आवासीय, वाणिज्यिक और औद्योगिक अनुप्रयोगों में फोटोवोल्टिक (पीवी) प्रणालियों को बढ़ाने से विभिन्न प्रकार के विद्युत भार-कैपेसिटिव, इंडक्टिव और प्रतिरोधक-इन प्रणालियों के साथ बातचीत करने के लिए विभिन्न प्रकार की समझ की आवश्यकता होती है। यह पेपर इन लोड प्रकारों, उनकी विशेषताओं, पीवी सिस्टम प्रदर्शन पर प्रभाव और तुलनात्मक मूल्यांकन का गहन विश्लेषण प्रदान करता है। पीवी अनुप्रयोगों में उपयोगकर्ता-साइड लोड पर विशेष जोर दिया जाता है, जिसमें बिजली की गुणवत्ता, दक्षता और सिस्टम स्थिरता पर उनके प्रभाव शामिल हैं। चर्चा में अलग -अलग लोड स्थितियों के तहत पीवी सिस्टम प्रदर्शन के अनुकूलन के लिए शमन रणनीतियों को भी शामिल किया गया है।
Photovoltaic (PV) सिस्टम तेजी से आधुनिक पावर ग्रिड में एकीकृत हो रहे हैं, विशेष रूप से उपयोगकर्ता पक्ष में, जहां वे आवासीय, वाणिज्यिक और औद्योगिक उपभोक्ताओं को बिजली की आपूर्ति करते हैं। पीवी सिस्टम की दक्षता और स्थिरता कनेक्टेड लोड की प्रकृति पर काफी निर्भर करती है। विद्युत भार को मोटे तौर पर तीन प्रकारों में वर्गीकृत किया जा सकता है:
प्रतिरोधक भार - शुद्ध प्रतिरोध
आगमनात्मक भार - महत्वपूर्ण इंडक्शन के साथ लोड
कैपेसिटिव लोड - डोमिनेंट कैपेसिटेंस के साथ लोड
प्रत्येक लोड प्रकार पीवी इनवर्टर के साथ अलग -अलग बातचीत करता है, बिजली की गुणवत्ता, दक्षता और सिस्टम विश्वसनीयता को प्रभावित करता है। यह पेपर इन इंटरैक्शन को विस्तार से बताता है, इष्टतम पीवी सिस्टम डिज़ाइन के लिए तुलनात्मक विश्लेषण और सिफारिशें प्रदान करता है।
लोड प्रकारों की मौलिक विशेषताएं
प्रतिरोधक भार की परिभाषा
प्रतिरोधक भार सबसे सरल प्रकार हैं, जहां वर्तमान और वोल्टेज चरण में हैं। वे वास्तविक शक्ति (पी) का उपभोग करते हैं और प्रतिक्रियाशील शक्ति (क्यू) का परिचय नहीं देते हैं।
प्रमुख विशेषताऐं:
पावर फैक्टर (pf)=1 (एकता पावर फैक्टर)।
वोल्टेज और वर्तमान के बीच कोई चरण बदलाव नहीं।
पीवी सिस्टम पर प्रभाव:
दक्षता: उच्च, क्योंकि कोई प्रतिक्रियाशील शक्ति शामिल नहीं है।
स्थिरता: पीवी इनवर्टर पर न्यूनतम प्रभाव, क्योंकि वे एक स्थिर, रैखिक भार प्रदान करते हैं।
हार्मोनिक्स: नगण्य, जब तक कि गैर-रैखिक प्रतिरोधक भार (जैसे, डिमर्स) मौजूद नहीं हैं।उपयोगकर्ता पक्ष पर प्रतिरोधक भार का वर्गीकरण
घरेलू प्रतिरोधक भार
प्रकाश उपकरण (पारंपरिक गरमागरम लैंप, हलोजन टंगस्टन लैंप (गर्मी उत्पन्न करना और फिलामेंट प्रतिरोध के माध्यम से प्रकाश का उत्सर्जन)
हीटिंग उपकरण (इलेक्ट्रिक वॉटर हीटर, इलेक्ट्रिक हीटर, इलेक्ट्रिक कंबल, हैंड वार्मर, इलेक्ट्रिक ओवन, इलेक्ट्रिक आयरन, कर्लिंग आयरन, आदि)
