वितरित फोटोवोल्टिक (PV) बिजली संयंत्रों के लिए ट्रांसफॉर्मर का चयन कैसे करें?

वितरित PV उत्पादन के साथ ट्रांसफॉर्मर क्षमता का मिलान करना

इन्वर्टर के AC आउटपुट, DC ओवरसाइज़िंग और विकिरण परिवर्तनशीलता के आधार पर kVA रेटिंग का आकार निर्धारित करना

सही आकार के ट्रांसफॉर्मर का चयन करने की प्रक्रिया इन्वर्टर की अधिकतम एसी आउटपुट क्षमता को देखने से शुरू होती है, जैसे कि लगभग 100 किलोवाट। अधिकांश डिज़ाइनों में डीसी ओवरसाइज़िंग अनुपात को 1.2x से 1.5x के बीच रखा जाता है, क्योंकि सोलर स्थापनाएँ अक्सर मानक परीक्षणों द्वारा भविष्यवाणित से अधिक विकिरण (इरेडिएंस) की चोटियों का अनुभव करती हैं। उदाहरण के लिए, एक प्रारूपिक सेटअप में 150 किलोवाटपी डीसी ऐरे को 100 किलोवाट के इन्वर्टर से जोड़ा गया है। ऐसे में, कटौती (क्लिपिंग) की घटनाओं को संभालने के लिए, जब उत्पादन अस्थायी रूप से क्षमता से अधिक हो जाता है, यहाँ कम से कम 125 किलोवोल्ट-एम्पियर क्षमता वाला ट्रांसफॉर्मर उचित होगा। कई तकनीकी कारकों पर विचार करना महत्वपूर्ण है। सबसे पहले, यह जाँचें कि इन्वर्टर अतिभार (ओवरलोड) की स्थितियों को कितने समय तक संभाल सकता है—आमतौर पर यह 110–120% तक के अतिभार को एक घंटे तक संभाल सकता है। फिर स्थानीय मौसम पैटर्न पर विचार करें। रेगिस्तानी क्षेत्रों में दिन-रात के विकिरण में उतार-चढ़ाव तीव्र होता है, जबकि तटीय क्षेत्रों में दिन भर सूर्य का प्रकाश अधिक स्थिर रहता है। सौर पैनलों के क्षरण (डिग्रेडेशन) को भी नज़रअंदाज़ न करें। पैनल प्रति वर्ष लगभग आधा प्रतिशत की दक्षता खो देते हैं, जो वास्तव में समय के साथ हार्मोनिक्स और ऊष्मा के कम निर्माण के कारण नीचे की ओर के उपकरणों पर तनाव को कम करने में सहायता करता है।

छत पर स्थापित उपकरणों के लिए तापीय डेरेटिंग और लोड फैक्टर विश्लेषण

छतों पर वातावरणीय तापमान अक्सर 40 डिग्री सेल्सियस से अधिक हो जाता है, जिससे यदि इसके प्रति कोई कार्रवाई नहीं की जाए, तो ट्रांसफॉर्मर की क्षमता लगभग 15 से 20 प्रतिशत तक कम हो जाती है। अधिकांश वाणिज्यिक फोटोवोल्टिक प्रणालियाँ इसी तरह 60% से कम लोड फैक्टर पर संचालित होती हैं, इसलिए अच्छी तापीय प्रबंधन तकनीकों के साथ स्मार्ट आकार कम करने के लिए काफी संभावना होती है। बल प्रवाहित वायु शीतलन अच्छी तरह काम करता है, साथ ही IEEE C57.96 मानकों को पूरा करने वाला अज्वलनशील विद्युतरोधन और संचालन के दौरान नियमित तापमान जाँच भी आवश्यक है। स्थल-विशिष्ट परिस्थितियाँ भी बहुत महत्वपूर्ण हैं। बंद स्थानों या खराब वेंटिलेशन वाले क्षेत्रों में स्थापित ट्रांसफॉर्मरों को उन ट्रांसफॉर्मरों की तुलना में जो बाहरी स्थानों पर स्थापित हों और जहाँ वायु प्रवाह अच्छा हो, आधार रेटिंग में लगभग 25% तक की वृद्धि की आवश्यकता हो सकती है। ASHRAE और IEEE दोनों ने इस दृष्टिकोण का समर्थन करने वाले तापीय मॉडलिंग दिशानिर्देश प्रकाशित किए हैं।

