सौर ऊर्जा आपूर्ति प्रणाली की संरचना और सिद्धांत

1) फोटोवोल्टिक पैनल: प्रकाश ऊर्जा रूपांतरण का मुख्य बल
सौर ऊर्जा आपूर्ति प्रणाली में फोटोवोल्टिक पैनल आमतौर पर मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन, पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन, अनाकार सिलिकॉन, गैलियम आर्सेनाइड, तांबा इंडियम गैलियम सेलेनाइड आदि से बने होते हैं। उदाहरण के लिए, मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन सिलिकॉन का एक एकल क्रिस्टल है जिसमें मूल रूप से एक पूर्ण जाली संरचना होती है। यह एक अच्छा अर्धचालक पदार्थ है जिसमें अपेक्षाकृत उच्च फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरण दक्षता होती है, जो लगभग 24% तक पहुँच सकती है; पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन की निर्माण प्रक्रिया मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन के समान है, लेकिन फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरण दक्षता थोड़ी कम है; अनाकार सिलिकॉन अनाकार सिलिकॉन से संबंधित है, जो भूरे-काले या भूरे-काले सूक्ष्म क्रिस्टल होते हैं जिनकी शुद्धता कम होती है, लेकिन कमजोर प्रकाश प्रदर्शन अच्छा होता है; गैलियम आर्सेनाइड का उपयोग फोटोवोल्टिक पैनलों में एक महत्वपूर्ण अर्धचालक पदार्थ के रूप में भी किया जाता है; तांबा इंडियम गैलियम सेलेनाइड का उपयोग ज्यादातर यौगिक पतली-फिल्म सौर कोशिकाओं जैसे दूसरी पीढ़ी की सौर कोशिकाओं में किया जाता है।

साथ ही, फोटोवोल्टिक पैनलों की सतह पर अक्सर एक विशेष कोटिंग होती है, जिसका उपयोग सूर्य के प्रकाश के परावर्तन को कम करने, जितना संभव हो सके प्रकाश ऊर्जा को अवशोषित करने और प्रकाश ऊर्जा की उपयोग दक्षता में सुधार करने के लिए किया जाता है। सूर्य के प्रकाश के संपर्क में आने पर, फोटोवोल्टिक पैनलों में अर्धचालक पदार्थ एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। उदाहरण के लिए, सिलिकॉन पदार्थों से बने फोटोवोल्टिक पैनल, जब सूर्य के प्रकाश में फोटॉन ऊर्जा अर्धचालक पर चमकती है, तो यह अर्धचालक में इलेक्ट्रॉनों को उत्तेजित करेगी, जिससे यह संयोजी बैंड से चालन बैंड तक कूद जाएगा, जिससे इलेक्ट्रॉन-छिद्र जोड़े उत्पन्न होंगे। अर्धचालक के आंतरिक विद्युत क्षेत्र की क्रिया के तहत, इलेक्ट्रॉन और छिद्र क्रमशः दो सिरों पर चले जाते हैं, जिससे एक फोटो-प्रेरित विद्युत वाहक बल बनता है। जब तक बाहरी सर्किट को फोटोवोल्टिक पैनल के दो सिरों से जोड़ा जाता है, तब तक यह करंट उत्पन्न कर सकता है, सूर्य के प्रकाश को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित कर सकता है, और संपूर्ण सौर ऊर्जा आपूर्ति प्रणाली के लिए एक बिजली स्रोत प्रदान कर सकता है।

2) बैटरी: विद्युत ऊर्जा का "भंडारण गोदाम"
बैटरी सौर ऊर्जा आपूर्ति प्रणाली में अत्यंत महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं और उन्हें विद्युत ऊर्जा का "भंडारण गोदाम" कहा जा सकता है। जब पर्याप्त धूप होती है, तो फोटोवोल्टिक पैनलों द्वारा उत्पन्न बिजली का उपयोग न केवल वर्तमान भार के लिए किया जाता है, बल्कि अतिरिक्त बिजली भी होती है। इस समय, बैटरी अपना भंडारण कार्य निभाना शुरू कर देती है और इस अतिरिक्त बिजली को संग्रहीत करती है। जब पर्याप्त धूप नहीं होती है, जैसे बादल वाले दिन या रातें, जब फोटोवोल्टिक पैनल पर्याप्त बिजली उत्पन्न नहीं कर सकते हैं या यहां तक कि बिजली उत्पन्न नहीं कर सकते हैं, तो बैटरी पहले से संग्रहीत बिजली को छोड़ देगी ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि सिस्टम लगातार और स्थिर रूप से भार को बिजली की आपूर्ति कर सके, ताकि संपूर्ण सौर ऊर्जा आपूर्ति प्रणाली प्रकाश व्यवस्था की स्थिति में बदलाव के कारण बिजली कटौती जैसी अस्थिर स्थितियों का अनुभव न करे, और सिस्टम के स्थिर संचालन को बनाए रखे।

