توانائی ذخیرہ کرنے کا ڈیزائن: توانائی کا ذخیرہ کیا ہے؟ حصہ ایک

سادہ لفظوں میں، توانائی کا ذخیرہ غیر استعمال شدہ توانائی کو ذخیرہ کرنے اور ضرورت پڑنے پر اسے دوبارہ استعمال کرنے کا عمل ہے۔ توانائی کے شعبے میں، توانائی ذخیرہ کرنے کی ٹیکنالوجی ایک اہم کردار ادا کرتی ہے کیونکہ یہ غیر مستحکم قابل تجدید توانائی کے ذرائع جیسے شمسی اور ہوا کی توانائی کی مستحکم پیداوار کو قابل بناتی ہے، جو ہماری روزمرہ کی زندگی اور کام کے لیے بجلی کی مسلسل فراہمی فراہم کرتی ہے۔ ان میں سے، لیتھیم آئن الیکٹرو کیمیکل توانائی کا ذخیرہ اپنی توانائی کی کثافت، طویل عمر، اور تیز رفتار ردعمل کی وجہ سے تیزی سے ترقی پذیر توانائی ذخیرہ کرنے والی ٹیکنالوجیز میں سے ایک بن گیا ہے۔

1 بنیادی تعارف

توانائی ذخیرہ کرنے کا نظام ایک بیٹری، برقی اجزاء، مکینیکل سپورٹ، حرارتی اور کولنگ سسٹم (تھرمل مینجمنٹ سسٹم)، دو طرفہ توانائی کی تبدیلی کا نظام، توانائی کے انتظام کے نظام، اور بیٹری کے انتظام کے نظام پر مشتمل ہے۔ بیٹری کو ترتیب دیا جاتا ہے، منسلک کیا جاتا ہے اور ایک بیٹری ماڈیول میں جمع کیا جاتا ہے، اور پھر بیٹری کیبنٹ بنانے کے لیے کابینہ کے اندر دیگر اجزاء کے ساتھ فکس اور اسمبل کیا جاتا ہے۔

عمومی تعریف: توانائی کے ذخیرہ سے مراد توانائی کا ذخیرہ ہے۔ اس سے مراد کسی میڈیم یا ڈیوائس کے ذریعے توانائی کو ذخیرہ کرنے اور اسے مستقبل کی درخواست کی ضروریات کی بنیاد پر مخصوص شکل میں جاری کرنے کے چکراتی عمل سے ہے۔

مختصر طور پر بیان کیا گیا: برقی توانائی کے ذخیرہ کے لیے۔ ٹیکنالوجیز اور اقدامات کا ایک سلسلہ جو پیدا شدہ توانائی کو ذخیرہ کرنے اور ضرورت پڑنے پر اسے برقی توانائی کی شکل میں جاری کرنے کے لیے کیمیائی یا جسمانی طریقوں کا استعمال کرتا ہے۔ (بعد کے تمام تعارف برقی توانائی کے ذخیرہ کی تنگ تعریف تک محدود ہیں)

1. اصطلاحات اور تعریفیں۔

بیٹری: نئی توانائی ذخیرہ کرنے کے کلیدی تکنیکی راستوں میں سے ایک کے طور پر، نئی توانائی ذخیرہ کرنے والی بیٹریاں قابل تجدید توانائی کی کھپت کے تناسب کو بڑھانے اور بجلی کے نظام کے محفوظ اور مستحکم آپریشن کو یقینی بنانے میں اہم کردار ادا کرتی ہیں۔ لتیم بیٹریاں، توانائی ذخیرہ کرنے کے کلیدی آلات کے طور پر، وہ "مرکز" ہیں جو الیکٹرو کیمیکل توانائی کے ذخیرہ کی پیشرفت کا تعین کرتی ہیں۔ لتیم بیٹریوں کو مختلف مثبت الیکٹروڈ مواد کے مطابق لتیم آئرن فاسفیٹ بیٹریوں اور ٹرنری لتیم بیٹریوں میں تقسیم کیا گیا ہے۔ انرجی سٹوریج مارکیٹ میں بنیادی طور پر لیتھیم آئرن فاسفیٹ بیٹریوں کا غلبہ ہے، اور دن اور رات کے درمیان چوٹی وادی کے فرق کو ختم کرنا انرجی سٹوریج سسٹمز کا بنیادی اطلاق ہے۔ مصنوعات کے استعمال کا وقت براہ راست پراجیکٹ کی آمدنی کو متاثر کرتا ہے۔ انرجی سٹوریج یونٹس، عام طور پر بیٹریوں کا حوالہ دیتے ہیں، وہ بنیادی ڈیوائسز ہیں جو انرجی سٹوریج سسٹم میں برقی توانائی کو ذخیرہ کرنے اور چھوڑنے کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔

