छाया का सौर पैनलों पर प्रभाव: धारा (Current) बनाम वोल्टेज (Voltage)

धारा (Current) पहले क्यों कम हो जाती है?

सौर सेल में प्रवाहित होने वाली धारा, प्रकाश की तीव्रता के लगभग रैखिक रूप से अनुपात में बदलती है: जितने अधिक फोटॉन सेल के जंक्शन (junction) पर पहुँचते हैं, उतनी ही अधिक इलेक्ट्रॉनों की आवाजाही होती है। यदि पैनल का कोई हिस्सा छायांकित हो जाता है, तो उस हिस्से में स्थित सेल धारा प्रवाह में योगदान नहीं दे पाते। लेकिन एक सौर पैनल में सेलों को एक श्रृंखला (string) के रूप में जोड़ा जाता है, तथा समस्त धारा प्रत्येक सेल से ही गुजरनी चाहिए। छायांकित सेलों के कारण धारा का प्रवाह उन अछायांकित न होने वाले सेलों तक नहीं पहुँच पाता; इसलिए पूरी श्रृंखला में प्रवाहित होने वाली धारा, सबसे कम क्षमता वाले सेल की क्षमता के अनुसार ही सीमित रह जाती है।

वोल्टेज का व्यवहार अलग-अलग होता है। एक एकल सिलिकॉन सेल ओपन-सर्किट (open-circuit) पर लगभग 0.5–0.6 वोल्ट वोल्टेज उत्पन्न करता है, एवं पैनल का कुल वोल्टेज, सभी सेलों के वोल्टेजों का योग होता है। कुछ सेलों पर छाया पड़ने से पैनल का कुल वोल्टेज मामूली रूप से ही कम हो जाता है। जब कोई लोड (load) नहीं जुड़ा होता, तो ओपन-सर्किट वोल्टेज सामान्य स्तर पर ही रहता है; चार्जिंग के दौरान ऑपरेटिंग वोल्टेज लगभग 10% या उससे कम हो सकता है। चार्जिंग के लिए वोल्टेज आवश्यक है, इसलिए चार्जर को अभी भी पर्याप्त वोल्टेज मिलता है ताकि धारा प्रवाहित हो सके – बस प्रवाहित होने वाली धारा की मात्रा कम हो जाती है।

बायपास डायोड (Bypass Diodes): पैनल में निर्मित क्षति-नियंत्रण तंत्र

पैनल, आंशिक छाया के प्रति पूरी तरह से असुरक्षित नहीं होते। अधिकांश पैनलों में बायपास डायोड होते हैं, जो धारा को छाए हुए सेलों के आसपास से दूसरे मार्ग से प्रवाहित करने में मदद करते हैं। जब कोई छाए हुआ हिस्सा पैनल के कुल वोल्टेज को कम कर देता है, तो उस हिस्से संबंधित डायोड खुल जाता है, एवं बाकी सेल उच्च वोल्टेज पर लेकिन कम धारा पर कार्य करना जारी रखते हैं – इस प्रकार छाए हुए हिस्से का योगदान ही खो जाता है, पूरे पैनल का नहीं।

दो महत्वपूर्ण बातें जो आपको जाननी चाहिए…

• जब डायोड अपना काम सही से करते हैं, तो होने वाला नुकसान तुलनात्मक होता है, न कि भयावह। 20% भाग छायांकित होने पर उस हिस्से का उत्पादन कम हो जाता है, एवं डायोड के कारण वोटेज में भी कमी आ जाती है; लेकिन पूरी पैनल सिस्टम नष्ट नहीं हो जाती।
• यदि कोई डायोड खराब हो जाता है, तो वह हिस्सा फिर से पूरी पैनल सिस्टम के लिए समस्या बन जाता है, एवं छायांकित सेलों से ऊष्मा निकलने लगती है – यही “हॉट-स्पॉट” (hot-spot) समस्या है, जिसके बारे में हमारे हॉट-स्पॉट रोकथाम पृष्ठ पर विस्तार से बताया गया है। यदि पेड़ उगने के बाद किसी पैनल का कोई हिस्सा अधिक गर्म हो जाता है, तो सबसे पहले डायोड की जांच करें, न कि सेलों की।

MPPT कंट्रोलर नुकसान का कुछ हिस्सा वापस प्राप्त करते हैं

“मैक्सिमम पावर पॉइंट ट्रैकिंग” (MPPT – Maximum Power Point Tracking) कंट्रोलर, छायांकित हिस्से के कारण पैनल के सर्वोत्तम कार्यात्मक बिंदु के अनुसार अपना रूपांतरण अनुपात (conversion ratio) लगातार समायोजित करता रहता है। यह उस ऊर्जा को तो वापस नहीं ला सकता जो छायांकित सेलों ने पहले ही उत्पन्न नहीं की, लेकिन शेष ऊर्जा के बर्बाद होने से रोकता है। दूसरी ओर, “PWM (Pulse Width Modulation)” कंट्रोलर में छायांकित हिस्से के कारण पैनल का पावर पॉइंट और भी नीचे खिसक जाता है, एवं “पैनल द्वारा उत्पन्न ऊर्जा” एवं “बैटरी द्वारा प्राप्त ऊर्जा” के बीच का अंतर बढ़ जाता है।

इसका सड़क के लाइट पर क्या प्रभाव पड़ता है?

