خلاصہ
ماڈیول کی مماثلت ان بنیادی تکنیکی رکاوٹوں میں سے ایک ہے جو فوٹو وولٹک (PV) سسٹم پاور جنریشن کی کارکردگی میں بہتری کو محدود کرتی ہے۔ اس کا جوہر ایک سیریز سرکٹ میں PV ماڈیولز کے غیر مطابقت پذیر آؤٹ پٹ کرنٹ کی وجہ سے "بالٹی اثر" ہے۔ انٹرنیشنل انرجی ایجنسی (IEA) فوٹو وولٹک پاور سسٹمز پروگرام (PVPS) کے اعدادوشمار کے مطابق، PV پاور پلانٹس میں عدم مماثلت کی وجہ سے عالمی اوسط بجلی کی پیداوار کا نقصان 5% سے 15% تک ہے، اور پیچیدہ خطوں یا خراب آپریشن اور دیکھ بھال والے پلانٹس میں یہ 20% سے بھی تجاوز کر سکتا ہے۔ ان میں سے، جھکاؤ کے زاویہ کا فرق پیچیدہ تنصیب کے منظرناموں جیسے پہاڑی علاقوں اور چھتوں میں مماثلت کی سب سے اہم وجہ ہے، جو کہ مجموعی بے میل نقصانات کا تقریباً 40%-60% ہے۔
1.پی وی ماڈیول کی مماثلت کے بنیادی اصول اور جسمانی میکانزم
1.1 پی وی ماڈیولز کی برقی خصوصیات
پی وی ماڈیول کی آؤٹ پٹ خصوصیات کا تعین اس کے موجودہ-وولٹیج (I-V) وکر اور پاور-وولٹیج (P-V) وکر سے ہوتا ہے۔ معیاری ٹیسٹ کنڈیشنز (STC: شعاع ریزی 1000W/m²، سیل کا درجہ حرارت 25 ڈگری، AM1.5 سپیکٹرم) کے تحت، ایک واحد ماڈیول میں ایک منفرد زیادہ سے زیادہ پاور پوائنٹ (MPP) ہوتا ہے۔
PV ماڈیول کا مختصر-سرکٹ کرنٹ (Isc) سیل کی سطح پر شمسی شعاع ریزی کے واقعہ کے تقریباً متناسب ہےجو کہ جھکاؤ کے زاویے کے فرق کی وجہ سے موجودہ عدم مماثلت کی بنیادی جسمانی بنیاد ہے۔ فارمولے کا اظہار اس طرح کیا جاتا ہے:
Isc ≈ Isc_STC ×(G/GSTC)
کہاں:
• Isc: اصل مختصر-سرکٹ کرنٹ (A)
• Isc_STC: معیاری ٹیسٹ کی شرائط کے تحت مختصر-سرکٹ کرنٹ (A)
• G: اصل واقعہ شعاع ریزی (W/m²)
• G_STC: معیاری ٹیسٹ شعاع ریزی (1000W/m²)
جب کرچوف کے موجودہ قانون کے مطابق ایک سے زیادہ ماڈیولز کو ایک سٹرنگ بنانے کے لیے سیریز میں جوڑا جاتا ہے،ایک سیریز سرکٹ میں تمام ماڈیولز کو ایک ہی کرنٹ پر کام کرنا چاہیے۔; جب کہ سٹرنگ کا کل وولٹیج ہر ماڈیول کے آپریٹنگ وولٹیج کے مجموعے کے برابر ہے۔ یہ خصوصیت اس بات کا تعین کرتی ہے کہ سیریز کے نظام موجودہ اختلافات کے لیے انتہائی حساس ہیں۔
1.2 مماثلت کے رجحان کا بنیادی طریقہ کار
"بیرل ایفیکٹ" (جسے "کمزور لنک" یا "بوٹلنک ایفیکٹ" بھی کہا جاتا ہے) اس کے لیے ایک بہترین مشابہت ہے جو سلسلہ-مربوط PV ماڈیولز میں ہوتا ہے۔ ایک زنجیر میں جڑے ہوئے بیرل کی ایک سیریز کا تصور کریں، ہر ایک کی صلاحیت مختلف ہے۔ پانی کی مقدار جو پورے نظام میں بہہ سکتی ہے وہ سب سے چھوٹی صلاحیت والے بیرل کے ذریعہ محدود ہے- قطع نظر اس کے کہ دوسرے کتنے ہی بڑے ہوں۔
