การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

ไฟฟาจากแสงอาทตย

1 - 1

บทท 1 ไฟฟาจากแสงอาทตย

ไฟฟาโดยเซลลแสงอาทตยเปนการเปลยนพลงงานแสงจากดวงอาทตยเปนไฟฟากระแสตรง

ขนตอนเดยวโดยไมมสวนเคลอนไหวใดๆ ไฟฟาดงกลาวใชประโยชนไดเชนเดยวกบไฟฟาจากแหลงผลตอนๆ สามารถใชกบเครองใชไฟฟากระแสตรงไดโดยตรง เชนระบบเซลลแสงอาทตยทใชในรถยนต และใชกบเครองใชกระแสสลบโดยผานเครองแปลงเปนกระแสสลบทเรยกวาอนเวอรเตอร นอกจากนไฟฟาจากพลงงานทดแทนอนๆ อาท พลงงานความรอน พลงงานลม และพลงงานคลนใน มหาสมทร พลงงานทกลาวมาลวนมแสงจากดวงอาทตยเปนพลงงานตนทาง

เนองจากแสงอาทตยเฉพาะเวลากลางวน จงจ าเปนตองเกบส ารองไฟฟาโดยแบตเตอร เพอใชในเวลากลางคน และประสทธภาพการผลตไฟฟาโดยแสงอาทตยขนตรงตอความเขมของแสงอาทตยรวมถงอณหภมซงจะเพมขนจากการตากแดด ท าใหประสทธภาพลดต าลง ดงนนการตดตงใชงานควรอยกลางแจงหนหนาเขาหาดวงอาทตยและเวนชองวางเพอชวยระบายความรอนดานหลง (หากอยในซกโ ล ก เหน อ เ ช นปร ะ เทศ ไทย ก เ อ ย ง ไปทา งท ศ ใต ) จ ะ ไ ด พล ง ง าน ไฟ ฟ า เ ฉล ย ม ากท ส ด 1.1 เซลลแสงอาทตยผลตไฟฟาไดอยางไร

เซลลแสงอาทตยเปนสารกงตวน าชนดหนง เมอแสงอาทตยตกกระทบเซลลแสงอาทตยจะท าใหเกดอเลกตรอนอสระและความตางศกยทผวทงสองของเซลลแสงอาทตย ดงนนเมอมการเชอมตอระหวางผวทงสองของเซลลแสงอาทตยกจะเกดการไหลของอเลกตรอน เพอใหเกดสมดลระหวางผวทงสองดานของเซลลแสงอาทตย ซงการไหลของอเลกตรอนท าใหเกดพลงงานไฟฟา จะเหนไดวาเปนวธเปลยนรปพลงงานแสงใหเปนไฟฟาโดยตรงทสด งายทสด ไมมการเคลอนไหวของชนสวนใดๆ ไมมการ

รปท 1.1 ไฟฟาจากพลงงานแสงอาทตยในแบบตางๆ

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

ไฟฟาจากแสงอาทตย

1 - 2

สกหรอใดๆ ดงแสดงในรปท 1.2 ดงนนตราบเทาทเซลลแสงอาทตยยงคงสภาพสารกงตวน าและแสงอาทตยตกกระทบสผวเซลลแสงอาทตยกจะผลตไฟฟาออกมาใหตลอดไป (ในทางปฏบตผผลตเซลลแสงอาทตยรบประกนอายการใชงานของเซลลแสงอาทตยกวายสบปขนไป)

พลงงานไฟฟาทผลตไดจะ

เปนสดสวนโดยตรงกบความเขมแสงอาทตยทเพมขนหรอลดลง ต ว อย า ง เ ช นหากแผง เ ซลลแสงอาทตยผลตไฟฟาได 100 วตต เมอมความเขมแสง 1,000 วตต/ตารางเมตร นนคอทความเขมแสงอาทตย 500 วตต/ตารางเมตร กจะผลตไฟฟาได 50 วตต เปนตน โดยทวไปประสทธภาพการแปลงพลงงานของเซลลแสงอาทตยอยระหวางรอยละ 7-19 ขนอยกบเทคโนโลยของเซลลแบบตางๆ

กรณระบบไฟฟาเซลลแสงอาทตยแบบเชอมตอกบระบบจ าหนายของการไฟฟาไมจ าเปนตองม

แบตเตอรส าหรบเกบส ารองพลงงานอยางกรณของระบบไฟฟาเซลลแสงอาทตยแบบอสระ เพราะสามารถจายไฟฟาใหกบระบบจ าหนายโดยตรง และมขอดเพราะจะไปชวยเสรมความมนคงของระบบไฟฟา ในชวงเวลาทมการใชไฟฟามากตามส านกงาน โรงงาน ฯลฯ ประเทศไทยเรมน าระบบผลตไฟฟาโดยเซลลแสงอาทตยมาใชประโยชนกวาสามสบปมาแลวจนถงปจจบนรวมไดมากกวา 30 เมกะวตต โดยกวารอยละ 90 ใชในชนบทหางไกล ซงยงไมมบรการของการไฟฟาฝายจ าหนาย เพราะเปนทางเลอกคาใชจายต าทสด ส าหรบในอนาคตอนไมไกลนกจะเรมมการน ามาใชในเขตทมการบรการแลว ในลกษณะตอเชอมเขากบระบบจ าหนายของการไฟฟาได ภาพรวมขององคประกอบระบบไฟฟาเซลลแสงอาทตยดงแสดงในรปท 1.3

แนวโนมของราคาของระบบไฟฟาเซลลแสงอาทตยลดต าลงมาใกลกบราคาไฟฟาทผลตจากเชอเพลงเผาไหมเขาไปทกท ในขณะทราคาเชอเพลงเผาไหมสงขนอยางเรว และสงคมเรมมความกงวลเพมขนเกยวกบผลกระทบเรองคณภาพของอากาศ น า สภาพแวดลอมเปนพษ จากการเผาไหม ถานหน กาซ น ามน ฯลฯ นอกจากนการจดประเภทการใชงานสามารถแสดงไดดงรปท 1.4 สามารถแบงได 2

รปท 1.2 การเกดไฟฟาจากเซลลแสงอาทตย

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

ไฟฟาจากแสงอาทตย

1 - 3

ประเภทหลก คอ ระบบไฟฟาเซลลแสงอาทตยแบบเชอมตอกบระบบจ าหนาย และระบบไฟฟาเซลลแสงอาทตยแบบอสระ

เซลลแสงอาทตยมก าเนดในชวงป ค.ศ. 1950 ท Bell Telephone Laboratory ประเทศ

สหรฐอเมรกา โดยวตถประสงคเบองตน เพอผลตไฟฟาจากแสงอาทตย ส าหรบใชในโครงการอวกาศ ตอจากนนจงไดเรมน ามาใชอยางกวางขวาง และขยายผลสระดบอตสาหกรรมเซลลแสงอาทตยของโลก เมอปลายทศวรรษท 50 เปนตนมา ในรปท 1.5 แสดงความเปนมาและแนวโนมเทคโนโลยเซลลแสงอาทตย ในระยะแรกเซลลแสงอาทตยมราคาแพงมาก จงจ ากดการใชงานอยเฉพาะในงานวทยสอสาร และไฟฟาแสงสวางขนาดเลกในพนทหางไกลเทานน ตอมาในชวงป ค.ศ. 1970 ภาครฐในประเทศสหรฐอเมรกา เยอรมน และญปน ไดสงเสรมการผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตยอยางจรงจงและตอเนอง เปนผลใหราคาของเซลลแสงอาทตยลดลงเปนล าดบ จากเดมประมาณ 4 ลานบาทตอกโลวตต ในปจจบนคงเหลอประมาณ 1.6 แสนบาทตอกโลวตต ซงนบวาราคาของเซลลแสงอาทตยไดลดลงมามาก

รปท 1.3 องคประกอบระบบไฟฟาเซลลแสงอาทตย

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

ไฟฟาจากแสงอาทตย

1 - 4

1.2 การใชงานของเซลลแสงอาทตย ในพนทหางไกลซงระบบจ าหนายของการไฟฟายงไปไมถง ระบบไฟฟาเซลลแสงอาทตยเปน

ทางเลอกเหมาะเนองจากราคาต ากวา เมอเทยบกบเครองยนตเบนซน และดเซล โดยเฉพาะอยางยงงานดานโทรคมนาคม ไฟสญญาณ การชวยเดนเรอ เดนเฝายาม แตเนองจากเงนลงทนสงมากกวาระบบผลตไฟฟาแบบอนๆ มาก การหาแหลงเงนก ดอกเบยต า ปลอดดอก ผอนนาน ฯลฯ เปนอปสรรคส าคญ จงตองการความชวยเหลอจากภาครฐ ในระยะแรกๆ เปนหลก ตวอยางคอโครงการไฟฟาเซลลแสงอาทตย ส าหรบหมบานหางไกลของกรมพฒนาพลงงานทดแทนและอนรกษพลงงาน ซงรวมก าลงการตดตงสงถงกวา 2 เมกะวตต

รปท 1.4 การใชประโยชนระบบเซลลแสงอาทตย

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

ไฟฟาจากแสงอาทตย

1 - 5

เนองจากพลงงานแสงอาทตยเปนพลงงานทไมมคาเชอเพลง สะอาดและมใหอยางไมจบสน ดงนน นกวางแผนพลงงานทมวสยทศนกวางไกลไดหาหนทางสนบสนน เชน เงนกปลอดดอก ดอกเบยต า ผอนนาน รบซอไฟฟาราคาจงใจ เพอใหเกดการผลตในเชงปรมาณเพอลดราคา และ สรางงาน ฯลฯ ตวอยางความส าเรจคอ ญปน และเยอรมน กรณของญปนใหมการซอไฟฟาจากผผลตภายใตโครงการ Sunshine Project เรมเมอป ค.ศ. 1994 สามารถดงราคาของระบบไฟฟาเซลล แสงอาทตยแบบเชอมตอระบบจ าหนายจาก 2 ลานเยนตอกโลวตต ลดลงเหลอ 6 แสนเยนตอกโลวตตในระยะเวลา 12 ป โดยใหการสนบสนนแบบชวยออกคาใชจายครงหนงในปแรก คอยๆ ลดลงมาจนเหลอไมเกนรอยละสบในปหลงๆ ตอนจบโครงการจงมบานแบบดงกลาวเกอบ 3 แสนหลง และอตสาหกรรมทเกยวเนองไดขยายตวอยางมากมาย จนกลายเปนผสงออกอนดบท 1 ของโลก

เยอรมนสงทจงใจกคอรบซอไฟฟาทผลตจากพลงงานทดแทนโดยเฉพาะอยางยงจากระบบไฟฟาเซลลแสงอาทตยในราคาสงมาก ซงมผเขารวมโครงการจ านวนมากจนปจจบนเปนตลาดใหญสดในโลก โดยใชงบประมาณจากเศษเสยวของคาไฟฟาของบรษทไฟฟาทขายได และเกดปรากฏการณคลายของญปน ปจจบนอตสาหกรรมพลงงานทดแทนของเยอรมนแขงแกรงมาก ผลตเซลลแสงอาทตยสงออกเปนอนดบสองรองจากญปน และสรางงานไดอยางมหาศาล หลายประเทศในยโรปกใชวธการของเยอรมน โดยมเงอนไขจงใจทแตกตางกนบางเลกนอย สเปนซงเปนประเทศทมแดดด ลมด กกาวขนมาเปนตลาดล าดบ 3 ของโลก สหรฐอเมรกาซงเปนผก าเนดเทคโนโลยแสงอาทตยใชวธจงใจทงสองแบบบวกกบมาตรการดานลดหยอนภาษเพมเตมเขาดวย ท าใหเปาหมายของการใชเซลลแสงอาทตยของอเมรกาจะสงกวา 3 หมนเมกะวตตในป ค.ศ. 2020

รปท 1.5 ความเปนมาและแนวโนมเทคโนโลยเซลลแสงอาทตย

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

รงสอาทตย

2 - 1

บทท 2 ความรเกยวกบรงสอาทตย

รงสอาทตยจากดวงอาทตยถกน ามาใชประโยชนเพอผลตไฟฟาโดยอาศยเซลลแสงอาทตยสามารถ

ทราบคาในรปความเขมรงสอาทตยหนวยเปนวตต/ตารางเมตร และพลงงานแสงอาทตยหนวยเปนกโลวตต-ชวโมง/ตารางเมตร/วน ซงขนกบวนทและเวลา รวมถงต าแหนงบนพนโลก รงสอาทตยประกอบดวยสเปกตรมในชวงความยาวคลน 0.3 ถง 3 ไมโครเมตร เซลลแสงอาทตยแตละ ชนดสามารถตอบสนองตอสเปกตรมไดแตกตางกน ดงนนประสทธภาพในการผลตไฟฟาตางกน ในการออกแบบระบบเซลลแสงอาทตย การใชงานและการบ ารงรกษาระบบมความจ าเปนตองทราบเกยวกบคาความเขมรงสอาทตยในพนทนน และลกษณะของเซลลแสงอาทตยทเลอกใชงาน

2.1 ภมศาสตรของโลก โลกมลกษณะเปนทรงกลมร วธเพอบอกต าแหนงบนพนโลกจะบงชโดยเสนแนวตงและเสนแนว

นอนเรยกวา เสนเมอรเดยน (Meridian) และเสนศนยสตร (Equator) ทางภมศาสตรก าหนดเสนศนยสตร คอ เสนสมมตรอบดาวเคราะหทตงฉากกบแกนหมนของดาวเคราะห และมระยะหางจากขวเหนอและขวใตเทากน ดงแสดงในรปท 2.1 นนคอ เสนศนยสตรจะแบงดาวเคราะหเปนซกเหนอและซกใต โดยมละตจดเทากบศนยองศา พนทบนเสนศนยสตรนชวงเวลาของกลางวนและกลางคนยาวนานเกอบเทากนตลอดทงป นอกจากนพนทซงอยบนต าแหนงเสนละตจดตางกนจะมสภาพอากาศ (Climate) และกาลอากาศ (Weather) แตกตางกน เสนละตจดมตงแต 0 ถง 90 องศา โดยทละตจด 90 องศา ทขวโลกเหนอจะนบเปน 90 องศาเหนอ สวนขวโลกใตนบเปน 90 องศาใต

รปท 2.1 การแบงเสนศนยสตรของโลก

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

รงสอาทตย

2 - 2

2.2 รงสอาทตยบนพนโลก

รงสอาทตยบนพนโลกไดผานกระบวนการดดกลนและการแผรงสอาทตยโดยกาซในบรรยากาศเปนผลใหสเปคตรมแสงอาทตยเปลยนไปซงโมเลกลของกาซ ฝนละอองและเมฆ ท าใหรงสอาทตยกระจดกระจาย (Scatter) และสะท อน (Reflect) ในรปท 2.2

แสดงผลกระทบตอการเปลยนแปลงของรงสอาทตยเมอเขาสบรรยากาศโลกและพนโลก เมอเทยบกบรงสเหนอบรรยากาศเกดการเปลยนแปลงดงน ความเขมรงสรวมความเขมรงสทความยาวคลนใดๆ องคประกอบของสเปคตรมและทศทาง ประเภทของรงสอาทตยบนพนโลกทควรทราบ

รงสตรง (Beam or Direct Radiation) เปนรงสทมาจากดวงอาทตยโดยตรงและตกบนผวรบแสงดวยทศทางทแนนอน ณ เวลาหนงเวลาใด ซงทศของรงสตรงอยในแนวล าแสงอาทตย เนองจากรงสตรงมทศทางแนนอนและมล าแสงขนานจงสามารถรวมแสงหรอโฟกสรงสตรงได

รงสกระจาย (Diffuse Radiation) เปนรงสอาทตยสวนทถกสะทอนและกระจาย โดยกาซและ ฝนละอองรวมถงวตถตางๆ ทอยในทางเดนของแสงกอนตกกระทบผวรบแสง รงสกระจายนมาจากทกทศทางในทองฟาจงไมสามารถรวมแสงหรอโฟกสรงสกระจายได

รงสรวม (Total หรอ Global Radiation) เปนผลรวมของรงสตรงและรงสกระจายซงจ ากดเฉพาะคลนแมเหลกไฟฟาคลนสน (ไมเกน 4 ไมโครเมตร) ไมรวมพลงงานคลนยาวจากการแผรงสของพนโลกและบรรยากาศ โดยกรณผวรบแสงเปนพนเอยง (Incline plane) รงสรวมจะประกอบดวยรงสตรงจากทองฟา รงสกระจายจากทองฟาและรงสกระจายจากพนโลก อาคารบานเรอน ซงเกดจากสวนทสะทอนกลบจากพนโลก ในกรณนเรยกวา Total Radiation แตกรณผวรบแสงเปนพนแนวราบ (horizontal plane) รงสรวมบนพนราบประกอบดวยรงสตรงและรงสกระจายทมาจากครงทรงกลมทองฟา ไมมรงสกระจายทมาจากพนโลก เรยกรงสรวมบนพนแนวราบวา Global Radiation

การเปลยนแปลงของรงสรวม รงสตรงและรงสกระจายในวนทฟากระจางและวนทฟามเมฆ เนองจากปรมาณเมฆ ฝนละออง และหมอกควนมแตกตางกนตามฤดกาล ดงนนปรมาณรงสรวม รงส

รปท 2.2 ผลกระทบตางๆ ตอรงสอาทตยในบรรยากาศโลก

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

รงสอาทตย

2 - 3

กระจาย และรงสตรงจะเปลยนแปลงไปตลอดทงป ส าหรบประเทศไทย ฤดแลงมคารงสรวมและรงสตรงสงเพราะทองฟาโปรง แตฤดฝนจะมรงสสวนมากเปนรงสกระจายและรงสรวมนอย

2.3 ปรมาณรงสอาทตยในประเทศไทย

โดยทวไปศกยภาพพลงงานแสงอาทตยของพนทแหงหนงจะสงหรอต าขนอยกบรงสอาทตยทตกกระทบในพนทนน การศกษาเพอทราบปรมาณรงสอาทตยบนพนโลกซงจะใชเปนแนวทางการสงเสรมการใชประโยชนจากพลงงานแสงอาทตย ซงน าเสนอในรปแผนทศกยภาพพลงงานแสงอาทตย ส าหรบประเทศไทยมแผนทศกยภาพพลงงานแสงอาทตยของกรมพฒนาพลงงานทดแทนและอนรกษพลงงาน (กรมพฒนาและสงเสรมพลงงาน) จดท าขนในป พ.ศ. 2542 โดย มหาวทยาลยศลปากร รปท 2.3 แสดงศกยภาพพลงงานแสงอาทตยเฉลยรายป ในแตละเดอนนนการกระจายของความเขมรงสอาทตยตามบรเวณตางๆ ของประเทศไดรบอทธพลส าคญจากลมมรสมตะวนออกเฉยงเหนอ และลมมรสมตะวนตกเฉยงใต และพนทสวนใหญของประเทศไดรบรงสอาทตยสงสดระหวางเดอนเมษายน และพฤษภาคม โดยมคาอยในชวง 5.54 ถง 6.65 กโลวตต-ชวโมงตอตารางเมตร-วน

บรเวณทรบรงสอาทตยสงสดเฉลยทงปอยทภาคตะวนออกเฉยงเหนอโดยครอบคลมบางสวนของจงหวดนครราชสมา บรรมย สรนทร ศรสะเกษ รอยเอด ยโสธร อบลราชธาน และอดรธาน และบางสวนของภาคกลางทจงหวดสพรรณบร ชยนาท อยธยา และลพบร โดยไดรบรงสอาทตยเฉลยทงป 5.26 ถง 5.54 กโลวตต-ชวโมงตอตารางเมตร-วน พนทดงกลาวคดเปน 14.3 % ของพนททงหมดของประเทศ นอกจากนยงพบวา 50.2 % ของพนททงหมดรบรงสอาทตยเฉลยทงปเทากบ 4.99 ถง 5.26 กโลวตต-ชวโมงตอตารางเมตร-วน จากการค านวณรงสรวมของดวงอาทตยรายวนเฉลยตอปของพนททวประเทศ มคาเทากบ 5.04 กโลวตต-ชวโมงตอตารางเมตร-วน แสดงใหเหนวาประเทศไทยมศกยภาพพลงงานแสงอาทตยคอนขางสง

ป พ.ศ. 2543 ไดมการพฒนาเครอขายสถานวดความเขมรงสอาทตย มทงหมด 37 สถานทวประเทศ เพอใหประเทศไทยมขอมลความเขมรงสทละเอยดและถกตอง สามารถน าไปใชเพอประโยชนดานการวจย พฒนาและการประยกตใชพลงงานแสงอาทตยอยางมประสทธภาพ ปจจบนสามารถทราบขอมลพลงงานแสงอาทตยทงขอมลจากการตรวจวดจากสถานระหวางป พ.ศ. 2545-2550 และขอมลดาวเทยมเปนขอมลเฉลยรายเดอนของจงหวดและอ าเภอระหวางป พ.ศ. 2536-2541

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

รงสอาทตย

2 - 4

รปท 2.3 แผนทศกยภาพพลงงานแสงอาทตยส าหรบประเทศไทย จดท าในป พ.ศ. 2542

(หนวย : กโลวตต-ชวโมงตอตารางเมตร-วน)

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

รงสอาทตย

2 - 5

2.4 ต าแหนงดวงอาทตยและมวลอากาศ บรรยากาศของโลกมอทธพลตอสเปคตรมแสงอาทตย ถาล าแสงผานบรรยากาศในทศทางตางกน

เปนผลใหสเปคตรมแสงอาทตยทงพลงงานรวมและความเขมตางกนโดยอทธพลของบรรยากาศแสดงดวยดชนทเรยกวา มวลอากาศ (Air mass, AM) ก าหนดไวในสมการท 2.1

(2.1)

โดยท z เปนคามมระหวางแนวดงเหนอศรษะและแนวล าแสงอาทตย หรอ มมซนช (Zenith Angle) ดงแสดงในรปท 2.4

เมอดวงอาทตยอยตรงศรษะ z = 0 AM = 1

เมอดวงอาทตยท ามม 60 กบแนวดง z = 60 AM = 2 นอกบรรยากาศก าหนดวามวลอากาศมคาศนย AM = 0

เมอดวงอาทตยอยใกลขอบฟา หรอมมซนชมคาสง (z 70, AM 3) สวนโคงของโลกจะมผลตอมวลอากาศ ซงสมการทวไปของมวลอากาศจะเขยนไวในสมการท 2.2 หรอ 2.3 มวลอากาศท

ก าหนดโดยสมการท 2.1, 2.2 และ 2.3 เปนคามวลอากาศทระดบน าทะเล

(2.2) หรอ

(2.3)

รปท 2.4 มมซนช (z, Zenith Angle) มมเดคลเนชน (, Solar Declination Angle)

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

รงสอาทตย

2 - 6

เมอ เปนมมระหวางพนโลกกบล าแสงหรอมมเดคลเนชน (Solar Declination Angle) และ +z เทากบ 90 องศา (รปท 2.4) ส าหรบสถานทซงอยสงกวาระดบน าทะเล K1 กโลเมตร หรอมความดนบรรยากาศ P มลลบาร มวลอากาศ ณ ทนนจะเปนดงสมการท 2.4

(2.4) อกมมอางองทส าคญ ไดแก อะซมท (Azimuth, A) คอ มมวดจากจดเหนอไปจดตะวนออกตามระนาบวงกลมมคาตงแต 0 ถง 360 องศา บางครงคามมอะซมทอาจจะวดจากจดเหนอไปจดตะวนออก 180 องศา และวดจากจดใตมาจดตะวนออก 180 องศากได

2.5 สเปกตรมรงสอาทตย รงสอาทตยเปนคลนแมเหลกไฟฟา แสดงในรปของสเปกตรม ความเขมรงสอาทตยทพนผวโลกม

นอยกวานอกชนบรรยากาศ เพราะในชนบรรยากาศเกดการดดกลน การกระจายแสง และสะทอนแสง สเปกตรมรงสอาทตยประกอบดวย อตราไวโอเลตมความยาวคลนนอยกวา 380 นาโนเมตร แสงขาวหรอแสงทมองเหนดวยตาเปลา และอนฟราเรดมความยาวคลนมากกวา 700 นาโนเมตร ซงสเปกตรมของแสงขาวมความยาวคลน 380-700 นาโนเมตร ดงรปท 2.5 สามารถแยกเปน 7 ส เรยงล าดบความยาวคลนจากนอยไปหามากไดดงน มวง คราม น าเงน เขยว เหลอง แสดและแดง และการตอบสนองตอสเปกตรมของเซลลแสงอาทตยแตละชนดจะมลกษณะเฉพาะ

รปท 2.5 สเปกตรมรงสอาทตย

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

รงสอาทตย

2 - 7

สาเหตทความเขมรงสอาทตยท พนผวโลกมนอยกวานอกชนบรรยากาศ เนองจากคลนแมเหลกไฟฟาถกดดกลนโดยอะตอมและโมเลกลของกาซ โดยชวงอลตราไวโอเลตถกดดกลนดวยอะตอมของออกซเจน ไนโตรเจน และโมเลกลของออกซเจน (O2), โอโซน (O3) และโมเลกลของไนโตรเจน (N2) ซงเปนองคประกอบหลกของบรรยากาศ ท าใหแสงอาทตยทสองผานบรรยากาศจนถงพนโลกแทบจะไมมคลนชวงอลตราไวโอเลต ชวงแสงอนฟราเรดจะถกดดกลนโดยโมเลกลของน า (H2O) และโมเลกลของคารบอนไดออกไซด (CO2) ซงเกดขนในชนลางของบรรยากาศ ภายในระยะทาง 50 กโลเมตรจากพนโลก เปนชวงชนบรรยากาศทม H2O และ CO2 อยมาก พลงงานแสงชวงอนฟราเรดทถกดดกลนเกอบทงหมดท าใหบรรยากาศรอน หรอท าใหพลงงานจลนของโมเลกลอากาศสงขน และท าใหอณหภมของโลกสงขน

2.6 อปกรณวดรงสอาทตย

เครองมออปกรณส าหรบการวดพลงงานแสงอาทตย ไดแก ไพรานอมเตอร (Pyranometer) และ

ไพรเฮลโอมเตอร โดยหลกการวดก าลงของความรอนซงเกดจากรงสอาทตย แตแตกตางกนตามประเภทของการวดรงสอาทตย กลาวคอ ไพรานอมเตอร (Pyranometer) ดงแสดงในรปท 2.6 (ก) ส าหรบวดรงสรวม (Global solar radiation) และรงสกระจาย และไพรเฮลโอมเตอร (Pyrheliometer) ส าหรบวดรงสตรง (Direct solar radiation)

พลงงานแสงอาทตยมวธการโดยวดคาความเขมรงสอาทตย (Irradiance) โดยทคาความเขมรงสอาทตย คอ ความเขมของก าลงงานทไดจากรงสอาทตยชวขณะนนๆ บงบอกดวยหนวยของกโลวตตตอตารางเมตร (kW/m2) และจะเปลยนแปลงตลอดวน โดยทในเวลากลางคนมคาเทากบศนยกโลวตตตอตารางเมตร และจะมคามากทสดคอ 1 กโลวตตตอตารางเมตรขนกบต าแหนงพนทและสภาพภมอากาศ สามารถทราบไดทงรงสรวมและรงสตรงขนกบเครองมออปกรณทใชวด

การวดคาความเขมรงสอาทตยอกวธหนงเปนการบนทกแดด โดยวดชวงเวลาทรงสตรงมความเขมสงพอทจะกระตนตวบนทก โดยทวไปประมาณ 200 มลลวตตตอตารางเซนตเมตร (mW/cm2) แตการวดแบบนมความถกตองนอยกวาดวยราคาทไมแพงนก ในรปท 2.6 (ข) แสดงเครองบนทกแดด

รปท 2.6 (ก) ไพรานอมเตอร (ข) เครองบนทกแดดแบบลกแกว

(ก) (ข) (ก)

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

รงสอาทตย

2 - 8

(Sunshine recorder) มชวงเวลาสนทสดทวดได คอ 0.1 ชวโมง ความแตกตางของคาความเขมรงสอาทตยกบพลงงานแสงอาทตย (Solar radiation หรอ Solar insolation) คอความเขมรงสอาทตยเปนปรมาณความเขมของก าลงงานทไดจากรงสอาทตย แตทวาพลงงานแสงอาทตย เปนความเขมรงสอาทตยรวมตลอดชวงเวลาทท าการวด บงบอกดวยหนวยเปนกโลวตต-ชวโมงตอตารางเมตร (kWh/m2) นอกจากนพลงงานแสงอาทตยยงทราบไดจากขอมลปรมาณเมฆ (cloud cover) จากภาพถายดาวเทยม

2.7 ระบบตดตามดวงอาทตย เทคนคระบบตดตามดวงอาทตยมาใชเพอใหอปกรณรบแสงไดรบรงสตรงเพมขน และเพมปรมาณ

พลงงานทไดรบตลอดวน รปท 2.7 แสดงรงสอาทตยรวมเมอมระบบตดตามดวงอาทตยในฤดรอนเพมขน 50 %เทยบกบการวดแบบพนราบ และเพมขน 300 %เทยบกบการวดแบบพนราบ ของระบบเซลลแสงอาทตยผลตไฟฟาขนาด 12 เมกกะวตต ตดตงท Paul Langrock เยอรมน ส าหรบประเทศไทยมรงสตรงและรงส กระจายในประมาณใกลเคยงกน ดงนนการใชระบบตดตามดวงอาทตย จะเพมประสทธภาพใหแกระบบเพยงเลกนอย

รปท 2.7 ความแตกตางระหวางรงสรวมของการวดแบบพนราบกบมระบบตดตาม ดวงอาทตยในวนททองฟาโปรง ทละตจด 50 องศา

(ข)

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

เซลล แผงและอปกรณประกอบระบบ

3 - 1

บทท 3 เซลล แผงและอปกรณประกอบระบบ

3.1 ลกษณะของเซลลแสงอาทตย เซลลแสงอาทตยเปนอปกรณทางไฟฟาท าจากสารกงตวน า ท าหนาทเปลยนพลงงานแสงเปนไฟฟาโดยตรง อาศยกระบวนการโฟโตโวตาอก (Photovoltaic Effect) ซงเกดจากความตางศกยไฟฟาภายในสารกงตวน ามคาแตกตางกน เมอไดรบแสงทมพลงงานมากพอ ท าใหเกดการเคลอนทของอเลกตรอนอสระ โครงสรางทส าคญของเซลลแสงอาทตยมล กษณะเหมอนกบไดโอดทวไป ประกอบดวยรอยตอระหวางวสดสารกงตวน าตางชนดกนสองชน ไดแก สารกงตวน าชนดพเปนขวบวก และสารกงตวน าชนดเอนเปนขวลบ สารกงตวน าทน ามาใชงานในลกษณะดงกลาวสวนมากเปนซลกอน และเพอใหเขาใจไดงาย โดยสวนใหญจะใชการอธบายสารกงตวน าทท าจากซลกอน แมวาปจจบนจะมสารกงตวน าทท าจากวสดชนดอนกตาม เซลลแสงอาทตยชนดซลกอน ประกอบดวยสารกงตวน าชนดพผลตขนจากผลกของซลกอนใชสารเจอปน คอโบรอน เพอท าใหเปนวสดขาดอเลกตรอนอสระ ทงนการขาดอเลกตรอนท าใหเกดชองวางเรยกวา โฮล (Hole) และการขาดอเลกตรอนทเปนประจลบ ท าใหสวนนเทยบไดกบอนภาคประจบวก สวนสารกงตวน าชนดเอนผานการเตมสารเจอปน คอฟอสฟอรส เพอท าใหเกดอเลกตรอนสวนเกน ซงจดเชอมตอเรยกวา รอยตอพ-เอน ดงแสดงในรปท 3.1

การเชอมตอกนของสาร

กงตวน าทมคณสมบตตางกนจะท า ใ ห เ ก ด ส น า ม ไ ฟ ฟ า (Electrical field) ในบรเวณรอยตอ โดยสนามไฟฟาน มลกษณะเหมอนกบสนามไฟฟาสถตย อนจะท าใหเกดอนภาคของประจลบเคล อนท ไปในทศทางใด

รปท 3.1 โครงสรางรอยตอพ-เอนของสารกงตวน าซลกอน

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

เซลล แผงและอปกรณประกอบระบบ

3 - 2

ทศทางหนง และอนภาคของประจบวกทเคลอนทไปในทศทางทตรงขาม ตวอยางเชน การใชหวแปรงกบเสอขนสตว เปนตน การเคลอนทของอเลกตรอนไปยงบรเวณผลกชนดเอนท าใหเกดกระแสไฟฟาไดดงในรปท 3.2 เมอตอเขากบวงจรภายนอกจะท าใหเกดการไหลของกระแสไฟฟาผานตลอดวงจร การเคลอนทไปยงวงจรภายนอกของอเลกตรอนในกรณของสารกงตวน าโดยผานวสดตวน าทตดอยกบผวดานหนาของเซลล ในเวลาเดยวกนโฮลจะเคลอนทไปในทศทางตรงขามผานเนอเซลลจนไปถงวสดตวน าอกสวนหนงทยดตดอยกบดานลางของเซลล ท าใหครบวงจรโดยรวมกบอเลกตรอนทอยอกดานหนงของวงจรภายนอก แตในทางตรงขาม การไหลของอเลกตรอนไมเกดขนหากไมสามารถท าใหครบวงจร

ก าลงไฟฟาของเซลลแสงอาทตยตองอาศยทงแรงดนและกระแสไฟฟา โดยทกระแสไฟฟาเกดขนเมอมการไหลของอเลกตรอน และแรงดนไฟฟาเปนผลมาจากสนามไฟฟาภายในบรเวณรอยตอพ-เอน โดยทวไปเซลลแสงอาทตยซลกอนแบบผลกเดยวจะออกแบบให มแรงดนไฟฟาประมาณ 0.5 โวลตทกระแสไฟฟาประมาณ 2.5 แอมแปร ดงนนจะเกดก าลงไฟฟาสงสดประมาณ 1.25 วตต (ขนอยกบรายละเอยดในการออกแบบ ซงเซลลแสงอาทตยแบบอนๆ อาจมแรงดนหรอกระแสไฟฟาสงหรอต ากวาน)

รปท 3.2 การเคลอนทของอเลกตรอนและโฮลของสารกงตวน าซลกอน

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

เซลล แผงและอปกรณประกอบระบบ

3 - 3

3.1.1 ประเภทของเซลลแสงอาทตย

เทคโนโลยเซลลแสงอาทตยมการพฒนาอยางตอเนอง เพอลดตนทนดานวสดของเซลลแสงอาทตยจะท าใหราคาเซลลแสงอาทตยลดลง และมประสทธภาพสงขน การแบงประเภทเทคโนโลยเซลลแสงอาทตยตามการผลตแบงไดเปน 3 กลมดงแสดงในรปท 3.3

