แผงโซล่าเซลล์ผลิตไฟฟ้าได้อย่างไร

หากจะกล่าวสั้นๆ ระบบโซล่าเซลล์ (Solar cell) ก็คือ การผลิตไฟฟ้าโดยใช้แสงอาทิตย์ที่ตกกระทบบนแผงโซล่าเซลล์ แต่หลายๆ คนอาจจะยังไม่รู้ว่าหลักการทำงานจริงๆ ของมันคืออะไร หรือมีอุปกรณ์อะไรที่จำเป็นต่อระบบนี้บ้าง บทความนี้จะทำให้ผู้อ่านคลายข้อสงสัยที่มีต่อระบบโซล่าเซลล์อย่างแน่นอน

1.แผงโซล่าเซลล์

ภายในแผงโซล่าเซลล์นั้นจะประกอบไปด้วยเซลล์แสงอาทิตย์ มีหน้าที่หลักคือ รับแสงอาทิตย์แล้วเปลี่ยนให้เป็นพลังงานไฟฟ้ากระแสตรง DC โดยหลายคนอาจจะกำลังเข้าใจผิดว่าแผงโซล่าเซลล์นั้น ต้องการแค่ความร้อนเฉยๆ เพื่อเปลี่ยนให้เป็นพลังงานไฟฟ้า แต่จริงๆ แล้วแผงโซล่าเซลล์นั้นต้องการแสงแดดจากแสงดวงอาทิตย์ เนื่องจากแสงแดดนั้นประกอบด้วยกลุ่มพลังานที่เรียกว่าโฟตอน (  +  ) และเมื่ออนุภาคโฟตอนเหล่านี้ไปตกกระทบกับแผงโซล่าเซลล์ จะทำให้เซลล์แสงอาทิตย์ที่อยู่ภายในแผงนั้นปล่อยอิเล็กตรอน (  –  ) ออกมา ดังนั้นในช่วงเวลาที่มีเมฆมากหรือฝนตก การผลิตไฟฟ้าก็จะน้อยลงเป็นเรื่องปกติ

องค์ประกอบหลักของระบบโซล่าเซลล์ แผงโซล่าเซลล์ส่วนใหญ่ประกอบด้วยวัตถุที่มีซิลิกอนเป็นส่วนประกอบ หรือเรียกว่า (เซลล์ PV) ซึ่งสามารถผลิตไฟฟ้ากระแสตรง (DC) จากแสงพระอาทิตย์ได้ ซึ่งเซลล์ PV นี้จะเชื่อมต่อกันภายในแผงโซล่าเซลล์ และจะเชื่อมต่อกับแผงที่อยู่ติดกัน โดยใช้สายเคเบิลยึดติดกันไว้เรียกรูปแบบนี้ว่า “สตริง” โดยปริมาณพลังงานที่สร้างได้ขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ เช่น ตำแหน่งการวางและมุมเอียงของแผงโซล่าเซลล์ ประสิทธิภาพของตัวแผงโซล่าเซลล์ วัสดุ สิ่งสกปรก หรือ เงา ที่มาบังแสงแดดไม่ให้ตกกระทบกับแผงโซล่าเซลล์ รวมไปถึงอุณหภูมิโดยรอบก็ด้วยเช่นกัน

2.อินเวอร์เตอร์

แผงโซล่าเซลล์จะผลิตไฟฟ้ากระแสตรง (DC) ออกมาซึ่งจำเป็นต้องแปลงให้เป็นไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) ก่อนนำพลังงานไฟฟ้ามาใช้กับอุปกรณ์ต่างๆ ได้ ดังนั้นแล้วจึงต้องอาศัยอุปกรณ์ชนิดหนึ่งมาทำหน้าที่นี้ นั่นคือ “อินเวอร์เตอร์” หน้าที่หลักของมันก็คือ แปลงพลังงานไฟฟ้ากระแสตรง (DC) เป็นกระแสสลับ (AC) ซึ่งก็คือ พลังงานไฟฟ้าที่ใช้ภายในบ้านเรือนทั่วไปนั่นเอง

