சூரிய பி.வி., மின்கலன் சேமிப்பு மற்றும் பகிர்வு மாற்றிகளை ஒரு சிறு வலையில் எவ்வாறு ஒருங்கிணைப்பது

ஒரு சிறு மின் வலையமைப்பு (மைக்ரோகிரிட்) பெரும்பாலும் அதன் மூலங்களால்—தொகுதி முறையில் அமைந்த ஒளிமின்சார அமைப்புகள் (PV arrays) மற்றும் மின்கலன் தடங்கள் (battery racks)—விளக்கப்படுகிறது. ஆனால், அவ்வாறு அமைந்த மூலங்கள் உண்மையில் ஒன்றுடன் ஒன்று சரியாக இணைந்து செயல்படுமா என்பதை தீர்மானிக்கும் கருவிகள் நடுவில் அமைந்துள்ளன: தரையமை . வலையிணைந்த (grid-tied) இயக்க முறையில், இது மின்சக்தி கடத்தும் வழியாகச் செயல்படுகிறது. தனித்த (islanded) இயக்க முறையில், இது முழு மின் அமைப்பிற்குமான மின்னழுத்தம் மற்றும் அதிர்வெண் குறிப்பு அமைப்பின் ஒரு பகுதியாக மாறுகிறது. எனவே, PV–PCS–மாற்றி–சுமை (load) ஆகியவற்றின் தொடர்பை சரியாக அமைத்தல் என்பது வாங்குதல் தொடர்பான சிறிய விவரம் அல்ல; இது ஒரு கட்டிடக்கலை முடிவாகும்—அதுதான் ஒரு சிறு மின் வலையமைப்பு நிலையானதா, திறன் மிகுந்ததா, நீண்ட காலம் செயல்படுமா என்பதை தீர்மானிக்கிறது.

மின்சார இணைப்பு: PV, PCS, மாற்றி, சுமை

ஒரு பொதுவான மின்னோட்ட-இணைக்கப்பட்ட சிறு மின் வலை (AC-coupled microgrid) தெளிவான வரிசையில் செயல்படுகிறது. புவி வெளிச்ச மின்கலங்கள் (PV) நேர்மின்னோட்டத்தை (DC) மின்சக்தி மாற்ற அமைப்பிற்கு (PCS) வழங்குகின்றன; இதில் மாற்றி (inverter) மற்றும் நடுத்தர மின்னழுத்த வடிவமைப்புகளில் உயர்த்தும் மின்மாற்றி (step-up transformer) ஆகியவை அடங்கும். PCS-ன் வெளியீடு நடுத்தர மின்னழுத்தத்திற்கு உயர்த்தப்பட்டு, திரட்டப்பட்டு, பின்னர் பயன்பாட்டு பக்கத்தில் பரவல் மின்மாற்றிகள் மூலம் குறைத்து வழங்கப்படுகிறது. மின்கல சேமிப்பு (battery storage) இருதிசை மின்சக்தி மாற்ற அமைப்பின் (bidirectional PCS) மூலம் அதே மாறுதல் மின்னோட்ட பஸ் (AC bus) உடன் இணைக்கப்படுகிறது, இதனால் மின்னூட்டம் (charge) மற்றும் மின்னிறக்கம் (discharge) ஆகிய இரண்டு திசைகளிலும் மின்சக்தி பாய்வதற்கு வசதி ஏற்படுகிறது.

மின்மாற்றியின் பங்கு அதன் இருப்பிடத்தைப் பொறுத்து மாறுபடும். உயர்த்தும் மின்மாற்றிகள் உற்பத்தி பக்கத்தில் முக்கியமாக ஆற்றல் உற்பத்தி செய்யும் பயன்பாடுகளுக்காக பயன்படுத்தப்படுகின்றன; இவை மாற்றியின் மட்டத்தில் உள்ள மின்னழுத்தங்களை (480–600 V) 10 kV, 34.5 kV அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட மின்னழுத்தங்களுக்கு உயர்த்தி, திரட்டுதல் மற்றும் கடத்தலுக்கு ஏற்றவாறு செயல்படுகின்றன. விடுவிகள் பயன்பாட்டு பக்கத்தில் உள்ளவை எதிர்மாறான செயல்பாட்டை மேற்கொள்கின்றன — அதாவது, நடுத்தர மின்னழுத்தத்தை பயன்பாட்டு மட்டத்திற்கு குறைத்தல். ஒரு சிறு மின் வலையில் (microgrid), இந்த இரண்டு செயல்பாடுகளும் ஒன்றாக இருத்தல் அவசியம்; மேலும், பெரும்பாலும் ஒரே மின்மாற்றியே PV மின்சக்தியை வெளியே அனுப்பும் போதும், அல்லது மின்கலம் மின்னூட்டம் பெறும் போதும், இரு திசைகளிலும் மின்சக்தி பாய்வை ஆதரிக்க வேண்டும்.