เซลลแสงอาทตยชนดผลก (Crystalline Solar Cells) มความแตกตางกนตามชนดของสารกงตวน าตงตน (Semiconductor Material) เชน ซลกอน (Si) และแกเลยม อารเซไนด (GaAs) เปนตน เซลลแสงอาทตยผลกซลกอนมกรรมวธในการผลตหลายวธ จงมใหเลอกใชงานตามความเหมาะสม ขนกบราคาและวตถประสงคการใชงาน ไดแก แบบผลกเดยว (Monocrystalline silicon cells) แบบแผนฟลมบาง (Silicon ribbon cells) แบบหลายผลก (Polycrystalline silicon cells) แบบแผนบางหลายผลก (Polycrystalline thin film silicon cells) เปนตน เซลลแสงอาทตยในกลมนไดการยอมรบในเชงพาณชยและมประสทธภาพ 10-15 เปอรเซนต แตตนทนของวสดคอนขางสง

เซลลแสงอาทตยชนดฟลมบาง (Thin film Solar cells) ประกอบดวย เซลลทผลตจากอะมอฟสซลกอน เซลลทผลตจากแคดเมยมเทลลไลด (CdTe) และ เซลลทผลตจากคอปเปอรอนเดยมไดเซเลเนยม (CIGS) มการใชงานในเชงพาณชยและประสทธภาพท 6 - 10 เปอรเซนต ถงแมวาประสทธภาพจะนอยกวาเซลลชนดผลก แตมขอดของราคาถกกวา สวนการตดตงใชงานในสภาวะจรง อายการใชงานและการเสอมสภาพของแผงเซลลในระยะยาวยงอยระหวางการศกษาวจย

รปท 3.3 ไดอะแกรมเทคโนโลยการผลตเซลลแสงอาทตย

รปท 3.4 ตวอยางเซลลแสงอาทตย

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

เซลล แผงและอปกรณประกอบระบบ

3 - 4

เซลลแสงอาทตยทพฒนาจากชนดผลกและชนดฟลมบางเพอเพมประสทธภาพ ลดการสรางมลพษและเพมอายการใชงาน แบงตามการพฒนาเทคโนโลยเซลลแสงอาทตยไดเปน 3 แบบ ไดแก ทรงกลม (Spherical Micro Solar Cells) ดายเซนซไทซ (Dye-sensitized Solar Cells) และควอนตมดอต (Quantum Dot Solar Cells) ดงรปท 3.5 เซลลแสงอาทตยทรงกลมจะสามารถรบแสงไดสามมต จงเพมประสทธภาพในการรบแสง และมน าหนกเบากวาแบบแผนราบ เมอประกอบเปนแผงเซลลแสงอาทตย จงลดตนทนลงได มใชงานเชงพาณชยแตยงไมแพรหลาย

รปท 3.5 ตวอยางเซลลแสงอาทตยแบบตางๆ และโครงสรางภายใน

ดายเซนซไทซมจดเดนในความเปนมตรกบสงแวดลอม โดยการออกแบบเซลลใชแนวคดเดยวกบกระบวนการสงเคราะหแสงของพช กลาวคอ การเคลอบผววสดกงตวน าดวยไทเทเนยมออกไซดใหคลายกบคลอโรฟลในกระบวนการสงเคราะหแสงของพช ปจจบนมผลตขายในเชงพาณชย และมประสทธภาพ 3-5 เปอรเซนต ควอนตมดอต (Quantum Dot Solar Cells: QD) ถกพฒนาขนเพอเพมประสทธภาพการเปลยนผลทางเทอรโมไดนามกสของโฟตอนใหมคามากทสด เปนการพฒนาจากขอจ ากดของเซลลชนดผลก โดยเพมประสทธของวสดสารกงตวน าจาก 31-33 % เปน 66 % และยงไมมการใชงานเชงพาณชย

3.1.2 การตอบสนองตอสเปกตรมแสงอาทตย เปนททราบกนวา รงสอาทตยประกอบดวยแสงอลตราไวโอเลต แสงทมองเหนดวยตาเปลา และ

แสงอนฟราเรด หากพจารณาประสทธภาพของเซลลแสงอาทตยตองค านงถงสเปกตรมแสงและการตอบสนองตอสเปกตรมประกอบกน ถงแมวา สเปกตรมของรงสอาทตยชวงคอนขางกวางตงแต 380 - 1100 นาโนเมตร แตดวยขอจ ากดของเซลลแสงอาทตยผลกซลกอนทตอบสนองตอสเปกตรมแสงชวงท

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

เซลล แผงและอปกรณประกอบระบบ

3 - 5

มองเหนดวยตาเปลาและแสงอนฟราเรด ดงนนชวงความยาวคลนทใชงานจรงจงแคบลงรปท 3.6 แสดงเปรยบเทยบประสทธภาพทแตกตางกนของเซลลแสงอาทตยประเภทตางๆ โดยแกนความเขมรงสอาทตยเทยบกบเซลลแสงอาทตยเฉพาะประเภทเดยวกน ซงอะมลฟสซลกอน (ชนดฟลมบาง) ประสทธภาพนอยกวาผลกซลกอน เนองจากมชวงการตอบสนองทความยาวคลนชวงตนของแสง

มองเหนดวยตาเปลาประมาณ 350 - 650 นาโนเมตร การพฒนาเซลลแสงอาทตย เพอเพมประสทธภาพสงกวาเซลลแสงอาทตยแบบเดม เชน CdTe และ CIS หรอ CIGS เปนตน ท าใหชวงการตอบสนองไดเพมขน พจารณาจากชวงแถบกวางของกราฟทมากขน 3.1.3 ลกษณะกระแสและแรงดนของเซลลแสงอาทตย

โดยทวไปสมบตทางไฟฟาของเซลลแสงอาทตยแสดงในรปของความสมพนธระหวางคากระแสและแรงดนไฟฟา เรมตนทวงจรสมมลของเซลลแสงอาทตยดงแสดงรปท 3.7 เปนการตอขนานระหวางแหลงก าเนดแสง ไดโอด (รอยตอพ-เอน) และความตานทาน shunt และตออนกรมกบความตานทานอนกรม ตามล าดบ เขยนเปนสมการไดดงสมการท 3.1 นนคอผลลพธของกระแสทไดจากเซลลแสงอาทตยเกดมาจากแหลง

รปท 3.6 การตอบสนองตอสเปกตรมแสงอาทตยของเซลลแสงอาทตยประเภทตางๆ

รปท 3.7 การตอวงจรสมมลของเซลลแสงอาทตย

รปท 3.7 การตอวงจรสมมลของเซลลแสงอาทตย

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

เซลล แผงและอปกรณประกอบระบบ

3 - 6

พลงงานแสงหกลบดวยกระแสทไหลผานไดโอดและผานความตานทาน shunt ขณะกระแสไฟฟาไหลผานท าใหเกดคาแรงดนไฟฟาในแตละจดขน

สมการท 3.2 แสดงแรงดนไฟฟา ณ จดใดๆ เทากบแรงดนไฟฟาทขาออกบวกดวยผลคณระหวางกระแสไฟฟากบความตานทานอนกรม

SHDL IIII (3.1)

Sj IRVV (3.2)

โดยท I กระแสไฟฟาขาออก มหนวยเปนแอมแปร LI กระแสไฟฟาทเกดจากแหลงพลงงานแสง มหนวยเปนแอมแปร DI กระแสไฟฟาทไหลผานไดโอด มหนวยเปนแอมแปร SHI กระแสไฟฟาทไหลผานความตานทาน Shunt มหนวยเปนแอมแปร V แรงดนไฟฟาขาออก มหนวยเปนโวลต I กระแสไฟฟาขาออก มหนวยเปนแอมแปร SR ความตานทานอนกรม มหนวยเปนโอหม พารามเตอรทบงบอกประสทธภาพของเซลลแสงอาทตยประกอบดวย กระแสลดวงจร SCI แรงดนวงจรเปด OCV และฟลดแฟกเตอร FF รปท 3.8 แสดงกระแสลดวงจรและแรงดนวงจรเปดคอกระแสไฟฟาขณะทแรงดนไฟฟาของเซลลแสงอาทตยมคาเปนศนย เปนคากระแสไฟฟาสงสดและแรงดนไฟฟาขณะไมมกระแสเปนคาแรงดนไฟฟาสงสด สวนฟลดแฟกเตอรเปนสดสวนระหวางผลคณแรงดนกบกระแสทจดท างานสงสดและผลคณของกระแสลดวงจรกบแรงดนวงจรเปดซงมคานอยกวาหนง นอกจากนมพารามเตอรเกยวกบความตานทานในเซลลแสงอาทตยเปนประโยชนตอการตดตามพฤตกรรมของเซลลแสงอาทตยและการพฒนาเซลลแสงอาทตย โดยคดจากสดสวนระหวางคาแรงดนทจดสงสดตอกระแสทสดท างานสงสดหรออาจใชสดสวนระหวางคาแรงดนวงจรเปดตอกระแสลดวงจร

รปท 3.8 ลกษณะกระแสและแรงดนไฟฟาของเซลลแสงอาทตย (IV-curve)

รปท 3.8 ลกษณะกระแสและแรงดนไฟฟาของเซลลแสงอาทตย (IV-curve)

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

เซลล แผงและอปกรณประกอบระบบ

3 - 7

3.1.4 ปจจยทลดทอนประสทธภาพของเซลลแสงอาทตย ประสทธภาพของเซลลแสงอาทตยขนกบทงปจจยภายนอกและสมบตของเซลล ไดแก อณหภม

ความเขมรงสอาทตย ความตานทาน Shunt และความตานทานอนกรม เปนตน โดยทประสทธภาพลดลงเมออณหภมสงขน นนคอ สภาวะทอณหภมสงระยะหางของแถบพลงงานจะลดลงเปนผลใหแรงดนขาออกของเซลลแสงอาทตยมคานอยลงแตไมท าใหกระแสลดวงจรเปลยนแปลงนก (รปท 3.9) ทงน กระแสลดวงจรหรอกระแสสงสดจะลดลงเมอความเขมรงสอาทตยมคานอย เชน ในวนททองฟามดครม มเมฆบดบง การบงเงาเนองจากเงาตนไม เปนตน

ความตานทานอนกรมเพมขนจะท าใหแรงดนขาออกมคาลดลงแตไมมตอคาแรงดนวงจรเปด หรอกลาวไดวา ความตานทานอนกรมท าใหคาฟลดแฟกเตอรลดลง หากคานมมากๆ จะท าใหกระแสลดวงจรลดลงและ IV-curve เปนเสนตรงดงรปท 3.10 คาความตานทาน Shunt ลดลงมากจะเปนผลท าใหแรงดนวงจรเปดและกระแสลดวงจรมคาลดลงดงรปท 3.11 และคาฟลดแฟกเตอรลดลงเชนเดยวกบกรณของความตานทานอนกรม

.

รปท 3.9 ผลของอณหภมตอแรงดนวงจรเปดและกระแสลดวงจร

รปท 3.10 ผลของควาตานทานอนกรมตอลกษณะกระแสและ

แรงดน

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

เซลล แผงและอปกรณประกอบระบบ

3 - 8

3.2 ลกษณะของแผงเซลลแสงอาทตย เซลลแสงอาทตยน าไปใชงานในรปของแผงเซลล (Module) การเพมก าลงไฟฟาใหสงขนโดยน าแผงเซลลมาเชอมตอกนในรปแบบของสตรง (String) หรออะเรย (Array) รปท 3.12 แสดงลกษณะทวไปของการเชอมตอเซลลชนดผลก กระแสไฟฟาทผลตไดจะถกดงไปทตวน าไฟฟาดานหนาและหลงของเซลล โดยดานหนามตวน าเรยกวา ฟงเกอร (Fingers) ท าหนาทน ากระแสสงตอไปบสบาร (Busbar) และไหลผานไปยงเซลลทเชอมถงกน ฟงเกอรและบสบารจ ะ ต อ ง บ ง เ ซ ล ล น อ ย ท ส ด แ ล ะ ร บกระแสไฟฟาไดสง เพอใหเซลลรบแสงไดมากทสด และดานรบแสงของเซลลจะตองเคลอบสารลดการสะทอนแสง

สวนของกลองตอสายไฟ และบายพาสไดโอด ท าหนาทเชอมตอทางไฟฟาระหวางแผงเซลล และปองกนการเกดโหลดทตวเซลล ลกษณะทางไฟฟาของแผงเซลลจะเปลยนแปลงตามแสงแดดและอณหภม มลกษณะเดยวกนกบเซลลแตกตางกนทขนาดแรงดนและกระแสไฟฟา

3.2.1 ลกษณะของแผงเซลลชนดผลกซลกอน รปแบบการเชอมตอเซลล เพอท าเปนแผงเซลลมอย 3 แบบ คอ

รปท 3.11 ผลของความตานทาน Shunt ตอลกษณะกระแสและแรงดน

รปท 3.12 ลกษณะทวไปของเซลลแสงอาทตยทถก น ามาประกอบเปนแผงเซลล

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

เซลล แผงและอปกรณประกอบระบบ

3 - 9

1) แบบอนกรม คอน าแตละเซลลมาตออนกรมเปน 1 แถว หรอ 1 สตรงใน 1 แผงดงร ป ท 3.13 (ก ) เ พ อ เ พ มแรงดนไฟฟา หากแตละเซลลมแรงดนวงจรเปด (VOC) ประมาณ 0.6 โวลตเทากนทกเซลลและกระแสเทากน แผงเซลลจะมแรงดน VOC เทากบจ านวนเซลลทตออนกรมคณกบแรงดน VOC ของเซลล กรณน เทากบ 9.6 โวลต สวนกระแสทไหลผานจะ

ไหลเทากบกระแสของหนงเซลลเทานน

2) แบบอนกรม-ขนาน คอน าแตละสตรงทเซลลตออนกรม เพอเพมแรงดนไฟฟา แลวน ามาตอขนานเพอเพมกระแสไฟฟา ดงรปท 3.15 (ข) แตละสตรงมเซลลตออนกรม 4 เซลล ซงท าใหมแรงดนทแตละสตรงเทากบ 2.4 โวลต สมมตใหกระแสแตละสตรงเทากบ 5 แอมป ท าใหกระแสทไดจากแผงนมคาเทากบผลรวมคากระแสของทกสตรงทตอขนานกน ในทนเทากบ 20 แอมป 3) แบบอนกรม-ขนาน-อนกรม คอน าแตละกลมทเชอมตอกนตามแบบท 2 มาตออนกรม ดงรปท 3.15 (ค) เพอเพมทงแรงดนและกระแสไฟฟาโดยสวนใหญสวนประกอบแผงเซลลแสงอาทตยส าหรบชนดผลกซลกอนม 4 สวน ประกอบดวย วสดประกบผวหนาเซลล วสดส าหรบหอหมเซลล (encapsulant) วสดแผนหลง (back sheet) และเฟรม ดงรปท 3.14 วสดประกบผวหนา ท าหนาทกนน า ไอน า ฝนละอองและสงสกปรก รวมถงแรงกระแทก สมบตของวสด คอ แสงสามารถสองผานไดด ปองกนแสงอลตราไวโอเลต (UV) และระบายความรอนไดด โดยทวไปวสดทใชเปนผวหนาจะเปนกระจกชนด tempered low-iron ซงมราคาไมสง วสดหอหมเซลล ชวยในการจบยดกนระหวางวสดผวหนา ตวเซลลและวสดประกบแผนหลงของแผงเซลล ซงตองทนทานตออณหภมภมสงและรงสอลตราไวโอเลต รวมทงใหแสงสองผานไดดและ

รปท 3.13 การตอเซลลแบบตางๆ (ก) แบบอนกรม (ข) แบบอนกรม-ขนาน และ (ค) แบบอนกรม-ขนาน-อนกรม

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

เซลล แผงและอปกรณประกอบระบบ

3 - 10

ระบายความรอนไดด โดยสวนใหญใชวสดจ าพวกโพลเมอรทเรยกวา EVA ยอมาจาก Ethyl vinyl acetate วสดประกบแผนหลง ท าหนาทปองกนและเปนแผนหลงของแผงเซลลแสงอาทตย ตองมสารมารถระบายความรอนไดด และปองกนน าและไอน า โดยสวนมากวสดทน ามาใชเปนจ าพวกโพลเมอรแผนบางทมชอวา Tedlar เฟรม (frame) ท าหนาท เปนโครงสรางของแผงเซลลใหเ พมความแข งแรงกบแผง เซลลและเปนส วนปองกนแรงกระแทกตางๆ โดยทวไปวสดทใชเปนอลมเนยม

3.2.2 ลกษณะของแผงเซลลชนดฟลมบาง แผงเซลลชนดฟลมบางแบงได 2 แบบ คอ โครงสรางแขง และ แบบออนตว

แผงเซลลแบบโครงสรางแขง เซลลถกสรางลงบนกระจกโดยตรง จากนนท าการเชอมตอทางไฟฟา แลวจงน าไปลามเนตดวยวสดหอหมทงดานหนาและดานหลง รปท 3.15 (ก) แสดงสวนประกอบของเซลลชนดอะมอรฟสซลกอน (a-Si) ซงกระจกท าหนาทเปนซบสเตรท เทคโนโลย ของเซลลทใชกระบวนการผลตแบบนคอ CdTe, a-Si, เซลลแสงอาทตยชนดฟลมบางซลคอน แบบเซลลซอนระหวางอะมอรฟสซลคอน/อะมอรฟสซลคอน หรอ อะมอรฟสซลคอน/ไมโครครสตลไลนซลคอน หรอเรยกวา Tandem , และ CIGS เปนตน รปท 3.15 (ข) แสดงการประกอบแผงเซลลชนดอะมอรฟสซลกอน (a-Si) แบบ Glass- Glass โดยท EVA หมเฉพาะดานหลง

รปท 3.14 วสดประกอบแผงเซลลแสงอาทตยชนดผลก

รปท 3.15 เซลลแสงอาทตยชนดอะมอรฟสซลกอน (a-Si)

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

เซลล แผงและอปกรณประกอบระบบ

3 - 11

แผงเซลลแบบออนตว มลกษณะของการเกาะตด (deposit) บนซบสเตรททออนตว สวนการเชอมตอทางไฟฟาขนกบชนดของซบสเตรท ถาวสดจ าพวกฉนวนไฟฟา เชน polyester หรอ polyimide สามารถใชวธเดยวกบซบสเตรททเปนกระจก แตวสดจ าพวกตวน าไฟฟาตองใชวธการอน จากนนกจะถกน าไปลามเนตดวยวสดพอลเมอรทไมมสและยอมใหแสงผานได เชน ETFE หรอ FEP

นอกจากน การแบงแผงเซลลสามารถแบงตามลกษณะการประกอบหรอวสดประกอบแผงเซลล เชน วสดประกอบแผง เชน แผงเทฟลอน แผง PVB และแผงเรซน เปนตน เทคโนโลยการประกอบแผง เชน การลามเนต เปนตน วสดซบสเตรท เชน ฟลมบาง กระจกกบเทดลาร โลหะกบฟลม อะคลคพลาสตก และ

กระจกกบกระจก เปนตน โครงสรางเฟรม ไดแก แบบมเฟรม และแบบไรเฟรม การเพมโครงสรางพเศษ เชน toughened safety glass (TSG) กระจกนรภยหลายชน

(laminated safety glass, LSG) และ กระจกฉนวน (insulating glass) เปนตน

ความหลากหลายของแผงเซลลไดเอออ านวยตอการสรางสรรคในเชงสถาปตยกรรม ท าใหการพจารณาเพอเลอกใชตองควบคกนไปทงดานประสทธภาพของแผงเซลล ความกลมกลนกบตวอาคารและเปนไปตามกฎขอบงคบการกอสรางหรอตอเตมอาคาร เชน สสน ขนกบชนดของเซลล การผนกแผนหลงเซลล การเชอมตอเซลล และชนดของกระจก ความโปรงแสง ขนกบการจดเรยงเซลลและคณลกษณะความโปรงแสงของเซลล ความสามารถในการยดหยน ขนกบชนดของซบสเตรท

การใชสญลกษณสวนใหญจะใชดงรปท 3.17 ก าหนดเปนตวเซลล หรอ แผงเซลล หรอระบบแผงเซลลทงสตรงหรออะเรย

รปท 3.16 แผงเซลลแสงอาทตยแบบออนตว

รปท 3.17 สญลกษณของเซลลแสงอาทตย

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

เซลล แผงและอปกรณประกอบระบบ

3 - 12

3.2.3 สมบตทางไฟฟาของแผงเซลลแสงอาทตย กระแสและแรงดนไฟฟา เซลลแสงอาทตยผลตไฟฟาเปนกระแสตรง โดยทแรงดนและกระแสไฟฟาทผลตไดขนกบความเขมรงสอาทตย และอณหภมแผงเซลล รปท 3.18 แสดงกราฟกระแสกบแรงดนไฟฟาของเซลลแสงอาทตยเมอตอกบโหลดทแปรคาตงแตสภาวะวงจรลด (Short circuit) ถงสภาวะวงจรเปด (Open circuit) โดยตดแกนตงทแรงดนเปนศนย จะไดคากระแสทสภาวะวงจรลด (Short circuit current: ISC) สวนจดตดแกนนอนทกระแสเทากบศนยจะไดคาแรงดนขณะวงจรเปด (Open circuit voltage: VOC)

เมอน าคากระแสคณกบแรงดนกจะไดก าลงของเซลลแสงอาทตย ซงตองมจดเดยวเปนคาก าลงไฟฟาส ง ส ด เ ร ย กว า ก า ล ง ไฟ ฟ าทจดสงสด (Power at maximum point: PMP) สวนกระแสกบแรงดนท จ ด น เ ร ย ก ว า ก ร ะ แ ส ท จ ดก าลงไฟฟาสงสด (Current at maximum power point: IMP) กบแรงดนทจดก าลงไฟฟาสงสด (Voltage at maximum power point: VMP) ตามล าดบ

การระบคาสมรรถนะทางไฟฟาของแผงเซลลไดจากการทดสอบวดกระแสและแรงดนไฟฟา (I-V curve) โดยตอภาระทางไฟฟาทสามารถแปรคาไดตงแตสภาวะวงจรเปดไปจนถงสภาวะวงจรลด เขากบแผงเซลล แลวใหแสงแกแผงเซลลดงรปท 3.19 โดยควบคมสภาพแวดลอมทสภาวะมาตรฐาน

(Standard Test Condition, STC) คอ ความเขมรงสอาทตย 1,000 วตตตอตารางเมตร สเปกตรมของแสงท Air Mass (AM) 1.5 และอณหภมดานหลงแผงเทากบ 25 องศาเซลเซยส น อ ก จ า ก น น ก า ร แ ส ด งเครองหมายรบรองคณภาพจากหนวยงานตางๆ และการอางองมาตรฐานการทดสอบแผงเซลล

รปท 3.18 กราฟกระแสกบแรงดนของแผงเซลลแสงอาทตย (I - V Curve)

รปท 3.19 ไดอะแกรมการทดสอบวดกระแสและแรงดนไฟฟา

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

เซลล แผงและอปกรณประกอบระบบ

3 - 13

แสงอาทตย มาตรฐานหลกทใชในการรบรองคณภาพคอ IEC 61215 ส าหรบแผงเซลลชนดผลก IEC 61646 ส าหรบชนดฟลมบาง ยงมมาตรฐานทางดานความปลอดภย เชน IEC 61730 ส าหรบแผงทงสองชนด TÜV Safety Class II และ UL 1703 เปนตน

วงจรสมมลของแผงเซลลแสงอาทตย

เซลลแสงอาทตยสามารถแทนดวยวงจรสมมล (Equivalent circuit) ดงรปท 3.20 ประกอบดวย แหลงจายกระแสไฟฟาตอขนานกบไดโอด (รอยตอพ-เอน) และRsh แลวจงตออนกรมกบ Rs โดยก าหนดใหแหลงจายกระแสเปนแบบกระแสคงท ซงแปรผนตามความเขมแสง ความตานทานอนกรม (Rs) เปนคาความตานทานทเกดขนจากจดเชอมตอ (wiring contact) ระหวางตวน าไฟฟากบเซลล

สวนความตานทานชนท (Rsh) เกดขนเมอใหแรงดนไฟฟาในลกษณะไบอสยอนกลบใหกบไดโอด ทางอดมคตจะไมมกระแสไฟฟาไหลยอนกลบ ตรงกนขามกบความเปนจรงจะมกระแสไหลยอนกลบในระดบต า นนแสดงใหเหนวามเสนทางทกระแสไฟฟาสามารถไหลผานได ดงนนจงแทนดวยความตานทานชนท ซงมคาสงมากเมอเทยบกบความตานทานอนกรมทมคาต ามาก สมการท 3.3 เปนสมการทางสถตยของเซลลแสงอาทตย ซงมพนฐานมาจากทฤษฏโซลดสเตทฟสกส (Solid-state physic theory)

SH

S0L R

V1

AkT)IRV(e

expIII

(3.3)

ผลกระทบจากความเขมรงสอาทตยและอณหภม เซลลแสงอาทตยท างานทสภาวะแวดลอมตางๆ จะไดกราฟ I-V Curve ทระดบตางๆ ดงแสดงรปท 3.21 โดยท (ก) เปนกรณทความเขมรงสอาทตยคงทแตอณหภมเพมขน มผลท าใหแรงดนของเซลลแสงอาทตยลดลง แตกระแสไฟฟาวงจรลดกลบมคาสงขน แตกรณจากรปท 3.21 (ข) เมอความเขมแสงเพมขนโดยทอณหภมไมเปลยนแปลงจะท าใหกระแสวงจรลดเพมขน และแรงดนวงจรเปดมคาสงขนเลกนอย

รปท 3.20 แบบจ าลองคณลกษณะทางสถตยของเซลลแสงอาทตย

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

เซลล แผงและอปกรณประกอบระบบ

3 - 14

ปจจยลดทอนก าลงไฟฟาของแผงเซลลแสงอาทตย การลดทอนก าลงไฟฟาทผลตไดของแผงเซลลมาจากสาเหตหลก 2 ประการคอ ทางแสง (optical) และทางไฟฟา (electrical) ส าหรบทางแสง ปจจยทมผลตอการรบแสง ไดแกการสะทอน (reflection) การบงเงา (shadowing) และไมรบรงส (not absorbed radiation) ซงการลดการสะทอนแสงนนท าโดยการเคลอบสารปองกนการสะทอน (antireflection coating) และการท าเซอรเฟซ

รปท 3.21 กราฟกระแสและแรงดนทอณหภมและความเขมแสงคาตางๆ

รปท 3.22 ปจจยการลดทอนก าลงไฟฟาทผลตไดจากแผงเซลลแสงอาทตย

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

เซลล แผงและอปกรณประกอบระบบ

3 - 15

เทคเชอรรง (surface texturing) ดงรปท 3.23 สวนการบงเงา ใหพจารณาทศทางของแสงและเงาในการตดตงระบบ เพอปองกนการเงาบดบงแผงเซลล ทางไฟฟาแบงการสญเสยเปน 2 สวนคอ โอหมมก (ohmic losses) และการจบตวของอะตอมสารกงตวน า (recombination) ซงการสญเสยอนเนองจากการออกแบบและกระบวนการผลตเซลลโดยท โอหมมก เปนผลทเกดขนจากตววสดสารกงตวน า และความตานทานทหนาสมผสของวสด ไดแก รอยตอระหวางโลหะตวน ากบสารกงตวน า สวนการสญเสยจากการจบตวของอะตอมสารกงตวน าเกดไดทงในชนอมตเตอร (Emitter layer) สวนเบส และระหวางรอยตอของสารกงตวน า 3.2.4 Junction Box, Bypass Diode และ Blocking Diode การตอเซลลแสงอาทตยเพอใหไดคาแรงดนไฟฟาทเหมาะสม ส าหรบเซลลแสงอาทตยชนดผลกซลคอนจะมคาแรงดนวงจรเปดหรอความตางศกยแตละเซลลประมาณ 0.6 โวลตและส าหรบเซลลแสงอาทตยชนดฟลมบางซลคอนประมาณ 0.6 - 0.9 โวลต และคากระแสไฟฟา (ขนอยกบพนทเซลล) หลงการตอเซลลเปนแผงเซลลจะรวมสายไฟฟาเขาดวยกนโดยแยกเปนขวบวกและขวลบไปยงกลองรวมสายทเรยกวา Junction Box เพอน าไฟฟาไปใชงานตอไป การผลตไฟฟาจากเซลลแสงอาทตยในสภาวะไมมเงาบงแสดงไดดงรปท 3.24 แตถาเงาบงจากกรณตางๆ เชน ใบไม และสงปลกสราง เปนตน จะท าใหแผงเซลลมคากระแสไฟฟาลดลงดงแสดงในรปท 3.25 เปนผลท าใหก าลงไฟฟาโดยรวมของแผงเซลลลดลงอยางมาก นอกจากนแลวเมอเกดเงาบงกบแผงเซลล ท าใหเกดความรอนทตวเซลลขน เนองจากเซลลทถกบงจะท าหนาทเปนภาระทางไฟฟาแทนทจะเปนแหลงจายพลงงาน

รปท 3.23 ลกษณะของผวหนาของเซลลซงผานการท า surface texturing

รปท 3.24 แผนภาพการผลตไฟฟาจากเซลลแสงอาทตยเมอไมมเงาบงทเซลล

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

เซลล แผงและอปกรณประกอบระบบ

3 - 16

ในทางปฏบตการตอเซลลแสงอาทตยเปนแผงเซลลนนจะตองม Bypass Diode เขาไปในแผงเซลลเพอท าหนาทใหกระแสไฟฟาไหลผานชวขณะในกรณทเกดเงาบงหรอแมกระทงกรณทเซลลเสยหายถาวร แนวเสนลกศรในรปท 3.26 แสดงทศทางการไหลของกระแสไฟฟาผาน Bypass Diode เมอมใบไมมาบง และจะเหนวาถาม Bypass Diode จะท าใหกระแสไฟฟาทไหลในแผงเซลลเปนปกต เนองจากกระแสไฟฟาจะไมไหลผานสวนของแผงเซลลทเกดเงาบง เปนผลใหคาก าลงไฟฟาโดยรวมจากแผงเซลลมการลดทอนเพยงเลกนอย เซลลแสงอาทตยชนดผลกซลคอนจะน าเซลลมาตออนกรมกนเพอเพมคาแรงดนวงจรเปดใหเหมาะกบการใชงาน ซงจ านวนเซลลในหนงแผงประมาณ 36 - 40 เซลลและใช Bypass Diode ประมาณ 2 ตว และรปท 3.27 เปรยบเทยบกระแสและแรงดนไฟฟาเกดจากแผงทม Bypass Diode และไมม Bypass Diode โดยทเสนสน าเงนแสดงกระแสและแรงดน แตเมอไมมเงาบงพนทเงาบง

รปท 3.25 แผนภาพการผลตไฟฟาจากเซลลแสงอาทตยเมอมใบไมบง

รปท 3.26 แผนภาพการผลตไฟฟาจากเซลลแสงอาทตยเมอมใบไมบงแต

ม Bypass Diode

รปท 3.27 การเปรยบเทยบ I-V Curve ทมและไมม Bypass Diode เมอมการเกดเงาบง

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

เซลล แผงและอปกรณประกอบระบบ

3 - 17

เซลลหนงเซลลถง 75 เปอรเซนตของพนทเซลล กรณทไมม Bypass Diode (เสนสแดง) กระแสไฟฟาลดลงจากปกตเปนอยางมาก เนองจากกระแสไฟฟาทเหลอเพยง 25 เปอรเซนตจากพนทเซลลทงหมด แตถาม Bypass Diode ทเซลล 18 (C18 ในรปท 3.26) จะท าใหกระแสไฟฟาวงจรลด และแรงดนวงจรเปดเทาเดม (กราฟสเขยว) เพยงแตก าลงไฟฟาทงหมดลดลงเทานน

การตดตง Bypass Diode จะตดตงทบรเวณกลองรวมสาย (Junction Box) หลงแผงเซลลโดยเชอมตอกบสายไฟฟาหลก (Busbar) ซงสายไฟฟาทงหมดจะถกรวมทกลองรวมสายโดยแยกเปนชด

เซลลยอยๆ แลวท าการเชอมตอ Bypass Diode ครอมลงไปตามแสดงในรปท 3.28 ภายในกลองรวมสายจะมขวไฟฟาทงขวบวกและขวลบทพรอมใชงานและ Bypass Diode อยดวยกน จงสะดวกในการดแลรกษาและซอมแซมหากเกดการช ารดขนหลงจากใชงาน หรอมการปรบปรงในอนาคต ในอกกรณส าหรบการตอแผงเซลลแสงอาทตยเปนระบบขนาดเลกไปจนถงขนาดใหญ จ าเปนตองค านงถงผลกระทบของการผลตไฟฟาทไมเทากนของแตละสตรงซงเกดจากหลายปจจยอยางเชน การบงแดดเนองจากเมฆในบางสตรงของระบบโดยรวม คณสมบตของแผงเซลลเองทไมเทากน มมเอยงของการตดตงทไมอยในแนวระนาบเดยวกนทงหมด ดวยปจจยตางๆ ทกลาวมาเปนผลใหระบบผลต

ไฟฟาอาจจะมปรากฏการณของความไมเทากนในแตละสตรง ซงจะท าใหสตรงทมคาก าลงไฟฟาต าสดกลายเปนภาระทางไฟฟาชวคราวและมการถ าย เทพล ง ง านจากสตร งท ย งคงผล ตก าลงไฟฟาไดดมายงสตรงทมคาต า ซงท าใหก าลงไฟฟาโดยรวมมคาลดต าลง ดงนนเพอปองกนภาวะดงกลาว จงจ าเปนตองตดตง Blocking Diode ทบรเวณปลายสายของทกสตรงเพอท าหนาทเปนตวปองกนกระแสไฟฟาไหลยอนจากสตรงตวอนอกทงยงชวยปองกนไมใหสตรงตวต าเกดความเสยหายเนองจากภาวะกระแสไฟฟาไหลยอน

