سرد آب وہوا میں استعمال ہونے والے سولر سٹریٹ لائٹس کے لئے خود-گرم ہونے والی لیتیئم بیٹریاں

لیتیئم آئر فاسفیٹ (LiFePO4) بیٹریوں کے لئے سردی کی وجہ سے پیش آنے والے مسائل

لیتیئم آئر فاسفیٹ (LiFePO4) بیٹریاں حرارت اور جزوی چارج کو اچھی طرح برداشت کرتی ہیں، لیکن سردی ان کی کمزوری ہے۔ منفی ڈگری سے نیچے جاتے ہی ان کی کارکردگی میں گھٹاؤ آجاتا ہے، اور بہت کم درجہ حرارت میں تو یہ بیٹریاں بالکل بھی کارکردگی کرنے سے قاصر ہو جاتی ہیں۔ ایک سٹریٹ لائٹ کے لئے، جو شام سے صبح تک محفوظ شدہ انرجی سے چلتی ہے، یہ مسئلہ بہت خطرناک ہے؛ کیونکہ اس سے لائٹ بند ہو جاتی ہےۤ خود-گرم ہونے والا نظام اسی لئے بنایا گیا ہے تاکہ بیٹری کے سیلز کو ایسے درجہ حرارت میں رکھا جاسکے جہاں وہ اپنا کام جاری رکھ سکیںۤ

ہارڈویئر کی ساخت کے بارے میں…

خود-گرم ہونے والے پیکیج میں بیٹری کے سیلز پر فلمی ہیٹر لگایا جاتا ہے، اس کے ارد گرد ایک عایق طبقہ بنایا جاتا ہے، اور دو درجہ حرارت کے سنسر BMS کے ذریعہ ان کا کنٹرول کیا جاتا ہےۤ

ہیٹر اسیمبلی، تیار شدہ پیک (جس میں سیلز پہلے ہی سیریز اور پیرالل طور پر جوڑی گئی ہوتی ہیں) کو تین لائئرز اور دو پروبس سے گھیرتی ہے:

1. ہیٹنگ فلم (Heating Film): یہ حرارت کا ماخذ ہے، جو پیک کے باہری حصے کے گرد محکم طور پر لپی ہوتی ہے۔ عام طور پر یہ پولیایمائیڈ یا سیلیکون ربر کا بنا ہوتا ہے؛ یہ یکساں حرارتی خارجی کرتی ہے، کھارنے کے خلاف مزاحم ہے، اور پیک کی شکل کے مطابق ڈھل جاتی ہے۔ فلم سے گزرنے والی بجلی برقی توانائی کو حرارت میں بدل دیتی ہے، جس سے پیک کا درجہ حرارت یکساں طور پر بڑھ جاتا ہے۔
2. انسولیشن فلم (Insulation Film): یہ بیرونی لائر ہے؛ یہ حرارت کے نقصان کو کم کرتی ہے اور پیک کے اندر تخلیق ہونے والی حرارت کو برقرار رکھتی ہے، جس کی وجہ سے ہیٹر بیٹری کی توانائی سے کام کرنے میں کافی کارگر ہوتا ہے۔
3. دوئل ٹمپریچر پروبس (Dual Temperature Probes): ایک پروب انسولیشن کے باہر رکھا جاتا ہے، جو ماحول کا درجہ حرارت معلوم کرتا ہے؛ جب ماحولی درجہ حرارت پیشگی طے شدہ حد کو عبور کرتا ہے، تو یہ بی ایم ایس (BMS – Battery Management System) کو ہیٹنگ شروع کرنے کا سگنل دیتا ہے۔ دوسرا پروب پیک کے اندر سیلز کا درجہ حرارت معلوم کرتا ہے اور ریئل-ٹائم ڈیٹا کنٹرول چپ کو بھیجتا ہےۤ

کنٹرول لوپ (Control Loop) – قدم در قدم:

پورا عملیہ ایک کنٹرول چپ پر چلتا ہے، جو عام طور پر بیٹری مینجمنٹ سسٹم (BMS) کا حصہ ہوتی ہےۤ