மாறுதிசை மின்னோட்ட மாற்றியின் வெளியீட்டுக்கு ஏற்ப மாறுதிசை மின்னோட்ட மாற்றியின் அளவைத் தீர்மானித்தல்

மாறுதிசை மின்னோட்ட மாற்றியின் திறனை மாறுதிசை மின்னோட்ட மாற்றியின் பெயர்ப்பலகை மதிப்பை 1:1 என எளிதாக நகலெடுப்பதாக கருதக்கூடாது. தொழில் நடைமுறையில், மாறுதிசை மின்னோட்ட மாற்றியின் மாறுதிசை மின்னோட்ட தரவரை வெளியீட்டின் மீது தோராயமாக 1.10 முதல் 1.25 வரை ஒரு மிகை அளவு காரணி பயன்படுத்தப்படுகிறது, இது சூழல் வெப்பநிலை மற்றும் உயரத்திற்கு ஏற்ப திருத்தப்படுகிறது. இதன் தர்க்கம் எளிமையானது: மாறுதிசை மின்னோட்ட மாற்றிகள் குறுகிய காலத்திற்கு மிகை சுமையைத் தாங்க முடியும், ஒத்த அலைகள் (ஹார்மோனிக்) காரணமாக வெப்ப சுமை அதிகரிக்கிறது, மேலும் தனிமைப்படுத்தப்பட்ட இயக்க நிலையில் (islanded mode), மாறுதிசை மின்னோட்ட மாற்றி போதுமான திருப்புதல் மின்னோட்டத்தை (reactive power) கடத்த வேண்டும், அதே நேரத்தில் அது மிகை நிரப்புதல் (saturation) அடையக்கூடாது.

அதே நேரத்தில், மாறுதிசை மின்னோட்ட மாற்றியின் தரவரை kVA மதிப்பு அதனுடன் இணைக்கப்பட்டுள்ள அனைத்து மாறுதிசை மின்னோட்ட மாற்றிகளின் மொத்த பெயரளவு வெளியீட்டிற்குச் சமமாகவோ அல்லது அதை விட அதிகமாகவோ இருக்க வேண்டும் — இது ஒருங்கிணைந்த பாதுகாப்பு மற்றும் மின்னழுத்த ஒழுங்குப்பாட்டிற்கான அடிப்படைத் தேவையாகும். 1 MW புகையிலை மின்சார திட்டத்திற்கு (PV block), 1250 kVA மேல்நோக்கி மாற்றும் மாறுதிசை மின்னோட்ட மாற்றி (step-up transformer) பொதுவாக பயன்படுத்தப்படுகிறது; செலவு சேமிப்பிற்காக மிகக் குறைவாக அளவிடுவது பெரும்பாலும் புகையிலை மின்சாரம் மற்றும் மின்கலன் வெளியீடு ஒன்றாக ஏற்படும் போது வெப்ப குறுகிய வழியை (thermal bottleneck) உருவாக்குகிறது.

ஒத்த அலைகள் (ஹார்மோனிக்ஸ்), மாறுதிசை மின்னோட்ட ஓட்டம் (Reverse Power Flow), மற்றும் வெப்ப அழுத்தம்

பிவி மாற்றிகள் மற்றும் மின்கல பிசிஎஸ் அலகுகள் நேரியலற்ற மூலங்கள். இவை பல ஒரே மின்மாற்றியில் இயங்கும்போது, ஒத்ததிர்வு மின்னோட்டங்கள் மேலும் மேலும் கூடுதலாக சேர்ந்து, சுற்றுகள் மற்றும் உள்ளீடுகளில் அதிர்வெண்-சார்ந்த கூடுதல் இழப்புகளை ஏற்படுத்துகின்றன. இந்த சிக்கல் எதிர் மின்சக்தி ஓட்டத்தால் : பிவி ஊடுருவல் அதிகரிக்கும்போது, மின்மாற்றி மணிநேரங்களுக்கு மின்சக்தியை வலையிற்கு அல்லது பொது இணைப்பு புள்ளிக்கு மீண்டும் அனுப்பலாம்; இது பாரம்பரிய பகிர்மான மின்மாற்றிகள் வடிவமைக்கப்படாத நிலை.

