சோலார் செல் -சில அறிவியல் நுணுக்கங்கள் (MPPT)

இந்தப் பதிவில், சோலார் செல்லுக்கும் பேட்டரிக்கும் இருக்கும் வித்தியாசம் என்ன மற்றும், சோலார் செல்லில் மின்சாரம் எடுப்பதில் இருக்கும் ஒரு சில நுணுக்கங்களைப் பார்க்கலாம்.

சோலார் செல் ஒரு பேட்டரி மாதிரி பயன்படுத்தலாமா? இரண்டுமே டி.சி. (DC) கரண்ட் தருவதால், இரண்டும் ஒரே மாதிரியா?

சோலார் செல்லுக்கும், பேட்டரிக்கும் சில ஒற்றுமைகள் உண்டு. ஆனால், இரண்டுக்கும் என்ன வித்தியாசம் என்று கேட்டால், பேட்டரி (முடிந்த வரை) ஒரு குறிப்பிட்ட மின்னழுத்தம்/வோல்டேஜ் /voltage கொடுக்கும். சோலார் செல் முடிந்த வரை ஒரு குறிப்பிட்ட மின்சாரத்தை (கரண்டை) கொடுக்கும்.

காரில் இருக்கும், ‘லெட்-ஆசிட்’ (Lead Acid) என்ற அமில பேட்டரியை எடுத்தால், அது முழு மின்னேற்றத்தில் ( Full Charge - புல் சார்ஜில்) இருந்தால், அதிக மின்சாரத்தை (current-கரண்டு) கொடுக்கும். மின் பளுவை (Load - லோடு) மாற்றினால், அதற்கேற்ற மாதிரி மின்சாரம் (current-கரண்டு) மாறும். ஓரளவுக்கு மேல் மின்சாரம் தேவைப்பட்டால், (அதாவது Battery Capacity-பேட்டரி கெபாசிடிக்கு மேல் தேவைப்பட்டால்), பேட்டரியால் முடியாது. மற்றபடி, அதன் Capacity-கெபாசிடிக்குள் செயல்பட்டால், ஒரே மின்னடுத்தத்தில் (voltage-வோல்டேஜில்), தேவைக்கு ஏற்ப மின்சாரம் மாறும்.

மின்கல மின்னேற்றம் (Battery Charge பேட்டரி சார்ஜ்) கம்மியானால், அதன் அதிகபட்ச மின்னேற்றம் (maximum capacity மேக்சிமம் கெபாசிடி) கம்மியாகும். மின்னழுத்தம் (voltage வோல்டேஜ்) ஏறக்குறைய ஒரே அளவில் (லெவலில்) இருக்கும். ஏறக்குறைய முழுதாக (கம்ப்ளீட்டாக) சார்ஜ் தீரும் என்ற நிலையில் தான் மின்கலத்தின் மின்னழுத்தம் (battery voltage )குறையும். மற்ற படி சாதாரணமாக அது ஒரே மின்னழுத்தம் தரும். ( Voltage will be maintained) மொத்தத்தில் பேட்டரியை ‘வோல்டேஜ் சோர்ஸ்’ (voltage source) அல்லது ‘மின்னழுத்தம் தரும் கருவி’ என்று சொல்லலாம்.

சோலார் செல்லின் மீது ஒளி விழும்போது, அது குறிப்பிட்ட அளவு மின்சாரம் கொடுக்கும். அந்த சமயம் சோலார் செல்லுக்கு பளு (electrical load) கொடுத்தால் (எ.கா. ஒரு மின்சார விளக்கை அல்லது சிறிய மின்விசிறியை ஓட விட்டால்), அது தேவையான அளவு மின்னழுத்தத்தை (voltage) மாற்றிக் கொள்ளும். அதன் திறனுக்கும் (within its capacity) செயல்பட்டால், மின்சாரத்தை அதே அளவு கொடுத்து செய்து, மின்னழுத்தத்தை மாற்றிக் கொடுக்கும். எ.கா. ஒரு சோலார் செல் , நல்ல சூரிய ஒளியில் 6 ஆம்பியர் மின்சாரம்கொடுக்கலாம். அதில் நல்ல திறன் எடுக்கும் நிலை (optimum point) 16 வோல்ட் , அதிகபட்ச மின்னழுத்தம் (maximum voltage) 20 வோல்ட் என்று இருக்கும்.


