सौर ऊर्जा, वैज्ञानिक अनुसंधान और कृषि, सभी को लाभ! पूरी तरह से स्वचालित सोलर ट्रैकर का व्यापक विश्लेषण

पूर्णतः स्वचालित सोलर ट्रैकर का मूल आधार सूर्य की स्थिति का सटीक आकलन करना और उसके अनुसार समायोजन करना है। मैं विभिन्न परिस्थितियों में इसके अनुप्रयोगों को मिलाकर इसके कार्य सिद्धांत को तीन प्रमुख बिंदुओं - सेंसर डिटेक्शन, नियंत्रण प्रणाली विश्लेषण और निर्णय लेना, और यांत्रिक संचरण समायोजन - के माध्यम से विस्तार से समझाऊंगा।

पूर्णतः स्वचालित सोलर ट्रैकर का कार्य सिद्धांत मुख्य रूप से सूर्य की स्थिति की वास्तविक समय निगरानी और सटीक नियंत्रण पर आधारित है। सेंसर, नियंत्रण प्रणाली और यांत्रिक संचरण उपकरणों के समन्वित संचालन के माध्यम से, यह सूर्य की स्वचालित ट्रैकिंग को निम्नानुसार प्राप्त करता है:
सौर स्थिति का पता लगाना: पूरी तरह से स्वचालित सौर ट्रैकर वास्तविक समय में सूर्य की स्थिति का पता लगाने के लिए कई सेंसरों पर निर्भर करता है। इनमें आमतौर पर फोटोइलेक्ट्रिक सेंसर और खगोलीय कैलेंडर गणना विधियों का संयोजन शामिल होता है। फोटोइलेक्ट्रिक सेंसर आमतौर पर विभिन्न दिशाओं में वितरित कई फोटोवोल्टिक कोशिकाओं से बने होते हैं। जब सूर्य की रोशनी पड़ती है, तो प्रत्येक फोटोवोल्टिक कोशिका द्वारा प्राप्त प्रकाश की तीव्रता भिन्न होती है। विभिन्न फोटोवोल्टिक कोशिकाओं के आउटपुट संकेतों की तुलना करके, सूर्य के दिगंश और ऊंचाई कोणों का निर्धारण किया जा सकता है। खगोलीय कैलेंडर गणना नियम पृथ्वी के सूर्य के चारों ओर परिक्रमण और घूर्णन के नियमों पर आधारित होते हैं, साथ ही तिथि, समय और भौगोलिक स्थान जैसी जानकारी का उपयोग करके पूर्व निर्धारित गणितीय मॉडलों के माध्यम से आकाश में सूर्य की सैद्धांतिक स्थिति की गणना करते हैं। बड़े पैमाने पर सौर ऊर्जा स्टेशनों के मामले में, उच्च परिशुद्धता वाले सौर स्थिति सेंसर सूर्य के दिगंश और ऊंचाई कोणों की निगरानी करके बाद के समायोजन के लिए डेटा सहायता प्रदान करते हैं।

सिग्नल प्रोसेसिंग और नियंत्रण संबंधी निर्णय लेना: सेंसर द्वारा पता लगाए गए सूर्य की स्थिति का सिग्नल नियंत्रण प्रणाली को भेजा जाता है, जो आमतौर पर एक अंतर्निहित माइक्रोप्रोसेसर या कंप्यूटर नियंत्रण प्रणाली होती है। नियंत्रण प्रणाली सिग्नलों का विश्लेषण और प्रसंस्करण करती है, सेंसर द्वारा पता लगाई गई सूर्य की वास्तविक स्थिति की तुलना फोटोवोल्टिक पैनल या अवलोकन उपकरण के वर्तमान कोण से करती है, और समायोजित किए जाने वाले कोण अंतर की गणना करती है। फिर, पूर्व निर्धारित नियंत्रण रणनीति और एल्गोरिदम के आधार पर, कोण समायोजन के लिए यांत्रिक संचरण उपकरण को संचालित करने हेतु संबंधित नियंत्रण निर्देश उत्पन्न किए जाते हैं। खगोलीय वैज्ञानिक अनुसंधान अवलोकन मामलों में, कंप्यूटर सॉफ़्टवेयर के माध्यम से अवलोकन मापदंडों को निर्धारित करने के बाद, नियंत्रण प्रणाली पूर्व निर्धारित प्रोग्राम के अनुसार अवलोकन उपकरण के कोण को कैसे समायोजित किया जाए, इसका स्वचालित रूप से विश्लेषण और निर्णय ले सकती है।