சோதனை மற்றும் மாதிரியாக்க ஆய்வுகள் வெப்ப விளைவுகளைக் காட்டுகின்றன. முழு சுமை எதிர் மின்சக்தி ஓட்டம் மற்றும் ஒத்ததிர்வு விளைவுகளுடன் இணைந்து, மின்மாற்றியின் ஆயுள் எதிர்பார்ப்பு தோராயமாக 8.3%, மேலும் சூடான புள்ளிகள் மின்நிலை முறிவு வயதாக்கத்தை விரைவுபடுத்தும் வகையில் நகர்கின்றன. இறக்குமதி மற்றும் ஏற்றுமதிக்கு அடிக்கடி மாறும் சிறு வலைகளில், சுழற்சி செயல்பாடு சராசரி சுமையை விட முக்கியமானது: வெப்ப வயதாக்கம் சராசரி தினசரி வெப்பநிலையில் அல்ல, உச்ச வெப்பநிலை மற்றும் சுழற்சி எண்ணிக்கையில் சேர்கிறது.

நுண்சுழற்சி வலையில் பயன்படுத்தப்படும் மாற்றிகள், கே-காரணி அல்லது ஒலியலை பொறுமையுள்ள வடிவமைப்புகளைக் கொண்டிருக்க வேண்டும், போதுமான குளிரூட்டலைக் கொண்டிருக்க வேண்டும், மேலும் மீண்டும் மீண்டும் வெப்ப சுழற்சிக்கு ஏற்றவாறு தரம் குறிப்பிடப்பட்ட காப்பு அமைப்புகளைக் கொண்டிருக்க வேண்டும்—எளிய பரிச்சய மாற்றியை உயர் கேவிஏ லேபிளுடன் பயன்படுத்துவது போதாது.

வலையுடன் இணைக்கப்பட்டது எதிர் தனிமைப்படுத்தப்பட்டது: ஒரே சட்டத்தில் இரண்டு வெவ்வேறு இயந்திரங்கள்

வலையுடன் இணைக்கப்பட்ட இயக்கத்தின் போது, பயன்பாட்டு நிறுவனம் மின்னழுத்தத்தையும் அதிர்வெண்ணையும் நிர்ணயிக்கிறது; மாற்றி முக்கியமாக மின்சக்தியைக் கடத்துகிறது மற்றும் மின்னியல் பிரிவை வழங்குகிறது. பொது இணைப்புப் புள்ளி திறக்கப்படும் கணத்தில், இயக்கம் மாறுகிறது. மாற்றி, பிஇஎஸ்எஸ் மற்றும் பிவி மாற்றிகளுடன் இணைந்து பணியாற்ற வேண்டியிருக்கலாம், மின்னழுத்தத்தையும் அதிர்வெண்ணையும் நிலைநிறுத்த , காந்தத் துவக்க மின்னோட்டத்தை உறிஞ்ச, மேலும் முக்கிய வலையால் முன்பு வழங்கப்பட்ட மோட்டார் துவக்க மின்னோட்டங்களை தாங்கிக் கொள்ள.

