বাংলাদেশে বাণিজ্যিক সোলার স্ট্রিং ডিজাইন: প্রতি স্ট্রিংয়ে মডিউল, তাপমাত্রা সীমা ও MPPT উইন্ডো

সরাসরি উত্তর: একটি বাণিজ্যিক PV স্ট্রিং সাইজ করা হয় দুটি তাপমাত্রা-সংশোধিত সীমা দিয়ে, ছাদে যত মডিউল আঁটে তা দিয়ে নয়: প্রতি স্ট্রিংয়ে সর্বোচ্চ মডিউল নির্ধারণ হয় সাইটের সবচেয়ে ঠান্ডা তাপমাত্রায় ওপেন-সার্কিট ভোল্টেজ (Voc) ইনভার্টারের সর্বোচ্চ ডিসি ভোল্টেজের নিচে থাকার শর্তে, আর সর্বনিম্ন মডিউল নির্ধারণ হয় সবচেয়ে গরম সেল তাপমাত্রায় সর্বোচ্চ-শক্তি ভোল্টেজ (Vmp) ইনভার্টারের সর্বনিম্ন MPPT ভোল্টেজের ওপরে থাকার শর্তে। প্রতিটি স্ট্রিং এই দুই সংখ্যার মাঝে ডিজাইন করুন, আলাদা দিক ও ছায়ার ধরন আলাদা MPPT ইনপুটে রাখুন, আর অন্য প্রকল্পের ডেটাশিট থেকে স্ট্রিং দৈর্ঘ্য কখনো কপি করবেন না।

কেন STC সংখ্যা একা বিভ্রান্ত করে

মডিউল ডেটাশিটে Voc ও Vmp দেওয়া থাকে স্ট্যান্ডার্ড টেস্ট কন্ডিশনে: ২৫ ডিগ্রি সেলসিয়াস সেল তাপমাত্রা ও ১,০০০ ওয়াট/বর্গমিটার বিকিরণ। বাংলাদেশের রুফটপ প্রায় কখনোই ২৫ ডিগ্রিতে থাকে না। শীতের পরিষ্কার সকালে সেল ৫-১০ ডিগ্রিতে থাকতে পারে, আর তাপমাত্রা কমলে ভোল্টেজ বাড়ে — Voc তাপমাত্রা সহগ ঋণাত্মক, সাধারণত প্রতি ডিগ্রিতে প্রায় -০.২৮%। গ্রীষ্মের গরম দুপুরে সেল ৬৫-৭৫ ডিগ্রিতে পৌঁছাতে পারে, আর ভোল্টেজ কমে Vmp-এর জন্য প্রতি ডিগ্রিতে প্রায় ০.৩৫-০.৪০% হারে। তাই শুধু STC সংখ্যা দিয়ে ডিজাইন করা স্ট্রিং ঠান্ডা সকালে বেশি লম্বা হয় (ওভারভোল্টেজ ট্রিপের ঝুঁকি, অথবা আরও খারাপ, ইনভার্টারের সর্বোচ্চ ইনপুট ছাড়িয়ে যন্ত্রের ক্ষতি) আর গরম দুপুরে বেশি ছোট হয় (MPPT উইন্ডো থেকে বেরিয়ে গিয়ে ইনভার্টার সর্বোচ্চ শক্তি ট্র্যাক করা বন্ধ করে, উৎপাদন কমে যায়)।

নির্ধারক মান হলো IEC 62548, যা ডিসি ওয়্যারিং, সুরক্ষা, সুইচিং ও আর্থিংসহ PV অ্যারে ডিজাইনের প্রয়োজনীয়তা নির্ধারণ করে; একই তাপমাত্রা-সংশোধন পদ্ধতি NEC 690.7-এ এবং প্রতিটি ইনভার্টার প্রস্তুতকারকের স্ট্রিং-সাইজিং টুলে আছে। সূত্রগুলো সহজ:

সবচেয়ে ঠান্ডা তাপমাত্রায় Voc = Voc (STC) x [1 + beta-Voc x (Tmin - 25)]

সবচেয়ে গরম তাপমাত্রায় Vmp = Vmp (STC) x [1 + beta-Vmp x (Tcell-max - 25)]

