ระบบผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์

 ระบบผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์

     

เรื่องราวของพลังงานทดแทนได้ถูกนำเสนอผ่าน "เส้นทางสู่พลังงานสีเขียว" ไปบ้างแล้วในชุดก่อนหน้านี้ ที่หวังจะช่วยจุดประกายความคิดในการเลือกใช้พลังงานทดแทนที่มีอยู่หลายรูปแบบ ณ โอกาสนี้ยังมีเรื่องพิเศษๆ มาฝาก... อยากจะนำเรื่องการผลิตไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์มาพูดถึง เนื่องด้วยความสนใจในการพัฒนาด้านนี้ยิ่งมีมากขึ้นเรื่อยๆ
	ระบบผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์คืออะไร เรามาเริ่มจากความหมายกันก่อน ระบบผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ ตรงกับคำว่า Solar electric system หรือ Photovoltaic (PV) system และอาจเรียกให้จำง่ายขึ้นว่า "ระบบเซลล์แสงอาทิตย์" เป็นระบบที่ทำการเปลี่ยนแสงอาทิตย์ให้เป็นไฟฟ้าได้โดยตรงผ่านทางอุปกรณ์สำคัญ ได้แก่ "แผงเซลล์แสงอาทิตย์" ระบบจะทำงานในเวลาที่มีแสงอาทิตย์เท่านั้น และจะสามารถผลิตไฟฟ้าได้มากยิ่งขึ้นหากมีแสงอาทิตย์มากพอตกกระทบโดยตรงบนแผงเซลล์แสงอาทิตย์ โดยแผงเซลล์แสงอาทิตย์เพียงอย่างเดียวคงไม่สามารถเกิดเป็นระบบเซลล์แสงอาทิตย์ได้ จึงต้องประกอบไปด้วยอุปกรณ์อื่นๆ เช่น อาจมีการจัดเก็บไฟฟ้าที่ผลิตได้เวลาที่มีแสงอาทิตย์ไว้ในแบตเตอรี่เพื่อใช้ประโยชน์ต่อไป หรือต้องอาศัยเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าเพื่อแปลงให้เป็นไฟฟ้ากระแสสลับเพื่อใช้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าอื่นๆ ตามต้องการ เป็นต้น
หากลองเปรียบเทียบระบบเซลล์แสงอาทิตย์กับสิ่งที่อยู่ใกล้ๆ ตัวจะทำให้เราเห็นภาพของระบบเซลล์แสงอาทิตย์ชัดเจนยิ่งขึ้น "ระบบกักเก็บน้ำฝน" เป็นระบบซึ่งมีความคล้ายคลึงกับระบบเซลล์แสงอาทิตย์ด้วยปัจจัยนานาประการ ไม่ว่าจะเป็น ปริมาณน้ำฝนจะมีได้ก็ต่อเมื่อเกิดฝนตกลงมา เช่นเดียวกับแสงอาทิตย์จะมีเฉพาะในเวลากลางวันเท่านั้น และอาจมีปริมาณมากบ้างน้อยบ้างทั้งนี้ก็เป็นไปตามสภาพอากาศเหมือนกัน นอกจากนี้การรวมกันเป็นระบบของทั้งสองระบบก็ยังมีอุปกรณ์ส่วนต่างๆ ที่ทำหน้าที่ใกล้เคียงกันอีก เช่น ระบบเซลล์แสงอาทิตย์ ระบบกักเก็บน้ำฝน แผงเซลล์แสงอาทิตย์ ผลิตไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์ พื้นที่บนหลังคา รองรับน้ำฝนที่ตกลงมา แบตเตอรี่ เก็บไฟฟ้าและจ่ายให้กับอุปกรณ์ไฟฟ้า ถังเก็บน้ำ สำหรับเก็บน้ำฝนไว้ใช้ต่อไป สายไฟ ส่งไฟฟ้าไปยังแบตเตอรี่และจ่ายไปใช้งาน ท่อ ใช้ลำเลียงน้ำไปยังถังเก็บและจ่ายใช้งาน เครื่องควบคุมการไหลของไฟฟ้า วาล์วที่ติดอยู่กับท่อ ใช้ควบคุมการไหลของน้ำ อุปกรณ์ไฟฟ้า เช่น หลอดไฟฟ้า, พัดลม ฯลฯ อุปกรณ์ที่ใช้น้ำ เช่น ก๊อกน้ำ, ฝักบัวอาบน้ำ ฯลฯ การทำงานของระบบเซลล์แสงอาทิตย์ ทีนี้มาดูกันต่อไปถึงการทำงานของระบบเซลล์แสงอาทิตย์ ซึ่งจะเปรียบเทียบกับระบบกักเก็บน้ำฝนไปพร้อมๆ กันด้วย

สถานที่ในการติดตั้งแผงเซลล์แสงอาทิตย์ควรให้มีแสงอาทิตย์ส่องถึง เป็นที่โล่งและไม่มีเงามาบังเซลล์ จึงนิยมติดตั้งไว้บนหลังคาบ้านหรืออาคาร เมื่อมีแสงอาทิตย์ตกกระทบแผงเซลล์แสงอาทิตย์โดยตรงจะทำการผลิตไฟฟ้า ยิ่งแผงเซลล์แสงอาทิตย์มีขนาดใหญ่มาก ก็จะผลิตไฟฟ้าในเวลาที่มีแสงอาทิตย์ได้มาก และถ้ามีแสงอาทิตย์แรงจัด ก็จะผลิตไฟฟ้าเก็บสะสมได้มากเช่นกัน ในทำนองเดียวกัน ระบบกักเก็บน้ำฝนใช้หลังคาบ้านรองรับน้ำฝนที่ตกลงมา ยิ่งหลังคามีพื้นที่มากก็จะยิ่งรองรับน้ำฝนได้มากขึ้น รวมถึงถ้ามีฝนตกหนักมากเท่าไร ปริมาณน้ำที่จะเก็บไว้ใช้ก็มีมากเท่านั้น เนื่องจากแผงเซลล์แสงอาทิตย์จะสามารถผลิตไฟฟ้าได้เฉพาะในเวลากลางวันที่มีแสงอาทิตย์ ดังนั้น หากมีความต้องการใช้ไฟฟ้าในเวลากลางคืนหรือนำไปใช้งานอื่นๆ จำเป็นต้องมีการจัดเก็บไฟฟ้าที่ผลิตได้ลงในแบตเตอรี่ ซึ่งถูกออกแบบเพื่อให้ทำการประจุไฟฟ้าเก็บไว้และจ่ายให้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ต่อเชื่อมอยู่ สำหรับระบบกักเก็บน้ำจะมีถังเก็บน้ำที่ทำหน้าที่คล้ายกับแบตเตอรี่ โดยจะกักเก็บน้ำสำรองไว้ใช้ในตอนที่ฝนไม่ตกและจ่ายออกไปเมื่อมีความต้องการใช้ และแน่นอนว่าเมื่อแบตเตอรี่มีการประจุไฟฟ้าและจ่ายประจุไฟฟ้า ก็ต้องมีตัวควบคุม ในระบบเซลล์แสงอาทิตย์มีเครื่องควบคุมการประจุและจ่ายประจุไฟฟ้า ทั้งนี้เพื่อป้องกันการรับกระแสไฟฟ้าเข้ามามากเกินและการจ่ายกระแสไฟฟ้าออกไปมากเกิน ซึ่งเทียบได้กับวาล์วที่ท่อน้ำขาเข้าและขาออกของระบบกักเก็บน้ำฝน เพื่อไม่ให้น้ำไหลเข้ามาเต็มจนล้นและควบคุมน้ำที่จ่ายออกไป อุปกรณ์ที่ใช้ไฟฟ้าซึ่งผลิตได้จากระบบเซลล์แสงอาทิตย์ที่ใช้ทั่วไป คือ หลอดไฟฟ้า ไม่เพียงเท่านี้ยังนำไปใช้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าอื่นๆ ได้ เช่น โทรทัศน์, วิทยุ, พัดลม, คอมพิวเตอร์ แม้กระทั่งเครื่องสูบน้ำและตู้เย็นถ้ามีการออกแบบระบบที่เหมาะสม ส่วนอุปกรณ์ที่ใช้น้ำจากระบบกักเก็บน้ำฝนที่ง่ายไม่ซับซ้อน คือ ก๊อกน้ำ ระบบที่ถูกออกแบบให้รองรับการใช้งานที่ซับซ้อนมากขึ้นจะใช้งานร่วมกับสุขภัณฑ์ ฝักบัวอาบน้ำ และอ่างอาบน้ำได้ด้วย ยังมีอีกสิ่งหนึ่งซึ่งสำคัญไม่น้อยนั่นคือ การลำเลียงหรือส่งไฟฟ้าและน้ำไปยังจุดที่ต้องการ จะใช้สิ่งอื่นใดไปไม่ได้นอกจากสายไฟที่ยอมให้ไฟฟ้าไหลจากจุดหนึ่งไปยังจุดอื่นๆ และท่อน้ำสำหรับลำเลียงน้ำไปใช้งานต่างๆ โดยขนาดของสายไฟและท่อน้ำเป็นปัจจัยสำคัญต่อการไหลของไฟฟ้าและน้ำ กล่าวคือ สายไฟขนาดใหญ่จะยอมให้ไฟฟ้าไหลผ่านได้ง่ายกว่าสายไฟขนาดเล็ก เช่นเดียวกับท่อขนาดใหญ่จะทำให้น้ำไหลผ่านได้ง่ายกว่าท่อขนาดเล็ก

หลังจากที่คุณผู้อ่านทำได้เข้าใจในความหมายและการทำงานของระบบเซลล์แสงอาทิตย์หรือระบบผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์พร้อมด้วยตัวอย่างที่ทำให้เข้าใจง่ายขึ้นไปแล้ว ฉบับหน้ามาดูกันต่อถึงผลผลิตที่ได้จากระบบเซลล์แสงอาทิตย์ ซึ่งก็คือไฟฟ้า แต่จะมีที่มาและที่ไปอย่างไร ขอให้ติดตาม! ที่มาของข้อมูล: PV Solar Photovoltaic Technical Training Manual, Mr. Herbert Wade ที่มาของภาพ: เว็บไซต์ nrel.gov, pikespeakpermaculture.org

การเลือกเครื่องควบคุมการประจุกระแสไฟฟ้าพร้อมด้วย MPPT

การเลือกเครื่องควบคุมการประจุกระแสไฟฟ้าพร้อมด้วย MPPT
ให้เหมาะสมกับแผงเซลล์แสงอาทิตย์และแบตเตอรี่

สิ่งที่ควรพิจารณามีดังต่อไปนี้

• SPT-XXYY (XX เป็นค่าแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ในสภาวะปกติ, YY เป็นค่ากระแสไฟฟ้าที่ประจุได้สูงสุด)
• หาค่าแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ในสภาวะปกติที่เครื่องควบคุมการประจุกระแสไฟฟ้าจะทำการประจุ และให้เป็นค่า XX
• หาค่ากำลังผลิตสูงสุด (Wp) ของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ และ
  • เลือกค่าที่เหมาะสมของกระแสไฟฟ้าที่ประจุได้ (CC) = (Wp) / XX
  • หาค่า YY โดยคูณค่า CC ด้วยค่า safety factor (ตามข้อกำหนดของ NEC) = (CC) x 1.2
  • เลือกเครื่องควบคุมการประจุกระแสไฟฟ้า SOLARCON SPT-series ที่ครอบคลุมค่า YY
• ตรวจสอบให้แน่ใจว่า ค่าแรงดันไฟฟ้าที่กำลังไฟฟ้าสูงสุดของระบบ (Vpm_{(ระบบ)}) อยู่ในช่วงที่ SPT-XXYY สามารถควบคุมได้ (ช่วงแรงดันไฟฟ้าของ MPPT; MPPT voltage range)
  • ถ้าแผงเซลล์แสงอาทิตย์ต่อแบบอนุกรม ต้องตรวจสอบว่า Vpm_{(ระบบ)} = Vpm_(แผง) x จำนวนแผงที่ต่อแบบอนุกรม
  • ถ้าแผงเซลล์แสงอาทิตย์ต่อแบบขนาน ต้องตรวจสอบว่า Vpm_{(ระบบ)} = Vpm_(แผง)
• ตรวจสอบให้แน่ใจว่า ค่าแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดของระบบ (Voc_{(ระบบ)}) ไม่มากกว่าอัตราของ SPT-XXYY (แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดสูงสุด; Maximum open circuit voltage)
  • ถ้าแผงเซลล์แสงอาทิตย์ต่อแบบอนุกรม ต้องตรวจสอบว่า Voc_{(ระบบ)} = Voc_(แผง) x จำนวนแผงที่ต่อแบบอนุกรม
  • ถ้าแผงเซลล์แสงอาทิตย์ต่อแบบขนาน ต้องตรวจสอบว่า Voc_{(ระบบ)} = Voc_(แผง)

---

  

ตัวอย่างที่ 1

เมื่อใช้แผงเซลล์แสงอาทิตย์ Kaneka CEA สำหรับระบบไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์เพื่อบ้านพักอาศัยขนาด 108 Wp (ดูข้อกำหนด (Specification) ของแผงเซลล์แสงอาทิตย์จากตารางที่ 1)

รูปที่ 8

ตัวอย่างของการเลือกเครื่องควบคุมการประจุกระแสไฟฟ้าพร้อมด้วย MPPT สำหรับ ระบบไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์เพื่อบ้านพักอาศัย ขนาด 108 Wp โดยใช้ แผงเซลล์แสงอาทิตย์ Kaneka CEA 54 Wp จำนวน 2 แผงต่อแบบขนาน