3.แบตเตอรี่

แบตเตอรี่ที่ใช้สำหรับเก็บพลังงานแสงอาทิตย์มีอยู่ 2 ประเภทหลักๆ ได้แก่ กรดตะกั่ว (AGM & เจล) และลิเธียมไอออน นอกจากนี้มีประเภทอื่นๆ อีกหลายประเภทให้เลือก ทั้งนี้แบตเตอรี่มีหน้าที่เก็บสะสมพลังงานไฟฟ้าที่แผงโซล่าเซลล์ผลิตได้ และเมื่อไรที่เราต้องการใช้ไฟฟ้า ระบบจะถูกสั่งการให้แบตเตอรี่คลายพลังงานที่กักเก็บไว้ และส่งต่อมายังอินเวอร์เตอร์เพื่อทำหน้าที่แปลงกระแสไฟฟ้าให้เป็น AC นั่นเอง ความจุของแบตเตอรี่จะมีหน่วยวัดเป็นชั่วโมงแอมป์ (Ah)  หรือกิโลวัตต์ชั่วโมง (kWh) สำหรับแบตเตอรี่กรดตะกั่ว หรือแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน โดยทั่วไปจะสามารถจ่ายไฟได้ถึง 90% ของความจุที่มีอยู่ ยกเว้นแบตเตอรี่ตะกั่วที่ไม่ควรจ่ายไฟ 30%-40% เพื่อป้องกันการเสื่อมของแบตเตอรี่นั่นเอง

4.แผงสวิตช์ไฟฟ้า

แผงสวิตช์ไฟฟ้า (Electricity Switchboard) ในระบบโซล่าเซลล์นั้นมีหน้าที่ควบคุมและจัดการกับกระแสไฟฟ้า ซึ่งจะแตกต่างกันออกไปดังนี้ 1.ระบบ off-grid แผงสวิตช์จะคำนวณและส่งกระแสไฟฟ้าส่วนเกินจากการใช้งานไปจัดเก็บยังแบตเตอรี่และจะดึงออกมาใช้ในภายหลัง 2.ระบบ on – grid แผงสวิตช์จะทำการคำนวณปริมาณการใช้ไฟฟ้า เพื่อจ่ายไฟให้เหมาะสมกับการใช้งานในขณะนั้น กล่าวคือถ้าหากใช้ไฟปริมาณน้อย ระบบจะจ่ายไฟจากโซล่าเซลล์เพียงอย่างเดียว หากใช้ไฟปริมาณมากกว่าที่โซล่าเซลล์ผลิตได้ ระบบจะจ่ายไฟบ้านเข้ามาช่วย และเมื่อตอนกลางคืนระบบจะจ่ายไฟบ้านเท่านั้น  3.ระบบ Hybrid จะคล้ายกับระบบ on – grid แต่จะมีแบตเตอรี่เข้ามาในระบบด้วย ทำให้เมื่อมีกระแสไฟฟ้าส่วนเกินจากการใช้งาน ไฟจะถูกจัดเก็บไฟยังแบตเตอรี่และจะดึงออกมาใช้ในตอนกลางคืนหรือในตอนที่โซล่าเซลล์ไม่สามารถผลิตไฟฟ้าได้

ระบบของโซล่าเซลล์ภายในบ้าน ที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบัน แบ่งออกได้ดังนี้
1. On-grid System ระบบพลังงานแสงอาทิตย์ แบบออนกริด
2. OFF Grid System ระบบพลังงานแสงอาทิตย์ แบบออฟกริด
3. Hybrid System ระบบพลังงานแสงอาทิตย์ แบบไฮบริด
1. On Grid System หรือระบบโซล่ารูฟท๊อป Solar Roof Top system
เป็นระบบการผลิตไฟฟ้าจากแผงโซล่าเซลล์ ที่เชื่อมต่อกับระบบการไฟฟ้านครหลวง หรือการไฟฟ้าส่วนภูมิภาค จะใช้อุปกรณ์เพียง แผงโซล่าเซลล์ และอินเวอร์เตอร์ออนกริด (inverter on grid)โดยหลักการ แปลงไฟกระแสตรงจาก แผงโซล่าเซลล์ เป็นไฟฟ้ากระแสสลับเพื่อเชื่อมต่อเข้าระบบ การไฟฟ้าเพื่อทำการ ขายไฟฟ้าคืน (กรณีนี้ต้องทำสัญญากับผู้รับซื้อก็คือ การไฟฟ้านครหลวงหรือการไฟฟ้าส่วนภูมิภาค) หรือ ลดค่าใช้จ่ายในการใช้ไฟฟ้าได้

ข้อดี สามารถลดค่าไฟฟ้า หรือใช้ไฟฟ้าฟรี (หากใช้แผงโซล่าเซลล์จำนวนมาก) เนื่องจากผลิตไฟฟ้าได้เองในตอนกลางวัน ใช้ไฟฟ้าฟรี ลดค่าไฟฟ้าได้ สำหรับผู้ประกอบการติดตั้งระบบไฟขนาดใหญ่ สามารถขายไฟคืนให้กับการไฟฟ้าได้ โดยติดต่อการไฟฟ้า จะต้องสมัครทำสัญญาและยื่นเอกสาร ตามข้อกำหนดของการไฟฟ้านครหลวง และการไฟฟ้าส่วนภูมิภาค