शुष्क-प्रकार बनाम तेल-निमज्जित ट्रांसफॉर्मर: सुरक्षा, दक्षता और स्थल उपयुक्तता

अग्नि सुरक्षा, वेंटिलेशन और शहरी एवं वाणिज्यिक छतों पर आंतरिक स्थापना के प्रतिबंध

शहरी और वाणिज्यिक छत पर सौर स्थापनाओं के लिए, अग्नि-प्रतिरोधी डिज़ाइन विशेषताओं के कारण शुष्क प्रकार के ट्रांसफॉर्मर्स अब मुख्य विकल्प बन गए हैं। इनमें आमतौर पर वैक्यूम दाब अंतःस्रवण (वैक्यूम प्रेशर इम्प्रेगनेटेड) एपॉक्सी राल वाइंडिंग्स होती हैं, जो इन्हें पारंपरिक तेल से भरे मॉडलों की तुलना में काफी अधिक सुरक्षित बनाती हैं। तेल-डूबे प्रणालियों के साथ ज्वलनशील शीतलक, संभावित रिसाव जैसी विभिन्न समस्याएँ आती हैं, और इन्हें विस्फोटरोधी गुंबद (एक्सप्लोज़न प्रूफ वॉल्ट्स), अतिरिक्त संरक्षण उपायों और उचित वेंटिलेशन प्रणालियों जैसी विशेष अवसंरचना की आवश्यकता होती है। शुष्क प्रकार के ट्रांसफॉर्मर्स को इमारतों के भीतर ही स्थापित किया जा सकता है—जहाँ स्थान सीमित हो और सुरक्षा विनियमन सर्वाधिक महत्वपूर्ण हों, जैसे लिफ्ट शाफ्ट, पार्किंग गैराज या कई किरायेदारों वाली साझा छतें। न्यूयॉर्क और टोक्यो जैसे शहरों ने अब अपने नवीनतम अग्नि सुरक्षा नियमों में ऐसी स्थापनाओं के संदर्भ में विशेष रूप से शुष्क प्रकार के ट्रांसफॉर्मर्स का उल्लेख किया है, क्योंकि ये संचालन के दौरान कोई आपात स्थिति आने पर स्वयं ही बुझ जाने की प्रवृत्ति रखते हैं।

दक्षता अनुपालन (DOE 2016, IEC 60076-20) और जीवन चक्र लागत के प्रभाव

आज के शुष्क प्रकार के ट्रांसफॉर्मर डीओई 2016 और आईईसी 60076-20 जैसे विनियमों द्वारा निर्धारित हार्मोनिक सहनशीलता के महत्वपूर्ण दक्षता मानकों को पूरा कर रहे हैं। कुछ श्रेष्ठ मॉडल वास्तव में 500 से 2500 केवीए क्षमता के बीच संचालन के दौरान लगभग 99.3% दक्षता तक पहुँच जाते हैं। पहले के दिनों में, तेल-निमज्जित ट्रांसफॉर्मरों को अधिकतम भार दक्षता में थोड़ा सा लाभ प्राप्त था। लेकिन अब शुष्क प्रकार के ट्रांसफॉर्मर विशेष रूप से विभिन्न स्थानों पर फैले सौर ऊर्जा संयंत्रों के लिए समय के साथ आर्थिक रूप से अधिक उचित हैं। इन प्रणालियों को तेल परीक्षण, फिल्टरिंग या खतरनाक तरल पदार्थों के साथ संबंधित नियमित रखरोट की आवश्यकता नहीं होती है, जिनका उचित तरीके से निपटान करना आवश्यक है। लगभग 25 वर्षों की अवधि में, यह कंपनियों को चलाने की लागत में लगभग 20 से 30 प्रतिशत तक की बचत कराता है, भले ही इनकी प्रारंभिक लागत आमतौर पर लगभग 15% अधिक हो। अंतिम परिणाम निवेश पर बेहतर रिटर्न और भविष्य में संपत्ति प्रबंधन को काफी सरल बनाना है।

