بڑے پیمانے پر B2B انورٹر کی انسٹالیشنز میں سٹینڈ بائی موڈ میں 'غیر مرئی بجلی کی خوراک' کا حل تلاش کرنا۔

انورٹر کی سٹینڈ بائی نقصانات کا تعارف

بڑے پیمانے پر تجارتی، صنعتی اور یوٹیلٹی سطح کے بیٹری انرجی اسٹوریج سسٹمز (BESS) میں، موثریت دسواں حصہ فیصد تک کے حساب سے نکالی جاتی ہے۔ جبکہ زیادہ تر توجہ پیک پروڈکشن کے دوران بجلی کے انورٹرز کی تبدیلی کی موثریت پر مرکوز ہوتی ہے، سسٹم غیر فعال ہونے کے وقت اکثر ایک پوشیدہ مالی بوجھ پیدا ہوتا ہے۔ اس ظاہرے کو 'غیر ضروری بجلی کی صارفی' یا سٹینڈ بائی/غیر فعال نقصان کہا جاتا ہے۔

جب سورج کے پینلز رات کو اندھیرے ہو جاتے ہیں، یا جب صنعتی مشینری کو ہفتہ وار تعطیلات کے دوران بند کر دیا جاتا ہے، تو متعدد کلو واٹ انورٹر بینکس سسٹم سے منسلک رہتے ہیں۔ حتیٰ کہ جب یہ اکائیاں لوڈ کو صفر اے سی طاقت فراہم کر رہی ہوتی ہیں، تب بھی یہ اپنے اندرونی سرکٹس کو فعال رکھنے کے لیے ڈی سی بیٹری بینک یا اے سی گرڈ سے برقی کرنٹ کھینچتی رہتی ہیں۔ ایک سال میں، یہ مستقل غیر پیداواری برقی استعمال ہزاروں کلو واٹ گھنٹے کی ضائع توانائی کا باعث بن سکتا ہے، جو سسٹم کے منافع کے تناسب (آئی آر او) کو براہِ راست متاثر کرتا ہے۔

اس مضمون میں بڑے پیمانے پر استعمال ہونے والے انورٹرز میں اسٹینڈ بائی نقصانات کے جسمانی اصولوں کا تجزیہ کیا گیا ہے اور خاموش استعمال (گھوسٹ کنسمرپشن) کو ختم کرنے کے لیے انجینئرنگ کے حکمت عملیوں کا خاکہ پیش کیا گیا ہے۔

سوال: بڑے انورٹر اریز میں 'خاموش برقی استعمال' (گھوسٹ پاور کنسمرپشن) کا سبب کیا ہے، اور اسے کیسے کم کیا جا سکتا ہے؟

سٹینڈ بائی موڈ میں غائب طاقت کا استعمال فعال کنٹرول الیکٹرانکس، کولنگ فین کے افعال، اور بہت بڑے ٹرانسفارمرز میں مقناطیسی کور کے نقصانات کی وجہ سے ہوتا ہے۔ بڑے پیمانے پر B2B نظاموں میں ان سٹینڈ بائی نقصانات کو کم کرنے کے لیے، انجینئرز کو ڈائنامک سلیپ موڈ کے اظہاری اصول نافذ کرنا، ذہین ماسٹر-سلیو متوازی کلبیرنگ کو ترتیب دینا، خارجی کم استعمال والے DC علیحدگی کے کانٹیکٹرز لگانا، اور JYINS کے زیرِ تعمیر زیادہ کارکردگی والے ٹورائیڈل بنیادی کم فریکوئنسی یا زیادہ فریکوئنسی کے انورٹرز کا انتخاب کرنا ضروری ہے جن میں اندرونی کم طاقت کے ایکو موڈز شامل ہیں۔

سٹینڈ بائی کے استعمال کی فعلیات اور وجوہات

غائب طاقت کو ختم کرنے کے لیے، ہمیں پہلے انورٹر کی ساخت کے اندر اس توانائی کے استعمال کی جگہ کا تعین کرنا ہوگا۔ غیر فعال حالت میں طاقت کے استعمال کے لیے تین اہم سخت ایوارڈ زمرے ذمہ دار ہیں:

