โซล่าร์คุณธรรม | นันท์ ภักดี

โซล่าร์คุณธรรม | นันท์ ภักดี ตอน ๑

โซล่าร์คุณธรรม | นันท์ ภักดี ตอน ๒

โซล่าร์คุณธรรม | นันท์ ภักดี ตอน ๓ (ตอนจบ)

เสียดายแดด#2 การผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงแดดเพื่อใช้เอง

เสียดายแดด#2 | 

การผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงแดดเพื่อใช้เอง ตอน ๑

การผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงแดดเพื่อใช้เอง ตอน ๒

MPPT Solar Charge Controller คืออะไร?

source : http://www.klcbright.com/MPPTsolarchargecontroller.php

MPPT Solar Charge Controller อุปกรณ์ตัวนี้ เชื่อว่าหลายคนโดยเฉพาะผู้ที่มีความสนใจ เกี่ยวกับพลังงานจาก โซล่าเซลล์ หรือ พลังงานแสงอาทิตย์ คงเคยได้ยินมาบ้าง แต่อาจจะยังขาดข้อมูล เพราะเกี่ยวกับเรื่องนี้มีข้อมูลค่อนข้างน้อยสำหรับบ้านเรา ดังนั้น เรามาทำความรู้จักกัน
โดยมาเริ่มกันที่ MPPT กันก่อน 

MPPT คือ อะไร?

MPPT หรือ Maximum Power Point Tracking คือ อัลกอลิธึ่มหรือรูปแบบการคำนวณอย่างหนึ่ง ที่นำมาใช้กับการทำงานของ แผงโซล่าเซลล์ (หรือ กังหันลม ผลิตกระแสไฟฟ้า) เพื่อให้ได้ประสิทธิและเสถียรภาพมากขึ้น เพราะในความเป็นจริงพลังงานไฟฟ้าที่ได้จาก แผงโซล่าเซลล์ มีค่าไม่แน่นอน ขึ้นอยู่กับปริมาณและความเข้มของแสงอาทิตย์เป็นหลัก ส่วนการบอกขนาดตาม spec. ที่บอกมาเป็นวัตต์นั้นหมายถึง Wmpp คือ วัตต์จุดที่แผงโซล่าร์เซลล์ให้กำลังสูงสุด (Maximum Power Point หรือ MPP) เป็นค่าที่เป็นจุดสูงสุดของกราฟ I-V Curve เท่านั้น
ดังนั้นการนำเอาแผงโซล่าเซลล์มาชาร์จไฟให้กับแบตเตอรี่ ผ่านตัวควบคุมหรือ Solar Charger แบบธรรมดา จึงทำให้เิกิดการสูญเสียและทำให้แบตเตอรี่อายุสั้นกว่าที่ควรจะเป็น

I-V Curve เส้นสีฟ้า และ MPPT Charge เส้นสีส้ม 

ดังนั้นเมื่อเอาวิธีการ MPPT มาใส่ไว้ใน ระบบการชาร์จของแผงโซล่าเซลล์ 

MPPT Solar Charge Controller

จึง หมายถึง อุปกรณ์ควบคุมการชาร์จของแผงโซล่าเซลล์ ที่ได้นำเอารูปแบบการคำนวณเพื่อหาจุดที่ได้กำลังสูงสุด โดยใช้การปรับแรงดัน และควบคุมกระแส (DC to DC Converter) แล้วนำมาคำนวณให้ค่าที่เหมาะสมที่สุดในการชาร์จ หลังจากที่ได้เปรียบเทียบกับ พลังงานที่เหลืออยู่ในแบตเตอรี่

ยกตัวอย่างเช่น มีแผงโซล่าเซลล์ 18V 130w Imp=7.2A ใช้งานกับแบตเตอรี่ 12V

กรณีที่ 1 ใช้กับ อุปกรณ์ควบคุมการชาร์จ แบบธรรมดา

แบตเตอรี่จะเริ่มชาร์จไฟเมื่อมีแรงดันต่ำกว่า 12V และจะชาร์จด้วยกำลัง 12V x 7.2A = 86.4w แต่ถ้าหากแบตเตอรี่มีไฟน้อย หรือเหลือไฟเพียง 10.5V เมื่อมีการชาร์จไฟ จะชาร์จด้วยกำลังเพียงแค่ 10.5Vx7.2A = 75.6w เท่านั้น (แต่เราซื้อ แผงโซล่าเซลล์ มาในราคา 130w? )

กรณีที่ 2 ใช้กับ อุปกรณ์ควบคุมการชาร์จ แบบ MPPT

ตัวควบคุมการชาร์จ แบบ MPPT จะใช้หลักการปรับแรงดันให้เหมาะสม จาก 18V เป็น 12V แล้วจ่ายกระแสในการชาร์จได้มากขึ้นจาก 7.2A เป็น 18Vx7.2A/12V = 10.8A หรือหากแบตเตอรี่เหลือไฟน้อย 10.5V ตัวควบคุมการชาร์จ แบบ MPPT จะปรับแรงดันให้เหลือ 10.5V แล้วชาร์จด้วยกระแส 18Vx7.2A/10.5V = 12.3A นั่นทำให้ยังคงจ่ายไฟได้ใกล้เคียง 130w เหมือนเดิม จึงทำให้ชาร์จไฟได้เร็วขึ้นด้วย 

