ทำความรู้จักกับอุปกรณ์โซล่าเซล ง่าย ๆ ที่เดียวจบ

เรามาทำความรู้จักกับพลังงานแสงอาทิตย์กันก่อน สาเหตุที่แสงอาทิตย์สามารถเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้าได้นั้น อธิบายง่าย ๆ ก็คือ ดวงอาทิตย์ได้ปล่อยพลังงานออกมาเป็นแสงเดินทางมายังโลก ซึ่งแสงจากดวงอาทิตย์นั้น ประกอบไปด้วยอนุภาคของพลังงาน ที่เรียกว่าโปรตอน ทำหน้าที่ถ่ายเทพลังงานให้กับอิเล็คตรอนในสารกึ่งตัวนำของเซลล์แสงอาทิตย์ (Solar Panel) จนอยู่ในสถานะ Excited State เมื่ออิเล็คตรอนได้รับพลังงานจากโปรตอน แล้วจะกระโดดออกมาจากอะตอม และเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ

เมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่ครบวงจรจะทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าขึ้น (Electrode) ที่อิเล็กตรอนมารวมกันและเคลื่อนที่ผ่านเรียกว่า “ขั้วลบ” และขั้วที่อยู่ตรงข้ามจะเรียกว่า “ขั้วบวก” เมื่อขั้วทั้ง 2 ถูกต่อด้วยหลอดไฟฟ้าก็จะทำให้มีแสงสว่างเกิดขึ้น

จะใช้งานจากพลังแสงอาทิตย์ต้องประกอบด้วยอะไรบ้าง

สิ่งที่เป็นเหมื่อนพระเอกเลยคือ (Solar Panel)  หรือแผงโซล่าเซล ถูกค้นพบขึ้นครั้งแรก ราว ๆ ปี พ.ศ.2493-2497 โดย Pearson และ Fuller & Chapin ที่ Bell Telephon Laboratory ประเทศ USA โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ไปเป็นพลังงานไฟฟ้า เพื่อใช้ในการขับเคลื่อนดาวเทียม ในโครงการ NASA แผงโซล่าเซลล์ 90% ถูกสร้างมาจากผนึกซิลิกอน เนื่องด้วยคุณสมบัติทางเคมี ซิลลิกอนมีความบริสุทธ์กว่า จะมีโมเลกุลเรียงตัวดีและเป็นระเบียบกว่า ทำให้เปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นไฟฟ้าได้มากกว่า

แผงโซล่าเซลนั้นคือการนำเอาโซล่าเซลล์ จำนวนหลาย ๆ เซลล์มาต่อวงจรรวมกัน อยู่ในแผงเดียวกัน เพื่อที่จะทำให้ผลิตและจ่ายกระแสไฟฟ้าได้มากขึ้น โดยไฟฟ้าที่ได้นั้นจะเป็นไฟฟ้ากระแสตรง (DC) หรือท่าจะให้นิยามแบบบ้าน ๆ ก็คือ แผงที่ทำการเปลี่ยนแสงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานไฟฟ้านั้นเอง

แผงโซล่าเซลล์ มี 2 ประเภทหลัก ๆ 

1. แผงโซล่าเซลล์แบบโพลีคสริสตัลไลน์ (Poly Crystalline)

เป็นแผงโซล่าเซลล์ชนิดแรกที่ทำมาจากผนึกซิลิกอน โดยในการผลิตสามารถที่จะนำเอาซิลิก้อนเหลว มาเทใส่โมลที่เป็นรูปสี่เหลี่ยมได้เลย ก่อนจะนำมาตัดเป็นแผ่นบางอีกที จึงทำให้เซลล์แต่ละเซลล์เป็นรูปสี่เหลี่ยมจัตตุรัส ไม่มีการตัดมุม สีของแผงจะออกน้ำเงินไม่เข้ม

ข้อดีของแผงแบบโพลีคริสตัลไลน์

• มีขั้นตอนการผลิตที่ง่ายไม่ซับซ้อน จึงใช้ปริมาณซิลิกอนในการผลิตน้อยกว่าเมื่อเทียบกับโมโนตริสตัลไลน์
• มีประสิทธิภาพในการใช้งานในที่อุณหภูมิสูงกว่าชนิดโมโน
• มีราคาถูกกว่า เมื่อเทียบกับชนิดโมโนคริสตัลไลน์