• فعال کنٹرول اور رابطہ الیکٹرانکس: ہر صنعتی انورٹر میں ڈیجیٹل سگنل پروسیسرز (DSPs)، مائیکرو کنٹرولرز، وائی فائی/ جی پی آر ایس دورِ ابلاغ کے موڈمز، اور سینسر ارایز (وولٹیج، کرنٹ، اور درجہ حرارت کی نگرانی کرنے والے) کا ایک گروہ موجود ہوتا ہے۔ ان کنٹرول بورڈز کو ایک مستقل، مستحکم ڈی سی وولٹیج (عام طور پر 5V یا 12V) کی ضرورت ہوتی ہے جو اندرونی اضافی بجلی کی فراہمی سے فراہم کی جاتی ہے۔ یہ مسلسل بجلی کی خوراک ہمیشہ مستقل رہتی ہے، چاہے انورٹر صفر فیصد یا سو فیصد لوڈ فراہم کر رہا ہو۔
• گیٹ ڈرائیور اور سوئچنگ نقصانات: اے سی سائن ویو تیار کرنے کے لیے، انورٹر کا مائیکرو کنٹرولر مسلسل طور پر طاقت کے ماس فیلڈ ایفیکٹ ٹرانزسٹرز (MOSFETs) یا آئسو لیٹڈ گیٹ بائپولر ٹرانزسٹرز (IGBTs) کے گیٹس کو اعلی تعدد کے پلس ودت ماڈولیشن (PWM) سگنلز بھیجتا ہے۔ ان سیمی کنڈکٹرز کا جسمانی سوئچنگ، حتیٰ کہ صفر لوڈ کی حالت میں بھی، سیمی کنڈکٹر گیٹس کی غیر مطلوبہ کیپیسیٹنس کی وجہ سے کرنٹ کے استعمال کا باعث بنتا ہے۔ اسے خالی وقت کا سوئچنگ نقصان کہا جاتا ہے۔
• مقناطیسی دل اور ٹرانسفارمر کے نقصانات: کم فریکوئنسی انورٹرز وولٹیج بڑھانے اور سرکٹس کو علیحدہ کرنے کے لیے بھاری تانبا ٹرانسفارمرز کا استعمال کرتے ہیں۔ اگر اے سی آؤٹ پٹ سے کوئی لوڈ منسلک نہ ہو، تو بھی انورٹر کے سوئچنگ سرکٹ کے ذریعے ٹرانسفارمر کی پرائمری وائنڈنگ کو متحرک کیا جاتا ہے۔ یہ متحرک حالت فولاد کے دل میں متبادل مقناطیسی فلکس پیدا کرتی ہے، جس کے نتیجے میں مستقل طور پر ایڈی کرنٹ اور ہسٹیریسس کے نقصانات پیدا ہوتے ہیں، جو مشترکہ طور پر 'آئرن نقصانات' یا ایکسائٹیشن پاور ڈرا کے نام سے جانے جاتے ہیں۔ ایک بڑے 10 کلو واٹ کم فریکوئنسی انورٹر میں، آئرن نقصانات آسانی سے مستقل پاور ڈرا کے 80 واٹ سے 150 واٹ تک سے زیادہ ہو سکتے ہیں۔
• کولنگ فین کا عمل: ہائی پاور انورٹرز فعال فین کولنگ کا استعمال کرتے ہیں۔ اگر انورٹر کا درجہ حرارت زیادہ لوڈ کی دورانیہ کے بعد بھی بلند رہے، یا اگر فین کنٹرول الگورتھمز غلط طریقے سے پروگرام کیے گئے ہوں، تو کولنگ فین صفر لوڈ کی حالت میں بھی مکمل رفتار پر چلتے رہ سکتے ہیں، جس سے فین کے لیے 20 واٹ سے 100 واٹ تک پاور کا استعمال ہوتا ہے۔

