, जैसे कि चार 250 वाट मॉड्यूल।

चरण 2: ऑफ-ग्रिड इन्वर्टर पावर का निर्धारण करें

इन्वर्टर फोटोवोल्टिक पैनलों या बैटरियों से प्राप्त प्रत्यक्ष धारा (डीसी) को सामान्य घरेलू उपकरणों द्वारा उपयोग के लिए प्रत्यावर्ती धारा (एसी) में परिवर्तित करता है।

इसकी शक्ति आपकी अधिकतम तात्कालिक बिजली मांग को पूरा करने के लिए पर्याप्त होनी चाहिए, विशेष रूप से प्रेरक भार (मोटर चालित उपकरण) की अंतर्वाह धारा को ध्यान में रखते हुए।

फॉर्मूला:

इन्वर्टर पावर = (कुल प्रतिरोधक लोड पावर + कुल प्रेरक लोड पावर × 5) × मार्जिन फैक्टर ÷ पावर फैक्टर

* प्रतिरोधक भार: प्रतिरोधक उपकरण जैसे प्रकाश बल्ब, विद्युत केतली और ओवन।

* प्रेरणिक भार: मोटर या कंप्रेसर वाले उपकरण, जैसे रेफ्रिजरेटर, पानी पंप, एयर कंडीशनर, आदि। स्टार्टअप के दौरान तात्कालिक शक्ति रेटेड शक्ति से 5-7 गुना हो सकती है।

* सुरक्षा कारक: मार्जिन सुनिश्चित करने के लिए आमतौर पर 1.2-1.5 पर सेट किया जाता है।

* पावर फैक्टर: आमतौर पर 0.8-0.9 पर सेट किया जाता है।

उदाहरण:

मान लें कि आपके पास 200W का प्रकाश उपकरण (प्रतिरोधक भार), 100W का रेफ्रिजरेटर (प्रेरक भार), 1.3 का मार्जिन फैक्टर और 0.85 का पावर फैक्टर है:

इन्वर्टर पावर = (200 + 100 × 5) × 1.3 ÷ 0.85

≈ (200 + 500) × 1.3 ÷ 0.85

≈ 700 × 1.3 ÷ 0.85

≈ 1070 डब्ल्यू

आपको न्यूनतम 1.1 किलोवाट क्षमता वाले इन्वर्टर की आवश्यकता होगी, और अधिक स्थिरता के लिए 1.5 किलोवाट मॉडल चुनने की सिफारिश की जाती है।

चरण 3: बैटरी क्षमता निर्धारित करें

बैटरी ऑफ-ग्रिड सिस्टम का "पावर स्टोरेज" है, और रात में या बादल वाले दिनों में इस्तेमाल होने वाली बिजली मुख्य रूप से इसी से आती है। इसकी क्षमता इस बात पर निर्भर करती है कि आपको कितने दिनों तक लगातार बिजली की ज़रूरत है और आपकी दैनिक बिजली खपत कितनी है।

फॉर्मूला:

बैटरी क्षमता (Ah) = (दैनिक बिजली की खपत × बादल वाले दिनों में बिजली आपूर्ति के दिनों की संख्या) ÷ (डिस्चार्ज की गहराई × चार्ज/डिस्चार्ज दक्षता × बैटरी पैक वोल्टेज)

* डिस्चार्ज की गहराई (डीओडी): लेड-एसिड बैटरियों के लिए, 0.5-0.6 की डीओडी अनुशंसित है; लिथियम बैटरियों के लिए, 0.8-0.9 की डीओडी स्वीकार्य है।

* चार्ज/डिस्चार्ज दक्षता: आमतौर पर 0.85–0.9 पर सेट।

* बैटरी बैंक वोल्टेज: सामान्य वोल्टेज में 12V, 24V और 48V शामिल हैं; उच्च शक्ति आवश्यकताओं के लिए उच्च वोल्टेज की सिफारिश की जाती है।

उदाहरण:

