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