এখানে beta হলো প্রতি ডিগ্রিতে শতাংশে তাপমাত্রা সহগ (ঋণাত্মক সংখ্যা), Tmin সবচেয়ে কম প্রত্যাশিত সেল তাপমাত্রা এবং Tcell-max সবচেয়ে বেশি। তারপর:

প্রতি স্ট্রিংয়ে সর্বোচ্চ মডিউল = floor(ইনভার্টারের সর্বোচ্চ ডিসি ভোল্টেজ / সবচেয়ে ঠান্ডা তাপমাত্রায় Voc)

প্রতি স্ট্রিংয়ে সর্বনিম্ন মডিউল = ceil(ইনভার্টারের সর্বনিম্ন MPPT ভোল্টেজ / সবচেয়ে গরম তাপমাত্রায় Vmp)

হিসাবের উদাহরণ: বাংলাদেশে ১,১০০ ভোল্ট স্ট্রিং ইনভার্টার

একটি আধুনিক ৫৫০-৬৫০ ওয়াট মডিউল নিন: Voc ৪৯.৫ ভোল্ট, Vmp ৪১.২ ভোল্ট, beta-Voc প্রতি ডিগ্রিতে -০.২৮%, beta-Vmp প্রতি ডিগ্রিতে -০.৩৮%। এর সঙ্গে একটি বাণিজ্যিক স্ট্রিং ইনভার্টার যার সর্বোচ্চ ডিসি ইনপুট ১,১০০ ভোল্ট ও MPPT রেঞ্জ ২০০-১,০০০ ভোল্ট। বাংলাদেশের জন্য সবচেয়ে ঠান্ডা সেল তাপমাত্রা ৫ ডিগ্রি (উত্তরে পরিষ্কার শীতের ভোর) এবং সবচেয়ে গরম সেল তাপমাত্রা ৭০ ডিগ্রি (মে মাসে রোদে পোড়া কালো ছাদ) ধরুন।

সর্বোচ্চ দৈর্ঘ্য (ঠান্ডা পরীক্ষা): ৫ ডিগ্রিতে Voc = ৪৯.৫ x [1 + ০.০০২৮ x (25 - 5)] = ৪৯.৫ x ১.০৫৬ = ৫২.৩ ভোল্ট প্রতি মডিউল। সর্বোচ্চ মডিউল = floor(১,১০০ / ৫২.৩) = ২১। ২২ মডিউলের স্ট্রিং সেই ঠান্ডা সকালে প্রায় ১,১৫০ ভোল্টে পৌঁছাত — ইনভার্টারের সীমার ওপরে।

সর্বনিম্ন দৈর্ঘ্য (গরম পরীক্ষা): ৭০ ডিগ্রিতে Vmp = ৪১.২ x [1 - ০.০০৩৮ x (70 - 25)] = ৪১.২ x ০.৮২৯ = ৩৪.২ ভোল্ট প্রতি মডিউল। সর্বনিম্ন মডিউল = ceil(২০০ / ৩৪.২) = ৬। ৬ মডিউলের কম স্ট্রিং গরম দুপুরে MPPT সর্বনিম্নের নিচে পড়ে ঠিকভাবে ট্র্যাক করা বন্ধ করত।

তাই বৈধ উইন্ডো ৬ থেকে ২১ মডিউল — প্রশস্ত, কিন্তু বুদ্ধিমান ডিজাইন থাকে এর ওপরের-মাঝামাঝি অংশে। ২০ মডিউলের স্ট্রিং STC-তে প্রায় ৮২৪ ভোল্টে চলে, সাধারণ আবহাওয়ায় MPPT রেঞ্জের ভেতরে স্বস্তিতে থাকে, দুই প্রান্তেই মার্জিনসহ; এটি স্ট্রিং কারেন্টকে একটি মডিউলের Imp-এ রাখে, যা প্রতি-MPPT কারেন্ট সীমার বিপরীতে যাচাই করা হয়। ৬ মডিউলের স্ট্রিং বৈধ কিন্তু ভঙ্গুর: একটি ছায়াযুক্ত মডিউল, একটি গরম দুপুর, আর তা উইন্ডোর বাইরে। বাস্তবে বাণিজ্যিক ডিজাইনাররা ১,১০০ ভোল্ট ইনভার্টারে ১৬-২১টি এবং ১,৫০০ ভোল্ট সিস্টেমে ২৪-২৮টি মডিউল নেন, তারপর আসল মডিউল ও ইনভার্টার ডেটাশিটের বিপরীতে যাচাই করেন — কখনো উল্টোভাবে নয়।