بی ٹو بی سسٹمز پر مالی اثر کا تعین

آئیے ایک درمیانے سائز کے آف گرڈ صنعتی مائیکرو گرڈ پر غور کریں جو کل 50 کلو واٹ کی صلاحیت کے لیے پانچ 10 کلو واٹ کے کم تعدد کے متوازی انورٹرز کا استعمال کرتا ہے۔

اگر ہر انورٹر کا بےکار انتظار کا استعمال 120 واٹ ہو، تو اس ارے کا کل انتظار کا استعمال 600 واٹ ہوگا۔

ایک عام 14 گھنٹے کے غیر پیداواری دور (شام 5:00 بجے سے اگلے دن صبح 7:00 بجے تک) کے دوران، یہ ارے استعمال کرے گا:

0.6 کلو واٹ × 14 گھنٹے = روزانہ 8.4 کلو واٹ گھنٹہ توانائی۔

پورے سال کے دوران، یہ انتظار کا نقصان کل ہوگا:

8.4 کلو واٹ گھنٹہ × 365 دن = 3066 کلو واٹ گھنٹہ ضائع توانائی۔

اگر نظام بیٹری اسٹوریج پر انحصار کرتا ہے جہاں ذخیرہ شدہ توانائی کی لاگت 0.15 امریکی ڈالر فی کلو واٹ گھنٹہ ہو (فلوٹنگ وولٹیج کے سرمایہ کی لاگت اور بیٹری کے عمر چکر کے تنزلی کو مدنظر رکھتے ہوئے)، تو یہ انتظار کا نقصان فی مقام سالانہ 460 امریکی ڈالر کا نقصان کرے گا۔ ٹیلی کمیونیکیشن ٹاور آپریٹرز کے لیے جن کے 1000 دور دراز مقامات ہیں، یہ سالانہ تقریباً پانچ لاکھ امریکی ڈالر کا نقصان ہے۔

غیر ضروری طاقت کو ختم کرنے کے تکنیکی حل

خوش قسمتی سے، جدید بجلی کی انجینئرنگ کئی مضبوط حکمت عملیاں فراہم کرتی ہے جو ان غیر فعال استعمال کے اخراج کو کم کرنے یا ختم کرنے کے لیے استعمال کی جا سکتی ہیں:

• 1. لوڈ کی تشخیص کے ساتھ ایکو/سلیپ موڈ فعال کرنا

جے وائی آئی این ایس انورٹرز میں انتہائی کارآمد 'ایکو موڈ' یا 'سرچ موڈ' موجود ہوتا ہے۔ جب اسے فعال کیا جاتا ہے تو انورٹر اپنے اعلیٰ فریکوئنسی سوئچنگ سرکٹ کو بند کر دیتا ہے اور اگر فعال لوڈ ایک مخصوص حد (مثلاً 20 واٹ) سے نیچے چلا جاتا ہے تو گہری نیند کی حالت میں داخل ہو جاتا ہے۔ اس حالت میں، انورٹر صرف ہر 2 تا 5 سیکنڈز کے بعد لوڈ کو چالو کیا گیا ہے یا نہیں، اس کا پتہ لگانے کے لیے ایک مختصر 'سرچ پلس' بھیجتا ہے۔ ایکو موڈ میں رہتے ہوئے غیر فعال استعمال 100 واٹ سے کم ہو کر 5 واٹ سے بھی کم ہو جاتا ہے۔ جب کوئی آلہ یا مشین چالو کی جاتی ہے تو انورٹر فوراً بیدار ہو جاتا ہے اور ملی سیکنڈز کے اندر مستقل طور پر بجلی فراہم کرتا ہے۔

• 2. ماسٹر-سلیو کلبڑنگ (دینامک فیز شیڈنگ)

