ระบบโซลาร์ PV คืออะไร
ระบบโซลาร์เซลล์ (Solar PV system) ใช้แผง PV เปลี่ยนแสงอาทิตย์เป็นไฟฟ้า ไฟที่ได้ใช้โดยตรงก็ได้ เก็บในแบตเตอรี่ก็ได้ ส่งเข้ากริดการไฟฟ้าก็ได้ หรือรวมกับแหล่งผลิตอื่นเช่นเครื่องปั่นไฟดีเซลก็ได้ PV เหมาะกับโหลดหลากหลายมาก ทั้งบ้าน ฟาร์ม โรงงาน เสาสัญญาณ ปั๊มน้ำ และเมื่อติดตั้งแล้วเป็นแหล่งพลังงานที่เชื่อถือได้และสะอาดที่สุดแหล่งหนึ่ง
การออกแบบคือการหาขนาด: โหลดต้องการพลังงานเท่าไร ต้องใช้แผงกี่ใบถึงผลิตได้ และอินเวอร์เตอร์ แบตเตอรี่ ชาร์จคอนโทรลเลอร์ ต้องใหญ่แค่ไหนถึงส่งพลังงานนั้นได้อย่างปลอดภัย 5 ขั้นตอนด้านล่างใช้ในคู่มือ Support ของ LEONICS มาตั้งแต่ปี 2009 ตัวเลขและตัวอย่างคำนวณปรับให้ตรงกับแผง 400-600 Wp และแบตเตอรี่ลิเธียมของยุคนี้
ถ้าอยากให้เครื่องคำนวณให้ เครื่องมือฟรี Solar Insight ใช้วิธีเดียวกันกับข้อมูลแสงแดดของไทย
องค์ประกอบหลัก
| องค์ประกอบ | หน้าที่ |
|---|---|
| แผง PV | เปลี่ยนแสงอาทิตย์เป็นไฟ DC ดู พื้นฐานโซลาร์เซลล์ |
| โซลาร์ชาร์จคอนโทรลเลอร์ | ควบคุมแรงดันและกระแสจากอาร์เรย์เข้าแบตเตอรี่ กันชาร์จเกิน ยืดอายุแบตเตอรี่ |
| อินเวอร์เตอร์ | แปลง DC จากอาร์เรย์หรือแบตเตอรี่เป็น AC สะอาดให้เครื่องใช้ไฟฟ้า หรือส่งออกกริด |
| แบตเตอรี่ | เก็บพลังงานไว้ใช้กลางคืนและวันเมฆมาก |
| โหลด | เครื่องใช้ไฟฟ้าที่ระบบต้องจ่าย: ไฟ พัดลม ตู้เย็น ปั๊ม คอมพิวเตอร์ |
| แหล่งเสริม | เครื่องปั่นไฟดีเซล กังหันลม หรือกริดการไฟฟ้า เป็นสำรองหรือแหล่งที่สอง |
ขั้นที่ 1 — หาความต้องการพลังงาน
1.1 ทำรายการเครื่องใช้ไฟฟ้าทุกชิ้น พร้อมกำลัง (W) และชั่วโมงใช้งานต่อวัน คูณกันได้วัตต์-ชั่วโมงต่อวันของแต่ละชิ้น แล้วบวกรวม นั่นคือพลังงานรายวันที่โหลดใช้
1.2 คูณด้วย 1.3 เผื่อความสูญเสียในระบบ ทั้งสายไฟ ชาร์จคอนโทรลเลอร์ การชาร์จ-จ่ายของแบตเตอรี่ และอินเวอร์เตอร์ ผลลัพธ์คือพลังงานรายวันที่ อาร์เรย์ต้องผลิต
พลังงานจากอาร์เรย์ (Wh/วัน) = พลังงานโหลดรวม (Wh/วัน) × 1.3
ตู้เย็นและแอร์ให้ใช้รอบการทำงานของคอมเพรสเซอร์ ไม่ใช่ 24 ชั่วโมง ตู้เย็นที่ "เปิด" ทั้งวันมักเดินคอมเพรสเซอร์ราวครึ่งเวลา
ขั้นที่ 2 — หาขนาดแผง
