การ ต่อ โซ ล่า เซลล์ เพื่อ ใช้ งาน เบื้องต้น

ในฐานะที่ทำงานเป็นวิศวกรไฟฟ้ามา 15 ปี ผมทราบดีครับว่าคนส่วนใหญ่มักจะส่ายหน้ากับการอธิบายในเชิงเทคนิก และมีศัพท์วิชาการมากมาย เช่น กระแสไฟ แรงดัน กำลังไฟ อะไรต่อมิอะไร เอาเป็นว่าผมขอทิ้งรายละเอียดเชิงเทคนิกไปทั้งหมดก่อน เรามาเน้นอธิบายให้ชาวบ้านฟังดีกว่าเนอะ (ถ้าอยากได้ข้อมูลเชิงเทคนิก ผมกำลังเขียนหนังสือเกี่ยวกับโซล่าร์เซลล์ เดี๋ยวถ้าเขียนเสร็จจะมาแชร์ให้อ่านนะครับ ^^)

ระบบไฟฟ้ากล่าวโดยสรุปแบบง่ายๆ มันประกอบด้วย ผู้ผลิตไฟ และผู้ใช้ไฟ

ผู้ผลิตไฟสามารถมีได้หลายคน โดยแต่ละคนจะช่วยกันผลิตไฟแล้วจ่ายมายังที่เดียวกัน เป็นโครงข่ายของระบบจัดจำหน่าย หรือ พาวเวอร์ กริด (Power Grid) ที่เรามักจะเรียกสั้นๆ ว่า Grid (ไม่ต้องสนใจมาก จำชื่อไว้ก็พอ ^^) เงื่อนไขของผู้ผลิตไฟก็คือ จะต้องผลิตไฟให้อยู่ในรูปแบบเดียวกัน ในทางไฟฟ้า มันคือ แรงดัน(V) และความถี่(Hz) ผู้ผลิตไฟจะต้องผลิตไฟให้ค่าสองตัวนี้ ให้ตรงกันเสมอ ถึงจะร่วม Grid กันได้ สำหรับประเทศไทย แรงดัน และความถี่ของ Grid คือ 220โวลต์-V 50เฮิร์ต-Hz (สำหรับไฟ 1 เฟส)

ทำไมต้องเป็น แรงดัน 220V ความถี่ 50Hz เพราะเครื่องใช้ไฟฟ้าบ้านเราต้องใช้แรงดัน และความถี่เท่านี้ไงล่ะครับ แต่ยังไงก็ดี เริ่มมีเครื่องใช้ไฟฟ้าที่รับไฟจากโซล่าร์เซลล์ได้โดยตรง ไม่ต้องแปลงเป็นกระแสสลับ เริ่มมีวางจำหน่ายแล้วครับ เช่น หม้อหุงข้าว หลอดไฟ แอร์

ส่วนผู้ใช้ไฟก็พวกเราๆ ท่านๆ นี่แหล่ะครับ มีได้หลายคนแน่นอน
และเมื่อวันหนึ่งการไฟฟ้าอนุญาติให้เราผลิตกระแสไฟฟ้าจากหลังคาบ้านเราได้ แสดงว่าเขายินยอมให้เราเป็น “ผู้ผลิตไฟ” นั่นเองครับ

สำหรับพระเอกเบอร์ 1 ของเรานั่นคือ แผงโซล่าเซลล์ นั่นเอง แต่คุณสมบัติทางไฟฟ้าที่ผลิตได้จากแผงโซล่าร์เซลล์ จะเป็น 12V หรือ 24V และไม่มีความถี่ เราเรียกว่าแรงดันกระแสตรง (DC) ไม่สามารถต่อเข้ากับ Grid ของการไฟฟ้าได้โดยตรง จะต้องอาศัยอุปกรณ์ที่เรียกว่า อินเวอร์เตอร์ (Inverter) นั่นเอง

พระเอกเบอร์ 2 ของเราหรือ อินเวอร์เตอร์ (Inverter) จะทำหน้าที่แปลงกระแสตรง(DC) 24V 0Hz ที่ได้จากแผงโซล่าร์เซลล มาเป็นกระแสสลับ (AC) 220V 50Hz จะได้ต่อเข้ากับ Grid ของการไฟฟ้าได้นั่นเอง

สำหรับผู้ช่วยพระเอกอีกคน ของเราคือ แบตเตอรี่ (Battery) จะทำหน้าที่คู่กับตัวควบคุมการชาร์จ (Charge controller) เพื่อทำการสำรองไฟไว้ใช้งานยามที่แผงโซล่าร์ไม่ทำงาน โดยทำให้ประสิทธิภาพของระบบดียิ่งขึ้น

เพราะถ้าไม่มี แบตเตอรี่ การใช้ไฟจะขึ้นอยู่กับปริมาณโหลดที่ถูกใช้ ณ ขณะนั้นๆ เช่นถ้าเราต่อโหลดแค่ 50% ของบ้าน แต่โซล่าร์เซลล์สามารถจ่ายได้ถึง 100% ส่วนที่เหลืออีก 50% จะไม่ได้ถูกกักเก็บ ก็จะสูญเปล่าไป

แต่ถ้ามี แบตเตอรี่ ส่วนที่เหลือจากการใช้ไฟในบ้าน จะถูกจัดเก็บลง แบตเตอรี่ทั้งหมด เป็นการบริหารพลังงานอย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด
เพื่อความเข้าใจมากขึ้นในการทำงาน เมื่อมีแสงแดดมาตกกระทบแผงโซล่าร์เซลล์ จะเกิดการเปลี่ยนจากพลังงานแสงเป็นพลังงานไฟฟ้ากระแสตรง (DC Current) ผ่านตัวควบคุมการชาร์จ(Charge controller) เพื่อควบคุมว่าจะปล่อยไปใช้เท่าไหร่ และจะเหลือเก็บลงแบตเตอรี่เท่าไหร่