ข้อดีของ อุปกรณ์ควบคุมการชาร์จ แบบ MPPT

• ในฤดูหนาว ที่มีเวลากลางวันสั้นกว่า

แม้ว่า แผงโซล่าเซลล์ จะมีประสิทธิภาพดีกว่าเมื่อทำงานในอุณหภูมิต่ำ แต่ทว่าในฤดูหนาวเวลารับแสงจะน้อยลง นั่นคือกำลังโดยรวมที่ได้จะลดลงมาก เมื่อใช้ อุปกรณ์ควบคุมการชาร์จแบบธรรมดา ในบางครั้งการชาร์จแบตเตอรี่ อาจไม่เต็มความจุ


• แบตเตอรี่เหลือไฟน้อย

หากแบตเตอรี่เหลือไฟน้อย ต้องใช้กำลังไฟมากและการได้กระแสสูงจาก อุปกรณ์ควบคุมการชาร์จ แบบ MPPT ในการชาร์จ จะทำให้แบตเตอรี่ชาร์จไฟได้เร็วขึ้น


• แผงโซล่าเซลล์ อยู่ห่างจากแบตเตอรี่

  ในกรณีที่แผงโซล่าเซลล์อยู่ห่างจากแบตเตอรี่ มากๆ หากเป็นระบบ 12V แล้วใช้ อุปกรณ์ควบคุมการชาร์จแบบธรรมดา เมื่อใช้สายไฟขนาดเล็กเกินไป จะทำให้เกิดการสูญเสียอย่างมาก หรืออาจจะต้องใช้สายไฟที่มีขนาดใหญ่ นั่นก็ย่อมมีราคาสูง
  วิธีแก้ไขก็คืออาจจะต้องใช้ แผงโซล่าเซลล์ มาต่ออนุกรมกัน เพื่อให้มีแรงดันสูงขึ้น หรือไม่ก็หันมาใช้ ตัวอุปกรณ์ควบคุมการชาร์จ แบบ MPPT มาช่วยควบคุมระดับแรงดันในการชาร์จ จะทำให้สามารถลดขนาดสายไฟลงได้

แบตเตอรี่ deep cycle คืออะไร?

source : http://www.klcbright.com/batterydeepcycleis.php

แบตเตอรี่ deep cycle มีส่วนสำคัญอย่างมากสำหรับระบบพลังงานทางเลือก อย่างระบบโซล่าเซลล์ หรือระบบกังหันลม เพราะเป็นแหล่งเก็บสะสมพลังงานจากกระแสไฟฟ้าที่ผลิตได้จาการะบบเหล่านั้น ซึ่งมีความไม่แน่นอนอยู่แล้ว ให้อยู่ในรูปของถังเก็บพลังงาน เพื่อไว้ใช้ในเวลาที่แหล่งผลิตกระแสไฟฟ้า อย่าง แผงโซล่าเซลล์ หรือกังหันลม ไม่สามารถที่จะผลิตกระแสไฟฟ้าได้ ทั้งนี้ การมีแบตเตอรี่ ก็เพื่อเพิ่มสเถียรภาพของระบบ แม้ว่าโดยหลักการแล้ว แบตเตอรี่ ไม่สามารถที่จะทำให้ระบบมีประสิทธิภาพเต็มร้อยเปอร์เซ็นต์ คือไม่สามารถเก็บไฟได้ร้อยเปอร์เซ็นต์จากที่จ่ายให้ร้อย แล้วนำมาใช้ได้ร้อย อาจจะต้องจ่ายไฟ 110 % แต่สามารถอาจใช้ไฟได้เพียง 95% ความสูญเสียที่เกิดขึ้นจะออกมาในรูปของความร้อนที่ เกิดขึ้น แต่นั่นก็เพียงพอที่จะนำมาวางแผนการใช้งานเพื่อให้ระบบมีสเถียรภาพได้

หลักการทำงานและส่วนประกอบของแบตเตอรี่

หลักการทำงานและส่วนประกอบหลักของแบตเตอรี่ ยังคงไม่มีอะไรเปลี่ยนแปลงไป จากเมื่อ 100 กว่าปีที่แล้วมากนัก หลักการของแบตเตอรี่ก็ยังคงเป็น ปฏิกิริยาเคมีที่เกิดจาก แผ่นตะกั่วจุ่มอยู่ในสารละลายกรดซัลฟุลิค การชาร์จและการคายประจุเกิดจากปฏิกิริยาเคมีที่เกิดจากการจ่ายกระแสไฟฟ้าให้ที่ขั้วบวกและขั้วลบเหมือนเดิม แต่อายุการใช้งานของแบตเตอรี่นั้นได้ถูกพัฒนาให้มีอายุการใช้งานนานขึ้น เพราะว่าในการชาร์จและคายประจุแต่ละครั้ง แผ่นตะกั่วที่ขั้วบวกจะสึกลงเรื่อยๆ การเพิ่มแผ่นตะกั่วให้หนาขึ้นที่ขั้วบวกของ แบตเตอรี่ ในชนิด deep cycle นั้นมีส่วนอย่างมากที่จะทำให้อายุของแบตเตอรี่ใช้งานได้นานขึ้น (แม้ว่าความหนาของแผ่นตะกั่วไม่ใช่สาเหตุทั้งหมดที่จะทำให้อายุของแบตเตอรี่สั้นหรือยาวก็ตาม แต่ก็นี่แหละคือสาเหตุหลักที่สำคัญ )

แบตเตอรี่ deep cycle คืออะไร ?