พลังงานที่แผงผลิตได้ขึ้นกับขนาดแผงและภูมิอากาศของพื้นที่ Panel generation factor (PGF) รวมศักยภาพแสงแดดในพื้นที่กับความสูญเสียของอาร์เรย์แบบติดตั้งอยู่กับที่ไว้เป็นตัวเลขเดียว สำหรับประเทศไทยค่าที่ใช้กันมานานคือ 3.43 คือทุก 1 Wp ที่ติดตั้งให้พลังงานเฉลี่ยราว 3.4 Wh ต่อวันตลอดปี พื้นที่แดดจัดกว่าใช้ค่าสูงกว่า หลังคาที่มีเงาบังหรือเอียงไม่ดีต้องใช้ค่าต่ำกว่า
2.1 วัตต์-พีครวมที่ต้องการ = พลังงานอาร์เรย์จากข้อ 1.2 ÷ PGF
2.2 จำนวนแผง = Wp รวม ÷ กำลังของแผงที่จะใช้ ปัดขึ้น
ผลที่ได้คือ ขั้นต่ำ ติดแผงมากกว่านี้ระบบจะทำงานดีขึ้นในวันเมฆมากและแบตเตอรี่อายุยืนขึ้น ติดน้อยกว่านี้แบตเตอรี่จะไม่เคยชาร์จเต็มและเสียเร็ว
ขั้นที่ 3 — หาขนาดอินเวอร์เตอร์
- กำลังของอินเวอร์เตอร์ต้องไม่ต่ำกว่ากำลังรวมของเครื่องใช้ที่อาจทำงานพร้อมกัน และแรงดันด้าน DC ต้องตรงกับชุดแบตเตอรี่
- ออฟกริด: เลือกอินเวอร์เตอร์ ใหญ่กว่ากำลังรวมของเครื่องใช้ 25-30%
- มอเตอร์และคอมเพรสเซอร์ (ปั๊ม ตู้เย็น แอร์) มีกระแสกระชากตอนสตาร์ต เผื่อ อย่างน้อย 3 เท่าของกำลังพิกัด บวกจากโหลดอื่น หรือดูค่า surge ของอินเวอร์เตอร์
- เชื่อมกริด: กำลังอินเวอร์เตอร์ควรใกล้เคียงอาร์เรย์ (อัตราส่วน DC/AC 1.0 ถึงราว 1.3 เป็นแนวปฏิบัติทั่วไป ไฮบริดอินเวอร์เตอร์เช่น C&I All-in-One ESS รับได้ถึง 2:1)
ขั้นที่ 4 — หาขนาดแบตเตอรี่
แบตเตอรี่ต้องเก็บพลังงานพอสำหรับโหลดตอนกลางคืนและวันเมฆมาก ใช้แบตเตอรี่ที่ออกแบบมาชาร์จ-จ่ายทุกวัน: ลิเธียม LFP ในระบบใหม่แทบทั้งหมด ตะกั่วกรดแบบ deep-cycle ในระบบเก่าหรือระบบเล็กมาก
ความจุแบตเตอรี่ (Ah) = พลังงานโหลดต่อวัน (Wh) × จำนวนวันสำรอง ÷ (ประสิทธิภาพแบตเตอรี่ × ความลึกการจ่าย × แรงดันพิกัด)
| พารามิเตอร์ | ตะกั่วกรด (deep-cycle) | ลิเธียม LFP |
|---|---|---|
| ประสิทธิภาพชาร์จ-จ่าย | ~0.85 | ~0.95 |
| ความลึกการจ่ายที่ใช้ได้ (DoD) | 0.5-0.6 | 0.8-0.9 |
| อายุรอบ | ~1,000-2,000 | 6,000-8,000 |
ขั้นที่ 5 — หาขนาดโซลาร์ชาร์จคอนโทรลเลอร์
ชาร์จคอนโทรลเลอร์ระบุพิกัดเป็นแอมป์และโวลต์ ต้องตรงกับแรงดันอาร์เรย์และแบตเตอรี่ และต้องรับกระแสเต็มของอาร์เรย์ได้