สิ่งที่ควรพิจารณามีดังต่อไปนี้

• SPT-XXYY (XX เป็นค่าแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ในสภาวะปกติ, YY เป็นค่ากระแสไฟฟ้าที่ประจุได้สูงสุด)
• หาค่าแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ในสภาวะปกติที่เครื่องควบคุมการประจุกระแสไฟฟ้าจะทำการประจุ และให้เป็นค่า XX = 12
• หาค่ากำลังผลิตสูงสุด (Wp) ของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ และ
  • เลือกค่าที่เหมาะสมของกระแสไฟฟ้าที่ประจุได้ (CC) = (108 Wp) / 12 = 9 A
  • หาค่า YY โดยคูณค่า CC ด้วยค่า safety factor (ตามข้อกำหนดของ NEC) = (9) x 1.2 = 10.8 A
  • เลือกเครื่องควบคุมการประจุกระแสไฟฟ้า SOLARCON SPT-series ที่ครอบคลุมค่า YY นั่นคือ SOLARCON SPT-1212
• ตรวจสอบให้แน่ใจว่า ค่าแรงดันไฟฟ้าที่กำลังไฟฟ้าสูงสุดของระบบ (Vpm_{(ระบบ)}) อยู่ในช่วงที่ SPT-XXYY สามารถควบคุมได้ (ช่วงแรงดันไฟฟ้าของ MPPT; MPPT voltage range)
  • ถ้าแผงเซลล์แสงอาทิตย์ต่อแบบอนุกรม ต้องตรวจสอบว่า Vpm_{(ระบบ)} = Vpm_(แผง) x จำนวนแผงที่ต่อแบบอนุกรม
  • ถ้าแผงเซลล์แสงอาทิตย์ต่อแบบขนาน ต้องตรวจสอบว่า Vpm_{(ระบบ)} = Vpm_(แผง) = 62 Vdc
    (ช่วงแรงดันไฟฟ้าของ MPPT; MPPT voltage range = 26-96 Vdc)
• ตรวจสอบให้แน่ใจว่า ค่าแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดของระบบ (Voc_{(ระบบ)}) ไม่มากกว่าอัตราของ SPT-XXYY (แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดสูงสุด; Maximum open circuit voltage)
  • ถ้าแผงเซลล์แสงอาทิตย์ต่อแบบอนุกรม ต้องตรวจสอบว่า Voc_{(ระบบ)} = Voc_(แผง) x จำนวนแผงที่ต่อแบบอนุกรม
  • ถ้าแผงเซลล์แสงอาทิตย์ต่อแบบขนาน ต้องตรวจสอบว่า Voc_{(ระบบ)} = Voc_(แผง) = 85 Vdc
    (แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดสูงสุด; Maximum open circuit voltage = 100 Vdc)

---

 

ตัวอย่างที่ 2

เมื่อใช้แผงเซลล์แสงอาทิตย์ SHARP NE-H75A1 (แบบที่ 1) หรือ NE-80E1U (แบบที่ 2) สำหรับระบบไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์เพื่อบ้านพักอาศัยขนาด 150-160 Wp (ดูข้อกำหนด (Specification) ของแผงเซลล์แสงอาทิตย์จากตารางที่ 1)

รูปที่ 9

ตัวอย่างของการเลือกเครื่องควบคุมการประจุกระแสไฟฟ้าพร้อมด้วย MPPT สำหรับ ระบบไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์เพื่อบ้านพักอาศัย ขนาด 150-160 Wp โดยใช้ แผงเซลล์แสงอาทิตย์ SHARP NE-H75A1 75 Wp หรือ NE-80E1U 80 Wp 2 แผงต่อแบบอนุกรม

แบบที่ 1 ใช้แผงเซลล์แสงอาทิตย์ SHARP NE-H75A1 75 Wp สำหรับระบบไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์เพื่อบ้านพักอาศัย ขนาด 150 Wp

สิ่งที่ควรพิจารณามีดังต่อไปนี้

• SPT-XXYY (XX เป็นค่าแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ในสภาวะปกติ, YY เป็นค่ากระแสไฟฟ้าที่ประจุได้สูงสุด)
• หาค่าแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ในสภาวะปกติที่เครื่องควบคุมการประจุกระแสไฟฟ้าจะทำการประจุ และให้เป็นค่า XX = 12
• หาค่ากำลังผลิตสูงสุด (Wp) ของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ และ
  • เลือกค่าที่เหมาะสมของกระแสไฟฟ้าที่ประจุได้ (CC) = (150 Wp) / 12 = 12.5 A
  • หาค่า YY โดยคูณค่า CC ด้วยค่า safety factor (ตามข้อกำหนดของ NEC) = (12.5) x 1.2 = 15 A
  • เลือกเครื่องควบคุมการประจุกระแสไฟฟ้า SOLARCON SPT-series ที่ครอบคลุมค่า YY นั่นคือ SOLARCON SPT-1220
• ตรวจสอบให้แน่ใจว่า ค่าแรงดันไฟฟ้าที่กำลังไฟฟ้าสูงสุดของระบบ (Vpm_{(ระบบ)}) อยู่ในช่วงที่ SPT-XXYY สามารถควบคุมได้ (ช่วงแรงดันไฟฟ้าของ MPPT; MPPT voltage range)
  • ถ้าแผงเซลล์แสงอาทิตย์ต่อแบบอนุกรม ต้องตรวจสอบว่า Vpm_{(ระบบ)} = Vpm_(แผง) x จำนวนแผงที่ต่อแบบอนุกรม
    Vpm_{(ระบบ)} = 16.4 x 2 = 32.8 Vdc
    (ช่วงแรงดันไฟฟ้าของ MPPT; MPPT voltage range = 26-96 Vdc)
  • ถ้าแผงเซลล์แสงอาทิตย์ต่อแบบขนาน ต้องตรวจสอบว่า Vpm_{(ระบบ)} = Vpm_(แผง)
• ตรวจสอบให้แน่ใจว่า ค่าแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดของระบบ (Voc_{(ระบบ)}) ไม่มากกว่าอัตราของ SPT-XXYY (แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดสูงสุด; Maximum open circuit voltage)
  • ถ้าแผงเซลล์แสงอาทิตย์ต่อแบบอนุกรม ต้องตรวจสอบว่า Voc_{(ระบบ)} = Voc_(แผง) x จำนวนแผงที่ต่อแบบอนุกรมVoc_{(ระบบ)} = 21.2 x 2 = 42.4 Vdc
    (แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดสูงสุด; Maximum open circuit voltage = 100 Vdc)
  • ถ้าแผงเซลล์แสงอาทิตย์ต่อแบบขนาน ต้องตรวจสอบว่า Voc_{(ระบบ)} = Voc_(แผง)

แบบที่ 2 ใช้แผงเซลล์แสงอาทิตย์ SHARP NE-80E1U 80 Wp สำหรับระบบไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์เพื่อบ้านพักอาศัย ขนาด 160 Wp

สิ่งที่ควรพิจารณามีดังต่อไปนี้

• SPT-XXYY (XX เป็นค่าแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ในสภาวะปกติ, YY เป็นค่ากระแสไฟฟ้าที่ประจุได้สูงสุด)
• หาค่าแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ในสภาวะปกติ ที่เครื่องควบคุมการประจุกระแสไฟฟ้าจะทำการประจุ และให้ค่า XX = 12
• หาค่ากำลังผลิตสูงสุด (Wp) ของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ และ
  • เลือกค่าที่เหมาะสมของกระแสไฟฟ้าที่ประจุได้ (CC) = (160 Wp) / 12 = 13.33 A
  • หาค่า YY โดยคูณค่า CC ด้วยค่า safety factor (ตามข้อกำหนดของ NEC) = (13.33) x 1.2 = 16 A
  • เลือกเครื่องควบคุมการประจุกระแสไฟฟ้า SOLARCON SPT-series ที่ครอบคลุมค่า YY นั่นคือ SOLARCON SPT-1220
• ตรวจสอบให้แน่ใจว่า ค่าแรงดันไฟฟ้าที่กำลังไฟฟ้าสูงสุดของระบบ (Vpm_{(ระบบ)}) อยู่ในช่วงที่ SPT-XXYY สามารถควบคุมได้ (ช่วงแรงดันไฟฟ้าของ MPPT; MPPT voltage range)
  • ถ้าแผงเซลล์แสงอาทิตย์ต่อแบบอนุกรม ต้องตรวจสอบว่า Vpm_{(ระบบ)} = Vpm_(แผง) x จำนวนแผงที่ต่อแบบอนุกรม
    Vpm_{(ระบบ)} = 17.1 x 2 = 34.2 Vdc
    (ช่วงแรงดันไฟฟ้าของ MPPT; MPPT voltage range = 26-96 Vdc)
  • ถ้าแผงเซลล์แสงอาทิตย์ต่อแบบขนาน ต้องตรวจสอบว่า Vpm_{(ระบบ)} = Vpm_(แผง)
• ตรวจสอบให้แน่ใจว่า ค่าแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดของระบบ (Voc_{(ระบบ)}) ไม่มากกว่าอัตราของ SPT-XXYY (แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดสูงสุด; Maximum open circuit voltage)
  • ถ้าแผงเซลล์แสงอาทิตย์ต่อแบบอนุกรม ต้องตรวจสอบว่า Voc_{(ระบบ)} = Voc_(แผง) x จำนวนแผงที่ต่อแบบอนุกรม
    Voc_{(ระบบ)} = 21.3 x 2 = 42.6 Vdc
    (แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดสูงสุด; Maximum open circuit voltage = 100 Vdc)
  • ถ้าแผงเซลล์แสงอาทิตย์ต่อแบบขนาน ต้องตรวจสอบว่า Voc_{(ระบบ)} = Voc_(แผง)

---

 

ตัวอย่างที่ 3

เมื่อใช้แผงเซลล์แสงอาทิตย์ BSC BS 40 สำหรับระบบไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์เพื่อบ้านพักอาศัยขนาด 120 Wp (ดูข้อกำหนด (Specification) ของแผงเซลล์แสงอาทิตย์จากตารางที่ 1)

รูปที่ 10

ตัวอย่างของการเลือกเครื่องควบคุมการประจุกระแสไฟฟ้าพร้อมด้วย MPPT สำหรับ ระบบไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์เพื่อบ้านพักอาศัย ขนาด 120 Wp โดยใช้ แผงเซลล์แสงอาทิตย์ Bangkok Solar BS 40 40 Wp 3 แผงต่อแบบขนาน

สิ่งที่ควรพิจารณามีดังต่อไปนี้

• SPT-XXYY (XX เป็นค่าแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ในสภาวะปกติ, YY เป็นค่ากระแสไฟฟ้าที่ประจุได้สูงสุด)
• หาค่าแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ในสภาวะปกติที่เครื่องควบคุมการประจุกระแสไฟฟ้าจะทำการประจุ และให้เป็นค่า XX = 12
• หาค่ากำลังผลิตสูงสุด (Wp) ของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ และ
  • เลือกค่าที่เหมาะสมของกระแสไฟฟ้าที่ประจุได้ (CC) = (120 Wp) / 12 = 10 A
  • หาค่า YY โดยคูณค่า CC ด้วยค่า safety factor (ตามข้อกำหนดของ NEC) = (10) x 1.2 = 12 A
  • เลือกเครื่องควบคุมการประจุกระแสไฟฟ้า SOLARCON SPT-series ที่ครอบคลุมค่า YY นั่นคือ SOLARCON SPT-1212
• ตรวจสอบให้แน่ใจว่า ค่าแรงดันไฟฟ้าที่กำลังไฟฟ้าสูงสุดของระบบ (Vpm_{(ระบบ)}) อยู่ในช่วงที่ SPT-XXYY สามารถควบคุมได้ (ช่วงแรงดันไฟฟ้าของ MPPT; MPPT voltage range)
  • ถ้าแผงเซลล์แสงอาทิตย์ต่อแบบอนุกรม ต้องตรวจสอบว่า Vpm_{(ระบบ)} = Vpm_(แผง) x จำนวนแผงที่ต่อแบบอนุกรม
  • ถ้าแผงเซลล์แสงอาทิตย์ต่อแบบขนาน ต้องตรวจสอบว่า Vpm_{(ระบบ)} = Vpm_(แผง) = 44.8 Vdc
    (ช่วงแรงดันไฟฟ้าของ MPPT; MPPT voltage range = 26-96 Vdc)
• ตรวจสอบให้แน่ใจว่า ค่าแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดของระบบ (Voc_{(ระบบ)}) ไม่มากกว่าอัตราของ SPT-XXYY (แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดสูงสุด; Maximum open circuit voltage)
  • ถ้าแผงเซลล์แสงอาทิตย์ต่อแบบอนุกรม ต้องตรวจสอบว่า Voc_{(ระบบ)} = Voc_(แผง) x จำนวนแผงที่ต่อแบบอนุกรม
  • ถ้าแผงเซลล์แสงอาทิตย์ต่อแบบขนาน ต้องตรวจสอบว่า Voc_{(ระบบ)} = Voc_(แผง) = 62.2 Vdc
    (แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดสูงสุด; Maximum open circuit voltage = 100 Vdc)

---

 

ตัวอย่างที่ 4

เมื่อใช้แผงเซลล์แสงอาทิตย์ BSC BS 40 สำหรับระบบพลังงานแสงอาทิตย์ชนิดติดตั้งอิสระขนาด 800 Wp (ดูข้อกำหนด (Specification) ของแผงเซลล์แสงอาทิตย์จากตารางที่ 1)

แบบที่ 1 ระบบที่ใช้กับแบตเตอรี่ 48 Vdc

รูปที่ 11

ตัวอย่างของการเลือกเครื่องควบคุมการประจุกระแสไฟฟ้าพร้อมด้วย MPPT สำหรับ ระบบพลังงานแสงอาทิตย์ชนิดติดตั้งอิสระ ขนาด 800 Wp โดยใช้แผงเซลล์แสงอาทิตย์ Bangkok Solar BS 40 40 Wp 20 แผงต่อแบบอนุกรม 2 แผง 10 แถว

