শক্তির অপচয় এড়াতে তাপীয় স্টোরেজের সাথে সৌর শক্তির সমন্বয়

অস্ট্রেলিয়া তার গরম এবং রৌদ্রোজ্জ্বল জলবায়ুর জন্য বিখ্যাত, দেশের কিছু অংশ দেখা যায় দিনে গড়ে 10 ঘন্টা সূর্যালোক - যুক্তরাজ্যে আমাদের মধ্যে চার ঘণ্টার তুলনায় কম। এটি সম্ভবত অবাক হওয়ার কিছু নেই যে 2021 সালে সৌর শক্তি ছিল অস্ট্রেলিয়ার নবায়নযোগ্য শক্তির বৃহত্তম উত্স। যাইহোক, এটি এখনও শুধুমাত্র গঠিত দেশের মোট শক্তি উৎপাদনের 12% (সম্পূর্ণ পুনর্নবীকরণযোগ্য 29%)।

তাহলে কিভাবে আমরা সৌর কোষ দ্বারা উত্পন্ন বিদ্যুতের অনুপাত বাড়াতে পারি? এটা কি কেবল ফটোভোলটাইক প্যানেলের খরচ কমানো এবং তাদের প্রাপ্যতা বাড়ানোর বিষয়? দুর্ভাগ্যবশত, না - বাস্তবতা আরও সংক্ষিপ্ত।

অস্ট্রেলিয়া এবং দক্ষিণ-পশ্চিম মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের মতো সূর্য দিনের পর দিন তলিয়ে যায় এমন জায়গায় সৌর খামারগুলি সবচেয়ে বেশি উত্পাদনশীল। কিন্তু এই ধরনের জায়গায়, দিনের মাঝামাঝি সময়ে এত বেশি শক্তি উৎপন্ন হচ্ছে যে, মাঝে মাঝে অনেক বেশি। সৌর খামারের মালিকদের তখন অতিরিক্ত শক্তি কেড়ে নিতে বিদ্যুৎ গ্রিড দিতে হয়। এবং যদি গ্রিড এটি না চায়, খামারগুলি তাদের আউটপুট কমাতে বা এমনকি উত্পাদন সম্পূর্ণভাবে বন্ধ করতে বাধ্য হয়।

এই উদ্বেগজনক পরিস্থিতি মোকাবেলা করার জন্য, নতুন হাইব্রিড পুনর্নবীকরণযোগ্য শক্তি সিস্টেমগুলি এই অবস্থানগুলিতে উপস্থিত হতে শুরু করেছে, কিছু ধরণের শক্তি সঞ্চয়ের সাথে বিদ্যুত উত্পাদনকে একত্রিত করে, যাতে গ্রিড শুধুমাত্র যখন এটির প্রয়োজন হয় তখনই শক্তি পায়৷ যাইহোক, যদিও বিভিন্ন স্টোরেজ বিকল্প রয়েছে, তাদের প্রত্যেকের সীমাবদ্ধতা রয়েছে। উদাহরণস্বরূপ, লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির দাম সৌর প্যানেলের চেয়ে প্রায় পাঁচ গুণ বেশি এবং সময়ের সাথে সাথে তাদের কর্মক্ষমতা হ্রাস পায়। জলবিদ্যুৎ প্রকল্পগুলিতে, অতিরিক্ত বিদ্যুত উচ্চ ভূমিতে জল পাম্প করতে ব্যবহার করা হবে, এইভাবে সৌর কোষ থেকে বৈদ্যুতিক শক্তিকে সম্ভাব্য শক্তিতে রূপান্তরিত করবে যা প্রয়োজনে আবার রূপান্তরিত হতে পারে। কিন্তু এই সেট-আপের জন্য পাহাড়ি অবস্থানের প্রয়োজন, যা সৌর খামারগুলির জন্য বেমানান কারণ তারা মেঘ এবং বৃষ্টির প্রবণ। শুষ্ক স্থানে একটি সৌর প্ল্যান্ট নির্মাণ করা এবং বৈদ্যুতিক ট্রান্সমিশন লাইনের মাধ্যমে একটি হাইড্রো স্কিমের সাথে সংযোগ করাও নিষেধজনকভাবে ব্যয়বহুল।