স্ট্রিং দৈর্ঘ্যের বাইরে চারটি পরীক্ষা

দৈর্ঘ্য প্রয়োজনীয় কিন্তু যথেষ্ট নয়। সম্পূর্ণ স্ট্রিং ডিজাইন আরও যাচাই করে:

১. প্রতি MPPT ইনপুটে কারেন্ট। প্রতি MPPT-এ ইনভার্টারের সর্বোচ্চ ইনপুট কারেন্ট ও সর্বোচ্চ শর্ট-সার্কিট কারেন্ট সমান্তরাল স্ট্রিংগুলোর মিলিত Isc-এর (IEC 62548 / NEC 690.8 অনুযায়ী ১.২৫ নিরাপত্তা ফ্যাক্টরসহ) বেশি হতে হবে। দুটি স্ট্রিংয়ের জন্য রেটেড MPPT ইনপুটে তিনটি উচ্চ-কারেন্ট স্ট্রিং বসানো ডিজাইন ভুল যা প্রতিটি রোদেলা দিনে ক্লিপিং হিসেবে দেখা দেয়। ২. এক দিক, এক MPPT। আলাদা দিকে মুখ করা, বা আলাদা টিল্টের স্ট্রিং আলাদা ভোল্টেজ ও কারেন্ট তৈরি করে; এক MPPT-এ সমান্তরাল করলে আপস অপারেটিং পয়েন্টে চলতে বাধ্য হয় আর শক্তি নষ্ট হয়। প্রতিটি দিকের জন্য আলাদা MPPT ইনপুট দিন। ছায়ার ক্ষেত্রেও একই নিয়ম: বিকেল ৪টায় প্যারাপেটের ছায়া পাওয়া স্ট্রিং ছায়াহীন স্ট্রিংয়ের সঙ্গে এক MPPT ভাগ করবে না, যেমন আমাদের শেডিং অ্যানালাইসিস গাইডে ব্যাখ্যা করা হয়েছে — একটি ছায়াযুক্ত সেল পুরো স্ট্রিংকে সীমিত করতে পারে, আর মিশ্র MPPT সেই ক্ষতি আরও ছড়িয়ে দেয়। ৩. স্টার্টআপ ভোল্টেজ, শুধু MPPT সর্বনিম্ন নয়। অনেক ইনভার্টার চালু হতে ট্র্যাকিং চালিয়ে যাওয়ার চেয়ে বেশি ভোল্টেজ চায়। স্ট্রিংয়ের গরম-সকালের ভোল্টেজ স্টার্টআপ থ্রেশহোল্ড ও MPPT সর্বনিম্নের মাঝে থাকলে ইনভার্টার দেরিতে চালু হয় আর গরম দিনে প্রথম ঘণ্টার উৎপাদন হারায়। ডেটাশিটে স্টার্টআপ সংখ্যাটি দেখুন, শুধু MPPT রেঞ্জ নয়। ৪. মিলিয়ে কেবল ও সুরক্ষা। স্ট্রিং দৈর্ঘ্য রুটের দৈর্ঘ্য নির্ধারণ করে, আর রুটের দৈর্ঘ্য ভোল্টেজ ড্রপ নির্ধারণ করে — স্ট্রিং সার্কিট ২% ড্রপের নিচে থাকা উচিত, যেমন আমাদের ডিসি কেবল সাইজিং গাইডে দেখানো হয়েছে। ফিউজ ও আইসোলেটর রেটিং স্ট্রিং Isc ও ইনভার্টার সর্বোচ্চ থেকে আসে, আর মিশ্র-ব্র্যান্ড MC4 কানেক্টর স্ট্রিং গণিত যত ভালোই হোক আগুনের ঝুঁকি থেকেই যায়, যেমন আমাদের অগ্নি-সুরক্ষা গাইডে ব্যাখ্যা করা হয়েছে।