1. جاگنا: بیرونی سنسر مستقل طور پر ماحول کی نگرانی کرتا رہتا ہے۔ جب درجہ حرارت مقررہ سطح تک پہنچتا ہے، چپ یہ فیصلہ کرتی ہے کہ پیکٹ خطرے میں ہے، اور ہیٹنگ پروگرام شروع کر دیتی ہے۔
2. ہیٹنگ: فلم متحرک ہو جاتی ہے اور حرارت کو حرارتی طور پر چالندہ کیٹچرز تک یا براہ راست رابطے کے ذریعہ منتقل کرتی ہے؛ یہ انرجی خود پیکٹ سے ہی حاصل ہوتی ہے۔
3. نگرانی: اندرونی سنسر ہر سیکنڈ میں کیٹچرز کے درجہ حرارت کا معائنہ کرتا ہے اور اس کی معلومات BMS (بیجل مینجمنٹ سسٹم) کو بھیجتا ہے، جو ہیٹنگ کو ریئل-ٹائم میں ایڈجسٹ کرتا ہے۔
4. بند کرنا: جب کیٹچرز کا درجہ حرارت مقررہ سطح تک پہنچ جاتا ہے، چپ فلم کو بند کر دیتی ہے؛ اس سے زیادہ گرم ہونے سے ہونے والے نقصان اور بے کار انرجی کی بچت ہوتی ہے۔
5. چکر والی مرمت (Cyclic Maintenance): اگر ماحول سرد رہتا ہے، تو پیکٹ کا درجہ حرارت پھر نیچے گر جاتا ہے؛ جب یہ دوبارہ مقررہ حد تک پہنچتا ہے، تو ہیٹنگ پروگرام دوبارہ شروع ہو جاتا ہے۔ پیکٹ اسی آپریٹنگ بینڈ میں رہتا ہے جب تک سردی رہتی ہے۔

ڈیزائن سے متعلق ایسے تضحیکاتی عوامل جن کا ذکر کسی بروشر میں نہیں کیا جاتا…

(Design trade-offs that are not mentioned in any brochure.)

ہیسٹیریسس (Hysteresis): بند کرنے اور دوبارہ شروع کرنے کے درمیان کا درجہ حرارت کا فرق، ہیٹر کے بار بار آنا اور بند ہونے کی سرگرمی کو روکتا ہے۔ اس کے بغیر، ریلے (relay) مستقل طور پر چکر لگاتا رہتا ہے اور کنٹرول لوجک (control logic) پیک (pack) کو استحکام حاصل کرنے میں ناکام رہتی ہے۔

اینرجی بجٹ (Energy Budget): ہیٹنگ (heating) کے لیے بہت زیادہ بجلی کی ضرورت ہوتی ہے؛ لہذا ڈیزائن میں ہیٹنگ کی رفتار اور بجلی کی کمی کے مابین توازن قائم کیا جانا ضروری ہے۔ تاکہ یہاں تک کہ مسلسل بادلوں یا بارش کے دنوں میں بھی، جب سولر پینل (solar panel) ہیٹر کے استعمال کردہ بجلی کو دوبارہ پورا نہیں کر پاتا، باقی بچی بجلی بنیادی روشنی کیلئے استعمال ہو سکے۔ ہمارے فیکٹری میں، ہیٹڈ پیک (heated pack) کی خودمختاری (autonomy) کا حساب ہیٹنگ کے بوجھ (heating load) کے لحاظ سے کیا جاتا ہے، نہ کہ لائٹ کے بوجھ (lamp load) کے لحاظ سے۔

سیفٹی انٹرلاکس (Safety Interlocks): ہمارے مصنوعات میں دو ضروری سیفٹی سسٹمز ہیں:

1. اوور-ٹمپریچر پروٹیکشن (Over-Temperature Protection): یہ ایک ثانوی، مستقل سرکٹ (independent circuit) ہے جو چپ (chip) کے فیل ہو جانے پر اور درجہ حرارت کے بہت زیادہ بڑھ جانے پر ہیٹر کو بند کر دیتا ہے۔
2. لو-وولٹیج ہیٹنگ پروحیبیشن (Low-Voltage Heating Prohibition): جب بیٹری کی بجلی کی سطح بہت کم ہو جاتی ہے، تو یہ سسٹم ہیٹنگ کو معطل کر دیتا ہے؛ تاکہ بیٹری کے آخری الیکٹرون بھی روشنی کیلئے استعمال ہو سکیں اور بیٹری کو زیادہ نقصان نہ پہنچے۔

یہ ترتیب عمداً اختیار کی گئی ہے: پہلے روشنی، پھر ہیٹنگ۔

ذرائعی تفاصیل (Structural Details): حرارت کو منتقل کرنے والے سیلیکون پیڈ فلم اور بیٹری کے سیلز (cells) کے درمیان رکھے جاتے ہیں تاکہ حرارت کو یکساں طور پر پھیلایا جاسکے اور کسی مخصوص جگہ پر زیادہ حرارت جمنے سے بچا جاسکے۔ عایق (insulation) طبقہ کو حرارت کو برقرار رکھنے اور پانی کو روکنے کے ما بین توازن قائم کرنا پڑتا ہے؛ کیونکہ اگر پانی عایق طبقے سے گزر جائے تو یہ سرکٹ کو بلاک کر سکتا ہے۔