3) नियंत्रक: सिस्टम संचालन का "स्मार्ट बटलर"
नियंत्रक सौर ऊर्जा आपूर्ति प्रणाली का "स्मार्ट बटलर" है। यह हर समय सौर पैनल के वोल्टेज और करंट आउटपुट की निगरानी करता है। एक ओर, यह विद्युत ऊर्जा के वितरण और भंडारण को बुद्धिमानी से समायोजित कर सकता है। उदाहरण के लिए, बैटरी की बिजली स्थिति के अनुसार, यह बैटरी के लिए सौर पैनल की चार्जिंग प्रक्रिया को उचित रूप से नियंत्रित कर सकता है। जब बैटरी लगभग भर जाती है, तो नियंत्रक ओवरचार्जिंग से बचने के लिए चार्जिंग करंट और अन्य मापदंडों को समायोजित करेगा। जब बैटरी को भार को बिजली देने के लिए डिस्चार्ज करने की आवश्यकता होती है, तो यह भार की वास्तविक बिजली मांग के अनुसार बिजली आउटपुट को भी सटीक रूप से नियंत्रित करेगा।

दूसरी ओर, सिस्टम की सुरक्षा और स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए नियंत्रक में विभिन्न प्रकार के सुरक्षा कार्य होते हैं। विद्युत सुरक्षा जैसे कार्य सर्किट में असामान्य करंट और वोल्टेज को सिस्टम को नुकसान पहुंचाने से रोक सकते हैं; रिवर्स कनेक्शन सुरक्षा फ़ंक्शन, चाहे वह फोटोवोल्टिक पैनल हो या बैटरी, यदि रिवर्स ध्रुवता की वायरिंग त्रुटि है, तो नियंत्रक यह सुनिश्चित कर सकता है कि यह क्षतिग्रस्त नहीं होगा और वायरिंग को सही करने के बाद सामान्य रूप से काम करना जारी रख सकता है; शॉर्ट सर्किट सुरक्षा फ़ंक्शन, एक बार सर्किट में शॉर्ट सर्किट होने पर, नियंत्रक शॉर्ट सर्किट के कारण होने वाले सुरक्षा खतरों की एक श्रृंखला से बचने के लिए समय पर सर्किट को काट देगा; ओवरकरंट सुरक्षा, ओवरचार्ज सुरक्षा, ओवर-डिस्चार्ज सुरक्षा आदि भी हैं। ओवरचार्जिंग बैटरी में इलेक्ट्रोलाइट को वाष्पित कर सकती है और खराबी पैदा कर सकती है, बैटरी का ओवर-डिस्चार्जिंग बैटरी की समय से पहले विफलता का कारण बनेगा, और ओवरचार्जिंग और ओवर-डिस्चार्जिंग भार को नुकसान पहुंचा सकता है। इन सुरक्षा कार्यों के माध्यम से, नियंत्रक सौर ऊर्जा आपूर्ति प्रणाली के सामान्य संचालन को सभी दिशाओं में सुरक्षित रखता है, ताकि यह लंबे समय तक स्थिर रूप से काम कर सके।

IV) इन्वर्टर और लोड: बिजली रूपांतरण और खपत टर्मिनल
इन्वर्टर का मुख्य कार्य डीसी बिजली को एसी बिजली में परिवर्तित करना है ताकि लोड द्वारा उपयोग किया जा सके। विशेष रूप से, सौर पैनल डीसी बिजली उत्पन्न करते हैं, लेकिन हमारे दैनिक जीवन और कई औद्योगिक और वाणिज्यिक परिदृश्यों में उपयोग की जाने वाली अधिकांश बिजली एसी बिजली है। इन्वर्टर में एक जटिल इन्वर्टर सर्किट और अन्य संरचनाएं होती हैं। सामान्य पूरी तरह से नियंत्रित इन्वर्टर को एक उदाहरण के रूप में लेते हुए, इसका एसी तत्व आईजीबीटी ट्यूब का उपयोग करता है, और आईजीबीटी ट्यूब का चालन या कटऑफ पीडब्लूएम पल्स चौड़ाई मॉड्यूलेशन द्वारा नियंत्रित होता है। जब डीसी बिजली की आपूर्ति जुड़ी होती है, तो ट्रांसफार्मर के प्राथमिक कुंडल पर आईजीबीटी ट्यूब के विभिन्न चालन और कटऑफ संयोजनों के माध्यम से सकारात्मक और नकारात्मक वैकल्पिक वर्ग तरंगें बनती हैं। एलसी एसी फिल्टर की मदद से, आउटपुट एंड अंततः एक साइनसोइडल एसी वोल्टेज बनाता है, जिससे डीसी से एसी में रूपांतरण पूरा होता है।
भार विद्युत ऊर्जा का उपयोगकर्ता है और संपूर्ण सौर ऊर्जा आपूर्ति प्रणाली का विद्युत ऊर्जा खपत टर्मिनल है। यह विभिन्न प्रकार के विद्युत उपकरण हो सकते हैं, जैसे घर में इलेक्ट्रिक लाइट, टेलीविजन, रेफ्रिजरेटर और अन्य विद्युत उपकरण, उद्योग में मोटर और उत्पादन उपकरण, वाणिज्यिक स्थानों में प्रकाश व्यवस्था और प्रदर्शन उपकरण, आदि। ये भार अपनी-अपनी कार्यक्षमता को महसूस करने के लिए इन्वर्टर द्वारा परिवर्तित प्रत्यावर्ती धारा पर निर्भर करते हैं, जैसे कि प्रकाश व्यवस्था को महसूस करने के लिए इलेक्ट्रिक लाइट, मशीनों को संचालित करने के लिए मोटर, आदि। विभिन्न भार वास्तविक जरूरतों के अनुसार विद्युत ऊर्जा का उपभोग करते हैं, और एक साथ सौर ऊर्जा आपूर्ति प्रणाली के विद्युत ऊर्जा खपत के लिंक का निर्माण करते हैं।