پی وی سٹرنگ میں، ماڈیولز برقی طور پر سیریز میں جڑے ہوتے ہیں، یعنی ان سب میں ایک ہی کرنٹ بہنا چاہیے۔ کم از کم شعاعیں حاصل کرنے والا ماڈیول (سب سے بہترین زاویہ کی وجہ سے) سب سے کم کرنٹ پیدا کرے گا۔ یہ پورے سٹرنگ کے کرنٹ کو سب سے کم پرفارمر سے ملنے پر مجبور کرتا ہے، جس کی وجہ سے اعلی-پرفارم کرنے والے ماڈیول اپنی صلاحیت سے کم کام کرتے ہیں۔ بجلی کے نقصانات کافی ہوسکتے ہیں، انفرادی کمیوں کی سادہ رقم سے کہیں زیادہ۔
2. پی وی ماڈیول کی عدم مطابقت کی اہم وجوہات
ماڈیول کی مماثلت کی وجوہات پیچیدہ اور متنوع ہیں، اور انہیں دو قسموں میں تقسیم کیا جا سکتا ہے: پیدائشی مماثلت اور حاصل شدہ مماثلت۔
2.1 پیدائشی مماثلت: فیکٹری پیرامیٹر کے فرق
یہاں تک کہ ایک ہی بیچ میں تیار کردہ ماڈیولز میں بھی سیمی کنڈکٹر مواد کی پاکیزگی اور پیداواری عمل میں اتار چڑھاو جیسے عوامل کی وجہ سے ان کی برقی کارکردگی کے پیرامیٹرز میں معمولی فرق ہے۔ ماڈیول مینوفیکچررز عام طور پر ماڈیولز پر پاور گریڈنگ (بائننگ) کرتے ہیں، لیکن اسی پاور بن کے اندر موجود ماڈیولز میں اب بھی ±2.5% کے اندر موجودہ فرق ہو سکتا ہے۔
اس طرح کے فیکٹری پیرامیٹر کے فرق کی وجہ سے ہونے والا مماثل نقصان عام طور پر 2%-3% ہوتا ہے، جو کہ ایک بنیادی مماثلت نقصان ہے جس سے تمام PV سسٹمز میں مکمل طور پر گریز نہیں کیا جا سکتا۔
2.2 حاصل شدہ مماثلت: آپریٹنگ ماحول اور آپریشن اور دیکھ بھال کے عوامل
یہ بنیادی وجہ ہے کہ اصل نظام کی مماثلت کا نقصان بنیادی قدر سے بہت زیادہ ہے، خاص طور پر بشمول:
• غیر متضاد جھکاؤ کے زاویے اور ایزیمتھ زاویہ(نیچے گہرائی میں تجزیہ کیا جائے گا)
• شیڈنگ کا میل نہ ہونا: ارد گرد کی عمارتوں، درختوں، پہاڑوں وغیرہ سے فکسڈ شیڈنگ، اور بادلوں، پرندوں وغیرہ سے متحرک سایہ۔
• مٹی اور عمر میں مماثلت: ناہموار مٹی جیسے مٹی، برف، ماڈیول کی سطح پر پرندوں کا گرنا، اور طویل مدتی آپریشن کے بعد عمر بڑھنے کی شرح میں فرق-
• درجہ حرارت کی مطابقت نہیں ہے۔: ماڈیولز کی گرمی کی کھپت کے مختلف حالات کی وجہ سے ناہموار درجہ حرارت
3. جھکاؤ کے زاویہ کے فرق کی وجہ سے ہونے والی مماثلت کا گہرائی سے طریقہ کار اور مقداری تجزیہ