สิ่งที่ควรพิจารณามีดังต่อไปนี้

• SPT-XXYY (XX เป็นค่าแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ในสภาวะปกติ, YY เป็นค่ากระแสไฟฟ้าที่ประจุได้สูงสุด)
• หาค่าแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ในสภาวะปกติที่เครื่องควบคุมการประจุกระแสไฟฟ้าจะทำการประจุ และให้เป็นค่า XX = 48
• หาค่ากำลังผลิตสูงสุด (Wp) ของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ และ
  • เลือกค่าที่เหมาะสมของกระแสไฟฟ้าที่ประจุได้ (CC) = (800 Wp) / 12 = 16.67 A
  • หาค่า YY โดยคูณค่า CC ด้วยค่า safety factor (ตามข้อกำหนดของ NEC) = (16.67) x 1.2 = 20 A
  • เลือกเครื่องควบคุมการประจุกระแสไฟฟ้า SOLARCON SPT-series ที่ครอบคลุมค่า YY นั่นคือ SOLARCON SPT-4820
• ตรวจสอบให้แน่ใจว่า ค่าแรงดันไฟฟ้าที่กำลังไฟฟ้าสูงสุดของระบบ (Vpm_{(ระบบ)}) อยู่ในช่วงที่ SPT-XXYY สามารถควบคุมได้ (ช่วงแรงดันไฟฟ้าของ MPPT; MPPT voltage range)
  • ถ้าแผงเซลล์แสงอาทิตย์ต่อแบบอนุกรม ต้องตรวจสอบว่า Vpm_{(ระบบ)} = Vpm_(แผง) x จำนวนแผงที่ต่อแบบอนุกรม
    Vpm_{(ระบบ)} = 44.8 x 2 = 89.6 Vdc
    (ช่วงแรงดันไฟฟ้าของ MPPT; MPPT voltage range = 65-108 Vdc)
  • ถ้าแผงเซลล์แสงอาทิตย์ต่อแบบขนาน ต้องตรวจสอบว่า Vpm_{(ระบบ)} = Vpm_(แผง)
• ตรวจสอบให้แน่ใจว่า ค่าแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดของระบบ (Voc_{(ระบบ)}) ไม่มากกว่าอัตราของ SPT-XXYY (แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดสูงสุด; Maximum open circuit voltage)
  • ถ้าแผงเซลล์แสงอาทิตย์ต่อแบบอนุกรม ต้องตรวจสอบว่า Voc_{(ระบบ)} = Voc_(แผง) x จำนวนแผงที่ต่อแบบอนุกรมVoc_{(ระบบ)} = 62.2 x 2 = 124.4 Vdc
    (แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดสูงสุด; Maximum open circuit voltage = 200 Vdc)
  • ถ้าแผงเซลล์แสงอาทิตย์ต่อแบบขนาน ต้องตรวจสอบว่า Voc_{(ระบบ)} = Voc_(แผง)

แบบที่ 2 ระบบที่ใช้กับแบตเตอรี่ 24 Vdc

รูปที่ 12

ตัวอย่างของการเลือกเครื่องควบคุมการประจุกระแสไฟฟ้าพร้อมด้วย MPPT สำหรับ ระบบพลังงานแสงอาทิตย์ชนิดติดตั้งอิสระ ขนาด 800 Wp โดยใช้แผงเซลล์แสงอาทิตย์ Bangkok Solar BS 40 40 Wp 20 แผงต่อแบบขนาน 2 แถวๆ ละ 10 แผง

สิ่งที่ควรพิจารณามีดังต่อไปนี้

• SPT-XXYY (XX เป็นค่าแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ในสภาวะปกติ, YY เป็นค่ากระแสไฟฟ้าที่ประจุได้สูงสุด)
• หาค่าแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ในสภาวะปกติที่เครื่องควบคุมการประจุกระแสไฟฟ้าจะทำการประจุ และให้เป็นค่า XX = 24
• หาค่ากำลังผลิตสูงสุด (Wp) ของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ และ
  • เลือกค่าที่เหมาะสมของกระแสไฟฟ้าที่ประจุได้ (CC) = (800 Wp) / 24 = 33.33 A
  • หาค่า YY โดยคูณค่า CC ด้วยค่า safety factor (ตามข้อกำหนดของ NEC) = (33.33) x 1.2 = 40 A
  • เลือกเครื่องควบคุมการประจุกระแสไฟฟ้า SOLARCON SPT-series ที่ครอบคลุมค่า YY นั่นคือ SOLARCON SPT-2420 จำนวน 2 เครื่อง
• ตรวจสอบให้แน่ใจว่า ค่าแรงดันไฟฟ้าที่กำลังไฟฟ้าสูงสุดของระบบ (Vpm_{(ระบบ)}) อยู่ในช่วงที่ SPT-XXYY สามารถควบคุมได้ (ช่วงแรงดันไฟฟ้าของ MPPT; MPPT voltage range)
  • ถ้าแผงเซลล์แสงอาทิตย์ต่อแบบอนุกรม ต้องตรวจสอบว่า Vpm_{(ระบบ)} = Vpm_(แผง) x จำนวนแผงที่ต่อแบบอนุกรม
  • ถ้าแผงเซลล์แสงอาทิตย์ต่อแบบขนาน ต้องตรวจสอบว่า Vpm_{(ระบบ)} = Vpm_(แผง) = 44.8 Vdc
    (ช่วงแรงดันไฟฟ้าของ MPPT; MPPT voltage range = 26-96 Vdc)
• ตรวจสอบให้แน่ใจว่า ค่าแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดของระบบ (Voc_{(ระบบ)}) ไม่มากกว่าอัตราของ SPT-XXYY (แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดสูงสุด; Maximum open circuit voltage)
  • ถ้าแผงเซลล์แสงอาทิตย์ต่อแบบอนุกรม ต้องตรวจสอบว่า Voc_{(ระบบ)} = Voc_(แผง) x จำนวนแผงที่ต่อแบบอนุกรม
  • ถ้าแผงเซลล์แสงอาทิตย์ต่อแบบขนาน ต้องตรวจสอบว่า Voc_{(ระบบ)} = Voc_(แผง) = 62.2 Vdc
    (แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดสูงสุด; Maximum open circuit voltage = 100 Vdc)

การกำหนดคุณสมบัติของระบบที่ใช้เครื่องควบคุมการประจุกระแสไฟฟ้าพร้อมด้วย MPPT

การกำหนดคุณสมบัติของระบบที่ใช้เครื่องควบคุมการประจุกระแสไฟฟ้าพร้อมด้วย MPPT รูปที่ 7 คุณสมบัติทั่วไปของระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์           ที่ใช้เครื่องควบคุมการประจุกระแสไฟฟ้าพร้อมด้วย MPPT

MAXIMUM POWER POINT TRACKING (MPPT) SOLAR CHARGE CONTROLLER WITH DC LOAD CONTROL AND TIMER ควบคุมการทำงานด้วยไมโครโปรเซสเซอร์ ตัวปรับระดับแรงดันไฟฟ้าแบบ Buck ระบบ MPPT (Maximum Power Point Tracking) ที่ช่วยให้ผลิตพลังงานไฟฟ้าจากแผงเซลล์แสงอาทิตย์ได้สูงสุด เครื่องควบคุมการประจุกระแสไฟฟ้าพร้อมการควบคุมอุปกรณ์ไฟฟ้ากระแสตรง (DC load) ระบบป้องกันการต่อสายไฟกลับขั้วทั้งแผงเซลล์แสงอาทิตย์และแบตเตอรี่ ระบบป้องกันการประจุไฟเกินพิกัด/คายประจุเกินพิกัด ระบบชดเชยระดับแรงดันประจุแบตเตอรี่ตามอุณหภูมิ (-3 ถึง -7mV/ Cell/ Celsius) ระบบป้องกันแรงดันสูงชั่วขณะจากฟ้าผ่า (TVSS) ระบบประจุไฟฟ้าแบบ 3 ขั้นตอน เพื่อให้ประจุแบตเตอรี่ได้เต็มเร็วขึ้น โดยไม่ทำให้แบตเตอรี่เสียหาย มีระบบระบายความร้อนอัตโนมัติ (ภายนอกตัวเครื่อง) ตั้งเวลาเปิด-ปิดอุปกรณ์ไฟฟ้ากระแสตรง (DC load) ได้ 5 แบบ (option)

ตารางที่ 5 ข้อกำหนด (Specification) ของเครื่องควบคุมการประจุกระแสไฟฟ้าพร้อมด้วย MPPT SOLARCON SPT-series

การเลือกเครื่องควบคุมการประจุกระแสไฟฟ้าพร้อมด้วย MPPT

เครื่องควบคุมการประจุกระแสไฟฟ้าพร้อมด้วย MPPT

เครื่องควบคุมการประจุกระแสไฟฟ้าพร้อมด้วย MPPT เครื่องควบคุมการประจุกระแสไฟฟ้าพร้อมด้วย MPPT ถือเป็นเครื่องควบคุมการประจุกระแสไฟฟ้าที่ประกอบไปด้วยอุปกรณ์ควบคุมอิเลคทรอนิคส์ที่ได้รับการออกแบบให้ควบคุมการทำงานด้วยไมโครโปรเซสเซอร์ ซึ่งบรรจุระบบ MPPT ไว้เพื่อทำการเพิ่มปริมาณกระแสไฟฟ้าที่จะประจุแบตเตอรี่จากแผงเซลล์แสงอาทิตย์ เครื่องควบคุมการประจุกระแสไฟฟ้าพร้อมด้วย MPPT ทำหน้าที่เป็นตัวปรับระดับแรงดันไฟฟ้า DC-DC โดยการใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติของแผงเซลล์แสงอาทิตย์และแบตเตอรี่ เพื่อให้สามารถแปลงกำลังไฟฟ้าจากแผงเซลล์แสงอาทิตย์ได้สูงสุดและประจุแบตเตอรี่อย่างปลอดภัย ตัวปรับระดับแรงดันไฟฟ้า แบ่งออกเป็น 2 ชนิด Boost regulator; แรงดันไฟฟ้าขาเข้าของแผงเซลล์แสงอาทิตย์จะต่ำกว่าแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ในระบบ Buck regulator; แรงดันไฟฟ้าขาเข้าของแผงเซลล์แสงอาทิตย์จะสูงกว่าแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ในระบบ ระบบ MPPT สามารถนำไปใช้ได้กับตัวปรับระดับแรงดันไฟฟ้าทั้ง 2 ชนิด ขึ้นอยู่กับการออกแบบระบบ โดยทั่วไป ระบบที่ใช้แบตเตอรี่ที่แรงดันไฟฟ้าต่ำกว่าหรือเท่ากับ 48 โวลต์ จะใช้ Buck regulator สำหรับระบบที่ใช้แบตเตอรี่ที่แรงดันไฟฟ้าสูงกว่า 48 โวลต์ จะใช้ Boost regulator

คุณลักษณะเด่นของเครื่องควบคุมการประจุกระแสไฟฟ้าพร้อมด้วย MPPT ในการใช้งานใดๆ ที่ใช้แผงเซลล์แสงอาทิตย์เป็นแหล่งพลังงาน เครื่องควบคุมการประจุกระแสไฟฟ้าพร้อมด้วย MPPT จะถูกนำไปใช้สำหรับตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางไฟฟ้าของเซลล์แสงอาทิตย์ โดยใช้ I-V curve ถือเป็นความจำเป็นอย่างยิ่งสำหรับระบบที่ต้องการให้ได้กำลังไฟฟ้าจากแผงเซลล์แสงอาทิตย์สูงสุด ควรมีการนำเครื่องควบคุมการประจุกระแสไฟฟ้าพร้อมด้วย MPPT ไปใช้ เพื่อให้แผงเซลล์แสงอาทิตย์ทำงานที่แรงดันไฟฟ้าเข้าใกล้จุดผลิตกำลังไฟฟ้าสูงสุด เครื่องควบคุมการประจุกระแสไฟฟ้าพร้อมด้วย MPPT ช่วยให้ผู้ใช้งานสามารถใช้แผงเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีแรงดันไฟฟ้าขาออกสูงกว่าแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ได้ เช่น กรณีที่มีการติดตั้งเครื่องควบคุมการประจุกระแสไฟฟ้าและแบตเตอรี่ห่างจากแผงเซลล์แสงอาทิตย์มาก ทำให้สายไฟที่ใช้ต้องมีขนาดใหญ่มากเพื่อลดแรงดันไฟฟ้าตก หากนำเครื่องควบคุมการประจุกระแสไฟฟ้าพร้อมด้วย MPPT ไปใช้ในระบบ จะสามารถต่อสายไฟของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ที่แรงดันไฟฟ้า 24 หรือ 48 โวลต์ได้ (ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับเครื่องควบคุมการประจุกระแสไฟฟ้าและแบตเตอรี่) และลำเลียงกำลังไฟฟ้าไปสู่แบตเตอรี่ขนาด 12 หรือ 24 โวลต์ นั่นหมายความว่า ลดขนาดของสายไฟที่ต้องใช้ลง ในขณะที่แผงเซลล์แสงอาทิตย์ยังคงให้กำลังไฟฟ้าขาออกอย่างเต็มที่ ซึ่งจะช่วยประหยัดค่าใช้จ่ายของสายไฟได้มากทีเดียว เครื่องควบคุมการประจุกระแสไฟฟ้าพร้อมด้วย MPPT สามารถช่วยลดความซับซ้อนของระบบได้ ในขณะที่เอาท์พุตของระบบมีประสิทธิภาพสูง นอกจากนี้ ยังสามารถนำไปดัดแปลงใช้งานกับแหล่งพลังงานได้หลากหลายมากขึ้น ทั้งนี้เป็นเพราะกำลังไฟฟ้าขาออกของแผงเซลล์แสงอาทิตย์จะถูกนำไปใช้ในการควบคุมตัวปรับระดับแรงดันไฟฟ้า DC-DC โดยตรงนั่นเอง เครื่องควบคุมการประจุกระแสไฟฟ้าพร้อมด้วย MPPT สามารถนำไปประยุกต์ใช้กับแหล่งพลังงานทดแทนอื่นๆ ได้ เช่น กังหันน้ำขนาดเล็ก และกังหันลม ฯลฯ