แบตเตอรี่ deep cycle คือ แบตเตอรี่ ที่ถูกออกแบบมาให้สามารถคายประจุหรือ discharge ได้ลึก หรือได้มากกว่าแบตเตอรี่แบบธรรมดา โดยที่ แบตเตอรี่ deep cycle สามารถที่จะคายประจุได้ถึง 45%-75% ของพลังงานที่เก็บสะสมอยู่ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับแต่ละผู้ผลิตแต่ละยี่ห้อ ซึ่งมีความแตกต่างจาก แบตเตอรี่รถยนต์ทั่วๆไป เพราะว่า แบตเตอรี่รถยนต์ ถูกออกแบบมาสำหรับใช้งานในลักษณะที่ต่างกันคือ ต้องการกระแสสูงๆ ภายในระยะเวลาสั้นๆ ในขณะสตาร์ทเครื่องยนต์เป็นหลัก

แบตเตอรี่ deep cycle ยังเป็นแบตเตอรี่ที่ถูกออกแบบมาให้มีอายุการใช้งานยาวขึ้น โดยการเพิ่มขนาดของแผ่นตะกั่วให้มีความหนามากขึ้น และลดพื้นที่ผิวสัมผัสตะกั่วกับสารละลายลง จึงทำให้การชาร์จและคายการประจุใช้เวลานานกว่า แบตเตอรี่รถยนต์ และเนื่องจากมีพื้นผิวสัมผัสที่น้อยกว่านี่เอง การคายประจุหรือจ่ายกระแสไฟฟ้าจึงจ่ายออกมาไม่สูงมาก ไม่เหมือน แบตเตอรี่รถยนต์ ที่มีพื้นผิวสัมผัสมากทำให้สามารถจ่ายกระแสได้สูงกว่า ซึ่งเหมาะกับการใช้งานลักษณะที่ต้องการกระแสสูงขณะสตาร์ทเครื่องยนต์ และนั่นก็เป็นสาเหตุที่ทำให้ แบตเตอรี่รถยนต์ มีอายุสั้นกว่าด้วย

ชนิดของแบตเตอรี่ deep cycle

แบตเตอรี่ deep cycle แบ่งออกเป็น 2 ชนิดหลักๆ คือ แบตเตอรี่ deep cycle ชนิดน้ำ และ แบตเตอรี่ deep cycle ชนิดแห้ง หรือ ชนิดมีวาล์วปรับแรงดันภายใน

แบตเตอรี่ deep cycle ชนิดน้ำ

แบตเตอรี่ deep cycle ชนิดน้ำ หรือ Flooded type deep cycle battery เป็น แบตเตอรี่ ชนิดมีใช้งานมากที่สุด ในระบบโซล่าเซลล์ และระบบพลังงานทางเลือก เพราะเมื่อเปรียบเทียบกัน ต่อ Ah แล้ว เป็น แบตเตอรี่ ชนิดที่คุ้มค่าต่อการลงทุนที่สุด แต่ก็เป็นชนิดที่ต้องการการบำรุงรักษาอย่างสม่ำเสมอ เช่น การเติมน้ำกลั่นหรือ การทำความสะอาดขั้วแบตฯ ส่วนการติดตั้ง ก็ต้องติดตั้งในพื้นที่ที่มีอากาศถ่ายเท และวางในลักษณะตั้งขึ้นได้เท่านั้น

ส่วนแบตเตอรี่ ชนิดน้ำ ที่เป็นแบบ maintenance free หรือชนิดที่ไม่ต้องการการบำรุงรักษานั้น เป็นเพียงชนิดที่ออกแบบมาให้มีอายุการใช้งานสั้นลง ตามที่ผู้ผลิตรับประกันเท่านั้นเอง

แบตเตอรี่ deep cycle ชนิดแห้ง หรือ ชนิดมีวาล์วปรับแรงดันภายใน

แบตเตอรี่ deep cycle ชนิดแห้ง หรือ ชนิดมีวาล์วปรับแรงดันภายใน (Valve Regulated Lead Acid : VRLA) เป็นแบตเตอรี่ที่มีโครงสร้างเป็นระบบปิด ไม่ต้องการการบำรุงรักษา ควบคุมแรงดันของสารละลายด้วยวาล์วปรับแรงดันที่อยู่ภายใน แบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ ชนิด GEL และ ชนิด AGM

แบตเตอรี่ deep cycle ชนิด GEL

แบตเตอรี่ deep cycle ชนิดเจล หรือ GEL type deep cycle battery เป็นชนิดที่มีการนำเอาผงซิลิกา เติมลงไปสารละลายในแบตเตอรี่ ทำให้สารละลายกลายเป็นเจล เพื่อลดการเกิดก๊าซ และลดการกระเพื่อมของสารละลายที่อยู่ภายใน

