सौर स्ट्रीट लाइट्स के लिए “प्रभावी प्रक्षेपित क्षेत्र” (Effective Projected Area – EPA): इसकी गणना कैसे करें?

के द्वारा प्रकाशित किया गयाओएसडी संपादकीय टीम, फैक्टरी इंजीनियर, जिनके पास उत्पादन और फील्ड सर्विस में 15 वर्ष का अनुभव है मेंसबसे लोकप्रिय, उद्योग समाचार 12 अक्टूबर 2024

“प्रभावी प्रक्षेपित क्षेत्र” (EPA)” वह सतही क्षेत्र है जिसे हवा आपके प्रकाश उपकरण से टकराते समय “देखती” है। यह प्रत्येक पोल (pole) आदेश में दिया गया पहला आंकड़ा होता है; क्योंकि EPA एवं स्थानीय डिज़ाइन में निर्धारित हवा की गति के आधार पर ही यह तय होता है कि पोल एवं उसका आधार पहले ही गंभीर तूफान में टिक पाएगा या नहीं। सस्ते प्रोजेक्ट अक्सर इसी कारण असफल हो जाते हैं… क्योंकि 90 मील प्रति घंटे (90 mph) की गति के लिए डिज़ाइन किया गया पोल, 150 मील प्रति घंटे (150 mph) की गति में भी उपयोग में आ सकता है, लेकिन कागज़ पर कोई खास अंतर नज़र नहीं आता। इस पृष्ठ पर EPA की गणना हेतु सूत्र, आवश्यक आंकड़े, एवं हमारे द्वारा ध्यान में रखी जाने वाली हवा की गति की सीमाएँ दी गई हैं।

आपको जरूर जानने वाले दो सूत्र:

EPA = लंबाई × चौड़ाई × आकार गुणांक (Shape Coefficient)

EPA = व्यास × ऊँचाई × आकार गुणांक (Shape Coefficient)

आयताकार घटकों (जैसे सौर पैनल, फिक्स्चर) के लिए:
गोलाकार घटकों (जैसे पोल) के लिए:

“आकार गुणांक” (Shape Coefficient) वायुगतिकी (Aerodynamics) को ध्यान में रखता है – एक समतल पैनल, एक गोल खंभे की तुलना में प्रति इकाई क्षेत्रफल पर अधिक हवा को पकड़ता है। ये मान आपके इमारती कोड (Building Code) में दिए गए “हवा-भार संबंधी नियमों” (Wind-Load Provisions) से प्राप्त होते हैं; संयुक्त राज्य अमेरिका में यह आमतौर पर “ASCE 7” (American Society of Civil Engineers का न्यूनतम डिज़ाइन भार मानक) होता है। कोड में दिए गए बल-गुणांकों (Force Coefficients) का ही उपयोग करें, किसी “सरल नियम” (Rule of Thumb) का नहीं।

सौर स्ट्रीट लाइट (Solar Street Light) संबंधी EPA (Environmental Protection Agency) नियमों में क्या शामिल है?

सौर स्ट्रीट लाइट संबंधी EPA नियमों को तीन घटकों पर आधारित किया जाता है, एवं लोग अक्सर “पैनल” (Panel) को ही भूल जाते हैं…

सौर पैनलों की ओरिएंटेशन (Solar Panel Orientation): पैनल का झुकाव एवं अभिमुखीकरण (एजिमुथ) उसके सूर्य की ओर खुले हुए क्षेत्र को प्रभावित करता है। अधिकतम ऊर्जा उत्पादन हेतु पैनल को ऐसे तरीके से झुकाया जाता है कि वह हवा की दिशा में अधिक क्षेत्र प्रस्तुत करे; लेकिन ऊर्जा अनुकूलन एवं संरचनात्मक कुशलता के लक्ष्य अक्सर विपरीत दिशाओं में होते हैं, एवं इस संतुलन को तय करना आवश्यक होता है। फिक्स्चरों का डिज़ाइन (Fixture Design): बड़े आकार के फिक्स्चर एवं सजावटी तत्व पैनल के दृश्यमान क्षेत्र को बढ़ा देते हैं। हालाँकि, ऐसे फिक्स्चर अधिक लागतीले होते हैं। खंभों का आकार (Pole Shape): घुमावदार आकार वाले खंभे, समान ऊँचाई वाले सीधे खंभों की तुलना में हवा के संपर्क में कम क्षेत्र प्रस्तुत करते हैं; इसी कारण व्यावसायिक उपयोगों में घुमावदार खंभों का ही अधिक उपयोग किया जाता है।

यदि आप कोई “ऑल-इन-वन” (all-in-one) उपकरण चाहते हैं, तो उसमें बैटरी बॉक्स (battery box) भी शामिल करें। इंटीग्रेटेड (एकीकृत) डिज़ाइनों में बैटरी बॉक्स खंभे के शीर्ष पर, पैनल के नीचे होता है, एवं यह भी हवा के प्रभाव में आता है; इसलिए इसका भी दृश्यमान क्षेत्र ध्यान में रखना आवश्यक है।