موازی انورٹر کی ترتیب میں، کم لوڈ کی حالات میں تمام یونٹس کو ایک ساتھ چلانا بہت غیر موثر ہوتا ہے۔ ماسٹر-سلیو کلبّنگ اس مسئلے کا حل فراہم کرتی ہے۔ کم لوڈ کی صورت میں صرف ایک واحد 'ماسٹر' انورٹر لوڈ کی حمایت کے لیے فعال رہتا ہے۔ باقی 'سلیو' انورٹرز کو صفر استعمال کی حالتِ انتظار میں رکھا جاتا ہے۔ جب طلب میں اضافہ ہوتا ہے تو سسٹم کنٹرولر مسلسل اضافی انورٹرز کو ایک ایک کر کے جگاتا ہے تاکہ لوڈ کی حمایت کی جا سکے، اور جب لوڈ کم ہوتا ہے تو انہیں بند کر دیا جاتا ہے۔ اس سے یہ یقینی بنایا جاتا ہے کہ فعال انورٹرز ہمیشہ اپنے زیادہ سے زیادہ کارکردگی کے منحن پر کام کر رہے ہوتے ہیں۔

• 3. بیرونی ڈی سی کانٹیکٹرز اور ریلے خودکار کاری

ان سسٹم کے لیے جو مخصوص اوقات (جیسے ہفتہ وار کمرشل دفاتر) کے دوران مکمل طور پر غیر فعال ہوتے ہیں، انجینئرز بیٹری ان پٹ لائنز پر موٹرائزڈ ڈی سی آئسولیشن سوئچز یا ہائی پاور کانٹیکٹرز نصب کر سکتے ہیں۔ ان کانٹیکٹرز کو ایک سادہ ہفتہ وار پروگرام ایبل ٹائمر یا ایک ماسٹر پی ایل سی سسٹم کے ذریعے کنٹرول کیا جا سکتا ہے۔ جمعہ کی شام 6:00 بجے، کانٹیکٹرز انورٹرز کو بیٹری بینک سے جسمانی طور پر منقطع کر دیتے ہیں، جس سے ڈی سی غیر فعال استعمال ختم ہو جاتا ہے۔ کانٹیکٹرز دوبارہ منگل کی صبح 6:00 بجے، عملہ کے آنے سے پہلے بند ہو جاتے ہیں۔

• 4. اعلیٰ کارکردگی والے ٹورائیڈل ڈیزائنز کا انتخاب

جب کم فریکوئنس انورٹرز کی ضرورت ہوتی ہے، تو سسٹم انٹیگریٹرز کو ٹورائیڈل (چکنی شکل کے) ٹرانسفارمرز کے ساتھ بنائے گئے اکائیوں کا انتخاب کرنا چاہیے، جو روایتی مربع شکل کے EI-core ٹرانسفارمرز کے بجائے استعمال ہوتے ہیں۔ جے یائی نس درجہ بالا، دانہ جہت سلیکون سٹیل کے ٹورائیڈل ٹرانسفارمرز کا استعمال کرتا ہے۔ ٹورائیڈل کور کی لگاتار لوپ شکل کا مقناطیسی جوڑ بہت مضبوط ہوتا ہے اور رساو فلکس بہت کم ہوتا ہے، جس کی وجہ سے معیاری مربع ٹرانسفارمرز کے مقابلے میں خالی حالت میں 'آئرن لاس' تک پچاس فیصد تک کم ہو جاتا ہے۔

نتیجہ

غیر مرئی بجلی کے استعمال کو دور کرنا B2B انورٹر کی انسٹالیشن کی کارکردگی اور عمر کو بہتر بنانے کا انتہائی موثر طریقہ ہے۔ کنٹرول الیکٹرانکس، غیر فعال سوئچنگ اور ٹرانسفارمر کور کی مقناطیسیت سے منسلک غیر فعال نقصانات کو سمجھ کر انجینئرز احتیاطی ڈیزائن اقدامات اٹھا سکتے ہیں۔ جے وائی آئی این ایس کے اندراج شدہ ایکو سرچ موڈز کو فعال کرنا، ذہین ماسٹر-سلیو کنٹرول لوپس کا ڈیزائن کرنا، اور زیادہ کارکردگی والے ٹورائیڈل ہارڈ ویئر کا استعمال کرنا غیر فعال حالت میں توانائی کے ضیاع کو کافی حد تک کم کرے گا، اہم بیٹری کی گنجائش کے تحفظ میں مدد دے گا، اور بڑے پیمانے پر بجلی کی بنیادی ڈھانچے کے معاشی منافع کو زیادہ سے زیادہ کرے گا۔