รปท 3.28 กลองรวมสายไฟฟาทมการตดตง Bypass Diode

รปท 3.29 แผนภาพของระบบทมการตดตง Bypass Diode

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

เซลล แผงและอปกรณประกอบระบบ

3 - 18

ปรากฏการณดงกลาวขางตนน จะเหนไดวาการตดตง Bypass Diode ระหวางแผงเซลลเพอท าหนาทเปนตวผานของกระแสไฟฟาเวลาการเกดเงาบงหรอการเกด Hot Spot ในแตละแผงภายในสตรง และการตดตง Blocking Diode เพอปองกนกระแสไฟฟาไหลยอนเขาสสตรง (รปท 3.29) จะท าใหระบบมความคงทในการผลตไฟฟาตลอดทงวนโดยทไดโอดแตละตวจะท าหนาในเวลาทเกดปรากฏการณตางๆ ทคาดไมถง ซงจะท าใหการผลตไฟฟามความสม าเสมอตลอดเวลา

อยางไรกตาม การตดตง Blocking Diode ในระบบตองค านงถงผลของการสญเสยแรงดนตกครอมของไดโอดทเกดขนอยางหลกเลยงไมไดและจะท าใหก าลงไฟฟาของระบบลดทอนไปสวนหนง นอกจากนในรปท 3.30 เปรยบเทยบระบบขนาดเลกทมขนาดก าลงการผลตไฟฟาเทากนทประกอบดวยระบบทไมม Blocking Diode รป (ข) และระบบทม Blocking Diode รป (ค) โดยทสตรงดานซายของรป (ก) แสดงสภาวะสตรงทเกดเงาบง และเมอเปรยบเทยบกราฟระหวางทมและไมม Blocking Diode เหนไดวาระบบทไมม Blocking Diode จะใหคาก าลงไฟฟาต ามากทงนเนองจากผลของการเกดภาระทางไฟฟาและมการไหลยอนกลบสตรงทมเงาบง สวนระบบทม Blocking Diode คงสามารถผลตก าลงไฟฟาไดโดยมก าลงไฟฟาโดยรวมเทากบสตรงทไมถกบงเงา (สตรงดานขวาของรป (ก))

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

เซลล แผงและอปกรณประกอบระบบ

3 - 19

รปท 3.30 การเปรยบเทยบไฟฟาทผลตไดของระบบทมและไมม Blocking Diode

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

เซลลแผง และอปกรณประกอบระบบ

3 - 20

3.3 ลกษณะของอนเวอรเตอร อนเวอรเตอรในระบบเซลลแสงอาทตยสามารถแบงได 2 ประเภทคอ อนเวอรเตอรแบบเชอมตอ

ระบบจ าหนาย (Grid-connected or Grid tied inverter) และอนเวอรเตอรแบบอสระ (Stand-alone inverter) ในชวงประมาณ 20 ปทผาน งานวจยเกยวกบอนเวอรเตอรส าหรบการผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตยแบบเชอมตอระบบจ าหนาย (Grid-connected PV inverters) สวนหนงเนนไปทวงจรหรอเทคนคการควบคมใหมๆ ซงเมออาศยความกาวหนาดานโซลทสเตท ท าใหมความเปนไปไดทจะสรางเอซโมดลทกะทดรด ประสทธภาพสง มความไววางใจไดและมราคาถก 3.3.1 วงจรตางๆ ในภาคก าลงของพวอนเวอรเตอร วงจรของพวอนเวอรเตอรตางๆ สามารแบงโดยอาศยวธพจารณาไดหลายวธ เชน มการแยกโดดหรอไมมการแยกโดดทางไฟฟา (Isolated or non-isolated) มหรอไมมภาคคล (Unfolding stage) และการใชหลกการมอดเลทดวยความกวางของพลส (PWM) หรอใชหลกการเรโซแนนซ อยางไรกตามถามการเชอมตอระบบจ าหนายความปลอดภยเปนสงทส าคญอยางยง ดงนนวงจรตางๆ ทจะน ามาเปนภาคก าลงของพวอนเวอรเตอรจะแบงเปน 2 ประเภท ตามการมการแยกโดดและไมมการแยกโดด วงจรทไมมการแยกโดด วงจรทไมมการแยกโดด หมายถง การมการเชอมตอทางไฟฟาระหวางเมนสและแผงเซลลซงการแยกโดดจะอาศยการตอผานหมอแปลง ในแงความปลอดภยทางไฟฟาการไมมการแยกโดดอาจยอมรบไมได อยางไรกตามขอดจากการไมมหมอแปลง คออนเวอรเตอรจะมขนาดเลกและราคาถก

อนเวอรเตอรทใชแรงดนดานเขาสองขว เปนวงจรแบบหนงซงไมมภาคคล แตจ าเปนตองมแผงเซลลสองกลม เพอใหสรางคลนซายนไดครบวฏจกร ซงเปนขอเสยอยางหนงของวงจรน

อนเวอรเตอรชนดนไมมการเพมแรงดน ดงนนแตละกลมของแผงเซลลจะตองสามารถสรางแรงดนสงสดไดมากกวาคาแรงดนสงสดของเมนส (Mains) ซงท าไดโดยการตอแผงเซลลอนกรมกนหลายๆ แผง แตการตอแบบนท าใหความเปนโมดลของระบบลดลง คอไมใชระบบหนงแผงเซลลตอหนงอนเวอรเตอร

อนเวอรเตอรทใชการสงเคราะหทางดจตอล อนเวอรเตอรชนดนท างานโดยการคล (Unfold) แรงดนดานบวกของแรงดนซายนทตองการไดจากการรวมแรงดนทไดจากแหลงจายแรงดนหลายๆ แหลงทถกตออนกรมเขาดวยกน

วงจรนแบงออกเปนสองสวนหลก สวนแรกเปนวงจรสงเคราะหคลนรปซายนมเอาทพทเปนแอบโซลทซายน และสวนทสองเปนวงจรคล วงจรนตองใชแผงเซลลหลายแผง ท าใหความเปนโมดลของระบบลดลงเชนกน

วงจรบรดจทอาศยหลกการมอดเลทความกวางของพลส แรงดนรปคลนซายนถกสรางขนจากวงจรบรดจ วงจรนแรงดนไฟฟาสลบดานออกจะไดจากการแปลงไฟตรงดานเขาซงเปนแรงดน

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

เซลลแผง และอปกรณประกอบระบบ

3 - 21

ขวเดยว และการควบคมแอมปลจดของกระแสดานออกท าไดโดยการปรบคาวฎจกรงาน (Duty cycle, D) (เปอรเซนตของชวงเวลาทสวทชน ากระแสเทยบกบคาบเวลาการท างานของสวทช ) ของพลส PWM ทผลตจากตวควบคม ถาชวงเวลาทสวทชน ากระแสมคามากแอมปลจดของแรงดนดานออกกจะมาก เนองจากวงจรนไมมคณสมบตในการเพมแรงดน ท าใหตองใชสตรงของแผงเซลลทมพกดแรงดนดานออกสงกวาแรงดนพคของเมนส

วงจรทมพนฐานจากวงจรทอนระดบ (Buck-boost) โดยทวไปแรงดนไฟฟาทไดจากแผงเซลลมกมคานอยกวาคาแรงดนสงสดของเมนส กระแสทไหลจากแผงเซลลสามารถรกษาใหไหลในทศทางเดยวไดโดยใชวงจรเรยงกระแสแบบบรดจซงควบคมได และแรงดนจากเมนสทผานวงจรเรยงกระแสแลวจะมคามากและนอยกวาแรงดนทไดจากแผงเซลลสลบกนไป ดงนนวงจรแปลงผน (Converter) ตองมความสามารถในการแปลงแรงดนขนและลง

วงจรแปลงผนแบบ Buck-boost และ Cuk มคณสมบตดงทกลาวมาน อยางไรกตามตวเหนยวน าดานออกของวงจร Cuk ท าใหยากตอการก าหนดจดตดศนยของกระแส วงจรนไมเหมาะทจะน ามาใชถาอตราสวนของแรงดนสงสดของเมนสตอแรงดนพกดจากแผงเซลลมคาสงมาก

อนเวอรเตอรทดดแปลงมาจากวงจรแปลงผนแบบ Zeta สองวงจร คอวงจรแปลงไฟฟากระแสตรงเปนวงจรไฟฟากระแสสลบสามารถสรางขนจากวงจรแปลงผนแบบ Zeta สองวงจร โดยจะถกมอดเลทแบบซายน และการสรางครงบวกของรปคลนซายนจะท างานในลกษณะ pulse-width modulation และจะมการน ากระแสตลอดชวงครงบวกของแรงดนเมนส

ในวงจรแบบนจะมสวทชตวหนงท างานทความถสงและอกหนงตวท างานทความถต า ดงนนการสญเสยจากการสวทชในวงจรนจงมคานอยกวาวงจรอนๆ วงจรทมการแยกโดด (Isolated circuit topologies) วงจรอนเวอรเตอรทมการแยกโดดจะกนทางไฟฟาระหวางเมนสและแผงเซลล ท าใหมความปลอดภยทางไฟฟาสงขน โดยทวไปการแยกโดดโดยการใชหมอแปลง วงจรประเภทนหลายวงจรหมอแปลงแยกโดดท าหนาทแปลงแรงดนขนดวย

วงจรอนเวอรเตอรแบบ Push-pull มหมอแปลงแบบมแทปกลางและภาคคล (Unfolding stage) วงจรท างานโดยการใชหมอแปลงเพมแรงดนทผลตไดโดยวธ pulse-width modulation มสวทชทถกควบคมดวยวงจรหาจดทใหก าลงงานสงสด (maximum power point tracking, MPPT) และวงจรควบคมความเปนซายน รปคลนแรงดนทออกจากหมอแปลง มรปรางเปนรปคลนซายนทความถเมนส แรงดนนจะถกแปลงเปนแรงดนกระแสตรงโดยไดโอดเรกตไฟเออรชนดความเรวสง ซงสวทชในวงจรท างานประสานกนเปนค เปนวงจรคล เพอกลบทศทางการไหลของกระแสทปอนเขาสวงจรเมนสทกๆ ครงวฏจกร และท างานรวมกนเปนวงจรความถต า

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

เซลลแผง และอปกรณประกอบระบบ

3 - 22

ขอเสยสองประการของวงจรแบบน คอการสญเสยในการสวทช มคาสงเนองจากสวทชสองตวนท างานในลกษณะ PWM นนคอเปนการสวทชแบบแขง (Hard switching) ขอเสยอกประการคอหมอแปลงถกใชงานไมเตมท คอใชครงละครงขดลวดเทานน อยางไรกตามหมอแปลงในวงจรนไมตองมการเกบพลงงานและฟลกซแมเหลกในหมอแปลงเปนแบบสองขวท าใหแกนเหลกของหมอแปลงไมอมตวงาย

วงจรทดดแปลงมาจากวงจรคอนเวอรเตอรแบบฟลายแบค (Fly back converter) เปนวงจรคอนเวอรเตอรแบบทบ-ทอนระดบแบบหนง มการแยกโดดระหวางขวดานเขาและขวดานออก ในวงจรมอปกรณแมเหลกไมใชหมอแปลง แตเปนตวเหนยวน าแบบสองขดลวด

ฟลกซแมเหลกในแกนหมอแปลงของวงจรนเปนแบบขวเดยว (Unipolar) ท าใหแกนหมอแปลงอาจเกดการอมตวได ซงเมอเกดขนแลวจะท าใหความเหนยวน าดานปฐมภมลดลงกระแสดานปฐมภมจะมคาสงท าใหสวทชก าลงอาจเกดการเสยหายได ดงนนหมอแปลงควรถกออกแบบใหอมตวไดยาก

วงจรทมพนฐานจากคอนเวอรเตอรแบบฟอรเวรด (Forward converter) เปนรปแบบหนงของคอนเวอรเตอรแบบทอนระดบ ถาแปรคาอตราสวนจ านวนรอบของหมอแปลงจะท าใหคอนเวอรเตอรนท าหนาทเพมแรงดนได การควบคมขนาดและรปคลนของแรงดนขาออกท าโดยใหสวทชท างานในโหมดการมอดเลทความกวางของพลส (Pulse-width-modulation) ขดลวดลางอ านาจแมเหลก (demagnetizing winding) และไดโอดตออนกรม ท าหนาทกพลงงานทเกบไวในแกนของหมอแปลงคนกลบสวงจรดานขาเขา โดยทวไปจ านวนรอบของขดลวดตวท 1 และ 2 มคาเทากน แตพกดกระแสของขดลวดตวท 2 มคาต ากวาของขดลวดตวท 1 เนองจากท าหนาทเปนทางผานของกระแสลางอ านาจแมเหลกเทานน และเนองจากไมจ าเปนตองใหมการแยกโดดทางไฟฟาอยางมากระหวางขดลวดปฐมภมและขดลวดลางอ านาจแมเหลก ดงนนขดลวดทงสองขดนสามารถพนแบบ bifilar ไดซงจะชวยลดความเหนยวน ารวไหลระหวางขดลวดทงสองนได

วงจรทมพนฐานบนคอนเวอรเตอรแบบทอนสองวงจร (Topology based on double buck converter) แนวความคดเบองหลงวงจรแบบน คอพยายามเพมประสทธภาพของวงจรโดยการลดจ านวนสวทชทมในสวนของวงจรทกระแสหลกไหลผาน ซงการลดจ านวนสวทชลงไดกจะเปนการเพมความเชอถอไดของวงจรดวย

อนเวอรเตอรทมวงจรแบบกงบรดจ (Topology based on a half bridge circuit) อนเวอรเตอรแบบนจะมวงจรกงบรดจอยในภาคการแปลงแรงดนไฟตรงเปนไฟกระแสสลบ

วงจรแบบกงบรดจมขอดคอวงจรมความงายเพราะมอปกรณนอยเมอเทยบกบวงจรเตมบรดจ วงจรกงบรดจ จงเหมาะทจะใชกบระบบทมแรงดนขาเขาสงเพราะแรงดนไฟฟาจะมคาเพยงครงหนงของแรงดนขาเขา ท าใหความเครยดทางไฟฟาของสวทชมคาต ากวา

อนเวอรเตอรทมวงจรแบบเตมบรดจ (Topology based on a full bridge circuit) ในกรณนแรงดนไฟฟาทตกครอมอปกรณก าทอนตางๆ กจะมคาสงกวาในกรณทเปนวงจรแบบครงบรดจ

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

เซลลแผง และอปกรณประกอบระบบ

3 - 23

อนเวอรเตอรทมวงจรแบบเตมบรดจจะเหมาะกบระบบทมแรงดนขาเขาต าแตกระแสสง ขอเสยของวงจรแบบเตมบรดจคอวงจรโดยรวมจะมความซบซอนกวา

อนเวอรเตอรทมวงจรก าทอนอนกรมสองวงจร (Topology based on dual series resonant converter) เปนการน าคอนเวอรเตอรก าทอนอนกรมแบบครงบรดจสองวงจรมาตออนกรมกน วงจรทไดจะท าตวเปนแหลงกระแส

ขอดของวงจรแบบนมสองประการคอ การท างานทความถคงท ท าใหการออกแบบอปกรณทางแมเหลกและอปกรณกรองความถมสมรรถนะดทสดทความถใดความถหนง และอนเวอรเตอรจะมคณสมบตแฝงในการทนตอการลดวงจรและเปดวงจรโดยอาศยอมพแดนซของวงจรก าทอน ขอเสยของวงจรคอวงจรมความซบซอนมากเทยบกบอนเวอรเตอรแบบทใชการควบคมโดยการเปลยนความถ 3.3.2 สญลกษณและหลกการท างานของอนเวอรเตอร

อนเวอรเตอรแบบเชอมตอระบบจ าหนายในระบบเซลลแสงอาทตยท าหนาทเชอมโยงระหวางระบบแผงเซลลแสงอาทตย (PV array) ระบบจ าหนาย (Grid) และภาระไฟฟา (AC loads) โดยรบไฟฟากระแสตรง (DC) จากระบบแผงเซลลแสงอาทตยและแปลงเปนไฟฟากระแสสลบ (AC) ซงมความถและแรงดนเดยวกบระบบจ าหนาย โดยสญลกษณในไดอะแกรมวงจรสมมลดงรปท 3.31

รปท 3.31 ไดอะแกรมวงจรสมมลของอนเวอรเตอร

การเชอมตอเขากบระบบจ าหนายสามารถเชอมตอเขากบระบบจ าหนายหลกโดยตรงหรอระบบจ าหนายของอาคารมความแตกตางคอ การเชอมตอโดยตรงก าลงไฟฟาทผลตไดจะถกปอนเขาสระบบจ าหนายโดยตรง แตหากเชอมตอกบระบบจ าหนายของอาคาร ก าลงไฟฟาทผลตไดจะถกน าไปใชกบภาระของอาคารกอน สวนทเหลอเกนจงจะถกปอนเขาสระบบจ าหนายหลก ระบบเซลลแสงอาทตยแบบน สามารถใชไดกบทงระบบ 1 เฟสและ 3 เฟส ดงรปท 3.32 เพอใหปอนก าลงไฟฟาเขาสระบบจ าหนายไดสงสดเสมอ อนเวอรเตอรประเภทนจงตองท างานทจดก าลงสงสด (MPP) ของพวอะเรยซง

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

เซลลแผง และอปกรณประกอบระบบ

3 - 24

เปลยนแปลงไปตามสภาพอากาศ ดงนนตวตดตามจดก าลงสงสด (MPP Tracker) ภายในอนเวอรเตอรจงตองปรบจดก าลงสงสดใหเหมาะสมกบคาแรงดนและกระแสของพวอะเรย วงจรอเลกทรอนกสซงท าหนาทเปน MPP Tracker จงมความจ าเปนตออนเวอรเตอร

ในปจจบน อนเวอรเตอรแบบเชอมตอระบบจ าหนาย สามารถใชงานตามหนาทดงน

แปลงพลงงานไฟตรงทผลตไดจากระบบแผงเซลลหรอพวอะเรยเปนพลงงานไฟสลบเขาสระบบจ าหนาย

ปรบการท างานของอนเวอรเตอรใหท างานทจดก าลงสงสดของพวอะเรย สามารถบนทกขอมลการท างานของอนเวอรเตอรได มฟงกชนปองกนทงดานไฟฟากระแสตรง และไฟฟากระแสสลบ ในปจจบนอนเวอรเตอรแบบเชอมตอระบบจ าหนายมผผลตในหลายประเทศ ทงพกดเลกไมเกน

10 กโลวตต และพกดขนาดใหญมากกวา 10 กโลวตต หลกการท างานแบงออกไดเปน 2 ลกษณะ คอ grid-controlled และ self-commutated inverter 3.3.3 อนเวอรเตอรแบบ Grid-controlled สวนประกอบพนฐานของอนเวอรเตอรลกษณะนคอ วงจรบรดจของอปกรณสวทชง เชนเดยวกบอนเวอรเตอรทวไป ดงรปท 3.33 อปกรณสวทชงทนยมในปจจบน ไดแก Thyrister และ IGBT อนเวอรเตอรแบบนจะใชแรงดนของระบบจ าหนายในการควบคมการสวทซเปดและปดของอปกรณอเลกทรอนกสก าลงแตละคของอปกรณสวทชงในวงจรบรดจ โดยท างานทความถ 50 เฮรต ดงนนจงเรยกอนเวอรเตอรลกษณะนวา grid-controlled

รปท 3.32 การเชอมตอระบบเซลลแสงอาทตยกบระบบจ าหนาย

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

เซลลแผง และอปกรณประกอบระบบ

3 - 25

หากระบบจ าหนายไมมแรงดน อนเวอรเตอรจะหยดท างานและเปนเหตผลทอนเวอรเตอรแบบอสระจงไมสามารถใชงานแทนอนเวอรเตอรแบบเชอมตอระบบจ าหนายได บางครงอาจจะเรยกอนเวอรเตอรลกษณะนวา square-wave inverter เนองจากกระแสเอาตพตมลกษณะเปนคลนรปสเหลยม (square wave) ซงท าใหเกดองคประกอบฮารมอนกทคอนขางสงและตองรบก าลงรแอกตฟจากระบบจ าหนายปรมาณมากดวย นอกจากนยงตองใชหมอแปลง 50 เฮรต เพอแยกโดด (isolate) ออกจากระบบจ าหนาย การควบคมการสวทซในปจจบนจะใชผานอปกรณ microprocessor เพอหนวงมม (delay angle control) สญญาณการสวทซส าหรบการใชงาน MPP Tracking

3.3.4 อนเวอรเตอรแบบ Self-commutated สวนประกอบพนฐานเปนวงจรบรดจเชนเดยวกน ดงรปท 3.34 แตอปกรณสวทชงในวงจรทเลอกใชขนอยกบประสทธภาพของระบบและระดบแรงดนระบบดานไฟฟากระแสตรง ซงสามารถเลอกใชอปกรณไดแก MOSFETs Bipolar transistor GTO และ IGBT อปกรณเหลานใชหลกการควบคมแบบ pulse width modulation ซงท าใหไดสญญาณรปคลนซายนทดกวาการสวทซทความถสงประมาณ 10 - 100 กโลเฮรต ท าใหชวงการสวทซ (duration) และรปของสญญาณใกลเคยงรปคลนซายน เมอผานวงจรกรอง low pass filter แลวท าใหก าลงไฟฟากระแสสลบทปอนเขาสระบบมลกษณะเชนเดยวกบระบบจ าหนาย

รปท 3.33 หลกการของอนเวอรเตอรแบบ grid-controlled

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

เซลลแผง และอปกรณประกอบระบบ

3 - 26

ดงนนองคประกอบฮารมอนกจะปรากฏเพยงอนดบต าเทานน และก าลงรแอกตฟส าหรบ commutation กยงต าดวย อยางไรกตาม การสวทซดวยความถสงจะท าใหเกด high-frequency interference หรอรจกดวาเปนปญหาของ electromagnetic compatibility (EMC) ซงตองการอปกรณปองกนวงจรทเหมาะสม โดยทวไปแลวอนเวอรเตอรแบบนเหมาะส าหรบเปนอนเวอรเตอรแบบอสระ หากน ามาใชกบอนเวอรเตอรแบบเชอมตอระบบจ าหนาย ตองค านงถงความถของก าลงไฟฟาทปอนเขาสระบบจ าหนายจะตองซงโครไนซกบความถของระบบจ าหนาย

อนเวอรเตอรแบบ self-commutated และอนเวอรเตอรแบบ grid-controlled ประกอบดวย หมอแปลงความถต า 50 เฮรต เปนอปกรณส าหรบจบคแรงดนเขากบแรงดนของระบบและแยกโดด สวนไฟฟากระแสตรงและไฟฟากระแสสลบออกจากกน ในรปท 3.35 เปนอนเวอรเตอรแบบ self-commutated with low-frequency (LF) transformer ประกอบดวยวงจรตางๆ ดงน (1) Step down converter (2) Full bridge circuit (3) Grid transformer (4) Maximum power point tracker (MPPT) และ (5) Monitoring circuit with ENS และ grid monitoring

ขอดของการแยกโดดทางไฟฟาดวยหมอแปลงท าใหสามารถออกแบบระบบแผงเซลลแสงอาทตย

ส าหรบความปลอดภยดานแรงดนต ามากได นอกจากนยงปองกน potential equalization, lightning protection, surge protection, grounding, electromagnetic interference อยางไรกตามการใชหมอแปลงความถต าจะท าใหเกดก าลงสญเสยในหมอแปลง ดงนนขนาดของอนเวอรเตอรจงใหญขนตามขนาดหมอแปลง จงท าใหราคาของอปกรณเพมขนดวย

รปท 3.34 หลกการของอนเวอรเตอรแบบ self-commutated inverter

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

เซลลแผง และอปกรณประกอบระบบ

3 - 27

กรณของหมอแปลงความถสง หมายถงหมอแปลงซงท างานทความถระดบ 10 - 50 กโลเฮรตหากเปรยบเทยบกบหมอแปลงความถต าจะมก าลงไฟฟาสญเสย ขนาดและราคาต ากวา อยางไรกตามจะท าใหวงจรของอนเวอรเตอรมความซบซอมเพมมากขน

ก าลงไฟฟาสญเสยของอนเวอรเตอรสามารถลดไดโดยไมใชหมอแปลง ยงเปนการลดทงขนาด น าหนกและราคาดวย โดยทวไปแรงดนระบบเซลลแสงอาทตยจะตองสงกวา crest value ของแรงดนดานระบบจ าหนาย หรอใช step-up dc to dc converter เพอเพมแรงดน เมอเพมวงจร dc to dc converter ท าใหเกดก าลงสญเสยในอนเวอรเตอรมากขน ซงสวนหนงสามารถลดไดโดยไมใชหมอแปลง

สงทส าคญของอนเวอรเตอรแบบไมมหมอแปลง คอไมมการแยกโดดทางไฟฟาระหวางวงจรก าลง

ดานไฟฟากระแสตรงและกระแสสลบ ดงนนจงตองการระดบความปลอดภยของอปกรณสงขนดวย โดยทวไปมาตรฐานการตดตงและเชอมตอระบบจ าหนายตองการการแยกวงจรดานไฟฟากระแสตรงและกระแสสลบออกจากกน ซงหากไมมตองมอปกรณปองกน universal current sensitivity (DIN VDE 0126) เพอปองกนการท าปฏกรยา (reaction) ของอปกรณตอ fault ทงดาน ไฟฟากระแสตรงและกระแสสลบ ซงอปกรณนอาจรวมอยในสวนวงจร ENS/MSD

ขอควรระวงคอ อนเวอรเตอรลกษณะนจะมคาความจของกระแสปลอยประจ (capacitive discharge current) มากกวา 30 มลลแอมแปร ระหวางการท างานปกต ซงสามารถไหลลงดนผานแผงเซลล ท าใหอปกรณปองกนไฟรว (residual current device, RDC) ซงตดการท างานท 30 มลลแอมแปรไมสามารถน ามาใชงานได การไมแยกโดดทางไฟฟาจะท าใหผลของ couple electromagnetic interference pulse (electro-smog) ในแผงเซลลเกดไดงาย หมายความวาอนเวอรเตอรลกษณะนจะมผลกระทบดานแมเหลกไฟฟาตอสงแวดลอมสงมาก

รปท 3.35 สวนประกอบวงจรของอนเวอรเตอรทมหมอแปลงความถต า

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

เซลลแผง และอปกรณประกอบระบบ

3 - 28

3.3.5 ลกษณะและสมบตของอนเวอรเตอรแบบเชอมตอระบบจ าหนายประสทธภาพการแปลงพลงงาน (Conversion Efficiency) เปนพารามเตอรบอกถงการสญเสยซงเกดขนในระหวางการแปลงพลงงานไฟฟากระแสตรงเปนพลงงานไฟฟากระแสสลบ ประกอบดวยการสญเสยเนองจากหมอแปลง อปกรณสวทชงและการจดการดานการใชก าลงงานของอนเวอรเตอรและอนๆ ความสมพนธดงสมการท 3.4 คอ

CON = PAC Input real power (of fundamental component) / PDC Input real power (3.4)

ประสทธภาพการแปลงพลงงานขนอยกบก าลงอนพตและแรงดนอนพตของอนเวอรเตอร (ซงมคานอย อาจไมตองน ามาคดผลกได) การคดผลจากแรงดนอนพตตอประสทธภาพอยบนฐานของการท างานของอนเวอรเตอรในสภาวะจรงซงสภาพอากาศ (อณหภมและความเขมแสงอาทตย ) มผลตอการท างานของแผงเซลล ประสทธภาพการตดตาม (Tracking Efficiency)

จากทไดกลาวแลววาอนเวอรเตอรในปจจบนตองมฟงกชนการตดตามหาจดก าลงสงสดของแผงเซลล ซงการท างานในหนงวนของแผงเซลลมการเปลยนแปลงจากปจจยตางๆ ไดแก ความเขมรงสอาทตยและอณหภม ซงจะเปลยนจดก าลงสงสดของแผง อนเวอรเตอรจงตองปรบและตดตามจดก าลงสงสดโดยอตโนมต คณภาพของอนเวอรเตอรจะเปลยนแปลงไฟตามจดการท างานทเหมาะสมซงอธบายโดยประสทธภาพการตดตาม ดงสมการท 3.5

CON = PDC instantaneous input real power / PPV maximum instantaneous PV array power (3.5)

การเปลยนแปลง (fluctuation) ของจดการท างานเกดจากการเชอมโยงระหวาง grid voltage frequency ในดานไฟฟากระแสตรง และควรมคานอยทสดเทาทจะเปนไปได ผลกระทบของการขนลงนจะชดเจนในอนเวอรเตอรแบบไมมหมอแปลง ความเรวในการเปลยนแปลงของระบบ MPP Tracking จะสงผลตอคาสงสดของความเขมแสงอาทตยในชวงเวลาสนๆ เชน ขณะเกดเมฆเคลอนตวผานอยางรวดเรว อยางไรกตาม คาสงสดของก าลงทสงมากกวา 1000 วตต/ ตารางเมตร จะถก cut off โดยขดจ ากดก าลงของอนเวอรเตอร ประสทธภาพสเตตก (Static Efficiency)

ประสทธภาพสเตตกนอยในรปของผลคณของประสทธภาพการแปลงพลงงานและประสทธภาพการตดตาม หรออาจค านวณไดจากทคาภาระตางๆ โดยทวไป ประสทธภาพการแปลงพลงงานหมายถงเมออนเวอรเตอรท างานตามพกดแรงดนและพกดกระแสตามทระบ (nominal) และเปน nominal efficiency หรอผผลตบางรายอาจระบประสทธภาพสงสด (maximum efficiency) ดวย ซงประสทธภาพสงสดจะอยระหวางเมออนเวอรเตอรท างาน 50 ถง 80 เปอรเซนตของพกดก าลง

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

เซลลแผง และอปกรณประกอบระบบ

3 - 29

ประสทธภาพทระบและประสทธภาพสงสดจะพจารณาภายใตเงอนไขของความเขมรงสอาทตยและอณหภมคาหนงเทานน การเปลยนแปลงความเขมรงสอาทตยอาจไมน ามาคดผลได หากอนเวอรเตอรท างานตามการเปลยนแปลงของภาระและท างานทพกดเทานน แตส าหรบการพจารณาในรปของ solar yield ตลอดทงปแลว ประสทธภาพจะแตกตางกนไปแลวแตพกดของระบบ ดงนน efficiency characteristic curves ดงรปท 3.36 จงเหมาะส าหรบใชพจารณาอนเวอรเตอรเมอกลาวถงทพกด ภายใตอณหภมแวดลอมท างานของอ น เ ว อ ร เ ต อ ร แ ล ะแ ร ง ด น อ น พ ต ด า นไฟฟากระแสตรง

ประสทธภาพแบบยโร (Euro Efficiency) การใชงานและเปรยบเทยบอนเวอรเตอรอยางงายๆ บนฐานของประสทธภาพสามารถใชวธการ

ของมาตรฐานยโรป (European standard) ในการก าหนดประสทธภาพ ซงเปนวธถวงน าหนกคาประสทธภาพเมอใชงานในสภาพแวดลอมของกลมประเทศยโรป พจารณาจากรปท 3.37 ซงแสดงความถและพลงงานทระดบความเขมแสงอาทตยตางๆ จากการแผรงสอาทตยตลอดหนงปในประเทศเยอรมน เนองจากความเขมรงสอาทตยบนแผงเซลลจะขนลงบอยครงในระหวางวนโดยพจารณาวาอนเวอรเตอรท างานภายใตภาระคาตางๆ ประสทธภาพของอนเวอรเตอรจะขนอยกบก าลงไฟฟา เขาชวขณะ ถาภาระมคานอยมากเนองจากความเขมแสงอาทตยต าจะท าใหประสทธภาพลดลง

การรวมผลของสภาวะเมอภาระคาตางๆ จงใชคาถวงน าหนก เพอค านวณหาประสทธภาพตามมาตรฐานยโรป ซงดงแสดงในสมการท 3.6 โดยแบงการคดประสทธภาพออกเปน 6 ชวงของคาเอาตพต

Euro = 0.03 x 5% + 0.06 x 10% + 0.13 x 20% + 0.1 x 30% + 0.48 x 50% + 0.2 x 100% (3.6)

จะพจารณาวา อนเวอรเตอรท างานทพกดเปน 20 เปอรเซนตของเวลาการท างานตลอดปท างานทครง หนงของพกดเปน 48 เปอรเซนตของเวลาการท างาน สวนอก 4 ชวงจะอธบายไดในลกษณะเดยวกน

รปท 3.36 ตวอยาง characteristic curve ของอนเวอรเตอรชนด

ตางๆ

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

เซลลแผง และอปกรณประกอบระบบ

3 - 30

การประสทธภาพตามมาตรฐานยโรปท าใหเราส ามารถ เปร ย บ เท ยบป ร ะ ส ท ธ ภ า พ ข อ งอนเวอรเตอรทแตกตางกนได แตใหสงเกตวาคาถวงน าหนกท ใช อางองสภาพภมอากาศของยโรปกลาง

ปจจบนอนเวอรเตอรจะมประสทธภาพตามมาตรฐานยโรปอยประมาณ 92-96 เปอรเซนต อยางไรกตาม คาประสทธภาพนปกตจะใชการค านวณจากผผลตทแรงดนทระบเทานน ซง MPP Tracking จะท างานครอบคลมชวงแรงดนกวางๆ และประสทธภาพจะมคาขนกบอณหภมแวดลอมและแรงดนอนพตดวย การวดประสทธภาพจงควรวดตามมาตรฐาน IEC 61683, Photovoltaic Systems-Power Conditioners – Procedure for Measuring Efficiency ซงก าหนดอณหภมแวดลอมท 25 องศาเซลเซยส และ ± 2 องศาเซลเซยส ทแรงดนอนพตตอไปน

แรงดนขาเขาต าสด (minimum input voltage) แรงดนปกต (nominal voltage) 90 เปอรเซนตของแรงดนขาเขาสงสด (90% of the maximum input voltage)

พฤตกรรมขณะภาระเกน (Overload Behavior) ระบบเซลลแสงอาทตยซงถกตดตงไมถกทศทาง (optimum orientation) หรอมการบงเงา

(Partial shading) จงเปนไปไดทจะลดความสามารถบางอยางของอนเวอรเตอรทออกแบบไว จงตองพจารณาพฤตกรรมของอนเวอรเตอรเมอท างานเกนพกด ถาอนเวอรเตอรจายก าลงเกนพกดอปกรณอเลกทรอนกสภายในเครองจะท างานภายใตภาระทางความรอนทมากขน การจายภาระเกนจะตองไมท าใหอปกรณภายในเครองเกดความรอนจนท าใหเกดความเสยหาย ซงท าไดโดยใช power reduction control เมออณหภมของอปกรณถงจดวกฤต ก าลงไฟฟาจะถกลดลงอตโนมตโดยเลอนจดการท างานท าใหอนเวอรเตอรไมท างานทจดก าลงสงสดหรอใชการสวทชงเปนแบบเปด-ปดแทน