இந்த சோலார் செல்லில் ஒரு ஓம் (ohm) மின் தடை (Resistance) வைத்தால் , 6 வோல்ட் மின்னழுத்தம் கிடைக்கும். இரண்டு ஓம் வைத்தால், 12 வோல்ட் இருக்கும். 10 ஒம் வைத்தால் 60 வோல்ட் வராது. இதன் அதிகபட்ச மின்னழுத்தம் (Maximum voltage) 20 வோல்ட் என்பதால், இதில் மின்சாரமே போகாது.

சோலார் செல்லில் மீது படும் ஒளி குறைந்து விட்டால், அதில் வரும் மின்சாரம் கம்மியாகும் (6 லிருந்து 5 அல்லது 4 ஆம்பியர் ஆகலாம்). ஆனால், முடிந்த வரை, அதே 4 ஆம்பியர் மின்சாரத்தை தர பார்க்கும். இதனால், சோலார் செல்லை ’மின்சாரம் வழங்கும் கருவி’ (current source) என்று சொல்லலாம்.

சந்தடி சாக்கில் ‘நல்ல திறன் எடுக்கும் நிலை Optimum point' என்று ஒன்றை சொன்னேன். அது என்ன ”நல்ல திறன் எடுக்கும் நிலை”? இந்த நிலையில் , அதிகபட்ச திறன் (பவர்) கிடைக்கும். சோலார் செல்லை இந்த நிலையில்செயல்படுத்தினால் தான் நல்லது. இது பற்றிய விவரம் கீழே பார்க்கலாம்.


சோலார் செல்லை ஒரு மின்சாரம் தரும் கருவி என்றும் அது முடிந்த வரை ஒரே அளவு மின்சாரம் தரும் என்றும் பார்த்தோம். பேட்டரியும் ஒரு மின்னழுத்தம் தரும் கருவி (வோல்டேஜ் சோர்ஸ்) என்று சொன்னோம். இவை ஒரளவுதான் உண்மை. ஒரு சோலார் செல்லில், (குறிப்பிட்ட அளவு சூரிய ஒளி விழும்போது), அதில் ஒரு மின் தடை (Resistance) இணைத்தால், அதில் எவ்வளவு மின்னழுத்தம் வரும், எவ்வளவு மின்சாரம் வரும்? இது மின் தடையின் அளவைப் பொறுத்தது. மின் தடை மிகக் குறைவாக (ஏறக்குறைய பூஜ்யமாக) இருந்தால், அதிக பட்ச மின்சாரம் வரும். அதே சமயம் மின்னழுத்தம் , ஏறக்குறைய பூஜ்யமாக இருக்கும். இதை சார்ட்- சர்க்யூட் – கரண்டு (Short circuit current) என்று சொல்வார்கள். இப்படி அதிகபட்சமாக வரும் மின்சாரம் இந்த உதாரணத்தில் 7 ஆம்பியர் ஆகும்.

மின் தடையை கொஞ்சம் கொஞ்சமாக அதிகரித்தால், மின்சாரம் கொஞ்சம் குறையும். ஆனால், முடிந்த வரை ஆறு ஆம்பியருக்கு பக்கம் இருக்கும். மின் தடையை அதிகரிக்கும் பொழுது, மின்னழுத்தமும் கொஞ்சம் கொஞ்சமாக அதிகமாகும். இதை இந்தப் படத்தில் சிவப்பு நிற கோட்டில் பார்க்கலாம்.


இப்படி அதிகமாக்கிக் கொண்டு போகும்போது, 2.7 ஓம் மின் தடை வைத்தால், அதில் 16 வோல்டேஜ் மின்னழுத்தம் வரும், அப்போது 6 ஆம்பியர் மின்சாரம் வரும். இதில் எவ்வளவு மின் திறன் (Power) வருகிறது என்றால் 96 வாட்ஸ் (Watts) ஆகும். (6 * 16 = 96).