যখন কোনো বৈধ স্ট্রিং দৈর্ঘ্য থাকে না

কখনো কখনো দুই সীমা সংঘর্ষে পড়ে: ঠান্ডা পরীক্ষা বলে সর্বোচ্চ ২৬ মডিউল, গরম পরীক্ষা বলে সর্বনিম্ন ২৭, আর কোনো পূর্ণসংখ্যাই দুটো মানে না। এটি হিসাবের ভুল নয়, বাস্তব ফল — উচ্চ-ভোল্টেজ মডিউল ও সরু MPPT উইন্ডোর ইনভার্টারে ঘটে। সৎ সমাধানগুলো ক্রমানুসারে: ছোট ভোল্টেজ তাপমাত্রা সহগের মডিউল বাছুন; প্রশস্ত MPPT রেঞ্জের ইনভার্টার বাছুন; অথবা ছোট স্ট্রিং নিয়ে ছোট, পরিমাপ করা গরম-দিনের কার্টেলমেন্ট মেনে নিন (প্রায়ই বার্ষিক শক্তির ০.২%-এর নিচে)। যা গ্রহণযোগ্য নয় তা হলো একটি সীমা চুপচাপে উপেক্ষা করা — ঠান্ডা সকালে ওভারভোল্টেজ ট্রিপ ইনভার্টার ফল্ট, আর প্রতি গ্রীষ্মের দুপুরে MPPT থেকে বেরিয়ে যাওয়া স্ট্রিং স্থায়ী উৎপাদন ক্ষতি। যেভাবেই হোক, স্ট্রিং শিডিউল — প্রতিটি স্ট্রিংয়ের মডিউল সংখ্যা, দিক, MPPT বরাদ্দ ও হিসাব করা ভোল্টেজ — হস্তান্তর ফাইলে স্বাক্ষরিত নথি হিসেবে থাকা উচিত, আমাদের কমিশনিং ও হস্তান্তর চেকলিস্টের বৈদ্যুতিক পরীক্ষার পাশাপাশি, যাতে ভবিষ্যতের সম্প্রসারণ বা ফল্ট তদন্ত আসল ডিজাইন থেকে শুরু হয়, অনুমান থেকে নয়।

স্ট্রিং ডিজাইন আধা পৃষ্ঠার হিসাব যা ২৫ বছরের সম্পদ রক্ষা করে। ডিজাইন টেবিলে করা হলে এর খরচ শূন্য; ছাদে আবিষ্কৃত হলে এর খরচ স্ট্রিং, ইনভার্টার, বা দুটোই — আর তা প্ল্যান্টের উৎপাদিত প্রতিটি কিলোওয়াট-ঘণ্টায় নীরবে কর বসায়।

সাধারণ জিজ্ঞাসা

একটি স্ট্রিংয়ে কয়টি মডিউল বসানো যায়?

এটি মডিউল ও ইনভার্টারের ওপর নির্ভর করে, নির্দিষ্ট সংখ্যার ওপর নয়। সর্বোচ্চ বের করুন ঠান্ডা-তাপমাত্রার Voc থেকে ইনভার্টারের সর্বোচ্চ ডিসি ভোল্টেজের বিপরীতে, আর সর্বনিম্ন বের করুন গরম-তাপমাত্রার Vmp থেকে MPPT সর্বনিম্ন ভোল্টেজের বিপরীতে। বাংলাদেশে ৪৯.৫ ভোল্ট Voc মডিউলসহ সাধারণ ১,১০০ ভোল্ট বাণিজ্যিক ইনভার্টারে উইন্ডো প্রায় ৬ থেকে ২১ মডিউল, যার মধ্যে ১৬-২১ বুদ্ধিমান ডিজাইন রেঞ্জ।

ঠান্ডা আবহাওয়ায় স্ট্রিং ভোল্টেজ কেন বাড়ে?