ความหมายของ Maximum Power Point Tracking

ความหมายของ Maximum Power Point Tracking

Maximum Power Point Tracking หรือ MPPT หมายถึง ขั้นตอนวิธี (algorithm) ที่ถูกรวมเข้าไว้ในอุปกรณ์ควบคุมอิเลคทรอนิคส์ ซึ่งใช้ในการทำให้แผงเซลล์แสงอาทิตย์สามารถผลิตกำลังไฟฟ้าให้ได้สูงสุด (maximum power) ทั้งนี้ กำลังไฟฟ้าสูงสุดจะเปลี่ยนแปลงไปตามการเปลี่ยนแปลงของค่าพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น ความเข้มของแสงอาทิตย์ (Solar radiation), อุณหภูมิสภาพแวดล้อม (Ambient temperature) และอุณหภูมิของเซลล์แสงอาทิตย์ (Solar cell temperature) ระบบ MPPT ได้รับการออกแบบให้ใช้ไมโครโปรเซสเซอร์สำหรับทำการตรวจสอบกำลังไฟฟ้าขาออกของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ตลอดเวลา เพื่อให้ได้ค่ากำลังผลิตสูงสุดในแต่ละเวลาตามค่าความเข้มของแสงอาทิตย์ที่ได้รับ ในรูปของกระแสไฟฟ้าและแรงดันไฟฟ้า
ด้วยขั้นตอนวิธีของ MPPT ที่จะทำให้ได้กำลังไฟฟ้ามากขึ้น หากตรวจสอบพบว่า กลุ่มแผงเซลล์แสงอาทิตย์ใดให้ค่าแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าขาออกสูงกว่า จะย้ายจุดควบคุมไปยังแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าขาออกของกลุ่มแผงเซลล์แสงอาทิตย์นั้น

รูปที่ 1	กำลังผลิตสูงสุดของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ ที่ความเข้มแสง 1,000 วัตต์/ตารางเมตร แสดงโดยใช้ I-V curve
ที่มา:	ค่าพารามิเตอร์วัดจากโปรแกรม IVTracer โดย Sandia National Laboratories

รูปที่ 2	กำลังผลิตสูงสุดของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ ที่ความเข้มแสง 100 วัตต์/ตารางเมตร แสดงโดยใช้ I-V curve
ที่มา:	ค่าพารามิเตอร์วัดจากโปรแกรม IVTracer โดย Sandia National Laboratories

จากกราฟรูปที่ 1 และ 2 จะพบว่า ที่ความเข้มของแสงอาทิตย์แตกต่างกัน แผงเซลล์แสงอาทิตย์จะให้ค่าพารามิเตอร์ที่เปลี่ยนไปด้วย ได้แก่

(1) กำลังไฟฟ้าสูงสุด (Maximum power; Pm)
(2) แรงดันไฟฟ้าที่กำลังไฟฟ้าสูงสุด (Maximum power voltage; Vpm)
(3) แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด (Open circuit voltage; Voc)
(4) กระแสไฟฟ้าที่กำลังไฟฟ้าสูงสุด (Maximum power current; Ipm)
(5) กระแสไฟฟ้าลัดวงจร (Short circuit current; Isc)

 

หลักการทำงานของ Maximum Power Point Tracking

หลักการสำคัญของระบบ MPPT คือ ดึงกำลังไฟฟ้าจากแผงเซลล์แสงอาทิตย์ให้ได้มากที่สุด โดยการทำให้แผงเซลล์แสงอาทิตย์ทำงานที่แรงดันไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพสูงที่สุด กล่าวคือ
MPPT ทำงานโดยการตรวจสอบที่เอาท์พุตของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ และเปรียบเทียบกับแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ในระบบ จากนั้นกำหนดค่ากำลังไฟฟ้าสูงสุดที่แผงเซลล์แสงอาทิตย์สามารถจ่ายออกเพื่อทำการประจุลงในแบตเตอรี่ และทำการแปลงเป็นแรงดันไฟฟ้าสูงสุดเพื่อให้ได้กระแสไฟฟ้าสูงสุดในการประจุแบตเตอรี่ นอกจากนี้ ยังสามารถจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับอุปกรณ์ไฟฟ้ากระแสตรง (DC load) ที่ต่อโดยตรงกับแบตเตอรี่ได้อีกด้วย

ระบบ MPPT มีประสิทธิภาพสูงหากทำงานภายใต้สภาวะเหล่านี้

1. สภาวะอากาศเย็นหรือฤดูหนาว โดยปกติ แผงเซลล์แสงอาทิตย์จะทำงานได้ดีที่อุณหภูมิต่ำ ถึงแม้ในช่วงฤดูหนาวที่มีอากาศเย็น จะมีช่วงเวลาการตกกระทบของแสงอาทิตย์ (Sun hours) น้อย หากมีการติดตั้งอุปกรณ์ที่ประกอบด้วยระบบ MPPT จะทำให้เกิดการผลิตกำลังไฟฟ้าสูงสุดมากยิ่งขึ้นไปอีก แต่จะมีการสูญเสียพลังงานน้อยมาก
2. สภาวะที่มีการประจุแบตเตอรี่ต่ำ เนื่องจากยิ่งมีอัตราการประจุแบตเตอรี่ต่ำ จะทำให้กระแสไฟฟ้าเข้าสู่ระบบ MPPT มากขึ้น

ความรู้เกี่ยวกับเซลล์แสงอาทิตย์

ความรู้เกี่ยวกับเซลล์แสงอาทิตย์

ความหมายของ Solar Cell หรือ PV Solar Cell หรือ PV มีชื่อเรียกกันไปหลายอย่าง เช่น เซลล์แสงอาทิตย์ เซลล์สุริยะ หรือเซลล์ photovoltaic ซึ่งต่างก็มีที่มาจากคำว่า Photovoltaic โดยแยกออกเป็น photo หมายถึง แสง และ volt หมายถึง แรงดันไฟฟ้า เมื่อรวมคำแล้วหมายถึง กระบวนการผลิตไฟฟ้าจากการตกกระทบของแสงบนวัตถุที่มีความสามารถในการเปลี่ยนพลังงานแสงเป็นพลังงานไฟฟ้าได้โดยตรง แนวความคิดนี้ได้ถูกค้นพบมาตั้งแต่ ปี ค.ศ. 1839 แต่เซลล์แสงอาทิตย์ก็ยังไม่ถูกสร้างขึ้นมา จนกระทั่งใน ปี ค.ศ. 1954 จึงมีการประดิษฐ์เซลล์แสงอาทิตย์ และได้ถูกนำไปใช้เป็นแหล่งจ่ายพลังงานให้กับดาวเทียมในอวกาศ เมื่อ ปี ค.ศ. 1959 ดังนั้น สรุปได้ว่า เซลล์แสงอาทิตย์ คือ สิ่งประดิษฐ์ที่ทำจากสารกึ่งตัวนำ เช่น ซิลิคอน (Silicon), แกลเลี่ยม อาร์เซไนด์ (Gallium Arsenide), อินเดียม ฟอสไฟด์ (Indium Phosphide), แคดเมียม เทลเลอไรด์ (Cadmium Telluride) และคอปเปอร์ อินเดียม ไดเซเลไนด์ (Copper Indium Diselenide) เป็นต้น ซึ่งเมื่อได้รับแสงอาทิตย์โดยตรงก็จะเปลี่ยนเป็นพาหะนำไฟฟ้า และจะถูกแยกเป็นประจุไฟฟ้าบวกและลบเพื่อให้เกิดแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วทั้งสองของเซลล์แสงอาทิตย์ เมื่อนำขั้วไฟฟ้าของเซลล์แสงอาทิตย์ต่อเข้ากับอุปกรณ์ไฟฟ้ากระแสตรง กระแสไฟฟ้าจะไหลเข้าสู่อุปกรณ์เหล่านั้น ทำให้สามารถทำงานได้