รปท 3.37 ความถและพลงงานทความเขมรงสอาทตยตลอดหนงปในประเทศเยอรมน

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

เซลลแผง และอปกรณประกอบระบบ

3 - 31

การบนทกขอมลการท างานของอนเวอรเตอร ผผลตอนเวอรเตอรเกอบทกรายจะผลตอนเวอรเตอรซงมฟงกชนบนทกขอมลภายในตวเครอง

โดยตรงหรออาจเปนสวนเพมของอปกรณ ขอมลเหลานสามารถอานและแสดงผลบนหนาจอของเครองหรอสงตอไปยงเครองคอมพวเตอร ท าใหสามารถตดตามและประเมนการท างานของระบบเซลลแสงอาทตยทตดตงได ขอมลทวไปซงจะถกบนทกคอ

ดานอนพต ไดแก แรงดน กระแสและก าลงไฟฟา ดานเอาตพต ไดแก แรงดน กระแสและก าลงไฟฟา เวลาในการท างานของอนเวอรเตอร ปรมาณพลงงานทผลตได สถานะของอนเวอรเตอรและความผดปกตทเกดขน

โดยขอมลเหลานอาจถกระบเปนรายวน รายสปดาห รายเดอนและรายป 3.3.6 แนวโนมการพฒนาเทคโนโลยอนเวอรเตอรแบบเชอมตอระบบจ าหนาย Inverter with multiple MPP tracker (Multi string concept)

แนวคดทวไปส าหรบการใช multiple MPP tracker เพอลดการสญเสยของพลงงาน อาจเรยกวา multi string concept คอระบบถกออกแบบเพอใหแผงเซลลมความเขมแสงอาทตยเทากนถกเชอมตอวงจรเขาดวยกนเรยกวา สตรง (string) แตละสตรงจะมตวแปลงกระแสไฟฟากระแสตรง ซงแยก MPP tracker ของแตละสตรง ส าหรบการท างานทจดก าลงสงสดท าใหแตละสตรงมจดก าลงสงสดแตกตางกน ก าลงไฟฟาแตละสตรงจะถกสงเขาอนเวอรเตอรผานบสซงควบคมแรงดนไฟตรงใหคงทดวยตวแปลงกระแสไฟฟากระแสตรง Inverter with separate MPP tracker (String converter concept)

แนวคดนคอ อนเวอรเตอรถกแยกจาก MPP tracker ซงเรยกวา string converter แตละสตรงจะม string converter ดงรปท 3.38 ตวแปลงไฟฟากระแสตรงของแตละสตรงจะจายแรงดนสงประมาณ 850 โวลต ซงสงจายมายงอนเวอรเตอรดวยสายเคเบลท าใหระบบสามารถขยายสตรงไดถง 30,000 สตรง โดยมอนเวอรเตอรเพยงหนงตว ขอดคอ แรงดนไฟตรงจากแตละสตรงของแผงสามารถแตกตางกนได ดงนนในหนงระบบอาจประกอบดวยแผงเซลลหลายๆ ชนดสามารถก าหนดอณหภมของแผงเซลล การจดวางแผงเซลล ทศทางการตดตงและการบงเงาเพอลดพลงงานสญเสยไดงาย ซงเหมาะส าหรบระบบขนาดเมกกะวตต แตขอควรระวงคอ ตองมการปองกนการเกดสภาวะการท างานแบบอสระของแตละสตรง

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

เซลลแผง และอปกรณประกอบระบบ

3 - 32

Master – slave concept in low power ranges

แนวคดในการลดพลงงานสญเสยอกแนวคดหนง คอแนวคด master-slave โดยทวไปจะใชกบอนเวอรเตอรขนาดใหญ (20 กโลวตตขนไป) โดยใชอนเวอรเตอรขนาดเลกหลายตวท างานดวยกนเปน master-slave เมอความเขมรงสอาทตยต าจะมเฉพาะอนเวอรเตอร master เทานนทท างาน เมอพลงงานไฟฟาตามความเขมรงสอาทตยเกนกวาขดจ ากดของอนเวอรเตอร master อนเวอรเตอรซงเปน slave ตวแรกจะเรมท างาน เมอพลงงานไฟฟาเพมขนอก อนเวอรเตอรซงเปน slave ตวตอๆไปจงจะท างาน ท าใหประสทธภาพของระบบดทสด ดงรปท 3.39 แสดงคณลกษณะของอนเวอรเตอร master และ slave แตละตวเปรยบเทยบกบประสทธภาพของการใชงานอนเวอรเตอรเพยงตวเดยว สงเกตวาเมอระบบอนเวอรเตอร master – slave ท างานทก าลงต าจะมคาประสทธภาพสงกวาระบบอนเวอรเตอรขนาดใหญตวเดยว นอกจากนสามารถแยกอนเวอรเตอร master และ slave ออกไปยงระบบแผงเซลลยอยๆ (sub array) หรอสตรงเพอใหอนเวอรเตอรแตละตวท างานทจดก าลงสงสด

รปท 3.38 รปแบบแนวคด ของ multi string inverter

รปท 3.39 Efficiency curve ของอนเวอรเตอร master-slave ตางๆ

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

เซลลแผง และอปกรณประกอบระบบ

3 - 33

Three phase concept in low power ranges ระบบ 3 เฟสเหมาะสมส าหรบอนเวอรเตอรตองท างานในชวงก าลงต า โดยมขอดคอ ท าใหได

ประสทธภาพสงและยงเปนการปรบปรงคณภาพก าลงไฟฟาทปอนเขาสระบบ นอกจากนยงสามารถใชอปกรณปองกนในระบบ 3 เฟสเพอทดแทนอปกรณปองกน (ENS) ภายในเครองไดอกดวย Developments relating to large-scale grid-connected inverters

แนวคดเดมคอ ใชหมอแปลงเพมแรงดนเอาตพตเปน 400 โวลตและเพมแรงดนใหสงขน แตเหมาะส าหรบอนเวอรเตอรขนาดใหญคอทพกด 500 kVA หรอสงกวาดวยการปอนเขาสระบบจ าหนายแรงดนสงโดยไมใชหมอแปลงแรงต า ขอดคอ ท าใหการสญเสยจากหมอแปลงลดลง เมอเปรยบเทยบกบการปอนเขาสระบบแรงดนต าและชวยดานราคาเนองจากการใชหมอแปลงแรงดนต าอกดวย อกแนวคดหน งคอการใช อนเวอรเตอร master-slave ขอด อกอยางหน งของระบบอนเวอรเตอรแบบนคอ ท าให insulation resistance ของแตละระบบแผงเซลลหรอพวอะเรย มคาสงขน เนองแรงดนของระบบแผงเซลลทแยกออกไปจะต ากวาระบบแผงเซลลของระบบทงหมดระบบเดยว ระบบเซลลแสงอาทตยขนาดใหญยงตองค านงถงเรองของการตดตามการท างานของระบบอกดวยซงรวมถงอปกรณตรวจวดสภาพอากาศ (Weather station) ปจจบนการควบคมและเฝาระวงระบบสามารถใชงานผานซอฟตแวรแสดงผลและควบคมไดงายขนและยงสามารถควบคมระยะไกลผานอนเตอรเนตซงสามารถแสดงไดทงคาการวด การแจงความผดปกตและควบคมการท างานของอนเวอรเตอรตวอยางของซอฟตแวรแสดงดงรปท 3.40

ผผลตอนเวอรเตอรก าลงใหความส าคญกบความสะดวกในการใชงานอนเวอรเตอรมากขน เช น การใชงานอนเวอรเตอรขนาดเลกในระบบหลายๆ ตว ซงเชอมโยงถงกนไดโดยใชเพยงสายเคเบลเชอมแตละโมดลเขาดวยกนเพอเพมก าลงเอาตพต หรอใชวธการเพมโมดลส าหรบการเกบขอมล ใชงานอนเวอรเตอร การแสดงผลรวมถงฟงกชนการปองกนอปกรณตามความตองการของผใชงาน

รปท 3.40 ไดอะแกรมวงจรของอนเวอร เตอรแบบเชอมตอระบบจ าหนายขนาดใหญแบบปอนแรงดนระดบกลางโดยตรง

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

เซลลแผง และอปกรณประกอบระบบ

3 - 34

ผผลตบางรายอาจเพมระบบการวดกราฟกระแสและแรงดนไฟฟา (I-V curve) เขาไวในอนเวอรเตอรซงสามารถวดและสงผลไปยงคอมพวเตอร การวดลกษณะกระแสและแรงดนไฟฟาของระบบมประโยชนในการชบงความผดปกตทเกดขนในการตดตง เชน การตอกลบขว ความเสยหายของเซลลแสงอาทตยในแผงเซลล การเชอมตอสายเคเบล เปนตน ท าใหการตรวจสอบระบบท าไดงายสวนในดานความคงทนในการใชงานอนเวอรเตอรกลางแจง ผผลตอาจใช active cooling system ใหท างานเฉพาะขณะทจ าเปนเทานน มาตรฐานและขอก าหนดในการตดตงระบบเซลลแสงอาทตย ก าหนดใหใชเมนส dc circuit breaker หรอ disconnector/isolator swith เปนอปกรณทตองตดตงระหวางแผงเซลลและอนเวอรเตอร ซงผผลตอาจม electronic dc disconnector/isolator switch มาใหพรอมอนเวอรเตอรแทนทจะตองใช circuit breaker เพอปองกนการลดวงจรดานไฟฟากระแสตรง

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

เซลล แผงและอปกรณประกอบระบบ

3 - 35

3.4 ลกษณะของแบตเตอร แบตเตอรในระบบเซลลแสงอาทตยไดถกออกแบบเพอใหการจายประจมคาแรงดนไฟฟาคงท

อยางตอเนอง มความแตกตางจากแบตเตอรส าหรบการสตารทเครองยนตซงไดรบการออกแบบใหจายกระแสไฟฟาไดมากๆ ในชวระยะเวลาหนงๆ สวนการแบงแบตเตอรโดยทวไปแบงได 2 กลม คอแบบปฐมภม (Primary Battery) และแบบทตยภม (Secondary Battery) โดยแบตเตอรปฐมภม หมายถง แบตเตอรทใชงานไดเพยงครงเดยวแลวจะตองทงไป เนองจากไมสามารถท าใหเกดปฏกรยาทางเคมแบบยอนกลบใหมได สวนแบตเตอรทตยภม คอแบตเตอรทสามารถท าการเกบประจไฟใหมและน ากลบมาใชงานไดอก หรอกลาวคอสามารถท าปฏกรยาทางเคมแบบยอนกลบได ตวอยางเชน ตะกว-กรด นเกล-แคดเมยม นเกล-เหลก นเกล-ไฮไดรดและลเทยมแบตเตอร เปนตน

ระบบเซลลแสงอาทตยนยมใชแบตเตอรตะกว-กรด แบตเตอรนเกล-แคดเมยมใชกบอปกรณขนาดเลกและน าหนกเบา เชน เครองคดเลข นาฬกาขอมอ เปนตน ส าหรบแบตเตอรนเกล-เหลกไมน ามาใช เนองจากการคายประจโดยตวเองมคาสง สวนแบตเตอรนเกล-ไฮไดรดราคาคอนขางสงเมอคดราคาตอกโลวตต-ชวโมงเทยบกบแบตเตอรตะกว-กรด อยางไรกตามคาความจของแบตเตอรนมชวงใหเลอกใชงานไดระดบหลายรอยจนถงพนแอมแปร-ชวโมง และตองการระบบปองกนในวงจรการประจจงเหมาะสมกบการใชงานในระบบเซลลแสงอาทตยขนาดใหญ

รปท 3.41 แสดงสวนประกอบของแบตเตอรตะกว-กรด ดงน 1. เปลอกและฝาแบตเตอร เพอใชบรรจกลมแผนธาตบวกและลบ โดยทวไปท าจากยางแขง หรอพลาสตกทนทานกรดก ามะถน ซงในรปเปนแบตเตอรชนด 12 โวลต แบงเปน 6 ชอง 2. กลมแผนธาตบวกและแผนธาตลบ เปนโครงตะกวผสมระหวางตะกวกบพลวง หรอ ตะกวกบแคลเซยมแลวฉาบอดดวยผงตะกวบรสทธผสมสารเคม แผนธาตบวกมเนอแผนสน าตาล แผนธาตลบมเนอแผนสเทา ซงจะท าปฏกรยาทางเคมกบน ากรดแลวเกดกระแสไฟฟา

รปท 3.41 สวนประกอบของแบตเตอรตะกว-กรด

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

เซลล แผงและอปกรณประกอบระบบ

3 - 36

3. แผนกน ท าหนาทปองกนไมใหแผนธาตบวกและลบสมผสกน แผนกนอาจท าจากแผนยางพรน แผนพลาสตกทมรพรนเลกๆ หรอแผนกระดาษสงเคราะห ชวยใหเกดการท าปฏกรยาทางเคมไดอยางดระหวางแผนธาตบวกและแผนธาตลบเมอมน ากรด

4. น ากรดผสมหรอน ายาอเลคโทรไลท เปนสวนผสมระหวางน ากลนและน ากรดก ามะถนชนดเขมขน ท าใหเจอจาง โดยประเทศในเขตรอนใชน ากรดผสมทมคาความถวงจ าเพาะ 1.240-1.260 ทอณหภม 20 องศาเซลเซยส

5. ฝาจกแบตเตอร ท าหนาทรกษาและไมใหน ากรดผสมออกจากชองเซลลแบตเตอรพรอมระบายกาซทเกดจากปฏกรยาทางเคม จงควรปองกนและรกษาความสะอาดไมใหเกดการอดตน ความแตกตางของโครงสรางทส าคญระหวางแบตเตอรแบบ Deep cycle lead-acid ซงเหมาะสมใชงานในระบบเซลลแสงอาทตยกบแบตเตอรตะกว-กรดทวไป คอแผนตะกวของแบตเตอรแบบแรกเปนของแขงทบ แตในแบตเตอรอกแบบหนงเปนแบบของแขงมรพรนเหมอนฟองน า ทงนอาจพบแบตเตอรแสดงไวทฉลากเปน Deep cycle lead-acid แตภายในไมใชแผนตะกวแบบของแขงทบจงอาจเรยกแบตเตอรนเปนแบบผสมผสาน (hybrid battery) อยางไรกตามแบตเตอรแบบ Deep cycle lead-acid ถกออกแบบใหสามารถจายกระแสไฟฟาไดถง 20 %ของคาความจ และสามารถท าการประจไดหลายพนรอบ ทงน หลายๆ บรษทไดแนะน าวา แบตเตอรแบบผสมผสานจะไมสามารถจายประจไดถง 50 %ของคาความจ การท างานของแบตเตอร แบตเตอรหรอเซลลโวตาอก (Voltaic Cell) แสดงดวยสองครงเซลลซงเชอมตอดวยสะพานเกลอเพอเปนตวกนระหวางแตละเซลลและยนยอมใหสงผานอออนไดเทานนแตไมยนยอมใหโมเลกลของน าผานในรปท 3.42 แสดงสวนประกอบในเซลลโวตาอก แบตเตอรเปนแหลงก าเนดไฟฟาทอาศยหลกการเปลยนแปลงพลงงานเคมเปนพลงงานไฟฟาไดโดยตรง แบตเตอรประกอบดวยหนงเซลลโวตาอกหรอมากกวาหนงเซลล โดยแตละเซลลโวตาอกประกอบดวยสองครงเซลล เปนการตอแบบขวบวกตอกบขวลบเรยงซ าเชนนไปตามล าดบ หรอเรยกวาการตออนกรม ทงนหนงครงเซลลจะรวมถงสารอเลกโทรไลตและอเลกโทรดทสงผานประจลบ เรยกวา แอโนด สวนอกหนงคร ง เ ซลล โ ดยรวมสาร อ เล ก โทร ไลต และอเลกโทรดทสงผานประจบวกคาโทด รปท 3.42 สวนประกอบของเซลลโวตาอก

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

เซลล แผงและอปกรณประกอบระบบ

3 - 37

ในปฏกรยารดอกซผลตก าลงไฟฟานน จะประกอบดวย ปฏกรยารดกชนเปนการเพมอเลกตรอนและเกดขนในดานคาโทด ขณะทปฏกรยาออกซเดชนเปนการดงอเลกตรอนเกดขนในดานแอโนด ทงนอเลกโทรดจะไมสมผสกนโดยตรงแตจะเกดเชอมตอกนทางไฟฟาโดยอาศยสารอเลกโทรไลต ซงอาจเปนไดทงของแขงและของเหลว นอกจากนยงอาจพบวากรณแบตเตอรทมหลายเซลลจะใชครงเซลลซงมสารอเลกโทรไลตแตกตางกนในแตละเซลลและถกปดผนกไวในบรรจภณฑ แตละครงเซลลจะมแรงขบเคลอนทางไฟฟา (Electromotive force, emf) หรออเอมเอฟ จากคานจะทราบความสามารถในการเคลอนของกระแสไฟฟาจากภายในสภายนอกเซลล คาอเอมเอฟสทธของแบตเตอร คอคาความแตกตางระหวางอเอมเอฟของแตละครงเซลลทงหมด หรออาจกลาวไดวา คาอเอมเอฟสทธ คอความแตกตางระหวางศกยของปฏกรยารดกชนของแตละครงเซลล

แรงขบด นทาง ไฟฟาหร อการเคลอนขามระหวางขวของแบตเตอร เปนคาแรงดนททราบาไดจากการวด โดยมหน วย เป น โ วลต แรงด นท ข วของแบตเตอรเปนการอดประจหรอการคายประจจะเทากบคาอเอมเอฟของแบตเตอร ทงนแรงดนทขวของแบตเตอรขณะจายประจจะมคานอยกวาหากเทยบกบขนาดข อ ง แ ร ง ด น ท ข ว ข ณ ะ อ ด ป ร ะ จ เนองมาจากคาความตานทางภายในของแบตเตอร

แบตเตอรอยางงายประกอบดวย 4 สวน ดงรปท 3.43 ไดแก (1) ขวบวก (Positive Electrode) (2) ขวลบ (Negative Electrode) (3) อเลกโทรไลต (Electrolyte) (4) แผนกน (Separator) โดยทขวบวกเปนสวนทสญเสยอเลกตรอน เนองจากการท าปฏกรยาทางเคม สวนขวลบเปนตวรบอเลกตรอน ส าหรบอเลกโทรไลตจะเปนตวกลางใหประจไหลระหวางขวบวกและขวลบ และตวคนเซลลจะท าหนาทแยกทางไฟฟาในสวนของขวบวกและขวลบออกจากกน แรงดนไฟฟาทไดจะถกก าหนดโดยวสดทใชสราง ซงปฏกรยาทางเคมทเกดขนแตละขวอเลกโทรดจะใหคาศกยทางไฟฟาคาหนง เชน ตะกว-กรด ทขวบวกจะใหศกยไฟฟาเทากบ (-) 1.685 โวลต สวนทขวลบจะใหศกยไฟฟาเทากบ (+) 0.365 โวลต จากศกยไฟฟาทไดจากขวอเลกโทรดทงสองท าใหไดผลรวมของแรงดนไฟฟาเทากบ 2.05 โวลต ซงคาแรงดนทางไฟฟานจะเปนศกยไฟฟามาตรฐานของแบตเตอรตะกว-กรด

รปท 3.43 เซลลไฟฟาพนฐาน

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

เซลล แผงและอปกรณประกอบระบบ

3 - 38

การเชอมตอทางไฟฟาของเซลลหลายเซลลภายในแบตเตอร โดยใหขวบวกของเซลลหนงตอกบขวลบของเซลลถดไป และตอกนเชนนไปเรอยๆ จะท าใหแรงดนไฟฟาทไดเทากบผลรวมของแรงดนไฟฟาของแตละเซลลรวมกน เรยกการตอแบบนวา “การตอแบบอนกรมหรอการตอแบบอนดบ” สวนวธการเพมความจไฟฟาใหกบแบตเตอรนน จะตองตอใหขวบวกของทกเซลลเขาดวยกนและขวลบของทกเซลลเขาดวยกน เรยกการตอแบบนวา “การตอแบบขนาน”

นอกจากศกยไฟฟาทไดจากแตละขวอเลกโทรดแลว ความเขมขนของอเลกโทรไลตภายในแบตเตอรกมผลตอคาแรงดนไฟฟาทจะเพมขนเชนกน แตเพยงเลกนอย ดงนนแรงดนไฟฟาโดยทวไปจากแบตเตอรตะกว-กรดจะประมาณ 2.15 โวลต ส าหรบเซลลนเกล-แคดเมยมใหแรงดนไฟฟาประมาณ 1.2 โวลต สวนเซลลลเทยมใหแรงดนไฟฟาสงถง 4 โวลต การท าปฏกรยาหรอการเปลยนแปลงทางเคมในแบตเตอร ปฏกรยาเคมในแบตอเตอรเปนการรบและใหอเลกตรอน หรอเรยกวา “ปฏกรยารดอกซ” ซงการเสยอเลกตรอนเกดขนทขวบวก ท าใหมสภาพขาดแคลนอเลกตรอน แตการรบอเลกตรอนเกดขนทขวลบ ท าใหมสภาพอดมดวยอเลกตรอน ปฏกรยาเคมทเกดขนภายในอเลกโทรไลตหรอน ากรดก ามะถน (Sulfuric acid) กบแผนธาตบวก (เปนตะกวไดออกไซด) และแผนธาตลบ (เปนตะกวพรน) และปฏกรยาเคมทเกดแบงเปน 2 ชวง คอ การคายประจ และการอดประจ การคายประจหรอการจายกระแสไฟฟา แบตเตอรจายกระแสไฟฟาไดทนทเมอขวบวกและขวลบตอกบวงจรภายนอก (อปกรณไฟฟา) โดยทออกซเจนจากแผนธาตบวกจะรวมตวกบไฮโดรเจนในกรดก ามะถนเกดเปนน า ขณะเดยวกนจะเกดสารประกอบเรยกวา ตะกวซลเฟตหรอขเกลอ (คราบหรอผลกสขาว) เชนเดยวกบตะกวพรนในแผนธาตลบกจะรวมตวกบอนมลซลเฟตจากกรดก ามะถนเกดเปนตะกวซลเฟตเชนกน การอดประจไฟฟา เครองประจไฟฟาถกน ามาตอกบแบตเตอรโดยการตอขวบวกของเครองประจไฟฟาเขากบขวบวกของแบตเตอรและตอขวลบของเครองประจไฟฟากบขวลบของแบตเตอร แลวจายกระแสไฟฟาใหแกแบตเตอร กระแสไฟฟาจะไหลผานแผนธาตบวกและแผนธาตลบท าใหสารประกอบตะกวซลเฟตจากแผนธาตทงสองออกมารวมตวกบน ากลายเปนน ากรดอกครง

แบตเตอรขณะจายกระแสไฟฟา (คายประจ) จะเกดตะกวซลเฟต (ขเกลอ) ขนทแผนธาตบวกและแผนธาตลบ การทอนภาคซลเฟตจากกรดก ามะถนถกใชไปและเกดเปนน ามาแทนท าใหความหนาแนนของน ากรดลดลง ในทางกลบกนขณะอดประจไฟ กระแสไฟฟาจะแยกตะกวซลเฟตจากแผนธาตโดยน าจะแยกตวเปนไฮโดรเจน และออกซเจน อนมลซลเฟตจะรวมตวกบไฮโดรเจนกลายเปนกรด ปฏกรยาจะเกดเชนนสลบไปมาจนกระทงแผนธาตทงสองเสอมสภาพไมสามารถเกบประจไฟฟาได

แบตเตอรในระบบเซลลแสงอาทตยมอายการใชงานยาวนานกวา 3-4 เทาของแบตเตอรทวไป การจายไฟตอเนองไดนานกวาดวยอตรากระแสเทากน และการบ ารงรกษางายกวาโดยเตมน ากลนนอย

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

เซลล แผงและอปกรณประกอบระบบ

3 - 39

กวา ทงนเนองจากโครงสรางของแผนธาตใหญและหนา ท าใหเนอของแผนธาตหลดรวงไดยากและมความเหมาะสมส าหรบใชงานในเขตเมองรอน

สมรรถนะของแบตเตอรและค าจ ากดความ การใชงานแบตเตอรตองมความเขาใจเกยวกบศพททางเทคนคและความหมาย บอกใหทราบคณสมบตของแบตเตอรนนๆ เพอประกอบการพจารณาเลอกใชงาน ดงน

ประสทธภาพ คาความจ และการประจไฟฟามากเกนไป พลงงานไฟฟาในแบตเตอรสามารถวดไดในหนวยวตต-ชวโมง หรอกโลวตต-ชวโมง ค านวณหาประสทธภาพของพลงงาน หรอ energy efficiency โดยใชสมการท 3.7 ซงแบตเตอรทวไปมคาในชวง 70-80 %

ประสทธภาพของพลงงาน (%) = พลงงานทคายประจ (วตต-ชวโมง) x 100 (3.7) พลงงานทตองใชในการอดประจจนเตมพกด

สวนคาความจของแบตเตอร (Capacity) สามารถวดไดในหนวยของแอมแปร -ชวโมง (Ah) และประสทธภาพของการอดประจ (charge efficiency) หรออาจเรยกวา ประสทธภาพของแอมแปร-ชวโมง (Ah efficiency) ค านวณไดจากสมการท 3.8 แบตเตอรตะกว-กรดจะมคาประมาณ 95 % แตในแบตเตอรนเกล-แคดเมยมจะมคานอยกวาน โดยทวไปคาประสทธภาพของพลงงานนอยกวาประสทธภาพของการอดประจหรอประสทธภาพของแอมแปร -ชวโมง เนองจากการคายประจของแบตเตอรใชแรงดนต ากวาการอดประจ

ประสทธภาพของแอมแปร-ชวโมง (%) = แอมแปร-ชวโมงของการคายประจ x 100 (3.8) แอมแปร-ชวโมงทตองใชในการอดประจจนเตมพกด

การอดประจหรอการอดประจเกน ปฏกรยาเคมซงเกดขนในแบตเตอรตะกว-กรด และแบตเตอรนเกล-แคดเมยมนนจะเกดกาซออกซเจนและกาซไฮโดรเจนจากการแตกตวของน าทขวลบ อตราการคายประจ และอตราการอดประจ อตราการคายประจ (Discharge rate) และอตราการอดประจ (Charge rate) จะสมพนธกบ Rated Capacity ซงผผลตมกจะแสดงคา specific rated capacity ในหนวยของ Ah ทอตราการคายประจจ าเพาะคาหนงๆ อาท แบตเตอรตะกว-กรดความจ 200 Ah (อตรา 10 hour rate) แสดงวา แบตเตอรสามารถจายกระแสไฟฟา 20 แอมแปร เปนเวลา 10 ชวโมง ทอณหภมคงท 25 องศาเซลเซยส เปนตน กระแสทใชงานนค านวณโดยใชสมการท 3.9 จากความจของแบตเตอร หารดวยจ านวนชวโมง

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

เซลล แผงและอปกรณประกอบระบบ

3 - 40

C/ชวโมง = กระแสทจาย (แอมแปร) = คาความจ (แอมแปร-ชวโมง) (3.9) เวลา (ชวโมง)

ตวอยางเชน แบตเตอร 200 Ah มอตราการคายประจ C/10 จากสมการท 3.9 คากระแสทจายหรออตราการคายประจ เทากบ 20 แอมแปร เปนตน ความลกของการคายประจและการอดประจ คาดโอด (DOD, Depth of Discharge) เปนสดสวนหรอ%ของความจซงถกใชงานจากการอดประจเตมพกด ในทางสวนกลบของคาดโอดคอ คาเอสโอซ (SOC, State of Charge) เปนสดสวนหรอ%ของความจทคงใชงานได คาดโอดหรอเอสโอซจะใชเพออางองความจปกต (Nominal Capacity) ตารางท 3.1 แสดงความสมพนธอยางงายของคาดโอดและคาเอสโอซ

ตารางท 3.1 ความสมพนธระหวางคาดโอดกบคาเอสโอซ เอสโอซ (% SOC) ดโอด (% DOD)

100 75 50 25 0

0 25 50 75 100

อยางไรกตามอาจพจารณาคลายแกวน าซงมน าอยระดบหนงซงจะมสวนทวางเปลาหรอสวนจะตองเตมใหเตม คาดโอด และคาเอสโอซ คอความสงของสวนทวางเปลาไมมน าในแกวและความสงของน าทมอยในแกว ตามล าดบ ตวอยางเชน ความจทอตรา 10 ชวโมง (10 hour rate) การจายกระแสต าจะใหคาดโอดมากกวา 100 % ซงมความหมายอยางงายคอ แบตเตอรมความจในการใชงานไดมากกวา 100 % เมออตราการคายประจต ากวาอตราการคายประจปกต

อตราการคายประจดวยตวเอง การคายประจดวยตวเองเปนการสญเสยประจของแบตเตอร ถาหากปลอยทงไวทวงจรเปดหรอไมมการจายกระแสในระยะเวลาหนง เชน แบตเตอรปฐมภมทถกวางบนชนจ าหนายในรานคา เมอผานไปหลายๆ ป จะพบวาคาความจจะเหลออยไมเทากบความจตงตน แตส าหรบแบตเตอรทตยภมนน อตราการคายประจดวยตวเองจะอางถงดวยเปอรเซนตความจทหายไปตอเดอนโดยตงตนทคาความจเตมพกด แตตองค านงถงอณหภมของแบตเตอรควบคไปดวยกน ในหลายๆ กรณคานจะเปนสองเทาเมออณหภมแบตเตอรเพมขนทกๆ 10 องศาเซลเซยส จากการค านวณแบตเตอรในระบบเซลลแสงอาทตย พบวาอตราการคายประจดวยตวเองจะมคาต าโดยอยในชวง 1-4 % ทอณหภม 20-25 องศาเซลเซยส

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

เซลล แผงและอปกรณประกอบระบบ

3 - 41

วงจรอาย (Cycle Life) ความหมายของค าวา ไซเคล (Cycle) คอ การท าซ าๆ เพอการคายประจและการอดประจซงเปนการท างานปกตของแบตเตอร ดงนนหนงไซเคล หรอ หนงรอบเทากบการคายประจหนงครงตามดวยการอดประจหนงครง ในวงจรอายของแบตเตอรเปนการวดจ านวนไซเคลของแบตเตอร ซงแบตเตอรสามารถท างานเปนปกตไดตลอดชวอาย โดยทวไปจะพจารณาจากจ านวนไซเคลของการคายประจและคาดโอด (DOD) รวมถงสดสวนของคาความจกอนทจะลดลงไปตอคาความจตงตน (ปกตใชคา 80 %) วงจรอายขนกบคาความลกของแตละไซเคล หากทดสอบโดยวดทคาดโอดสง และคาดโอดต าลง แลวใหน าผลของจ านวนไซเคลคณดวยคาดโอดแลวพบวามคาคอนขางคงทแสดงวามการเปลยนแปลงความจมคาเชนเดยวกบคาดโอดทลดลง 3.4.1 แบตเตอรตะกว-กรด

แบตเตอรตะกว-กรดมหลายประเภทขนอยกบเทคโนโลยแผนธาตและชนดของสารอเลก โทรไลต โดยทวไปแบตเตอรตะกว-กรดทใชส าหรบระบบเซลลแสงอาทตยไดแก แบตเตอรแบบทมแผนธาตเปนกรด (grid plate) และมสารอเลกโทรไลตเปนของเหลว แบตเตอรแบบเจล แบตเตอรแบบ tubular plate และแบตเตอรแบบบลอก (OGi block)

แบตเตอรแบบ grid plate ทม electrolyte เปนของเหลว (Wet cells) แบตเตอรชนดนนยมใชงานในรถยนต ส าหรบการสตารทเครองยนตซงตองการกระแสสงในชวง

เรมสตารท โดยการออกแบบใหมแผนธาตบาง จ านวนหลายแผนเพอเพมกระแสแตแบตเตอรชนดนเหมาะส าหรบใชกบการคายและการอดประจทกระแสสงในชวงสนๆ แตไมเหมาะส าหรบลกษณะการท างานของระบบเซลลแสงอาทตยซงตองการการคายและการอดประจทกระแสไมสงนก แตรอบเวลายาวนานหลายชวโมง ดงนนจงตองมการดดแปลงแบตเตอรชนดนเพอใหสามารถใชไดดกบระบบเซลลแ ส งอ าท ต ย โ ด ยก า ร เ พ ม คว ามหนา ข อ งแผ น ธ าต เ พ ม ส า ร เ คล อบแผ น ก ร ด แล ะล ด ความเขมขนสารละลายกรด เพอปองกนการกดกรอนและยดอายการใชงาน จะพบวาหากตองการใหแบตเตอรท างานไดยาวนานเพยงพอ (400 รอบ) ไมควรปลอยใหเกดการคายประจมากกวา 50 %

แบตเตอรชนดเจล อเลกโทรไลตแบตเตอรชนดนถกท าใหเปนเจลโดยการเพมสารบางอยางทชวยในการจบตว ประโยชนของแบตเตอรชนดนมดงน

ไมเกดปญหาการแบงชนของกรด (acid stratification) ซงชวยลดการเกดซลเฟชนและยดอายการใชงาน ไมเกดกาซ และลดความเสยงหรออนตราย

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

เซลล แผงและอปกรณประกอบระบบ

3 - 42

ไมมการรวไหล สามารถตดตงไดทกท ไมตองการการบ ารงรกษา เชนไมตองคอยเตมน ากลน

แตอยางไรกตาม เนองจากแบตเตอรชนดนมขอบกพรองคอเสยหายไดงายหากมการอดประจเกนพกดจงจ าเปนตองมการควบคมแรงดนไฟฟาอยางด โดยไมใหเกนคาทท าใหเกดกาซเนองจากไมสามารถระบายกาซออกไปได และการตรวจสอบสภาวะการอดประจท าไดวธเดยวคอ การวดแรงดนไฟฟา เจลแบตเตอรจะมอายการใชงานยาวนานกวาแบตเตอรชนดสารอเลกโทรไลตเปนของเหลว (wet cells) จะพบวาทการคายประจ 50 % จะมอายการใชงานถง 1000 รอบแตจะมราคาแพงกวาแบตเตอรชนดอเลกโทรไลตเปนของเหลวประกอบของแบตเตอรตะกว-กรดชนดเจล

แบตเตอรชนด Stationary tubular plate (Type OPzS and OPzV) แบตเตอรชนดนเหมาะส าหรบการใชงานประมาณ 15 ถง 20 ป และระบบขนาดใหญทมการ

ท างานตลอดทงป แตแบตเตอรจะมน าหนกมาก ขนาดใหญและราคาสงมากโดยมทงชนดอเลกโทรไลตเ ป น ข อ ง เ ห ล ว (OPzS) และชนดเจล (OPzV) ความแตกตางจากแบตเตอรชนดอ น ท ก า ร อ อ ก แ บ บอ เ ล ก โ ท รด ด า นข ว บ ว ก (positive electrode) เปนแบบหลอดดงแสดงในรปท 3.44 ซ ง แข งแร งทนทาน

