فوٹوولٹک انورٹر کے کام کرنے کا اصول

مختصراً، پی وی انورٹر کے کام کرنے کے عمل کو تین بنیادی مراحل میں تقسیم کیا جا سکتا ہے:طاقت جمع اور اصلاح, DC-AC کی تبدیلی، اورگرڈ-منسلک/بند-گرڈ موافقت. مندرجہ ذیل بنیادی اصولوں، بنیادی ماڈیولز، اور کلیدی ٹیکنالوجیز کے نقطہ نظر سے ایک تفصیلی خرابی ہے:

I. بنیادی کام کے مقاصد

پی وی ماڈیولز کی آؤٹ پٹ خصوصیات الیومینیشن اور درجہ حرارت کے لیے انتہائی حساس ہوتی ہیں، جو آؤٹ پٹ وولٹیج اور کرنٹ کے درمیان غیر خطی تعلق کو پیش کرتی ہیں۔ مزید برآں، براہ راست پیدا ہونے والی DC پاور کو براہ راست مینز گرڈ سے منسلک نہیں کیا جا سکتا یا روایتی AC بوجھ نہیں چلا سکتا۔ لہذا، انورٹر کو دو بنیادی مقاصد حاصل کرنے کی ضرورت ہے:

پاور آؤٹ پٹ کو زیادہ سے زیادہ کریں۔: MPPT ٹیکنالوجی کے ذریعے PV ماڈیولز کے زیادہ سے زیادہ پاور آؤٹ پٹ پوائنٹ کو حقیقی وقت میں ٹریک کریں تاکہ پاور جنریشن کی کارکردگی کو زیادہ سے زیادہ بہتر بنایا جا سکے۔

ویوفارم اور ہم وقت سازی: DC پاور کو sinusoidal AC پاور میں تبدیل کریں جو گرڈ کے معیارات (مسلسل وولٹیج، فریکوئنسی، اور پاور گرڈ کے ساتھ فیز کے ساتھ) پر پورا اترتا ہے تاکہ گرڈ-منسلک حفاظت یا آف-گرڈ لوڈز کے مستحکم آپریشن کو یقینی بنایا جا سکے۔

II فوٹو وولٹک انورٹرز کا بنیادی کام کرنے کا عمل

سب سے عام لیناگرڈ-منسلک PV انورٹرزمثال کے طور پر، مجموعی طور پر کام کرنے کے عمل کو چار مراحل میں تقسیم کیا جا سکتا ہے:

مرحلہ 1: DC ان پٹ اور فلٹرنگ (DC-سائیڈ پروسیسنگ)

سلسلہ/متوازی-منسلک PV ماڈیولز کے ذریعہ DC پاور آؤٹ پٹ بالکل مستحکم نہیں ہے، وولٹیج کی لہریں اور موجودہ اتار چڑھاو روشنی کی تبدیلیوں اور ماڈیول کی خصوصیات میں فرق کی وجہ سے ہوتا ہے۔

انورٹر پہلے ایک کے ذریعے ڈی سی پاور سے جڑتا ہے۔ڈی سی فیوز(اوورکرنٹ تحفظ کے لیے) اور ایکڈی سی سرج گرفتار کرنے والا(اضافے کے تحفظ کے لیے)۔

پھر، ایک فلٹر سرکٹ پر مشتمل ہے۔ڈی سی فلٹر کیپسیٹرز/انڈکٹرزDC وولٹیج کے اتار چڑھاو کو ہموار کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے، جو بعد میں تبدیلی کے مرحلے کے لیے ایک مستحکم DC ان پٹ فراہم کرتا ہے۔

مرحلہ 2: زیادہ سے زیادہ پاور پوائنٹ ٹریکنگ (MPPT)

یہ پاور جنریشن کی کارکردگی کو بہتر بنانے کے لیے انورٹر کے لیے ایک اہم لنک ہے۔ بنیادی اصول پی وی ماڈیولز کے آؤٹ پٹ وولٹیج اور کرنٹ کا حقیقی وقت میں پتہ لگانا ہے۔کنٹرول الگورتھمموجودہ آؤٹ پٹ پاور کا حساب لگائیں، اور PV ماڈیولز کو ہر وقت زیادہ سے زیادہ پاور آؤٹ پٹ کے مقام پر کام کرنے کے لیے انورٹر کے DC ان پٹ وولٹیج کو متحرک طور پر ایڈجسٹ کریں۔

عام MPPT الگورتھم: Perturbation اور مشاہدہ (P&O)، Incremental conductance (INC)۔ ان میں سے، انکریمینٹل کنڈکٹنس کے طریقہ کار میں زیادہ درستگی ہوتی ہے اور تیز روشنی کی تبدیلیوں والے منظرناموں کے لیے موزوں ہے۔

