การกำหนดขนาดของแผงเซลล์แสงอาทิตย์

การกำหนดขนาดของระบบเซลล์แสงอาทิตย์เพื่อให้ได้ระบบที่สามารถผลิตไฟฟ้าได้เพียงพอต่อความต้องการใช้พลังงานอย่างแท้จริง สิ่งที่จำเป็นที่สุดคือ ต้องรู้ว่าจะใช้อุปกรณ์ไฟฟ้าอะไรบ้าง ต้องการใช้งานนานเท่าใดในแต่ละวันและต้องการสำรองพลังงานไว้ในแบตเตอรี่นานเท่าใดเพื่อใช้เวลาที่แผงเซลล์แสงอาทิตย์ไม่สามารถผลิตพลังงานได้ เช่น เวลากลางคืนและเวลาที่ไม่มีแสงอาทิตย์ ฯลฯ

เริ่มต้นด้วยขั้นตอนการคำนวณพลังงานที่อุปกรณ์ไฟฟ้าต้องการต่อวัน ทำรายการอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ต้องการไฟฟ้าจากระบบเซลล์แสงอาทิตย์ แล้วนำพลังงานที่อุปกรณ์ไฟฟ้าแต่ละเครื่องต้องการคูณจำนวนชั่วโมงที่ใช้ในแต่ละวันและ รวมพลังงานที่อุปกรณ์ไฟฟ้าทุกเครื่องต้องการต่อวัน

• ภูมิอากาศระดับ 1 มีแสงอาทิตย์มากกว่าภูมิอากาศระดับ 2 ค่าแฟคเตอร์เป็น 3.86
• ภูมิอากาศระดับ 2 ภูมิอากาศแบบชายฝั่งเขตร้อน ค่าแฟคเตอร์เป็น 3.43
• ภูมิอากาศระดับ 3 จะมีเมฆ 5-7 วันเสมอและตามด้วยท้องฟ้าโปร่งอีก 3 วัน ค่าแฟคเตอร์เป็น 3
• ภูมิอากาศระดับ 4 จะมีเมฆ 10 วันขึ้นไปเสมอและมีท้องฟ้าโปร่งนานๆ ครั้ง ค่าแฟคเตอร์เป็น 2.57

1. คำนวณพลังงานที่อุปกรณ์ไฟฟ้าแต่ละเครื่องต้องการใช้ใน 1 วัน
2. คำนวณผลรวมของข้อ 1 จะได้ค่าพลังงานทั้งหมดที่ต้องจ่ายให้กับอุปกรณ์ไฟฟ้า
3. ค่าจากข้อ 2 x 1.3 จะได้พลังงานที่แผงเซลล์แสงอาทิตย์จะต้องผลิต
4. ค่าจากข้อ 3 หารค่าแฟคเตอร์ของพลังงานที่ผลิตได้จากแผง จะได้วัตต์_{สูงสุด}ที่ต้องการ
5. ค่าจากข้อ 4 หารวัตต์_{สูงสุด} ของแผงที่มีอยู่ ถ้าหารแล้วมีเศษให้ปัดขึ้น จำนวนเต็มที่ได้คือจำนวนแผงที่ต้องการ
   
   

การกำหนดขนาดของแบตเตอรี่

แบตเตอรี่ที่เหมาะกับระบบเซลล์แสงอาทิตย์ ควรใช้แบตเตอรี่แบบจ่ายประจุสูง (Deep discharge battery) ที่มีขนาดใหญ่เพียงพอที่จะเก็บพลังงานไว้ใช้ในเวลากลางคืนและเวลาที่ไม่มีแสงอาทิตย์
ควรกำหนดให้แบตเตอรี่มีขนาดใหญ่พอที่จะใช้งานได้ไม่น้อยกว่า 5 วันโดยไม่ต้องประจุไฟฟ้าและใช้ในสภาพอากาศที่ไม่มีแสงอาทิตย์ยาวนาน รวมถึงควรมีการคายประจุไม่เกิน 1/5 ของการประจุจนเต็มสำหรับใช้งานใน 1 วัน
การเลือกแบตเตอรี่ ต้องรู้ค่าแรงดันและความจุของแบตเตอรี่ โดยทั่วไประบบเซลล์แสงอาทิตย์สำหรับบ้านพักอาศัยเป็นระบบ 12 โวลต์หรือ 24 โวลต์ ส่วนความจุขึ้นอยู่กับพลังงานที่ต้องการใน 1 วัน แบตเตอรี่ควรเก็บพลังงานได้ 5 เท่าของพลังงานที่อุปกรณ์ไฟฟ้าทั้งหมดต้องการใช้ใน 1 วัน