ท าใหมอายการใชงานยาวนาน จะพบวาทการคายประจ 50 % จะมอายการใชงานถง 4500 รอบ ซงสงกวาแบตเตอรชนดอนทกชนด

แบตเตอรชนดบลอก (OGi block) แบตเตอรชนดนมอเลกโทรดดานขวบวกจะเปนแผน

แบนซงเปนการผสมกนระหวางแผนกรดและแผนทมลกษณะเปนทอ (tubular plate) ดงแสดงในรปท 3.45 เปนสวนประกอบของแบตเตอรตะกว-กรดชนดบลอก ซงสามารถอดประจดวยกระแสไฟฟาทต าได และมประสทธภาพการอดประจสงประมาณ 95 ถง 98 % และตองการการบ ารงรกษานอยมากเพยง 2-3 ปตอครง แบตเตอรชนดนจะมอายการใชงาน

รปท 3.44 สวนประกอบของแบตเตอรตะกว-กรด ชนด Stationary tubular plate

รปท 3.45 สวนประกอบของแบตเตอรตะกว-กรดชนดบลอก

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

เซลล แผงและอปกรณประกอบระบบ

3 - 43

ยาวนาน จะพบวาทการคายประจ 30 % จะมอายการใชงานถง 3500 รอบซงสงกวาแบตเตอรชนดอนยกเวนแบบ Stationary tubular plate

3.4.2 พฤตกรรมและลกษณะการท างานของแบตเตอรชนดตะกว-กรด การใชงานหรอเลอกใชแบตเตอรชนดตะกว-กรดอยางถกตองและเหมาะสมนนจ าเปนตองเขาใจ

พฤตกรรมและลกษณะการท างานของแบตเตอรชนดนกอน โดยมประเดนหลกๆ ทควรพจารณาทงหมด 6 ประเดนไดแก (1) ความจของแบตเตอร (2) กระแสไฟฟาของแบตเตอร (3) แรงดนไฟฟาของแบตเตอร (4) การคายและการอดประจ (5) สภาวะการอดประจ และ (6) ปจจยทสงผลกระทบตออายการใชงานของแบตเตอร

(1) ความจของแบตเตอร (Battery Capacity) ความจของแบตเตอรคอ ปรมาณพลงงานไฟฟาทแบตเตอรสามารถจายออกไปหรอคายประจได

จนกระทงหยดจายพลงงานหรอหยดคายประจ โดยความจปกตของแบตเตอร (Nominal Capacity, Cn) มคาเทากบคากระแสไฟฟาคงทขณะคายประจ ( In ) คณดวย เวลาทงหมดในการคายประจจนหมด ( tn ) ดงสมการท 3.10

Cn = In x tn (3.10)

คาความจของแบตเตอรจะไมคงท โดยขนอยกบอณหภม แรงดนไฟฟาขณะคายประจจนหมดและกระแสไฟฟาขณะคายประจ ทงนหากกระแสไฟฟาขณะคายประจมคาต าจะท าใหกรดซลฟวรกคอยๆ แตกตวและไปจบกบแผนธาตเกดการสะสมเปนชนตะกวซลเฟตอยางชาๆ ซงชวยใหการแทรกซมของกรดซลฟวรกท าไดลกกวา แตในทางกลบกน หากกระแสไฟฟาขณะคายประจมคาสงจะท าใหเกดสะสมเปนชนตะกวซลเฟตอยางรวดเรว และท าใหการแทรกซมของกรดซลฟวรกท าไดไมลกพอ ดงนนในกรณทตองการก าลงไฟฟาของการคายประจมากจงตองพยายามใหกระแสไฟฟาขณะคายประจมคาต าและใชเวลานานขน ดวยเหตนผผลตแบตเตอรจงก าหนดคาพกดความจของแบตเตอรภายใตสภาวะใดสภาวะหนง เชน คาความจแบตเตอรทกระแสคายประจคาหนง หรอทเวลาในการคายประจคาหนง เปนตน ดงตวอยางในรปท 3.46 แสดงความสมพนธระหวางเวลาในการคายประจกบคาความสามารถในการคายประจของแบตเตอร

รปท 3.46 ความสามารถในการคายประจกบเวลาในการคายประจ

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

เซลล แผงและอปกรณประกอบระบบ

3 - 44

(2) กระแสไฟฟาของแบตเตอร จากหลกการเดยวกนกบความจของแบตเตอร คากระแสไฟฟาของแบตเตอรจะขนอยกบ

ระยะเวลาในการอดหรอการคายประจ โดยคากระแสไฟฟาทวไปของแบตเตอรส าหรบระบบเซลลแสงอาทตย มดงตอไปน

คากระแสไฟฟาสงสดขณะอดประจ (Maximum Charge Current) I20 = C20/20h คากระแสไฟฟาปานกลางขณะอดประจ (Medium Charge Current) I50 = C50/50h คากระแสไฟฟาปานกลางขณะคายประจ (Medium Discharge Current) I120 = C120/120h

(3) แรงดนไฟฟาของแบตเตอร คาแรงดนไฟฟาโดยทวไปของแบตเตอรชนดตะกว-กรดคอ ประมาณ 2 โวลตตอเซลลสวนใหญจะ

มทงหมด 6 เซลล โดยทตอกนแบบอนกรมอยภายในกลอง และแรงดนรวมประมาณ 12 โวลตตอแบตเตอรหนงตว ซงคาแรงดนทแทจรงจะเปลยนแปลงเสมอขนอยกบสภาวะการท างาน และเพอปองกนความเสยหายทจะเกดกบแบตเตอรจ าเปนตองจ ากดคาแรงดนไฟฟาใน 2 สภาวะตอไปน คอ จ ากดคาแรงดนสงสดในสภาวะการอดประจ และจ ากดคาแรงดนต าสดในสภาวะการคายประจ นอกจากนยงตองจ ากดคาแรงดนเพอปองกนการเกดกาซในสภาวะการอดประจอกดวย

คาแรงดนไฟฟาขณะไมมภาระทางไฟฟาหรอแรงดนวงจรเปดของแบตเตอรชนดตะกว-กรด จะไมสามารถวดไดทนท ภายหลงจากการอดหรอคายประจ เนองจากกระบวนการทางเคมและ ความรอนยงไมเขาสภาวะสมดล ซงคาแรงดนวงจรเปดนขนอยกบสภาวะการอดประจและชนดของแบตเตอรโดยมคาอยระหวาง 1.96-2.12 โวลตตอเซลลหรอแบตเตอรหนงตวมคา 12-12.7 โวลต

(4) การอดและการคายประจ ( C h a r g i n g a n d D i s c h a r g i n g ) กระบวนการอดประจ คาแรงดนไฟฟาของแบตเตอรจะคอยๆ เพมขนจนถงคาหนงทจะเรม

เกดกาซ (gassing voltage) นนคอ น าถกแยกตวออกเปนออกซเจนและไฮโดรเจน เรยก oxy-hydrogen gas ซงสามารถจดตดไฟและระเบดไดงาย ดงนนผผลตเครองควบคมการประจแบตเตอรจงควรจ ากดแรงดนไฟฟาตอนอดประจไมใหเกนคาๆ หนงเปนคาแรงดนปลดออกเมออดประจหรอ charge cut-off voltage นอกจากนเนองจากคาแรงดนทเรมเกดกาซขนอยกบคาอณหภมของแบตเตอร ดงนนเครองควบคมการประจแบต เตอร ค ว ร ต อ งม ก า ร ว ดอณหภมเพอน ามาค านวณหาคา charge cut-off voltage อยางถกตอง ดงแสดงในรปท 3.47

รปท 3.47 ความสมพนธระหวางอณหภมกบ charge cut-off voltage

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

เซลล แผงและอปกรณประกอบระบบ

3 - 45

แบตเตอรส าหรบเซลลแสงอาทตยจะท างานครบรอบ หรอไซเคลในหนงวนคอ ชวงกลางวนเปนการอดประจและกลางคนเปนการคายประจ โดยอาจคายประจอยระหวาง 2 ถง 20 %ของความจแบตเตอร การท างานของแบตเตอรจะขนอยกบฤดกาล เชนในฤดหนาว (หรอฤดฝน) แสงแดดมนอย ท าใหแผงเซลลแสงอาทตยผลตพลงงานไดนอยจงไมเพยงพอส าหรบการอดประจใหแกแบตเตอรใหเตม สงผลใหแบตเตอรท างานทสภาวะการอดประจ (State of Charge, SOC) ทต ามาก อาจจะประมาณ 20 % ของคาความจของแบตเตอร ขณะทในชวงฤดรอน แสงแดดมมาก แผงเซลลผลตพลงงานไดมากและเพยงพอส าหรบอดประจใหแกแบตเตอรจนเตมหรอเกอบเตม ซงอาจสงผลใหแบตเตอรท างานทสภาวะการอดประจทสงคอ อาจถง 80 หรอ 100 % ของคาความจของแบตเตอรได แตกอาจท าใหเกดปญหาการอดประจเกนพกด ดงนนเพอหลกเลยงปญหาน จงจ าเปนตองมการก าหนดคาแรงดนไฟฟาสงสดของแบตเตอร ซงโดยทวไปก าหนดไวท 2.4 โวลตตอเซลล โดยเครองควบคมการประจแบตเตอรบางรน อาจก าหนดคาแรงดนสงกวานในชวงเวลาสนๆ เพอเหตผลจ าเปนบางประการ เชน เพอการอดประจแบบ Equalization หรอการอดประจแบบรวดเรว เปนตน

กระบวนการคาย

ป ร ะ จ เ ม อ เ ร ม ต นแรงดนไฟฟาจะตกลงอยางทนทเนองจากแรงดนสวนห น ง ต ก ค ร อ ม บ น ต วต า น ท า น ภ า ย ใ น ข อ งแ บ ต เ ต อ ร เ ม อ มกระแสไฟฟาไหลในวงจร จากน นแรงดน ไฟฟาจะคอยๆ ลดลงอยางตอเนองและจะลดลงอยางรวดเรวเมอใกลสนสดกระบวนการหรอจนถงคาแรงดนปลดออกเมอคายประจ หรอ discharge cut-out voltage หากปลอยใหแรงดนไฟฟาลดลงตอไปจนกระทงต ากวาคา discharge cut-out voltage จะท าใหความเขมขนของกรดจะมคาสงมากจนเกดเปนผลกซลเฟต หรอเรยกวาเกดซลเฟชน ซงควรหลกเลยงไมใหเกดสภาวะน

ในรปท 3.48 แสดงลกษณะแรงดนไฟฟาของแบตเตอรในชวงเวลาทเกดกระบวนการอดและการ

คายประจ ไดแก การเปลยนแปลงของแรงดนไฟฟาของแบตเตอรในกระบวนการอดและคายประจ

รปท 3.48 ลกษณะแรงดนไฟฟาของแบตเตอร ในชวงเวลาทเกดกระบวนการอดและการคายประจ

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

เซลล แผงและอปกรณประกอบระบบ

3 - 46

รวมทง charge cut-off voltage (หรอ upper charge voltage), discharge cut-out voltage (หรอ lower discharge voltage) และ gassing voltage

(5) สภาวะการอดประจ (State of Charge, SOC) การท างานของระบบเซลลแสงอาทตยแบบอสระทมแบตเตอรจ าเปนตองทราบจ านวนเวลาท

ระบบยงสามารถจายไฟใหแกภาระทางไฟฟาไดในชวงเวลาทไมมแดดเพอประมาณการหรอเตรยมมาตรการรองรบหรอปองกนการขาดแคลนไฟฟา ดงนนจงจ าเปนตองทราบตลอดเวลาวามปรมาณพลงงานทเหลออยในแบตเตอรมากนอยเพยงใด ซงโดยทวไปม 2 วธทจะท าใหทราบปรมาณพลงงานทเหลออยในแบตเตอร (State of charge)

วธท 1 ส าหรบ unsealed แบตเตอร หรอแบตเตอรทมอเลกโทรไลทเปนของเหลว สามารถทราบไดจากคาความหนาแนนของกรด (Acid density) ซงวดโดยไฮโดรมเตอร (hydrometer) โดยแบตเตอรแตละชนดจะมคาตางกน

วธท 2 ส าหรบ sealed แบตเตอร หรอแบตเตอรทมอเลกโทรไลทเปนแบบเจลซงไมสามารวดคาควาความหนาแนนของกรด (Acid density) ไดจงตองวดระดบแรงดนไฟฟาแทน อยางไรกตาม จ าเปนตองทราบระดบแรงดนวงจรเปดขณะเรมตน (resting voltage) กอนทกครงเพอใชอางองเปนคาเรมตนทสภาวะการประจเปน 0 % และตองปลอยแบตเตอรไวโดยไมตอวงจรไวอยางนอย 4 ชวโมงกอนท าการวดแรงดน

(6) ปจจยทสงผลกระทบตออายการใชงานของแบตเตอร (Ageing Effect) แบตเตอรชนดตะกว-กรดมจดบกพรองเนองจากอายการใชงานคอนขางสน โดยทการใชงาน

ระหวาง 100 ถง 800 รอบ จะมอายการใชงานประมาณ 3 ถง 8 ป แตในขณะทแบตเตอรแบบ Stationary จะมอายการใชงานประมาณ 10 ถง 15 ป สงทตองค านงถงเสมอแมวาจะไมมการคายประจใดๆ จากแบตเตอร กระบวนการทางเคมกยงคงเกดขนและเปนเหตใหเกดการคายประจภายในตวแบตเตอรเอง ทงนไมควรใหเกดการคายประจเกน 3 % ตอเดอน จากกระบวนการทางเคมทเกดขนในแบตเตอรเปนปจจยทสงผลตออายการใชงานของแบตเตอร ประกอบดวย การแบงชนของกรด (Acid stratification) การเกดซลเฟชน (Sulfation) การกดกรอน (Corrosion) การเกดเปนตะกอน (Sludging) และการสญเสยน า (Drying out)

การแบงชนของกรด หรอ Acid stratification เปนปฏกรยาสามารถยอนกลบได เนองจากการท กรดมองคประกอบของโลหะหนก ซงความหนาแนนของกรดบรเวณดานลางของแบตเตอรจงมากกวาดานบน ท าใหเกดความตางศกยขนระหวางกรดชนบนและชนลาง เปนเหตใหเกดการคายประจบางสวนวนอยภายในตวกลองแบตเตอร กระบวนการนเรยกวา Acid stratification และในกรณนท าใหเกดกาซบาง ทงนในแตละชวงเวลาของการบ ารงรกษาจงควรชวยใหเกดการผสมของกรด

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

เซลล แผงและอปกรณประกอบระบบ

3 - 47

ชนบนและชนลางโดยการเคลอนยายแบตเตอรเพอใหเกดการผสมกนระหวางกรดชนบนและชนลางและชวยลดการคายประจภายในแบตเตอร

การเกดซลเฟชน หรอ Sulfation เปนปฏกรยาทไมสามารถยอนกลบไดในกรณทแบตเตอรไมไดรบการอดประจอยางเพยงพอหลงจากทคายประจแลว จะท าใหเกดผลกของตะกวซลเฟตตกตะกอนสะสมอยดานลาง ซงไมสามารถละลายกลบเขาในสารอเลกโทรไลตไดอก และการสญเสยซลเฟตนท าใหความสามารถในการอดประจครงตอไปลดลง กระบวนการนเรยกวา Sulfation

การกดกรอน หรอ Corrosion เปนปฏกรยาทไมสามารถยอนกลบได โดยทกระบวนการกดกรอนจะเกดขนกบแผนธาตกรดทขวบวกของแบตเตอร เมอแรงดนทขวบวกสงเกนกวาปกตจะท าใหความตานทานของแผนธาตกรดเพมขน จนในทสดเมอเกดการกดกรอนเปนบรเวณกวางจะท าใหเกดการลดวงจรภายในระหวางขวบวกกบอเลกโทรด

การเกดเปนตะกอน หรอ Sludging เปนปฏกรยาทไมสามารถยอนกลบได โดยทปรมาตรขององคประกอบทางเคมทมการเปลยนแปลงในระหวางการอดและคายประจจะท าใหองคประกอบบางสวนหายไป หากเกดกาซขนจะท าใหเกดการสะสมเปนตะกอนของตะกว หรอตะกวซลเฟตทดานลางแบตเตอรและเมอสะสมจนสงมากพอจะท าใหเกดการลดวงภายใน

การสญเสยน า หรอ Drying out เปนปฏกรยาทไมสามารถยอนกลบได หากเกดกาซขนในระหวางการอดประจจะท าใหเกดการสญเสยน า ซงตองมการเตมน าอยางสม าเสมอเพอชดเชย และไมใหแบตเตอรหยดท างาน

เครองควบคมการประจไฟฟา ระบบเซลลแสงอาทตยแบบอสระโดยทวไปประกอบดวย แผงเซลลแสงอาทตย เครองควบคม

การประจไฟฟา แบตเตอร และโหลดนน ซงแรงดนไฟฟาของระบบแผงเซลลแสงอาทตยควรเหมาะสมกบแรงดนไฟฟาของแบตเตอร โดยทวไปมคาเทากบ 12 โวลต, 24 โวลต และ 48 โวลต ตวอยางเชน แบตเตอร 12 โวลต มแรงดนไฟฟาสงสดได ถ ง 14 . 4 โ วลต หากแผง เซลลแสงอาทตยเปนชนดผลกซลกอนจ านวน 36 ถง 40 เซลล มแรงดนใชงานได 15 ถง 18 โวลต (ขนกบอณหภมของอากาศ) ขอจ ากดทางเทคนคทก าหนดใหแรงดนใชงานตองมากกวาแรงดนการประจไฟฟาของแบตเตอร แมวาอณหภมจะสงขน ซงในกรณนจะเหนวาแรงดนใชงานของ

แผงเซลลแสงอาทตยเพยงพอตอการรปท 3.49 ตวอยางเครองควบคมการประจไฟฟาทมทวไป

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

เซลล แผงและอปกรณประกอบระบบ

3 - 48

ประจไฟฟาใหแกแบตเตอร แมเกดการสญเสยแรงดนไฟฟาในสายไฟฟาและไดโอด (โดยทวไปไมเกน 2 %)

เครองควบคมการประจไฟฟาท าหนาทประจไฟฟาทผลตไดจากแผงเซลลแสงอาทตยลงในแบตเตอรและควบคมไมใหประจไฟฟาเกน (overcharging) หลกการท างานของเครอง คอ ตรวจวดแรงดนของแบตเตอร เพอก าหนดสถานะการประจของแบตเตอร เมอแบตเตอรมประจอยเตมแรงดนไฟฟาจะสงขน เชน แบตเตอร 12 โวลต เครองควบคมการประจไฟฟาจะตดการประจเมอแรงดนสงถง 14.4 โวลตและจะประจไฟฟาใหมอกครงเมอแรงดนไฟฟาลดลงเหลอ 13.4 โวลต และท าหนาทเบยงเบนไฟฟาจากแผงเซลลแสงอาทตยเมอแรงดนไฟฟามากเกน หรอต ากวาแบตเตอรจะรบได สวนการปองกนการจายไฟฟายอนกลบจากแบตเตอรไปยงแผงเซลลแสงอาทตย จะมไดโอดปองกนกระแสไหลยอน ซงปกตจะมรวมอยในเครองควบคมการประจไฟฟา ตวอยางเครองควบคมการประจไฟฟาในระบบเซลลแสงอาทตยทมทวไปดงแสดงในรปท 3.49

สรปหนาทของเครองควบคมการประจไฟฟาไดดงน ควบคมใหมการประจไฟฟาทเหมาะสม

ป อ ง ก น ก า ร ป ร ะ จ ไ ฟ ฟ า เ ก น ก ว า

แบตเตอรจะรบได

ปองกนการคายประจยอนกลบ

ปองกนการคายประจเกน

แสดงสถานะของแบตเตอร (บางรน)

เครองควบคมการประจไฟฟามอยทวไปแบงได 4 แบบ คอ การประจแบบอนกรม (Series controllers) การประจแบบชนท (Shunt controllers/parallel controllers) การประจแบบปองกนการคายประจเกน (Deep discharge protection) และการประจแบบควบคมก าลงสงสด (MPP charge controllers) หลกการท างานของเครองควบคมการประจแบบตางๆ มดงน เครองควบคมการประจแบบอนกรม (Series controllers)

การตอเครองควบคมการประจไฟฟากบแผงเซลลแสงอาทตยแบบอนกรม โดยจะตดการไหลของกระแสไฟฟาจากแผงเซลลแสงอาทตย เมอเกนแรงดนไฟฟาทแบตเตอรรบได และตอวงจรเมอแรงดนไฟฟาลดลง อาศยสวทชควบคมทเปนสวทชแมเหลก เรยกวา รเลย (Relay) หรอตวน า สญลกษณ S1 และหลกการท างานดงแสดงในรปท 3.50 ขอดอยของเครองแบบ คอ การสนของสวทชแมเหลกเนองจากการปด-เปดวงจรเมอมการเปลยนแปลงของแรงดนไฟฟา และกอใหการสญเสยขนในระบบ ดวยเหตนจงพฒนาเครองควบคมการประจทมการควบคมการท างานตอเนอง

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

เซลล แผงและอปกรณประกอบระบบ

3 - 50

เครองควบคมการประจแบบชนท (Shunt controllers/parallel controllers)

การตอเครองควบคมการประจไฟฟากบแผงเซลลแสงอาทตยแบบขนาน เมอเกดแรงดนไฟฟาเกน ตวควบคมจะท าหนาทลดก าลงไฟฟาจากแผงเซลลอยางตอเนอง การตอแบบนจะปลอดภยกบแบตเตอร แตแผงเซลลมอณหภมเพมขนเลกนอย เนองจากกระแสลดวงจรของก าลงไฟฟาทผลตไดจากแผงเซลลไมไดจายออกมา หลกการท างานของเครองควบคมการประจแบบชนทดงแสดงในรปท 3.51

การประจแบบปองกนการคายประจเกน (Deep discharge protection) เครองควบคมการประจไฟฟาโดยทวไป ปองกนการคายประจเกนดวยรเลย เพอแยกโหลดออก

จากแบตเตอร ดงสญลกษณ S2 ในรปท 3.50 และรปท 3.51 และสญลกษณ S1 ในรปท 3.52 ตวอยางเชน แรงดนของแบตเตอรลดลงต ากวาแรงดนจายของแบตเตอรเนองจากโหลดตองการจายกระแสสง (ตเยน) เหตการณเชนนตวควบคมจะแยกโหลดออก และน าแรงดนไฟฟากลบมาโดยเรวทสด ซงโดยทวไป จะเพยงพอตอการจายใหโหลดขนาดเลก (หลอดไฟฟา)

รปท 3.50 หลกการท างานของเครองควบคมการประจแบบอนกรม

รปท 3.51 หลกการท างานของเครองควบคมการประจแบบชนท

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

เซลล แผงและอปกรณประกอบระบบ

3 - 51

เครองควบคมการประจไฟฟารนใหมจะมตววดอณหภมดวย เพอวดอณหภมของสภาพแวดลอม และปกตเครองควบคมการประจไฟฟาจะตอกบแบตเตอรโดยตรง ดงนนอณหภมของทงสองจงใกลเคยงกน ยกเวนกรณแบตเตอรรบภาระโหลดมากอาจจะเกดความรอนขน ท าใหแบตเตอรมอณหภมสงกวาเครองควบคมการประจ ทงนแบตเตอรทออกแบบไวอยางดจะไมไดรบผลกระทบน

การควบคมการประจไฟฟา โดยอาศยหลกการจ ากดกระแสไฟฟาทงดานแผงเซลลและแบตเตอร ผานอปกรณอเลกทรอนกสทเกดความเสยหายไดงาย จงจ าเปนตองมการปองกนดวยการตดตงฟวส ซงคากระแสไฟฟาสงสดจ ากดจากแผงเซลลและจากโหลดอยในชวง 5 ถง 30 แอมแปร หากเปนระบบขนาดใหญจะมรนเฉพาะหรอแบงระบบเปนกลมยอยๆ จงท าใหไมเกดภาวะทงระบบท างานลมเหลว

เครองควบคมการประจแบบควบคมก าลงสงสด (MPP charge controllers) ระบบเซลลแสงอาทตยจะผลตไฟฟาได ขนกบความเขมรงสอาทตย และอณหภม ซงการตอเครองควบคมการประจและแผงเซลลแสงอาทตยทไมเหมาะสมจะท าใหเกดการสญเสยก าลง 10–40 % ทงนการหลกเลยงท าโดยการใชตวตดตามจดก าลงสงสด (Maximum Power Point, MPP) หรอเรยกวา Maximum Power Point Tracker (MPPT) MPPT ประกอบดวย ตวควบคมการแปลงกระแสไฟตรงเปนไฟตรง และจะท างานทกๆ 5 นาท เพอวดกระแสและแรงดนไฟฟาของระบบแผงเซลลแสงอาทตย น ามาค านวณคาก าลงไฟฟาสงสด จากนนจะมวงจรทควบคม เพอปรบใหเหมาะสมกบการประจแบตเตอร โดยทวไปเครองแปลงไฟฟาแบบนมประสทธภาพ 90 -96 % สวนระบบทเหมาะสมกบการใช MPPT ควรมขนาดตงแต 200 วตตขนไป หากระบบมขนาดเลกกวานจะเกดการสญเสยในระหวางการแปลงมากกวาจะไดรบมาเนองจากวงจรมความซบซอน ปจจบนพบวาเครองควบคมการประจไฟฟาแบบนจะใชในระบบขนาดตงแต 500 วตตขนไป นอกจากนเครองควบคมการประจแบบควบคมก าลงสงสดมราคาคอนขางสง

รปท 3.52 หลกการท า ง า น ข อ ง เ ค ร อ งควบคมการประจแบบควบคมก าลงสงสด

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

ระบบเซลลแสงอาทตย

4 - 1

บทท 4 ระบบเซลลแสงอาทตย

4.1 บทน า ระบบเซลลแสงอาทตยแบงเปน 2 ประเภทตามลกษณะการเชอมตอระบบจ าหนายดงไดอะแกรม

แสดงความสมพนธในรปท 4.1 ระบบเซลลแสงอาทตยแบบอสระหมายถง ระบบเซลลแสงอาทตยทไมมการเชอมตอระบบจ าหนายไฟฟา มวตถประสงคเพอใชกบงานเฉพาะดานหรอเฉพาะแหลงโดยเฉพาะในแหลงทรกนดารหรอหางไกลจากระบบจ าหนายไฟฟา ซงระบบจะถกออกแบบใหผลตไฟฟาโดยมปรมาณการผลตไฟฟาทเหมาะสมกบปรมาณความตองการใชไฟฟาทจ ากด

ระบบเซลลแสงอาทตยแบบอสระสามารถจ าแนกตามประเภทของสญญาณไฟฟาหรอแหลงผลตไฟฟาไดดงน (1) ระบบไฟฟากระแสตรงเปนการผลตไฟฟากระแสตรงปอนสวงจรไฟฟาส าหรบภาระทางไฟฟาทใชไฟฟากระแสตรง (2) ระบบไฟฟากระแสสลบ ผลตไฟฟากระแสสลบปอนสวงจรไฟฟาและหากมแหลงผลตไฟฟาหลายแหลงเชอมตอเปนระบบเดยวกนถกเรยกวา ระบบผลตไฟฟาแบบผสมผสาน เชน ไฟฟาจากพลงงานลม ไฟฟาจากเครองยนตปนไฟ เปนตน

ระบบเซลลแสงอาทตยแบบเชอมตอระบบจ าหนายหมายถง ระบบเซลลแสงอาทตยทมการผลตไฟฟาปอนเขาระบบจ าหนายไฟฟา เพอวตถประสงคหลายดาน เชน การปรบปรงคณภาพไฟฟาของระบบจ าหนายไฟฟา การขายไฟฟา การลดภาระคาใชจายทางไฟฟา หรอการลดตนทนการผลตไฟฟาจากแหลงพลงงานอน รวมถงการลดมลภาวะจากการผลตไฟฟาดวยแหลงพลงงานอน เปนตน

รปท 4.1 ประเภทของระบบเซลลแสงอาทตย

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

ระบบเซลลแสงอาทตย

4 - 2

ระบบเซลลแสงอาทตยแบบเชอมตอระบบจ าหนายสามารถจ าแนกประเภทไดดงน (1) ระบบผลตไฟฟาตดตงกบตวอาคารหรอตดตงตามบาน เชน บนหลงคาบานหรออาคาร ดาดฟาของอาคารและตดตงบนผนงดานนอกอาคาร เปนตน (2) ระบบผลตไฟฟาเพอเปนโรงไฟฟาพลงแสงอาทตย

ระบบเซลลแสงอาทตยประกอบดวย 4 สวนหลก ดงแสดงในรปท 4.2 โดยแตละสวนประกอบม

หนาทดงน ระบบยอยเซลลแสงอาทตย ซงอาจเปนแผงเซลลเพยงแผงเดยว หรอหลายแผงเซลลตอรวมกน

ท าหนาทผลตพลงงานไฟฟาโดยเปลยนพลงงานแสงเปนพลงงานไฟฟา ระบบยอยแบตเตอร อาจเปนแบตเตอรเพยงหนงเดยวหรอแบตเตอรหลายชดตอรวมกน

ท าหนาทเกบสะสมพลงงานไฟฟาในรปพลงงานเคม ทงนการเกบสะสมพลงงานเพอจะจายพลงงานจากแบตเตอรใหกบภาระทางไฟฟาในชวงเวลาทเซลลแสงอาทตย

ระบบควบคมการประจแบตเตอร เปนอปกรณทางอเลกทรอนกส ท าหนาทควบคมการอดประจและควบคมการคายประจของแบตเตอรทจายใหกบภาระทางไฟฟา เพอรกษาอายการใชงานของแบตเตอร

ระบบแปลงสญญาณไฟฟาหรออนเวอรเตอร ในกรณทภาระทางไฟฟาของระบบเปนไฟฟากระแสสลบ จงจ าเปนตองมอนเวอรเตอรเพอท าหนาทเปลยนไฟฟากระแสตรงใหเปนไฟฟากระแสสลบ

4.2 ระบบเซลลแสงอาทตยแบบอสระ (Stand Alone PV System)

ระบบผลตไฟฟาประกอบดวยเซลลแสงอาทตยเปนแหลงผลตพลงงานหลกและไมไดเชอมตอกบระบบจ าหนายไฟฟา สามารถจ าแนกตามประเภทของสญญาณไฟฟาหรอแหลงผลตไฟฟาได คอ ระบบไฟฟากระแสตรง ระบบไฟฟากระแสสลบ และระบบผลตไฟฟาแบบผสมผสาน

รปท 4.2 สวนประกอบของระบบเซลลแสงอาทตย

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

ระบบเซลลแสงอาทตย

4 - 3

4.2.1 ระบบไฟฟากระแสตรง (DC Power System) แผงเซลลแสงอาทตยจะผลตไฟฟากระแสตรงปอนใหแกวงจรไฟฟาโดยไมมอปกรณแปลง

สญญาณไฟฟาแตอาจมอปกรณควบคมไฟฟาประเภทอนเชน หากระบบมแบตเตอรตองมเครองควบคมการประจแบตเตอร (Battery Charge Controller) รวมในระบบหรออาจมเครองควบคมและปรบปรงคณภาพไฟฟาในระบบเพอปรบระดบแรงดนไฟฟาหรอเพอปองกนอนตรายทจะเกดกบเครองใชไฟฟา เปนตน โดยเครองใชไฟฟาใ น ร ะ บ บ ต อ ง เ ป นไฟฟากระแสตรงเทานน ตวอยางไดอะแกรมของระบบดงแสดงในรปท 4.3

4.2.2 ร ะ บ บ ไฟฟากระแสสลบ (AC Power System) แผงเซลลแสงอาทตยจะผลตไฟฟากระแสตรงปอนใหแกอปกรณทแปลงสญญาณไฟฟาจาก

กระแสตรงเปนกระแสสลบซงเรยกวา อนเวอรเตอร (Inverter) โดยสวนใหญจะท าหนาทแปลงสญญาณไฟฟาพรอมทงควบคมและปรบปรงคณภาพไฟฟาดวย เครองใชไฟฟาในระบบจะเปนเครองใชไฟฟากระแสสลบหรออาจมเครองใชไฟฟากระแสตรงรวมอยดวยในสวนทเปนไฟฟากระแสตรงกอนถกแปลงโดยอนเวอรเตอร ตวอยางไดอะแกรมของระบบดงแสดงในรปท 4.4

4.2.3 ระบบผลตไฟฟาแบบผสมผสาน (Hybrid Power System)

ระบบผลตไฟฟาแบบผสมผสานเปนระบบผลตพลงงานไฟฟารวมกนระหวางแหลงพลงงานหลายแหลง เนองจากระบบทมเซลลแสงอาทตยเปนแหลงจายพลงงานเพยงอยางเดยวไมเพยงพอทจะน าไปใชงานเปนระบบผลตไฟฟาขนาดใหญ เพราะตองลงทนสง ดงนนระบบผลตไฟฟาแบบผสมผสานจงเปน

อนเวอรเตอร

รปท 4.3 ไดอะแกรมระบบไฟฟากระแสตรง (DC Power System)

รปท 4.4 ไดอะแกรมของระบบไฟฟากระแสสลบ (AC Power System)

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

ระบบเซลลแสงอาทตย

4 - 4

ทางเลอกหนงทมศกยภาพและความเชอถอ ผลทเกดขนกบระบบเซลลแสงอาทตยในการผลตไฟฟาแบบผสมผสาน คอ ขนาดของระบบยอยโดยเฉพาะแหลงผลตพลงงานในระบบลดลงสงผลใหคาใชจายในการลงทนลดลง ลกษณะระบบผลตไฟฟาแบบผสมผสานแสดงในรปท 4.5

นอกจากการจ าแนกประเภทของระบบผลตไฟฟาตามประเภทสญญาณหรอแหลงผลตไฟฟาแลวยงมการจ าแนกระบบเซลลแสงอาทตยแบบอสระตามความสามารถน าไปใชงานไดแก ระบบผลตไฟฟาในครวเรอน (Solar Home System) หรออาคารเชน โรงเรยน สถานอนามย วด แหลงชมชนหรอหมบาน เปนตน ระบบผลตไฟฟาใชงานเฉพาะดานเชน ระบบแสงสวางบนถนน ระบบไฟเตอนการจราจร ระบบสอสารผานดาวเทยม ระบบประจแบตเตอร และระบบสบน า เปนตน

