توانائی کے ضیاع سے بچنے کے لیے شمسی توانائی کو تھرمل اسٹوریج کے ساتھ ملانا

آسٹریلیا اپنی گرم اور دھوپ والی آب و ہوا کے لیے مشہور ہے، جس میں ملک کے کچھ حصے نظر آتے ہیں۔ ایک دن میں اوسطاً 10 گھنٹے دھوپ - برطانیہ میں ہم میں سے چار گھنٹے کے مقابلے میں۔ یہ شاید کوئی تعجب کی بات نہیں ہے کہ 2021 میں شمسی توانائی آسٹریلیا کی قابل تجدید توانائی کا سب سے بڑا ذریعہ تھی۔ تاہم، یہ اب بھی صرف بنا ہوا ہے ملک کی توانائی کی کل پیداوار کا 12% (مجموعی طور پر قابل تجدید ذرائع کا حصہ 29% ہے)۔

تو ہم شمسی خلیوں سے پیدا ہونے والی بجلی کے تناسب کو کیسے بڑھا سکتے ہیں؟ کیا یہ صرف فوٹوولٹک پینلز کی لاگت کو کم کرنے اور ان کی دستیابی کو بڑھانے کا معاملہ ہے؟ بدقسمتی سے، نہیں - حقیقت زیادہ اہم ہے۔

شمسی توانائی کے فارم ان جگہوں پر سب سے زیادہ کارآمد ہیں جہاں سورج دن بہ دن نیچے گرتا ہے، جیسے آسٹریلیا اور جنوب مغربی امریکہ۔ لیکن ایسی جگہوں پر، دن کے وسط میں اتنی توانائی پیدا کی جا رہی ہے کہ، بعض اوقات، بہت زیادہ ہوتی ہے۔ پھر شمسی فارموں کے مالکان کو اضافی توانائی لینے کے لیے بجلی کے گرڈ کو ادا کرنا پڑتا ہے۔ اور اگر گرڈ یہ نہیں چاہتا ہے، تو فارمز اپنی پیداوار کو کم کرنے یا جنریشن کو مکمل طور پر بند کرنے پر مجبور ہیں۔

اس دیوانہ وار صورتحال سے نمٹنے کے لیے، ان مقامات پر نئے ہائبرڈ قابل تجدید توانائی کے نظام ظاہر ہونا شروع ہو رہے ہیں، جو بجلی کی پیداوار کو توانائی کے ذخیرہ کی کسی شکل کے ساتھ ملا رہے ہیں، تاکہ گرڈ کو صرف اس وقت بجلی ملے جب اسے ضرورت ہو۔ تاہم، اگرچہ مختلف اسٹوریج کے اختیارات ہیں، ان میں سے ہر ایک کی حدود ہیں۔ مثال کے طور پر لیتھیم آئن بیٹریوں کی قیمت سولر پینلز سے پانچ گنا زیادہ ہے اور وقت کے ساتھ ساتھ ان کی کارکردگی کم ہوتی جاتی ہے۔ ہائیڈرو الیکٹرک اسکیموں میں، اضافی بجلی پانی کو اونچی زمین پر پمپ کرنے کے لیے استعمال کی جائے گی، اس طرح شمسی خلیوں سے برقی توانائی کو ممکنہ توانائی میں تبدیل کیا جائے گا جسے ضرورت پڑنے پر واپس تبدیل کیا جا سکتا ہے۔ لیکن اس سیٹ اپ کے لیے پہاڑی مقامات کی ضرورت ہوتی ہے، جو شمسی فارموں کے لیے مطابقت نہیں رکھتے کیونکہ وہ بادل اور بارش کا شکار ہوتے ہیں۔ ایک بنجر جگہ پر سولر پلانٹ بنانا اور اسے بجلی کی ترسیلی لائنوں کے ذریعے ہائیڈرو سکیم سے جوڑنا بھی ممنوعہ طور پر مہنگا ہے۔

اس مسئلے کا ایک متبادل پیٹنٹ کے زیر التواء ٹکنالوجی ہے جو آسٹریلیائی فرم کے ذریعہ تیار کی جارہی ہے۔ RayGen. پانی پر مبنی تھرمل سٹوریج کے ساتھ شمسی خلیوں کا جوڑا بنا کر، میلبورن میں مقیم یہ کمپنی پیش کر رہی ہے جو اس کا دعویٰ ہے کہ یہ ایک قیمتی مسابقتی نظام ہے جو گرڈ آپریٹرز کی ضروریات کو پورا کرتا ہے۔