اس کا میدان عمل (What this means in the field):

• تشخیص (Diagnosis): جب سرد موسم میں ہیٹر کام نہ کرے، تو پہلے دو اہم حصوں کی جانچ کریں: ٹمپریچر سنسر (temperature sensor) یا ہیٹنگ فلم (heating film) میں کوئی خرابی۔ ہمارے ریزرو پروگرام (spare program) میں بھی یہی دو حصے موجود ہیں۔
• کیپاسٹی کی تنظیم (Capacity Configuration): سرد علاقوں کے لئے بیٹریوں کا انتخاب مقامی کم ترین درجہ حرارت اور متواتر بادلوں کے روزوں کے پیٹرن کو مدِ نظر رکھ کر کیا جاتا ہے؛ بعد میں بیٹری کی کیپاسٹی کو ہیٹنگ پاور (heating power) کے مطابق تعیین کیا جاتا ہے۔ عام ڈیٹا شیٹ (generic datasheet) میں دی گئی واٹیج (wattage) واقعی موسم سرما میں کافی نہیں ہوتی۔
• عمر (Lifespan): بیٹری کے سیلز کو طویل مدت تک انتہائی زیادہ یا کم درجہ حرارت سے بچانا اہم ہے؛ بہترین حالات میں، LiFePO4 بیٹریاں 3,000 سے زیادہ چکر لے سکتی ہیں، اور حرارتی نظام (thermal management) ہی اس عمر کو برقرار رکھتا ہے۔

جب ہم خود-گرم کرنے والے (self-heating) نظامات کو شامل کرتے ہیں، اور جب نہیں…

خود-گرم کرنے والا نظام ایک معیاری اضافی فیچر نہیں ہے؛ ہم اسے تب شامل کرتے ہیں جب دو شرائط ایک ساتھ پوری ہوتی ہیں:

1. طویل مدت تک درجہ حرارت منفی ڈگری سے نیچے رہنا،
2. بادلوں کی کثافت اس حد تک ہو کہ سولر پینل اس قدر بجلی پیدا نہ کر پائے کہ ہیٹر کی ضروریات پوری ہو سکیں۔

سرد آب وہوا والے علاقے اور اونچے عرضی جغرافیائی مقامات ان دونوں شرائط کو پورا کرتے ہیں؛ جبکہ معتدل موسم سرما والے علاقے ان دونوں شرائط کو پورا نہیں کرتے۔ ایسے علاقوں میں ہیٹر استعمال کرنا مہنگا اور پیچیدہ ہوتا ہے، اور اس سے کوئی فائدہ بھی نہیں ہوتا… اس لیے ہم اس کا ذکر بصورت واضح قیمتیں بتاتے ہیں، نہ کہ قیمتوں میں اضافہ کرتے ہیںۤ بیٹریوں کے انتخاب سے متعلق بنیادی معلومات کے لیے سولر لائٹنگ سسٹمز کیلئے بیٹریاں دیکھیںۤ سائزنگ کے لیے ہمارا کنٹرولر سائزنگ کیلکولیٹر بھی استعمال کیا جاتا ہے؛ یہ کیلکولیٹر ہیٹنگ کے بوجھ کو بھی مدِ نظر رکھتا ہےۤ

یہ صفحہ کیا نہیں پوشتہ کرتی…

یہ صفحہ صرف خود-گرم کرنے والے نظامات والے مستقل سولر سٹری لائٹس (standalone solar street lights) کے بارے میں معلومات دیتی ہے؛ یہ سیل-سطح پر کیے گئے کم درجہ حرارت کے ٹیسٹوں کے معیارات، AC-کنکٹڈ یا گریڈ-ٹائیڈ اسٹوریج سسٹمز کے لئے ہیٹروں کے ڈیزائن، یا LiFePO4 کے علاوہ دیگر لیتیئم بیٹریوں کے بارے میں معلومات نہیں دیتیۤ مکمل سرد آب وہوا والے علاقوں کیلئے موزوں سولر لائٹس جن میں ہیٹنگ پیک اور کنٹرولر فیکٹری میں ہی میل کر دئے جاتے ہیں، ہماری ایک-فی-ایک سولر سٹری لائٹس سیریز میں دستیاب ہیںۤ