ข้อเสียของแผงโซล่าเซลชนิดโพลีคริสตัลไลน์

• มีประสิทธิภาพต่ำกว่าโดยฉลี่ย 13-16% เมื่อเทียบกับโมโน
• มีประสิทธิภาพต่อพื้นที่ต่ำกว่าชนิดโมโน
• มีสีน้ำเงินอาจดูไม่สวยงามเมื่อเทียบกับโมโนคริสตัลไลน์

2. แผงโซล่าเซลล์แบบโมโนคริสตัลไลน์ (Mono Crystalline)

ทำมาจากซิลิก่อนเชิงเดี่่ยว สังเกตุค่อนข้างง่ายกว่าชนิดอื่น เพราะจะเห็นแต่ละเซลล์ลักษณะเป็นสี่เหลี่ยมตัดมุมทั้งสี่มุม และมีสีเข้มทำมาจากซิลิกอนที่มีความบริสุทธ์สูง โดยเริ่มมาจากซิลิกอนทรงกระบอก กวนให้ผนึกเกาะกับแกนกลาง จากนั้นนำมาตัดเป็นสี่เหลี่ยม และลบมุมทั้งสี่ออก เพื่อจะทำให้ได้ประสิทธิภาพสูงสุด ก่อนนำมาตัดเป็นแผ่น

ข้อดีของแผงแบบโมโนคริสตัลไลน์

• มีประสิทธิภาพสูง ทำมาจากซิลิกอนเกรดดี
• ประสิทธิภาพต่อพื้นที่สูง ให้กำลังไฟสูงจึงต้องการพื้นที่น้อยในการติดตั้งแผง
• อายุการใช้งานเฉลี่ย 25 ปีขึ้นไป
• ผลิตกระแสไฟฟ้าได้มากกว่าชนิดโพลีคริสตัลไลน์ เมื่ออยู่ในภาวะแสงน้อย
  

ข้อเสียของแผงแบบโมโนคริสตัลไลน์

• มีราคาสูงและในบางกรณีแผงแบบอื่นมีความคุ้มค่ามากวว่า
• หากเกิดความสกปรก หรือถูกบดบังแสง บางส่วนของแผงอาจทำให้วงจรอินเวอร์เตอร์ไหม้ได้ เพราะอาจทำให้เกิดโวลต์สูงเกินไป

เมื่อเรารู้จักกับแผงโซล่าเซลไปแล้ว ต่อมาเราจะทำความรู้จักกับเครื่องควบคุมการชาร์จ (Solar Charge Controller) หรือที่เรียกกันว่าง่าย ๆ ว่า "โซล่าชาร์จเจอร์" เป็นอุปกรณ์อิเล็คทรอนิกส์ตัวนึงที่มีคุณสมบัติเพียงเพื่อคอยควบคุมการชาร์จไฟฟ้าจากแผงโซล่าเซลลงสู่แบตเตอร์รี่ เพื่อนำมาใช้งานตามระบบที่เราออกแบบไว้

หลักการทำงานของโซล่าชาร์จเจอร์

คือ จ่ายกระแสไฟเมื่อรงดันแบตเตอรี่อยู่ในระดับต่ำ และจะตัดการจ่ายกระแสไฟเมื่อแรงดันของแบตเตอรี่อยู่ในระดับที่สูง ตามที่ผู้ผลิตได้ทำการตั้งค่าไว้ เพื่อป้องกันการ Over Charge ซึ่งจะทำให้แบตเตอรี่เสื่อมเร็ว และยังคอยป้องกันไม่ให้ไฟจากแบตเตอรี่ย้อนขึ้นไปยังตัวแผงโซล่าเซลซึ่งอาจก่อให้เกิดความเสียหายต่อตัวแผงโซล่าเซลอีกด้วย โซล่าชาร์จเจอร์จะอยู่ระหว่างแผงโซล่าเซลกับแบตเตอร์ที่ จะทำหน้าที่คอยควบคุมแรงดันให้คงที่อยู่เสมอตามที่ผู้ผลิตตั้งค่าไว้

โซล่าชาร์จเจอร์ ถูกแบ่งออกเป็น 2 ประเภท

1. PWM (Pulse Width Modulation)

หลักการทำงานคือ ความคุมความถี่ของคลื่นไฟฟ้าจากแผงโซล่าเซลให้คงที่ด้วยระบบดิจิตอลให้ประหยัดพลังงาน ควบคุมประจุไฟฟ้าเข้าแบตเตอรี่ ป้องกันไม่ใช้แบตเตอรี่เสื่อมเร็ว มีไฟสถานะแจ้งป้องกันไฟเกิน