সমস্যাটির একটি বিকল্প হল একটি পেটেন্ট-মুলতুবি থাকা প্রযুক্তি অস্ট্রেলিয়ান ফার্ম দ্বারা তৈরি করা হচ্ছে রেজেন. জল-ভিত্তিক তাপীয় সঞ্চয়স্থানের সাথে সৌর কোষগুলিকে জোড়া দিয়ে, এই মেলবোর্ন-ভিত্তিক সংস্থাটি যা দাবি করে তা একটি ব্যয়-প্রতিযোগিতামূলক সিস্টেম যা গ্রিড অপারেটরদের চাহিদা পূরণ করে।

শুধু সৌরশক্তি নয়

RayGen এর সিস্টেম একাধিক ধাপ এবং প্রযুক্তি নিয়ে গঠিত (চিত্র 1)। প্রথমত, আয়নাগুলির একটি সিরিজ একটি রিসিভার টাওয়ারের শীর্ষে সৌর কোষের সংগ্রহের উপর সূর্যালোককে ফোকাস করে। এই কোষগুলি রশ্মিকে বিদ্যুতে রূপান্তরিত করে, যা একটি প্রচলিত সৌর খামারের মতোই গ্রিডে খাওয়ানো হয়। যদিও ফোকাসড আলো কোষের তাপমাত্রা বৃদ্ধি করে, জলের একটি শীতল প্রবাহ তাদের অতিরিক্ত গরম হওয়া এবং অকার্যকর হতে বাধা দেয়। এখন কুলিং সার্কিটে রাখা তাপ তাপ বিনিময়ের মাধ্যমে একটি গৌণ সিস্টেমে স্থানান্তরিত হয় যা 90 °C তাপমাত্রায় জলের তাপ নিরোধক ভূগর্ভস্থ জলাধারে প্রবাহিত হয়।

যখন গ্রিডের অতিরিক্ত বিদ্যুতের প্রয়োজন হয়, তখন এই থার্মাল স্টোরটি, ঠান্ডা জলের আধারের পাশাপাশি, একটি জৈব র‍্যাঙ্কাইন সাইকেল (ORC) ইঞ্জিন চালায়, যেখানে গরম জল অ্যামোনিয়াকে বাষ্পীভূত করে যা বিদ্যুৎ উৎপন্ন করতে টারবাইনকে পরিণত করে৷ এরপর অ্যামোনিয়াকে ঠান্ডা করে আবার ঘনীভূত করে ঠান্ডা জল দিয়ে আবার চক্রের মধ্য দিয়ে যেতে হয়। যে দিনগুলিতে অতিরিক্ত পরিমাণে সৌরশক্তি থাকে, সেই বিদ্যুৎ সিস্টেমের তাপ বিভাগের শক্তি-সঞ্চয় ক্ষমতাকে শক্তিশালী করতে পারে।

RayGen দাবি করে যে এই সিস্টেমের খরচ কম রাখা হয়েছে কারণ এটি বিভিন্ন প্রতিষ্ঠিত পুনর্নবীকরণযোগ্য প্রযুক্তি - পিট-ভিত্তিক তাপ শক্তি সঞ্চয়স্থান থেকে ফটোভোলটাইক এবং অ্যামোনিয়া-ভিত্তিক টারবাইন - এবং তাই বাজারে প্রতিদ্বন্দ্বিতা করতে পারে। "সৌর দিকে আমরা ডলার-প্রতি-ওয়াটের ভিত্তিতে ইউটিলিটি-স্কেল ফটোভোলটাইকের সাথে খরচ-তুলনাযোগ্য," বলে কিরা রুন্ডেল, RayGen এর বাণিজ্যিক ব্যবস্থাপক। “স্টোরেজের দিকে, এটি পাম্প করা হাইড্রোর মতো। এবং শক্তি সঞ্চয়ের খরচের পরিপ্রেক্ষিতে, কারণ আমরা শুধু জল ব্যবহার করছি, এটি হাইড্রো পাওয়ারের মতো।"