ชนิดของเซลล์แสงอาทิตย์ แบ่งตามวัสดุที่ใช้เป็น 3 ชนิดหลักๆ คือ Single Crystalline Silicon Solar Cell Polycrystalline Silicon Solar Cell Amorphous Silicon Solar Cell เซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากซิลิคอน ชนิดผลึกเดี่ยว (Single Crystalline Silicon Solar Cell) หรือที่รู้จักกันในชื่อ Monocrystalline Silicon Solar Cell และชนิดผลึกรวม (Polycrystalline Silicon Solar Cell) ลักษณะเป็นแผ่นซิลิคอนแข็งและบางมาก เซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากอะมอร์ฟัสซิลิคอน (Amorphous Silicon Solar Cell) ลักษณะเป็นฟิล์มบางเพียง 0.5 ไมครอน (0.0005 มม.) น้ำหนักเบามาก และประสิทธิภาพเพียง 5-10% เซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากสารกึ่งตัวนำอื่นๆ เช่น แกลเลี่ยม อาร์เซไนด์, แคดเมียม เทลเลอไรด์ และคอปเปอร์ อินเดียม ไดเซเลไนด์ เป็นต้น มีทั้งชนิดผลึกเดี่ยว (Single Crystalline) และผลึกรวม (Polycrystalline) เซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากแกลเลี่ยม อาร์เซไนด์ จะให้ประสิทธิภาพสูงถึง 20-25% โครงสร้างของเซลล์แสงอาทิตย์ โครงสร้างที่นิยมมากที่สุด ได้แก่ รอยต่อพีเอ็นของสารกึ่งตัวนำ สารกึ่งตัวนำที่ราคาถูกที่สุดและมีมากที่สุดบนโลก คือ ซิลิคอน จึงถูกนำมาสร้างเซลล์แสงอาทิตย์ โดยนำซิลิคอนมาถลุง และผ่านขั้นตอนการทำให้บริสุทธิ์ จนกระทั่งทำให้เป็นผลึก จากนั้นนำมาผ่านกระบวนการแพร่ซึมสารเจือปนเพื่อสร้างรอยต่อพีเอ็น โดยเมื่อเติมสารเจือฟอสฟอรัส จะเป็นสารกึ่งตัวนำชนิดเอ็น (เพราะนำไฟฟ้าด้วยอิเล็กตรอนซึ่งมีประจุลบ) และเมื่อเติมสารเจือโบรอน จะเป็นสารกึ่งตัวนำชนิดพี (เพราะนำไฟฟ้าด้วยโฮลซึ่งมีประจุบวก) ดังนั้น เมื่อนำสารกึ่งตัวนำชนิดพีและเอ็นมาต่อกัน จะเกิดรอยต่อพีเอ็นขึ้น โครงสร้างของเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดซิลิคอน อาจมีรูปร่างเป็นแผ่นวงกลมหรือสี่เหลี่ยมจัตุรัส ความหนา 200-400 ไมครอน (0.2-0.4 มม.) ผิวด้านรับแสงจะมีชั้นแพร่ซึมที่มีการนำไฟฟ้า ขั้วไฟฟ้าด้านหน้าที่รับแสงจะมีลักษณะคล้ายก้างปลาเพื่อให้ได้พื้นที่รับแสงมากที่สุด ส่วนขั้วไฟฟ้าด้านหลังเป็นขั้วโลหะเต็มพื้นผิว หลักการทำงานทั่วไปของเซลล์แสงอาทิตย์ เมื่อมีแสงอาทิตย์ตกกระทบเซลล์แสงอาทิตย์ จะเกิดการสร้างพาหะนำไฟฟ้าประจุลบและบวกขึ้น ได้แก่ อิเล็กตรอนและ โฮล โครงสร้างรอยต่อพีเอ็นจะทำหน้าที่สร้างสนามไฟฟ้าภายในเซลล์ เพื่อแยกพาหะนำไฟฟ้าชนิดอิเล็กตรอนไปที่ขั้วลบ และพาหะนำไฟฟ้าชนิดโฮลไปที่ขั้วบวก (ปกติที่ฐานจะใช้สารกึ่งตัวนำชนิดพี ขั้วไฟฟ้าด้านหลังจึงเป็นขั้วบวก ส่วนด้านรับแสงใช้สารกึ่งตัวนำชนิดเอ็น ขั้วไฟฟ้าจึงเป็นขั้วลบ) ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าแบบกระแสตรงที่ขั้วไฟฟ้าทั้งสอง เมื่อต่อให้ครบวงจรไฟฟ้าจะเกิดกระแสไฟฟ้าไหลขึ้น ตัวอย่าง เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดซิลิคอนที่มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 4 นิ้ว จะให้กระแสไฟฟ้าประมาณ 2-3 แอมแปร์ และให้แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดประมาณ 0.6 โวลต์ เนื่องจากกระแสไฟฟ้าที่ได้จากเซลล์แสงอาทิตย์ไม่มากนัก ดังนั้นเพื่อให้ได้กำลังไฟฟ้ามากเพียงพอสำหรับใช้งาน จึงมีการนำเซลล์แสงอาทิตย์หลายๆ เซลล์มาต่อกันเป็น เรียกว่า แผงเซลล์แสงอาทิตย์ (Solar Modules) ลักษณะการต่อแผงเซลล์แสงอาทิตย์ขึ้นอยู่ว่าต้องการกระแสไฟฟ้าหรือแรงดันไฟฟ้า การต่อแผงเซลล์แสงอาทิตย์แบบขนาน จะทำให้ได้กระแสไฟฟ้าเพิ่มมากขึ้น การต่อแผงเซลล์แสงอาทิตย์แบบอนุกรม จะทำให้ได้แรงดันไฟฟ้าสูงขึ้น ขั้นตอนการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ เซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากซิลิคอนชนิดผลึกเดี่ยว (Single Crystal) หรือ Monocrystalline มีขั้นตอนการผลิต ดังนี้ นำซิลิคอนที่ถลุงได้มาหลอมเป็นของเหลวที่อุณหภูมิประมาณ 1400 °C แล้วดึงผลึกออกจากของเหลว โดยลดอุณหภูมิลงอย่างช้าๆ จนได้แท่งผลึกซิลิคอนเป็นของแข็ง แล้วนำมาตัดเป็นแว่นๆ นำผลึกซิลิคอนที่เป็นแว่น มาแพร่ซึมด้วยสารเจือปนต่างๆ เพื่อสร้างรอยต่อพีเอ็นภายในเตาแพร่ซึมที่มีอุณหภูมิประมาณ 900-1000 °C แล้วนำไปทำชั้นต้านการสะท้อนแสงด้วยเตาออกซิเดชั่นที่มีอุณหภูมิสูง ทำขั้วไฟฟ้าสองด้านด้วยการฉาบไอโลหะภายใต้สุญญากาศ เมื่อเสร็จเรียบร้อยแล้วจะต้องนำไปทดสอบประสิทธิภาพด้วยแสงอาทิตย์เทียม และวัดหาคุณสมบัติทางไฟฟ้า เซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากซิลิคอนชนิดผลึกรวม (Polycrystalline) มีขั้นตอนการผลิต ดังนี้ นำซิลิคอนที่ถลุงและหลอมละลายเป็นของเหลวแล้วมาเทลงในแบบพิมพ์ เมื่อซิลิคอนแข็งตัว จะได้เป็นแท่งซิลิคอนเป็นแบบผลึกรวม แล้วนำมาตัดเป็นแว่นๆ จากนั้นนำมาแพร่ซึมด้วยสารเจือปนต่างๆ และทำขั้วไฟฟ้าสองด้านด้วยวิธีการเช่นเดียวกับที่สร้างเซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากซิลิคอนชนิดผลึกเดี่ยว เซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากที่ทำจากอะมอร์ฟัสซิลิคอน มีขั้นตอนการผลิต ดังนี้ ทำการแยกสลายก๊าซไซเลน (Silane Gas) ให้เป็นอะมอร์ฟัสซิลิคอน โดยใช้อุปกรณ์ที่เรียกว่า เครื่อง Plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) เป็นการผ่านก๊าซไซเลนเข้าไปในครอบแก้วที่มีขั้วไฟฟ้าความถี่สูง จะทำให้ก๊าซแยกสลายเกิดเป็นพลาสมา และอะตอมของซิลิคอนจะตกลงบนฐานหรือสแตนเลสสตีลที่วางอยู่ในครอบแก้ว เกิดเป็นฟิล์มบางขนาดไม่เกิน 1 ไมครอน (0.001 มม.) ขณะที่แยกสลายก๊าซไซเลน จะผสมก๊าซฟอสฟีนและไดโบเรนเข้าไปเป็นสารเจือปน เพื่อสร้างรอยต่อพีเอ็นสำหรับใช้เป็นโครงสร้างของเซลล์แสงอาทิตย์ การทำขั้วไฟฟ้า มักใช้ขั้วไฟฟ้าโปร่งแสงที่ทำจาก ITO (Indium Tin Oxide) เซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากแกลเลี่ยม อาร์เซไนด์ มีขั้นตอนการผลิต ดังนี้ ขั้นตอนการปลูกชั้นผลึก ใช้เครื่องมือ คือ เตาปลูกชั้นผลึกจากสถานะของเหลว (LPE; Liquid Phase Epitaxy) ขั้นตอนการปลูกชั้นผลึกที่เป็นรอยต่อเอ็นพี ใช้เครื่องมือ คือ เครื่องปลูกชั้นผลึกด้วยลำโมเลกุล (MBE; Molecular Beam Epitaxy) ลักษณะเด่นของเซลล์แสงอาทิตย์ ใช้พลังงานจากธรรมชาติ คือ แสงอาทิตย์ ซึ่งสะอาดและบริสุทธิ์ ไม่ก่อปฏิกิริยาที่จะทำให้สิ่งแวดล้อมเป็นพิษ เป็นการนำพลังงานจากแหล่งธรรมชาติมาใช้อย่างคุ้มค่าและไม่มีวันหมดไปจากโลกนี้ สามารถนำไปใช้เพื่อผลิตพลังงานไฟฟ้าได้ทุกพื้นที่บนโลก และได้พลังงานไฟฟ้าใช้โดยตรง ไม่ต้องใช้เชื้อเพลิงอื่นใดนอกจากแสงอาทิตย์ รวมถึงไม่มีการเผาไหม้ จึงไม่ก่อให้เกิดมลภาวะด้านอากาศและน้ำ ไม่เกิดของเสียขณะใช้งาน จึงไม่มีการปล่อยมลพิษทำลายสิ่งแวดล้อม ไม่เกิดเสียงและไม่มีการเคลื่อนไหวขณะใช้งาน จึงไม่เกิดมลภาวะด้านเสียง เป็นอุปกรณ์ที่ติดตั้งอยู่กับที่ และไม่มีชิ้นส่วนใดที่มีการเคลื่อนไหวขณะทำงาน จึงไม่เกิดการสึกหรอ ต้องการการบำรุงรักษาน้อยมาก อายุการใช้งานยืนยาวและประสิทธิภาพคงที่ มีน้ำหนักเบา ติดตั้งง่าย เคลื่อนย้ายสะดวกและรวดเร็ว เนื่องจากมีลักษณะเป็นโมดูล จึงสามารถประกอบได้ตามขนาดที่ต้องการ ช่วยลดปัญหาการสะสมของก๊าซต่างๆ ในบรรยากาศ เช่น คาร์บอนมอนอกไซด์, ซัลเฟอร์ไดออกไซด์, ไฮโดรคาร์บอน และก๊าซไนโตรเจนออกไซด์ ฯลฯ ซึ่งเป็นผลจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงจำพวกน้ำมัน ถ่านหิน และก๊าซธรรมชาติ ล้วนแล้วแต่ส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม เกิดปฏิกิริยาเรือนกระจก ทำให้โลกร้อนขึ้น เกิดฝนกรด และอากาศเป็นพิษ ฯลฯ อุปกรณ์สำคัญของระบบการผลิตกระแสไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์ เซลล์แสงอาทิตย์ผลิตไฟฟ้ากระแสตรง จึงนำกระแสไฟฟ้าไปใช้ได้เฉพาะกับอุปกรณ์ไฟฟ้ากระแสตรงเท่านั้น หากต้องการนำไปใช้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้ไฟฟ้ากระแสสลับหรือเก็บสะสมพลังงานไว้ใช้ต่อไป จะต้องใช้ร่วมกับอุปกรณ์อื่นๆ อีก โดยรวมเข้าเป็นระบบที่ผลิตกระแสไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์ อุปกรณ์สำคัญๆ มีดังนี้ แผงเซลล์แสงอาทิตย์ (Solar Module) ทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานไฟฟ้า ซึ่งเป็นไฟฟ้ากระแสตรงและมีหน่วยเป็นวัตต์ (Watt) มีการนำแผงเซลล์แสงอาทิตย์หลายๆ เซลล์มาต่อกันเป็นแถวหรือเป็นชุด (Solar Array) เพื่อให้ได้พลังงานไฟฟ้าใช้งานตามที่ต้องการ โดยการต่อกันแบบอนุกรม จะเพิ่มแรงดันไฟฟ้า และการต่อกันแบบขนาน จะเพิ่มพลังงานไฟฟ้า หากสถานที่ตั้งทางภูมิศาสตร์แตกต่างกัน ก็จะมีผลให้ปริมาณของค่าเฉลี่ยพลังงานสูงสุดในหนึ่งวันไม่เท่ากันด้วย รวมถึงอุณหภูมิก็มีผลต่อการผลิตพลังงานไฟฟ้า หากอุณหภูมิสูงขึ้น การผลิตพลังงานไฟฟ้าจะลดลง เครื่องควบคุมการประจุ (Charge Controller) ทำหน้าที่ประจุกระแสไฟฟ้าที่ผลิตได้จากแผงเซลล์แสงอาทิตย์เข้าสู่แบตเตอรี่ และควบคุมการประจุกระแสไฟฟ้าให้มีปริมาณเหมาะสมกับแบตเตอรี่ เพื่อยืดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ รวมถึงการจ่ายกระแสไฟฟ้าออกจากแบตเตอรี่ด้วย ดังนั้น การทำงานของเครื่องควบคุมการประจุ คือ เมื่อประจุกระแสไฟฟ้าเข้าสู่แบตเตอรี่จนเต็มแล้ว จะหยุดหรือลดการประจุกระแสไฟฟ้า (และมักจะมีคุณสมบัติในการตัดการจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับอุปกรณ์ไฟฟ้า กรณีแรงดันของแบตเตอรี่ลดลงด้วย) ระบบพลังงานแสงอาทิตย์จะใช้เครื่องควบคุมการประจุกระแสไฟฟ้าในกรณีที่มีการเก็บพลังงานไฟฟ้าไว้ในแบตเตอรี่เท่านั้น แบตเตอรี่ (Battery) ทำหน้าที่เป็นตัวเก็บพลังงานไฟฟ้าที่ผลิตได้จากแผงเซลล์แสงอาทิตย์ไว้ใช้เวลาที่ต้องการ เช่น เวลาที่ไม่มีแสงอาทิตย์ เวลากลางคืน หรือนำไปประยุกต์ใช้งานอื่นๆ แบตเตอรี่มีหลายชนิดและหลายขนาดให้เลือกใช้งานตามความเหมาะสม เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้า (Inverter) ทำหน้าที่แปลงพลังงานไฟฟ้าจากกระแสตรง (DC) ที่ผลิตได้จากแผงเซลล์แสงอาทิตย์ ให้เป็นพลังงานไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) เพื่อให้สามารถใช้ได้กับอุปกรณ์ไฟฟ้ากระแสสลับ แบ่งเป็น 2 ชนิด คือ Sine Wave Inverter ใช้ได้กับอุปกรณ์ไฟฟ้ากระแสสลับทุกชนิด และ Modified Sine Wave Inverter ใช้ได้กับอุปกรณ์ไฟฟ้ากระแสสลับที่ไม่มีส่วนประกอบของมอเตอร์และหลอดฟลูออเรสเซนต์ที่เป็น Electronic ballast ระบบป้องกันฟ้าผ่า (Lightning Protection) ทำหน้าที่ป้องกันความเสียหายที่เกิดกับอุปกรณ์ไฟฟ้าเมื่อฟ้าผ่า หรือเกิดการเหนี่ยวนำทำให้ความต่างศักย์สูง ในระบบทั่วไปมักไม่ใช้อุปกรณ์นี้ จะใช้สำหรับระบบขนาดใหญ่และมีความสำคัญเท่านั้น รวมถึงต้องมีระบบสายดินที่มีประสิทธิภาพด้วย การประยุกต์ใช้งานเซลล์แสงอาทิตย์ในด้านต่างๆ การนำพลังงานแสงอาทิตย์ซึ่งเป็นพลังงานจากธรรมชาติมาทดแทนพลังงานรูปแบบอื่นๆ ได้รับความสนใจและเป็นที่นิยมมากขึ้น สามารถนำมาใช้ให้เกิดประโยชน์อย่างมากมายในการดำรงชีวิต รวมถึงไม่เป็นการทำลายสิ่งแวดล้อม เช่น บ้านพักอาศัย ระบบแสงสว่างภายในบ้าน, ระบบแสงสว่างนอกบ้าน (ไฟสนาม, ไฟโรงจอดรถ และโคมไฟรั้วบ้าน ฯลฯ), อุปกรณ์ไฟฟ้าชนิดต่างๆ , ระบบเปิด-ปิดประตูบ้าน, ระบบรักษาความปลอดภัย, ระบบระบายอากาศ, เครื่องสูบน้ำ, เครื่องกรองน้ำ และไฟสำรองยามฉุกเฉิน ฯลฯ ระบบสูบน้ำ อุปโภค, สาธารณูปโภค, ฟาร์มเลี้ยงสัตว์, เพาะปลูก, ทำสวน-ไร่, เหมืองแร่ และชลประทาน ฯลฯ ระบบแสงสว่าง โคมไฟป้ายรถเมล์, ตู้โทรศัพท์, ป้ายประกาศ, สถานที่จอดรถ, แสงสว่างภายนอกอาคาร และไฟถนนสาธารณะ ฯลฯ ระบบประจุแบตเตอรี่ ไฟสำรองไว้ใช้ยามฉุกเฉิน, ศูนย์ประจุแบตเตอรี่ประจำหมู่บ้านในชนบทที่ไม่มีไฟฟ้าใช้, แหล่งจ่ายไฟสำหรับใช้ในครัวเรือนและระบบแสงสว่างในพื้นที่ห่างไกล ฯลฯ ทำการเกษตร ระบบสูบน้ำ, พัดลมอบผลผลิตทางการเกษตร และเครื่องนวดข้าว ฯลฯ เลี้ยงสัตว์ ระบบสูบน้ำ, ระบบเติมออกซิเจนในบ่อน้ำ (บ่อกุ้งและบ่อปลา) และแสงไฟดักจับแมลง ฯลฯ อนามัย ตู้เย็น/กล่องทำความเย็นเพื่อเก็บยาและวัคซีน, อุปกรณ์ไฟฟ้าทางการแพทย์ สำหรับหน่วยอนามัย, หน่วยแพทย์เคลื่อนที่ และสถานีอนามัย ฯลฯ คมนาคม สัญญาณเตือนทางอากาศ, ไฟนำร่องทางขึ้น-ลงเครื่องบิน, ไฟประภาคาร, ไฟนำร่องเดินเรือ, ไฟสัญญาณข้ามถนน, สัญญาณจราจร, โคมไฟถนน และโทรศัพท์ฉุกเฉิน ฯลฯ สื่อสาร สถานีทวนสัญญาณไมโครเวฟ, อุปกรณ์โทรคมนาคม, อุปกรณ์สื่อสารแบบพกพา (เช่น วิทยุสนามของหน่วยงานบริการและทหาร) และสถานีตรวจสอบอากาศ ฯลฯ บันเทิงและพักผ่อนหย่อนใจ แหล่งจ่ายไฟฟ้าสำหรับบ้านพักตากอากาศในพื้นที่ห่างไกล, ระบบประจุแบตเตอรี่แบบพกพาติดตัวไปได้ และอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ให้ความบันเทิง ฯลฯ พื้นที่ห่างไกล ภูเขา, เกาะ, ป่าลึก และพื้นที่สายส่งการไฟฟ้าเข้าไม่ถึง ฯลฯ อวกาศ ดาวเทียม