การชาร์จไฟให้กับ แบตเตอรี่ deep cycle ชนิด GEL นั้นต้องการใช้แรงดันในการชาร์จน้อยกว่า และชาร์จได้ช้ากว่า แบตเตอรี่ deep cycle ชนิดอื่น และ่เมื่อไหร่ก็ตาม เมื่อมีการชาร์จไฟที่เร็วเกินไป จะทำให้เกิดฟองก๊าซที่รอบๆแผ่นตะกั่ว ซึ่งจะทำให้เจลไม่สัมผัสกับแผ่นตะกั่ว ความสามารถในการเก็บไฟจะลดลงไป จนกระทั่งฟองก๊าซที่เกิดขึ้นได้ลอยขึ้นไปด้านบน นั่นจึงจะทำให้ความสามารถในการเก็บไฟกลับมาเหมือนเดิม

แบตเตอรี่ deep cycle ชนิด AGM

แบตเตอรี่ deep cycle ชนิด AGM หรือ Absorbed Glass Mat หรือ ชนิดตาข่ายไฟเบอร์กลาส เป็นแบตเตอรี่ชนิดที่มีการนำเอาตาข่ายไฟเบอร์กลาสใส่ลงไปในการกั้นแต่ละเซลล์ เพื่อเพิ่มพื้นที่สำหรับเก็บสารละลายให้มากขึ้น เพราะตาข่ายไฟเบอร์กลาสมีความสามารถในการดูดซับสารละลายได้ดี ทำให้สารละลายมีปริมาณมากขึ้น ทั้งนี้เพื่อให้อายุการใช้งานของแบตเตอรี่มากขึ้นนั่นเอง
แบตเตอรี่ deep cycle ชนิด AGM เป็นหนึ่งใน แบตเตอรี่ ชนิดมีวาล์วปรับแรงดันภายใน VRLA และเป็นระบบปิด หรือ sealed ที่ไม่ต้องมีการบำรุงรักษา 

ด้วยขนาดที่เท่ากันกับ แบตเตอรี่ deep cycle ชนิดน้ำ แบตเตอรี่ deep cycle ชนิด AGM สามารถที่จะเก็บไฟได้มากกว่าถึง 1.5 เท่า แต่ราคาต่อ Ah ก็แพงกว่า ชนิดน้ำ เกือบเท่าตัวเช่นกัน

ด้วยโครงสร้างของแผ่นแต่ละแผ่นที่ลอยอยู่ระหว่างตาข่ายไฟเบอร์กลาส แผ่นจึงไม่ต้องรับน้ำหนักตัวมันเอง ความต้านทานที่มีภายในจึงน้อยกว่าชนิดอื่น นั่นทำให้สามารถชาร์จไฟและจ่ายไฟได้เร็วกว่าแบตเตอรี่ deep cycle ชนิดอื่นและเร็วที่สุดในบรรดา แบตเตอรี่ deep cycle ทั้งหมด และด้วยโครงสร้างแบบนี้ ทำให้แบตเตอรี่ deep cycle ชนิด AGM สามารถทนต่อการใช้งานในที่อากาศร้อนหรืออากาศเย็น และทนต่อการสั่นสะเทือนได้ดีกว่า อีกด้วย

และอีกอย่างที่เป็นข้อดีของ แบตเตอรี่ deep cycle ชนิด AGM คือ การใช้ตะกั่วที่มีความบริสุทธิ์กว่า นั่นทำให้ แบตเตอรี่ deep cycle ชนิด AGM มีประสิทธิภาพมากขึ้นไปอีก

ขนาดความจุของแบตเตอรี่ Ah หมายถึงอะไร

ค่า Ah ขนาดความจุของแบตเตอรี่ คือค่าที่บอกถึงความสามารถในการคายประจุหรือ discharge รวมในช่วงเวลาหนึ่ง และค่าที่ผู้ผลิตบอกและติดไว้ที่ข้างลูกแบตเตอรี่นั้น โดยทั่วไปเป็นค่าที่วัดการคายประจุ ที่ในอัตราการคายอย่างช้าๆให้หมดใน 20 ชั่วโมง ที่อัตรานี้จึงจะทำให้แบตฯหมด หรือมีโวลต์เหลือเพียง 10.5 V (สำหรับแบตเตอรี่ 12V) ยกตัวอย่าง เช่น แบตเตอรี่ 12V 100Ah หมายถึง แบตเตอรี่ลูกนี้ สามารถจ่ายไฟที่อัตรา 5 A ได้นาน 20 ชั่วโมง (แต่ถ้าคายประจุด้วยอัตราที่เร็วกว่านี้ ก็จะทำให้ได้ต่ำลงไม่ถึง100Ah ซึ่งต้องอ่านจากกราฟของผู้ผลิต)

ค่า DOD ของแบตเตอรี่ คืออะไร?