প্রযুক্তি পরীক্ষা চালানো

RayGen এর কমিশনিং প্রায় শেষ করেছে প্রথম বিদ্যুৎ কেন্দ্র, মেলবোর্ন থেকে অভ্যন্তরীণভাবে ছয় ঘন্টার ড্রাইভে অবস্থিত, কারওয়ার্প নামক স্থানের কাছে। এই এলাকায় এত বেশি সৌর খামার স্থাপন করা হয়েছে যে একটি রৌদ্রোজ্জ্বল দিনে গ্রিডে অতিরিক্ত সরবরাহ হতে পারে, যা RayGen কে তার প্রমাণপত্র প্রদর্শনের সুযোগ দেয়। এই সাইটে কোম্পানিটি তার 1 মেগাওয়াট সিস্টেমের মধ্যে চারটি নির্মাণ করেছে, পাশাপাশি বসে। সোলার সেল থেকে 4 মেগাওয়াট পর্যন্ত বিদ্যুৎ উৎপাদনের পাশাপাশি, এই সুবিধার 50 মেগাওয়াট সঞ্চয় ক্ষমতা রয়েছে এবং এটি 3 মেগাওয়াট ওআরসি টারবাইনের মাধ্যমে 17 ঘন্টার জন্য গ্রিডে সরবরাহ করতে পারে।

প্রতিটি 1 মেগাওয়াট সিস্টেমে প্রায় 300 "স্মার্ট" আয়নার একটি ক্ষেত্র রয়েছে, একটি টাওয়ার-মাউন্ট করা ফটোভোলটাইক রিসিভারের চারপাশে সাজানো। আয়নাগুলি সারাদিন সূর্যের অবস্থান ট্র্যাক করতে সক্ষম হয়, ভোর থেকে সন্ধ্যা পর্যন্ত টাওয়ারে আলোকে নির্দেশ করে এবং 750 ফ্যাক্টর দ্বারা রশ্মিকে ফোকাস করে। সেইসাথে প্রয়োজনীয় ফটোভোলটাইক কোষের সংখ্যা হ্রাস করে, এবং তাই খরচ, রিসিভারের উপর সূর্যালোকের তীব্রতা বৃদ্ধি করাও দক্ষতার একটি মূল্যবান বৃদ্ধি প্রদান করে।

রিসিভার নিজেই একটি 4.41 মি² 441টি সৌর মডিউল সমন্বিত সক্রিয় এলাকা, প্রতিটি 10 ​​× 10 সেমি আকারের এবং বাণিজ্যিকভাবে উপলব্ধ সৌর কোষের সবচেয়ে দক্ষ শ্রেণীর দ্বারা জনবহুল। স্যাটেলাইটগুলিকে শক্তি দেওয়ার জন্য ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয় - এমন একটি অ্যাপ্লিকেশন যেখানে উচ্চ দক্ষতা এবং বিকিরণের দৃঢ়তা অত্যন্ত মূল্যবান - এই বিশেষ কোষগুলি বিভিন্ন অর্ধপরিবাহী পদার্থ দিয়ে তৈরি, সুদ্ধ জার্মেনিয়াম, গ্যালিয়াম আর্সেনাইড এবং গ্যালিয়াম ইন্ডিয়াম ফসফাইড, তাই একাধিক p–n সংযোগ রয়েছে। যেহেতু প্রতিটি জংশনের একটি আলাদা শোষণ প্রোফাইল রয়েছে, কোষগুলি সূর্যের পূর্ণ বর্ণালী - যা অতিবেগুনী থেকে ইনফ্রারেড পর্যন্ত প্রসারিত - ঐতিহ্যগত সিলিকনের চেয়ে দ্বিগুণ সূর্যালোক দখল করে এবং দক্ষতার সাথে এটিকে বিদ্যুতে রূপান্তর করতে পারে৷