यांत्रिक संचरण और कोण समायोजन: नियंत्रण प्रणाली द्वारा जारी निर्देश यांत्रिक संचरण उपकरण को प्रेषित किए जाते हैं। सामान्य यांत्रिक संचरण विधियों में इलेक्ट्रिक पुश रॉड, गियर या लीड स्क्रू के साथ संयुक्त स्टेपर मोटर आदि शामिल हैं। निर्देश प्राप्त होने पर, यांत्रिक संचरण उपकरण फोटोवोल्टिक पैनल सपोर्ट या अवलोकन उपकरण सपोर्ट को आवश्यकतानुसार घुमाने या झुकाने के लिए संचालित करता है, जिससे फोटोवोल्टिक पैनल या अवलोकन उपकरण सूर्य के प्रकाश के लंबवत या एक विशिष्ट कोण पर समायोजित हो जाते हैं। उदाहरण के लिए, कृषि ग्रीनहाउस फोटोवोल्टिक प्रणालियों के मामले में, एकल-अक्षीय पूर्णतः स्वचालित सौर ट्रैकर नियंत्रण प्रणाली के निर्देशों के अनुसार यांत्रिक संचरण उपकरणों के माध्यम से फोटोवोल्टिक पैनलों के कोण को समायोजित करता है, जिससे फसलों को पर्याप्त प्रकाश प्राप्त होता है और सौर विकिरण का कुशल संग्रहण सुनिश्चित होता है।

प्रतिक्रिया और सुधार: ट्रैकिंग की सटीकता सुनिश्चित करने के लिए, सिस्टम में एक प्रतिक्रिया तंत्र भी शामिल किया गया है। आमतौर पर, यांत्रिक संचरण उपकरणों पर कोण सेंसर लगाए जाते हैं जो फोटोवोल्टिक पैनलों या अवलोकन उपकरणों के वास्तविक कोण की वास्तविक समय में निगरानी करते हैं और इस कोण की जानकारी नियंत्रण प्रणाली को वापस भेजते हैं। नियंत्रण प्रणाली वास्तविक कोण की तुलना लक्ष्य कोण से करती है। यदि कोई विचलन होता है, तो यह कोण को ठीक करने और ट्रैकिंग की सटीकता सुनिश्चित करने के लिए पुनः समायोजन निर्देश जारी करती है। निरंतर पहचान, गणना, समायोजन और प्रतिक्रिया के माध्यम से, पूर्णतः स्वचालित सौर ट्रैकर सूर्य की स्थिति में होने वाले परिवर्तनों को लगातार और सटीक रूप से ट्रैक कर सकता है।
बड़े पैमाने पर सौर ऊर्जा स्टेशनों की बिजली उत्पादन क्षमता में सुधार का एक मामला
(1) परियोजना की पृष्ठभूमि
संयुक्त राज्य अमेरिका में एक बड़े पैमाने पर स्थापित सौर ऊर्जा स्टेशन की स्थापित क्षमता 50 मेगावाट है। इसमें पहले फोटोवोल्टिक पैनलों को लगाने के लिए स्थिर ब्रैकेट का उपयोग किया जाता था। सूर्य की स्थिति में होने वाले परिवर्तनों का वास्तविक समय में पता लगाने में असमर्थता के कारण, फोटोवोल्टिक पैनलों द्वारा प्राप्त सौर विकिरण की मात्रा सीमित थी, जिसके परिणामस्वरूप बिजली उत्पादन दक्षता अपेक्षाकृत कम थी। विशेष रूप से सुबह और शाम के समय और ऋतुओं के परिवर्तन के दौरान, बिजली उत्पादन में काफी हानि होती थी। बिजली स्टेशन की बिजली उत्पादन दक्षता बढ़ाने के लिए, स्टेशन संचालक ने एक स्वचालित सौर ट्रैकर लगाने का निर्णय लिया है।
(2) समाधान
पावर स्टेशन के भीतर फोटोवोल्टाइक पैनल ब्रैकेट को बैचों में बदलें और ड्यूल-एक्सिस फुली ऑटोमैटिक सोलर ट्रैकर स्थापित करें। यह ट्रैकर उच्च परिशुद्धता वाले सोलर पोजीशन सेंसर के माध्यम से सूर्य के एज़िमुथ और एल्टीट्यूड कोणों की वास्तविक समय में निगरानी करता है। एक उन्नत नियंत्रण प्रणाली के साथ मिलकर, यह ब्रैकेट को संचालित करता है ताकि फोटोवोल्टाइक पैनलों का कोण स्वचालित रूप से समायोजित हो सके, यह सुनिश्चित करते हुए कि फोटोवोल्टाइक पैनल हमेशा सूर्य के प्रकाश के लंबवत रहें। साथ ही, ट्रैकर पावर स्टेशन की इंटेलिजेंट मैनेजमेंट सिस्टम से जुड़ा होता है ताकि रिमोट मॉनिटरिंग और खराबी की प्रारंभिक चेतावनी प्राप्त की जा सके।
(3) कार्यान्वयन प्रभाव
पूर्णतः स्वचालित सोलर ट्रैकर लगाने के बाद, सौर ऊर्जा स्टेशन की बिजली उत्पादन क्षमता में उल्लेखनीय सुधार हुआ है। आंकड़ों के अनुसार, वार्षिक बिजली उत्पादन पहले की तुलना में 25% से 30% तक बढ़ गया है, साथ ही औसत दैनिक बिजली उत्पादन में भी उल्लेखनीय वृद्धि हुई है। सर्दियों और बरसात के दिनों जैसी कम रोशनी वाली स्थितियों में, बिजली उत्पादन का लाभ और भी अधिक स्पष्ट होता है। बिजली स्टेशन पर निवेश पर प्रतिफल में उल्लेखनीय वृद्धि हुई है, और उम्मीद है कि उपकरण नवीनीकरण की लागत निर्धारित समय से 2 से 3 साल पहले ही वसूल हो जाएगी।

