एलईडी सोलर स्ट्रीट लाइट की चार्जिंग रेंज को कैसे बढ़ाएँ?

अधिकतम सौर ऊर्जा उत्पादन के लिए सौर पैनल की स्थिति और झुकाव को अनुकूलित करें

झुकाव = अक्षांश + सूर्य की मौसमी स्थिति

LED सोलर स्ट्रीट लाइट्स के प्रभावी संचालन के लिए सोलर पैनलों की सही स्थिति का महत्व अत्यधिक है। पैनलों को अधिकांशतः उस कोण पर स्थापित किया जाता है जो पैनलों के माउंटिंग स्थान के अक्षांश के अनुरूप होता है। दूसरे शब्दों में, पैनलों को इस प्रकार कोणित किया जाना चाहिए कि ग्रीष्म ऋतु के मध्य में सूर्य की ज़ेनिथ स्थिति के लिए वे लंबवत हों। यदि हम 35 डिग्री उत्तरी अक्षांश पर स्थित स्थान को ध्यान में रखें, तो क्षैतिज के सापेक्ष 35 डिग्री के कोण पर स्थापित पैनल अच्छे परिणाम देंगे, लेकिन ऋतु के आधार पर पैनल के कोण में समायोजन करके इन परिणामों को और बेहतर बनाया जा सकता है। शीत ऋतु के दौरान, पैनलों को 10 से 15 डिग्री अधिक कोण (ऊर्ध्वाधर के अधिक निकट) पर स्थापित करने से सूर्य की निम्न स्थिति से सौर ऊर्जा का अधिकांश भाग प्राप्त करने में सक्षम हो जाएंगे। ग्रीष्म ऋतु के लिए विपरीत स्थिति होती है—पैनलों के कोण को कम करना चाहिए ताकि पैनलों का अत्यधिक तापन रोका जा सके और सौर ऊर्जा के अत्यधिक अवशोषण को रोका जा सके। ऊर्ध्वाधर स्थिति से उसी मात्रा (10 से 15 डिग्री) तक कोण को कम करने को 'ग्रीष्म सेट' कहा जाता है। शोध से पता चलता है कि ऋतु के आधार पर ऐसे समायोजन करने से पैनलों के गलत संरेखण के कारण होने वाली ऊर्जा अवशोषण की हानि (20% तक) से बचा जा सकता है। बैटरी प्रणालियों में संग्रहित ऊर्जा ग्रीष्म ऋतु और शीत ऋतु सहित पूरे वर्ष भर विश्वसनीय रहेगी।

गतिशील झुकाव अनुकूलन: राजस्थान में केस अध्ययन

सौर पैनलों का गतिशील झुकाव अनुकूलन राजस्थान में एक क्षेत्र अध्ययन के रूप में परीक्षण किया गया। पिछले क्षेत्र अध्ययनों से पता चला है कि मौसमी झुकाव समायोजन के बावजूद, 27 डिग्री के कोण पर स्थापित स्थिर पैनल प्रत्येक दिन लगभग 4.2 किलोवॉट-घंटा ऊर्जा उत्पन्न करते हैं, जो समायोज्य पैनलों की तुलना में कम है। इस परीक्षण में, मौसमी स्थितियों के अनुसार निर्दिष्ट झुकाव स्थितियों (शीत ऋतु में 42 डिग्री का झुकाव, ग्रीष्म ऋतु में 12 डिग्री का झुकाव) के साथ झुकाव समायोज्य मोटरों को जोड़ा गया। परिणामस्वरूप, ऊर्जा उत्पादन में 5.8 किलोवॉट-घंटा तक की वृद्धि हुई। इसके कारण, क्षेत्र के परिवारों को पहले गैर-नवीकरणीय विद्युत स्रोत पर निर्भर शाम की प्रकाश व्यवस्था में 2.5 घंटे की अतिरिक्त प्रकाश व्यवस्था प्राप्त हुई। प्रत्येक सौर इकाई की लागत $220 थी, जिसे मुख्य विद्युत ग्रिड पर निर्भरता कम करने के कारण 14 महीने से कम समय में वसूल कर लिया गया। जैसा कि भविष्यवाणी की गई थी, सौर पैनलों ने सापेक्ष सूर्य की स्थिति में मौसमी परिवर्तनों के कारण निवेश पर उच्च प्रतिफल का प्रदर्शन किया।