RayGen-এর সেট-আপের সাথে, বিদ্যুৎ উৎপাদনের জন্য সেলের দক্ষতা প্রায় 38%, যখন মডিউলগুলির জন্য এটি মাত্র 35% এর বেশি, এবং রিসিভারের দক্ষতা নামমাত্র 32% (সঠিক চিত্র অপারেটিং অবস্থার উপর নির্ভর করে)। তুলনায়, ঐতিহ্যগত সিলিকন থেকে তৈরি কোষগুলির একটি মডিউল কার্যকারিতা প্রায় 18-20% হবে। যদিও এই ধরনের সিলিকন কোষগুলি অর্থ সাশ্রয় করবে, এটি RayGen-এর প্রধান গবেষণা কর্মকর্তার মতে একটি মিথ্যা অর্থনীতি হবে, জন লাসিচ. তিনি যুক্তি দেন যে বৈদ্যুতিক বিদ্যুত উৎপাদনে উল্লেখযোগ্য হ্রাস এবং বিদ্যুত-থেকে-তাপ উৎপাদনের একটি নিকৃষ্ট অনুপাত দ্বারা এই প্রাথমিক ব্যয় বৃদ্ধিকে ছাপিয়ে যাবে।

জলের ভূমিকা

RayGen দাবি করে যে এর প্রযুক্তিটি সমস্ত প্রথাগত ফটোভোলটাইক সিস্টেমের একটি বড় দুর্বলতাকে সম্বোধন করে। এমনকি যারা সর্বোত্তম ডিভাইস ব্যবহার করে তারা সূর্যের আপতিত শক্তির বেশির ভাগই তাপের আকারে অপচয় করে, যা কোষের তাপমাত্রাও বাড়িয়ে দেয় এবং এর কার্যক্ষমতা নষ্ট করে। RayGen সিস্টেমে, তবে, এই অতিরিক্ত তাপ ব্যবহার করা হয়।

প্রতিটি রিসিভারে, ফোটোভোলটাইক্সকে ঠান্ডা করতে জল ব্যবহার করা হয়। এটি টাওয়ারে পাম্প করা হয়, মডিউলগুলির পিছনের মাধ্যমে এবং নীচের দিকে ফিরে যায়, যেখানে একটি হিট এক্সচেঞ্জার তাপ শক্তিকে একটি গৌণ সিস্টেমে স্থানান্তর করে। প্রাথমিক সার্কিটে পুনরায় ঠাণ্ডা করা জলটি আবার ব্যবহার করার জন্য টাওয়ারের পিছনে পাম্প করা যেতে পারে।

সেকেন্ডারি সিস্টেমটি গরম জলাধারে প্রবাহিত হয়, যা কারওয়ার্পে 17,000 মি.³ 90 °C জল ধারণকারী পিট. পিটটি একটি পলিমার দিয়ে রেখাযুক্ত, উত্তাপযুক্ত এবং সিল করা হয়েছে, যার অর্থ হল – খুব কম পৃষ্ঠ থেকে আয়তনের অনুপাতের জন্য ধন্যবাদ – খুব কম শক্তি নষ্ট হয়। "আপনি যদি এটিকে একটি ব্যাটারির মতো মনে করেন, তবে স্ব-স্রাব কয়েক সপ্তাহ ধরে শতাংশের একটি ভগ্নাংশের চেয়ে কম," লাসিচ বলেছেন।