Voc তাপমাত্রা সহগ ঋণাত্মক (প্রতি ডিগ্রিতে প্রায় -০.২৮%), তাই সেল ঠান্ডা হলে ভোল্টেজ বাড়ে। ২৫ ডিগ্রিতে ৪৯.৫ ভোল্ট রেটেড মডিউল ৫ ডিগ্রিতে প্রায় ৫২.৩ ভোল্টে পৌঁছায় — ৫.৬% বৃদ্ধি। STC-তে ইনভার্টার সীমায় আঁটা স্ট্রিং শীতের ঠান্ডা সকালে তা ছাড়িয়ে যেতে পারে, তাই সর্বোচ্চ-দৈর্ঘ্য পরীক্ষায় সবচেয়ে ঠান্ডা প্রত্যাশিত তাপমাত্রা ব্যবহার করতে হবে।

গরম দিনে স্ট্রিং MPPT সর্বনিম্নের নিচে পড়লে কী হয়?

ইনভার্টার আর সর্বোচ্চ পাওয়ার পয়েন্ট ট্র্যাক করতে পারে না, তাই উৎপাদন কমে যায় বা ভোল্টেজ ফিরে না আসা পর্যন্ত ইনভার্টার উৎপাদন বন্ধ করে দেয়। ছোট স্ট্রিংয়ে গরম দুপুরে এটি সবচেয়ে সম্ভাব্য। গরম-তাপমাত্রার Vmp (বাংলাদেশে প্রায় ৭০ ডিগ্রি সেল তাপমাত্রা) থেকে সর্বনিম্ন দৈর্ঘ্য ডিজাইন করলে এটি প্রতিরোধ করা যায়।

এক MPPT-এ আলাদা দিক বা ছায়াযুক্ত ও ছায়াহীন স্ট্রিং মেশানো যায়?

না — আলাদা দিক ও ছায়ার ধরন আলাদা ভোল্টেজ ও কারেন্ট তৈরি করে, আর ভাগ করা MPPT আপস বিন্দুতে ট্র্যাক করে দুই পক্ষেরই শক্তি নষ্ট করে। প্রতিটি দিক ও প্রতিটি আলাদা ছায়ার ধরনকে নিজস্ব MPPT ইনপুট দিন, এবং সমান্তরাল গ্রুপের ভেতরে স্ট্রিং দৈর্ঘ্য সামঞ্জস্যপূর্ণ রাখুন।

কোনো স্ট্রিং দৈর্ঘ্যই দুই সীমা না মানলে কী করব?

ছোট ভোল্টেজ তাপমাত্রা সহগের মডিউল বাছুন, প্রশস্ত MPPT রেঞ্জের ইনভার্টার বাছুন, অথবা ছোট স্ট্রিং নিয়ে ছোট পরিমাপ করা গরম-দিনের কার্টেলমেন্ট মেনে নিন। কখনো একটি সীমা উপেক্ষা করবেন না: ওভারভোল্টেজ ইনভার্টার ক্ষতির ঝুঁকি, আর দীর্ঘস্থায়ী MPPT ড্রপআউট স্থায়ী উৎপাদন ক্ষতি। সিদ্ধান্তটি স্ট্রিং শিডিউলে লিখে রাখুন।

সূত্র: IEC 62548 (PV অ্যারে ডিজাইন, ডিসি ওয়্যারিং, সুরক্ষা, সুইচিং ও আর্থিং); NEC 690.7 (সর্বোচ্চ ভোল্টেজ, তাপমাত্রা-সংশোধিত Voc) ও NEC 690.8 (১.২৫ x Isc ডিজাইন কারেন্ট); স্ট্রিং-সাইজিং পদ্ধতি — সর্বোচ্চ মডিউল = ইনভার্টার সর্বোচ্চ ডিসি ভোল্টেজ / সবচেয়ে ঠান্ডা তাপমাত্রায় Voc, সর্বনিম্ন = MPPT সর্বনিম্ন / সবচেয়ে গরম তাপমাত্রায় Vmp (রুফটপ পরীক্ষায় সেল তাপমাত্রা প্রায় ৭০ ডিগ্রি পর্যন্ত); হিসাবের উদাহরণের সংখ্যা — মডিউল Voc ৪৯.৫ ভোল্ট, Vmp ৪১.২ ভোল্ট, beta-Voc -০.২৮%/ডিগ্রি, beta-Vmp -০.৩৮%/ডিগ্রি; ইনভার্টার MPPT উইন্ডো ও স্টার্টআপ-ভোল্টেজ ধারণা প্রস্তুতকারকের স্ট্রিং-সাইজিং নির্দেশনা থেকে।