- แบบ PWM (อนุกรม): พิกัด = กระแสลัดวงจรของอาร์เรย์ (Isc ทุกสตริงรวมกัน) × 1.3 เผื่อความปลอดภัย
- แบบ MPPT: คิดจากกระแสชาร์จ = Wp ของอาร์เรย์ ÷ แรงดันแบตเตอรี่ คูณ 1.2 และแรงดันเปิดวงจร (Voc) ของสตริงต้องไม่เกินแรงดันขาเข้าสูงสุดของคอนโทรลเลอร์ วิธีเต็มอยู่ใน พื้นฐาน MPPT ชาร์จคอนโทรลเลอร์
ตัวอย่างคำนวณ — บ้านหนึ่งหลังบนระบบออฟกริด
โหลด
| เครื่องใช้ | กำลัง | ชั่วโมง/วัน | Wh/วัน |
|---|---|---|---|
| หลอด LED (4 × 9 W) | 36 W | 5 ชม. | 180 |
| พัดลมเพดาน | 60 W | 6 ชม. | 360 |
| ตู้เย็น (คอมเพรสเซอร์เดิน ~50%) | 100 W | 24 ชม. × 0.5 | 1,200 |
| โน้ตบุ๊ก + เราเตอร์ | 60 W | 6 ชม. | 360 |
| รวม | 256 W | 2,100 Wh/วัน |
ขั้นที่ 2 — แผง: 2,730 ÷ 3.43 = 796 Wp → 796 ÷ 450 Wp = 1.77 → แผง 450 Wp จำนวน 2 ใบ (900 Wp)
ขั้นที่ 3 — อินเวอร์เตอร์: 256 W × 1.3 = 333 W แต่คอมเพรสเซอร์ตู้เย็นต้องการ surge 3 × 100 W = 300 W บวกโหลดอื่น 156 W → ราว 460 W → เลือกอินเวอร์เตอร์ 1 kW ซึ่งเป็นขนาดเล็กสุดที่มีทั่วไป และเผื่อโหลดในอนาคตด้วย
ขั้นที่ 4 — แบตเตอรี่ (LFP 48 V สำรอง 2 วัน): 2,100 × 2 ÷ (0.95 × 0.85 × 48) = 108 Ah ที่ 48 V ราว 5.2 kWh → แพ็ก LFP 48 V / 5 kWh หรือโมดูล 2.5 kWh สองชุด
เทียบกับบ้านเดียวกันบนตะกั่วกรด: 2,100 × 2 ÷ (0.85 × 0.6 × 48) = 172 Ah ที่ 48 V (ความจุป้าย 8.2 kWh) ต้องใช้แบตเตอรี่มากกว่า 60% เพื่อบริการเท่ากัน นี่คือเหตุผลที่ LFP มาแทนตะกั่วกรด
ขั้นที่ 5 — ชาร์จคอนโทรลเลอร์ (MPPT): กระแสชาร์จ = 900 Wp ÷ 48 V = 18.75 A × 1.2 = 22.5 A → MPPT 48 V / 25-30 A แผง 450 Wp สองใบต่ออนุกรม Vmp ≈ 2 × 41 V = 82 V และ Voc ≈ 2 × 49 V = 98 V คอนโทรลเลอร์จึงต้องรับแรงดันเปิดวงจรอย่างน้อย 100 V (รุ่นขาเข้า 150 V คือทางเลือกที่ปลอดภัย)
ข้อผิดพลาดที่พบบ่อยในการออกแบบ
- หาขนาดแผงจากกำลังเครื่องใช้แทนที่จะเป็นพลังงานรายวัน บ้าน 256 W ไม่ได้ต้องการแผง 256 Wp แต่ต้องการ Wp ที่ผลิตได้ 2,730 Wh ต่อวัน
- ลืม surge ของคอมเพรสเซอร์ ตู้เย็นและปั๊มทำให้อินเวอร์เตอร์ที่เล็กไปตัดตอนสตาร์ต
- แบตเตอรี่ไม่มีเผื่อ ขนาดพอดีโหลดวันนี้ไม่เหลือให้พัดลมตัวใหม่หน้าร้อนหน้า และอายุรอบสั้นลง
