فوٹو وولٹک پاور جنریشن، ٹرانسفارمر لیس گرڈ کنیکٹڈ انورٹر، مین سرکٹ ٹوپولاجی ڈھانچہ

استعمال ہونے والی ٹیکنالوجی سے قطع نظر، انورٹر کا بنیادی ڈیزائن واضح اور بہت ملتا جلتا ہے۔ کور ڈی سی وولٹیج (سولر سیل ماڈیولز) کو AC وولٹیج (گرڈ سے منسلک) میں تبدیل کرنے کا عمل ہے۔ تبدیلی کے عمل میں، ڈی سی بجلی کے مثبت اور منفی کھمبے دشاتمک تبدیلیوں کے ساتھ متبادل کرنٹ کی شکل میں مسلسل تبدیل ہوتے رہتے ہیں۔ لہذا، انورٹر کا کلیدی جزو برج سوئچ (پاور ڈیوائس) ہے، جیسا کہ شکل 1 (a) میں دکھایا گیا ہے۔ اس سوئچ برج کا ایک رخ ان پٹ DC پاور سپلائی سے منسلک ہے، اور دوسری طرف AC پاور گرڈ سے منسلک ہے۔ کام کے عمل کے دوران، بیک وقت صرف دو مخالف سوئچز کو بند کیا جا سکتا ہے۔

اگر اس پل کی سوئچنگ کی رفتار کو گرڈ فریکوئنسی کے برابر رکھا جائے تو نظریاتی طور پر پل کے آؤٹ پٹ سائیڈ کو گرڈ سے منسلک کیا جا سکتا ہے۔ تاہم، چونکہ آؤٹ پٹ کرنٹ ایک مربع لہر ہے جس کی شدت میں کوئی تبدیلی نہیں ہوتی، اس لیے آؤٹ پٹ کرنٹ کو سائن ویو کی شکل میں کنٹرول کرنے کے لیے آؤٹ پٹ کے آخر میں آئرن کور کے ساتھ ایک انڈکٹر نصب کرنا ضروری ہے۔ پل کا منقطع نبض کے عمل کا استعمال کرتے ہوئے کیا جاتا ہے، جس کے نتیجے میں نبض سے متعلق ایک چھوٹا کرنٹ جزو ہوتا ہے۔ یہ موجودہ جزو انڈکٹر کے کرنٹ کو کنٹرول کر سکتا ہے۔ نبض کی فریکوئنسی عام طور پر 20kHz ہوتی ہے، جو مکمل طور پر 50Hz کرنٹ بنا سکتی ہے، جیسا کہ شکل 1 (b) میں دکھایا گیا ہے۔

فوٹو وولٹک انورٹرز کے لیے، ایک اور بہت اہم ڈیوائس ہے جسے نظر انداز نہیں کیا جا سکتا: ان پٹ کے آخر میں کپیسیٹر، جیسا کہ شکل 1 (c) میں دکھایا گیا ہے۔ کیپسیٹرز کا کام برقی توانائی کو ذخیرہ کرنا ہے، اس بات کو یقینی بنانا ہے کہ پاور جنریشن سائیڈ سے کرنٹ مسلسل اور مستقل طور پر برج سوئچ کو فراہم کیا جائے، اور ایک پل کے ذریعے گرڈ میں داخل ہو جو گرڈ فریکوئنسی کے ساتھ ہم آہنگی سے تبدیل ہو۔ صرف اس صورت میں جب ان پٹ کیپسیٹر کی گنجائش کافی زیادہ ہو، فوٹو وولٹک پاور جنریشن سسٹم کے مسلسل اور معمول کے آپریشن کی ضمانت دی جا سکتی ہے۔

عملی ایپلی کیشنز میں، ان پٹ وولٹیج کی حد میں کچھ حدود ہوتی ہیں۔ گرڈ سے منسلک پاور جنریشن ایپلی کیشنز کے لیے، ان پٹ وولٹیج ہمیشہ گرڈ کے چوٹی وولٹیج سے زیادہ ہونا چاہیے۔ جب گرڈ وولٹیج کی مؤثر قدر 250V ہو تو، عام گرڈ کنکشن حاصل کرنے کے لیے، پاور جنریشن سائیڈ پر کم از کم وولٹیج 354V ہونا ضروری ہے۔

معیاری انورٹرز کے بنیادی ڈیزائن کے برعکس، براہ راست گرڈ سے منسلک انورٹرز کے لیے ان پٹ وولٹیج کی حد کو ایڈجسٹ کرنے یا بڑھانے کے بہت سے طریقے ہیں۔ عام طور پر استعمال ہونے والے انورٹر ٹیکنالوجی کے حل اور ڈھانچے سب مختلف ہیں۔ اوپر ذکر کردہ انورٹر کی ٹوپولوجی کی ساخت نہ صرف برقی تنہائی میں مختلف ہے، بلکہ قابل حصول کارکردگی، وولٹیج پر انحصار، اور دیگر پہلوؤں میں بھی مختلف ہے۔ لہٰذا، اس بات کی وضاحت کرنے کے لیے کوئی متفقہ فارمولہ نہیں ہے کہ کون سا انورٹر ڈیزائن بہترین ہے، اور ڈیزائن میں استعمال شدہ انورٹر کی مخصوص خصوصیات کو مدنظر رکھا جانا چاہیے۔