ความรู้ทั่วไปเกี่ยวกับ AVR

ความรู้ทั่วไปเกี่ยวกับ AVR

ความหมายของ AVR AVR เป็นคำย่อมาจากคำว่า Automatic Voltage Regulator หรือ เครื่องปรับแรงดันไฟฟ้า หรือ เครื่องรักษาระดับแรงดันและปรับคุณภาพไฟฟ้า เครื่องปรับแรงดันไฟฟ้า เป็นอุปกรณ์ที่ใช้สำหรับปรับแรงดันไฟฟ้าให้อยู่ในระดับที่ไม่เป็นอันตรายต่ออุปกรณ์ไฟฟ้าและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิคส์ รวมถึงทำการปรับคุณภาพไฟฟ้าให้ดีขึ้น ซึ่งจะช่วยป้องกันการรับพลังงานไฟฟ้าจากระบบจ่ายพลังงานไฟฟ้าที่ไม่สม่ำเสมอ (เช่น แรงดันไฟฟ้าไม่คงที่, ไฟฟ้าตก, ไฟฟ้าเกิน, ไฟฟ้ากระชาก และสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้า ฯลฯ) เครื่องปรับแรงดันไฟฟ้า หรือ AVR จะแตกต่างจาก UPS ตรงที่ไม่สามารถสำรองไฟฟ้าได้ และราคาต่ำกว่า UPS มาก รวมถึงใช้ได้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าทุกชนิด

เครื่องปรับแรงดันไฟฟ้า มีหน้าที่สำคัญ 2 ประการ คือ ช่วยปรับระดับแรงดันไฟฟ้าให้อยู่ในสภาวะที่คงที่โดยอัตโนมัติ เพื่อให้นำไปใช้งานได้อย่างปลอดภัย ปรับคุณภาพไฟฟ้าให้ดีขึ้น โดยการกรองและขจัดสัญญาณรบกวนต่างๆ ออกไป การทำงานของ AVR AVR หรือเครื่องปรับแรงดันไฟฟ้า ควบคุมการทำงานด้วยไมโครโปรเซสเซอร์ เพื่อปรับแต่งสัญญาณคลื่นซายน์ (Sine wave) ให้มีรูปทรงคงที่ นั่นหมายถึง แรงดันไฟฟ้าคงที่ โดยมีการรวมระบบปรับแรงดันไฟฟ้าอัตโนมัติเข้าไว้ จึงสามารถปรับสภาพแรงดันไฟฟ้าที่ผิดปกติให้คงที่ ด้วยการเปลี่ยนระดับแรงดันไฟฟ้าด้านขาเข้าให้สูงขึ้นหรือต่ำกว่าระดับที่เครื่องสามารถควบคุมได้ รวมถึงมีวงจรป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินหรือแรงดันไฟฟ้าตก โดยจะทำการตัดไฟฟ้าจากแหล่งจ่ายไฟฟ้าเมื่อแรงดันไฟฟ้ารวมสูงเกิน แล้วจะกลับมาทำงานใหม่เองโดยอัตโนมัติอีกครั้งเมื่อแรงดันไฟฟ้าด้านขาเข้าอยู่ในระดับที่ปลอดภัย นอกจากนี้ยังมีระบบการป้องกันการใช้ไฟฟ้าเกินกำลังและไฟฟ้าลัดวงจร, ระบบป้องกันสัญญาณรบกวน (สัญญาณรบกวนที่เกิดจากสนามแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) และสัญญาณคลื่นความถี่วิทยุ (RFI) ฯลฯ) และระบบป้องกันแรงดันสูงชั่วขณะจากฟ้าผ่าิ ประโยชน์ของ AVR AVR หรือเครื่องปรับแรงดันไฟฟ้า สามารถจัดการปัญหาต่างๆ ที่เกิดขึ้น เช่น แรงดันสูงชั่วขณะจากฟ้าผ่า, แรงดันไฟฟ้าในสายไม่คงที่ สูง/ต่ำเกินไป, แรงดันไฟฟ้าผันผวนผิดปกติไฟฟ้า, ไฟฟ้าเกิน, ไฟฟ้ากระชาก, สัญญาณรบกวน (EMI/RFI) และปัญหาที่มีสาเหตุมาจากระบบสายส่งการไฟฟ้าที่ไม่เสถียร เป็นต้น โดย AVR จะตรวจสอบและปรับแรงดันไฟฟ้าจากระบบสายส่งการไฟฟ้า รวมถึงขจัดสัญญาณรบกวนต่างๆ ออกไป ก่อนที่จะจ่ายไฟฟ้าไปยังอุปกรณ์ไฟฟ้าที่เชื่อมต่อ การนำไปใช้งาน เนื่องจาก AVR มีหน้าที่ในการปรับแรงดันจากแหล่งจ่ายไฟฟ้า ดังนั้น จึงเป็นอุปกรณ์ที่จำเป็นต่อการปฏิบัติงานที่ต้องการคุณลักษณะ ดังนี้ งานที่ต้องการความเชื่อถือสูง, งานที่ต้องใช้ความระมัดระวัง และงานติดตั้งในพื้นที่ห่างไกลที่แรงดันไฟฟ้าไม่มีความน่าเชื่อถือ และงานประเภท Service Call ที่มีมูลค่ามาก ในขณะเดียวกัน AVR มีส่วนประกอบของไมโครโปรเซสเซอร์ที่มีประสิทธิภาพสูง จึงทำให้คุณสมบัติของ AVR มีมากขึ้นตามไปด้วย เช่น มีฟังก์ชั่นการทำงานสูง, มีความเชื่อถือได้สูง, ใช้งานง่ายและบำรุงรักษาง่าย AVR สามารถใช้ได้อุปกรณ์ไฟฟ้าต่างๆ ที่ต้องการปรับแรงดันไฟฟ้าให้คงที่ โดยอุปกรณ์ไฟฟ้าเหล่านั้นจะต้องไม่เกิดผลกระทบ/ความเสียหายในกรณีที่เกิดไฟฟ้าดับ มักจะไม่นิยมนำ AVR ไปใช้กับระบบคอมพิวเตอร์ เนื่องจากไม่สามารถสำรองไฟฟ้าได้เหมือนกับ UPS จึงนำ AVR ไปใช้กับอุปกรณ์ไฟฟ้ามากกว่า ตัวอย่างของการนำ AVR ไปใช้งาน เช่น สื่อสารและโทรคมนาคม ระบบสื่อสารข้อมูล, PABX, เครื่องมือสื่อสาร, สถานี/ห้องส่งวิทยุกระจายเสียง, ระบบการกระจายเสียง และรถเคลื่อนที่สำหรับการสื่อสารทางทหาร ฯลฯ การแพทย์และวิทยาศาสตร์ เครื่องมือแพทย์, อุปกรณ์วิทยาศาสตร์, X-ray, การสแกนคอมพิวเตอร์ (CAT scan) และการสแกนด้วยคลื่นแม่เหล็ก (MRI) ฯลฯ สำนักงาน อาคารสำนักงาน, ระบบทำความเย็นขนาดใหญ่, ระบบแสงสว่าง, ระบบสื่อสาร, อุปกรณ์สำนักงานที่มีความไวต่อคุณภาพไฟฟ้า, เครื่องถ่ายเอกสาร, อุปกรณ์ไฟฟ้าที่เกี่ยวข้องกับวงจรอิเล็กทรอนิคส์ และลิฟต์ ฯลฯ อุตสาหกรรม เครื่องจักร-เครื่องกลอุตสาหกรรม, ระบบควบคุมกระบวนการทำงานและหุ่นยนต์โรงงาน ฯลฯ