عمل درآمد کا طریقہ: ڈی سی وولٹیج کو ایک کے ذریعے ایڈجسٹ کریں۔DC-DC کنورٹر(جیسے بوسٹ سٹیپ-اپ سرکٹ)۔ جب پی وی ماڈیولز کا آؤٹ پٹ وولٹیج کم ہوتا ہے، تو بوسٹ سرکٹ اسے الٹنے کے لیے موزوں ڈی سی بس وولٹیج تک بڑھاتا ہے (مثال کے طور پر، 380V AC آؤٹ پٹ کے مطابق 380V DC بس)۔

مرحلہ 3: DC-AC کنورژن (بنیادی الٹا مرحلہ)

یہ انورٹر کا بنیادی فنکشن ہے، جو بنیادی طور پر مستحکم DC پاور کو AC پاور میں تبدیل کرتا ہے جو کہ ایک سائن ویو کی طرح ہائی-فریکوئنسی آن-آف آپریشن کے ذریعےپاور الیکٹرانک سوئچنگ ڈیوائسز. مختلف ٹاپولوجیکل ڈھانچے کے مطابق، یہ بنیادی طور پر تقسیم کیا جاتا ہےسنگل-فیز انورٹرز(سول لو-پاور ایپلی کیشنز کے لیے) اورتین-فیز انورٹرز(صنعتی اور تجارتی اعلی-پاور ایپلی کیشنز کے لیے)، مستقل بنیادی اصولوں کے ساتھ:

سوئچنگ ڈیوائسز: انسولیٹڈ گیٹ بائپولر ٹرانزسٹرز (IGBTs) یا میٹل-آکسائیڈ-سیمک کنڈکٹر فیلڈ-اثر ٹرانزسٹرز (MOSFETs) کو اپنایا جاتا ہے، جو کہ پاور کنورژن کے لیے "الیکٹرانک سوئچز" ہوتے ہیں اور مائیکرو کنسرٹ کے اندر-آف کنٹرول پر مکمل کر سکتے ہیں۔

انورٹر برج ٹوپولوجی: سب سے زیادہ استعمال کیا جاتا ہےمکمل-برج انورٹر سرکٹ(سنگل-فیز کے لیے 4 سوئچنگ ڈیوائسز کے ساتھ اور تین-فیز کے لیے 6)۔ سنگل-فیز فل-برج سرکٹ کو بطور مثال لینا:

کنٹرولر آؤٹ پٹسپلس چوڑائی ماڈیولیشن (PWM) سگنل4 IGBTs کے آن-آف ترتیب اور ڈیوٹی سائیکل کو کنٹرول کرنے کے لیے۔

نبض کی چوڑائی کو ایڈجسٹ کرکے، سوئچنگ ڈیوائسز کے ذریعہ "اسکوائر ویو پلس ٹرین" آؤٹ پٹ کو فلٹر کیا جاتا ہے تاکہ سائن ویو کے قریب AC پاور بن سکے۔

AC فلٹرنگ: الٹ جانے کے بعد AC پاور اعلی-فریکوئنسی ہارمونکس پر مشتمل ہے، جسے فلٹر کرنے کی ضرورت ہےایل سی فلٹر سرکٹخالص سائنوسائیڈل AC پاور حاصل کرنے کے لیے AC فلٹر انڈکٹرز اور capacitors پر مشتمل ہے۔

مرحلہ 4: گرڈ-منسلک/آف-گرڈ موافقت اور تحفظ (AC-سائیڈ پروسیسنگ)

1. گرڈ-منسلک انورٹرز: ہم آہنگی اور گرڈ کنکشن

اگر انورٹر کو گرڈ سے منسلک پاور جنریشن کے لیے استعمال کیا جاتا ہے-، تو یہ یقینی بنانا ضروری ہے کہ آؤٹ پٹ AC پاورایک ہی فریکوئنسی، فیز اور وولٹیج میںمین گرڈ کے طور پر:

حقیقی-وقت وولٹیج فریکوئنسی اور پاور گرڈ کے فیز کا پتہ لگاتا ہے۔فیز-لاکڈ لوپ (PLL) ٹیکنالوجی، انورٹر کے ذریعہ AC پاور آؤٹ پٹ کے مرحلے اور فریکوئنسی کو ایڈجسٹ کریں، اور پاور گرڈ کے ساتھ عین مطابق مطابقت پذیری حاصل کریں۔

ایک کے ذریعے پاور گرڈ سے جڑیں۔AC رابطہ کنندہ، اور یقینی بنائیں کہ گرڈ-کے ذریعے منسلک حفاظتجزیرے کا تحفظ، اوور وولٹیج/انڈر وولٹیج پروٹیکشن، اوور کرنٹ پروٹیکشن، فریکوئنسی پروٹیکشنوغیرہ۔

2. آف-گرڈ انورٹرز: براہ راست بجلی کی فراہمی

اگر انورٹر کسی آف-گرڈ سسٹم میں استعمال ہوتا ہے (مثلاً، دور دراز کے علاقوں میں فوٹو وولٹک پاور سپلائی)، فلٹر شدہ سائنوسائیڈل AC پاور براہ راست لوڈز کو فراہم کی جاتی ہے (مثلاً گھریلو آلات، صنعتی آلات)۔ دریں اثنا، مستحکم وولٹیج ریگولیشن حاصل کرنے کے لیے اسے توانائی ذخیرہ کرنے والی بیٹریوں کے ساتھ ملایا جا سکتا ہے۔