हवा की गति (Wind Speed):** हवा की गति भी पैनलों के ऊर्जा उत्पादन पर प्रभाव डालती है। तेज़ हवा में पैनलों का कार्यक्षमता कम हो जाती है, इसलिए हवा की गति को भी ध्यान में रखकर ही उपकरणों का डिज़ाइन किया जाता है।

वाणिज्यिक सौर सड़क लाइटों को स्थानीय इमारती कोडों में निर्धारित पवन-गति के अनुसार ही डिज़ाइन किया जाना चाहिए; पवन-गति के मापदंड अलग-अलग क्षेत्रों में भिन्न होते हैं। अधिकांश आंतरिक क्षेत्रों के लिए यह मापदंड लगभग 90 मील प्रति घंटा (40 मीटर प्रति सेकंड) है, जबकि तूफान-प्रभावित तटीय क्षेत्रों में यह 150 मील प्रति घंटा (67 मीटर प्रति सेकंड) तक हो सकता है। उच्च पवन-गति के मापदंडों के कारण लाइटों के खंभों की नींव एवं संरचनात्मक सहायक उपकरणों को अधिक मजबूत होने की आवश्यकता होती है। तटीय क्षेत्रों में, अत्यधिक आकार के सौर पैनलों का उपयोग अक्सर अनुमेय सीमाओं से अधिक किया जाता है, जो एक गलत प्रथा है।

कार्यक्षमता को कम किए बिना EPA (Environmental Protection Agency) के मापदंडों को कैसे पूरा किया जाए? जहाँ संरचना को सहायता की आवश्यकता होती है, वहाँ चार रणनीतियाँ कारगर हो सकती हैं (क्रमशः):

एरोडायनामिक पैनल माउंटिंग सिस्टम (Aerodynamic Panel Mounting Systems) – जो पैनल का प्रभावी हवा-प्रतिरोध कम करते हैं।
कॉम्पैक्ट एलईडी फिक्स्चर (Compact LED Fixtures) – जिनका प्रक्षेपित क्षेत्रफल कम होता है; अर्थात् इनके आवरण छोटे होते हैं एवं सजावटी भाग भी कम होते हैं।
खंभों के शीर्ष पर लगे हवा-विक्षेपक (Wind Deflectors on Pole Tops) – जो पैनलों के आसपास की हवा की धारा को विक्षेपित करते हैं।
छोटे पैनल, जो MPPT (मैक्सिमम पावर पॉइंट ट्रैकिंग) चार्ज कंट्रोलरों (MPPT Charge Controllers) के साथ उपयोग में आते हैं – ताकि पैनलों का समूह कम जगह घेरे, फिर भी पर्याप्त ऊर्जा प्राप्त हो सके। यही रणनीति हम ऐसी सीमित जगहों पर पसंद करते हैं; क्योंकि यह समस्या के मूल कारणों पर ही कार्रवाई करती है, न कि बाद में इस्पात की मोटाई बढ़ाकर।

जंगली जीवों के अनुकूल एवं अंधेरे आकाश (डार्क-स्काई) के प्रति संवेदनशील इंस्टॉलेशन अक्सर इसी दिशा में काम करते हैं – फिक्स्चरों का आकार कम करना, दिशात्मक प्रकाश-व्यवस्था (Directional Lighting) का उपयोग करना, एवं अंधेरे आकाश के अनुरूप ऑप्टिक्स (Dark-Sky-Compliant Optics) का चयन करना। इस प्रकार, संरचनात्मक एवं पर्यावरणीय आवश्यकताएँ आमतौर पर एक-दूसरे को बढ़ावा देती हैं, न कि प्रतिस्पर्धा करती हैं।

यह पृष्ठ क्या नहीं कवर करता है?

(What this page does not cover…) (यह पृष्ठ उन विषयों पर जानकारी नहीं देता है जो ऊपर उल्लिखित बिंदुओं से संबंधित नहीं हैं।)

यह पृष्ठ EPA (Environmental Protection Agency) एवं उसके द्वारा प्रदान किए गए आंकड़ों/जानकारियों के बारे में विस्तार से बताता है। हालाँकि, यह किसी संरचनात्मक इंजीनियर (structural engineer) की जाँच/पुष्टि का विकल्प नहीं है; अनुमोदित परियोजनाओं के लिए, नींव डालने से पहले EPA द्वारा दिए गए मानों एवं हवा-भार संबंधी अनुमानों (wind-load assumptions) की स्थानीय नियमों (local codes) के अनुसार जाँच अवश्य करें। हमारा हवा-भार कैलकुलेटर, पोल (pole) एवं हेड असेंबली (head assembly) संबंधी गणनाएँ करता है, जबकि हमारा नींव डिज़ाइन पृष्ठ, इन गणनाओं से प्राप्त भारों (loads) के आधार पर नींव के डिज़ाइन संबंधी जानकारी प्रदान करता है।