ความรู้ทั่วไปเกี่ยวกับ UPS

ความรู้ทั่วไปเกี่ยวกับ UPS

	ความหมายของ UPS UPS เป็นคำย่อมาจากคำว่า Uninterruptible Power Supply หรือ "เครื่องสำรองไฟฟ้าและปรับแรงดันไฟฟ้าอัตโนมัติ" ถ้าแปลตรงตัว หมายถึง แหล่งจ่ายพลังงานต่อเนื่อง อาจกล่าวได้ว่า UPS ก็คือ อุปกรณ์ไฟฟ้าชนิดหนึ่งที่สามารถทำการจ่ายพลังงานไฟฟ้าให้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิคส์ได้อย่างต่อเนื่องแม้ในเวลาที่เกิดไฟดับหรือเกิดปัญหาแรงดันไฟฟ้าผันผวนผิดปกติ โดย UPS จะทำการปรับระดับแรงดันไฟฟ้าให้คงที่อยู่ในระดับที่ปลอดภัยต่ออุปกรณ์ไฟฟ้าและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิคส์ UPS มีหน้าที่หลัก คือ ป้องกันความเสียหายที่สามารถเกิดขึ้นกับอุปกรณ์ไฟฟ้าและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิคส์ (โดยเฉพาะคอมพิวเตอร์และอุปกรณ์เชื่อมต่อ) อันมีสาเหตุจากความผิดปกติของพลังงานไฟฟ้า เช่น ไฟตก, ไฟดับ, ไฟกระชากและไฟเกิน เป็นต้น รวมถึงมีหน้าที่ในการจ่ายพลังงานไฟฟ้าสำรองจากแบตเตอรี่ให้แก่อุปกรณ์ไฟฟ้าหรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิคส์เมื่อเกิดปัญหาทางไฟฟ้า
หลักการทำงานทั่วไปของ UPS โดยทั่วไปแล้ว เมื่อ UPS รับพลังงานไฟฟ้าเข้ามา ไม่ว่าคุณภาพไฟฟ้าจะเป็นอย่างไรก็จะสามารถจ่ายพลังงานไฟฟ้าให้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าได้เป็นปกติ รวมถึงทำการจ่ายพลังงานไฟฟ้าสำรองที่เก็บไว้ในแบตเตอรี่ให้กับอุปกรณ์ไฟฟ้า ซึ่งหลักการของ UPS ก็คือ ใช้วิธีการแปลงไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) เป็นไฟฟ้ากระแสตรง (DC) แล้วเก็บสำรองไว้ในแบตเตอรี่ส่วนหนึ่ง และในกรณีที่เกิดปัญหาทางไฟฟ้า (เช่น ไฟดับ หรือคุณภาพไฟฟ้าผิดปกติ เป็นต้น) อุปกรณ์ไฟฟ้าไม่สามารถใช้พลังงานไฟฟ้าที่รับมาได้ UPS ก็จะเปลี่ยนไฟฟ้ากระแสตรง (DC) จากแบตเตอรี่ ให้กลายเป็นไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) แล้วจึงจ่ายพลังงานไฟฟ้าให้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าตามปกติ ส่วนประกอบสำคัญของ UPSUPS ประกอบไปด้วย เครื่องประจุแบตเตอรี่ (Charger) หรือ เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้า AC เป็น DC (Rectifier) ทำหน้าที่รับกระแสไฟฟ้า AC จากระบบจ่ายไฟ แปลงเป็นกระแสไฟฟ้า DC จากนั้นประจุเก็บไว้ในแบตเตอรี่ เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้า (Inverter) ทำหน้าที่รับกระแสไฟฟ้า DC จากเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้า AC เป็น DC หรือแบตเตอรี่ และแปลงเป็นกระแสไฟฟ้า AC สำหรับใช้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิคส์ แบตเตอรี่ (Battery) ทำหน้าที่เก็บพลังงานไฟฟ้าสำรองไว้ใช้ในกรณีเกิดปัญหาทางไฟฟ้า โดยจะจ่ายกระแสไฟฟ้า DC ให้กับเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าในกรณีที่ไม่สามารถรับกระแสไฟฟ้า AC จากระบบจ่ายไฟได้ ระบบปรับแรงดันไฟฟ้าอัตโนมัติ (Stabilizer) ทำหน้าที่ปรับแรงดันไฟฟ้าให้คงที่และสม่ำเสมออยู่ในระดับที่ปลอดภัยต่ออุปกรณ์ไฟฟ้า
	ประโยชน์ของ UPS UPS สามารถช่วยป้องกันอันตรายที่อาจเกิดขึ้นกับอุปกรณ์ไฟฟ้าและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิคส์ (โดยเฉพาะคอมพิวเตอร์และอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อ) อันเนื่องมาจากกระแสไฟฟ้าที่ผิดปกติได้ (เช่น จากความบกพร่องของระบบจ่ายพลังงานไฟฟ้าเอง หรือปรากฏการณ์ธรรมชาติ - ฝนตกฟ้าคะนอง พายุฝน หรือจากการรบกวนของอุปกรณ์ไฟฟ้าในอาคารที่ใช้กระแสไฟฟ้าไม่สม่ำเสมอ ฯลฯ) ซึ่งกระแสไฟฟ้าที่ผิดปกติในแต่ละประเภท อาจก่อให้เกิดปัญหาต่างๆ ได้ โดย UPS จะทำหน้าที่ป้องกัน ดังนี้ จ่ายพลังงานไฟฟ้าสำรองให้แก่อุปกรณ์ไฟฟ้าและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิคส์ เมื่อเกิดไฟดับหรือไฟตก เพื่อให้มีเวลาสำหรับการ Save ข้อมูล และไม่ทำให้ floppy disk และ hard disk เสีย ปรับแรงดันไฟฟ้าให้อยู่ในระดับที่ไม่เป็นอันตรายต่ออุปกรณ์ไฟฟ้าและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิคส์ เมื่อเกิดปัญหาทางไฟฟ้า เช่น ไฟตก, ไฟดับ, ไฟกระชาก และไฟเกิน เป็นต้น ป้องกันสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้าที่สามารถสร้างความเสียหายต่อข้อมูลและอุปกรณ์ไฟฟ้าได้
ชนิดของ UPS UPS แบ่งออกเป็น 3 ชนิด ดังนี้ Offline UPS หรือ Standby UPS สภาวะไฟฟ้าปกติ อุปกรณ์ไฟฟ้า (Load) จะได้รับพลังงานไฟฟ้าจากระบบจ่ายพลังงานไฟฟ้า (Main) จากการไฟฟ้าโดยตรง ในขณะเดียวกัน เครื่องประจุกระแสไฟฟ้า (Charger) จะทำการประจุกระแสไฟฟ้าให้กับแบตเตอรี่ไปด้วย แต่เวลาที่ไฟฟ้าดับ แบตเตอรี่จะจ่ายพลังงานไฟฟ้าให้กับเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้า (Inverter) เพื่อแปลงกระแสไฟฟ้าและจ่ายให้กับอุปกรณ์ไฟฟ้า โดยใช้ตัวสับเปลี่ยน (Transfer Switch) สำหรับเลือกแหล่งจ่ายพลังงานไฟฟ้าระหว่างระบบจ่ายพลังงานไฟฟ้าหรือเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้า กรณีที่สภาวะไฟฟ้าปกติหรือกระแสไฟฟ้าผิดปกติเกิดขึ้นในช่วงเวลาที่สั้นมากจนตัวสับเปลี่ยน (Transfer Switch) สลับแหล่งจ่ายไฟฟ้าไม่ทัน พลังงานไฟฟ้าที่จ่ายให้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าจะมาจากระบบจ่ายพลังงานไฟฟ้าโดยตรง ดังนั้น ถ้าคุณภาพไฟฟ้าจากระบบจ่ายพลังงานไฟฟ้าไม่ดี (เช่น ไฟตก, ไฟดับ, ไฟกระชาก หรือมีสัญญาณรบกวน ฯลฯ) อุปกรณ์ไฟฟ้าก็จะได้รับพลังงานไฟฟ้าคุณภาพไม่ดีเช่นเดียวกัน เนื่องจาก UPS ชนิดนี้ถูกออกแบบให้ป้องกันกรณีเกิดไฟดับเพียงอย่างเดียวเท่านั้น ไม่สามารถป้องกันปัญหาแรงดันไฟฟ้าที่ผันผวนและสัญญาณรบกวนได้ จึงทำให้มีราคาถูกกว่า UPS ชนิดอื่นๆ และไม่เหมาะกับการใช้งานในบางพื้นที่ เช่น สถานที่ใกล้แหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้า อาทิ เขื่อน, สถานีไฟฟ้า และสถานีไฟฟ้าย่อย เป็นต้น รวมถึงไม่เหมาะกับการใช้งานในประเทศไทยด้วย เนื่องจากเกิดไฟตกบ่อยครั้ง คุณสมบัติของ Offline UPS หรือ Standby UPS ราคาถูก ป้องกันปัญหาไฟดับได้เพียงอย่างเดียว ไม่เหมาะสำหรับใช้งานในพื้นที่ที่อยู่ใกล้แหล่งกำเนิดไฟฟ้า, สถานีไฟฟ้า และโรงงานอุตสาหกรรม ฯลฯ อายุการใช้งานของแบตเตอรี่และ UPS สั้น Online Protection UPS หรือ Line Interactive UPS with Stabilizer จากผังแสดงการทำงาน จะพบว่า มีความคล้ายคลึงกับ Offline UPS มาก แต่จะมีส่วนที่เพิ่มขึ้นมา คือ ระบบปรับแรงดันไฟฟ้าอัตโนมัติ (Stabilizer) ในขณะที่สภาวะไฟฟ้าปกติ อุปกรณ์ไฟฟ้า (Load) จะได้รับพลังงานไฟฟ้าจากระบบจ่ายพลังงานไฟฟ้า (Main) จากการไฟฟ้า โดยผ่านระบบปรับแรงดันไฟฟ้าอัตโนมัตินี้ ซึ่งจะมีหน้าที่รักษาระดับแรงดันไฟฟ้าให้คงที่ ป้องกันปัญหาไฟตก, ไฟเกิน และไฟกระชาก เป็นต้น พร้อมกันนี้ เครื่องประจุกระแสไฟฟ้า (Charger) ก็จะทำการประจุกระแสไฟฟ้าเก็บไว้ในแบตเตอรี่ เมื่อไฟฟ้าดับจะจ่ายพลังงานให้กับเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้า (Inverter) ทำการแปลงกระแสไฟฟ้า และจ่ายให้กับอุปกรณ์ไฟฟ้า โดยใช้ตัวสับเปลี่ยน (Transfer Switch) สำหรับเลือกแหล่งจ่ายพลังงานไฟฟ้าระหว่างระบบปรับแรงดันไฟฟ้าอัตโนมัติหรือเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้า UPS ชนิดนี้ถูกพัฒนามาจาก Offline UPS โดยเพิ่มระบบป้องกันแรงดันไฟฟ้าสูงหรือต่ำอัตโนมัติ (Stabilizer) เพื่อป้องกันปัญหาทางไฟฟ้า ช่วยให้ UPS ไม่จำเป็นต้องจ่ายพลังงานไฟฟ้าสำรองจากแบตเตอรี่ทุกครั้งที่ไฟตกหรือไฟเกินไม่มากนัก Online Protection UPS หรือ Line Interactive UPS with Stabilizer จัดได้ว่าเป็น UPS ที่นิยมมากที่สุดในประเทศไทยขณะนี้ ราคาไม่แพงและคุณภาพไฟฟ้าที่ได้อยู่ในเกณฑ์ที่ยอมรับได้ คุณสมบัติของ Online Protection UPS หรือ Line Interactive UPS with Stabilizer ราคาไม่แตกต่างจาก Offline UPS หรือ Standby UPS เหมาะสำหรับใช้งานในพื้นที่ที่มีความผันผวนของแรงดันไฟฟ้ามากๆ เช่น ประเทศไทย, พม่า, ฟิลิปปินส์ และอินโดนีเซีย ฯลฯ ไม่เหมาะสำหรับนำไปใช้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าที่มีความไวต่อคุณภาพของกระแสไฟฟ้ามากๆ เช่น เครื่องมือแพทย์และเครื่องจักรในโรงงาน ฯลฯ มีระบบปรับแรงดันไฟฟ้าอัตโนมัติ (Stabilizer) เพื่อป้องกันปัญหาไฟเกินและไฟตก สัญญาณรบกวนทางไฟฟ้าบางอย่างที่ไม่เป็นอันตรายต่ออุปกรณ์ไฟฟ้ายังสามารถผ่านเข้าไปยังอุปกรณ์ไฟฟ้าได้ อายุการใช้งานของแบตเตอรี่และ UPS ยาวนาน True Online UPS จากผังแสดงการทำงาน จะพบว่า True Online UPS เป็น UPS ที่มีศักยภาพสูงสุด กล่าวคือ เครื่องประจุกระแสไฟฟ้า (Charger) และเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้า (Inverter) จะทำงานตลอดเวลา ไม่ว่าคุณภาพไฟฟ้าจะเป็นอย่างไร ก็สามารถจ่ายพลังงานไฟฟ้าให้กับอุปกรณ์ไฟฟ้า (Load) ได้ตามปกติ ยกเว้นกรณีเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าเสีย จึงจะจ่ายพลังงานไฟฟ้าจากระบบจ่ายพลังงานไฟฟ้า (Main) จากการไฟฟ้าไปยังอุปกรณ์ไฟฟ้า (แต่ไม่ควรใช้งานต่อไปหากเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าเสีย) True Online UPS เป็น UPS ที่มีศักยภาพสูงที่สุดในจำนวน UPS ที่มีใช้งานอยู่ สามารถป้องกันปัญหาทางไฟฟ้าได้ทุกกรณี ไม่ว่าจะเป็น ไฟดับ, ไฟตก, ไฟเกิน หรือสัญญาณรบกวนใดๆ และให้คุณภาพไฟฟ้าที่ดี ด้วยเหตุนี้ จึงทำให้ UPS ชนิดนี้มีราคาสูงกว่า UPS ชนิดอื่นๆ คุณสมบัติของ True Online UPS ราคาค่อนข้างสูง มีศักยภาพสูงสุด สามารถป้องกันปัญหาทางไฟฟ้าได้ทุกกรณี ไฟฟ้ากระแสสลับที่อุปกรณ์ไฟฟ้าจะได้รับจาก UPS ชนิดนี้ จะเป็นไฟฟ้าที่มีคุณภาพสูง มีความเที่ยงตรงของระดับแรงดันไฟฟ้า และปราศจากสัญญาณรบกวนใดๆ กรณีไฟฟ้าดับหรือขาดช่วง UPS จะนำพลังงานสำรองในแบตเตอรี่มาแปลงเป็นไฟฟ้ากระแสสลับเพื่อจ่ายให้แก่อุปกรณ์ไฟฟ้าได้ในทันที การนำ UPS ไปใช้งานด้านต่างๆ หากการใช้งานใดที่มีจุดประสงค์เพื่อสำรองพลังงานไฟฟ้าสำหรับจ่ายให้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิคส์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งคอมพิวเตอร์ ในเวลาที่เกิดไฟดับหรือไฟตก หรือเพื่อปรับแรงดันไฟฟ้าให้อยู่ในระดับที่ไม่เป็นอันตรายต่ออุปกรณ์ไฟฟ้า เมื่อเกิดปัญหาทางไฟฟ้า หรือเพื่อป้องกันสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้าที่อาจสร้างความเสียหายต่อข้อมูลและอุปกรณ์ไฟฟ้า สามารถนำ UPS ไปใช้งานได้ เช่น ระบบงานคอมพิวเตอร์ คอมพิวเตอร์และอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อ เช่น เครื่องพิมพ์, จอ, ลำโพง และโมเด็ม ฯลฯ สำนักงาน ระบบสื่อสาร, ระบบคอมพิวเตอร์, เครื่องจักร, อุปกรณ์สำนักงาน และอุปกรณ์ไฟฟ้า ฯลฯ โรงงานอุตสาหกรรม ระบบสื่อสาร, ระบบคอมพิวเตอร์, เครื่องจักร, เครื่องมือ-เครื่องใช้, เครื่องมือตรวจวัด และอุปกรณ์ไฟฟ้า ฯลฯ การแพทย์ เครื่องมือทางการแพทย์, เครื่องมือและอุปกรณ์ภายในห้องผ่าตัด ฯลฯ สื่อสารและโทรคมนาคม อุปกรณ์สื่อสาร และห้องควบคุมระบบโทรคมนาคม ฯลฯ การจัดการและประมวลผลข้อมูล ระบบประมวลผลและรายงานข้อมูลของธนาคารและตลาดหุ้น ฯลฯ บ้านพักอาศัย อุปกรณ์ไฟฟ้าทุกชนิด เช่น โทรทัศน์, เครื่องเสียง, เครื่องรับวิทยุ และพัดลม ฯลฯ รวมถึงคอมพิวเตอร์และอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อ หมายเหตุ: อุปกรณ์ไฟฟ้าและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิคส์ ที่จะนำมาใช้กับ UPS จะต้องใช้พลังงานไฟฟ้าน้อยกว่าหรือเท่ากับความสามารถในการจ่ายพลังงานไฟฟ้าของ UPS ที่ต่ออยู่

ชนิดของ Surge Protector

ชนิดของ Surge Protector

อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแรงดันสูงชั่วขณะ แบ่งออกเป็น 2 ชนิดหลักๆ ดังนี้

1. Filter เป็นอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแรงดันสูงชั่วขณะที่มีลักษณะเป็นตัวกีดขวาง คอยสกัดกั้นพลังงานไฟฟ้าที่มีความถี่สูง (มักจะเป็นสัญญาณรบกวน) ในขณะเดียวกันก็จะปล่อยให้พลังงานไฟฟ้าที่มีความถี่ต่ำไหลผ่านได้โดยสะดวก
2. Transients Diverters เป็นอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแรงดันสูงชั่วขณะที่มีการสร้างแนวซึ่งมีความต้านทานต่ำสำหรับให้แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นชั่วขณะไหลไปตามแนวนั้นลงสู่สายดิน

หลักการทำงานทั่วไปของ Surge Protector
อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแรงดันสูงชั่วขณะ ได้รับการออกแบบให้สามารถเหนี่ยวนำแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นในช่วงเวลาอันสั้นออกจากอุปกรณ์ไฟฟ้า โดยสร้างแนวที่มีความต้านทานต่ำเชื่อมต่อไปสู่ตำแหน่งของสายดิน เพื่อให้แรงดันที่สูงขึ้นชั่วขณะไหลไปตามแนวความต้านทานต่ำไปยังสายดิน
ส่วนประกอบของ Surge Protector
การใช้อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแรงดันสูงชั่วขณะสำหรับแต่ละลักษณะการใช้งาน จะมีความแตกต่างกัน ดังนั้น ชิ้นส่วนที่ประกอบอยู่ภายในอุปกรณ์ก็จะแตกต่างกันด้วย แต่มีจุดมุ่งหมายเช่นเดียวกัน คือ เพื่อป้องกันแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าที่สูงขึ้นในระยะเวลาอันรวดเร็วได้อย่างมีประสิทธิภาพ, เชื่อถือได้ และตอบสนองต่อพลังงานสูงได้อย่างรวดเร็ว ส่วนมากชิ้นส่วนที่ใช้เป็นส่วนประกอบของอุปกรณ์ฯ ที่พบ จะต้องมีหน้าที่ทำให้เกิดความต้านทานต่ำ เช่น MOV (Metal Oxide Varistor), Gas Discharge Tube (GDT) และ Silicon Avalanche Diode (SAD) ฯลฯ หรือรวมเอาชิ้นส่วนของอุปกรณ์เหล่านี้เข้าไว้ด้วยกัน