0°C से नीचे लेड-एसिड चार्जिंग की अक्षमता

लेड-एसिड बैटरियाँ अभी भी कम लागत वाले सोलर लाइटिंग सिस्टम में एक सामान्य विशेषता हैं, लेकिन शून्य से कम तापमान में इनका प्रदर्शन काफी सीमित हो जाता है। जब तापमान 0 डिग्री सेल्सियस तक पहुँचता है, तो ये बैटरियाँ अपने डिज़ाइन के अनुसार दी जाने वाली ऊर्जा का केवल 70 से 80 प्रतिशत ही प्रदान कर पाती हैं। और -10 डिग्री सेल्सियस पर भी, दी गई ऊर्जा अक्सर अपेक्षित मात्रा से आधी से भी कम होती है। यह मुख्य रूप से विद्युत-अपघट्य की चिपचिपी प्रकृति के कारण होता है, जो आयनों के प्रवाह को बाधित करती है। इस परिणामस्वरूप, बैटरी पूरी तरह से पुनः आवेशित नहीं हो पाती है और बैटरी के प्लेटों पर सल्फेट क्रिस्टलों के निर्माण की दर तेज़ हो जाती है। इसलिए, सोलर-संचालित स्ट्रीट लाइट्स सर्दियों के दौरान अकार्यशील हो जाती हैं। यह न केवल ड्राइवरों की सुरक्षा को खतरे में डालता है, क्योंकि सड़कें अंधेरी हो जाती हैं, बल्कि पैदल यात्रियों के लिए भी गंभीर खतरा पैदा करता है।

LiFePO₄ के लाभ: –20°C पर संचालन और 95% कूलॉम्बिक दक्षता

कई प्रणालियों के लिए ठंडी मौसम की स्थिति एक समस्या होती है, लेकिन LiFePO₄ प्रौद्योगिकी एक ताज़गी भरी विशेषता है। ऑलिवाइन क्रिस्टलों के कारण ये बैटरियाँ जमाव बिंदु से नीचे की स्थितियों में भी सुरक्षित और कुशल ढंग से काम कर सकती हैं। ये –20°C की स्थितियों में भी 95% दक्षता तक पहुँच जाती हैं। यह ठंडे और बादल छाए हुए सर्दियों के दिनों में ऊर्जा इनपुट और आउटपुट के मामले में एक बहुत बड़ा कारक है। सीसा-अम्ल बैटरियों के संचालन के लिए उपयुक्त परिस्थितियों की सीमा काफी सीमित है, और बैटरियाँ जल्दी ही निम्न-वोल्टेज कट-ऑफ की स्थिति में पहुँच जाती हैं, जिससे बैटरी पूरी तरह से डिस्चार्ज हो जाती है और समय के साथ कुल क्षमता में कमी आती है। सर्दियों के दिनों में, भले ही बैटरियाँ गहराई से डिस्चार्ज हो जाएँ, फिर भी इनकी बैटरी पुनर्प्राप्ति सीसा-अम्ल बैटरियों की तुलना में काफी बेहतर होती है। LiFePO₄ बैटरियाँ डिस्चार्ज और चार्ज साइकिल से आसानी से पुनर्प्राप्त हो जाती हैं और सीसा-अम्ल बैटरियों की तुलना में कम से कम छह गुना अधिक समय तक चलती हैं। शहरों को पाया गया है कि सौर स्ट्रीट लाइटिंग के बड़े पैमाने पर विस्तार के दौरान इस बैटरी प्रौद्योगिकी को अपनाने से अन्य बैटरी रसायनों की तुलना में ठंडे महीनों में सौर प्रकाश रणनीति की समग्र विश्वसनीयता और कार्यक्षमता में विशाल सुधार होता है।

एमपीपीटी स्मार्ट चार्ज कंट्रोलर्स को तैनात करके कम प्रकाश वाले परिस्थितियों में ऊर्जा अवशोषण को अधिकतम करें

पीडब्ल्यूएम बनाम एमपीपीटी: सूर्यास्त, सूर्योदय और बादल छाए हुए मौसम में 25–35% तक आवेशन लाभ

एमपीपीटी (अधिकतम शक्ति बिंदु ट्रैकिंग) चार्ज कंट्रोलर्स पीडब्ल्यूएम (पल्स वेव मॉड्यूलेटेड) कंट्रोलर्स की तुलना में सभी पहलुओं में श्रेष्ठ होते हैं, जिसमें सुबह के शुरुआती समय, शाम के देरी वाले समय और बादल छाए हुए परिस्थितियाँ शामिल हैं—जब एलईडी सोलर स्ट्रीट लाइट्स को ऊर्जा की आवश्यकता होती है। जबकि पीडब्ल्यूएम कंट्रोलर्स आवेशन वोल्टेज और धारा को सीमित कर देते हैं, एमपीपीटी कंट्रोलर्स सौर ऊर्जा के अधिकतम अवशोषण के लिए आवेशन वोल्टेज और धारा को बदलते रहते हैं, भले ही बादलों का आवरण बदल रहा हो। बादल छाए हुए, आंशिक रूप से छायादार या बिखरे हुए प्रकाश की स्थितियों में एमपीपीटी चार्ज कंट्रोलर की आवेशन दक्षता पीडब्ल्यूएम की तुलना में 25–35% अधिक हो सकती है। इस कारण से बैटरियों का जीवनकाल बढ़ जाता है और लाइट्स लंबे समय तक जलती रहती हैं। ऑफ-ग्रिड अनुप्रयोगों में, एमपीपीटी प्रणालियाँ कम प्रकाश वाली स्थितियों में पीडब्ल्यूएम की तुलना में 15–30% अधिक ऊर्जा का अवशोषण करती हैं। यही कारण है कि ऑफ-ग्रिड प्रकाश प्रणालियों में एमपीपीटी को वरीयता दी जाती है।