فوٹو وولٹک انورٹرز کے ڈیزائن میں ایک اور رجحان ان پٹ وولٹیج کی حد کو بڑھانا ہے، جو ایک ہی پاور لیول پر ان پٹ کرنٹ میں کمی یا اسی ان پٹ کرنٹ پر پاور لیول میں اضافے کا باعث بن سکتا ہے۔ جب ان پٹ وولٹیج نسبتاً زیادہ ہوتا ہے، تو زیادہ درجہ بندی والے وولٹیج (1200V کی حد کے اندر) کے ساتھ IGBT استعمال کرنے کی ضرورت ہوتی ہے، جس کے نتیجے میں زیادہ نقصان ہوتا ہے۔ اس مسئلے کو حل کرنے کا ایک طریقہ یہ ہے کہ تین درجے کا انورٹر استعمال کیا جائے۔

دو سیریز سے منسلک الیکٹرولائٹک کیپسیٹرز کا استعمال کرتے ہوئے، ہائی ان پٹ وولٹیج کو نصف میں تقسیم کیا جا سکتا ہے، اور مڈ پوائنٹ کو نیوٹرل لائن سے جوڑا جا سکتا ہے۔ اس صورت میں، ایک 600V سوئچ استعمال کیا جا سکتا ہے۔ تین سطحوں کا انورٹر تین سطحوں کے درمیان تبدیل کر سکتا ہے:+ Vbus، 0V، اور - Vbus۔ 1200V سوئچ سٹرکچر سلوشن سے زیادہ موثر ہونے کے علاوہ، تھری لیول انورٹر میں آؤٹ پٹ انڈکٹنس کو نمایاں طور پر کم کرنے کا بھی فائدہ ہے۔ تین سطح کے انورٹر میں دو اہم خصوصیات ہیں:

① آؤٹ پٹ وولٹیج سائن ویوفارم متعدد سطحی مراحل کے ذریعے ترکیب کیا جاتا ہے ہارمونک مواد کو نمایاں طور پر کم کرتا ہے اور ایک ہی سوئچنگ فریکوئنسی حالات کے تحت روایتی دو سطحی انورٹرز کے مقابلے آؤٹ پٹ وولٹیج ویوفارم کو بہتر بناتا ہے۔

② سوئچنگ ٹیوب کی وولٹیج کی درجہ بندی DC بس پر وولٹیج کا صرف نصف ہے، جس سے کم وولٹیج سوئچنگ ڈیوائسز کو ہائی وولٹیج کنورٹرز میں لاگو کیا جا سکتا ہے۔

تاہم، تھری لیول انورٹرز کے نقصانات پیچیدہ کنٹرول کی حکمت عملی اور غیر متوازن مڈ پوائنٹ وولٹیج کا مسئلہ ہے، جو کہ تھری لیول انورٹرز کی ایک مہلک کمزوری ہے۔ ظاہر ہے، اگر انورٹر کی ڈی سی بس پر متوازی طور پر جڑے دو کیپسیٹرز کا مڈ پوائنٹ وولٹیج آپریشن کے دوران غیر مستحکم ہو، تو یہ آؤٹ پٹ تھری لیول وولٹیج میں تبدیلیوں کا باعث بنے گا، جو نہ صرف آؤٹ پٹ وولٹیج ویوفارم کو بگاڑتا ہے اور ہارمونکس کو بھی بڑھاتا ہے۔ تین فیز آؤٹ پٹ کرنٹ کو غیر متناسب بناتا ہے، تھری لیول انورٹر کا فائدہ کھو دیتا ہے۔ تاہم، غیر متوازن مڈ پوائنٹ وولٹیج کے مسئلے کا فی الحال کوئی بنیادی حل نہیں ہے۔ ایک نمائندہ طریقہ یہ ہے کہ مڈ پوائنٹ وولٹیج بیلنس حاصل کرنے کے لیے بہتر ہارڈ ویئر سرکٹس کا استعمال کیا جائے۔ دوسرا سوئچ کے وقت کو تبدیل کرکے یا ویکٹر وولٹیج کی مدت کو کنٹرول کرکے وولٹیج کا توازن حاصل کرنا ہے۔ لیکن پیچیدہ سرکٹس اور غیر اطمینان بخش کنٹرول اثرات کے ساتھ مسائل ہیں.

فی الحال، جب تک فوٹو وولٹک پاور جنریشن سسٹم کو معقول طریقے سے ڈیزائن کیا گیا ہے، یہ معاشی طور پر کام کر سکتا ہے۔ ٹرانسفارمر فری انورٹرز جو براہ راست پاور گرڈ میں ضم ہوتے ہیں ان کی کم قیمت اور اعلی کارکردگی کی وجہ سے تیزی سے قدر کی جا رہی ہے۔ ٹرانسفارمرز برقی توانائی کو مقناطیسی توانائی میں تبدیل کرتے ہیں، اور پھر مقناطیسی توانائی کو برقی توانائی میں تبدیل کرتے ہیں۔ ان پٹ اور آؤٹ پٹ ٹرمینلز کے درمیان نصب الیکٹریکل آئسولیشن ڈیوائس کی وجہ سے توانائی کا نقصان 1%، یا اس سے بھی 2% تک پہنچ سکتا ہے۔ لہذا، ٹرانسفارمر لیس انورٹرز کی آپریٹنگ کارکردگی ٹرانسفارمر انورٹرز سے زیادہ ہے، اور اس ٹیکنالوجی کے بہت سے دوسرے فوائد ہیں، جیسے کم مواد کی کھپت اور ہلکا وزن۔