हार्मोनिक-रेटेड ट्रांसफॉर्मर के साथ ग्रिड अनुपालन सुनिश्चित करना

के-फैक्टर और हार्मोनिक कम करने वाले ट्रांसफॉर्मर डिज़ाइन का उपयोग करके IEEE 1547-2018 के THD सीमाओं को पूरा करना

सोलर सिस्टम में इन्वर्टरों द्वारा उत्पादित शक्ति के कारण हार्मोनिक विकृतियाँ उत्पन्न होती हैं, जो अक्सर कनेक्शन बिंदुओं पर IEEE 1547-2018 द्वारा निर्धारित 5% कुल हार्मोनिक विकृति (THD) वोल्टेज सीमा को पार कर जाती हैं। इस समस्या का समाधान करने के लिए, विशेष ट्रांसफॉर्मरों—जिन्हें 'हार्मोनिक मिटिगेटर्स' कहा जाता है—का उपयोग किया जाता है, जिनमें फेज में शिफ्ट किए गए वाइंडिंग व्यवस्था के माध्यम से पाँचवीं और सातवीं क्रम की प्रमुख हार्मोनिक्स को नष्ट किया जाता है। इस बीच, K-फैक्टर रेटिंग K4 से K20 तक के ट्रांसफॉर्मरों को विशेष रूप से हार्मोनिक्स के कारण उत्पन्न ऊष्मा को संभालने के लिए डिज़ाइन किया गया है, बिना उनकी विद्युत रोधक परतों को क्षतिग्रस्त किए। हालाँकि, ये सामान्य ट्रांसफॉर्मर नहीं हैं। गैर-रैखिक लोडों के साथ काम करते समय सामान्य मॉडल बहुत तेज़ी से आयु बढ़ा लेते हैं, लेकिन ये विशेषीकृत संस्करण सौर ऑपरेशन के दौरान भी सामान्य स्थितियों में ठंडे रहते हैं और नियमों के अनुपालन में बने रहते हैं। वास्तविक स्थापनाओं में की गई थर्मल इमेजिंग से पता चलता है कि इन अनुकूलित ट्रांसफॉर्मरों का तापमान समान विकृत लोड का सामना कर रहे सामान्य ट्रांसफॉर्मरों की तुलना में लगभग 15 डिग्री सेल्सियस कम रहता है। यह तापमान अंतर उपकरणों के लंबे जीवनकाल को सुनिश्चित करता है और वास्तविक दुनिया की स्थितियों में कनेक्शन बिंदुओं पर समस्याओं की संख्या को कम करता है।

स्मार्ट मॉनिटरिंग और भविष्य के लिए पूर्वानुमानात्मक रखरखाव क्षमताओं के साथ भविष्य-सुरक्षित करना

ट्रांसफॉर्मर की विश्वसनीयता के लिए SCADA एकीकरण, तापमान और आंशिक डिस्चार्ज मॉनिटरिंग