ค่า DOD (Depth Of Discharge) คือค่าที่บอกถึงความสามารถของแบตเตอรี่ ในการนำเอาความจุที่มีอยู่ออกมาใช้งาน อาจจะบอกเป็นเปอร์เซนต์ หรือ Ah ก็ได้ ยกตัวอย่าง เช่น แบตเตอรี่เต็มความจุคือ 100% แต่สามารถนำเอาออกมาใช้งานได้เพียง 35% ที่เหลือ 65% เก็บสำรองไว้เพื่อรักษาแบตฯเอาไว้ นั่นคือแบตเตอรี่ลูกนี้มี DOD 35%

การบำรุงรักษาแบตเตอรี่ deep cycle

การบำรุงรักษาแบตเตอรี่ deep cycle นั้น มีส่วนอย่างมากที่จะทำให้อายุการใช้งานของแบตเตอรี่ยาวนานขึ้น โดยเฉพาะแบตเตอรี่ deep cycle ชนิดน้ำ เพราะว่าน้ำ เมื่อเกิดปฏิกิริยาเคมีจะแตกตัวกลายเป็นก๊าซไฮโดรเจนและออกซิเจน แล้วระเหยออกไปอยู่ตลอดเวลา การตรวจสอบระดับน้ำกลั่นหรือสารละลายที่อยู่ภายในให้เต็มอยู่เสมอ จึงเป็นสิ่งจำเป็น เมื่อระดับลดลงควรเติมเฉพาะน้ำกลั่นบริสุทธิ์เท่านั้น ไม่ควรเติมกรดหรือสารละลายเพิ่มอย่างอื่นลงไป

ขั้วของแบตเตอรี่ก็เช่นกันควรทำความสะอาดอยู่เสมอ รวมไปถึงขั้วที่ต่อมาจากเครื่องชาร์จด้วย เพราะว่าคราบเกลือหรือคราบสนิมของตะกั่วที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาเคมีนั้น ทำให้เกิดความต้านทานกระแสไฟฟ้าและทำให้ความสามารถในการจ่ายกระแสไฟหรือรับไฟจากการชาร์จลดลง วิธีทำความสะอาดขั้วแบตฯที่ดีคือล้างด้วยสารละลายจำพวกโซดานั่นเอง เพียงเท่านี้คุณจะก็ได้แบตเตอรี่ที่มีอายุนานตามที่ผู้ผลิตได้ออกแบบและระบุไว้

ตัวอย่าง วิธีการคำนวณ ไฟถนนโซล่าเซลล์ step by step

source : http://www.klcbright.com/solarstreetlightcalculation.php

ตัวอย่าง ต้องการติดตั้ง ไฟถนนled ระบบโซล่าเซลล์ ด้วย โคมไฟled ขนาด 40w 24V เพื่อให้แสงสว่างในเวลากลางคืนเป็นเวลา 12 ชม. โดยแบ่งเป็น สว่างเต็มที่ 100% 6 ชม. ตั้งแต่ 18:00 - 24:00 น. และสว่าง 50% อีก 6 ชม. 00:00-06:00 น. และต้องการให้ระบบสามารถจ่ายไฟได้ในวันที่มีอากาศปิด หรือหน้ามรสุมที่มีฝนตกต่อเนื่อง ได้อย่างน้อย 3 วัน จะต้องเลือกใช้แบตเตอรี่ แผงโซล่าเซลล์ และอุปกรณ์อื่นๆ อย่างไร?

(เฉลย step-by-step)

step1- กฎและสูตรทางไฟฟ้าที่นำมาใช้ การคำนวณ

สูตรของกำลังไฟฟ้า วัตต์ = โวลต์ x แอมป์

step2 - หาความต้องการของระบบ (Demand Load)

ต้องการให้ หลอดไฟled ขนาด 40 w สว่าง 100% เป็นเวลา 6 ชม. เท่ากับต้องการใช้ไฟ 40w x 6h = 240 wh และต้องการให้สว่างอีก 50% เป็นเวลา 6 ชม. เ่ท่ากับต้องการใช้ไฟ 40w x 6h x 50% = 120 wh เท่ากับว่าในหนึ่งวันระบบต้องการไฟฟ้า 240wh +120wh = 360 wh

step3 - เลือกชนิดและขนาด แผงโซล่าเซลล์ (Solar Panel)

ชนิดของแผงโซล่าเซลล์ แผงโซล่าเซลล์ชนิดที่เหมาะสำหรับนำมาใช้ใน ระบบไฟถนนโซล่าเซลล์นั้น สามารถใช้ได้ทั้ง poly-crystalline Silicon (p-Si) และ Mono-crystalline Silicon(Mono-Si)

ขนาดของแผงโซล่าเซลล์ ในการคำนวณหาขนาดวัตต์ของแผงโซล่าเซลล์ (Wp) ให้คำนวณจาก Wp =(กำลัง wh ที่ต้องการของระบบ)x(loss ของระบบ)                    Panel Generation Factor โดยที่: -Loss ของระบบมีค่าประมาณ 30% แทนค่าด้วย 1.3 -Panel Generation Factor (PGF) ซึ่งในแต่พื้นที่จะมีค่าแตกต่างกัน สำหรับประเทศไทย* ใช้ค่า PGF = 3.43 Wp = 360 wh x 1.3                   3.43                   = 136.44 w ดังนั้นควรเลือก แผงโซล่าเซลล์ ขนาดมากกว่า 136.44 w