نہ صرف شمسی توانائی

RayGen کا نظام متعدد مراحل اور ٹیکنالوجیز پر مشتمل ہے (شکل 1)۔ سب سے پہلے، آئینے کی ایک سیریز سورج کی روشنی کو ریسیور ٹاور کے اوپری حصے میں شمسی خلیوں کے مجموعے پر مرکوز کرتی ہے۔ یہ خلیے شعاعوں کو بجلی میں تبدیل کرتے ہیں، جو روایتی شمسی فارم کی طرح گرڈ میں فراہم کی جاتی ہیں۔ اگرچہ مرکوز روشنی خلیات کے درجہ حرارت کو بڑھانے کا سبب بنتی ہے، لیکن پانی کا ٹھنڈا بہاؤ انہیں زیادہ گرم ہونے اور ناکارہ ہونے سے روکتا ہے۔ اب کولنگ سرکٹ میں موجود حرارت کو ہیٹ ایکسچینج کے ذریعے ثانوی نظام میں منتقل کیا جاتا ہے جو 90 ° C کے درجہ حرارت پر پانی کے تھرمل طور پر موصل زیر زمین ذخائر میں بہتا ہے۔

جب گرڈ کو اضافی بجلی کی ضرورت ہوتی ہے، تو یہ تھرمل اسٹور، ٹھنڈے پانی کے ذخائر کے ساتھ، ایک نامیاتی رینکین سائیکل (ORC) انجن چلاتا ہے، جس میں گرم پانی امونیا کو بخارات بناتا ہے جو بجلی پیدا کرنے کے لیے ٹربائن کا رخ کرتا ہے۔ اس کے بعد امونیا کو ٹھنڈا کیا جاتا ہے اور دوبارہ سائیکل سے گزرنے کے لیے ٹھنڈے پانی سے دوبارہ گاڑھا کیا جاتا ہے۔ ان دنوں میں جب شمسی توانائی کی زیادہ مقدار ہوتی ہے، وہ بجلی سسٹم کے تھرمل سیکشن کی توانائی ذخیرہ کرنے کی صلاحیت کو بڑھا سکتی ہے۔

RayGen کا دعویٰ ہے کہ اس سسٹم کی لاگت کو کم رکھا گیا ہے کیونکہ یہ مختلف قائم شدہ قابل تجدید ٹیکنالوجیز - گڑھے پر مبنی تھرمل انرجی سٹوریج سے لے کر فوٹو وولٹکس اور امونیا پر مبنی ٹربائنز تک - اور اسی طرح مارکیٹ میں مقابلہ کر سکتا ہے۔ "سولر سائیڈ پر ہم ڈالر فی واٹ کی بنیاد پر یوٹیلیٹی اسکیل فوٹوولٹکس کے ساتھ لاگت کا موازنہ کر سکتے ہیں،" کہتے ہیں کیرا رونڈیل، RayGen کے کمرشل مینیجر۔ "اسٹوریج کی طرف، یہ پمپڈ ہائیڈرو کی طرح ہے۔ اور توانائی ذخیرہ کرنے کی لاگت کے لحاظ سے، کیونکہ ہم صرف پانی استعمال کر رہے ہیں، یہ ہائیڈرو پاور کی طرح ہے۔

ٹیکنالوجی ٹیسٹ رن

RayGen نے اپنا کمیشن تقریباً مکمل کر لیا ہے۔ پہلا پاور پلانٹمیلبورن سے اندرون ملک تقریباً چھ گھنٹے کی مسافت پر کاروارپ نامی جگہ کے قریب واقع ہے۔ اس علاقے میں اتنے زیادہ سولر فارمز لگائے گئے ہیں کہ دھوپ والے دن گرڈ کو ضرورت سے زیادہ سپلائی ہو سکتی ہے، جس سے RayGen کو اپنی اسناد دکھانے کا موقع ملتا ہے۔ اس سائٹ پر کمپنی نے اپنے 1 میگاواٹ کے چار سسٹمز، ساتھ ساتھ بیٹھے ہوئے بنائے ہیں۔ سولر سیل سے 4 میگاواٹ تک بجلی پیدا کرنے کے علاوہ، اس سہولت میں 50 میگاواٹ گھنٹہ ذخیرہ کرنے کی گنجائش ہے، اور یہ ORC ٹربائنز کے ذریعے 3 گھنٹے تک گرڈ تک 17 میگاواٹ فراہم کر سکتی ہے۔