سیل: ایک بیٹری، بیٹری کی سب سے چھوٹی اکائی۔

بیٹری ماڈیول/پیک: انفرادی بیٹریوں کی ایک سیریز کے لیے ایک معیاری پیکج۔

بیٹری ریک/کلسٹر: ایک انرجی اسٹوریج یونٹ جو بیٹری ماڈیولز کی ایک سیریز پر مشتمل ہے۔

بیٹری کلیکشن پینل (BCP): بیٹری ریک اور انرجی سٹوریج انورٹر کے درمیان واقع، فوٹو وولٹک ڈی سی کمبینر باکس کی طرح۔

پاور کنورژن سسٹم (PCS): ایک دو طرفہ DC/AC انورٹر۔

بیٹری مینجمنٹ سسٹم (BMS): زیادہ چارجنگ اور اوور ڈسچارجنگ کو روکنے، بیٹری کی زندگی کو بڑھانے، اور بیٹری کی حالت کی نگرانی کے لیے مختلف بیٹری یونٹوں کا ذہین انتظام اور دیکھ بھال۔

مثبت الیکٹروڈ مواد: بیٹری کا وہ حصہ جو آکسیڈیشن کے رد عمل سے گزرتا ہے۔ عام مثبت الیکٹروڈ مواد میں لیتھیم کوبالٹ آکسائیڈ (LiCoO2)، لیتھیم آئرن فاسفیٹ (LiFePO4)، لیتھیم نکل مینگنیج کوبالٹ آکسائیڈ (NMC) وغیرہ شامل ہیں۔

منفی الیکٹروڈ مواد: بیٹری کا وہ حصہ جو کمی کے رد عمل سے گزرتا ہے۔ عام منفی الیکٹروڈ مواد میں گریفائٹ، سلکان، ٹن وغیرہ شامل ہیں۔ الیکٹرولائٹ: بیٹریوں میں آئن کی نقل و حمل کا ذریعہ، جو مائع یا ٹھوس (ٹھوس الیکٹرولائٹ) ہو سکتا ہے۔ الیکٹرولائٹس آئنوں کو مثبت اور منفی الیکٹروڈ کے درمیان منتقل کرنے کی اجازت دیتے ہیں، چارج اور خارج ہونے والے عمل کو مکمل کرتے ہیں.

ڈایافرام: مثبت اور منفی الیکٹروڈ کے درمیان واقع ہے، اس کا کام مثبت اور منفی الیکٹروڈ کے درمیان براہ راست رابطے کو شارٹ سرکٹ کی وجہ سے روکنا ہے، جبکہ آئنوں کو گزرنے کی اجازت دیتا ہے۔

کرنٹ کلیکٹر: عام طور پر تانبے اور ایلومینیم جیسی دھاتوں سے بنا ہوتا ہے، جو بیٹری سیل کے کرنٹ کو بیرونی سرکٹ میں منتقل کرنے کے لیے استعمال ہوتا ہے۔

بیٹری کیسنگ: ایک بیٹری کا بیرونی ڈھانچہ جو اندرونی اجزاء کی حفاظت اور مکینیکل سپورٹ فراہم کرنے کے لیے استعمال ہوتا ہے۔

بیٹری مینجمنٹ سسٹم (BMS): بیٹریوں کی چارجنگ اور ڈسچارجنگ کے عمل کی نگرانی اور انتظام کرنے، ان کے محفوظ آپریشن کو یقینی بنانے، اور ان کی کارکردگی اور عمر کو بہتر بنانے کے لیے ذمہ دار ہے۔

انرجی مینجمنٹ سسٹم (EMS): یہ ایک ذہین نظام ہے جو سافٹ ویئر اور ہارڈ ویئر کو مربوط کرتا ہے، جو توانائی کے نظام میں توانائی کے بہاؤ اور استعمال کی نگرانی، کنٹرول، اور بہتر بنانے کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ یہ ڈیٹا اکٹھا کرنے، تجزیہ کرنے، اور فیصلہ کرنے کی سپورٹ ٹیکنالوجی پر مبنی ہے، جو حقیقی وقت میں توانائی کے آلات کی آپریٹنگ حیثیت، توانائی کی کھپت اور ماحولیاتی حالات کی نگرانی کر سکتی ہے، اس طرح توانائی کے موثر انتظام اور اصلاح کو حاصل کیا جا سکتا ہے۔