*Panel Generation Factor(PGF) คำนวณมาจาก เวลาที่รับแสงเฉลี่ยต่อวัน,ความเข้มของแสงเฉลี่ยในแต่ละพื้นที่ที่ได้มาจากภาพถ่ายของ NASA และ Physical Test Condition(PTC) ซึ่งในแต่พื้นที่จะมีค่าแตกต่างกัน สำหรับประเทศไทย ใช้ค่า panel generation factor = 3.43 *สำหรับประเทศไทยค่าเฉลี่ยระยะเวลาที่รับแสงอยู่ที่ 4-6 ชม./วัน หรือใช้ 5 ชม./วัน ในการคำนวณ *ในการติดตั้งแผงโซล่าเซลล์ สำหรับไฟถนน ซึ่งต้องติดบนเสาสูง ควรคำนึงถึงความแข็งแรงและแรงลมในแต่พื้นที่ด้วย

step4 - เลือกแบตเตอรี่

ชนิดของแบตเตอรี่ แบตเตอรี่ที่จะเลือกใช้ในระบบนี้ ควรจะเป็น ชนิด deep cycle battery เพราะมีความเหมาะสมกับระบบ โซล่าเซลล์มากที่สุด (ด้านคุณสมบัติการชาร์จไฟ การจ่ายไฟ และอายุการใช้งาน) สามารถใช้ได้ทั้งที่เป็น แบตฯ น้ำ (wet หรือ flooded lead-acid battery) และ แบตฯ แห้ง (sealed battery) ชนิด AGM battery หรือ Gel battery

ขนาดของแบตเตอรี่ โดยทั่วไปแล้ว แบตเตอรี่ deep cycle ที่มีจำหน่ายตามท้องตลาด ถ้าเป็น แบตฯ น้ำ แรงดัน หรือ voltage จะมีอยู่ที่ 2v, 4v, 6v,8v และ 12v ขนาดความจุก็แตกต่างกันไป แต่ถ้าเป็น แบตฯแห้ง แรงดันที่มีอยู่ที่ 2v, 6v และ 12v ขนาดความจุก็จะต่างกันไปเช่นกัน ในระบบไฟ 24Vdc ควรจะใช้แบเตอรี่ 12V 2 ลูก ต่ออนุกรมกัน ขนาดของแบตเตอรี่ : Ah = (Demand Load) x (วันที่ต้องเผื่อเมื่อไม่มีการชาร์จ)         (แรงดันใช้งาน) x (DOD Factor)x(Battery Loss)        =   (360 wh x 3 )          (24 Vx0.5x0.85)       =   88.23Ah ดังนั้น ควรเลือก แบตเตอรี่ ที่มีขนาดมากกว่า 88.23Ah นั่นคือ เลือก ขนาด100 Ah *DOD (Deep Of Discharge) หรือ ค่าความลึกของการคายประจุ โดยแบตเตอรี่แต่ละยี่ห้อมีค่าไม่เท่ากัน อยู่ระหว่าง 45%-60% *Battery Loss หรือค่าสูญเสียในแบตเตอรี่ โดยปกติแล้ว แบตเตอรี่จะทำงานด้วย เซฟตี้แฟกเตอร์ (Safety Factor) ที่มีไว้เพื่อป้องกัน การชาร์จมากเกินพิกัด หรือ over charge และการคายประจุมากเกินไป หรือ over discharge

step5 - เลือก เครื่องควบคุมการชาร์จ (Solar Charge Controller)

ในระบบไฟถนนโซล่าเซลล์ ควรเลือกใช้เครื่องควบคุมการชาร์จแบบ MPPT (MPPT Solar Charge Controller) เพราะ เครื่องควบคุมการชาร์จแบบ MPPT ช่วยแก้ปัญหาเรื่องความสูญเสียและลดขนาดสายไฟ ระหว่าง แผงโซล่าเซลล์กับแบตเตอรี่ ทั้งนี้เพราะในการติดตั้งใช้งานจริง เพื่อความสวยงามของเสาไฟ แผงโซล่าเซลล์ (ส่วนมากอยู่บนสุดของเสา)กับแบตเตอรี่(อยู่กลางเสาหรือใต้ดิน) อาจอยู่ห่างกันมาก ซึ่งอาจจำเป็นต้องใช้สายไฟขนาดใหญ่เพื่อลดการสูญเสียและไม่ให้เกิดความร้อนในสาย  Amp = Wmp x (Safety Factor 25%)               V         = 180w x 1.25              24V         = 9.375A ดังนั้น ควรเลือก Charge Controller ขนาด มากกว่า 9.375 A โดยสามารถเลือก ได้ทั้งขนาด 10A และ15A เพื่อรองรับระบบที่อาจจะขยายในอนาคต

ไฟถนนโซล่าเซลล์ หลักคิดในการออกแบบ

source : http://www.klcbright.com/solarstreetlightdesignconcept.php

ไฟถนนโซล่าเซลล์ หลักคิดในการออกแบบ
(Solar Street light Design Concept)