4.2.4 ระบบผลตไฟฟาในครวเรอนหรอระบบบานเซลลแสงอาทตย (Solar Home System: SHS) ระบบผลตไฟฟาจากเซลลแสงอาทตยแบบอสระทใชงานเฉพาะบานแตละหลงนนในระบบ

ประกอบดวยระบบยอยเซลลแสงอาทตย ระบบยอยแบตเตอร ชดควบคมพลงงานไฟฟาทผลตไดจากระบบยอยเซลลแสงอาทตยใชในการประจแบตเตอร และจายใหกบภาระทางไฟฟา รวมถงใชอนเวอรเตอรในการเปลยนไฟฟากระแสตรงจากแบตเตอรใหเปนไฟฟากระแสสลบในกรณทภาระทางไฟฟาของระบบเปนอปกรณทใชกบไฟฟากระแสสลบ ดงแสดงในรปท 4.6

รปท 4.5 ลกษณะของระบบผลตไฟฟาแบบผสมผสานทอทยานแหงชาตตะรเตา จงหวดสตล

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

ระบบเซลลแสงอาทตย

4 - 5

4.2.5 สถานไฟฟาเซลลแสงอาทตยหมบาน (Village Electricity)

สถาน ไฟ ฟา เซลล แสงอาท ตยหมบาน เปนระบบรวมทผลตไฟฟาจากเซลลแสงอาทตยส าหรบหมบานขนาดเลกทมภาระทางไฟฟาไมสงมากนก ระบบประกอบดวยแผงเซลลแสงอาทตยและแบตเตอร จ านวนมากตอเขาด วยกน พลงงานไฟฟาทผลตไดจากระบบยอยเซลลแสงอาทตยใชในการประจแบตเตอร

ผลผลตไฟฟากระแสตรงจากแบตเตอรจะถกเปลยนใหเปนไฟฟากระแสสลบทมแรงดนไฟฟาและความถมาตรฐาน โดยพลงงานไฟฟาทผลตไดจากสถานไฟฟาเซลลแสงอาทตยจะจ าหนายไปยงบานเรอนภายในหมบานผานระบบจ าหนาย ตวอยางสถานไฟฟาเซลลแสงอาทตยหมบานทสถานวจยสตวปาเขานางร าแสดงในรปท 4.7

4.2.6 สถานประจแบตเตอร (Battery Charging Station) สถานประจแบตเตอร ประกอบดวยระบบยอยเซลลแสงอาทตย และชดควบคมการประจ

แบตเตอร โดยตดตงใชงานภายในหมบาน ซงผใชไฟฟาจะตองน าแบตเตอรมาประจ ทสถานประจแบตเตอร และรอจนแบตเตอรประจเตมแลวจงน ากลบไปใชงาน ไดอะแกรมแสดงลกษณะของสถานประจแบตเตอรดงรปท 4.8

รปท 4.6 ตวอยางระบบผลตไฟฟาในครวเรอน

รปท 4.7 ตวอยางสถานไฟฟาเซลลแสงอาทตยหมบานทสถานวจยสตวปาเขานางร า

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

ระบบเซลลแสงอาทตย

4 - 6

4.3 ระบบเซลลแสงอาทตยแบบเชอมตอระบบจ าหนาย (Grid-Connected PV System)

ประเทศทพฒนด าเนนการผลตไฟฟาจากเซลลแสงอาทตยปอนเขาระบบจ าหนายรวมทงใชแบตเตอรสะสมพลงงานขนาดใหญใหสามารถรบพลงงานไฟฟาสวนเกนจากการจายใหภาระทางไฟฟาและสามารถจายพลงงานไฟฟาใหกบภาระทางไฟฟาสวนอนๆ ซงเปนการยดระยะเวลาในการสรางโรงไฟฟาทใชเชอเพลงทางพาณชย เ พมขน แต ในก ร ณ ร ะ บ บ เ ซ ล ลแสงอาทตยผลตไฟฟาไมเพยงพอตอภาระทางไฟฟาท ต อ งการการ ใช หร อในชวงเวลากลางคนหรอใ น ว น ท ม เ ม ฆ ม า ก พลงงานสวนขาดดงกลาวสามารถดงมาจากระบบจ าหน ายได ในรปท 4.9 แสดงสวนประกอบของระบบผลตไฟฟาดวยเซลลแสงอาทตยแบบเชอมตอระบบจ าหนาย

รปท 4.9 สวนประกอบของระบบเซลลแสงอาทตย แบบเชอมตอระบบจ าหนาย

รปท 4.8 ไดอะแกรมลกษณะของสถานประจแบตเตอร

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

ระบบเซลลแสงอาทตย

4 - 7

ในปจจบนระบบเซลลแสงอาทตยแบบเชอมตอระบบจ าหนายจดแบงไดหลายประเภทไดแก ระบบเซลลแสงอาทตยแบบเชอมตอระบบจ าหนายส าหรบทอยอาศย (Grid-connected PV system for residences) ระบบเซลลแสงอาทตยแบบเชอมตอระบบจ าหนายส าหรบอาคาร (Grid-connected PV system for Building) และโรงไฟฟาเซลลแสงอาทตย (PV Power Plant)

ระบบผลตไฟฟาดวยเซลลแสงอาทตยแบบเชอมตอระบบจ าหนายส าหรบทอยอาศย (Grid-connected PV system for residences) เปนระบบขนาดไมเกน 2 กโลวตตสงสด (kWp) บางครงเรยกวา Grid commutated inverter หรอ synchronous inverter ซงเปนการเปลยนไฟฟากระแสตรงทผลตไดจากเซลลแสงอาทตยเปนไฟฟากระแสสลบทแรงดนและความถไฟฟาเดยวกบระบบจ าหนายโดยผานมเตอรซอ (debit) และมเตอรขาย (credit) ซงใชวดปรมาณพลงงานไฟฟาทซอหรอขายใหการไฟฟา

ระบบเซลลแสงอาทตยแบบเชอมตอระบบจ าหนายส าหรบอาคาร (Grid-connected PV system for Building) เชน การตดตงดานบนและผนงของอาคาร (PV Cladding for the roofs and walls of non-domestic building) และการตดตงเปนสวนหนงของอาคาร (Building-Integrated PV System, BIPV) เปนตน ระบบเหลานเปนอกลกษณะหนงของการใชเซลลแสงอาทตยรวมกบอาคารทอยอาศยดงแสดงในรปท 4.10 ถงรปท 4.12 แสดงตวอยางระบบเซลลแสงอาทตยดานบนและผนงของอาคาร ระบบยอยเซลลแสงอาทตยสามารถยดตดหรอวางบนพนทของหลงคาหรอผนงของอาคารทวๆ ไป ซงในปจจบนลกษณะดงกลาวก าลงไดรบความสนใจเพมขน เนองจากมขอดตางๆ และความเหมาะสมในการน าไปใชกบอาคารพาณชยและอาคารอตสาหกรรม ทงนแผงเซลลแสงอาทตยสามารถใชแทนวสดทใชสรางผนงหรอวสดสรางหลงคาได ซงจะลดราคาสทธของระบบเซลลแสงอาทตย นอกจากนอาคารพาณชยและอาคารอตสาหกรรมมการท างานเปนปกตเฉพาะในชวงเวลากลางวนจงสามารถใชประโยชนทงการผลตไฟฟาและแสงสวางทสองมายงภายในอาคารได

พลงงานไฟฟาทผลตไดจากระบบยอยเซลลแสงอาทตยทยดตดอยกบผนงหรอหลงคาของอาคารพาณชยเปนสวนทส าคญในการลดคาใชจายของบรษทในการซอไฟฟาจากการไฟฟา เนองจากราคาคา

รปท 4.10 ระบบเซลลแสงอาทตยตดตงดานบน (ซาย) และผนง (ขวา) ของอาคาร

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

ระบบเซลลแสงอาทตย

4 - 8

ไฟฟาท การไฟฟารบซอจากผผลตพลงงานไฟฟาปอนเขาระบบจ าหนายไฟฟามราคาสงกวาอตราราคาคาไฟฟาจากการไฟฟาขาย

โรงไฟฟาเซลลแสงอาทตยแบบเชอมตอระบบจ าหนาย (Grid–connected PV power plant)

เปนหนงในระบบเซลลแสงอาทตยขนาดใหญเพอผลตไฟฟาปอนเขาระบบจ าหนายไฟฟา ตวอยางระบบแสดงในรปท 4.13 แสดงตวอยางโรงไฟฟาเซลลแสงอาทตยผาบองขนาด 500 กโลวตต ตดตงทจงหวดแมฮองสอนของประเทศไทย

รปท 4.11 ระบบเซลลแสงอาทตยบนดาดฟาของหางเทสโกโลตส สาขาพระราม1

รปท 4.13 โรงไฟฟาเซลลแสงอาทตยผาบองทจงหวดแมฮองสอน

รปท 4.12 แผงเซลลแสงอาทตยถกใชแทนผนงอาคาร (ซาย) และหลงคาอาคาร (ขวา)

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

ระบบเซลลแสงอาทตย

4 - 9

4.4 อปกรณประกอบระบบเซลลแสงอาทตยแบบเชอมตอระบบจ าหนาย 4.4.1 การเลอกแผงเซลลและพกดระบบ

พนท ในการตดต ง ระบบเซลลแสงอาทตยแบบเช อมตอระบบจ าหน ายน นข นอย กบ ความตองการของเจาของระบบ ดงนนจงควรมรายการตรวจสอบ (Checklist) ส าหรบการส ารวจพนทอาคาร ประกอบดวยขอมลไดแก ความตองการตางๆ ของระบบ ทศทางการตดตงแผงเซลล มมตดตง พนทใชสอย วธการตดตงแผงเซลล การบงเงา ความยาวสายไฟทตองการ และต าแหนงตดตงอนเวอรเตอร เปนตน จ านวนพนทของแผงเซลลทใชสามารถคดค านวณคราวๆ โดยใช Rule of thumb นนคอ 1 กโลวตตสงสด มคาประมาณ 10 ตารางเมตรของพนทแผงเซลลแสงอาทตยหรอสามารถใชตารางท 4.1 เพอใหมความแมนย ามากขนตามชนดของเซลลแสงอาทตย โดยจ านวนของแผงเซลลทใชขนอยกบความกวางและความสงของแผงเซลลนนๆ และพนทตดตงบนหลงคาโดยระยะหางระหวางแผงเซลลแตละแผงเซลลประมาณ 6 - 10 มลลเมตร

ขอพจารณาในการเลอกแผงเซลลในระบบเซลลแสงอาทตยแบบเชอมตอระบบจ าหนายดงน ชนดของเซลลแสงอาทตย ไดแก เซลลแสงอาทตยแบบผลกเดยว เซลลแสงอาทตย

แบบหลายผลก เซลลแสงอาทตยแบบอะมอรฟส เซลลแสงอาทตยแบบฟลมบาง เซลลแสงอาทตยแบบ Copper indium diselenide (CIS) และ CdTe เปนตน

ชนดของแผงเซลลแสงอาทตย ไดแก แผงเซลลมาตรฐานแบบมและไมมกรอบ แผงเซลลแบบกระจก (grass-grass module) เปนตน

การบงเงาในบรเวณโดยรอบ

4.4.2 รปแบบระบบ รปแบบของระบบพจารณาจากอนเวอรเตอรทตองการใชงานไดแก ระบบแบบรวมศนย

(centralize) และระบบแบบแยกศนย (decentralized) ซงสงผลตอวธการตอวงจรแผงเซลลเพอใชงานกบอนเวอรเตอรใหมการสญเสยเนองจากความไมสอดคลองของอปกรณ (mismatch losses) ผลกระทบดงกลาวแสดงดงรปท 4.14 ซงหากแผงเซลลมคาเบยงเบน (production variance) ของแตละแผงเทากบ 5 เปอรเซนตน ามาตออนกรม (series unsorted) จะม mismatch losses ต ากวา 1 เปอรเซนต หากแผงเซลลจดเรยงโดยใชผลลพธของกระแสลดวงจรทมคาเบยงเบนของแตละแผง 5 เปอรเซนตจะม mismatch losses เพยง 0.2 เปอรเซนต ดงนนจากรปท 4.15 หากพจารณาการจดเรยงแผงเซลลควรพจารณาทกระแสทก าลงสงสด

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

ระบบเซลลแสงอาทตย

4 - 10

ตารางท 4.1 พนทของแผงเซลลโดยประมาณเพอผลตไฟฟา 1 กโลวตตสงสด ตามชนดของเซลล

ชนดของเซลลแสงอาทตย พนทเซลลแสงอาทตยทตองการ ส าหรบ 1 กโลวตตสงสด (ตารางเมตร)

เซลลแบบผลกเดยว 7 - 9

เซลลแบบผลกเดยวประสทธภาพสง 6 - 7

เซลลแบบหลายผลก 7.5 - 10

Copper indium diselenide (CIS) 9 - 11

Cadmium telluride (CdTe) 12 - 17

เซลลแบบอะมอรฟส 14 - 20

อนเวอรเตอรสามารถใชงานไดทงในรปแบบรวมศนย แบบสตรงอนเวอรเตอร (string inverter) และแบบโมดลอนเวอรเตอร (module inverter) ซงทง 3 รปแบบมขอดและขอเสยแตกตางกนไปขนอยกบชนดของการใชงาน ส าหรบการใชงานในรปแบบแยกศนยจะเหมาะสมกบระบบซงแผงเซลลมทศทางการตดตงและมมตดตงแตกตางกน หรอระบบทมการบงเงา

รปท 4.14 การสญเสยและขอพจารณาในการจดเรยง แผงเซลล

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

ระบบเซลลแสงอาทตย

4 - 11

รปแบบรวมศนย แบบแรงดนต า หากแรงดนจากแผงเซลลอยในชวงแรงดนต า (UDC < 120 V) การตอวงจรแผงเซลลในสตรงจะ

ใชแผงเซลลไมมาก (ประมาณ 3 ถง 5 แผง) รปท 4.15 แสดงไดอะแกรมการตอระบบรปแบบรวมศนย แบบแรงดนต า ขอดของการตอวงจรแผงเซลลเมอสตรงสน คอ หากเกดการบงเงาขนจะสงผลกระทบกบระบบนอยกวาสตรงยาว เนองจากกระแสเหลอคางจากสตรง อนๆ ท ไมถกบง เงาจะไหล ไปยงอนเวอรเตอร นอกจากนการทแรงดนต ากวา 120 โวลต จงเปนไปไดทจะออกแบบระบบโดยใชอปกรณทมระบบการปองกนใน Class III ได โดยทตารางท 4.2 แสดงระดบการปองกนของอปกรณไฟฟา ขอเสยจะเกดขนเนองจากกระแสไหลในระบบมาก ดงนนสายไฟจ าเปนตองมขนาดใหญหรออนเวอรเตอรตองอยใกลกบระบบแผงเซลล (array) เพอลดผลของ Ohmic losses ทงนการใชงานจรงจงเหมาะกบระบบแบบ building integrated system ซงการออกแบบแผงเซลลเฉพาะแตละการตดตงระบบ

รปท 4.15 ไดอะแกรมการตอระบบรปแบบรวมศนย แบบแรงดนต า

ตารางท 4.2 ระดบการปองกนของอปกรณไฟฟา

การแบงระดบ สญลกษณ อปกรณประเภทกราวด

Class II ฉนวนปองกน

Class III ความปลอดภยทแรงดนต ามาก (คาสงสดทางไฟฟา

กระแสตรง 50 โวลต และคาสงสดทางไฟฟากระแสสลบ 120 โวลต

แบบแรงดนสง รปแบบนตองการอปกรณทมระดบการปองกน Class II เพอตอวงจรแผงเซลลในสตรงเปนจ านวน

มาก (UDC > 120 V) รปท 4.16 แสดงไดอะแกรมการตอระบบรปแบบรวมศนยแบบแรงดนสง ขอดของแบบแรงดนสงคอ สายไฟมขนาดเลกลงเนองจากกระแสในระบบนอย ส าหรบขอเสยคอ การบงเงาจะสงผลตอระบบเปนอยางมาก

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

ระบบเซลลแสงอาทตย

4 - 12

แบบ master - slave ระบบเซลลแสงอาทตยขนาดใหญท ใชรปแบบรวมศนยมกใช อนเวอร เตอรในแบบน คอ

มอนเวอรเตอรมากกวาหนงตว โดยแบงพกดก าลงของอนเวอรเตอรออกไปใหอนเวอรเตอรมาสเตอร (master) ท างานในชวงความเขมรงสอาทตยต า จนกระทงความเขมรงสอาทตยเพมขนไดก าลงไฟฟามากเกนกวาอนเวอรเตอรมาสเตอรท างานไดจงใหอนเวอรเตอรสลาฟ (slave) ท างาน รปท 4.17 แสดงไดอะแกรมการตอระบบรปแบบรวมศนย แบบ master - slave ขอแนะน าคอ ควรใหท าหนาทสลบกนเปนรอบ (rotating master) เพอใหท างานทภาระเฉลยเทากน ขอดของแบบ master - slave คอ ท าใหประสทธภาพรวมของระบบในขณะความเขมรงสอาทตยต าดกวาการใชอนเวอรเตอรเพยงตวเดยว แตจะท าใหคาลงทนส าหรบอนเวอรเตอรสงขน

รปแบบระบบยอย และสตรงอนเวอรเตอร สวนใหญระบบขนาด 3 กโลวตตขนไปนน นยมใชงานอนเวอรเตอรในรปแบบสตรงอนเวอรเตอร

หากระบบใหญมากขนหรอเปนระบบขนาดกลางจะใชอนเวอรเตอรในรปแบบระบบยอย โดยทไดอะแกรมระบบยอยและสตรงอนเวอรเตอรแสดงในรปท 4.18 ขอดคอ ท าใหปรบพกดก าลงของระบบ

รปท 4.16 ไดอะแกรมการตอระบบรปแบบรวมศนย แบบแรงดนสง

รปท 4.17 ไดอะแกรมการตอระบบรปแบบรวมศนย แบบ master - slave

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

ระบบเซลลแสงอาทตย

4 - 13

ตามสภาพของความเขมรงสอาทตยไดด โดยในแตละระบบยอยหรอสตรงตองมทศทางและมมเดยวกนในการตดตง สวนขอเสยคอ เมอเกดการบงเงาจะท าใหเกดก าลงสญเสยมาก นนคอขอดจากการใชงานอนเวอรเตอรตอโดยตรงกบสตรงเทยบกบรปแบบรวมศนย คอไมตองมการเชอมตอกบแผงเซลลแสงอาทตยหรอกลองเ ช อ ม ต อ ร ะ ห ว า ง เ ซ ล ลแสงอาทตย (junction box) และลดจ านวนสายไฟและไมตองใชสายเมนไฟฟากระแสตรง

รปแบบโมดลอนเวอรเตอร (module inverter) รปแบบนมแนวคดจากความตองการใหแตละแผงเซลลท างานทจดก าลงสงสด ซงสงผลให

ประสทธภาพรวมของระบบสง มวธการท าโดยการน าอนเวอรเตอรไปตดไวทแผงเซลลแตละแผง ซงอนเวอรเตอรชนดนเรยกวา AC module มขนาดเลกสามารถตดตงไวภายในกลองเชอมตอ (junction box) ของแผงเซลลได ในรปท 4.19 ไดอะแกรมของโมดลอนเวอรเตอร รปแบบนมขอดอกประการหนงคอ ระบบสามารถตอขยายไดเรอยๆ ซงรปแบบอนไมสามารถท าได สวนใหญแลวอนเวอรเตอรแบบนมกจะถกกลาววามประสทธภาพต าเมอเทยบกบอนเวอรเตอรแบบรวมศนยซงในความเปนจรงเมอมองในภาพรวมของระบบแลวนนประสทธภาพต ากวาเพยงเลกนอยนจะถกชดเชยดวยการท างานทจดก าล งส งสดตลอดเวลา อยางไรกตาม AC module ยงมราคาสง

การใชงาน AC module ตองมนใจวาอนเวอรเตอรในระบบซงช ารดเสยหายตองสามารถเปลยนใหมไดงาย ซงท าใหมการตดตามการท างานของอนเวอรเตอรแตละตว รปแบบโมดลอน เวอร เ ตอร เหมาะส าหร บ ระบบ façade-integrated โดยเฉพาะหากมการบงเงาเปนจดๆ โดยรอบ

รปท 4.18 ไดอะแกรมระบบยอย และสตรงอนเวอรเตอร

รปท 4.19 ไดอะแกรมของโมดลอนเวอรเตอร

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

ระบบเซลลแสงอาทตย

4 - 14

การตดตงอนเวอรเตอร สถานทในการตดตงอนเวอรเตอรพจารณาจากขอก าหนดทางเทคนค (specification) ของ

อนเวอร เตอรจากผผลต ซง ไดระบสภาวะอณหภมและความชนท เหมาะสมของสถานทตดต งอนเวอรเตอรทดควรอยในทมอณหภมต า ปราศจากฝนหรออยภายในอาคารสามารถตดตงอนเวอรเตอรไวภายในตควบคมไฟฟาได แตหากเปนอนเวอรเตอรซงตดตงใชงานกลางแจงสามารถตดตงอนเวอรเตอรไวในบรเวณใกลกบแผงเซลลซงจะเปนการชวยลดความยาวสายไฟทใชลงได

ขอพจารณาอนๆ ไดแก การถายเทไหลเวยนของอากาศและการระบายความรอนในสถานทตดตง ดงนนจงควรหลกเลยงการตดต ง อนเวอร เตอรขวางทางการ ถายเทไหลเวยนของอากาศและ การระบายความรอนระหวางอนเวอรเตอรแตละตว (ขนอยกบผผลตแนะน า) การรบกวน (noise) กเปนอกประเดนหนงทตองพจารณาดวย นอกจากนอนเวอรเตอรควรมการปองกนไอน าและฝนผง อนเวอรเตอรขนาดใหญมกตดตงแยกออกไปจากตอปกรณปองกน มเตอรและสวตซเกยร

การใชงานรปแบบสตรง อนเวอร เตอรมกตดต งบนหลงคาหรอบร เวณภายนอกอาคาร ซงอนเวอรเตอรควรมรหสปองกน IP 54 ขนไปและระบวาเปนอนเวอรเตอรใชงานภายนอกอาคาร นอกจากนยงควรระบวาทนทานจากแสงแดดและฝน เพอใหมนใจวาอนเวอรเตอรจะมอายการใชงานไดยาวนาน 4.4.3 การเลอกพกดอนเวอรเตอร

ขอก าหนดทางเทคนคของอนเวอรเตอรซงผผลตระบนนจะมขอมลเกยวกบการเลอกพกดอนเวอรเตอรและการตดตง ผใชงานควรศกษาขอมลดงกลาวดวยเพอใชในการออกแบบการเชอมตอระบบ ระบบแรงดน และพกดก าลงของอนเวอรเตอร

จ านวนของอนเวอรเตอรทตองใชและพกดก าลงของอนเวอรเตอร หาไดจากก าลงไฟฟาของระบบและรปแบบของระบบ ตวอยางการเลอกอนเวอรเตอรของประเทศเยอรมนจะใชแนวทาง VDEW guideline ซงระบใหระบบ 1 เฟสสามารถยอมใหปอนก าลงไฟฟาปรากฏ (S) เทากบ 4.6 kVA หากมคาสงกวานตองใชระบบหลายเฟสหรอระบบ 3 เฟส นอกจากน VDEW guideline ยอมใหอนเวอรเตอรปอนก าลงไฟฟาสงกวาก าลงไฟฟาระบ 10 เปอรเซนตเขาสระบบจ าหนาย

ในการออกแบบระบบจ าเปนตองเลอกใหแผงเซลลและอนเวอรเตอรมความสอดคลองเหมาะสมซงกนและกน โดยทใหเลอกใชอนเวอรเตอรทมก าลงไฟฟาระบอยในชวงระหวาง ± 20 เปอรเซนตของก าลงไฟฟาจากแผงเซลลทสภาวะมาตรฐาน (STC) ทงนขนอยกบเทคโนโลยของอนเวอรเตอรและแผงเซลลทเลอกใชและต าแหนงของระบบ ไดแก สภาวะของความเขมรงสอาทตยในแตละพนท อาศยความสมพนธดงน 0.8 x PPV < PINV DC < 1.2 x PPV

หากเปนอนเวอรเตอรซงตองใชงานภายนอกอาคาร อาจตองเลอกพกดอนเวอรเตอรใหสงไวกอนเนองจากอนเวอรเตอรอาจตองท างานภายใตสภาวะแวดลอมซงมอณหภมสงกวาปกต ( โดยปกตขอก าหนดทางเทคนคจะระบก าลงไฟฟาเมอท างานทอณหภมปกต 25 องศาเซลเซยส) หากใชงานใน

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

ระบบเซลลแสงอาทตย

4 - 15

พนทพเศษอาจตองสอบถามกบผผลตเพมเตม แตหากแผงเซลลเปนเซลลชนดอะมอรฟสตองค านงถงประสทธภาพของแผงเซลลซงลดลงเปนอยางมากจากการใชงานในชวงเดอนแรกประมา ณ 15 เปอรเซนตกอนทจะมประสทธภาพคงทและแนนอนวาจะสงผลกบการเลอกพกดของอนเวอรเตอร โดยเฉพาะพกดแรงดนและพกดกระแสของอนเวอรเตอร

พกดแรงดนของอนเวอรเตอรพจารณาไดจากแรงดนจากแผงเซลลในหนงสตรงแตเนองจากแรงดนของแผงเซลลขนอยกบความเขมรงสอาทตยและอณหภมของแผงเซลล ดงนนอาจตองน าผลเหลานมาพจารณาในการเลอกพกดแรงดนของอนเวอรเตอร

โดยทวไปแรงดนของแผงเซลลจะขนอยกบอณหภมเปนส าคญ ใหพจารณาจากกราฟกระแส-แรงดน (I-V curve) ของแผงเซลลซงเปลยนแปลงตามอณหภม และ MPP tracker ของอนเวอรเตอรท างานทจดก าลงสงสดเสมอ

เมออณหภมลดลงแรงดนของแผงเซลลจะเพมขน ซงแรงดนสงสดของแผงเซลลคอ แรงดนขณะเปดวงจร หากอนเวอรเตอรหยดการท างานแลว เชนระบบจ าหนายเกดฟอลตขนและอนเวอรเตอรท างานอกครงจะท าใหแผงเซลลอยในสภาวะเปดวงจร ดงนนพกดแรงดนอนพตสงสดของอนเวอรเตอร (maximum DC input voltage) ตองมคาสงกวาแรงดนเปดวงจรของแผงเซลล หรอกลาวอกอยางหนงคออนเวอรเตอรตองไมเกดความเสยหาย

ดงนนจ านวนแผงเซลลทมากทสดในหนงสตรงหาไดจากพกดแรงดนอนพตสงสดของอนเวอรเตอรหารดวยแรงดนเปดวงจรของแผงเซลลทอณหภมต าสดซงแผงเซลลท างาน (ประเทศเยอรมนก าหนดท -10 องศาเซลเซยส) สามารถค านวณหาแรงดนเปดวงจรของแผงเซลลทอณหภมตางๆไดจากคา AV (หนวยเปนมลลโวลต/องศาเซลเซยส) ของแผงเซลลซงผผลตแผงเซลลจะระบมาใหและแรงดนเปดวงจรของแผงเซลลทสภาวะมาตรฐาน

ในขนตอนสดทายของการเลอกพกดของอนเวอรเตอรควรแนใจวากระแสสงสดของแผงเซลลไมเกนกวากระแสอนพตสงสดของอนเวอรเตอร ดงนนจ านวนสตรงสงสดจงเทากบกระแสอนพตสงสดของอนเวอรเตอรหารดวยกระแสสงสดในแตละสตรง

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

การออกแบบระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตย

5 - 1

บทท 5 การออกแบบระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตย

5.1 บทน า การออกแบบระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตยโดยทวไป เรมตนจากการส ารวจพนทตดตงเพอประเมนพลงงานแสงแดดและความสามารถในการผลตกระแสไฟฟาของเซลลแสงอาทตยส าหรบพนทนน จากนนวเคราะหภาระทางไฟฟาเพอก าหนดขนาดก าลงไฟฟาของระบบและขอบเขตส าหรบการเลอกอปกรณประกอบระบบตางๆ ทงนการออกแบบระบบมขอควรพจารณาเพมเตมเชน ผลกระทบตอการรบแสงของเซลลแสงอาทตยในตลอดทงปและในอนาคต การเชอมตอรวมกบระบบอน คณคาในการตดตง สถาปตยกรรม พนทใชสอย สภาพแวดลอม และขอก าหนดควบคมการตดตง เปนตน ก า ร อ อ ก แ บ บ ร ะ บ บ ป ร ะ ก อ บ ด ว ย ห ล ก ก า ร ก า ร ป ร ะ ม า ณ ข น า ด ข อ ง ร ะ บ บ หลกของออกแบบระบบเซลลแสงอาทตย

5.2 การประมาณขนาดของระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตย การประมาณขนาดของระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตยเปนการออกแบบเพอทราบขนาดของแผงเซลลแสงอาทตย และอปกรณประกอบ อาท ความจของแบตเตอรทเหมาะสมกบความตองการใชไฟฟาในแตละวนและเสถยรภาพของระบบทผใชสามารถส ารองพลงงานไฟฟาไวใชงาน ซงจ าเปนตองทราบเกยวกบ (1) รงสดวงอาทตยเฉลยรายวนของเดอนทมแดดนอยทสด (2) ประสทธภาพของระบบ (3) ภาระทางไฟฟาเฉลยรายวน (4) ขนตอนการประมาณขนาดของระบบผลตไฟฟา (5) การประมาณขนาดของระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตยเบองตน (6) การประมาณขนาดของระบบผลตไฟฟาทมตนทนของระบบต าทสด (7) การประมาณขนาดของระบบผลตไฟฟาส าหรบภาระทางไฟฟาทมการเปลยนแปลง (8) การตรวจสอบขนาดประมาณการของระบบ และ (9) ความมนยส าคญของความนาจะเปนทจะไมมพลงงานไฟฟาส ารอง

5.2.1 รงสอาทตยเฉลยรายวนของเดอนทมแดดนอยทสด การประมาณคารงสดวงอาทตยเฉลยรายวนของเดอนทมแดดนอยทสด มค านยามเกยวกบรงส

ดวงอาทตยทเกยวของดงน ความเขมรงสอาทตย (Irradiance) หมายถง ก าลงงานแสงทตกกระทบพนทหนงหนวยของผว

รบรงส มหนวยเปนวตต / ตารางเมตร พลงงานแสง (Insolation) หมายถง พลงงานแสงทผวรงสหนงหนวยรบเขามาในชวงเวลาท

ก าหนด มหนวยเปนกโลวตต-ชวโมง / ตารางเมตร-วน หนวยของคารงสดวงอาทตยเฉลยรายวน

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

การออกแบบระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตย

5 - 2

daymJourlesdaymkWh

daycmcalgdaymkWh

daylangleysdaymkWh

262

22

2

/106.3/1

/0.86/1

/0.86/1

รงสอาทตยเฉลยรายวน ส าหรบสถานทหนง ๆ อาจประมาณคาไดโดย (1) การวดคารงสดวงอาทตย หรอชวงเวลาฉายแสงของดวงอาทตย หรอการวดลกษณะปกคลมของเมฆ (2) การประมาณคาจากขอมลของสถานใกลเคยง และ (3) การสมมตขอมลจากสถานททมลกษณะใกลเคยงกน

การประมาณขนาดของระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตย เปนการบงชคาต าสดทระบบ ยงสามารถจายใหพอเพยงกบภาระทางไฟฟาได หรอในอกทางหนงคอ ระบบผลตไฟฟาจะตองมขนาดใหญพอทจะจายใหกบภาระทางไฟฟาไดในชวงเวลาทระบบไดรบรงสดวงอาทตยเฉลยต าทสด โดยทวไปแลว จะเปนคารงสดวงอาทตยในเดอนทมแดดนอยทสด และมความส าคญตอการก าหนดมมเอยงของการวางตวรบรงสดวงอาทตยใหสมพนธกบต าแหนงเสนละตจดของสถานทตดตง เพอใหไดรบแสงมากทสดในชวงเดอนทมแดดนอยทสดดวย คาเฉลยรงสอาทตยรายวนในเดอนทมแดดนอยทสด หรอแทนดวยสญลกษณ WMI มความสมพนธกบต าแหนงเสนละตจดของสถานทตดตง และเปนตวแปรส าคญตวหนงในการประมาณขนาดของระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตย

5.2.2 ประสทธภาพของระบบ ประสทธภาพของระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตยแทนดวยสญลกษณ sys หมายถงผลโดยรวมประสทธภาพของแผง แบตเตอร และอปกรณประกอบระบบ ซงลวนมผลตออตราสวนก าลงงานทจายออกของระบบ สามารถค านวณไดจากสมการท 5.1

OBMsys T )( (5.1)

เมอ sys คอ ประสทธภาพโดยรวมของระบบ )(TM คอ ประสทธภาพของแผงเซลลแสงอาทตย ณ คาอณหภมท างาน B คอ ประสทธภาพของแบตเตอร O คอ ประสทธภาพของอปกรณประกอบระบบ

5.2.3 ประสทธภาพของแผงเซลลแสงอาทตย ประสทธภาพของแผงเซลลแสงอาทตย ณ คาอณหภมท างาน แทนดวยสญลกษณ )(TM

โดยทวไปแลวขนกบชนดและเทคโนโลยของการผลตเซลลแสงอาทตยและอณหภมของเซลลขณะท างาน ตวอยางเชน แผงเซลลแสงอาทตยชนดซลกอนผลกเดยวจะมประสทธภาพของแผง M ประมาณ 10-15 % ท 25 องศาเซลเซยส และลดลงเปน 8 % ท 45 องศาเซลเซยส และแผงเซลลแสงอาทตยชนดฟลมบางจะมประสทธภาพของแผง M ประมาณ 6-10 % ท 25 องศาเซลเซยส

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

การออกแบบระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตย

5 - 3

5.2.4 ประสทธภาพของแบตเตอร ประสทธภาพของแบตเตอรสามารถค านวณไดจากสมการท 5.2 มคาเทากบ

)1(1 rtnB f (5.2)

เมอ nf คอ อตราสวนของภาระทางไฟฟาของแบตเตอร nf คอ ภาระทางไฟฟาของแบตเตอรในกลางวนรวมกบภาระทางไฟฟาของแบตเตอรในเวลากลางคน/ภาระทางไฟฟาตลอดทงวน

rt คอ คาประสทธภาพของการคายประจ ซงเปนอตราสวนของพลงงานทแบตเตอรจายใหกบภาระทางไฟฟาในขณะคายประจกบคาพลงงานรวมทใชในการอดประจใหแบตเตอร แบตเตอรส าหรบระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตย ประสทธภาพของการคายประจมคาระหวาง 75-80 % ขนกบรอบการท างาน (Duty Cycle)