कम-शक्ति वाले बिजली के उपकरण (चार्जर्स, इलेक्ट्रिक फैंस, आदि)
छोटे औद्योगिक और वाणिज्यिक प्रतिरोधक भार
छोटी दुकानों के लिए हीटिंग उपकरण (जैसे कि सुविधा स्टोर में हॉट ड्रिंक मशीनें और बेकरी में छोटे इलेक्ट्रिक ओवन (शुद्ध प्रतिरोध हीटिंग))
कुछ पुराने जमाने के प्रिंटर और कॉपियर के कार्यालय उपकरण (हीटिंग घटक (प्रतिरोध तार हीटिंग))
कृषि सहायक उपकरण (छोटे ग्रीनहाउस के लिए विद्युत ताप तारों (गर्मी संरक्षण के लिए), एक्वाकल्चर के लिए छोटे बिजली के हीटिंग छड़ें)
आगमनात्मक भार की परिभाषा
आगमनात्मक भार एक चरण अंतराल का परिचय देता है, जहां आगमनात्मक प्रतिक्रिया (xl=2 πfl) के कारण वोल्टेज के पीछे वर्तमान अंतराल।
प्रमुख विशेषताऐं:
पावर फैक्टर (पीएफ) <1 (लैगिंग)।
प्रतिक्रियाशील बिजली की खपत (q=vi sin ‘)।
पीवी सिस्टम पर प्रभाव:
दक्षता: प्रतिक्रियाशील बिजली के नुकसान के कारण कम।
स्थिरता: वोल्टेज की बूंदों और बिजली के उतार -चढ़ाव का कारण बन सकता है।
हार्मोनिक्स: यदि गैर-रेखीय (जैसे, चर आवृत्ति ड्राइव) यदि हार्मोनिक्स का परिचय हो सकता है।
शमन रणनीतियाँ:
पावर फैक्टर सुधार (PFC) कैपेसिटर पीएफ की भरपाई के लिए क्षतिपूर्ति करने के लिए।
हार्मोनिक्स को कम करने के लिए सक्रिय फिल्टर का उपयोग।उपयोगकर्ता-पक्ष आगमनात्मक भार का वर्गीकरण
मोटर प्रकार भार
घरेलू उपकरण (रेफ्रिजरेटर कंप्रेशर्स, एयर कंडीशनर कंप्रेशर्स और फैन मोटर्स, वॉशिंग मशीन मोटर्स, माइक्रोवेव ओवन टर्नटेबल मोटर्स, रेंज हूड मोटर्स, आदि)
औद्योगिक और वाणिज्यिक उपकरण (वाटर पंप मोटर्स (कृषि सिंचाई, जल आपूर्ति प्रणाली), प्रशंसक (वेंटिलेशन, हीट डिसिपेशन), कन्वेयर बेल्ट मोटर्स, मशीन टूल मोटर्स, एलेवेटर ड्राइव मोटर्स, आदि)
छोटे उपकरण (इलेक्ट्रिक टूल्स (जैसे इलेक्ट्रिक ड्रिल, कटिंग मशीन), ट्रेडमिल मोटर्स, इलेक्ट्रिक वाहन चार्जिंग पाइल्स के अंदर कूलिंग फैन मोटर्स, आदि)
विद्युत चुम्बकीय उपकरण
सोलनॉइड वाल्व (जैसे घरेलू गैस वाल्व और वाटर प्यूरीफायर सोलनॉइड वाल्व, जो कॉइल के ऊर्जावान के माध्यम से एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करके वाल्व के उद्घाटन और समापन को नियंत्रित करते हैं)
इंडक्शन कुकर/इंडक्शन कुकर (एक वैकल्पिक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करने के लिए एक कॉइल का उपयोग करना, जिससे कुकवेयर गर्म हो गया। कोर घटक हीटिंग कॉइल है)
अन्य आगमनात्मक भार