III فوٹوولٹک انورٹرز کی اہم اقسام اور ٹاپولوجیکل فرق

مختلف قسم کے انورٹرز میں الٹا مرحلے کی ٹوپولوجی میں معمولی فرق ہوتا ہے اور یہ مختلف منظرناموں کے لیے موزوں ہیں:

مرکزی انورٹرز(اعلی-پاور، صنعتی/تجارتی استعمال اور فوٹوولٹک پاور پلانٹس کے لیے):

اپناناپاور فریکوئنسی ٹرانسفارمر/ہائی-فریکوئنسی ٹرانسفارمرٹوپولوجی کچھ ٹرانسفارمر لیس (غیر- الگ تھلگ) قسمیں کیپسیٹرز کے ذریعے تنہائی حاصل کرتی ہیں، جس میں بجلی کئی میگاواٹ تک پہنچتی ہے۔ وہ اعلی انضمام اور آسان آپریشن اور دیکھ بھال کی طرف سے خصوصیات ہیں.

سٹرنگ انورٹرز(درمیانی اور چھوٹی طاقت، گھریلو استعمال اور تقسیم شدہ فوٹو وولٹک نظام کے لیے):

ہر PV سٹرنگ ایک آزاد MPPT کنٹرولر سے لیس ہے، اور الٹا مرحلہ ایک مکمل-برج ٹوپولوجی کو اپناتا ہے۔ یہ ہر سٹرنگ کے زیادہ سے زیادہ پاور پوائنٹ کو آزادانہ طور پر ٹریک کر سکتا ہے، مختلف سٹرنگز (مثلاً شیڈنگ) کے درمیان الیومینیشن فرق کو اپناتے ہوئے۔

مائیکرو انورٹرز(کم-طاقت، گھریلو فوٹو وولٹک نظاموں کے لیے):

PV ماڈیولز کی پشت پر براہ راست انسٹال کیا گیا ہے، ایک ماڈیول سے مماثل ایک مائکرو انورٹر کے ساتھ، "ماڈیول-سطح کے الٹا" کا احساس ہوتا ہے۔ اس میں ایم پی پی ٹی کی درستگی سب سے زیادہ ہے اور یہ پیچیدہ الیومینیشن ماحول کے لیے موزوں ہے۔

چہارم کلیدی تکنیکی اشارے اور کارکردگی کے اثرات

الٹا کارکردگی: اعلی-معیار کے انورٹرز زیادہ سے زیادہ 98% (یورپی کارکردگی) کی زیادہ سے زیادہ کارکردگی حاصل کر سکتے ہیں، جو بنیادی طور پر سوئچنگ ڈیوائسز کی ترسیل کے نقصان اور MPPT کی ٹریکنگ کی درستگی پر منحصر ہے۔

ٹوٹل ہارمونک ڈسٹورشن (THD): گرڈ-منسلک انورٹرز کو 5% سے کم یا اس کے برابر THD درکار ہے۔ THD جتنی کم ہوگی، آؤٹ پٹ سائن ویو اتنی ہی خالص ہوگی اور پاور گرڈ میں مداخلت اتنی ہی کم ہوگی۔

MPPT کی کارکردگی: عام طور پر 99% سے بڑا یا اس کے برابر ہونا ضروری ہے، جو فوٹوولٹک نظام کی مجموعی بجلی کی پیداوار کو براہ راست متاثر کرتا ہے۔

خلاصہ

ایک PV انورٹر کا جوہر ہےبنیادی طور پر پاور الیکٹرانک سوئچنگ ڈیوائسز کے ساتھ ہائی-فریکوئنسی ماڈیولیشن کے ذریعے پاور فارم کی تبدیلی کا احساس کریں، کنٹرول الگورتھم کے ذریعے پاور آپٹیمائزیشن اور گرڈ موافقت حاصل کرنے کے دوران۔ اس کے کام کرنے والے اصول کی بنیادی بات یہ ہے:DC-DC کنورٹرز کے ذریعے پاور آپٹیمائزیشن کو حاصل کرنا، DC-PWM-ماڈیولڈ انورٹر پلوں کے ذریعے AC کی تبدیلی کو حاصل کرنا، اور فیز-لاکڈ لوپس اور پروٹیکشن سرکٹس کے ذریعے محفوظ گرڈ کنکشن کو یقینی بنانا. یہ عمل نہ صرف پاور الیکٹرانک ٹیکنالوجی کی تیز رفتار سوئچنگ خصوصیات کو استعمال کرتا ہے بلکہ کنٹرول تھیوری کے عین مطابق ضابطے کو بھی جوڑتا ہے، جو فوٹو وولٹک پاور جنریشن سسٹمز میں طاقت کے موثر استعمال کے لیے کلیدی کڑی کے طور پر کام کرتا ہے۔