वर्ष भर विश्वसनीयता के लिए संकर आवेशन तकनीकों का विकास

सौर + माइक्रो-विंड या ग्रिड-असिस्ट: वास्तविक दुनिया के उपयोग में 99.2% अपटाइम सिद्ध

(सौर + माइक्रो-विंड) या (सौर + स्मार्ट ग्रिड) द्वारा, मौसम से जुड़े जोखिमों पर निर्भरता समाप्त कर दी जाती है। माइक्रो-विंड टरबाइन तूफानी रातों, बादलों वाले दिनों या सप्ताहों के दौरान ऊर्जा की आपूर्ति करते हैं। स्मार्ट ग्रिड केवल तभी बिजली खींचता है जब बैटरी का स्तर 20% या उससे कम होता है, जिससे मुख्य ग्रिड के निर्वाह को न्यूनतम किया जाता है। उत्तरी यूरोप के शहर इन प्रौद्योगिकियों का उपयोग कर रहे हैं और उनकी सफलता सिद्ध हो चुकी है। औसत ऑन/ऑफ चक्र 99.2% हैं, जबकि शीतकालीन दिनों (सौर) में यह आंकड़ा 12 अंक कम हो जाता है। (सौर + माइक्रो-विंड) की तुलना में, शहर प्रबंधकों को विफलता मरम्मत में 30% की कमी का अनुभव हो रहा है। यही कारण है कि नगर निगम इन्हें प्रमुख सड़कों, पैदल यात्री मार्गों और बस लेनों पर स्थापित कर रहे हैं।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

अक्षांश के आधार पर सौर पैनलों को स्थापित करने के लिए सबसे उपयुक्त कोण क्या है?

स्थापना के लिए सबसे उपयुक्त कोण लगभग स्थापना स्थल के अक्षांश के बराबर होता है। उदाहरण के लिए, अधिक ऊर्जा प्राप्त करने के लिए शीतकालीन महीनों के लिए झुकाव को ऊर्ध्वाधर रूप से समायोजित किया जा सकता है।

कुछ लोग खराब मौसमी परिस्थितियों में LiFePO₄ बैटरियों का उपयोग क्यों पसंद करते हैं?

खराब परिस्थितियों में, LiFePO₄ बैटरियाँ -20 डिग्री सेल्सियस पर पूर्णतः कार्य करती हैं। इसके अतिरिक्त, वे लगभग 95% दक्षता के साथ काम करती हैं। दूसरी ओर, सीसा-अम्ल बैटरियाँ पूर्ण अक्षमता तक गिर जाती हैं और 0 डिग्री सेल्सियस पर ही काम करती हैं।

एमपीपीटी (MPPT) तकनीक के साथ सौर आवेशण कैसे सुधारित किया जाता है?

एमपीपीटी (MPPT) तकनीक सौर पैनलों में आवेशण प्रक्रिया को अनुकूलित कर सकती है, क्योंकि यह विभिन्न विशेषताओं को बदलने की क्षमता रखती है तथा आवेशण एवं निर्वहन प्रक्रिया को अधिकतम संभव दक्षता में बनाए रखती है। उदाहरण के लिए, अनुकूल नहीं रोशनी की स्थितियों में, पीडब्ल्यूएम (PWM) नियंत्रकों की तुलना में 25 से 35 प्रतिशत की दक्षता प्राप्त की जाती है।

हाइब्रिड आवेशण प्रणालियों के क्या लाभ हैं?

सौर ऊर्जा का सूक्ष्म-पवन आवेशण प्रणालियों के साथ एकीकरण सड़क दीपकों के संचालन को विश्वसनीय बनाता है, क्योंकि हाइब्रिड प्रणालियाँ खराब मौसमी परिस्थितियों में 99.2% अपटाइम प्रदान कर सकती हैं।