2. MPPT (Maximum Power Point Tracking)

หลักการทำงานคือใช้ไมโครโพรเซสเซอร์ หรือตัวจับสัญญาณคอยควบคุมสัญญานกระแสไฟฟ้าที่ได้จากแผงโซล่าเซล เปรียบเทียบกับกระแสไฟฟ้าในแบตเตอรี่และเลือกสัญญานไฟฟ้าที่สูงที่สุดจากแผงเพื่อประจุลงในแบตเตอรี่ให้เต็มอยู่ตลอด จึงหมดห่วงเมื่อสภาพแสงแดดไม่คงที่ ในช่วงเช้าและช่วงเย็น

ข้อควรระวังในการเลือกซื้อโซล่าชาร์จเจอร์

• ไม่ควรเลือกขนาดของโซล่าชาร์จเจอร์ใหญ่กว่าที่ระบบต้องการ เนื่องจากโซล่าชาร์จเจอร์ที่มีกระแสสูง ๆ จะแพงกว่า
• ควรเลือกโซล่าชาร์จเจอร์ให้รองรับกับแรงดันระบบที่เลือกใช้
• ควรเลือกขนาดของกระแสของโซล่าชาร์จเจอร์ให้เหมาะสมกับขนาดรวมของแผงโซล่าเซล มิเช่นนั้นอาจจะทำให้โซล่าชาร์จเจอร์เกิดความเสียหายได้

แบตเตอรี่ที่ใช้กับระบบโซล่าเซล

แบตเตอรี่ชนิดนี้เรียกว่า แบตเตอรี่แบบ (Deep Cycle) มีส่วนสำคัญอย่างมากในการใช้เป็นแหล่งเก็บสะสมพลังงาน จากกระแสไฟฟ้าที่ผลิตได้ ให้อยู่ในรูปของพลังงาน เพื่อเก็บไว้ใช้ในตอนนี้แผงโซล่าเซลไม่สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้ แบตเตอรี่ไม่สามารถนำมาใช้งานได้อย่างเต็มประสิทธิภาพอาจจะต้องจ่ายไฟ 110% แต่สามารถนำมาใช้ได้เพียง 90% แต่นั้นก็เพียงพอสำหรับวางแผนเพื่อใช้งานให้ระบบมีความสเถียรภาพได้

หลักการทำงานและส่วนประกอบของแบตเตอรี่

เป็นปฎิกิริยาเคมีที่เกิดจาก แผ่นตะกั่วจุ่มอยู่ในสารละลายซัลฟูลิค การชาร์จและการคายประจุเกิดจากปฎิกิริยาเคมี ที่เกิดจากการจ่ายกระแสไฟฟ้าให้ที่ขั่วบวกและลบ แบตเตอรี่แบบ (Deep Cycle) ถูกออกแบบมาให้คายประจุได้มากกว่าแบตเตอรี่แบบธรรมดา โดยที่แบตเตอรี่แบบ (Deep Cycle) สามารถคายประจุได้ถึง 45-75% ของพลังงานที่เก็บสะสมอยู่ ถูกออกแบบให้มีอายุการใช้งานที่นานขึ้น โดยการเพิ่มขนาดของแผ่นจระกั่วให้มีความหนามากขึ้นและ ลดพื้นที่ผิวสัมผัสตระกั่วกับสารละลายลง จึงทำให้เกิดการชาร์จและคายประจุใช้เวลานานกว่าแบตเตอรี่รถยนต์ซึ่งต้องการกระแสสูงกว่าในการสตาทเครื่องยนต์

แบตเตอรี่ (Deep Cycle) มี 2 ประเภท 

1.  แบตเตอรี่โซล่าเซลชนิดเติมน้ำกลั่น แบบน้ำ (Flood Type)

เป็นแบตเตอรี่ที่มีการใช้งานมากที่สุดในระบบโซล่าเซล และระบบพลังงานทางเลือก เพราะเมื่อเปรียบเทียบกันต่อ Ah แล้ว เป็นแบตเตอรี่ที่คุ้มับการลงทุนมากที่สุด แต่ก็เป็นชนิดที่ต้องการบำรุงรักษาอย่างสม่ำเสมอเช่น การเติมน้ำกลั่นหรือการทำความสะอาดขั่วแบตและ ต้องติดตั้งในพื้นที่ที่มีอากาศถ่ายเท