جھکاؤ کے زاویہ کی مماثلت سے مراد ایک ہی سیریز کے سٹرنگ میں مختلف ماڈیولز کے متضاد تنصیب کے جھکاؤ کے زاویے (ماڈیول جہاز اور افقی جہاز کے درمیان زاویہ) ہیں، جس کے نتیجے میں ہر ماڈیول کو موصول ہونے والی شمسی شعاعوں کی مختلف مقدار ہوتی ہے، اور اس طرح آؤٹ پٹ کرنٹ میں فرق ہوتا ہے۔ پہاڑی PV اور تقسیم شدہ چھت والے PV سسٹمز میں یہ سب سے عام اور آسانی سے نظر انداز کی جانے والی مماثلت ہے۔
3.1 کلیدی وجوہات انسٹالیشن زاویہ کے فرق اس کو بڑھاتے ہیں:
• شعاع ریزی کا تغیر: ایک مختلف زاویہ پر جھکا ہوا ماڈیول کم براہ راست سورج کی روشنی کو پکڑتا ہے، خاص طور پر چوٹی کے اوقات میں۔ مثال کے طور پر، مختلف پچوں والی ڈھلوان چھت پر، بہترین جھکاؤ پر جنوب کا سامنا کرنے والے ماڈیولز بہتر کارکردگی کا مظاہرہ کر سکتے ہیں، جبکہ دیگر ہلکے یا زیادہ تیز زاویوں پر کم کارکردگی کا مظاہرہ کرتے ہیں۔
• روزانہ اور موسمی اثرات: زاویے نہ صرف چوٹی کی پیداوار بلکہ دن بھر کی کارکردگی کو متاثر کرتے ہیں۔ غیر-یکساں جھکاؤ غیر مماثل IV منحنی خطوط (موجودہ-وولٹیج کی خصوصیات) کا باعث بنتا ہے، جس سے مماثلت کے نقصانات میں اضافہ ہوتا ہے۔
• دیگر عوامل کے ساتھ مرکب: زاویہ کا فرق شیڈنگ کے اثرات یا درجہ حرارت کے میلان کو خراب کر سکتا ہے، کیونکہ خراب زاویہ والے ماڈیول مختلف طریقے سے گرم ہو سکتے ہیں۔.
3.2 جھکاؤ زاویہ کے فرق اور ماڈیول آؤٹ پٹ کرنٹ کے درمیان مقداری ارتباط
ہم مختلف جھکاؤ کے زاویوں پر طیارہ کی کل شعاعوں کا درست اندازہ لگا کر جھکاؤ کے زاویے کے فرق اور موجودہ فرق کے درمیان تعلق کو درست کر سکتے ہیں۔ لے جانا30 ڈگری N عرض البلد کا علاقہ(چین میں دریائے یانگسی طاس) مثال کے طور پر، مندرجہ ذیل جدول مختلف تنصیب کے جھکاؤ والے زاویوں کے لیے سالانہ کل شعاع ریزی اور مختصر-سرکٹ موجودہ فرق کو زیادہ سے زیادہ جھکاؤ والے زاویہ (تقریباً 30 ڈگری) کے مقابلے دکھاتا ہے۔
تنصیب کا جھکاؤ زاویہ (ڈگری) | سالانہ کل شعاع ریزی (kWh/m²) | بہترین جھکاؤ زاویہ سے متعلق شعاع ریزی کا فرق (%) | مختصر-سرکٹ کرنٹ فرق (%) |
| 10 | 1285 | -12.3 | -12.3 |
| 15 | 1352 | -7.7 | -7.7 |
| 20 | 1401 | -4.4 | -4.4 |
| 25 | 1432 | -2.3 | -2.3 |
| 30 (بہترین) | 1466 | 0 | 0 |
| 35 | 1451 | -1.0 | -1.0 |
| 40 | 1420 | -3.1 | -3.1 |
| 45 | 1373 | -6.3 | -6.3 |
| 50 | 1312 | -10.5 | -10.5 |
کلیدی نتائج:
1. 30 ڈگری N عرض البلد کے علاقے میں، بہترین جھکاؤ کے زاویے سے ہر 5 ڈگری انحراف کے لیے، سالانہ شعاع تقریباً 2%-4% کم ہوتی ہے، جو کہ شارٹ سرکٹ کرنٹ میں 2%-4% کمی کے مساوی ہے۔
2. جب جھکاؤ زاویہ کا فرق 20 ڈگری تک پہنچ جاتا ہے (مثال کے طور پر، 30 ڈگری بمقابلہ 10 ڈگری)، سالانہ موجودہ فرق 12٪ سے زیادہ ہو سکتا ہے۔
3. فوری موجودہ فرق سالانہ اوسط فرق سے بہت زیادہ ہیں۔. مثال کے طور پر، موسم گرما میں دوپہر کے وقت، شمسی اونچائی کا زاویہ تقریباً 83.5 ڈگری ہوتا ہے، اس وقت 10 ڈگری کے جھکاؤ والے زاویے والے ماڈیول کے ذریعے موصول ہونے والی براہ راست شعاع 30 ڈگری کے جھکاؤ والے زاویے والے ماڈیول کے ذریعے موصول ہونے والی شعاعوں سے تقریباً 15% زیادہ ہوتی ہے۔ جب کہ موسم سرما میں دوپہر کے وقت، شمسی اونچائی کا زاویہ تقریباً 36.5 ڈگری ہوتا ہے، اور 10 ڈگری جھکاؤ والے زاویہ والے ماڈیول کے ذریعے موصول ہونے والی براہ راست شعاعیں 30 ڈگری کے جھکاؤ والے زاویے والے ماڈیول سے حاصل کردہ شعاعوں سے تقریباً 25% کم ہوتی ہیں۔
4. ماڈیول کی مماثلت کے لیے مرکزی دھارے کے حل کا موازنہ
ماڈیول کی مماثلت کے مسئلے کا مقصد، صنعت میں مختلف حل تیار کیے گئے ہیں، جن کا بنیادی خیال یہ ہے کہاس پابندی کو توڑ دیں کہ "سیریز کے دھارے مستقل ہونے چاہئیں"یاموجودہ اختلافات کو کم کریں.
4.1 جھکاؤ کے زاویہ کی مماثلت کے لیے خصوصی ڈیزائن کی اصلاح
یہ سب سے بنیادی اور سب سے کم قیمت کا حل ہے
1. "ایک ہی جھکاؤ والا زاویہ، ایک ہی تار" کے اصول کو سختی سے نافذ کریں۔: یہ جھکاؤ کے زاویے کی مماثلت کو روکنے کے لیے سنہری اصول ہے۔ ایک ہی ٹیلٹ اینگل اور ایزیمتھ اینگل والے ماڈیولز کو ایک ہی سٹرنگ میں سیریز میں جوڑا جانا چاہیے، اور مختلف جھکاؤ والے زاویوں/اورینٹیشن والے ماڈیولز کو کبھی بھی سیریز میں ایک ساتھ نہیں جوڑا جانا چاہیے۔
2. تار کی لمبائی کو معقول حد تک چھوٹا کریں۔: بڑے جھکاؤ کے زاویے کے فرق والے علاقوں میں، تار کی لمبائی کو مناسب طریقے سے چھوٹا کرنا (22-24 ماڈیولز سے 18-20 ماڈیولز تک) غیر مماثلت کے اثر کی حد کو کم کر سکتا ہے۔
3. انورٹر MPPT چینل ڈویژن کو بہتر بنائیں: مختلف ٹیلٹ اینگل زونز سے تاروں کو مختلف MPPT چینلز سے جوڑیں، تاکہ ہر MPPT چینل صرف اسی جھکاؤ والے زاویے کے ساتھ تاروں کے زیادہ سے زیادہ پاور پوائنٹ کو ٹریک کرے۔
چائنا گراؤنڈ سولر پی وی سسٹم مینوفیکچررز سپلائرز فیکٹری - تھوک سروس - ڈونگشو نیو انرجی
4.2 سٹرنگ انورٹر: ملٹی-MPPT انورٹرز