यदि पैनल का कोई हिस्सा छायांकित हो जाता है, तो उस हिस्से का उत्पादन कम हो जाता है, लेकिन MPPT कंट्रोलर शेष हिस्से से उत्पन्न ऊर्जा का अधिकतम उपयोग करने में मदद करता है। इसलिए सड़क के लाइट का प्रकाश रात में भी पर्याप्त रहता है।

विफलता हमेशा पहले वित्तीय स्तर पर ही दिखाई देती है। दिन में कम उत्पादन होने के कारण, बैटरी में रात तक कम ऊर्जा ही संग्रहित रहती है। पहला लक्षण यह है कि लाइट की पूरी तीव्रता का समय कम हो जाता है; फिर लाइट समय से पहले ही मंद पड़ जाती है; और सबसे बुरे मामलों में तो लाइट सुबह होने से पहले ही बंद हो जाती है। जमीन से देखने पर ऐसा लगता ही नहीं कि समस्या पैनल में है… इसी कारण हमें सबसे अधिक शिकायतें “लाइट सुबह 3 बजे बंद हो जाती है” जैसी मिलती हैं, न कि “पैनल पर छाया पड़ गई है” जैसी।

लंबे समय तक आंशिक छाया के कारण एक अतिरिक्त समस्या उत्पन्न होती है… छाए हुए पैनलों में ऊष्मा निकलती है, जिससे पैनल के आवरण (एनकैप्सुलेंट) एवं सोल्डर जोड़ों को नुकसान पहुँचता है। इस कारण पैनल की उम्र कम हो जाती है… और इसका परिणाम यह होता है कि पैनल की कार्यक्षमता 30–50% तक कम हो जाती है।

साइट जाँच: पाँच मिनट, कोई उपकरण नहीं आवश्यक।

1. सुबह 9 बजे, दोपहर 12 बजे एवं शाम 3 बजे “एरे” (array) की जाँच करें। छाया (shade) की स्थिति बदलती रहती है; जो शाखा जून में कोई नुकसान नहीं पहुँचाती, सितंबर तक वही छाया पैदा कर सकती है।
2. “स्पष्ट चोरों” (obvious thieves) की तलाश करें – नए पेड़, झंडापोल, साइनबोर्ड, या सैटेलाइट डिश (satellite dish) आदि।
3. पैनल (panel) की सतह पर धूल एवं गंदगी की जाँच करें; यह धूल एवं गंदगी साफ की जा सकती है; हमारे सफाई संबंधी निर्देश “हॉट-स्पॉट पेज” (hot-spot page) पर उपलब्ध हैं।
4. यदि कंट्रोलर (controller) का दैनिक लॉग (daily log) उपलब्ध हो, तो उसे पढ़ें। चार्जिंग धारा (charging current) का पीक सुबह होना एवं बाद में स्थिर हो जाना छाया का एक संकेत है; सूर्योदय से लेकर धारा का स्तर स्थिर रहना कनेक्शन खराबी (connection fault) का संकेत है।
5. पैनल का आकार बढ़ाने से पहले उस छाया को काट दें या उसकी जगह बदल दें। पैनल का आकार बढ़ाने से छाया को दूर करने की तुलना में अधिक खर्च होता है, एवं इससे “हॉट-स्पॉट” (hot-spot) तंत्र (mechanism) वैसा ही बना रहता है।

यह पृष्ठ (page) क्या नहीं कवर करता?

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

यह पृष्ठ ऑफ-ग्रिड (off-grid) प्रकाश उपकरणों में प्रयोग होने वाले डीसी-कपल्ड (DC-coupled) पैनलों संबंधी “शेडिंग फिजिक्स” (shading physics) की जानकारी देता है। यह माइक्रो-इन्वर्टर (micro-inverters) या पावर ऑप्टिमाइज़र (power optimizers) वाले ग्रिड-टाइड (grid-tied) पैनलों पर लागू नहीं होता; क्योंकि ऐसे पैनल छाया को अलग तरीकों से संभालते हैं। यदि आपकी जगह पर ऐसी छायाएँ हैं जिन्हें हटाया नहीं जा सकता, तो हमारे कंट्रोलर साइज़िंग कैलकुलेटर का उपयोग करें – यह कम ऊर्जा उत्पादन (derated harvest) को ध्यान में रखता है – एवं छायाओं के हिसाब से ही बैटरी का आकार निर्धारित करें, न कि स्पष्ट आकाश की कल्पना के आधार पर।