2.  แบตเตอรี่โซล่าเซลชนิดแห้ง

เป็นแบตเตอรี่ที่มีโครงสร้างระบบปิด ไม่ต้องการการบำรุงรักษา ควบคุมแรงดันของสารละลายด้วยวาล์วปรับแรงดันที่อยู่ภายในแบ่งออกเป็นชนิด Gel และ AGM

ขนาดความจุของแบตเตอรี่ Ah หมายถึง ค่าที่บอกถึงความสามารถในการคายประจุในช่วงเวลาหนึ่ง ค่าที่ผู้ผลิตบอกและติดไว้ข้างแบตเตอรี่นั้น โดยทั่วไปเป็นค่าที่วัดการคายประจุ ที่ในอัตราการคายอย่างช้า ๆ ให้หมดใน 20 ชั่วโมง เช่น แบตเตอรี่ 12V 100 Ah หมายถึงแบตลูกนี้ สามารถจ่ายไฟที่อัตรา 5A ได้นาน 20 ชั่วโมง

ข้อดีของการใช้แบตเตอรี่ (Deep Cycle)

• มีความสามารถในการเก็บประจุไฟฟ้าและสามารถจ่ายไฟได้มากและนานแบบต่อเนื่อง
• เหมาะสำหรับการใช้กับระบบไฟพลังงานแสงอาทิตย์ เช่นโซล่าเซล
• แผ่นตระกั่วทั้งขั่วบวกและลบ หนากว่าแบตเตอรี่รถยนต์จึงสามารถจ่ายไฟได้ดีกว่า
• มีอายุการใช้งานยาวนานกว่า

และอุปกรณ์โซล่าเซลชิ้นสุดท้ายที่เราจำเป็นต้องรู้จักคือ คืออินเวอร์เตอร์ (Inverter) หลักการง่าย ๆ ของอินเวอร์เตอร์คือ จะแปลงกระแสไฟสลับ (AC) จากแหล่งจ่ายไฟทั่วไป ที่มีแรงดันและความถี่คงที่ ให้เป็นไฟกระแสตรง (DC)

อินเวอร์เตอร์แบ่งได้ 3 ประเภท คือ

1. มอดิไฟด์ ไซน์ เวฟ (MSW)

รับพลังงานไฟฟ้ากระแสตรง (DC) จากแบตเตอรี่และแปลงออกเพื่อจ่ายเป็นไฟกระแสสลับ โดยใช้รูปคลื่นไฟ (AC) ที่จ่ายออกเป็นรูปขันบรรได สามารถใช้กับเครื่องใช้ไฟฟ้าที่กินไฟน้อย ไม่มีขดลวดให้ความร้อนหรือมอเตอร์

2. เพียว ไซน์ เวฟ (PSW)

รับพลังงานไฟฟ้ากระแสตรง (DC) จากแบตเตอรี่ จ่ายออกเป็นกระแสไฟสลับ โดยรูปคลื่นไฟ (AC) ที่จ่ายออกมาเป็นรูปคลื่นเหมื่อนไฟบ้าน สามารถใช้หม้อแปลงชนิดนี้กับเครื่องใช้ไฟฟ้าที่กินไฟมาก มีขดลวดให้ความร้อน หรือมาเตอร์ได้

3. กริดไทด์ (Grid-Tie)

รับพลังงานไฟฟ้ากระแสตรง (DC) จากแผงโซล่าเซลโดยตรงและแปลงจ่ายออกเป็นไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) เข้าสู่ระบบสายส่งของการไฟฟ้า อินเวอเตอร์ประเภทนี้สามารถตรวจสอบแรงดันและความถี่ของสายส่ง พร้อมปรับความเหมาะสมของสายไฟที่จ่ายออก และถ้าการไฟฟ้าดับ อินเวอเตอร์จะระงับการจ่ายไฟฟ้าเช่นกันเพื่อป้องกันอันตรายต่อพนักงานการไฟฟ้าหรือผู้ดูและระบบ

ติดต่อเราวันนี้!

โทร. 061545-5353 / 092-248-2637 / 061-545-5353