ข้อเสีย กรณีที่ไฟฟ้าจากการไฟฟ้าดับ ระบบโซลาร์เซลล์ยังจ่ายไฟปกติ แต่กริดไทน์อินเวอร์เตอร์จะหยุดทำงาน โดยไม่จ่ายไฟเข้าสายส่ง เพื่อป้องกันไฟฟ้าดูดเจ้าหน้าที่การไฟฟ้า ซึ่งกำลังทำการซ่อมระบบสายไฟฟ้า    การใช้งานระบบนี้ ส่วนใหญ่จะใช้ในพื้นที่ที่มีไฟฟ้าเข้าถึงแล้ว ใช้เพื่อช่วยลดค่าไฟฟ้าได้เป็นอย่างดี ซึ่งทางผู้ที่ต้องการติดตั้ง ต้องมีพื้นที่ติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์ และรู้ปริมาณการใช้ไฟฟ้าในตอนกลางวัน โดยดูจากหน่วยการใช้ไฟฟ้า ที่เสียค่าไฟฟ้าแต่ละเดือน เพื่อออกแบบกำลังการผลิตระบบไฟฟ้าโซล่าเซลล์ หาขนาดกริดไทอินเวอร์เตอร์ และจำนวนแผงโซลาร์เซลล์

2. Off Grid System ระบบพลังงานแสงอาทิตย์ แบบออฟกริด

2.1 ระบบโซล่าเซลล์แสงอาทิตย์ แบบเชื่อมต่อกับแบตเตอรรี่ (Off Solar grid connect system) คือระบบที่ผลิตไฟฟ้าจากโซล่าเซลล์ที่ไม่ปฏิสัมพันธ์กับผู้ให้กำเนิดพลังงานไฟฟ้ารายใหญ่ (ในประเทศไทยคือการไฟฟ้านครหลวง และการไฟฟ้าส่วนภูมิภาค) ระบบออฟกริดนี้จะแยกเดี่ยวออกมาโดยผู้ติดตั้งโซล่าเซลล์จะสามารถผลิตไฟฟ้าใช้ได้เอง โดยไม่ต้องพึ่งพาการไฟฟ้าซึ่งสามารถแยกหมวดย่อยลงไปได้อีกตามลักษณะแรงดันไฟฟ้าที่จะใช้งานว่าเป็น ไฟฟ้ากระแสตรง หรือ ไฟฟ้ากระแสสลับ โดยต้องเลือกโหลด (เครื่องใช้ไฟฟ้า) ให้เหมาะสมกับแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ระบบออฟกริตนี้อาจมีชื่อเรียกในภาษาอังกฤษอีกแบบหนี่งว่าระบบแสตนด์อโลน (Stand Alone System) หรือระบบแยกเดี่ยว ซึ่งมีวิธีการต่อระบบที่หลากหลาย ทั้งต่อโหลดกระแสตรง กับแผงโซล่าเซล่าเซลล์ (ซึ่งผลิตไฟฟ้ากระแสตรง) โดยตรง หรือนำไฟฟ้ากระแสตรงที่ผลิตได้จากแผง ไปแปลงเป็นไฟฟ้ากระแสสลับ(โดยอินเวอร์เตอร์)สำหรับไปใช้กับเครื่องใช้ไฟฟ้าตามบ้านเรือนซึ่งใช้กับไฟฟ้ากระแสสลับอยู่แล้วได้ ระบบออฟกริด (Off Grid)ในแบบต่างๆมีดังนี้ใช้กับโหลดกระแสตรง2.1) แผงโซล่าเซลล์ต่อตรงกับโหลด(เครื่องใช้ไฟฟ้า) ส่วนใหญ่จะใช้กับโหลดกระแสตรงอาทิปั๊มน้ำกระแสตรงแบบปรับความเร็วรอบได้ พบเห็นได้ทั่วไปกับระบบสูบน้ำทั่วไป ที่ผมเห็นว่าคุ้มค่าคือใช้ปั๊มน้ำโดยใช้โซล่าเซลล์ เมื่อแดดออกน้ำก็เติมในถังสูง