ท่ามกลางกระแสการรณรงค์เพื่อการประหยัดพลังงาน จากการบริโภคทรัพยากรอย่างเต็มที่ของโลกของเราในปัจจุบัน ทรัพยากรที่ใช้แล้วหมดไปอย่าง แหล่งพลังงานจากฟอสซิลต์ เริ่มเหลือน้อยลงไปทุกที ซึ่งเป็นเหตุให้ต้นทุนด้านพลังงานเพิ่มสูงขึ้นไปทุกวัน อย่างหลีกเหลี่ยงไม่ได้ และยังมีกระแสความกังวลเรื่องการปล่อยมลภาวะโดยเฉพาะการปล่อย คาร์บอน สู่บรรยากาศ จากการผลิตไฟฟ้าด้วยเชื้อเพลิงฟอสซิลต์ มากและดังขึ้นเรื่อยๆ การหาแหล่งพลังงานทางเลือก หรือ แหล่งพลังงานทดแทน จึงเป็นเรื่องเร่งด่วน สำหรับการบริหารจัดการพลังงาน และทรัพยากร ของประเทศและของทั่วโลก

โซล่าเซลล์ หรือ เซลล์พลังงานแสงอาทิตย์ ซึ่งสามารถผลิตไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์ที่มีไม่จำกัด  และเป็นพลังงานสะอาด จึงเป็นทางเลือกใหม่ของแหล่งพลังงานที่อยู่ในความสนใจและถูกกล่าวถึงมากที่สุดในปัจจุบัน

ไฟถนน ที่มีความจำเป็นต่อความปลอดภัยในการเดินทาง และการใช้ชีวิตของผู้คนยามค่ำคืน ซึ่งมีความต้องการพลังงานไฟฟ้าสูง และอยู่ในที่กลางแจ้ง จึงมีความเหมาะสมในการเอาพลังงานพลังงานแสงอาทิตย์มาใช้งาน เป็นลำดับต้นๆ การออกแบบระบบ ไฟถนนโซล่า์เซลล์ ให้เหมาะสม จึงมีความจำเป็นที่ต้องเข้าใจถึง หลักคิดในการออกแบบ และส่วนประกอบต่างๆ เพื่อก่อให้เกิดประโยชน์สูงสุดและใช้ทรัพยากรให้คุ้มค่า (ตามความตั้งใจเบื้องต้นในการประหยัดทรัพยากร )

ส่วนประกอบของ ไฟถนนโซล่าเซลล์ หรือ ไฟถนนพลังงานแสงอาทิตย์ ไฟถนนโซล่าเซลล์ (Solar Street Light) ประกอบไปด้วย แผงโซล่าเซลล์, เครื่องควบคุมการชาร์จ, แบตเตอรี่, โคมไฟและหลอดไฟ, เสาไฟและตู้ไฟสำหรับใส่อุปกรณ์ แต่ถ้ามีการจ่ายไฟเป็น AC 220V ก็ต้องมี ตัวแปลงไฟ หรือ inverter ด้วย

1.แผงโซล่าเซลล์ หรือ แผงเซลล์แสงอาทิตย์ (Solar Panels) ในระบบไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ แผงโซล่าเซลล์ หรือ แผงเซลล์แสงอาทิตย์ ถือเป็นส่วนประกอบหลัก เพราะเป็นต้นกำเนิดพลังงาน อย่างที่ทราบกันดี มันคือตัวเปลี่ยนพลังงาน จากพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้า ในบรรดาเซลล์แสงอาทิตย์โดยทั่วไป ในเขตที่มีแสงแดดดี เซลล์แสงอาทิตย์ ชนิด ผลึกซิลิคอนหลายผลึก หรือ polycrystalline silicon จะมีการใช้มากกว่า เพราะราคาที่ต่ำ และขั้นตอนในกระบวนการผลิตที่ง่ายกว่า แต่ในพื้นที่ ที่มีฝนตกชุกหรือแดดน้อย เซลล์แสงอาทิตย์ ชนิด ผลึกซิลิคอนเดี่ยว หรือ mono crystalline silicon หรือ single crystalline silicon จะมีการใช้งานมากกว่า เพราะความมีประสิทธิภาพและเสถียรภาพที่ดี แต่ถ้าต้องการลดต้นทุน หรือปัญหาเรื่องอากาศที่ร้อนเกินไป แผงโซล่าเซลล์ ชนิด ฟิล์มบาง หรือ thin film ก็เป็นทางเลือกที่ดี ส่วน เซลล์แสงอาทิตย ชนิด amorphous silicon เหมาะสำหรับ การนำมาใช้งานในพื้นที่ที่มีแสงน้อย

2.ตัวควบคุมการชาร์จและการจ่ายไฟ (Solar Charger Controller) ไม่ว่า หลอดไฟ จะมีขนาดใหญ่หรือเล็ก กำลังวัตต์มากหรือน้อย การควบคุมการชาร์จและการจ่ายไฟที่ดี ก็เป็นสิ่งจำเป็น เพราะมันมีผลต่ออายุการใช้งานของแบตเตอรี่ ในเครื่องควบคุมที่ดีควรจะมี อุปกรณ์ป้องกัน, มีความสามารถในการตั้งค่าความสว่างของ หลอดไฟ และฟังก์ชั่นการตั้งเวลาการปิดเปิด เพื่อให้คงความสว่างได้ตลอดทั้งคืน และเพื่อให้สามารถจัดการกับไฟจากแบตเตอรี่ เหลือพอที่จะจ่ายในช่วงวันที่ฝนตกมากอีกด้วย