நிலையான இணைப்பு என்பது மிகவும் புறக்கணிக்கப்படும் வேறுபாடு ஆகும். நுண்சுழற்சி வலை தனிமைப்படுத்தப்படும்போது, பயன்பாட்டு நிறுவனத்தின் நடுநிலை நிலையான இணைப்பு குறிப்பு மறைந்துவிடும். ஒரு நிலையான இணைப்பு மாற்றி இல்லாமல் ஒரு கட்டத்திலிருந்து தரைக்கு ஏற்படும் குறைந்த மின்தடை தவறு, குறைந்த மின்தடை திரும்பு பாதையைக் கொண்டிருக்காது; பாதுகாப்பு அமைப்பு அந்தத் தவறைக் கண்டறிய முடியாமல் போகலாம், மேலும் மின்னழுத்த மிகைப்பு மின்காப்பு அமைப்பை வலியுறுத்தலாம். மின்தடை தேர்வும் அதே அளவுக்கு முக்கியமானது: குறைந்த மின்தடை மின்மாற்றி மின்னழுத்த ஒழுங்குப்பாட்டை நெருக்கமாக்குகிறது, ஆனால் தவறு மின்னோட்டத்தை உயர்த்துகிறது, இதனால் அடுத்தடுத்த அனைத்து மின்சுற்று முறிப்பான்கள் மற்றும் மின்சாதன கட்டமைப்புகளின் திறன் மதிப்பீடுகளையும் மீண்டும் மதிப்பீடு செய்ய வேண்டியிருக்கிறது. எனவே, ஒரு நுண்ணுலக மின்மாற்றியை, ஒரே செயல்பாட்டு நிலைக்கு அல்ல, இரண்டு செயல்பாட்டு நிலைகளுக்கு—சாதாரண வலையில் இணைக்கப்பட்ட சுமை மற்றும் தனிமைப்படுத்தப்பட்ட நிலையில் தவறு/மின்னழுத்த ஆதரவு—என குறிப்பிட வேண்டும்.

இணைப்புகளை திட்டமிடுதல் மற்றும் பொறுப்பு எல்லைகளை வரையறுத்தல்

பொறுப்பு எல்லைகள் தெளிவற்ற நிலையில் இருக்கும்போது, தொழில்நுட்ப ஒருங்கிணைப்பு வணிக ரீதியாக தோல்வியுறும். இதனால் பொது இணைப்பு புள்ளி (PCC) இயல்பான இயற்பியல் மற்றும் ஒப்பந்த பிரிவு ஆகும்: பரவல் அமைப்பு இயக்கியாளர் PCC வரை வலையை நிர்வகிக்கிறார், மைக்ரோகிரிட் இயக்கியாளர் அதற்குப் பின்னால் உள்ள அனைத்தையும் நிர்வகிக்கிறார். ஆனால் நடைமுறையில், இணைப்பு வரியின், மேம்படுத்தும் நிலையத்தின் மற்றும் பரவல் சொத்துகளின் உரிமை பெரும்பாலும் தெளிவற்றதாக உள்ளது, மேலும் மைக்ரோகிரிட்டால் ஏற்படும் வலை வலுவூட்டலுக்கான முதலீட்டுப் பொறுப்பு பெரும்பாலும் முரண்பாட்டிற்கு உள்ளாகிறது.

செயல்படக்கூடிய இடைமுக திட்டம் நான்கு விஷயங்களை வெளிப்படையாக ஒதுக்குகிறது: சாதனங்களின் உரிமை (யார் மாற்றியையும், ஸ்விட்ச்கியரையும், பாதுகாப்பு ரிலேக்களையும் வைத்திருக்கிறார்கள்), அமைப்பு அதிகாரம் (PCC-ல் பாதுகாப்பு மற்றும் கட்டுப்பாட்டை யார் கட்டமைக்கிறார்கள்), சோதனை பொறுப்பு (தனிமைப்படுத்தல் கண்டறிதல் மற்றும் நிலத்தில் இணைப்பு செயல்திறனை யார் தொடங்குகிறார்கள்), மற்றும் தரவு மற்றும் கட்டுப்பாட்டு எல்லைகள் (நுண்சுழற்சி கட்டுப்பாட்டு சாதனம் என்ன கட்டளையிட முடியும் என்பதும், மின்சார நிறுவனம் என்ன கட்டுப்பாட்டில் வைத்திருக்கிறது என்பதும்). தெளிவான இயற்பியல் பிரிவினையை ஆதரிக்கும் சாதனங்கள்—பிரிக்கப்பட்ட சுஇட்ஜ்கியர், தனியாக அமைக்கப்பட்ட நிலையான நிலை மாற்றி பேஸ், மற்றும் வரையறுக்கப்பட்ட பாதுகாப்பு இடைமுகங்களுடன் கூடிய மாற்றி தொகுப்புகள்—ஆரம்ப சோதனை மற்றும் தனிமைப்படுத்தப்பட்ட இயக்க சோதனைகளின் போது ஏற்படும் தடைகளைக் குறைக்கின்றன.