2.2 แผงโซล่าเซลล์ต่อพ่วงกับแบตเตอรี่และโหลดกระแสตรง ข้อดีของการต่อระบบแบบนี้คือเมื่อไม่มีแสงอาทิตย์ เราก็ยังสามารถใช้พลังงานไฟฟ้าจากแบตเตอรี่จ่ายให้กับโหลดได้ แต่สิ่งที่ต้องระวังคือการชาร์จไฟฟ้าเข้าแบตเตอรี่มากเกินไปเพราะอาจทำให้แบตเตอรี่เสื่อมสภาพเร็ว นอกจากนี้เวลาที่นำพลังงานไฟฟ้าที่เก็บสะสมในแบตเตอรี่ออกมาใช้ต้องระวังอย่าให้แบตเตอรี่คลายประจุมากเกินกว่าที่สเป็คของแบตเตอรี่ที่ระบุไว้เพราะอาจจะทำให้แบตเตอรี่เสื่อมสภาพเร็วเช่นกัน ส่วนใหญ่การต่อระบบแบบนี้จะใช้งานกับเรือขนาดเล็กกระท่อมขนาดเล็ก และใช้กับระบบแสงสว่างเท่านั้น

2.3 แผงโซล่าเซลล์ที่มีเครื่องควบคุมการชาร์จประจุให้กับแบตเตอรี่ (Charge Controller) ซึ่งจ่ายไฟให้กับโหลดกระแสตรง ข้อดีของการมีเครื่องควบคุมการชาร์จประจุ Charge Controller คือสามารถควบคุมการไหลของประจุไฟเข้าไปเก็บในแบตเตอรี่ได้และจะหยุดการชาร์จเมื่อไฟที่เก็บในแบตเตอรี่มีแรงดันเกินกว่าที่ตั้งค่ากำหนดไว้ จึงทำให้แบตเตอรี่มีอายุที่ยาวนานมากขึ้น การต่อแบบระบบนี้เป็นที่นิยมกันทั่วไป ใช้กับบ้านพักอาศัยที่ห่างไกลผู้ผลิตไฟฟ้า ทำให้สามารถผลิตไฟฟ้าใช้ได้เอง รวมทั้งอาจจะไปประยุกต์ใช้กับในพื้นที่ที่ไม่ต้องการลากสายไฟฟ้าไปเพราะมีต้นทุนเรื่องสายไฟฟ้าที่มีราคาสูงได้อีกด้วย

ใช้กับโหลดกระแสตรงและกระแสสลับ

2.4 แผงโซล่าเซลล์ต่อกับเครื่องควบคุมการชาร์จแบตเตอรี่ โดยที่มีตัวอินเวอร์เตอร์แปลงจาก ไฟกระแสตรงเป็นไฟกระแสสลับเพื่อจ่ายให้กับโหลดที่ใช้กับกระแสสลับได้ โดยไฟกระแส ตรงที่ออกจากแบตเตอรี่ก็ยังสามารถจ่ายให้กับโหลดกระแสตรงได้อีกด้วย ระบบแบบนี้มีข้อดี คือมีความยืดหยุ่นในการหาเครื่องใช้ไฟฟ้ามาใช้งานเพราะโดยทั่วไปแล้วเครื่องใช้ไฟฟ้าส่วนใหญ่จะใช้กับไฟฟ้ากระแสสลับ ยกตัวอย่างอาจจะใช้พัดลมกับไฟกระแสสลับที่แปลงจากอินเวอร์เตอร์ และใข้ระบบไฟส่องสว่างกับไฟกระแสตรงก็ได้

3. Hybrid System ระบบพลังงานแสงอาทิตย์ แบบไฮบริด 

ระบบโซล่าเซลล์ไฮบริด (SOLAR HYBRID SYSTEM)  คือเอาระบบ ออนกริด (On Grid) และออฟกริด (Off Grid) มารวมกัน ช่วยลดการสูญเสียเนื่องจากกระแสไฟจากแผงโซล่าจะป้อนเข้ามาที่โหลดใช้งานได้เลย ก่อนที่จะเข้าไปชาร์ทในแบตเตอรี่ เมื่อโหลดใช้งานน้อยลง จนกระแสไฟจากแผงโซล่าเหลือก็จะค่อยชาร์ทเข้าเก็บในแบตเตอรี่ วิธีนี้ ช่วยยืดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ได้ อีกด้วย ซึ่งถ้าเป็น OFF GRID INVERTER จะต้องเข้ามาที่แบตเตอรี่ก่อน แล้วค่อย แปลงไฟด้วยอินเวอร์เตอร์ ให้เป้นกระแสสลับ

แผงโซล่าเซลล์ผลิตไฟฟ้า ยังไง

ทำไมโซล่าเซลล์ผลิตไฟฟ้าได้

แผง โซ ล่า เซลล์ ผลิตไฟฟ้าได้ กี่หน่วย

กระแสไฟฟ้าที่ผลิตได้จากโซล่าเซลล์เป็นแบบใด