फोटोवोल्टिक, वैज्ञानिक अनुसंधान और कृषि, सभी को लाभ! पूर्णतः स्वचालित सौर ट्रैकर मामले का एक व्यापक विश्लेषण

पूर्णतः स्वचालित सौर ट्रैकर का मूल उद्देश्य सूर्य की स्थिति का सटीक बोध और ड्राइविंग समायोजन है। मैं विभिन्न परिस्थितियों में इसके अनुप्रयोगों को संयोजित करूँगा और तीन प्रमुख बिंदुओं से इसके कार्य सिद्धांत पर विस्तार से प्रकाश डालूँगा: सेंसर पहचान, नियंत्रण प्रणाली विश्लेषण और निर्णय-निर्धारण, और यांत्रिक संचरण समायोजन।

पूर्णतः स्वचालित सौर ट्रैकर का कार्य सिद्धांत मुख्यतः सूर्य की स्थिति की वास्तविक समय निगरानी और सटीक नियंत्रण पर आधारित है। सेंसर, नियंत्रण प्रणालियों और यांत्रिक संचरण उपकरणों के समन्वित संचालन के माध्यम से, यह सूर्य की स्वचालित ट्रैकिंग इस प्रकार करता है:
सौर स्थिति का पता लगाना: पूर्णतः स्वचालित सौर ट्रैकर वास्तविक समय में सूर्य की स्थिति का पता लगाने के लिए कई सेंसरों पर निर्भर करता है। इनमें से सामान्य सेंसरों में फोटोइलेक्ट्रिक सेंसर और खगोलीय कैलेंडर गणना विधियों का संयोजन शामिल है। फोटोइलेक्ट्रिक सेंसर आमतौर पर विभिन्न दिशाओं में वितरित कई फोटोवोल्टिक कोशिकाओं से बने होते हैं। जब सूर्य का प्रकाश पड़ता है, तो प्रत्येक फोटोवोल्टिक सेल द्वारा प्राप्त प्रकाश की तीव्रता भिन्न होती है। विभिन्न फोटोवोल्टिक कोशिकाओं के आउटपुट संकेतों की तुलना करके, सूर्य के दिगंश और ऊँचाई कोण निर्धारित किए जा सकते हैं। खगोलीय कैलेंडर गणना नियम पृथ्वी के सूर्य के चारों ओर परिक्रमा और घूर्णन के नियमों पर आधारित होते हैं, जिन्हें तिथि, समय और भौगोलिक स्थिति जैसी सूचनाओं के साथ जोड़कर, पूर्व निर्धारित गणितीय मॉडलों के माध्यम से आकाश में सूर्य की सैद्धांतिक स्थिति की गणना की जाती है। बड़े पैमाने के सौर ऊर्जा संयंत्रों के मामले में, उच्च-सटीक सौर स्थिति सेंसर सूर्य के दिगंश और ऊँचाई कोण की निगरानी करके बाद के समायोजन के लिए डेटा समर्थन प्रदान करते हैं।

सिग्नल प्रोसेसिंग और नियंत्रण निर्णय: सेंसर द्वारा पता लगाए गए सूर्य की स्थिति के संकेत को नियंत्रण प्रणाली को प्रेषित किया जाता है, जो आमतौर पर एक एम्बेडेड माइक्रोप्रोसेसर या कंप्यूटर नियंत्रण प्रणाली होती है। नियंत्रण प्रणाली संकेतों का विश्लेषण और प्रसंस्करण करती है, सेंसर द्वारा पता लगाए गए 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 एल्गोरिथ्म के आधार पर, कोण समायोजन के लिए यांत्रिक संचरण उपकरण को चलाने के लिए संबंधित नियंत्रण निर्देश उत्पन्न होते हैं। खगोलीय वैज्ञानिक अनुसंधान अवलोकन मामलों में, कंप्यूटर सॉफ्टवेयर के माध्यम से अवलोकन मापदंडों को निर्धारित करने के बाद, नियंत्रण प्रणाली स्वचालित रूप से विश्लेषण कर सकती है और पूर्व निर्धारित कार्यक्रम के अनुसार अवलोकन उपकरण के कोण को समायोजित करने का 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 विद्युत पुश रॉड, गियर या लीड स्क्रू से जुड़े स्टेपर मोटर आदि शामिल हैं। निर्देश प्राप्त होने पर, यांत्रिक संचरण उपकरण फोटोवोल्टिक पैनल सपोर्ट या अवलोकन उपकरण सपोर्ट को आवश्यकतानुसार घुमाएगा या झुकाएगा, जिससे फोटोवोल्टिक पैनल या अवलोकन उपकरण सूर्य के प्रकाश के लंबवत या एक विशिष्ट कोण पर समायोजित हो जाएगा। उदाहरण के लिए, कृषि ग्रीनहाउस फोटोवोल्टिक प्रणालियों के मामले में, एकल-अक्ष 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 यह सुनिश्चित होता है कि फसलों को पर्याप्त प्रकाश प्राप्त हो और साथ ही सौर विकिरण का कुशल ग्रहण भी हो।