روایتی مرکزی انورٹرز میں عام طور پر صرف 1-2 MPPT چینل ہوتے ہیں، جبکہ جدید سٹرنگ انورٹرز عام طور پر متعدد آزاد MPPT چینلز سے لیس ہوتے ہیں (6-12 یا اس سے بھی زیادہ)۔ ہر MPPT چینل آزادانہ طور پر مختلف تاروں کے زیادہ سے زیادہ پاور پوائنٹ کو ٹریک کر سکتا ہے، اس طرح ایک MPPT چینل تک عدم مطابقت کے اثرات کو محدود کر سکتا ہے۔
جھکاؤ کے زاویہ کی مماثلت پر اثر: مختلف جھکاؤ والے زاویوں کے درمیان مماثلت کے مسئلے کو مؤثر طریقے سے حل کر سکتا ہے، لیکن پھر بھی ایک ہی زون میں تاروں کے اندر جھکاؤ کے زاویہ کے فرق کو حل نہیں کر سکتا۔
چائنا گراؤنڈ سولر پی وی سسٹم مینوفیکچررز سپلائرز فیکٹری - تھوک سروس - ڈونگشو نیو انرجی
4.3 ماڈیول-لیول پاور الیکٹرانکس (MLPE) ٹیکنالوجی
یہ فی الحال جھکاؤ کے زاویے کی مماثلت کو حل کرنے کے لیے سب سے مؤثر تکنیکی حل ہے، جس میں بنیادی طور پر پاور آپٹیمائزرز اور مائیکرو انورٹرز شامل ہیں:
1. پاور آپٹیمائزر
پاور آپٹیمائزرز ہر ماڈیول کے پیچھے نصب کیے جاتے ہیں، ماڈیولز کے ساتھ ایک-سے-مماثل۔ یہ آزادانہ طور پر ہر ماڈیول کے آپریٹنگ وولٹیج اور کرنٹ کو ایڈجسٹ کر سکتا ہے، جس سے ہر ماڈیول اپنے زیادہ سے زیادہ پاور پوائنٹ پر کام کرتا ہے، اور پھر سیریز سرکٹ میں براہ راست کرنٹ آؤٹ پٹ کر سکتا ہے۔
جھکاؤ کے زاویہ کی مماثلت پر اثر: سٹرنگ کے اندر کسی بھی جھکاؤ کے زاویہ کے فرق کی وجہ سے ہونے والی موجودہ مماثلت کو مکمل طور پر ختم کر سکتا ہے، جس سے ہر ماڈیول اپنے زیادہ سے زیادہ کرنٹ کو آؤٹ پٹ کر سکتا ہے۔ ناپے گئے اعداد و شمار سے پتہ چلتا ہے کہ پہاڑی پاور پلانٹس میں بڑے جھکاؤ کے زاویے کے فرق کے ساتھ، پاور آپٹیمائزر کے استعمال سے بجلی کی پیداوار میں 15%-20% اضافہ ہو سکتا ہے۔
2. مائیکرو انورٹر
مائکرو انورٹرز براہ راست ہر ماڈیول کی پشت پر نصب ہوتے ہیں، ماڈیول کے ذریعے براہ راست کرنٹ آؤٹ پٹ کو براہ راست متبادل کرنٹ میں تبدیل کرتے ہیں، جو پھر گرڈ کے متوازی طور پر منسلک ہوتا ہے۔ ہر ماڈیول ایک خود مختار پاور جنریشن یونٹ ہے، جو سیریز کی موجودہ پابندیوں سے مکمل طور پر آزاد ہے۔
جھکاؤ کے زاویہ کی مماثلت پر اثر: تمام جھکاؤ کے زاویہ کے مماثل مسائل کو مکمل طور پر حل کرتا ہے، اور ہر ماڈیول جھکاؤ کے زاویہ کے فرق سے قطع نظر آزادانہ طور پر کام کر سکتا ہے۔
ہماری کمپنی مذکورہ بالا تمام حل اور مکمل نظام فراہم کر سکتی ہے۔ اگر آپ کو ان کی ضرورت ہے، تو براہ مہربانی ہم سے رابطہ کریں!