எங்கு சாதனத் தேர்வு ஒருங்கிணைப்பு முறையாக மாறுகிறது

மேலே குறிப்பிடப்பட்ட தொழில்நுட்ப தேவைகள் சில குறிப்பிட்ட சாதனத் தீர்மானங்களில் ஒன்றுசேர்கின்றன. PV மேம்படுத்தும் மாற்றிகள் மற்றும் சுருக்கமான மின்நிலையங்கள் ஹார்மோனிக் தாங்குதல், எதிர்-மின்சார வெப்ப எல்லைகள் மற்றும் K-காரணி அடிப்படையிலான வடிவமைப்பு ஆகியவற்றை தேவையாகக் கொண்டுள்ளன. விடுவிகள் சுமை பக்கத்தில் உள்ளவை தனிமைப்படுத்தப்பட்ட குறைபாடு அளவுகளுக்கு ஏற்ற எதிர்த்தடை மற்றும் நிலையான இணைப்பு அமைப்புகளைக் கொண்டிருக்க வேண்டும். சுவிட்ச்கியர் பயன்பாட்டு மூலம் மற்றும் தனிமைப்படுத்தப்பட்ட மின்சார உற்பத்தி ஆகிய இரு மூலங்களுக்கும் இடையே பாதுகாப்பு ஒருங்கிணைப்பு செய்ய வேண்டும்; ஒவ்வொரு இயக்க முறை மாற்றத்திற்குப் பிறகும் மீண்டும் மதிப்பீடு செய்ய வேண்டிய அவசியம் இல்லை.

இந்தச் செயல்பாடுகளை தனித்தனியாக வாங்கப்படும் பாகங்களாக மாற்றாமல், பொறியியல் முறையில் வடிவமைக்கப்பட்ட தொகுதிகளில் ஒருங்கிணைப்பது, தனித்துவமான (island) மற்றும் நம்பகமான முறையில் மீண்டும் இணைக்கக்கூடிய நுண்சுழற்சி மின்சார அமைப்பை (microgrid) உருவாக்குவதற்கான விரைவான வழியை வழங்குகிறது. நுண்சுழற்சி மின்சார அமைப்பில் மிகவும் கவனிக்கப்படும் செயல்பாடு கொண்ட சாதனம் மாற்றியாக (transformer) இருக்காது, ஆனால் அதன் தன்மைகள் (specification) தான் புகையிலை மின்சார உற்பத்தி (PV), மின்சேமிப்பு (storage) மற்றும் சுமைகள் (loads) ஆகியவை ஒரு ஒருங்கிணைந்த அமைப்பாக அல்லது தனித்தனியான பாகங்களின் தொகுப்பாக செயல்படும் என்பதை மௌனமாக நிர்ணயிக்கின்றன.

பயன்பாட்டு சூழ்நிலைகள்

அடிக்கடி கேட்கப்படும் கேள்விகள்

PV மாற்றியின் வெளியீட்டுடன் மின்மாற்றியை பொருத்தும்போது எவ்வளவு மிகை அளவு காரணி பயன்படுத்தப்பட வேண்டும்?

தொழில் நடைமுறை முறைகள், சூழல் வெப்பநிலை மற்றும் உயரத்தைக் கணக்கில் கொண்டு, மாற்றி (இன்வெர்டர்) இன் ஏ.சி. தரவரையிடப்பட்ட வெளியீட்டில் 1.10 முதல் 1.25 வரை அதிகப்படுத்தும் காரணியைப் பரிந்துரைக்கின்றன. இது மாற்றியின் குறுகிய கால மிகைச்சுமை, ஒத்ததிர்வு வெப்ப சுமை மற்றும் தனிமைப்படுத்தப்பட்ட (ஐசுலேடெட்) இயக்க நிலையில் திரும்பு சக்தி (ரியாக்டிவ் பவர்) தேவைகளைக் கணக்கில் கொள்கிறது.

பி.வி. மற்றும் மின்கல மாற்றிகளிலிருந்து வரும் ஒத்ததிர்வுகள் மின்மாற்றியின் ஆயுளை எவ்வாறு பாதிக்கின்றன?