- มองข้าม Voc ตอนเช้าที่อากาศเย็น แรงดันเปิดวงจรสูงขึ้นเมื่ออุณหภูมิลด ต้องเช็คสตริงกับขาเข้าสูงสุดของคอนโทรลเลอร์โดยมีเผื่อ
- ข้ามการต่อกราวด์และป้องกันเสิร์จ บนอาร์เรย์หลังคาในเขตฟ้าผ่าบ่อย
คำถามที่พบบ่อย
ต้องใช้แผงโซลาร์กี่แผง
เอาพลังงานรายวัน (Wh) คูณ 1.3 แล้วหารด้วย panel generation factor ของพื้นที่ (ไทยราว 3.4) แล้วหารด้วยกำลังแผง บ้านที่ใช้ 2,100 Wh ต่อวันต้องการราว 800 Wp คือแผง 450 Wp สองใบPanel generation factor คืออะไร
ตัวเลขเดียวที่รวมพลังงานแสงอาทิตย์เฉลี่ยรายวันของพื้นที่กับความสูญเสียของอาร์เรย์แบบติดตั้งอยู่กับที่ คือ Wh ที่ผลิตได้ต่อวันต่อ 1 Wp ที่ติดตั้ง ค่าที่ใช้กันมานานของไทยคือ 3.43 พื้นที่แดดจัดหรือเอียงดีกว่าจะสูงกว่า หลังคามีเงาบังจะต่ำกว่าอินเวอร์เตอร์ควรใหญ่แค่ไหน
ระบบออฟกริดใหญ่กว่ากำลังรวมของเครื่องใช้ 25-30% บวกสามเท่าของพิกัดมอเตอร์หรือคอมเพรสเซอร์สำหรับกระแสสตาร์ต ระบบเชื่อมกริดใกล้เคียง Wp ของอาร์เรย์คำนวณขนาดแบตเตอรี่ระบบโซลาร์อย่างไร
Ah ของแบตเตอรี่ = Wh ของโหลดต่อวัน × จำนวนวันสำรอง ÷ (ประสิทธิภาพ × ความลึกการจ่าย × แรงดันแบตเตอรี่) LFP ใช้ประสิทธิภาพ 0.95 และ DoD 0.85 ตะกั่วกรดใช้ 0.85 และ 0.6ควรใช้ชาร์จคอนโทรลเลอร์ PWM หรือ MPPT
MPPT สำหรับระบบที่เกินไม่กี่ร้อยวัตต์ สตริงแรงดันสูง หรือสายยาว ให้พลังงานมากกว่า 10-30% ส่วน PWM เฉพาะระบบ 12 V เล็กมากที่ราคาเป็นตัวตัดสินเพิ่มแผงภายหลังได้ไหม
ได้ ถ้าอินเวอร์เตอร์หรือชาร์จคอนโทรลเลอร์มีขาเข้าเหลือ และชุดแบตเตอรี่รับพลังงานเพิ่มได้ วางแผนแรงดัน DC และพิกัดกระแสของคอนโทรลเลอร์เผื่อการขยายตั้งแต่แรกสรุป
5 ขั้นตอนพาจากรายการเครื่องใช้ไปถึงแบบระบบ PV ครบชุด: พลังงานรายวัน ×1.3, แผงจาก panel generation factor, อินเวอร์เตอร์เผื่อ 25-30% (3 เท่าสำหรับมอเตอร์), แบตเตอรี่จากวันสำรองและความลึกการจ่าย, และชาร์จคอนโทรลเลอร์ตามกระแสและแรงดันของอาร์เรย์ แผง 450 Wp และแบตเตอรี่ LFP ยุคใหม่ทำให้ระบบเล็กลงและอายุยืนกว่าตัวอย่างเมื่อสิบปีก่อน
ลองคำนวณของคุณเองใน Solar Insight อ่าน คู่มือหาขนาด BESS และ ROI สำหรับระบบเชิงพาณิชย์ หรือ ส่งรายการโหลด ให้วิศวกร LEONICS ออกแบบให้