खगोलीय वैज्ञानिक अनुसंधान प्रेक्षणों में सटीक स्थिति निर्धारण का एक मामला
(1) परियोजना की पृष्ठभूमि
रूस में स्थित एक खगोलीय अनुसंधान संस्थान जब सौर अवलोकन अनुसंधान कर रहा था, तब अवलोकन उपकरणों के पारंपरिक मैनुअल समायोजन से सूर्य के उच्च परिशुद्धता और दीर्घकालिक ट्रैकिंग एवं अवलोकन की मांग पूरी नहीं हो पा रही थी, जिससे निरंतर और सटीक सौर डेटा प्राप्त करना कठिन हो रहा था। वैज्ञानिक अनुसंधान और अवलोकन के स्तर को बढ़ाने के लिए, संस्थान ने अवलोकन में सहायता के लिए पूरी तरह से स्वचालित सौर ट्रैकर्स का उपयोग करने का निर्णय लिया है।
(2) समाधान
वैज्ञानिक अनुसंधान के लिए विशेष रूप से डिज़ाइन किया गया एक उच्च परिशुद्धता वाला पूर्णतः स्वचालित सौर ट्रैकर चुना गया है। इस ट्रैकर की स्थिति निर्धारण सटीकता 0.1° तक पहुँच सकती है, और इसमें उच्च स्थिरता और हस्तक्षेप-रोधी क्षमता है। ट्रैकर को सौर दूरबीनों और स्पेक्ट्रोमीटर जैसे वैज्ञानिक अनुसंधान अवलोकन उपकरणों के साथ मजबूती से जोड़ा जाता है और सटीक रूप से कैलिब्रेट किया जाता है। अवलोकन मापदंडों को कंप्यूटर सॉफ़्टवेयर के माध्यम से सेट किया जाता है, जिससे ट्रैकर पूर्व निर्धारित प्रोग्राम के अनुसार अवलोकन उपकरण के कोण को स्वचालित रूप से समायोजित कर सकता है और वास्तविक समय में सूर्य के पथ का अनुसरण कर सकता है।
(3) कार्यान्वयन प्रभाव
पूर्णतः स्वचालित सौर ट्रैकर के उपयोग में आने के बाद, शोधकर्ता आसानी से सूर्य की दीर्घकालिक और उच्च परिशुद्धता वाली ट्रैकिंग और अवलोकन कर सकते हैं। अवलोकन डेटा की निरंतरता और सटीकता में उल्लेखनीय सुधार हुआ है, जिससे समय पर उपकरण समायोजन न होने के कारण होने वाले डेटा हानि और त्रुटि में प्रभावी रूप से कमी आई है। इस ट्रैकर की सहायता से, शोध दल ने सौर गतिविधि का अधिक प्रचुर डेटा सफलतापूर्वक प्राप्त किया और सूर्य धब्बों के अनुसंधान और कोरोनल अवलोकन जैसे क्षेत्रों में कई महत्वपूर्ण वैज्ञानिक शोध परिणाम प्राप्त किए।