நேரியலற்ற மூலங்களிலிருந்து வரும் ஒத்ததிர்வு மின்னோட்டங்கள் மின்மாற்றியின் மீது மேலும் மேலும் சேர்க்கப்படுகின்றன, இது சுற்றுகள் மற்றும் உள்ளே உள்ள உலோகத்தில் அதிர்வெண்-சார்ந்த கூடுதல் இழப்புகளை உருவாக்குகிறது. முழுச் சுமையில் திரும்பு மின்சக்தி ஓட்டம் மற்றும் ஒத்ததிர்வு மாசுப்பாடு ஆகிய இரண்டும் ஒன்றாக இருக்கும்போது, மின்மாற்றியின் எதிர்பார்க்கப்படும் ஆயுள் தோராயமாக 8.3% குறையலாம். நுண்ணலை வலையமைப்புகளுக்கு (மைக்ரோகிரிட்) கே-காரணி (K-factor) அல்லது ஒத்ததிர்வு தாங்கும் வடிவமைப்புகள் அவசியம்.

வலையில் இணைக்கப்பட்ட (கிரிட்-டைட்) மற்றும் தனிமைப்படுத்தப்பட்ட (ஐசுலேடெட்) மின்மாற்றி இயக்கத்திற்கு இடையே முக்கிய வேறுபாடு என்ன?

வலையில் இணைக்கப்பட்ட முறையில், மின்சார நிறுவனம் மின்னழுத்தத்தையும் அதிர்வெண்ணையும் நிர்ணயிக்கிறது, அதே நேரத்தில் மாற்றியிடும் மின்னாக்கி மின்சக்தியைக் கடத்துகிறது மற்றும் பாதுகாப்பு தனிமைப்படுத்தலை வழங்குகிறது. தனிமைப்படுத்தப்பட்ட முறையில், மாற்றியிடும் மின்னாக்கி BESS மற்றும் PV மாற்றியிடும் மின்னாக்கிகளுடன் இணைந்து மின்னழுத்தத்தையும் அதிர்வெண்ணையும் நிலைநிறுத்த வேண்டும், காந்தத் துவக்க மின்னோட்டத்தை உறிஞ்ச வேண்டும், மேலும் முக்கிய மின் வலையால் முன்பு வழங்கப்பட்ட மோட்டார் துவக்க மின்னோட்டங்களை தாங்க வேண்டும்.

தனிமைப்படுத்தப்பட்ட நுண்மின் வலையில் நிலையான நிலை மின்னாக்கி ஏன் அவசியம்?

நுண்மின் வலை தனிமைப்படுத்தப்படும்போது, மின்சார நிறுவனத்தின் நிலையான நிலை மின்னழுத்த குறிப்பு மறைந்துவிடுகிறது. நிலையான நிலை மின்னாக்கி இல்லாமல், ஒரு முனை-நிலத்திற்கு இடையேயான குறைந்த மின்தடை திரும்பு பாதை இல்லை; பாதுகாப்பு அமைப்பு இந்த குறைபாட்டைக் கண்டறிய முடியாது, மேலும் மின்னழுத்த மிகைப்பு முழு அமைப்பின் மின்காப்பு பொருட்களையும் வலியுறுத்தலாம்.

நுண்மின் வலை இயக்குநருக்கும் மின்சார நிறுவனத்திற்கும் இடையே பொறுப்பு எல்லைகளை எவ்வாறு வரையறுக்க வேண்டும்?

பொதுவான இணைப்புப் புள்ளி (பிசிசி) என்பது இயல்பான பிரிவு ஆகும். ஒரு செயல்படும் திட்டம் கருவிகளின் உரிமை, பாதுகாப்பு அமைப்பு அதிகாரம், தனிமைப்படுத்தல் கண்டறிதல் மற்றும் நிலத்தில் இணைத்தல் ஆகியவற்றிற்கான சோதனைப் பொறுப்பு, மைக்ரோகிரிட் கட்டுப்பாட்டு சாதனத்திற்கும் பயன்பாட்டு நிறுவனத்திற்கும் இடையேயான தரவு/கட்டுப்பாட்டு எல்லைகள் ஆகியவற்றை வெளிப்படையாக ஒதுக்குகிறது.

123