फीडबैक और सुधार: ट्रैकिंग की सटीकता सुनिश्चित करने के लिए, सिस्टम एक फीडबैक तंत्र भी पेश करेगा। कोण सेंसर आमतौर पर यांत्रिक संचरण उपकरणों पर लगाए जाते हैं ताकि फोटोवोल्टिक पैनलों या अवलोकन उपकरणों के वास्तविक कोण की वास्तविक समय में निगरानी की जा सके और इस कोण की जानकारी नियंत्रण प्रणाली को वापस भेजी जा सके। नियंत्रण प्रणाली वास्तविक कोण की तुलना लक्ष्य कोण से करती है। यदि कोई विचलन होता है, तो यह कोण को सही करने और ट्रैकिंग सटीकता सुनिश्चित करने के लिए फिर से समायोजन निर्देश जारी करेगा। निरंतर पता लगाने, गणना करने, समायोजन और फीडबैक के माध्यम से, पूरी तरह से स्वचालित सौर ट्रैकर सूर्य की स्थिति में परिवर्तनों को लगातार और सटीक रूप से ट्रैक कर सकता है।
बड़े पैमाने पर सौर ऊर्जा स्टेशनों की बिजली उत्पादन दक्षता में सुधार का मामला
(1) परियोजना पृष्ठभूमि
संयुक्त राज्य अमेरिका में एक बड़े भू-स्थित सौर ऊर्जा स्टेशन की स्थापित क्षमता 50 मेगावाट है। इसमें मूल रूप से फोटोवोल्टिक पैनल लगाने के लिए स्थिर ब्रैकेट का उपयोग किया जाता था। सूर्य की स्थिति में वास्तविक समय में होने वाले परिवर्तनों का पता न लगा पाने के कारण, फोटोवोल्टिक पैनलों द्वारा प्राप्त सौर विकिरण की मात्रा सीमित थी, जिसके परिणामस्वरूप बिजली उत्पादन क्षमता अपेक्षाकृत कम थी। विशेष रूप से सुबह और देर शाम तथा ऋतु परिवर्तन के दौरान, बिजली उत्पादन में भारी कमी होती थी। बिजली स्टेशन की बिजली उत्पादन क्षमता बढ़ाने के लिए, बिजली स्टेशन के संचालक ने एक स्वचालित सौर ट्रैकर लगाने का निर्णय लिया है।
(2) समाधान
पावर स्टेशन के अंदर फोटोवोल्टिक पैनल ब्रैकेट्स को बैचों में बदलें और दोहरे अक्ष वाले पूर्णतः स्वचालित सौर ट्रैकर लगाएँ। यह ट्रैकर उच्च-परिशुद्धता वाले सौर स्थिति सेंसरों के माध्यम से वास्तविक समय में सूर्य के दिगंश और ऊँचाई कोणों की निगरानी करता है। एक उन्नत नियंत्रण प्रणाली के साथ, यह ब्रैकेट को फोटोवोल्टिक पैनलों के कोण को स्वचालित रूप से समायोजित करने के लिए प्रेरित करता है, जिससे यह सुनिश्चित होता है कि फोटोवोल्टिक पैनल हमेशा सूर्य के प्रकाश के लंबवत रहें। इस बीच, ट्रैकर दूरस्थ निगरानी और खराबी की पूर्व चेतावनी प्राप्त करने के लिए पावर स्टेशन के बुद्धिमान प्रबंधन प्रणाली से जुड़ा रहता है।
(3) कार्यान्वयन प्रभाव
पूर्णतः स्वचालित सौर ट्रैकर स्थापित होने के बाद, सौर ऊर्जा स्टेशन की विद्युत उत्पादन क्षमता में उल्लेखनीय सुधार हुआ है। आँकड़ों के अनुसार, वार्षिक विद्युत उत्पादन में पहले की तुलना में 25% से 30% की वृद्धि हुई है, और औसत दैनिक विद्युत उत्पादन में भी उल्लेखनीय वृद्धि हुई है। सर्दी और बरसात जैसे खराब प्रकाश की स्थिति में, विद्युत उत्पादन का लाभ और भी अधिक बढ़ जाता है। विद्युत स्टेशन के निवेश पर प्रतिफल में उल्लेखनीय वृद्धि हुई है, और उम्मीद है कि उपकरण नवीनीकरण की लागत निर्धारित समय से 2 से 3 वर्ष पहले ही वसूल हो जाएगी।