ہر 1 میگاواٹ سسٹم میں تقریباً 300 "سمارٹ" آئینے کا ایک فیلڈ ہوتا ہے، جو ٹاور پر لگے فوٹوولٹک ریسیور کے ارد گرد ترتیب دیا جاتا ہے۔ آئینے دن بھر سورج کی پوزیشن کو ٹریک کرنے کے قابل ہوتے ہیں، صبح سے شام تک روشنی کو ٹاور کی طرف لے جاتے ہیں اور شعاعوں کو 750 کے فیکٹر سے فوکس کرتے ہیں۔ اس کے ساتھ ساتھ ضروری فوٹوولٹک سیلز کی تعداد کو کم کرتے ہیں، اور اس وجہ سے لاگت، رسیور پر سورج کی روشنی کی شدت کو بڑھانا بھی کارکردگی میں قابل قدر اضافہ فراہم کرتا ہے۔

وصول کنندہ کے پاس ہی 4.41 میٹر ہے۔² فعال علاقہ جس میں 441 سولر ماڈیولز، ہر ایک 10 × 10 سینٹی میٹر سائز کا ہے اور تجارتی طور پر دستیاب سولر سیل کی سب سے زیادہ موثر کلاس کے ساتھ آباد ہے۔ بڑے پیمانے پر سیٹلائٹس کو پاور کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے - ایک ایسی ایپلی کیشن جہاں اعلی کارکردگی اور تابکاری کی مضبوطی کو بہت اہمیت دی جاتی ہے - یہ خاص خلیے کئی سیمی کنڈکٹنگ مواد سے بنے ہوتے ہیں، سمیت جرمینیم، گیلیم آرسنائیڈ اور گیلیم انڈیم فاسفائیڈ، اس لیے متعدد p–n جنکشن ہیں۔ چونکہ ہر جنکشن کا جذب کرنے کا ایک مختلف پروفائل ہوتا ہے، خلیات سورج کے زیادہ تر مکمل سپیکٹرم کو پکڑ سکتے ہیں - جو کہ الٹرا وایلیٹ سے لے کر انفراریڈ تک پھیلا ہوا ہے - روایتی سلکان سے دوگنا سورج کی روشنی کو پکڑتے ہیں، اور اسے موثر طریقے سے بجلی میں تبدیل کرتے ہیں۔

RayGen کے سیٹ اپ کے ساتھ، بجلی پیدا کرنے کے لیے سیل کی کارکردگی تقریباً 38% ہے، جب کہ ماڈیولز کے لیے یہ صرف 35% سے زیادہ ہے، اور وصول کنندہ کی کارکردگی برائے نام 32% ہے (آپریٹنگ حالات پر منحصر درست اعداد و شمار)۔ اس کے مقابلے میں، روایتی سلکان سے بنائے گئے سیلز میں ماڈیول کی کارکردگی تقریباً 18-20٪ ہوگی۔ رے جین کے چیف ریسرچ آفیسر کے مطابق اس طرح کے سلیکون سیلز پیسے کی بچت کریں گے، لیکن یہ غلط معیشت ہو گی۔ جان لاسیچ. اس کا استدلال ہے کہ اس ابتدائی لاگت میں برقی بجلی کی پیداوار میں خاطر خواہ کٹوتی اور بجلی سے گرمی پیدا کرنے کے کمتر تناسب سے چھایا جائے گا۔

پانی کا کردار

RayGen یہ بھی دعوی کرتا ہے کہ اس کی ٹیکنالوجی تمام روایتی فوٹوولٹک نظاموں کی ایک بڑی کمزوری کو دور کرتی ہے۔ یہاں تک کہ وہ لوگ جو بہترین آلات استعمال کرتے ہیں وہ سورج کی زیادہ تر توانائی کو حرارت کی صورت میں ضائع کرتے ہیں، جس سے خلیے کا درجہ حرارت بھی بڑھ جاتا ہے اور اس کی کارکردگی خراب ہوتی ہے۔ تاہم، RayGen سسٹم میں یہ اضافی حرارت استعمال ہوتی ہے۔

ہر ریسیور میں، فوٹو وولٹک کو ٹھنڈا کرنے کے لیے پانی کا استعمال کیا جاتا ہے۔ اسے ماڈیولز کے پچھلے حصے سے ٹاور کے اوپر پمپ کیا جاتا ہے اور واپس نیچے کی طرف جاتا ہے، جہاں ہیٹ ایکسچینجر تھرمل توانائی کو ثانوی نظام میں منتقل کرتا ہے۔ ابتدائی سرکٹ میں دوبارہ ٹھنڈا پانی پھر دوبارہ استعمال کرنے کے لیے ٹاور کے اوپر پمپ کیا جا سکتا ہے۔