যখন গ্রিডের শক্তির প্রয়োজন হয় এবং সূর্য জ্বলে না, তখন এই গর্ত থেকে তাপ একটি ORC টারবাইন চালায়। যেহেতু অ্যামোনিয়া এই ক্লোজড-লুপ সিস্টেমে কার্যকরী তরল, তাই টারবাইনের মধ্য দিয়ে যাওয়ার পরে এটিকে ঠান্ডা করতে হবে এবং পুনরায় ঘনীভূত করতে হবে, যা দ্বিতীয় 17,000 মি.³ পিট, একটি কম তাপমাত্রায় অনুষ্ঠিত. গরম, রৌদ্রোজ্জ্বল জায়গায়, যেমন কারওয়ার্পের উপকণ্ঠে, এই গর্তটি 40 ডিগ্রি সেলসিয়াস বা তার বেশি পর্যন্ত গরম হবে যদি ম্যানুয়ালি ঠান্ডা না করা হয়। যেহেতু এটি উত্তপ্ত গর্তের থেকে মাত্র 50 °C কম, তাই ORC টারবাইন থেকে বৈদ্যুতিক উৎপাদনের কার্যকারিতা প্রায় 5% এর বেশি হবে না। তাই এটিকে 12-15%-এ বাড়াতে, RayGen একটি শিল্প চিলার ব্যবহার করে ঠান্ডা-জলের গর্তটিকে প্রায় হিমায়িত করার জন্য ঠান্ডা করে, যা দুটি বিশাল জলের মধ্যে প্রায় 90 °C তাপমাত্রার পার্থক্য তৈরি করে। "এটি 1000 মিটার মাথার দুটি বাঁধ সহ একটি হাইড্রো সেট আপের সমতুল্য," লাসিচ বলেছেন।

যদিও টারবাইন থেকে শক্তি উৎপাদনের জন্য 12-15% দক্ষতা তত বেশি নয়, 90 ডিগ্রি সেলসিয়াসে জল গরম করার সময় কোনও বিদ্যুৎ খরচ হয় না। বিদ্যুত শুধুমাত্র ঠান্ডা পিট ঠান্ডা করার জন্য ব্যবহৃত হয়, এবং এই উদ্দেশ্যে ব্যবহৃত প্রতি 1 MWh এর জন্য, টারবাইন চালানোর সময় 0.7-0.8 MWh পুনরুদ্ধার করা হয়। লাসিচের মতে, দ্বিতীয় পিটটি ঠান্ডা করা RayGen-এর শক্তি সঞ্চয় ব্যবস্থাকে একটি বিশাল ব্যাটারির মতো আচরণ করতে সক্ষম করে। যখন গ্রিডে পর্যাপ্ত শক্তির বেশি থাকে, তখন চিলার চালানোর জন্য যে কোনো অতিরিক্ত ব্যবহার করা যেতে পারে, যা RayGen-এর মাল্টি-জাংশন সোলার সেল থেকে বিদ্যুৎ দ্বারা চালিত হতে পারে।

রৌদ্রোজ্জ্বল সময়?

ফুলসান ফটোভোলটাইকস লিমিটেডের চিফ টেকনিক্যাল অফিসার জিওফ ডুগান বলেছেন, "রেজেন সিস্টেম হল কনসেনট্রেটর ফটোভোলটাইক (সিপিভি) প্রযুক্তির একটি আকর্ষণীয় শোষণ, এবং কোষগুলিকে শীতল করার জন্য জল ব্যবহার করে স্টোরেজ উপাদানটি শুধুমাত্র বিদ্যুৎ উৎপাদনের জন্য একটি চমৎকার সংযোজন।" যুক্তরাজ্যে, এটি লিকুইডেশনে যাওয়ার আগে এবং 2022 সালে দ্রবীভূত হয়েছিল। তবে তিনি নিশ্চিত নন যে এই নতুন পদ্ধতি CPV সিস্টেমের প্রতি আগ্রহকে সংশোধন করবে। "এটি সর্বদা খরচ এবং ধারণক্ষমতার মাপকাঠিতে অক্ষমতার দ্বারা প্রভাবিত হয়েছে যেখানে খরচ নাটকীয়ভাবে হ্রাস পাবে।"