इलेक्ट्रिक वेल्डिंग मशीन (अंदर बड़ी संख्या में कॉइल के साथ, यह ऑपरेशन के दौरान वेल्डिंग करंट उत्पन्न करने के लिए इलेक्ट्रोमैग्नेटिक इंडक्शन पर निर्भर करता है और एक मजबूत इंडक्टिव लोड है)
कैपेसिटिव लोड की परिभाषा
कैपेसिटिव लोड एक चरण लीड का परिचय देते हैं, जहां कैपेसिटिव रिएक्शन (xc=1}/(2πfc)) के कारण वर्तमान वोल्टेज का नेतृत्व करता है।
प्रमुख विशेषताऐं:
पावर फैक्टर (पीएफ) <1 (अग्रणी)।
प्रतिक्रियाशील बिजली उत्पादन (q=vi sin a))।
पीवी सिस्टम पर प्रभाव:
दक्षता: पीएफसी के लिए उपयोग किए जाने पर दक्षता में सुधार हो सकता है, लेकिन अत्यधिक समाई ओवरवॉल्टेज का कारण बन सकती है।
स्थिरता: ग्रिड इंडक्शन के साथ प्रतिध्वनि के मुद्दों को जन्म दे सकता है।
हार्मोनिक्स: यदि अनुचित तरीके से डिज़ाइन किया गया है तो हार्मोनिक्स को बढ़ा सकते हैं।
शमन रणनीतियाँ:
पीएफसी कैपेसिटर का उचित आकार।
हार्मोनिक फिल्टर का उपयोग।उपयोगकर्ता पक्ष पर कैपेसिटिव लोड का वर्गीकरण
बिजली इलेक्ट्रॉनिक उपस्कर
आवृत्ति कनवर्टर/इन्वर्टर के डीसी साइड कैपेसिटर (फोटोवोल्टिक इनवर्टर और वेरिएबल फ्रीक्वेंसी ड्राइव (वीएफडी) जैसे उपकरणों की डीसी बस आमतौर पर डीसी वोल्टेज को सुचारू करने और शिपल को दबाने के लिए बड़ी क्षमता वाले इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर से सुसज्जित होती है)
स्विचिंग पावर सप्लाई के इनपुट फ़िल्टर कैपेसिटर (कैपेसिटिव फ़िल्टर सर्किट आमतौर पर कंप्यूटर सर्वर, संचार बेस स्टेशनों और अन्य उपकरणों के लिए स्विचिंग पावर सप्लाई के सामने के छोर पर स्थापित किए जाते हैं)
स्विचिंग पावर सप्लाई इक्विपमेंट (मोबाइल फोन चार्जर्स, लैपटॉप एडेप्टर, राउटर पावर सप्लाई, एलईडी लाइट ड्राइवर पावर सप्लाई)
घरेलू उपकरणों में इन्वर्टर उपकरण (इन्वर्टर एयर कंडीशनर, इन्वर्टर वाशिंग मशीन, इन्वर्टर रेफ्रिजरेटर)
इलेक्ट्रॉनिक इंस्ट्रूमेंट्स (प्रिंटर, कॉपियर, माइक्रोवेव ओवन (कुछ मॉडल), टेलीविज़न (विशेष रूप से एलसीडी टीवी, जिनमें आंतरिक पावर बोर्ड पर बड़ी संख्या में कैपेसिटर हैं), आदि) आदि) आदि) आदि) आदि)।
मुआवजा संधारित्र युक्ति
पावर फैक्टर सुधार (PFC) कैपेसिटर (औद्योगिक या वाणिज्यिक सुविधाओं में, समानांतर संधारित्र मुआवजा उपकरणों को बिजली कारक में सुधार करने के लिए स्थापित किया जाता है (विशेष रूप से मोटर्स जैसे आगमनात्मक भार की प्रतिक्रियाशील शक्ति को ऑफसेट करने के लिए)
फोटोवोल्टिक पावर स्टेशनों (डायनेमिक रिएक्टिव पावर कम्पेंसेशन डिवाइस (जैसे एसवीजी) में एसवीजी उपकरण ग्रिड वोल्टेज को विनियमित करने के लिए कैपेसिटिव मोड में प्रतिक्रियाशील शक्ति का उत्पादन कर सकते हैं)
पीवी सिस्टम में लोड प्रकारों का तुलनात्मक विश्लेषण