پی وی ٹیکنالوجی کی مسلسل ترقی کے ساتھ، ماڈیول کے مماثلت کے مسئلے کے حل بھی مسلسل جدت اور ترقی کر رہے ہیں:
1. اعلی کارکردگی MLPE ٹیکنالوجی: نئے-جنریشن پاور آپٹیمائزرز اور مائیکرو انورٹرز کی تبادلوں کی کارکردگی 99% سے تجاوز کر گئی ہے، مزید کم ہونے والی خود-بجلی کی کھپت اور مسلسل گرتی لاگت کے ساتھ۔
2. اسمارٹ ماڈیول ٹیکنالوجی: پاور آپٹیمائزرز یا مائیکرو انورٹرز کو ماڈیولز کے ساتھ مربوط کر کے سمارٹ ماڈیولز بنانے، تنصیب کے عمل کو آسان بنانے اور سسٹم کی وشوسنییتا کو بہتر بنانا۔
3. ڈیجیٹل جڑواں ٹیکنالوجی: PV پاور پلانٹ کا ایک ورچوئل ماڈل بنانے کے لیے ڈیجیٹل ٹوئن ٹیکنالوجی کا استعمال، مختلف کام کے حالات میں بے میل نقصانات کو درست طریقے سے نقل کرنا، اور قبل از وقت وارننگ اور بہترین کنٹرول کا احساس کرنا۔
4. نئی بیٹری ٹیکنالوجی: جیسے شِنگلڈ ماڈیولز، آدھے-کٹ ماڈیولز، کٹے ہوئے ماڈیولز، وغیرہ، سیل سیگمنٹیشن اور آپٹمائزڈ کنکشن کے طریقوں کے ذریعے شیڈنگ اور مماثلت کے اثرات کو کم کرتے ہیں۔ مثال کے طور پر، نصف-کٹ ماڈیول شیڈنگ کی وجہ سے ہونے والے بجلی کے نقصان کو تقریباً 50% تک کم کر سکتے ہیں۔
پی وی سسٹمز میں ماڈیول کی مماثلت ایک ناگزیر رجحان ہے،جن میں جھکاؤ کے زاویہ کا فرق پیچیدہ تنصیب کے منظرناموں میں مماثلت کی بنیادی وجہ ہے۔، اور نتیجے میں بجلی کی پیداوار کا نقصان 15٪ سے زیادہ تک پہنچ سکتا ہے۔ جھکاؤ کے زاویہ کے فرق ماڈیولز کو موصول ہونے والی شمسی شعاعوں کی مقدار کو متاثر کر کے ماڈیولز کے غیر متضاد آؤٹ پٹ کرنٹ کی طرف لے جاتے ہیں، اور پھر سیریز سرکٹ کے "بکٹ اثر" کے ذریعے پورے سٹرنگ کی پاور جنریشن کو محدود کر دیتے ہیں۔
مختلف قسم کے PV پاور پلانٹس کے لیے، سب سے مناسب مماثل حل کا انتخاب خطے کے حالات، جھکاؤ کے زاویے کے فرق کے سائز، اور سرمایہ کاری کے بجٹ جیسے عوامل کے مطابق کیا جانا چاہیے۔ زمینی-ماؤنٹڈ پاور پلانٹس ملٹی-MPPT سٹرنگ انورٹرز کو ترجیح دے سکتے ہیں۔ پیچیدہ منظرناموں جیسے پہاڑی علاقوں اور چھتوں کے لیے بڑے جھکاؤ کے زاویے کے فرق کے ساتھ، ماڈیول-سطح کی پاور الیکٹرانکس ٹیکنالوجی بجلی کی پیداوار میں نمایاں بہتری اور سرمایہ کاری کی واپسی لائے گی۔