RayGen স্পষ্টতই প্রযুক্তি সম্পর্কে আরও আশাবাদী, এবং এটিও বলে যে একটি RayGen সিস্টেম অর্ডার করা গ্রাহকরা বিভিন্ন রাজস্ব স্ট্রীম থেকে আয় করতে সক্ষম হবেন। বিদ্যুত রপ্তানির জন্য অর্থ প্রদানের পাশাপাশি, আরও অর্থপ্রদান আসে শুধুমাত্র অতিরিক্ত ক্ষমতা সহ গ্রিড সরবরাহ করতে সক্ষম হওয়া থেকে, এমনকি যদি এটি ব্যবহার না করা হয়। এবং তার উপরে, ফ্রিকোয়েন্সি আনুষঙ্গিক পরিষেবার বাজার থেকে একটি রাজস্ব সুযোগ রয়েছে, কারণ সম্মিলিত সৌর এবং তাপ ব্যবস্থা গ্রিডের চাহিদার সেকেন্ডের মধ্যে সাড়া দিতে পারে। রুন্ডেল মনে করেন যে একটি RayGen সিস্টেম "আমাদের কৌশলগত অংশীদারদের সাথে একত্রে লাভজনক এবং আকর্ষণীয় বাণিজ্যিক প্রকল্প সরবরাহ করে"।

কারওয়ার্পের কাছে 4 মেগাওয়াট প্রকল্পে স্বাক্ষর করার পাশাপাশি, RayGen তার মডিউলগুলি তৈরি করার জন্য একটি উত্পাদন লাইন স্থাপন করছে। এটি আশা করে যে প্রতি বছর উত্পাদিত মোট মডিউলের সংখ্যা 170 মেগাওয়াট বিদ্যুৎ উৎপাদন করতে সক্ষম হবে। পাইপলাইনে প্রকল্পের সংখ্যা বাড়তে থাকায় এই লাইনটি আরও বড় আকারে প্রসারিত করা হবে।

বৃহত্তর প্রকল্পগুলির জন্য আরও বড় সিস্টেমের প্রয়োজন হবে। উদাহরণস্বরূপ, 12-24 ঘন্টা সঞ্চয়স্থান প্রদান চালিয়ে যাওয়ার জন্য, বর্ধিত ORC ক্ষমতার সাথে সামঞ্জস্য রেখে বড় ভবিষ্যত প্রকল্পগুলির জন্য গর্তগুলি বাড়ানো হবে। RayGen আশা করে যে এই স্কেলে গর্তগুলির আয়তন 150,000-250,000 মিটার হবে³, একটি প্রদত্ত প্রকল্পের জন্য প্রয়োজনীয় স্টোরেজ সময়কালের উপর নির্ভর করে। একজন অংশীদার, ফোটন শক্তি, ইতিমধ্যেই একটি সুবিধার জন্য দক্ষিণ অস্ট্রেলিয়ায় জমি সুরক্ষিত করেছে যা 300 GWh এর স্টোরেজ ক্ষমতা সহ 3.6 মেগাওয়াট সোলার একত্রিত করবে যা 150 মেগাওয়াট পর্যন্ত সরবরাহ করতে সক্ষম।

প্রাথমিক প্রকল্পগুলি অস্ট্রেলিয়ায় থাকাকালীন, RayGen-এর উচ্চাকাঙ্ক্ষা বিদেশে প্রসারিত। RayGen সিস্টেমের প্রয়োজন এমন মনোরম আবহাওয়া বিশ্বের সর্বত্র নেই, তবে প্রচুর রোদ, বিদ্যুতের প্রয়োজন এবং একটি নমনীয়, দ্রুত সরবরাহ এবং স্টোরেজ সিস্টেম থেকে উপকৃত হতে পারে এমন একটি গ্রিডের সুযোগ রয়েছে।

• এসইও চালিত বিষয়বস্তু এবং পিআর বিতরণ। আজই পরিবর্ধিত পান।
• প্লেটোএআইস্ট্রিম। Web3 ডেটা ইন্টেলিজেন্স। জ্ঞান প্রসারিত. এখানে প্রবেশ করুন.
• অ্যাড্রিয়েন অ্যাশলির সাথে ভবিষ্যত মিন্টিং। এখানে প্রবেশ করুন.
• উত্স: https://physicsworld.com/a/combining-solar-power-with-thermal-storage-to-avoid-wasting-energy/