ตวอยางเชน ระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตยระบบหนง มอตราสวนระหวางภาระทางไฟฟาในเวลากลางวนกบกลางคนคาเทากบ kWhkWh 52.2/68.1 และภาระทางไฟฟารวมทงวนเทากบ

kWh20.4 สมมตวาความตองการพลงงานจากแบตเตอรมเฉพาะในเวลากลางคนเทานน และคาประสทธภาพของการคายประจ rt มคาเทากบ 0.80 จงหาคาประสทธภาพของแบตเตอรไดดงน

6.020.4

52.2nf และ

88.0)18.0(6.01 B

ดงนนประสทธภาพของแบตเตอรในระบบนมคาเทากบ 0.88 หรอ 88 %

5.2.5 ประสทธภาพของอปกรณประกอบระบบ ประสทธภาพของอปกรณประกอบระบบ หมายถง ประสทธภาพในระบบผลตไฟฟาเซลล

แสงอาทตยทนบรวมก าลงงานสญเสยอนในระบบทงหมด ยกเวน ประสทธภาพของแผง เซลลและประสทธภาพของแบตเตอร ประสทธภาพของอปกรณประกอบระบบน นบรวมก าลงงานสญเสย ในสายและตวน าไฟฟา การคายประจดวยตวเองของแบตเตอร ก าลงงานสญเสยของเครองประจแบตเตอรและอนเวอรเตอร และการเสอมสภาพของแผงเซลล เปนตน

5.2.6 ภาระทางไฟฟาเฉลยรายวน ความตองการใชพลงงานของภาระทางไฟฟาเปนตวแปรทส าคญส าหรบการหาขนาดของระบบ

ผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตย ในการประมาณความตองการพลงงานของภาระทางไฟฟาอาศยขอมลเกยวกบก าลงงาน จ านวนและรอบการท างานของภาระทางไฟฟาแตละตว โดยทตารางท 5.1 แสดง

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

การออกแบบระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตย

5 - 4

ตวอยางการประมาณคาความตองการพลงงานของภาระในระบบไฟฟากระแสตรง และตารางท 5.2 แสดงตวอยางการประมาณคาความตองการพลงงานของภาระในระบบไฟฟากระแสสลบ

ส าหรบระบบไฟฟากระแสตรง สามารถค านวณหาปรมาณก าลงงานไฟฟาของภาระทางไฟฟาจากสมการท 5.3

IVP (5.3)

เมอ P คอ ก าลงงานไฟฟาของภาระในระบบไฟฟากระแสตรง หนวยเปนวตต V คอ แรงดนไฟฟาของภาระในระบบไฟฟากระแสตรง หนวยเปนโวลต I คอ กระแสไฟฟาของภาระในระบบไฟฟากระแสตรง หนวยเปนแอมแปร

ส าหรบระบบไฟฟากระแสสลบสามารถค านวณหาปรมาณก าลงงานไฟฟาของภาระทางไฟฟาจาก

สมการท 5.4

cosVIP (5.4)

เมอ P คอ ก าลงงานไฟฟาของภาระในระบบไฟฟากระแสสลบ หนวยเปนวตต V คอ แรงดนไฟฟาของภาระในระบบไฟฟากระแสสลบ หนวยเปนโวลต I คอ กระแสไฟฟาของภาระในระบบไฟฟากระแสสลบ หนวยเปนแอมแปร

cos คอ ตวประกอบก าลงของภาระในระบบไฟฟากระแสสลบ

ตารางท 5.1 ตวอยางการประมาณคาความตองการพลงงานของภาระในระบบไฟฟากระแสตรง

รายการ จ านวน ก าลงไฟฟา P

(W) ระยะเวลา (h/day)

พลงงาน (Wh/day)

หลอดฟลออเรสเซนต 36 วตต 7 40 2 560

หลอดฟลออเรสเซนต 18 วตต 7 20 2 280

หลอดฟลออเรสเซนต 10 วตต 5 12 4 192

หลอดไส 5 วตต 5 5 4 80

ตเยน 3.5 ลกบาศกฟต 1 120 14 1,680

พดลมตงโตะ 16 นว 1 75 3 225

โทรทศน 14 นว 1 85 3 255

รวม 3,272

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

การออกแบบระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตย

5 - 5

ตารางท 5.2 ตวอยางการประมาณคาความตองการพลงงานของภาระในระบบไฟฟากระแสสลบ

รายการ จ านวน ก าลง (VA)

cos

P ระยะเวลา (h/day)

พลงงาน (VAh/day)

หลอดฟลออเรสเซนต 36 วตต+ บลลาสตแกนเหลก

3 80 2 480

หลอดฟลออเรสเซนต 18 วตต+ บลลาสตแกนเหลก

4 40 2 320

หลอดฟลออเรสเซนต 36 วตต+ บลลาสตอเลกทรอนกส

4 45 2 360

หลอดฟลออเรสเซนต 18 วตต+ บลลาสตอเลกทรอนกส

3 22 2 132

หลอดคอมแพคฟลออเรสเซนตประหยดไฟ 11 วตต

5 12 4 192

หลอดคอมแพคฟลออเรสเซนตประหยดไฟ 8 วตต

5 9 4 144

ตเยน 3.5 ลกบาศกฟต 1 150 14 2,100

พดลมตงโตะ 16 นว 1 105 2 210

โทรทศน 14 นว 1 120 2 240

รวม 4,178

5.2.7 ขนตอนการประมาณขนาดของระบบผลตไฟฟา

ระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตยแบบอสระสามารถจ าแนกไดเปน 2 ลกษณะยอยคอ ระบบทไมมแบตเตอร และระบบทมแบตเตอร เพอใชส ารองพลงงานไฟฟาเกบไวใชในเวลากลางคน หรอในกรณทตองการใชพลงงานมากกวาทผลตไดจากเซลลแสงอาทตยในวนทมแดดนอย ระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตย แบบไมมแบตเตอร

การประมาณขนาดของระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตยแบบไมมแบตเตอรสามารถพจารณาได 2 ลกษณะ คอ (1) การพจารณาโดยใชขอมลความตองการของภาระทางไฟฟาเฉลยรายวนของแตละเดอน และ (2) การพจารณาโดยใชขอมลความตองการของภาระทางไฟฟาเฉลยรายวนตลอดทงป การประมาณค า ในลกษณะน เ ปนการประมาณว า โดย เฉล ยระบบจะสามารถผล ตพล ง ง าน ไดอยางพอเพยงตลอดระยะเวลาทประเมนไวเปนรายเดอนหรอรายปแลวแตกรณ อยางไรกตามในวนทมแดดนอยกวาคาเฉลยรงสอาทตยรายเดอนหรอรายปนน คาพลงงานทผลตไดต ากวาคาประมาณการซงจะเกดขนในเดอนทมแดดนอยกวาคาเฉลยนนเอง

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

การออกแบบระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตย

5 - 6

ในการพจารณาเลอกใชระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตยทไมมแบตเตอรส ารองพลงงานใหผใชงานระบบพงระลกอยเสมอวา ระบบนจะไมสามารถจายพลงงานไดเลยในกรณทมแดดนอยหรอไมมแดดในเวลากลางคน

การพจารณาโดยใชขอมลความตองการภาระทางไฟฟาเฉลยรายวนของแตละเดอน การพจารณาโดยใชขอมลความตองการของภาระทางไฟฟาเฉลยรายวนในแตละเดอนอาจใช

ขอมลภาระทางไฟฟาในเดอนทมความตองการสงสด ( L ) มาพจารณา โดยใชสมการสมดลพลงงาน เพอใชในการหาขนาดพนทรบแสงของเซลลแสงอาทตย ดงสมการท 5.5

OMwm TI

LA

)( (5.5)

เมอ A คอ พนทรวมทงหมดของแผงเซลลแสงอาทตย L คอ ความตองการของภาระทางไฟฟาเฉลยรายวนของแตละเดอน

WMI คอ คาเฉลยรงสอาทตยรายวนในเดอนทมแดดนอยทสด )(TM คอ ประสทธภาพของแผงเซลลแสงอาทตย ณ คาอณหภมท างาน O คอ ประสทธภาพของอปกรณประกอบระบบ

การพจารณาโดยใชขอมลความตองการของภาระทางไฟฟาเฉลยรายวนตลอดทงป การใชขอมลทประเมนวาทงปนนจะสามารถผลตไฟฟาไดตามความตองการรายป ( AE ) โดยใช

สมการสมดลพลงงานดงสมการท 5.6

OMA

A

TI

EA

)( (5.6)

เมอ A คอ พนทรวมทงหมดของแผงเซลลแสงอาทตย AE คอ ความตองการของภาระทางไฟฟาเฉลยรายวนตลอดทงป

AI คอ คาเฉลยรงสอาทตยรายวนตลอดทงป (ผลรวมของคาเฉลยรายวนในแตละเดอนทงหมด 12 เดอน หารดวย 12 เดอน)

ระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตย แบบมแบตเตอร การพจารณาประมาณขนาดของระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตย แบบมแบตเตอรส ารอง

พลงงานนน ขอพจารณาหลายประการประกอบดวย ก าลงงานของแผงเซลลแสงอาทตย รอบการประจและคายประจ และความตองการใชพลงงานไฟฟา

ในการท างานของระบบนน เมอแผงเซลลแสงอาทตยไดรบแสง ก าลงงานของแผงเซลลแสงอาทตยถกจายใหกบภาระทางไฟฟา และก าลงงานทเหลอจากความตองการของภาระทางไฟฟาถกเกบไวส ารองในแบตเตอร ความตองการของภาระทางไฟฟาทมากกวาคาก าลงงานทเซลลผลตไดถกชดเชยดวยพลงงานส ารองจากแบตเตอร ทงน พลงงานของแผงเซลลแสงอาทตยแปรผนตามปรมาณ

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

การออกแบบระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตย

5 - 7

ความเขมแสงทบรเวณพนทนน โดยทปจจยส าคญทสงผลตอปรมาณความเขมแสง ทตกกระทบนน เกดขนจากสาเหตเดยวคอ การปกคลมของเมฆ ซงเปนปรากฏการณสม

5.2.8 การประมาณขนาดของระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตยเบองตน การประมาณขนาดของระบบเบองตนนน เปนการพจารณาถงความนาจะเปนทไมมไฟฟาส ารองไว

ใชในเดอนทมแดดนอยทสด (Loss of energy probability in the worst-month, LOEP) ถกน ามาใชประกอบในการประมาณคาเพอใหเกดความรวดเรว ขอมลนถกสรางเปนกราฟเสนโคงความสมพนธระหวางคาความเขมแสงอาทตยเฉลยรายวนกบจ านวนวนทคาดวาจะไมมแดด ( จ านวนวนทจะส ารองพลงงาน แทนดวยสญลกษณ LC ) ณ คาความเขมแสงอาทตยเฉลยรายวนในเดอนทมแดดนอยทสด ความนาจะเปนนสามารถจ าแนกออกเปน 3 ระดบ คอ รอยละ 0.1, 1.0 และ 10.0 คาพลงงานเฉลยรายวนทสมดลกบความตองการของภาระทางไฟฟามความสมพนธดงสมการท 5.7 และค านวณหาจ านวนวนทคาดวาจะไมมแดด (จ านวนวนทจะส ารองพลงงาน) จากสมการท 5.8 โดยทในรปท 5.1 และรปท 5.2 รวมถงรปท 5.3 แสดงกราฟส าหรบประมาณคาพลงงานเฉลยรายวนทตองการ และจ านวนวนทจะส ารองพลงงาน ทความนาจะเปนทจะไมมไฟฟาส ารองไวใช (LOEP)WM กรณ 0.1, 1.0 และ10 เปอรเซนต ตามล าดบ

sysT

m

sys

DP

TL

A

LI

)(1000 (5.7)

เมอ DI คอ คาพลงงานเฉลยรายวนตามความตองการของภาระทางไฟฟา หนวยเปนกโลวตต-ชวโมง / ตารางเมตร-วน

A คอ พนทรวมทงหมดของแผงเซลลแสงอาทตย หนวยเปนตารางเมตร TP คอ ก าลงงานรวมของแผงเซลลแสงอาทตย เมอท างานทอณหภม T หนวยเปนวตต L คอ ความตองการของภาระทางไฟฟาเฉลยรายวนในเดอนทพจารณา หนวยเปน

กโลวตต-ชวโมง / วน

L

DODBCL

(5.8)

เมอ LC คอ จ านวนวนทคาดวาจะไมมแดด (จ านวนวนทจะส ารองพลงงาน) B คอ ความจของแบตเตอร DOD คอ ความลกของการคายประจ (Deep of Discharge)

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

การออกแบบระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตย

5 - 8

รปท 5.2 กราฟส าหรบประมาณคาพลงงานเฉลยรายวนทตองการ และจ านวนวนทจะส ารองพลงงาน ทความนาจะเปนทจะไมมไฟฟาส ารองไวใช (LOEP)WM 1.0 เปอรเซนต

รปท 5.1 กราฟส าหรบประมาณคาพล งงานเฉล ยรายวนทตองการ และจ านวนวนท จะส ารองพล ง งาน ทความนาจะเปนทจะไมมไฟฟาส ารองไวใช (LOEP)WM 0.1 เปอรเซนต

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

การออกแบบระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตย

5 - 9

เมอเลอกคาเฉลยรงสอาทตยรายวนในเดอนทมแดดนอยทสด หรอคา WMI ในกราฟแลวจงสามารถลากไปสคาพลงงานเฉลยทผลตไดในแตละวน (ขนาดของแผงเซลลแสงอาทตย) หรอคา DI กบจ านวนวนทคาดวาจะไมมแดด (จ านวนวนทจะส ารองพลงงาน) หรอคา LC เมอก าหนดใหมโอกาสทจะไมมไฟฟาใชในเดอนทมแดดนอยทสด (LOEP)WM

ตวอยางการประมาณขนาดของระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตย โดยวธใชกราฟส าหรบประมาณคาพลงงานเฉลยรายวนทตองการ และจ านวนวนทจะส ารองพลงงานทโอกาสจะไมมไฟฟาใช (LOEP)WM ก าหนดใหระบบผลตไฟฟา มความตองการของภาระทางไฟฟาเทากบ 4.2 กโลวตต-ชวโมง / วน และสมมตใหมคาคงทตลอดทงป โดยมคาอตราสวนความตองการพลงงานของแบตเตอรแทนดวยสญลกษณ

nf เทากบ 0.1 และมรายละเอยดของระบบดงน 98.0O , 082.0)45( CM

, 075.0)60( CM

คาสมประสทธก าลงงานตออณหภมของแผงเซลลแสงอาทตย CPTC

/%5.0 8.0rt , 8.0DOD

ดงนน )]1(1[ rtnOMsys f

Csys

45@079.0)]18.0(1.01[98.0082.0

รปท 5.3 กราฟส าหรบประมาณค าพล ง ง าน เฉล ยรายวนทตองการ และจ านวนวนทจะส ารองพลงงาน ทความนาจะเปนทจะไมมไฟฟาส ารองไวใช (LOEP)WM 10 เปอรเซนต

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

การออกแบบระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตย

5 - 10

Csys

60@072.0)]18.0(1.01[98.0075.0 กรณท 1 ระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตยระบบหนง ตองการความเชอมนในการจายก าลงงาน 10 เปอรเซนตของ (LOEP)WM โดยสถานทตดตงมคาพลงงานเฉลยรายวนในเดอนทมแดดนอยทสด WMI เทากบ 3.0 กโลวตต-ชวโมง / ตารางเมตร- วน และเซลลมอณหภมขณะท างานเทากบ 60 องศาเซลเซยส

การประมาณขนาดของแผงเซลลแสงอาทตยและขนาดของแบตเตอรโดยเลอกใชกราฟส าหร บประมาณขนาดของระบบทโอกาสจะไมมไฟฟาใช (LOEP)WM 10 เปอรเซนต ดงรปท 5.3 บรเวณโคงหวเขาของเสน 0.3WMI จงเลอกจดของคาพลงงานเฉลยรายวน DI กบจดของจ านวนวนทจะส ารองพ ล ง ง า น LC ซ ง ม ค า เ ท า ก บ 4.2DI แ ล ะ 0.6LC ต า ม ล า ด บ ก า ร เ ล อ ก จ ด อ น ๆ บนเสนโคงน จะท าใหคาของ DI และ LC เปลยนไป ซงสงผลใหระบบมขนาดและความจของแบตเตอรเ ป ล ย น แ ป ล ง ต า ม ไป ด ว ย ท ง น อ า จ ข น ก บ ค ว า ม ต อ ง ก า ร ใ น ก า ร ส า ร อ ง ร ะบ บ ไฟ ฟ า เปนหลกกได

sysT

MD

P

TLI

)(1000

072.0

075.010002.44.2

60

P

ดงนน 182360 P วตต 2142175.1182325 P วตตสงสด (ขนาดของแผง)

5.318.0

2.40.6

B กโลวตต-ชวโมง (ขนาดความจของแบตเตอร)

ในกรณน ตองใชแผงเซลลแสงอาทตยตอกนเปนวงจรขนาดใหญ ทมก าลงงานรวมไมนอยกวา 2,142 วตตสงสด และใชแบตเตอรทมความจไมนอยกวา 31.5 กโลวตต-ชวโมง กรณท 2 ในกรณน ก าหนดใหมความเชอมนในการจายก าลงงานเปน 0.1 เปอรเซนตของ (LOEP)WM ทอณหภมขณะท างาน และคาพลงงานเฉลยรายวนในเดอนทมแดดนอยทสดเดยวกน

ใชกราฟส าหรบประมาณขนาดของระบบทโอกาสจะไมมไฟฟาใช (LOEP)WM 0.1 เปอรเซนต ดงรปท 5.1 ท 0.6LC และ 0.3WMI จงไดคา 0.1DI

072.0

075.010002.40.1

60

P

437560 P วตต 5141175.1437525 P วตตสงสด (ขนาดของแผง)

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

การออกแบบระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตย

5 - 11

การประมาณขนาดของแผง ในกรณท 2 น ระบบมความตองการเสถยรภาพสงกวา จงท าใหขนาดของแผงในระบบน มขนาดใหญกวาในกรณท 1 เปนจ านวน (5,141-2,142)/2,142 =1.40 เทา หรอมขนาดใหญกวาคดเปนรอยละ 40 กรณท 3 ระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตย 2 ระบบ ถกน าไปตดตงในสถานททมลกษณะของแสงแดดตางกน คอ พนท ก. 0.3WMI และ พนท ข. 5.3WMI โดยทงสองระบบ มแผงเซลลแสงอาทตยขนาด 350025 P วตตสงสด ท างานทอณหภม 45 องศาเซลเซยสและมแบตเตอรขนาดความจ 20B กโลวตต-ชวโมง ตองการใหประมาณคาความนาจะเปนในการทจะไมสามารถจายไฟไดในเดอนทมแดดนอยทสด (LOEP)WM (เสถยรภาพของระบบ)

ประมาณคาของ DI และ LC

318210.1

350045 P

4.1079.03182

082.010002.4

DI

8.32.4

8.020

LC

ประมาณคาจ านวนวนทจะส ารองพลงงาน LC โดยใชกราฟดงรปท 5.1 รปท 5.2 และรปท 5.3 โดยใชคา 4.1DI และ 0.3WMI ซงจะไดคาของ LC เทากบ 6.7 3.6 และ 1.0 ตามล าดบ จงประเมนไดวาบรเวณพนท ก. ซงมคา LC ของระบบเทากบ 3.8 ซงมคาใกลเคยงกบ 3.6 ทประมาณคาไดจากคาเสถยรภาพของระบบ 1 เปอรเซนต ดงนน เสถยรภาพของระบบทพนท ก. มคาประมาณ 1 เปอรเซนต

ในท านองเดยวกน เมอประเมนเสถยรภาพของระบบทน าไปตดตงในบรเวณพนท ข. ซงใชคา 4.1DI และ 5.3WMI ซงจะไดคาของ LC เทากบ 4.3 1.7 และนอยกวา 1.0 ตามล าดบ

จงประเมนไดวา บรเวณพนท ข. ซงมคา LC ของระบบเทากบ 3.8 ซงมคานอยกวา 4.3 (ท 0.1 เปอรเซนต) และมคามากกวา 1.7 (ท 1 เปอรเซนต) ดงนน เสถยรภาพของระบบทพนท ข. มคานอยกวา 1 เปอรเซนต แตไมถง 0.1 เปอรเซนต

5.2.9 การประมาณขนาดของระบบผลตไฟฟาทมตนทนของระบบต าทสด ถาหากพจารณาคาประมาณการขนาดของแผงเซลลซงแทนดวยสญลกษณ DI และจ านวนวนท

จะส ารองพลงงานแทนดวย LC บนเสนกราฟส าหรบประมาณขนาดของระบบทคาพลงงานเฉลยรายวนในเดอนทมแดดนอยทสด WMI ใด ๆ ตามแสดงในรปท 5.1 5.2 และ 5.3 ขางตน จะพบวามจดหนงของเสนกราฟ WMI แตละเสนทจะใหผลรวมของคาประมาณการขนาดของแผงเซลลและคาจ านวนวนทจะมการส ารองพลงงานทท าใหระบบมตนทนต าทสด จดนจะอยในบรเวณโคงหวเขาของเสนกราฟ

เมอก าหนดคาพลงงานเฉลยรายวนในเดอนทมแดดนอยทสด WMI และคาประสทธภาพของระบบ sys ใหคาหนง จะสามารถหาจดตนทนต าสดของระบบได โดยใชกราฟในรปท 5.1 รปท 5.2

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

การออกแบบระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตย

5 - 12

และ รปท 5.3 มาพจารณารวมกบสมการตนทนของระบบเซลลแสงอาทตยซงมตวแปรในสมการสองตวคอ พนทของแผงเซลลแสงอาทตยและขนาดความจของแบตเตอรทใชส ารองพลงงานได

สมการตนทนของระบบเซลลแสงอาทตยเปนสมการทแสดงตนทนทใชในการตดตงระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตย ซงเปนผลรวมของราคาตนทนคาใชจายในการตดตง คาแรงงาน คาวสดและสวนประกอบ คาอ านวยการ และก าไร สมการความสมพนธเปนสมการเชงเสนทสามารถปรบตง ตวแปรของสมการดงสมการท 5.9 เพอใชในการท านายราคาตนทนตอหนวยพลงงานของระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตย

baO bCaCCC (5.9)

เมอ C คอ ราคาตนทนตอหนวยพลงงาน [k$/kWh/day] OC คอ ราคาตนทนคงทตอหนวยพลงงาน [k$/kWh/day] aC คอ ราคาตนทนแปรผนตามขนาดพนทของแผง [k$/m2] bC คอ ราคาตนทนแปรผนตามขนาดความจของแบตเตอร [k$/kWh] a คอ อตราสวนระหวางพนทของแผงกบภาระไฟฟาเฉลยรายวน )/( LA [m2/kWh/day]

b คอ อตราสวนระหวางความจของแบตเตอรกบภาระไฟฟาเฉลยรายวน )/( LB [kWh /kWh/day]

สมการท 5.9 ซงเปนสมการตนทนของระบบเซลลแสงอาทตยสามารถน ามาใชสรางกราฟความสมพนธระหวางขนาดของแผงเซลล DI และจ านวนวนทจะส ารองพลงงาน LC ทท าใหเกดตนทนต าสดกบคาพลงงานเฉลยรายวนในเดอนทมแดดนอยทสด WMI ณ คาความเสถยรภาพ (LOEP) ของระบบ 3 คา ดงแสดงในรปท 5.4 เปนกราฟส าหรบใชประมาณคาตนทนต าสดของระบบ กรณท 4 ระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตยระบบหนงตดตงในสถานทซงมคาพลงงานเฉลยรายวนในเดอนทนอยทสด 0.3WMI กโลวตต-ชวโมง / วน มความตองการของภาระทางไฟฟา 2.4L

กโลวตต-ชวโมง / วน คาประสทธภาพของระบบ 10.0sys ประสทธภาพของแผงเซลลเทากบ 104.0M ท อณหภม 45 องศาเซลเซยส มค าสมประสทธ ก าล งงานตออณหภม

CPTC

/%5.0 และยอมใหแบตเตอรคายประจไดทความลกของการคายประจ 8.0DOD

จากรปท 5.4 กราฟส าหรบใชประมาณคาตนทนต าสดของระบบ (ROSSA) ท 0.3WMI กโลวตต-ชวโมง / วน ไดคาของ DI และ LC ตามล าดบ ดงตอไปน

90.1)%(1.0 WMLOEP และ 50.9

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

การออกแบบระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตย

5 - 13

25.2)%(10 WMLOEP และ 20.4

ทคาประมาณการพลงงานเฉลยรายวนทตองการ DI น จงค านวณก าลงงานของแผงเซลลทอณหภม 25 องศาเซลเซยสและความจของแบตเตอร ได คอ

)2545(1)45(

)45(100025

TC

sysD

M PI

LP

DOD

CLB L

ทเสถยรภาพ 0.1 เปอรเซนต (LOEP)WM ได

2530)2545(005.0110.090.1

104.010002.425

P วตตสงสด

0.5025.58.0

2.4

L

L CC

B กโลวตต-ชวโมง

ทเสถยรภาพ 10 เปอรเซนต (LOEP)WM ได

2140)2545(005.0110.025.2

104.010002.425

P วตตสงสด

kWhCC

B LL 1.2225.5

8.0

2.4

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

การออกแบบระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตย

5 - 14

รปท 5.4 กราฟส าหรบใชประมาณคาตนทนต าสดของระบบ (ROSSA)

5.2.10 การประมาณขนาดของระบบผลตไฟฟาส าหรบภาระทางไฟฟาทมการเปลยนแปลง การประมาณขนาดของระบบผลตไฟฟาส าหรบภาระทางไฟฟาทมการเปลยนแปลงนน มกระบวนการเชนเดยวกบทไดเสนอในกรณศกษาทสขางตน แตในกรณนเปนการประมาณการขนาดของระบบเปนรายเดอนทงสบสองเดอน

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

การออกแบบระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตย

5 - 15

กรณท 5 ระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตยแหงหนงมความตองการพลงงานส าหรบภาระทางไฟฟา L ดงตารางท 5.3 ซงเปนภาระทางไฟฟาเฉลยรายเดอนซงมการเปลยนแปลงไปและคาเฉลยรงสอาทตยรายวนในเดอนทมแดดนอยทสด WMI มการเปลยนแปลงในแตละเดอน ระบบนมรายการอปกรณเชนเดยวกบกรณท 4 และก าหนดใหมเสถยรภาพของระบบ (LOEP)M ในแตละเดอนมคาไมเกนรอยละ 10

จากรปท 5.4 สามารถหาคาพลงงานเฉลยรายวนตามความตองการของภาระทางไฟฟา DI จากคาเฉลยรงสอาทตย MI ของแตละเดอนทง 12 เดอน โดยใชกราฟความนาจะเปนทจะไมมไฟฟาส ารองไวใช (LOEP)M 10 เปอรเซนตและค านวณหาขนาดของแผงเซลลเมอท างานทอณหภม 25 องศาเซลเซยสโดยใชสมการตอไปน

DD I

L

I

LP 114410.1

10.0

104.0100025

ผลจากการประมาณขนาดของระบบผลตไฟฟาตามความเปลยนแปลงของภาระทางไฟฟาดงตารางท 5.3 นน แสดงใหเหนวาระบบมความตองการขนาดของแผงเซลลแสงอาทตยสงทสด 2,212 วตตในเดอนทแปด โดยทขนาดของแผงเซลลแสงอาทตยขนาดสงสดนจะท าใหพลงงานทรบจากรงส อาทตยมความเพยงพอส าหรบภาระทางไฟฟาในทกเดอน

ในการประมาณขนาดความจของแบตเตอร จงก าหนดขนาดของแผงเซลลขนมาแลวจงใชกราฟในรปท 5.4 มาชวยในการประมาณการโดยใชคาเฉลยรงสอาทตยในเดอนทแปด 0.3MI แลวจงหาคาจ านวนวนทจะส ารองพลงงานซงได 25.2LC ทความนาจะเปนทจะไมมไฟฟาส ารองไวใช (LOEP)M 10 เปอรเซนต และค านวณหาขนาดความจของแบตเตอรไดเทากบ

kWh4.88.0/0.325.2 5.2.11 การตรวจสอบขนาดประมาณการของระบบ

การตรวจสอบขนาดประมาณการของระบบเปนการค านวณยอนกลบ เพอหาเสถยรภาพของระบบทความนาจะเปนทจะไมมไฟฟาส ารองไวใชงานคาตาง ๆ ใชวธประมาณขนาดจากกราฟ ตรวจสอบขนาดของระบบทออกแบบไวดวยวธอน หรอระบบทไดมการตดตงไวกอนแลวซงการตรวจสอบนชวยใหสามารถสรางความเชอมนในการตดตงระบบ การปรบปรงแกไขระบบหรอใชตรวจสอบความผดปกตของระบบได

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

การออกแบบระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตย

5 - 16

ตารางท 5.3 รายการค านวณประมาณการขนาดระบบผลตไฟฟาทมการเปลยนแปลงภาระทางไฟฟา ขอมลการส ารวจ รายการค านวณ

เดอน ( M )

ภาระทางไฟฟา ( L )

[kWh/day]

คาเฉลยรงสอาทตย ( MI ) [kWh/m2-day]

พลงงานเฉลยรายวน ( DI )[kWh/m2-day]

ขนาดของแผง

25P [Wp]

1 3.95 3.6 2.70 1,674 2 4.10 3.7 2.80 1,675 3 4.25 3.9 2.95 1,648 4 4.40 4.0 3.00 1,678 5 4.35 3.7 2.80 1,777 6 4.30 3.6 2.70 1,822 7 4.25 3.2 2.40 2,026 8 4.35 3.0 2.25 2,212 9 4.30 3.4 2.55 1,929 10 4.30 3.4 2.55 1,929 11 4.25 3.5 2.63 1,849 12 4.15 3.6 2.70 1,758

ตวอยางเชน ระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตยระบบหนงถกสรางขนโดยผรบเหมารายหนง

เจาของ และตองการตรวจสอบความเชอมนของระบบทไดออกแบบรวมถงตดตงไวโดยมขอมลของระบบดงตอไปน ขนาดประมาณการของภาระทางไฟฟาเฉลยรายวน 75.0L กโลวตต-ชวโมง / วน ภาระทางไฟฟาเฉลยในเวลากลางคนมคาประมาณ 25 เปอรเซนตของภาระทางไฟฟาทงหมด ขนาดรวมของแผงเซลล 480 วตต โดยประกอบขนจากแผงเซลลขนาด 40 วตตสงสด จ านวน 12 แผง และตดตงเปนมมเอยง 18 องศา โดยหนแผงไปทางทศใต อณหภมขณะท างานประมาณ 45 องศาเซลเซยส ประสทธภาพทภาวะทดสอบมาตรฐาน 125.0)25( M และสมประสทธก าลงงานตออณหภมของแผงเซลลแสงอาทตย 005.0TCP ขนาดความจของแบตเตอร 16 กโลวตต-ชวโมง โดยทยอมใหมคาความลกของการคายประจเปนรอยละ 20 ( 20DOD ) โดยผผลตรบรองวาจะสามารถใชงานไดไมนอยกวา 4 ป

ความเขมแสงทมมเอยง 18 องศา ส ารวจคาไดดงตอไปน (เดอน/คาเฉลยรงสดวงอาทตยรายวนในเดอนนน MI ) 1/3.6; 2/3.7; 3/3.9; 4/4.0; 5/3.7; 6/3.6; 7/3.2; 8/3.0; 9/3.4; 10/3.4; 11/3.5; 12/3.6 (คาเฉลยรงสดวงอาทตยในเดอนทมแดดนอยทสด 0.3WMI กโลวตต-ชวโมง / ตารางเมตร-วน)

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

การออกแบบระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตย

5 - 17

ในการศกษาเปรยบเทยบ มการค านวณดงตอไปน

1125.0)2545(005.01125.0)43( M 576)2545(005.0164045 P W

95.0)18.0(25.01 B 98.0O (สมมต)

105.098.095.01125.0)45( yss

67.1105.0480

1125.0100075.0

DI

ใชกราฟส าหรบประมาณคาพลงงานเฉลยรายวนทตองการ และจ านวนวนทจะส ารองพลงงานท ความนาจะเปนทจะไมมไฟฟาส ารองไวใช (LOEP) ดงรปท 5.1 ถง รปท 5.3 โดยพจารณาท 76.1DI

และ 0.3WMI จงสามารถหาขนาดของแบตเตอรทจะใชส ารองพลงงาน LC ไดดงน

LL C

CB 75.3

2.0

75.0

จงไดผลการประมาณขนาดของแบตเตอร ทความนาเปนทจะไมมไฟฟาส ารองไวในใชงานตางกน

WMLOEP)%( LC kWhB,

0.1 7.7 28.88 1.0 4.6 17.25 10 1.7 6.38

เมอเปรยบเทยบขนาดของแบตเตอรทตดตงไวในระบบนจ านวน 16 กโลวตต-ชวโมง กบขนาดของแบตเตอรทประมาณการไดโดยใชกราฟตามคาความนาจะเปนทจะไมมไฟฟาส ารองไวใช (LOEP)WM พบวาระบบทตดตงไวนน มความนาจะเปนทจะไมมไฟฟาส ารองไวใชในเดอนทมแดดนอยทสด (LOEP)WM มมากกวา 1 เปอรเซนตเพยงเลกนอย แตไมถง 10 เปอรเซนต

ในอกทางหนง การตรวจสอบความเชอมนของระบบอาจใชวธกราฟส าหรบใชประมาณคาตนทนต าสดของระบบ (ROSSA) มาประมาณการขนาดของระบบเพอเปรยบเทยบกน โดยใชขอมล

0.3WMI เพอหาคาของ DI และ LC จากกราฟทความนาจะเปนทจะไมมไฟฟาส ารองไวใช (LOEP)WM ในเดอนทมแดดนอยทสด ทมความแตกตางกน 3 คา ดงแสดงในรปท 5.4