حرارتی، وینٹیلیشن، اور ایئر کنڈیشننگ (HVAC) سسٹم: عام طور پر بیٹری کے کنٹینرز میں وینٹیلیشن، گرمی کی کھپت، اور بیٹریوں کی موصلیت کو یقینی بنانے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔

بیٹری کی صلاحیت: چارج Q کی مقدار جو شامل یا جاری کی جا سکتی ہے، یعنی بیٹری کی گنجائش (Ah)=موجودہ (A) x خارج ہونے کا وقت (h)، عام طور پر آہ (ایمپیئر گھنٹے) میں ماپا جاتا ہے۔ مثال کے طور پر، اگر توانائی ذخیرہ کرنے والی بیٹری پر 96Ah کا لیبل لگا ہوا ہے، تو نظریاتی طور پر اسے 96A کے ورکنگ کرنٹ پر 1 گھنٹے تک استعمال کیا جا سکتا ہے۔

بیٹری کی توانائی: بیٹری میں ذخیرہ شدہ توانائی، جس کی پیمائش Wh (واٹ گھنٹے) میں کی جاتی ہے، جہاں Wh کو بیٹری کی گنجائش (Ah) سے ضرب دینے والے وولٹیج (V) کے برابر ہوتا ہے۔ مثال کے طور پر، ایک 3.2V/96Ah بیٹری میں 307.2Wh کی توانائی ہوتی ہے، اور اگر ہم ایسی چار بیٹریوں کو سیریز میں جوڑتے ہیں، تو ہم 12.8V کے وولٹیج اور 96Ah کی صلاحیت کے ساتھ ایک بیٹری پیک بناتے ہیں۔ اگرچہ بیٹری کی صلاحیت میں اضافہ نہیں کیا گیا ہے، مجموعی توانائی میں چار گنا اضافہ ہوا ہے۔

چارج ڈسچارج ریٹ (C-ریٹ): ڈسچارج ریٹ سے مراد موجودہ قیمت ہے جو ایک مخصوص وقت کے اندر اس کی ریٹیڈ صلاحیت کو ڈسچارج کرنے کے لیے درکار ہے، جو کہ عددی طور پر بیٹری کی ریٹیڈ صلاحیت کے ایک سے زیادہ کے برابر ہے۔ یعنی، چارج اور ڈسچارج کرنٹ (A) کو درجہ بندی کی گنجائش (Ah) سے تقسیم کیا جاتا ہے، جس کی اکائی عام طور پر C ہوتی ہے (C-ریٹ کے لیے مختصر)، جیسے 0.5C، 1C، وغیرہ۔

گارنٹیڈ پاور کیپسٹی (GPC): استعمال کی ایک مخصوص مدت کے اندر انرجی سٹوریج سسٹم کی طرف سے جاری کردہ کم از کم صلاحیت۔

راؤنڈ ٹرپ ایفیشنسی (RTE): AC ٹرمینل سے خارج ہونے والی بجلی کی کل مقدار کا تناسب جب بیٹری مکمل طور پر چارج ہو جاتی ہے تو AC ٹرمینل کو مکمل طور پر چارج کرنے کے لیے درکار بجلی کی مقدار، چارجنگ کے دوران آلات کے نقصانات اور خود استعمال کو مدنظر رکھتے ہوئے ڈسچارج

سائیکل کی زندگی: بیٹری کی زندگی کو دو پیرامیٹرز میں تقسیم کیا جاتا ہے: سائیکل کی زندگی اور کیلنڈر کی زندگی۔ سائیکل کی زندگی سے مراد وہ تعداد ہے کہ بیٹری چارجنگ اور ڈسچارج کے ذریعے کتنی بار چکر لگا سکتی ہے۔ مثالی درجہ حرارت اور نمی کے حالات میں، ریٹیڈ کرنٹ پر چارج اور ڈسچارج کریں، اور بیٹری کی صلاحیت 80% تک گرنے پر اس کے تجربات کی تعداد کا حساب لگائیں۔ کیلنڈر لائف اسپین سے مراد وہ مدت ہے جس کے دوران استعمال کی مخصوص شرائط کے تحت بیٹری اپنی عمر کی حالت کے اختتام کو پہنچتی ہے (کی صلاحیت 80% تک گر جاتی ہے)۔ عام طور پر، دونوں کی چھوٹی قدر کا اندازہ لگایا جا سکتا ہے۔