खगोलीय वैज्ञानिक अनुसंधान अवलोकनों में सटीक स्थिति निर्धारण का एक मामला
(1) परियोजना पृष्ठभूमि
रूस में एक खगोलीय अनुसंधान संस्थान जब सौर प्रेक्षण अनुसंधान कर रहा था, तो प्रेक्षण उपकरणों का पारंपरिक मैनुअल समायोजन सूर्य की उच्च-परिशुद्धता और दीर्घकालिक ट्रैकिंग और प्रेक्षण की आवश्यकता को पूरा नहीं कर पा रहा था, जिससे निरंतर और सटीक सौर डेटा प्राप्त करना मुश्किल हो रहा था। वैज्ञानिक अनुसंधान और प्रेक्षण के स्तर को बढ़ाने के लिए, संस्थान ने प्रेक्षण में सहायता के लिए पूर्णतः 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 सटीकता 0.1° तक पहुँच सकती है, और इसमें उच्च स्थिरता और हस्तक्षेप-रोधी क्षमता है। यह ट्रैकर सौर दूरबीनों और स्पेक्ट्रोमीटर जैसे वैज्ञानिक अनुसंधान प्रेक्षण उपकरणों के साथ मज़बूती से जुड़ा और सटीक रूप से अंशांकित है। प्रेक्षण पैरामीटर कंप्यूटर सॉफ़्टवेयर के माध्यम से सेट किए जाते हैं, जिससे ट्रैकर पूर्व निर्धारित प्रोग्राम के अनुसार प्रेक्षण उपकरण के कोण को स्वचालित रूप से समायोजित कर सकता है और वास्तविक समय में सूर्य के प्रक्षेप पथ को ट्रैक कर सकता है।
(3) कार्यान्वयन प्रभाव
पूर्णतः स्वचालित सौर ट्रैकर के उपयोग में आने के बाद, शोधकर्ता आसानी से सूर्य की दीर्घकालिक और उच्च-सटीक ट्रैकिंग और अवलोकन कर सकते हैं। अवलोकन डेटा की निरंतरता और सटीकता में उल्लेखनीय सुधार हुआ है, जिससे उपकरण के असामयिक समायोजन के कारण होने वाली डेटा हानि और त्रुटि को प्रभावी ढंग से कम किया जा सका है। इस ट्रैकर की सहायता से, अनुसंधान दल ने सफलतापूर्वक अधिक प्रचुर मात्रा में सौर गतिविधि डेटा प्राप्त किया है और सूर्य-धब्बों पर शोध तथा कोरोनल अवलोकन जैसे क्षेत्रों में कई महत्वपूर्ण वैज्ञानिक शोध परिणाम प्राप्त किए हैं।

कृषि ग्रीनहाउस में फोटोवोल्टिक प्रणालियों के सहयोगात्मक अनुकूलन का एक मामला
(1) परियोजना पृष्ठभूमि
ब्राज़ील के एक कृषि फोटोवोल्टिक एकीकृत ग्रीनहाउस में, फोटोवोल्टिक पैनल एक निश्चित तरीके से लगाए गए हैं। ग्रीनहाउस के अंदर फसलों की प्रकाश की ज़रूरत पूरी करते हुए, यह बिजली उत्पादन के लिए सौर ऊर्जा का पूरी तरह से उपयोग नहीं कर पाता। कृषि उत्पादन और फोटोवोल्टिक बिजली उत्पादन के समन्वित अनुकूलन और ग्रीनहाउस की व्यापक आय बढ़ाने के लिए, संचालक ने पूरी तरह से स्वचालित सौर ट्रैकर लगाने का निर्णय लिया है।
(2) समाधान
एकल-अक्षीय पूर्णतः स्वचालित सौर ट्रैकर स्थापित करें। यह ट्रैकर सूर्य की स्थिति के अनुसार फोटोवोल्टिक पैनलों के कोण को समायोजित कर सकता है। ग्रीनहाउस के अंदर फसलों के लिए सूर्य के प्रकाश की अवधि और तीव्रता सुनिश्चित करने के उद्देश्य से, यह अधिकतम सीमा तक सौर विकिरण प्राप्त कर सकता है। बुद्धिमान नियंत्रण प्रणाली के माध्यम से, फोटोवोल्टिक पैनलों के कोण समायोजन रेंज को निर्धारित किया जा सकता है ताकि फोटोवोल्टिक पैनलों से अत्यधिक सूर्य के प्रकाश को अवरुद्ध होने से रोका जा सके और फसलों की वृद्धि को प्रभावित न किया जा सके। साथ ही, ट्रैकर ग्रीनहाउस की पर्यावरण निगरानी प्रणाली से जुड़ा होता है ताकि फसलों की वृद्धि आवश्यकताओं के अनुसार वास्तविक समय में फोटोवोल्टिक पैनलों के कोण को समायोजित किया जा सके।
(3) कार्यान्वयन प्रभाव
पूर्णतः स्वचालित सौर ट्रैकर लगाने के बाद, कृषि ग्रीनहाउसों में फोटोवोल्टिक विद्युत उत्पादन में लगभग 20% की वृद्धि हुई है, जिससे फसलों की सामान्य वृद्धि को प्रभावित किए बिना सौर ऊर्जा संसाधनों का कुशल उपयोग संभव हुआ है। अधिक समान प्रकाश व्यवस्था के कारण ग्रीनहाउस में फसलें अच्छी तरह उगती हैं, और उपज व गुणवत्ता दोनों में सुधार हुआ है। कृषि और फोटोवोल्टिक उद्योग के बीच 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 की अनुप्रयोग उपलब्धियों को दर्शाते हैं। यदि आप विशिष्ट परिदृश्य मामलों के बारे में अधिक जानना चाहते हैं या सामग्री संशोधन के लिए कोई निर्देश चाहते हैं, तो कृपया मुझे किसी भी समय बताएँ।

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