இதை விட குறைந்த மின் தடை இருக்கும்போது, மின்னழுத்தம் கம்மியாக இருக்கும். மின்சாரம் சுமார் 6 அல்லது 6.5 ஆம்பியர் இருக்கும். மின் திறன் (power) கம்மியாகும்.

இதை விட அதிக மின் தடை வைத்தால் என்ன ஆகும்? இப்போது, மின்சார பேட்டரியை நினைவு படுத்திக் கொள்ளுங்கள். காரில் பேட்டரியின் அளவுக்கு மேல் அதிகமாக மின்சாரம் இழுத்தால், பேட்டரி திணறும். மின்னழுத்தம் போதுமான அளவு வராது. ரொம்ப அதிகமாக இழுத்தால், பேட்டரி மண்டையைப் போட்டுவிடும், மின்னழுத்தம் (voltage) மற்றும் மின்சாரம் (current) வரவே வராது.

அதைப் போலவே, இந்த சோலார் செல்லில், 2.7 ஓமிற்கு மேல் மின் தடை வைத்தால், இதன் மின்சாரம் குறையும். மின்னழுத்தம் 16 வோல்டேஜுக்கு மேல் அதிகமாக இருக்கும், ஆனால் மின்சாரம் ‘டமால்’ என்று குறையும். அதனால் மின் திறன் குறையும். இதற்கு மேல் கொஞ்சம் கொஞ்சமாக மின் தடையை ஏற்றினால் கூட, மின்சாரமானது , வதந்தியில் அகப்பட்ட பங்கு சந்தை சரிவது போல குறையும். மொத்தத்தில் மின் திறன் என்கிற ‘பவர்’ குறைந்து விடும். இதற்கு அதிகமான மின் தடை (ரெசிஸ்டென்ஸ்/ லோடு) பயன்படுத்தினால், என்ன வரும் என்பதை பச்சை நிற கோட்டில் பார்க்கலாம். இப்படி மின் தடையை அதிகப் படுத்திக் கொண்டே போனால், மின்சாரம் குறைந்து கொண்டே வரும், அதே சமயம் மின்னழுத்தம் கொஞ்சம் அதிகமாகும். ஆனால், இந்த சோலார் செல் கொடுக்கக் கூடிய அதிக பட்ச மின்னழுத்தம் 20 வோல்ட் ஆகும். இதற்கு ‘ஓபன் சர்க்யூட் வோல்டேஜ்’ என்று பெயர். நீங்கள் 10 லட்சம் ஒம் மின் தடை பயன்படுத்தினால் கூட, மின்சாரம்மிகக் குறைவாக இழுத்தால் கூட, இந்த செல்லால், 20 வோல்ட் தான் சப்ளை செய்ய முடியும்.

இதனால் தான் 16 வோல்ட், 6 ஆம்ப் என்பது, இந்த சோலார் செல்லிற்கு, ஒரு குறிப்பிட்ட சூரிய ஒளியில், 'நல்ல திறன் எடுக்கும் நிலை’ அல்லது ஆப்டிமம் பாயிண்ட். இதில் செயல்படுத்த 2.7 ஓம் லோடு பயன்படுத்த வேண்டும்.

சோலார் செல்லில் வரும் அதிக பட்ச மின்சாரம் அதில் விழும் சூரிய ஒளியைப் பொறுத்தது. ஒளி அதிகமானல், அதிக பட்ச மின்சாரமும் அதிகமாகும். சோலார் செல்லில் வரும் அதிக பட்ச மின்னழுத்தம் (ஓபன் சர்க்யூட் வோல்டேஜ்), பெரும்பாலும் அதன் வெப்ப நிலையைப் பொறுத்தது. சூடு அதிகமானால், அதிக பட்ச மின்னழுத்தம் குறைந்து விடும். நீங்கள் பார்த்த கோடுகள் கூட கொஞ்சம் மாறிவிடும். (படங்கள் கீழே).





நடைமுறையில் சோலார் செல்லில் இருந்து வரும் மின்சாரத்தை, பேட்டரியில் சேர்த்தி பின்னர் பயன்படுத்தலாம். ஆனால், பேட்டரியின் மின்சாரத்தை ஏற்ற, சரியான அளவு மின்னழுத்தம் பயன்படுத்த வேண்டும். 16 வோல்ட் பேட்டரிக்கு, 16 வோல்ட்டுக்கு மேல் மின் அழுத்தம் தர வேண்டும்.