ส่วนที่ปล่อยไปใช้งาน จะต้องผ่านอินเวอร์เตอร์ เพื่อแปลงเป็น ไฟฟ้ากระแสสลับ (AC Current) ก่อนนำไปใช้งานกับโหลดต่างๆ

ในวงการไฟฟ้าจะชอบแบ่งประเภทของโซล่าร์เซลล์พลังงานแสงอาทิตย์ เป็นไปตามการต่อ Grid ซึ่งผมมองว่ามันไม่จำเป็นต้องรู้เท่าไหร่ แต่เพื่อให้ครบองค์ความรู้ จะขอกล่าวไว้ตรงนี้สักหน่อย

(1) Off grid หรือ Stand-Alone

คือระบบที่ใช้พลังงานจากโซล่าร์เซลล์เพียงอย่างเดียว ไม่ต่อกับแหล่งจ่ายไฟอื่นๆ เลย เป็นระบบที่มักจะทำงานควบคู่กับแบตเตอรี่ เพื่อให้เกิดการจ่ายไฟอย่างต่อเนื่อง ถือเป็นระบบพลังงานแสงอาทิตย์ ที่ใช้งานมากที่สุดทั่วโลก เหมาะสำหรับสถานที่ ที่มีโหลดคงที่ เช่นตู้หยอดเหรียญ ไฟถนน ไฟสวน ปั้มสูบน้ำ หรือโหลดแบบเจาะจงตามบ้าน ข้อเสียคือไม่สามารถต่อโดยตรงเข้ากับไฟเมนของบ้าน ต้องออกแบบระบบให้แน่นอนก่อน เปลี่ยนแปลงโหลดได้ยากในอนาคต

ข้อดีอย่างหนึ่งของระบบ Off grid คือสามารถทำในรูปแบบของชุดคิตสำเร็จรูปได้ง่าย (Solar Kit) ดังรูปครับ

(2) On grid หรือ Grid-tie
คือระบบที่ต่อกับการไฟฟ้าเพื่อขายไฟ ให้กับการไฟฟ้า เป็นระบบที่ลงทุนน้อยที่สุดและคุ้มค่ามากที่สุด แต่ต้องอาศัยนโยบาลของรัฐบาลช่วยผลักดัน ระบบนี้มีข้อจำกัดก็คือ การไฟฟ้าไม่สามารถรับไฟได้แบบไม่อั้น เพราะข้อจำกัดเรื่องขนาดหม้อแปลงของการไฟฟ้า ดังนั้นในอนาคตระบบนี้จะต้องหมดโควต้าอย่างแน่นอน ในประเทศไทย ตอนนี้มีนโยบายรับซื้อไฟ ซึ่งจะหมดเขตในเดือนมิถุนายน 2558 รีบๆ หน่อยนะครับ (ตอนเขียนบทความนี้ยังไม่หมดเขตครับ ^^)

(3) Grid-tie with power backup
หรือ Grid interactive system เหมือนระบบ On grid เพียงแต่มีแบตเตอรี่ เพื่อสามารถจ่ายไฟในช่วงเวลาไฟดับได้ด้วย หรือสามารถเซ็ตระบบ ให้สามารถจ่ายไฟได้ในกรณีที่มีไฟตก ไฟกระพริบ ระบบนี้จะแพงกว่า On grid ประมาณ 12-20%

(4) Grid fallback
เป็นระบบที่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการใช้ไฟในบ้าน ไม่ได้ทำการขายไฟให้กับการไฟฟ้า แต่ต่อเข้าโดยตรงกับไฟบ้านผ่านสวิตช์ตัดต่อ สวิตช์ตัดต่อดังกล่าวเรียกว่า Automatic transfer switch มีหลักการทำงานคือ เมื่อมีแสงแดด สวิตช์ตัวนี้ จะแบ่งโหลดส่วนหนึ่งมารับไฟจากโซล่าร์เซลล์ จนเมื่อแสงแดดหมดแบตเตอรี่จะจ่ายไฟต่อจนแบตหมด หลังจากนั้นสวิตช์จะเปลี่ยนไปใช้ไฟจากการไฟฟ้าให้อัตโนมัติ โดยโหลดไม่สะดุดเลย ระบบนี้จะเป็นระบบหลักของโลกในอนาคต เมื่อการไฟฟ้าไม่รับซื้อไฟอีกต่อไป เราจึงต้องหันมาพึ่งตัวเองครับ ^_^ (ปล.หลายคนอาจเคยได้ยินชื่อระบบว่า Smart hybrid แต่จริงๆ แล้วก็คือ Grid fallback และก็มีมานานแล้วด้วยครับ ระบบนี้)

ก็ครบหมดแล้วทั้ง 4 รูปแบบการใช้งานโซล่าร์เซลล์สำหรับบ้าน จะมีสิ่งหนึ่งที่อยากจะเน้นย้ำอีกครั้งหนึ่งนะครับ กันความสับสน
- ถ้าติดเพื่อขายไฟ ไม่ต้องสนใจโหลดว่าต้องใช้ไฟเท่าไหร่ ให้สนใจว่าจะลงทุนเท่าไหร่ มีพื้นที่หลังคาพอหรือไม่ (ซึ่งจะกล่าวถึงอีกครั้งหนึ่ง)
- ถ้าติดเพื่อใช้ไฟเอง จะต้องมีการคำนวณโหลดที่ต้องการรับไฟจากโซล่าร์เซลล์ ให้จำนวนแผงเหมาะสมกับปริมาณโหลดที่จะใช้