कृषि ग्रीनहाउस में फोटोवोल्टिक प्रणालियों के सहयोगात्मक अनुकूलन का एक मामला
(1) परियोजना की पृष्ठभूमि
ब्राजील में एक कृषि एकीकृत ग्रीनहाउस में, सौर पैनल एक ही स्थान पर स्थिर रूप से स्थापित हैं। ग्रीनहाउस के अंदर फसलों की प्रकाश संबंधी आवश्यकता को पूरा करते हुए, यह बिजली उत्पादन के लिए सौर ऊर्जा का पूरी तरह से उपयोग करने में असमर्थ है। कृषि उत्पादन और सौर बिजली उत्पादन के समन्वित अनुकूलन को प्राप्त करने और ग्रीनहाउस की समग्र आय बढ़ाने के लिए, संचालक ने पूरी तरह से स्वचालित सौर ट्रैकर स्थापित करने का निर्णय लिया है।
(2) समाधान
एक सिंगल-एक्सिस फुली ऑटोमैटिक सोलर ट्रैकर स्थापित करें। यह ट्रैकर सूर्य की स्थिति के अनुसार फोटोवोल्टाइक पैनलों के कोण को समायोजित कर सकता है। ग्रीनहाउस के अंदर फसलों के लिए सूर्य की रोशनी की अवधि और तीव्रता सुनिश्चित करते हुए, यह अधिकतम सौर विकिरण प्राप्त कर सकता है। बुद्धिमान नियंत्रण प्रणाली के माध्यम से, फोटोवोल्टाइक पैनलों के कोण समायोजन की सीमा निर्धारित की जा सकती है ताकि पैनलों द्वारा अत्यधिक सूर्य की रोशनी अवरुद्ध होने से फसलों की वृद्धि प्रभावित न हो। साथ ही, ट्रैकर ग्रीनहाउस की पर्यावरण निगरानी प्रणाली से जुड़ा हुआ है ताकि फसलों की वृद्धि की आवश्यकताओं के अनुसार फोटोवोल्टाइक पैनलों के कोण को वास्तविक समय में समायोजित किया जा सके।
(3) कार्यान्वयन प्रभाव
पूरी तरह से स्वचालित सोलर ट्रैकर लगाने के बाद, कृषि ग्रीनहाउसों में फोटोवोल्टिक बिजली उत्पादन में लगभग 20% की वृद्धि हुई है, जिससे फसलों की सामान्य वृद्धि को प्रभावित किए बिना सौर ऊर्जा संसाधनों का कुशल उपयोग सुनिश्चित हुआ है। ग्रीनहाउस में फसलों की वृद्धि एकसमान प्रकाश की स्थिति के कारण अच्छी हुई है, और उपज एवं गुणवत्ता दोनों में सुधार हुआ है। कृषि और फोटोवोल्टिक उद्योग के बीच यह तालमेल उल्लेखनीय है, और ग्रीनहाउसों की कुल आय पहले की तुलना में 15% से 20% तक बढ़ गई है।

उपरोक्त उदाहरण विभिन्न क्षेत्रों में पूर्णतः स्वचालित सौर ट्रैकर्स के अनुप्रयोग की उपलब्धियों को दर्शाते हैं। यदि आप विशिष्ट परिदृश्यों के बारे में अधिक जानना चाहते हैं या सामग्री में संशोधन के लिए कोई सुझाव देना चाहते हैं, तो कृपया बेझिझक मुझे कभी भी बताएं।

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