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

การออกแบบระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตย

5 - 18

WMLOEP)%( DI LC

0.1 1.97 9.5 1.0 2.09 6.5 10 2.20 4.2

เมอทราบคา DI และ LC จงประมาณการหาขนาดของแผงเซลลและขนาดความจของแบตเตอร คอ

DD II

P723

)4525(005.01105.0

1125.0100075.025

LCB 75.3

จากสมการส าหรบการประมาณการขนาดของแผงเซลลและความจของแบตเตอร จงแทนคาไดดงตอไปน

Sizing Methods WMLOEP)%( )(25 pWP )(kWhB

ROSSA 0.1 367 35.6 ROSSA 1.0 346 24.4 ROSSA 10 328 15.75

ผรบเหมา (โจทย) ---- 480 16 ผลการตรวจสอบโดยวธกราฟส าหรบใชประมาณคาตนทนต าสดของระบบ (ROSSA) พบวา ผรบเหมาตดตงระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตย ไดตดตงขนาดของแผงจ านวนมากกวาจ านวนทจะท าใหเกดตนทนต าสด เนองจากการตดตงอปกรณในระบบตองพจารณาปจจยสองประการ คอ

(1) ผผลตจะก าหนดขนาดพกดก าลงงานและแรงดนไฟฟาของแผงเซลลแสงอาทตยดวยขนาดทแตกตางกนไป ดงนนในก าหนดจ านวนของแผงเซลลตดตงอยในวงจรจงมจ านวนทเปนไปไดขนกบกลมของแผงในวงจร ไมสามารถตดตงจ านวนแผงใหมพกดเทากบทค านวณไดพอดในทางปฏบตมกจะตดตงใหมขนาดใหญกวาขนาดทประมาณการได

(2) ตนทนคาอปกรณและวสด คาใชจายด าเนนการ และคาแรงงานของผรบเหมาแตละรายอาจไมเทากน ดงนน การตดตงระบบทมขนาดพกดก าลงงานและแบตเตอรเทากน อาจไมสอดคลองกบตนทนต าสดของผรบเหมาแตละรายกได 5.2.12 ความมนยส าคญของความนาจะเปนทจะไมมพลงงานไฟฟาส ารอง

ในการประมาณคาและวเคราะหขนาดของระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตย ความนาจะเปนทจะไมมการส ารองพลงงานในเดอนทมแดดนอยทสด WMLOEP)( และความนาจะเปนทจะไมมการส ารอง

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

การออกแบบระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตย

5 - 19

พล งงาน เฉล ยร ายป ALOEP)( ได ถ กน ามาพจารณาเ พอประ เมน เสถย รภาพของระบบ ดงตวอยางในตารางท 5.4 และตารางท 5.5

ตารางท 5.4 ตวอยางการกระจายของความนาจะเปนทจะไมมการส ารองพลงงานไฟฟาของระบบทมการออกแบบดวยความนาจะเปน %10)( WMLOEP ขนาดของแผง 2400 Wp ขนาดของแบตเตอร 15.0 kWh

เดอน คาเฉลย

ความเขมแสง คาเบยงเบนมาตรฐาน

ภาระทางไฟฟา จ านวนวน

ทไมมไฟฟาใช (LOEP)

% 1 3.6 1.6 4.2 1 3.2 2 3.7 1.8 4.2 1 3.6 3 3.9 1.6 4.2 0.5 1.6 4 4.0 1.5 4.2 1 3.3 5 3.7 1.8 4.2 2 6.5 6 3.6 1.9 4.2 2 6.7 7 3.2 2.0 4.2 3 10.0 8 3.0 2.2 4.2 3 10.0 9 3.4 2.1 4.2 3 10.0 10 3.4 1.9 4.2 2 6.5 11 3.5 1.7 4.2 1 3.3 12 3.6 1.6 4.2 1 3.2

LOEP Min = 1.60% LOEP Max = 10.0% LOEP Average = 5.53%

จากตารางท 5.4 ในเดอนท 8 มแดดนอยทสดเพยง 3.0 กโลวตต-ชวโมง / วน เมอใชแบตเตอรขนาดความจ 15 กโลวตต-ชวโมง ท าใหมจ านวนวนทไมมไฟฟาใชมจ านวน 3 วน หรอ 72 ชวโมง ระบบ มความนาจะเปนทจะไมมไฟฟาส ารองไวในในเดอนนเทากบ (LOEP) 10.0 เปอรเซนตซงมคาสอดคลองกบระบบทออกแบบไว ในเดอนอน ๆ ซงมแดดมากกวาเดอนทมแดดนอยทสด เนองจากระบบไดรบพลงงานรงสอาทตยเพมขน จงท าใหจ านวนวนทไมมไฟฟาใชมจ านวนลดนอยลงคาความนาจะเปนทจะไมมพลงงานไฟฟาส ารองไวใช (LOEP) นอยกวา 10 เปอรเซนต

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

การออกแบบระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตย

5 - 20

ตารางท 5.5 ตวอยางการกระจายของความนาจะเปนทจะไมมการส ารองพลงงานไฟฟาของระบบทมการออกแบบดวยความนาจะเปน %0.1)( WMLOEP ขนาดของแผง 2400 Wp ขนาดของแบตเตอร 25.0 kWh

เดอน คาเฉลย

ความเขมแสง คาเบยงเบนมาตรฐาน

ภาระทางไฟฟา

จ านวนวน ทไมมไฟฟาใช

(LOEP) %

1 3.6 1.6 4.2 0.03 (-h-45min) 0.10 2 3.7 1.8 4.2 0.03 (-h-45min) 0.11 3 3.9 1.6 4.2 0.00 (-h-00min) 0.00 4 4.0 1.5 4.2 0.01 (-h-15min) 0.03 5 3.7 1.8 4.2 0.06 (1h-

30min) 0.21

6 3.6 1.9 4.2 0.09 (2h-15min)

0.30

7 3.2 2.0 4.2 0.23 (5h-30min)

0.78

8 3.0 2.2 4.2 0.30 (7h-10min)

0.96

9 3.4 2.1 4.2 0.20 (4h-45min)

0.63

10 3.4 1.9 4.2 0.06 (1h-25min)

0.19

11 3.5 1.7 4.2 0.03 (-h-45min) 0.10 12 3.6 1.6 4.2 0.02 (-h-30min) 0.07

LOEP Min = 0.00 % LOEP Max = 0.96 % LOEP Average = 0.29 %

จากตารางท 5.5 ในเดอนท 8 มแดดนอยทสดเพยง 3.0 กโลวตต-ชวโมง / วน เมอเพมขนาดความจของแบตเตอรขนเปน 25 กโลวตต-ชวโมง จงท าใหมจ านวนวนทไมมไฟฟาใชลดลงเหลอ 0.30 วนในเดอนน มจ านวนเวลาทไมมไฟฟาใชในเวลากลางคนทงสน 7 ชวโมง 10 นาท คดเปนรอยละ 0.96 มคานอยกวาคาของระบบทออกไวท 1.0 เปอรเซนต

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

การออกแบบระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตย

5 - 21

ในเดอนอน ๆ ซงมแดดมากกวาเดอนทมแดดนอยทสด ระบบไดรบพลงงานรงสอาทตยเพมขนจง ท าใหจ านวนวนทไมมไฟฟาใชมจ านวนลดนอยลง คาความนาจะเปนทจะไมมพลงงานไฟฟาส ารองไวใช (LOEP) เฉลยทงปมคาเทากบ 0.29 เปอรเซนตซงนอยกวา 1.0 เปอรเซนตทไดออกแบบไว

5.3 ระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตยแบบอสระและระบบส าหรบครวเรอน (Stand Alone Systems) หลกการออกแบบระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตยแบบอสระและระบบส าหรบครวเรอนมวตถประสงคเพอพจารณาขนาดของระบบเซลลแสงอาทตย และความจของแบตเตอรใหมความเหมาะสมกบความตองการใชไฟฟาจากระบบทงในปจจบนและอนาคตรวมทงความเหมาะสมกบสภาวะแวดลอมของแตละภมประเทศโดยค านงถงความเชอถอไดและความเชอมนตอระบบ ระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตยแบบอสระประกอบดวยอปกรณหลกคอ แผง

เซลลแสงอาทตย แบตเตอร อปกรณควบคมการประจแบตเตอรและอนเวอรเตอร ตามรปท 5.5 โดยทมขนตอนการออกแบบระบบดงแสดงในรปท 5.6 ขนตอนแรกของการออกแบบระบบคอ การวเคราะหภาระทางไฟฟาเนองจากมเหตผลส าคญดวยกนสองประการ เหตผลประการแรกคอขนาดของระบบขนอยกบพฤตกรรมการใช ไฟฟาและความตองการก าลงไฟฟา ประการทสองคอเพอไมใหเกดการออกแบบระบบใหญโตเกนกวาภาระทางไฟฟาซงท าใหเปนการเพมตนทนระบบ และดวยเหตผลทงสองจงน าไปสขนตอนการลดภาระทางไฟฟาใหต าลงทสดโดยปราศจากผลกระทบตอความสะดวกสบายของผ ใชงานระบบกอนทจะท าการก าหนดขนาดของอป ก รณ ต า ง ๆ ใน ร ะบ บ ซ ง ก ค อ ก า ร ป ร บ ป ร งประสทธภาพการใชพลงงานและการจดการภาระทาง

ไฟฟา

รปท 5.5 ไดอะแกรมของระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตยแบบอสระ

รปท 5.6 กระบวนการออกแบบระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตยแบบอสระ

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

การออกแบบระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตย

5 - 22

การค านวณการออกแบบระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตยแบบอสระ 1. ส ารวจขอมลความตองการ ใช ไฟฟาหรอการก าหนดภาระไฟฟาทตองการใชงาน

จ านวนภาระทางไฟฟาทตองการใช ก าลงไฟฟารวม จ านวนชวโมงใชงานของภาระทางไฟฟาแตละประเภท และพลงงานทตองการใชทงหมดในหนงวน หนวยเปนกโลวตต-ชวโมง / วน

2. ขอมลคาพลงงานรงสแสงอาทตยรายวนเฉลยจากขอมลรายเดอนของเดอนทต าสด 3. ก าหนดระยะเวลาการส ารองไฟฟาในวนทไมมแดดตดตอกน 4. ค านวณขนาดก าลงไฟฟาของชดแผงเซลลแสงอาทตยโดยใชสมการท 5.10

P = (Lx1000x )/(I x )t m D sys (5.10)

โดยท L = ความตองการใชงานของภาระทางไฟฟาในหนงวน (kWh/day) ID = คาเฉลยพลงงานแสงอาทตยในหนงวนทเพยงพอกบความตองการของภาระทาง

ไฟฟาสามารถหาไดจากกราฟ loss of energy probability in the worst-month (LOEP)

m = ประสทธภาพของแผงเซลลแสงอาทตยท 1000 วตต / ตารางเมตร sys = ประสทธภาพของระบบ

5. ค านวณพลงงานไฟฟาของแบตเตอรร มหนวยเปนกโลวตต-ชวโมง โดยอาศยสมการท 5.11

B = CL x L/DOD (5.11)

โดยท DOD = เปอรเซนตการคายประจของแบตเตอรร ขอพจารณาการก าหนดขนาดของอปกรณในระบบ การออกแบบระบบขางตน สามารถพจารณาโดยแยกตามอปกรณดงน ระบบแผงเซลลแสงอาทตย จากการออกแบบระบบดงกลาวจะไดขนาดของระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตยในหนวยของวตตสงสดทงระบบ เพอน าไปหาขนาดของแผงเซลลแสงอาทตย โดยพจารณาดงน

เลอกเทคโนโลยของเซลลแสงอาทตยและการผลตทจะน ามาใช พจารณาเปรยบเทยบบรษทผผลต รนทมการผลต พจารณารายละเอยดทางเทคนค ไดแก ประสทธภาพ Fill Factor เปนตน พจารณาจ านวนแผงเซลลแสงอาทตย จากอตราสวนระหวางขนาดพกดก าลงไฟฟาสงสด

ของระบบรวมตอพกดก าลงไฟฟาสงสดของแผงในรนทเลอก

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

การออกแบบระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตย

5 - 23

พจารณาการตดตงระบบและการจดเรยงแผงเซลลแสงอาทตย เพอใหไดระดบแรงดนทตองการใชงานและความสามารถในการจายกระแสของระบบ

ระบบแบตเตอร จากการออกแบบระบบดงกลาวจะไดขนาดความจแบตเตอรรวมของทงระบบเพอน าไปหาความจและจ านวนลกของแบตเตอร โดยพจารณาดงน

เลอกเทคโนโลยของแบตเตอรทจะน ามาใชงาน พจารณาพกดก าลงของระบบเพอเลอกระดบแรงดนใชงานทเหมาะสม พจารณาจ านวนลกของแบตเตอรหาไดจากอตราสวนระหวางความจรวมทงระบบตอผล

คณของจ านวนแถวและความจของแบตเตอรแตละลก พจารณารายละเอยดทางเทคนค ไดแก ประสทธภาพ DOD เปนตน

อปกรณควบคมการประจแบตเตอร

พจารณาพกดกระแสและแรงดนไฟฟาสงสดของการประจและการคายประจของแบตเตอรในระบบ

พจารณาความสามารถในการควบคมการประจและการคายประจใหกบแบตเตอรไดอยางมประสทธภาพและมอายการใชงานนาน

อนเวอรเตอร พจารณาพกดก าลงของอนเวอรเตอรจากการค านวณภาระทางไฟฟาสงสดทสภาวะการใช

งาน พจารณาระดบแรงดนไฟฟาขาเขาใหเหมาะสมและสอดคลองกบระบบแรงดนไฟฟาของ

ระบบเซลลแสงอาทตยและระบบแบตเตอรร พจารณาผลกระทบทมตออปกรณไฟฟา ไดแกเรอง ฮารมอนกส การควบคมแรงดน

ทางดานกระแสสลบ เปนตน

5.4 ระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตยแบบเชอมตอระบบจ าหนาย (Grid-Connected Systems)

รปท 5.7 ไดอะแกรมของระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตยแบบตอเขาระบบจ าหนาย

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

การออกแบบระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตย

5 - 24

หลกการออกแบบระบบผลต ไฟฟา เซลลแสงอาทตยแบบเชอมตอระบบจ าหนายมวตถประสงคเพอลดการใชพลงงานไฟฟาจากสายสงตามความเหมาะสมของพนทตดตงโดยมไดอะแกรมของระบบตามรปท 5.7 และขนตอนการออกแบบดงรปท 5.8 ซงจากรปจะเหนไดวาการออกแบบระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตยแบบเชอมตอระบบจ าหนายนนแตกตางกบระบบแบบอสระตรงทระบบแบบเชอมตอไมมแบตเตอรและอปกรณควบคมการประจแบตเตอร เนองจากไมตองกกเกบพลงงานไวใช การก าหนด

ขนาดของระบบนนไมขนอยกบภาระทางไฟฟาแตจะขนอยกบขนาดพนทตดตงและงบประมาณของผใชงาน อกทงควรค านงถงคณคาของการตดตงเชน นโยบายการสนบสนนการใชงานระบบเซลลแสงอาทตย หรอ เพอปรบปรงคณภาพไฟฟา เปนตน สวนการก าหนดเลอกอปกรณหลก ส าหรบแผงเซลลแสงอาทตยนนเหมอนกบกรณของระบบอสระอนเวอรเตอรตองเปนอนเวอรเตอรแบบชนดเชอมตอระบบจ าหนาย (Grid-connected inverter) และมคณลกษณะทางไฟฟาเปนตามขอก าหนดของการไฟฟาฝายจ าหนาย

ขอพจารณาการออกแบบระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตยแบบเชอมตอระบบจ าหนายไฟฟา

1) ส ารวจพนทตองการตดตงระบบโดยมขอมลดงตอไปน (1) ขนาดพนททจะตดตงระบบแผงเซลลแสงอาทตยและต าแหนงตดตงอปกรณหลก (2) พจารณาถงทศและพกดของพนท (3) งบประมาณการตดตงทงระบบ

2) ออกแบบระบบแผงเซลลแสงอาทตย (1) ลกษณะการจดวาง (2) โครงสรางทรองรบชดแผงเซลลแสงอาทตย (3) มมเอยงและทศทางของแผงเซลลแสงอาทตย (4) การตออนกรม-ขนานเพอใหไดแรงดนไฟฟาสอดคลองกบอปกรณอนเวอรเตอร (5) ระบบการเดนสายไฟฟา ใหค านงถงขนาดสายไฟฟา พกดกระแส และการจดเรยง

3) เลอกขนาดอปกรณอนเวอรเตอรใหเหมาะสมกบก าลงไฟฟาของชดแผงเซลลแสงอาทตย ตดตงอปกรณตางๆ ตามขอก าหนดของการไฟฟาฝายจ าหนาย

รปท 5.8 ขนตอนการออกแบบระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตยแบบตอเข าระบบจ าหนาย

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

การออกแบบระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตย

5 - 25

ตวอยางการออกแบบระบบเชอมตอระบบจ าหนาย การออกแบบระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตย ตองค านงถงภาระทาง ไฟฟาเปนหลกซงม

ความส าคญอยางยงในระบบผลตไฟฟาแบบอสระ ในขณะทระบบผลตไฟฟาแบบเชอมตอระบบจ าหนายจะค านงถงขนาดของระบบและพนทเปนส าคญ โดยปกตการออกแบบระบบมขนตอนในการออกแบบดงแสดงในรปท 5.9 ทงระบบเชอมตอระบบจ าหนาย ระบบอสระและระบบผสมผสาน

จากรปท 5.9 จะเหนวาขนตอนการออกแบบและก าหนดขนาดของระบบจะเรมจากการทราบถงสถานทตดตงเพอจะไดระบถงต าแหนงทางภมศาสตร เชน เสนละตจด และลองตจด อณหภมตลอดป คาความเขมรงสอาทตยเฉลยตลอดทงป เพอใชเปนขอมลส าหรบการก าหนดขนาดของระบบจะมขนาดเทาใดภายใตคาความเขมรงสอาทตย (ตารางท 5.6 แสดงใน Worksheet 1) จากนนจงมาก าหนดภาระทางไฟฟา ถา เปนระบบอสระจ าเปนจะตองทราบถงภาระทางไฟฟาโดยละเอยด เชน ลกษณะของไฟฟาทใชเปนไฟฟากระแสตรง หรอไฟฟากระแสสลบ จ านวนอปกรณทใช ก าลงไฟฟาทใชในแต

ละอปกรณ ระยะเวลาทใชงาน (ชวโมง/วน, วน/สปดาห) (ตารางท 5.7 แสดงใน Worksheet 2) และเมอไดขอมลพนทของ

ระบบทงในสวนของสถานท คาพลงงานแสงอาทตยรวมทงภาระทางไฟฟาของระบบทงหมด การออกแบบจะเรมจากการประเมนขนาดระบบทเหมาะสม ขนกบปจจยตางๆ เชน มลคาการ

ลงทนของระบบ งบประมาณ ระยะเวลาคนทน โดยทวไปในระดบครอบครวเดยวจะมขนาดของระบบประมาณ 2-5 กโลวตตสงสด บนพนท 10-30 ตารางเมตรโดยประมาณซงจะขนอยกบประสทธภาพ

และชนดของเซลลแสงอาทตยทใช การออกแบบขนาดของระบบ ( ) จะหาไดจากสมการท 5.12

PV

PV

PV

PA

(5.12)

โดยท เปนคาก าลงไฟฟาสงสดของระบบทสภาวะมาตรฐาน (STC)

รปท 5.9 ขนตอนการออกแบบและการหาขนาดระบบเซลลแสงอาทตย

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

การออกแบบระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตย

5 - 26

เปนคาประสทธภาพของเซลลแสงอาทตยซงขนอยกบชนดของเซลลทใช

นอกจากนคาพลงงานไฟฟาทผลตไดทงป ( ) จะสามารถหาไดจากสมการท 5.13

SPKE PVPVBOSPV *** (5.13)

โดยท เปนคาพลงงานจากแสงอาทตยตลอดทงปมหนวยเปนกโลวตต-ชวโมง / ตารางเมตร

เปนป จจ ยลดทอนเน องจาก อณหภม แผง เวลาใช งาน ความสกปรกของ หนาแผงเซลล การสญเสยภายในระบบสวนใหญจะใชคาประมาณ 0.9

เปนประสทธภาพของระบบทไมรวมประสทธภาพแผงเซลลสวนใหญจะมคาประมาณ 75 %

ในระบบน ประสทธภาพทลดทอนลงจากอปกรณตอพวง (BOS) จะเกดขนจากอนเวอรเตอรและ

สายไฟเปนสวนใหญซงจะมคาโดยประมาณ 15 และ 10 % ตามล าดบ

การออกแบบระบบใหเหมาะสมนนจ าเปนอยางยงทจะตองทราบถงอตราคาพลงงานทผลตไดจากระบบตอภาระไฟฟาทใชตลอดทงป เพอทจะใชส าหรบประเมนศกยภาพของระบบในการขายไฟฟากลบคน รปท 5.10 แสดงความสมพนธระหวางพลงงานทผลตไดตอปกบภาระทางไฟฟา (kWhpv/kWhload) และพลงงานทผลตไดแลวน าไปใชกบพลงงานทผลตไดทงหมด จะเหนไดวาพลงงานทผลตไดทงหมดมคาเทากบพลงงานทผลตไดแลวน าไปใชรวมกบพลงงานทผลตไดแลวสงไปยงระบบจ าหนายโดยสามารถใชเปนตวประเมนขนาดของระบบใหเหมาะสมกบงบประมาณทใช หรอในทางกลบกนถาผออกแบบระบบตองการเรมการออกแบบจากสดสวนของพลงงานไฟฟาทจายไปยงภาระทางไฟฟาเปนเกณฑหรอไฟฟาทขายไปยงระบบจ าหนาย

รปท 5.10 กราฟความสมพนธระหวางพลงงานทผลตไดตอปกบภาระทางไฟฟา (kWhpv/kWhload) และพลงงานทผลตไดแลวน าไปใชกบพลงงานทผลตไดทงหมด

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

การออกแบบระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตย

5 - 27

อกปจจยหนงทส าคญในการออกแบบระบบกคอขนาดของอนเวอร เตอรท ใชกบระบบ นนคอ อตราสวนขนาดของอนเวอรเตอรตอขนาดของระบบเซลล จะใชประเมนขนาดของอนเวอรเตอรทใชรวมถงราคา ในตารางท 5.6 แสดงใหเหนวาอตราสวนดงกลาวจะลดลงเมอต าแหนงของสถานทตดตงอยทละตจดสงขน ทงนเพราะวายงระบบตดตงทละตจดสงขนปรมาณความเขมรงสอาทตยจะลดลงเรอยๆ เปนผลใหขนาดของอนเวอรเตอรมขนาดเลกวาขนาดของแผงเซลลทก าลงไฟฟาเทากน แตถาก า ร ต ด ต ง ร ะ บ บ ใ น บ ร เ ว ณ ล ะ ต จ ด ต า ใ ก ล บ ร เ ว ณ แ ถ บ เ ส น ศ น ย ส ต ร คาอตราสวนดงกลาวจะอยท 1 เนองจากผลของความเขมแสงมปรมาณมากท าใหขนาดของอนเวอรเตอรทใชจะตองมคาเทากบขนาดของแผงเซลลเพอทจะไดระบบทมประสทธภาพในการผลตไฟฟาสงสด

ตารางท 5.6 อตราสวนขนาดของอนเวอรเตอรตอขนาดของระบบเซลลทมผลกบสถานทตดตง

สถานทตดตง อตราสวนขนาดของอนเวอรเตอร

(P(DC)Inverter/PPV ยโรปเหนอ (ละตจด 55-70 องศาเหนอ) 0.7 - 0.8 ยโรปตอนกลาง (ละตจด 45-55 องศาเหนอ) 0.75 - 0.9 ยโรปใต (ละตจด 35-45 องศาเหนอ) 0.85 - 1.0

ตวอยางการค านวณระบบเชอมตอกบระบบจ าหนาย

การตดตงระบบ Grid connected ทบานพกอาศยขนาดครอบครวเดยวในประเทศเยอรมนทเมอง Stuttgart อยทละตจด 49 องศาเหนอและลองตจด 9 องศาตะวนออก การตดตงบนหลงคาทมมมเอยง 45 องศาหนไปยงทศใต คาภาระทางไฟฟาทงปประมาณ 3,000 กโลวตต-ชวโมง โดยใชอปกรณไฟฟาเปนชนดไฟฟากระแสสลบทงหมด

เรมจากรปท 5.11 ซงเปนการกรอกขอมลและหาคาพลงงานแสงอาทตยตลอดทงปซงไดเทากบ 1,202 กโลวตต-ชวโมง / ตารางเมตร คาดงกลาวเปนคาทหามาจากคาพลงงานแสงอาทตยในแตละเดอนจากขอมลอตนยมกลางของประเทศนนๆ และคณกบ Factor ใชส าหรบปรบคามม Azimuth มมเอยง (Tilt) และแนวเงาบง (Shadow) (ตารางท 5.6) ต าแหนงตดตงแผงจนไดคาพลงงานแสงอาทตย

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

การออกแบบระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตย

5 - 28

บนแผงเซลลตลอดทงปตามขางบน ในสวนของการใชงานอปกรณไฟฟา เนองจากเปนระบบซงเชอมตอระบบจ าหนาย ดงนนการระบภาระตางๆ จงไมมความจ าเปนเพยงแตใชคา 3,000 หนวยตอปเปนเกณฑเทานน และเปนคาทมาจากขอมลในอดตจากขอมลทใชไฟฟาจากระบบเชอมตอระบบจ าหนาย

การค านวณระบบนจะระบขนาดของระบบเปน 2 กโลวตตเนองจากเปนขนาดทเหมาะสม ไมเลกและใหญจนเกนไป โดยใชแผงเซลลชนดผลกเดยวซลคอนทมประสทธภาพ 13 % และจากการค านวณสรปดงแสดงในรปท 5.12 ไดวาระบบนจะใชพนทตดตง 16 ตารางเมตร เมอใชคาเฉลยของประสทธภาพอนเวอรเตอรท 85 % และคาสญเสยทสายไฟท 10 % (หรอประสทธภาพของสายไฟอยท 90 %) ท าใหคาประสทธภาพของระบบอยท 76.5 % หรอเทากบ 0.765 (ผลคณระหวางประสทธภาพของอนเวอรเตอรกบสายไฟเทากบ 0.85 x 0.9) ดงนนคาพลงงานทผลตไดจากระบบเซลลแสงอาทตยจะอยท 1,655 กโลวตต-ชวโมงตอป

เมอเปรยบเทยบระหวางพลงงานทผลตไดตอปท 1,655 กโลวตต-ชวโมงกบพลงงานทใช 3,000 กโลวตต-ชวโมง จะไดคาอตราสวนระบบเซลลแสงอาทตย / ภาระทางไฟฟา เทากบ 0.55 และจากอตราสวนนท าใหหาตว เลขของพลงงานทผล ตไดแลวน าไปใชกบพลงงานทผลตไดท งหมด จากรปท 5.2 เทากบ 0.3-0.5 โดยเฉลยประมาณ 0.4 (หาไดจากการลากเสนจากแกน x ท 0.55 ไปยงกราฟแรเงาสด าซงจะมจดตดแกน y ท 0.3 และ 0.5 ตามล าดบ) คา 0.4 หมายความวาเปนสดสวนของพลงงานทผลตไดจากระบบไปยงภาระทางไฟฟาซงจะมสวนทเหลอขายคนสายสงเทากบ 0.6 ดงนนระบบนจะมการขายไฟฟากลบคนอยทประมาณ 60 % ส าหรบการผลตไฟฟาตลอดทงปและขนาดของอนเวอรเตอรทใชในระบบจะใชตารางในรปท 5.11 ซงจะใชสถานทตดตงของระบบเปนเกณฑ โดยในระบบนตดตงทละตจด 48.8 องศาเหนอ ท าใหไดคาอตราสวนเปน 0.75-0.9 ดงนนขนาดอนเวอรเตอรท

รปท 5.11 การหาคาพลงงานแสงอาทตยตลอดปของระบบเชอมตอระบบจ าหนาย

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

การออกแบบระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตย

5 - 29

เหมาะสมจะอยระหวาง 1.5-1.8 กโลวตต (ค านวณจาก 2 กโลวตต x 0.75 เทากบ 1.5 กโลวตต และ 2 กโลวตต x 0.9 เทากบ 1.8 กโลวตต)

แตอยางไรกตาม ระบบเชอมตอเขากบระบบจ าหนายจ าเปนจะตองค านงถงปจจยทางดานเทคนค

ประกอบกนดวย จากองคประกอบของระบบทงสองสวนทมแผงเซลลและอนเวอรเตอรทระบแตเพยงก าลงไฟฟาสงสดเทานน ในการออกแบบการเชอมตอระบบจ าเปนจะตองค านงถงผลของการตอแผงเซลลทท าใหคาความตางศกยรวมของแตละสตรงเพอใหมคาแรงดนทางไฟฟาท เหมาะสมกบ คาแรงดนไฟฟาขาเขาของอนเวอรเตอรเปนส าคญ

ในทางปฏบตผออกแบบระบบจะตองค านงถงผลกระทบของอณหภมของแผงเซลลระหวางการใชงานทจะมผลโดยตรงตอคาแรงในไฟฟาในสตรง (คา Temperature coefficient) ซงจะตองออกแบบแรงดนของสตรงในอยในชวงของ Nominal voltage input ของอนเวอรเตอร ส าหรบชวงการท างานของอนเวอรเตอร ถาคาแรงดนในสตรงมคาต าในเวลาใชงานจะท าใหอนเวอรเตอรหยดท างานหรอท างานในชวงทมประสทธภาพต าเปนผลใหผลตไฟฟาไดนอยกวาทเปนจรง แตถาคาแรงดนมสงจะเปนผลใหเกดความเสยหายอยางรายแรงขนกบอนเวอรเตอรได

รปท 5.12 การค านวณหาขนาดของระบบ

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

การออกแบบระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตย

5 - 30

ตารางท 5.7 การค านวณคาความเขมรงสอาทตย

ตารางท 5.8 การค านวณภาระทางไฟฟา

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

การออกแบบระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตย

5 - 31

ตารางท 5.9 การค านวณระบบเชอมตอระบบจ าหนาย

ตารางท 5.9 (ตอ) การค านวณระบบเชอมตอระบบจ าหนาย

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

เอกสารอางอง

เอกสารอางอง

1. Earthscan, Planning and Installing Photovoltaic Systems, 2nd edition, 2008

2. Goetzberger, “Photovoltaic Power Generation”, chapter 4.2 of Energy Technologies

3. H.S. Rauschenbach, Solar cell array design handbook, Van Nostrand Reihold, 1980

4. http://electrical.about.com/od/electricalbasics/f/driploopoutdoor.htm

5. http://en.wikipedia.org/wiki/Deep_cycle_battery

6. http://en.wikipedia.org/wiki/Photovoltaic_panel

7. http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_cell

8. http://en.wikipedia.org/wiki/Toughened_glass

9. http://freshaquarium.about.com/od/equipmentquestions/f/driploop.htm

10. http://store.sundancesolar.com/porosepoposo.html

11. http://www.scheutensolar.com/

12. http://www.solarbuzz.com/technologies.htm

13. http://www.solarthinfilms.com/active/en/home/photovoltaics/amorphous_silicon_technology.html

14. IEA International Energy Agency – Photovoltaic Power Systems Program (IEA - PVPS), 2006, Trend in Photovoltaic Application Survey report of selected IEA Countries between 1992 and 2005, pp. 1-28.

15. IEC 61646: Thin-film terrestrial photovoltaic (PV) modules - Design qualification and type approval, second edition.

16. IEC61215: Crystalline silicon terrestrial photovoltaic (PV) modules - Design qualification and type approval, second edition.

17. IEC TS 62257-9-1 Ed.1 : Recommendations for small renewable energy and hybrid systems for rural electrification – Part 9-1: Micropower systems

18. IEC 62548 Ed. 1 : Installation and Safety Requirements for Photovoltaic (PV) Generators

19. K. L. Coulson, 1975, Solar and Terrestrial Radiation, Academic Press, New York.

20. M.S. Imamura, P. Helm, and W. Palz, Photovoltaic System Technology, A European Handbook, Commission of the European Committee, 1992

21. MARTIN A. GREEN, “Photovoltaic principles”, Physica E 14, 2002, pp. 11-17.

การประยกตใชเซลลแสงอาทตย

เอกสารอางอง

22. Matthew Buresch, Photovoltaics Energy Systems: design and installation, McGraw-Hill Book Company, 1983

23. N. Robinson, 1966, Solar Radiation, Elsevier, Amsterdam.

24. R. H. B. Exell and K. Saricali, 1976, “The Availability of Solar Energy in Thailand,” A.I.T., Bangkok, 85 p.

25. S. H. Schneider, 1989, “The Changing Climate,” Scientific American, Vol. 261, No. 3, pp. 38-47.

26. S.R. Wenham, M.A. Green, M.E. Watt, Applied Photovoltaics, Centre for Photovoltaic Devices and Systems, UNSW

27. Subvolume C: Renewable Energy, Springer, pp. 280-302.

28. T. E. Graedel and P. J. Crutzen, 1989, “The Changing Atmosphere,” Scientific American, Vol. 261, No. 3, pp. 28-36.

29. Takuya DOI, Izumi TSUDA, Koichi SAKUTA, and Goichi, “MATSUI’DEVELOPMENT OF A RECYCLABLE PV-MODULE: TRIAL MANUFACTURING AND EVALUATION”, The 3rd World Conference on Photovoltaic Energy Conversion May 11-18, 2003 Osaka, Japan, pp.1952-1955.

30. Tom Markvart, Luis Castaner, Practical Handbook of Photovoltaics : Fundamentals and Applications, Elsevier.

31. www.enconlab.com/high_performance/file_download/operation/operation_mirror.pdf

32. www.schott.com/photovoltaic/english/products/pv_building_solutions/facade_overhead_glazing/functions/design.html

33. www.tisi.go.th/article/pdf/glass.pdf

34. www.worldscibooks.com/phy_etextbook/p139/p139_chap15.pdf.

35. โกศล ดศลธรรม, 2548 "การสรางประสทธผลระบบบ ารงรกษา" บรษทซเอดยเคชน จ ากด (มหาชน), กรงเทพ

36. เอกสารการฝกอบรมเชงปฏบตการส าหรบการซอมบ ารงและการใชงานระบบโซลาเซลล กรณของระบบสบน าดวยโซลาเซลล ป 2544 มหาวทยาลยเทคโนโลยพระจอมเกลาธนบร

37. คณะวศวกรรมศาสตรและสถาปตยกรรมศาสตร มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลสวรรณภม, การประเมนผลโครงการ การเรงรดขยายบรการไฟฟา โดยระบบผลตไฟฟาดวยพลงงานแสงอาทตย, 2007