ثانوی نظام گرم ذخائر میں بہتا ہے، جو کاروارپ میں 17,000 میٹر ہے۔³ گڑھا جس میں 90 ° C پانی ہو۔ گڑھے کو پولیمر، موصل اور سیل کیا گیا ہے، جس کا مطلب ہے کہ - بہت کم سطح سے حجم کے تناسب کی بدولت - بہت کم توانائی ضائع ہوتی ہے۔ "اگر آپ اسے بیٹری کی طرح سوچتے ہیں، تو کئی ہفتوں کے دوران خود سے خارج ہونے والا مادہ ایک فیصد کے ایک حصے سے کم ہے،" لاسیچ کہتے ہیں۔

جب گرڈ کو توانائی کی ضرورت ہوتی ہے اور سورج چمکتا نہیں ہے، تو اس گڑھے سے گرمی ایک ORC ٹربائن چلاتی ہے۔ چونکہ اس بند لوپ سسٹم میں امونیا کام کرنے والا سیال ہے، اس لیے اسے ٹربائن سے گزرنے کے بعد ٹھنڈا اور دوبارہ گاڑھا کرنا پڑتا ہے، جو کہ دوسرے 17,000 میٹر کے ساتھ کیا جاتا ہے۔³ گڑھے، ایک کم درجہ حرارت پر منعقد. گرم، دھوپ والی جگہوں، جیسے کاروارپ کے مضافات میں، یہ گڑھا 40 °C یا اس سے زیادہ تک گرم ہو جائے گا اگر دستی طور پر ٹھنڈا نہ کیا جائے۔ چونکہ یہ گرم گڑھے سے صرف 50 °C کم ہے، ORC ٹربائن سے بجلی پیدا کرنے کی کارکردگی تقریباً 5% سے زیادہ نہیں ہوگی۔ لہذا اسے 12-15% تک بڑھانے کے لیے، RayGen ایک صنعتی چلر کا استعمال کرتے ہوئے ٹھنڈے پانی کے گڑھے کو ٹھنڈا کر دیتا ہے، جس سے پانی کے دو بڑے جسموں کے درمیان درجہ حرارت میں تقریباً 90 °C کا فرق پیدا ہوتا ہے۔ "یہ ایک ہائیڈرو سیٹ اپ کے برابر ہے جس میں دو ڈیم ہوں گے جن کی سر 1000 میٹر ہے،" لاسیچ کہتے ہیں۔

جبکہ ٹربائن سے توانائی پیدا کرنے کے لیے 12–15% کارکردگی اتنی زیادہ نہیں ہے، پانی کو 90 ° C تک گرم کرنے میں کوئی بجلی استعمال نہیں ہوتی۔ بجلی صرف ٹھنڈے گڑھے کو ٹھنڈا کرنے کے لیے استعمال کی جاتی ہے، اور اس مقصد کے لیے استعمال ہونے والے ہر 1 میگاواٹ گھنٹہ کے لیے، ٹربائن چلاتے وقت 0.7–0.8 میگاواٹ کی وصولی ہوتی ہے۔ Lasich کے مطابق، دوسرے گڑھے کو ٹھنڈا کرنا RayGen کے توانائی ذخیرہ کرنے کے نظام کو ایک بڑی بیٹری کی طرح برتاؤ کرنے کے قابل بناتا ہے۔ جب گرڈ میں کافی سے زیادہ توانائی ہوتی ہے، تو چلر چلانے کے لیے کسی بھی اضافی چیز کو استعمال کیا جا سکتا ہے، جسے RayGen کے ملٹی جنکشن سولر سیلز سے بجلی سے بھی چلایا جا سکتا ہے۔

آگے سنی اوقات؟

فلسن فوٹوولٹک لمیٹڈ کے چیف ٹیکنیکل آفیسر جیوف ڈگن کہتے ہیں، "RayGen سسٹم concentrator photovoltaic (CPV) ٹیکنالوجی کا ایک دلچسپ استحصال ہے، اور خلیات کو ٹھنڈا کرنے سے پانی کا استعمال کرتے ہوئے ذخیرہ کرنے والا عنصر صرف بجلی کی پیداوار میں ایک بہترین اضافہ ہے۔" برطانیہ میں، اس سے پہلے کہ یہ لیکویڈیشن میں چلا گیا اور اسے 2022 میں تحلیل کر دیا گیا۔ تاہم، وہ اس بات پر قائل نہیں ہیں کہ یہ نیا طریقہ CPV سسٹمز میں دلچسپی پر نظر ثانی کرے گا۔ "یہ ہمیشہ لاگت اور صلاحیتوں کو پیمانہ کرنے سے قاصر رہا ہے جہاں اخراجات کو ڈرامائی طور پر کم کیا جائے گا۔"