இதிலிருந்து என்ன தெரிகிறது? சோலார் செல்லை வைத்து நேராக பேட்டரிக்கு இணைப்பு கொடுக்கக் கூடாது. அப்படி செய்தால், பல சமயங்களில் பேட்டரியில் மின்னேற்றம் (சார்ஜ்) ஏறாது. ஏனென்றால், சோலார் செல்லிலிருந்து எடுக்கப்படும் மின் அழுத்தமும், கரண்டும், 1. செல் மீது விழும் சூரிய ஒளி, 2. வெப்ப நிலை மற்றும் 3. மின் தடை அல்லது மின் பளு அல்லது லோடு ஆகியவற்றைப் பொறுத்து மாறும்.

அதற்கு பதில், எலக்ட்ரானிக் சர்க்யூட் வைத்து, ஒவ்வொரு நிமிடமும் ‘எந்த அளவு லோடு கொடுத்தால் இப்போது அதிக பட்ச மின் திறன் எடுக்கலாம்’ என்று கணக்கிட்டு, அந்த அளவு மின்சாரம் மற்றும் மின்னழுத்தம் எடுக்க வேண்டும். அப்படி எடுத்ததை, இன்னொரு எலக்ட்ரானிக் சர்க்யூட் வைத்து பேட்டரிக்கு தேவையான அளவு மின்னழுத்தமாக மாற்றவேண்டும்.

நமது வீட்டில் வரும் மின்சாரம் ஏசி கரண்டு (AC current) ஆகும். ஆனால் அதை ‘டிரான்ஸ்பார்மர்” (Transformer) வைத்து மாற்றிக் கொள்ளலாம். இந்த எலக்ட்ரானிக் சர்க்யூட்டை, டி.சி. கரண்டு டிரான்ஸ்பார்மர் (DC current Transformer) என்று குத்து மதிப்பாக சொல்லலாம். இப்படி செய்வது ‘மாக்சிமம் பவர் பாயிண்ட் ட்ராக்கர்’ (maximum power point tracker or MPP tracker) என்று சொல்வார்கள். இப்படி செய்யாமல், நேராக லோடை சோலார் செல்லில் இணைத்தால், அதன் திறனை முழுதும் பயன்படுத்த முடியாமல் போய்விடும். ‘சோலார் செல் சரியாக வேலை செய்யவில்லை’ என்று நாம் புலம்ப வேண்டியதுதான். இப்படி செய்யும்போது உணமையில் சோலார் செல்லை நமக்கு பயன்படுத்தத் தெரியவில்லை என்றுதான் சொல்ல வேண்டும்.

இந்த இடத்தில், நாம் முன்பு பார்த்த ட்ராக்கருடன் குழம்பிக் கொள்ள் வேண்டாம். ‘ஒரு திசை ட்ராக்கர்’ மற்றும் இரு திசை ட்ராக்கர் எல்லாம், சோலார் செல்லை அடிக்கடி பகல் முழுவதும் திருப்பி, சூரியனைப் பார்க்க வைப்பதாகும். ”எந்த திசையில் வைத்தால் அதிக பலன் இருக்கும்’ என்று கணக்கிட்டு இதை மாற்ற வேண்டும்.

நாம் இந்த பதிவில் மாக்சிமம் ட்ராக்கர் என்று சொல்வது, சோலார் செல்லுக்கு எந்த அளவு மின் தடை கொடுத்தால் அதிக அளவு மின் திறன் கிடைக்கும் என்று கணக்கிட்டு, அந்த அளவு மின் தடை கொடுத்து, வரும் மின்சாரத்தை பயன்பாட்டிற்கு ஏற்ற மாதிரி மாற்றிக் கொள்வதைக் குறிக்கிறது.

(தகடூர் கோபி சொல்வதற்கேற்ப, சில சொற்களை ஆங்கிலத்திலிருந்து தமிழில் மாற்றி எழுதி இருக்கிறேன். மற்றவைக்கு நேரம் வந்தால் பார்க்கலாம்).