1. คำนวณพลังงานที่อุปกรณ์ไฟฟ้าแต่ละเครื่องต้องการใช้ใน 1 วัน
2. คำนวณผลรวมของข้อ 1
3. ค่าจากข้อ 2 x 5 สำหรับแบตเตอรี่แบบจ่ายประจุสูง จะได้ค่าพลังงานทั้งหมดที่ต้องการ
   (สำหรับแบตเตอรี่แบบไม่ต้องดูแลรักษา ให้นำค่าจากข้อ 2 x 7.5)
4. ค่าจากข้อ 3 หารแรงดันของแบตเตอรี่ จะได้ขนาดความจุของแบตเตอรี่แบบจ่ายประจุสูงที่อัตราการคายประจุ 10 ชั่วโมง (C₁₀)
   

การกำหนดขนาดของเครื่องควบคุมการประจุ

เมื่อเริ่มเดินเครื่องอุปกรณ์ไฟฟ้าส่วนใหญ่ใช้กระแสมากกว่าขณะทำงาน โดยเฉพาะมอเตอร์ไฟฟ้า ดังนั้น เครื่องควบคุมการประจุต้องมีขนาดเท่ากับหรือมากกว่ากระแสสูงสุดที่จ่ายไปยังอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ต้องการ รวมถึงกระแสที่เพิ่มขึ้นตอนเริ่มเดินเครื่องด้วย

• ระบบที่ไม่มีมอเตอร์ไฟฟ้า ขนาดเครื่องควบคุมการประจุควรเท่ากับผลรวมของกระแสจากอุปกรณ์ไฟฟ้าทั้งหมดคูณด้วย 1.5
  
• ระบบที่มีมอเตอร์ไฟฟ้า กระแสที่มอเตอร์ต้องการตอนเริ่มเดินเครื่องควรเป็น 3 เท่าของกระแสที่ใช้ปกติ อาจประมาณขนาดของเครื่องควบคุมการประจุได้โดยการนำวัตต์_{สูงสุด} ของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ที่เลือกใช้หารด้วย 12 โวลต์
  

การกำหนดขนาดของเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้า

ก่อนอื่นต้องเลือกเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าให้ตรงกับขนาดของแบตเตอรี่ที่ใช้ เช่น 12 หรือ 24 โวลต์ ฯลฯ ส่วนขนาดกำลังไฟฟ้าต้องมากกว่าขนาดกำลังไฟฟ้ารวมที่อุปกรณ์ไฟฟ้าทั้งหมดใช้จากระบบในเวลาเดียวกัน ถ้ามีอุปกรณ์ไฟฟ้าที่มีความเหนี่ยวนำ (เช่น มอเตอร์ไฟฟ้า, ปั๊มน้ำและเครื่องซักผ้า ฯลฯ) ให้รวมกำลังไฟฟ้าของไฟกระชากด้วย (มักกำหนดเป็น 2 เท่าหรือมากกว่ากำลังไฟฟ้ารวมที่อุปกรณ์ไฟฟ้าทั้งหมดใช้ในเวลาเดียวกัน¹) จะได้อัตรากำลังไฟฟ้าที่สามารถนำไปเลือกขนาดของเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าที่เหมาะสมกับระบบได้

ในระบบเซลล์แสงอาทิตย์ ควรกำหนดขนาดของอุปกรณ์ให้มีขนาดใหญ่กว่าข้อมูลที่คำนวณได้ เพื่อให้สามารถรองรับการเพิ่มอุปกรณ์ไฟฟ้าของระบบในอนาคต เช่น การเพิ่มขนาดแผงเซลล์แสงอาทิตย์จะส่งผลให้อายุการใช้งานของแบตเตอรี่เพิ่มขึ้นด้วย จึงควรเพิ่มขนาดของแผง 20-30% ของขนาดต่ำสุด และจะเป็นประโยชน์เมื่อใช้งานในสภาพอากาศไม่มีแสงอาทิตย์อีกด้วย

ความน่าสนใจใน "เส้นทางสู่พลังงานสีเขียว" ยังไม่หมดเพียงเท่านี้ ตอนหน้าจะมาว่ากันต่อในเรื่องราวของการดูแลรักษาระบบเซลล์แสงอาทิตย์ เพื่อให้การใช้ประโยชน์จากระบบเป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพตลอดอายุการใช้งาน