मान लें कि आप प्रतिदिन 3000Wh का उपयोग करते हैं और 2V लिथियम बैटरी (DOD=48, दक्षता=0.9) का उपयोग करके बादल वाले मौसम में 0.9 दिनों के लिए बिजली चाहते हैं:

बैटरी क्षमता = (3000 × 2) ÷ (0.9 × 0.9 × 48)

≈ 6000 ÷ 38.88

≈ 154 आह

आपको 48V 154Ah (लगभग 7.4kWh) बैटरी पैक की आवश्यकता होगी।

चरण 4: नियंत्रक विनिर्देशों का निर्धारण करें

फोटोवोल्टिक नियंत्रक फोटोवोल्टिक मॉड्यूल से बैटरी तक चार्जिंग प्रक्रिया को नियंत्रित करता है।

इसकी विशिष्टताएं मुख्यतः अधिकतम इनपुट धारा पर निर्भर करती हैं, जिसकी गणना निम्नलिखित सूत्र का उपयोग करके की जाती है:

फॉर्मूला:

नियंत्रक इनपुट धारा = फोटोवोल्टिक मॉड्यूल की अधिकतम शक्ति ÷ बैटरी पैक वोल्टेज

उदाहरण के लिए, यदि आपके फोटोवोल्टिक पैनल की कुल शक्ति 1000W है और बैटरी पैक वोल्टेज 48V है:

नियंत्रक इनपुट धारा = 1000 ÷ 48 ≈ 20.8A

इसलिए, आपको 21A से अधिक इनपुट धारा वाले नियंत्रक का चयन करना होगा, आमतौर पर MPPT प्रकार (उच्च दक्षता, बादल वाले दिनों में अधिक लाभप्रद)।

प्रैक्टिकल टिप्स

1. मार्जिन के लिए अनुमति दें: उपकरण का जीवनकाल और परिचालन स्थिरता उपयुक्त अतिरेक डिजाइन पर निर्भर करती है; मापदंडों को बहुत सख्ती से तय न करें।
2. एमपीपीटी, पीडब्लूएम से बेहतर है: यद्यपि एमपीपीटी नियंत्रक थोड़े अधिक महंगे हैं, लेकिन वे उच्च विद्युत उत्पादन दक्षता प्रदान करते हैं, विशेष रूप से अस्थिर प्रकाश स्थितियों में।
3. लिथियम-आयन बैटरियों को प्राथमिकता दें: वे कॉम्पैक्ट, हल्के वजन वाली और गहरी डिस्चार्जिंग में सक्षम होती हैं, जिससे दीर्घकालिक लागत बचत होती है।
4. भविष्य में विस्तार की योजना बनाएं: यदि आप भविष्य में और अधिक उपकरण जोड़ने की योजना बना रहे हैं, तो फोटोवोल्टिक प्रणाली और बैटरी दोनों के लिए पर्याप्त इंटरफेस क्षमता सुनिश्चित करें।

एक छोटे ऑफ-ग्रिड फोटोवोल्टिक सिस्टम को डिजाइन करने का मूल उद्देश्य वास्तविक जरूरतों के आधार पर विन्यास की सटीक गणना करना है, न कि केवल "कुछ पैनल और बैटरियां खरीदकर" काम चला लेना।

इन 4 सूत्रों में निपुणता प्राप्त करें:

1. फोटोवोल्टिक मॉड्यूल शक्ति सूत्र
2. इन्वर्टर पावर फॉर्मूला
3. बैटरी क्षमता सूत्र
4. नियंत्रक इनपुट धारा सूत्र

इसके बाद आप एक छोटे ऑफ-ग्रिड सिस्टम के लिए एक विन्यास की गणना कर सकते हैं जो पर्याप्त और स्थिर दोनों हो।

पहली बार डिजाइन करते समय, आप फार्मूला परिणामों के आधार पर अतिरिक्त 10%-20% मार्जिन जोड़ सकते हैं, जिससे मौसम परिवर्तन और उपकरण विस्तार से निपटने में अधिक लचीलापन मिल सकता है।