RayGen واضح طور پر ٹیکنالوجی کے بارے میں زیادہ پر امید ہے، اور یہ بھی کہتا ہے کہ RayGen سسٹم کا آرڈر دینے والے صارفین متعدد مختلف ریونیو سٹریمز سے آمدنی پیدا کرنے کے قابل ہوں گے۔ بجلی برآمد کرنے کے لیے ادائیگی کے ساتھ ساتھ، مزید ادائیگیاں صرف گرڈ کو اضافی صلاحیت فراہم کرنے کے قابل ہونے سے آتی ہیں، چاہے وہ استعمال نہ ہو۔ اور اس کے اوپر، فریکوئنسی ذیلی خدمات کی مارکیٹ سے آمدنی کا موقع ہے، کیونکہ مشترکہ شمسی اور تھرمل نظام گرڈ کے مطالبات کو سیکنڈوں میں جواب دے سکتا ہے۔ رونڈل کا خیال ہے کہ RayGen سسٹم "ہمارے اسٹریٹجک شراکت داروں کے ساتھ مل کر منافع بخش اور پرکشش تجارتی منصوبے فراہم کرتا ہے"۔

کاروارپ کے قریب 4 میگاواٹ کے منصوبے پر دستخط کرنے کے ساتھ ساتھ، RayGen اپنے ماڈیولز بنانے کے لیے ایک پروڈکشن لائن کو اکٹھا کر رہا ہے۔ اسے امید ہے کہ ہر سال پیدا ہونے والے ماڈیولز کی کل تعداد 170 میگاواٹ بجلی پیدا کرنے کے قابل ہو گی۔ جیسے جیسے پائپ لائن میں منصوبوں کی تعداد میں اضافہ ہوتا جا رہا ہے، اس لائن کو بڑے پیمانے پر پھیلایا جائے گا۔

بڑے منصوبوں کو بھی بڑے نظام کی ضرورت ہوگی۔ مثال کے طور پر، مستقبل کے بڑے پراجیکٹس کے لیے گڑھوں کو ORC کی بڑھتی ہوئی گنجائش کے مطابق بڑھایا جائے گا، تاکہ 12-24 گھنٹے کا ذخیرہ فراہم کرنا جاری رکھا جا سکے۔ RayGen کو توقع ہے کہ اس پیمانے پر گڑھوں کا حجم 150,000-250,000 میٹر ہوگا۔³، کسی دیئے گئے پروجیکٹ کے لیے مطلوبہ سٹوریج کی مدت پر منحصر ہے۔ ایک ساتھی، فوٹون توانائی، نے پہلے ہی جنوبی آسٹریلیا میں ایک ایسی سہولت کے لیے زمین حاصل کر لی ہے جو 300 GWh کی سٹوریج کی گنجائش کے ساتھ 3.6 میگاواٹ شمسی توانائی کو یکجا کرے گی جو 150 میگاواٹ تک بجلی فراہم کرنے کی صلاحیت رکھتی ہے۔

جب کہ ابتدائی منصوبے آسٹریلیا میں ہیں، RayGen کے عزائم بیرون ملک پھیلے ہوئے ہیں۔ دنیا میں ہر جگہ وہ خوشگوار موسم نہیں ہے جس کی RayGen سسٹم کی ضرورت ہوتی ہے، لیکن ایسے مواقع موجود ہیں جہاں کافی دھوپ، بجلی کی ضرورت، اور ایک ایسا گرڈ جو لچکدار، تیز سپلائی اور اسٹوریج سسٹم سے فائدہ اٹھا سکے۔

• SEO سے چلنے والا مواد اور PR کی تقسیم۔ آج ہی بڑھا دیں۔
• پلیٹوآئ اسٹریم۔ ویب 3 ڈیٹا انٹیلی جنس۔ علم میں اضافہ۔ یہاں تک رسائی حاصل کریں۔
• ایڈریین ایشلے کے ساتھ مستقبل کا نقشہ بنانا۔ یہاں تک رسائی حاصل کریں۔
• ماخذ: https://physicsworld.com/a/combining-solar-power-with-thermal-storage-to-avoid-wasting-energy/