3.แบตเตอรี่ (Battery) ในเมื่อแสงแดดไม่ได้มีตลอดทั้งวัน การนำเอา แบตเตอรี่ มาใช้เพื่อเก็บสะสมและจัดการกับพลังงานจึงเป็นสิ่งจำเป็น สำหรับระบบโซล่าเซลล์ ชนิดของแบตเตอรี่โดยทั่วไปที่นำมาใช้ในระบบ ไฟถนนโซล่าเซลล์ ควรต้องเป็นแบบ deep cycle ที่มีอายุการใช้งานที่นานกว่าและจ่ายไฟได้สม่ำเสมอ ซึ่งแบ่งเป็น 3 ชนิดหลักๆได้แก่

• แบตเตอรี่ ชนิดน้ำ หรือแบบเปียก (Wet Battery / Flooded Acid Battery)

แบตเตอรี่ ชนิดนี้มีใช้งานมากที่สุด ในระบบโซล่าเซลล์ ใช้ เพราะมีราคาต่ำกว่าเมื่อเทียบเป็นต่อ Ah แต่ต้องการการบำรุงรักษา และต้องติดตั้งในที่มีอากาศถ่ายเทได้ และต้องไม่ให้เอียงหรือล้ม

• แบตเตอรี่ ชนิดเจล (Gel battery)

มีการนำเอาผง ซิลิกา เติมลงไปสารละลายในแบตเตอรี่ ทำให้สารละลายกลายเป็นเจล เป็น1ในชนิดมีวาล์ว VRLA และ sealed จึงไม่ต้องมีการบำรุงรักษา และมีอายุยาวกว่า

• แบตเตอรี่ ชนิดตาข่ายไฟเบอร์กลาส หรือที่รู้จักกันในชื่อ AGM (Absorbed Glass Mat)

เป็นแบตเตอรี่ชนิดที่ใส่ตาข่ายไฟเบอร์กลาสในการกั้นแต่ละเซลล์ เป็นหนึ่งใน แบตเตอรี่ ชนิดมีวาล์วปรับแรงดันภายใน VRLA และปิดผนึก หรือ sealed ที่ไม่ต้องมีการบำรุงรักษา สามารถติดตั้งในท่าต่างๆได้ แต่ราคาสูงกว่าแบบน้ำ

การเลือกขนาดความจุของแบตเตอรี่ ใช้หลักสำคัญในการเลือกคือ

1.   ต้องสามารถเก็บไฟเพียงพอให้แสงสว่างได้ทั้งคืน สำหรับการชาร์จไฟในช่วงเวลากลางวัน และยังต้องมีไฟเพียงพอเผื่อไว้สำหรับ วันที่มีฝนตกมาก หรือแดดน้อย 2-3 วัน

2.    แบตเตอรี่ที่ขนาดความจุน้อยเกินไปไม่สามารถให้แสงสว่างได้ตลอดทั้งคืน แบตเตอรี่ที่ขนาดความจุมากเกินไปทำให้เกิดการสูญเสียอย่างเปล่าประโยชน์และทำให้อายุการใช้งานแบตเตอรี่สั้นลง

4.หลอดไฟ หรือ โคมไฟ

ชนิดของหลอดไฟถนน ที่นำมาใช้กับ ระบบพลังงานแสงอาทิตย์ หรือโซล่าเซลล์นั้น ส่วนใหญ่แล้วจะเป็น หลอดไฟชนิดกินไฟน้อย หรือชนิดประหยัดพลังงาน มีได้แก่ หลอดประหยัดไฟ หลอดไอโซเดียมแรงดันต่ำ หลอดชนิดคายประจุ และ หลอดled

• หลอดประหยัดไฟ

มีกำลังไฟน้อย ประสิทธิภาพสูง แต่มีอายุการใช้งานค่อนข้างสั้นเพียง 2000 ชั่วโมง โดยปกติแล้วมีใช้เฉพาะตามไฟสนามหญ้า หรือไฟสวนหย่อม

• หลอดโซเดียมแรงดันต่ำ

มีประสิทธิภาพสูง มากถึง 200 lm/w ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับชนิดของ inverter มีราคาค่อนข้างแพง การเปิดต้องมีการอุ่นไส้ แ และให้แสงคุณภาพต่ำ (CRI น้อย)

• หลอดชนิดคายประจุ discharge lamp

กำลังต่ำ ประสิทธิภาพสูง ต้องการ inverter

• หลอดled

มีอายุการใช้งานยาว ใช้ไฟ DC ได้ จึงไม่ต้องการ inverter มีประสิทธิภาพสูง ปัจจุบันอยู่ที่ 80-100 Lm/w และมีแนวโน้มเพิ่มสูงขึ้นอีกคาดว่าในอนาคต หลอดled เป็นชนิดหลัก ที่จะได้รับความนิยมสูงสุดในการนำมาใช้กับระบบไฟพลังงานแสงอาทิตย์ (รวมไปถึงไฟแสงสว่างโดยทั่วไป)

5.เสาไฟและตู้ใส่อุปกรณ์

ความสูงของเสาไฟควรขึ้นอยู่กับความกว้างของถนน ระยะห่างระหว่างเสา และมาตรฐานของถนนแต่ละประเภท แต่การออกแบบไฟถนนพลังงานงานแสงอาทิตย์ต้องคำนึงถึง การประหยัดไฟและ ความสวยงามของภูมิทัศน์ด้วย