जब ट्रांसफॉर्मर्स को SCADA प्रणालियों से जोड़ा जाता है, तो ऑपरेटर उनके वास्तविक समय में प्रदर्शन की निगरानी केंद्रीय स्थान से ही सभी फैले हुए सोलर पैनल ऐरे के लिए कर सकते हैं। वाइंडिंग्स, कोर्स और तेल से भरे इकाइयों के लिए उनके तेल कॉम्पार्टमेंट्स के अंदर भी विभिन्न भागों में बिल्ट-इन तापमान सेंसर उन असामान्य ऊष्मा पैटर्न्स का पता लगाते हैं, जो चीज़ों के खतरनाक रूप से गर्म होने से काफी पहले ही दिखाई देते हैं। एक अन्य महत्वपूर्ण उपकरण PD निगरानी है, जो उच्च आवृत्ति के विद्युत धारा स्पाइक्स का पता लगाती है, जो इन्सुलेशन समस्याओं के प्रारंभिक संकेत होते हैं—ऐसी समस्याएँ जिन्हें नियमित परीक्षण पूरी तरह से याद कर सकते हैं। इन संयुक्त सुविधाओं के कारण रखरखाव के तरीके में पूर्णतः परिवर्तन आ जाता है, जिसमें निर्धारित नियमित जाँचों पर सख्ती से टिके रहने की बजाय केवल आवश्यकता पड़ने पर ही मुद्दों का समाधान करना शामिल होता है। EPRI और NREL जैसे क्षेत्रीय समूहों द्वारा किए गए क्षेत्र कार्य से पता चलता है कि इस दृष्टिकोण से अप्रत्याशित बंद करने की संख्या लगभग 40 प्रतिशत तक कम कर दी जाती है। यह सारा डेटा संग्रह एक ऐसे वातावरण का निर्माण करता है, जहाँ कंपनियाँ उपकरणों के जीवनकाल का बेहतर अनुमान लगा सकती हैं, स्पेयर पार्ट्स के स्टॉक का अधिक कुशलतापूर्ण प्रबंधन कर सकती हैं और रणनीतिक रूप से निवेश की योजना बना सकती हैं, जिससे ट्रांसफॉर्मर रखरखाव केवल प्रतिक्रियाशील नहीं रहता, बल्कि धीरे-धीरे प्रणाली की विश्वसनीयता के निर्माण में योगदान देने वाला बन जाता है।

सामान्य प्रश्न

सोलर स्थापनाओं में डीसी अतिआकारण (ओवरसाइज़िंग) का क्या महत्व है?

डीसी अतिआकारण सोलर स्थापनाओं को मानक परीक्षणों द्वारा भविष्यवाणि की गई तुलना में अधिक विकिरण (इरेडिएंस) के झटकों को संभालने की अनुमति देता है, जिससे ट्रांसफॉर्मर्स उल्लेखनीय दक्षता हानि के बिना अस्थायी अतिभार को स्वीकार कर सकते हैं।

छत पर स्थापित करने के लिए शुष्क-प्रकार के ट्रांसफॉर्मर्स, तेल-डूबे ट्रांसफॉर्मर्स की तुलना में अधिक लाभदायक होते हैं?

हाँ, छत पर स्थापित करने के लिए शुष्क-प्रकार के ट्रांसफॉर्मर्स अक्सर अधिक उपयुक्त होते हैं, क्योंकि उनकी अज्वलनशील डिज़ाइन, आंतरिक स्थानों पर सुरक्षा और आधुनिक अग्नि सुरक्षा नियमों के अनुपालन के कारण ये फायदेमंद होते हैं।

उपयोगिता कंपनियाँ सोलर उत्पन्न हार्मोनिक्स के साथ ग्रिड अनुपालन को कैसे सुनिश्चित कर सकती हैं?

उपयोगिता कंपनियाँ हार्मोनिक्स को नियंत्रित करने और IEEE मानकों के अनुसार ग्रिड अनुपालन बनाए रखने के लिए हार्मोनिक्स कम करने वाले ट्रांसफॉर्मर्स तथा विशिष्ट K-फैक्टर के लिए रेटेड ट्रांसफॉर्मर्स का उपयोग कर सकती हैं।

ट्रांसफॉर्मर रखरखाव में SCADA एकीकरण की क्या भूमिका है?

SCADA प्रणालियाँ वास्तविक समय में प्रदर्शन निगरानी की अनुमति देती हैं, जिससे संभावित समस्याओं का शुरुआती चरण में पता लगाना संभव होता है, और इस प्रकार भविष्यवाणी आधारित रखरखाव को सक्षम करती हैं तथा अप्रत्याशित बंद होने के मामलों को कम करती हैं।