पीवी सिस्टम में उपयोगकर्ता-साइड लोड विचार
|
पैरामीटर |
प्रतिरोधक भार |
आगमनात्मक भार |
कैपेसिटिव भार |
|
बिजली कारक |
1 (एकता) |
<1 (Lagging) |
<1 (Leading) |
|
प्रतिक्रियाशील शक्ति |
0 |
ग्रहण किया हुआ |
जनरेट किया गया |
|
चरण में बदलाव |
कोई नहीं |
वर्तमान अंतराल |
वर्तमान अग्रणी |
|
दक्षता प्रभाव |
उच्च |
मध्यम |
चर |
|
हार्मोनिक सामग्री |
कम |
मध्यम (यदि गैर-रैखिक) |
मध्यम ऊँचाई |
|
पीवी इन्वर्टर तनाव |
कम |
उच्च (क्यू के कारण) |
मध्यम |
|
शमन की जरूरत है |
कोई नहीं |
पीएफसी कैपेसिटर |
हार्मोनिक फ़िल्टर |
उपयोगकर्ता पक्ष में पीवी सिस्टम को प्रतिरोधक, प्रेरक और कैपेसिटिव लोड के मिश्रण को संभालना चाहिए। प्रमुख चुनौतियों में शामिल हैं:
बिजली की गुणवत्ता के मुद्दे
अचानक आगमनात्मक लोड स्विचिंग के कारण वोल्टेज में उतार -चढ़ाव।
गैर-रैखिक भार (जैसे, इनवर्टर, एलईडी ड्राइवर) से हार्मोनिक विरूपण।
ग्रिड स्थिरता को प्रभावित करने वाली प्रतिक्रियाशील शक्ति असंतुलन।
दक्षता अनुकूलन
अधिकतम पावर प्वाइंट ट्रैकिंग (एमपीपीटी) को अलग -अलग लोड प्रकारों के लिए जिम्मेदार होना चाहिए।
इन्वर्टर साइज़िंग को पीक रिएक्टिव पावर डिमांड्स पर विचार करना चाहिए।
ग्रिड इंटरैक्शन और स्थिरता
यदि पीवी सिस्टम लोड मांग से मेल नहीं खा सकता है तो आइलैंडिंग जोखिम।
अत्यधिक कैपेसिटिव लोड के कारण आवृत्ति अस्थिरता।
शमन और अनुकूलन रणनीतियाँ
मिश्रित भार के तहत पीवी सिस्टम प्रदर्शन को बढ़ाने के लिए:
सक्रिय पावर फैक्टर सुधार (PFC): इन्वर्टर-आधारित प्रतिक्रियाशील बिजली मुआवजे का उपयोग करें।
हार्मोनिक फ़िल्टर: विकृतियों को कम करने के लिए निष्क्रिय/सक्रिय फिल्टर स्थापित करें।
स्मार्ट लोड प्रबंधन: कम पीवी पीढ़ी के दौरान प्रतिरोधक भार को प्राथमिकता दें।
ऊर्जा भंडारण एकीकरण: बैटरी प्रतिक्रियाशील बिजली की मांगों को बफर कर सकती है।
उपयोगकर्ता पक्ष में पीवी सिस्टम प्रदर्शन को अनुकूलित करने के लिए कैपेसिटिव, इंडक्टिव और प्रतिरोधक भार के व्यवहार को समझना महत्वपूर्ण है। जबकि प्रतिरोधक भार सबसे सीधे, आगमनात्मक और कैपेसिटिव लोड हैं, जो प्रतिक्रियाशील शक्ति, हार्मोनिक्स और स्थिरता चुनौतियों जैसे जटिलताओं का परिचय देते हैं। पीएफसी, हार्मोनिक फ़िल्टरिंग और स्मार्ट लोड प्रबंधन सहित उचित शमन रणनीतियाँ, कुशल और विश्वसनीय पीवी एकीकरण के लिए आवश्यक हैं।
कीवर्ड
Photovoltaic (PV) सिस्टम, उपयोगकर्ता-साइड लोड, कैपेसिटिव लोड, इंडक्टिव लोड, प्रतिरोधक भार, पावर फैक्टर (PF), रिएक्टिव पावर (Q), रियल पावर (P), चरण शिफ्ट, हार्मोनिक विरूपण।