ชิ้นส่วนที่ใช้เป็นส่วนประกอบของอุปกรณ์แต่ละชนิด มีคุณสมบัติดังต่อไปนี้

• MOV (Metal Oxide Varistor) จะมีการตอบสนองต่อแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าที่สูงขึ้นในช่วงเวลาสั้นได้เร็ว (ประมาณ 20 นาโนวินาที) แต่ถ้ารับกระแสไฟฟ้าสูง (100 A) เข้ามา จะทำให้อายุการใช้งานของอุปกรณ์ลดลง ภายใต้สภาวะปกติ MOV จะมีความต้านทานสูง แต่เมื่อมีการรับแรงดันไฟฟ้าสูงเข้ามา ความต้านทานของ MOV จะลดต่ำลงอย่างรวดเร็ว เพื่อสร้างแนวที่มีความต้านทานต่ำสำหรับให้แรงดันไฟฟ้าสูงไหลไปสู่สายดิน นอกจากนี้ MOV ยังมีความสามารถในการควบคุมแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าอีกด้วย
• Gas Discharge Tube (GDT) มีความสามารถในการควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่สูงมาก (20 kV) และกระแสไฟฟ้าที่สูงมาก (2500 A) แต่มีการตอบสนองต่อแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าที่สูงขึ้นในช่วงเวลาสั้นได้ช้า
• Silicon Avalanche Diode (SAD) จะมีการตอบสนองต่อแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าที่สูงขึ้นในช่วงเวลาสั้นได้เร็วมาก (ประมาณ 5 นาโนวินาที) และสามารถควบคุมกระแสไฟฟ้าในปริมาณมาก (1000 A) แต่มีความไวต่ออัตราการเพิ่มขึ้นของแรงดันไฟฟ้า (dv/dt) และสภาวะเกิดข้อผิดพลาดเมื่อแรงดันไฟฟ้าสูงสุด (Peak Voltage Failure Modes)
• นอกเหนือไปจากที่กล่าวมาแล้วข้างต้น ก็ได้มีการรวมเอาชิ้นส่วนของอุปกรณ์อื่นๆ เข้าไว้ด้วยกันในอุปกรณ์ป้องกันแรงดันสูงชั่วขณะ เช่น ตัวต้านทาน และตัวเก็บประจุ ฯลฯ

ประโยชน์ของ Surge Protector
อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแรงดันสูงชั่วขณะ ช่วยแก้ไขปัญหาต่างๆ ที่สามารถเกิดขึ้นกับอุปกรณ์ไฟฟ้าและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิคส์ โดยเฉพาะคอมพิวเตอร์ได้ เช่น

• ปรากฏการณ์ธรรมชาติ เช่น ฟ้าผ่า
• ปัญหาที่เกิดจากระบบจ่ายพลังงานไฟฟ้าจากการไฟฟ้า
• อุปกรณ์ไฟฟ้าที่มีการเหนี่ยวนำไฟฟ้า
• สัญญาณรบกวนทางไฟฟ้า

การติดตั้ง Surge Protector
อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแรงดันสูงชั่วขณะ สามารถนำไปติดตั้งในจุดต่างๆ ได้ตามลักษณะการใช้งาน โดยจัดแบ่งออกเป็น 3 ลำดับชั้น (Category) ดังนี้

• Category A ติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแรงดันสูงชั่วขณะใกล้กับชิ้นส่วนของอุปกรณ์ไฟฟ้าที่มีความไว ต่อคุณภาพไฟฟ้าที่ต้องการป้องกัน เพื่อป้องกันชิ้นส่วนนั้นๆ โดยเฉพาะ เช่น คอมพิวเตอร์, เครื่องชั่ง, เครื่องวัด, อุปกรณ์ควบคุมการประมวลผล และแหล่งจ่ายพลังงานไฟฟ้า DC ฯลฯ
• Category B ติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแรงดันสูงชั่วขณะที่แผงวงจรควบคุมการจ่าย (Distribution panel board) และแผงสวิตช์ไฟฟ้า (Switchboard) การติดตั้งอุปกรณ์ฯ ที่จุดนี้จะช่วยป้องกันแรงดันไฟฟ้าสูงชั่วขณะจากภายนอก รวมถึงแรงดันไฟฟ้าที่มีการเปลี่ยนแปลงสภาวะตลอดเวลา โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากเป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่มีความไวต่อคุณภาพไฟฟ้าหรือรับพลังงานไฟฟ้าที่จ่ายจากสถานีไฟฟ้าย่อย
• Category C ติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแรงดันสูงชั่วขณะที่หน่วยจ่ายพลังงานไฟฟ้าขาเข้า เพื่อเป็นการป้องกันความเสียหายที่เกิดจากความผิดปกติของพลังงานไฟฟ้า การติดตั้งอุปกรณ์ฯ ที่จุดนี้จะช่วยป้องกันกรณีเกิดฟ้าผ่าซึ่งเข้ามาภายในอาคารโดยผ่านทางสายไฟ

การนำไปใช้งาน
อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแรงดันสูงชั่วขณะ เหมาะสำหรับนำไปใช้ในทุกงานที่ใช้พลังงานไฟฟ้า (ทั้งที่เชื่อมต่อกับสายส่งหรือผลิตพลังงานไฟฟ้าใช้เองเฉพาะสถานที่นั้นๆ), สายโทรศัพท์ (เช่น โมเด็ม, แฟกซ์ และข้อมูล ฯลฯ), สายข้อมูลคอมพิวเตอร์และสายการสื่อสาร เป็นต้น การใช้งานเหล่านี้ล้วนต้องการอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแรงดันสูงชั่วขณะที่มีประสิทธิภาพและมีความเชื่อถือได้ทั้งสิ้น เช่น

• ระบบคอมพิวเตอร์และอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อ เช่น เครื่องพิมพ์, จอ, ลำโพง และโมเด็ม ฯลฯ
• PABX และอุปกรณ์สื่อสาร ฯลฯ
• เครื่องมือแพทย์, เครื่องมือและอุปกรณ์ภายในห้องผ่าตัด และอุปกรณ์วิทยาศาสตร์ ฯลฯ
• เครื่องชั่ง, เครื่องวัดและเครื่องมือทดสอบ ฯลฯ
• อุปกรณ์ไฟฟ้าทุกชนิด
• ระบบรักษาความปลอดภัย

ความหมายของ Surge Protector

ความหมายของ Surge Protector

 

         ไม่ว่าจะเป็นคำว่า Surge Protection Device (SPD), Surge Suppression Equipment (SSE) หรือ Transient Voltage Surge Suppressor (TVSS) จะหมายถึงอุปกรณ์ชนิดเดียวกันคือ Surge Protector หรือ "อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแรงดันสูงชั่วขณะ" อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแรงดันสูงชั่วขณะ เป็นอุปกรณ์ที่ช่วยลดแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าที่สูงขึ้นอย่างรวดเร็วในช่วงเวลาสั้นๆ ได้ ซึ่งพลังงานที่สูงมากเช่นนี้สามารถสร้างความเสียหายต่ออุปกรณ์ไฟฟ้า, อุปกรณ์อิเล็กทรอนิคส์ และเครื่องมือ-เครื่องใช้ในการควบคุมการประมวลผล ฯลฯ

อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแรงดันสูงชั่วขณะ มีหน้าที่หลักอยู่ 2 ประการ คือ

1. สร้างบริเวณหนึ่งให้มีความต้านทานต่ำ เพื่อให้แรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าที่สูงขึ้นกลับอยู่ในสภาวะปกติ ได้แก่ สายดิน
2. ทำการเหนี่ยวนำแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าที่สูงเกินไปยังบริเวณที่สร้างขึ้น (สายดิน) เพื่อป้องกันความเสียหายที่สามารถเกิดขึ้นได้

ทำความเข้าใจเกี่ยวกับ Transient และ Surge

ทำความเข้าใจเกี่ยวกับ Transient และ Surge

   

       Transient (แรงดันสูงชั่วขณะ) และ Surge (ไฟเกิน) เป็นสภาวะที่แรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าสูงขึ้นในระยะเวลาสั้นๆ ซึ่งเกิดขึ้นในวงจรไฟฟ้า โดยมีค่าแรงดันไฟฟ้าสูงกว่า 2,000 โวลต์และกระแสไฟฟ้าสูงกว่า 100 แอมแปร์ เกิดขึ้นในระยะเวลาประมาณ 1-10 ไมโครวินาที Transient และ Surge จัดว่าเป็นปัญหาทางไฟฟ้าที่มักเกิดขึ้นอยู่เสมอ และผลกระทบจากปัญหาทางไฟฟ้าเหล่านี้สร้างความเสียหายได้อย่างมากมาย ไม่ว่าจะเป็น ทำให้อุปกรณ์ไฟฟ้าหรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิคส์ชำรุดเสียหาย, ระบบหยุดทำงาน, ทำให้สูญเสียข้อมูล, เวลา ตลอดจนโอกาสทางธุรกิจ เป็นต้น

สาเหตุของการเกิด Transient และ Surge มีได้หลายสาเหตุ เช่น

• ปรากฏการณ์ธรรมชาติ เช่น ฝนตกฟ้าคะนอง, พายุ, ฟ้าผ่า และแผ่นดินไหว ฯลฯ
• เกิดความผิดปกติของระบบจ่ายพลังงานไฟฟ้า
• การเปิด-ปิดสวิตช์อุปกรณ์ไฟฟ้าที่มีมอเตอร์ใช้พลังงานไฟฟ้ามาก
• ความต้องการพลังงานไฟฟ้าที่มากเกิน
• สัญญาณรบกวนทางไฟฟ้า ฯลฯ

วิเคราะห์ระบบไฟฟ้าในรถจากค่าที่อ่านได้จากโวลท์มิเตอร์

วิเคราะห์ระบบไฟฟ้าในรถจากค่าที่อ่านได้จากโวลท์มิเตอร์
- ขณะดับเครื่องค่าควรอยู่ประมาณ 12-12.8 โวลท์ ถ้าต่ำกว่า12 ถือว่าผิดปกติอาจมีสาเหตุมาจากแบตเตอรี่เริ่มเสื่อม(เก็บไฟไม่อยู่ )หรือไดชาร์จชาร์จไฟได้ไม่เต็มที่(ดูในหัวข้อตรวจสอบไดชาร์จ)

- วิธีตรวจสอบว่าแบตเสื่อมหรือไม่ทดสอบได้โดยหลังจากขับรถปกติมาจอดและดับ เครื่องประมาณ 1 นาทีค่าที่อ่านจากมิเตอร์ต้องมีค่าระหว่าง 12-12.8 โวลท์ หลังจอดไว้(4-6ชั่วโมง)หรือข้ามวันค่าที่อ่านได้ต้องประมาณ 12-12.8 โวลท์ เท่าเดิมถือว่าปกติ ถ้ามีค่าต่ำกว่านี้มากๆเช่น11.5-11.9 แบตเตรี่เริ่มเก็บไฟไม่อยู่แต่ยังพอไหว แต่ถ้าต่ำกว่า 11.5 โวลท์ลงไป ถือว่าอันตรายเพราะถ้าจอดทิ้งสัก 2 วันอาจสตาร์ทไม่ติด(ถ้าอายุแบตเตอรี่ยังใหม่ก็อาจจะเกิดจากมีกระแสไฟฟ้า รั่วลงกราวด์แนะนำเข้าร้านให้ช่างไฟฟ้ารถยนต์ตรวจสอบครับ) ***อายุแบตเตอรี่ทั่วไปอยู่ที่ประมาณ 18-24 เดือน แล้วแต่การดูแล*** ตรวจสอบไดชาร์จจากการอ่านค่าจากโวลท์มิเตอร์ ให้ทำการติดเครื่องยนต์แล้วอ่านค่าจากโวลท์มิเตอร์ค่าปกติจได้ดังนี้

1.ที่รอบเครื่องยนต์ 1000 รอบต่อนาที(รอบเดินเบา) จะต้องมีค่าประมาณ13.5-13.8 โวลท์ ถ้ามีค่าต่ำกว่านี้เช่น 12.8-13.4 โวลท์ไดชาร์จเริ่มมีปัญหาคือชาร์จไฟได้ไม่เต็มที่ ถ้าต่ำกว่า12.8 โวลท์แสดงว่าไดชาร์จไม่ชาร์จกระแสไฟฟ้าให้กับแบตเตอริ่ และถ้าต่ำกว่า12 โวลท์ถือว่าขณะนั้นระบบไฟฟ้าในรถดึงกระแสไฟฟ้าแบตเตอรี่มาใช้งานเพียงอย่าง เดียวให้ทำการตรวจซ่อมไดชาร์จ

2.ที่รอบเครื่องยนต์ 2000-2500 รอบต่อนาที จะต้องมีค่าประมาณ13.8-14.7 โวลท์ อาจมากกว่านี้ได้เล็กน้อยแต่ต้องไม่เกิน 15 โวลท์ถ้ามากกว่า 15 โวลท์อาจมีสาเหตุมาจากเรกกูเตอร์(วงจรควบคุมแรงดันของไดชาร์จ)อาจมีปัญหา ผลเสียคือแบตเตอรี่อาจเสื่อมเร็วเพราะถูกชาร์จด้วยแรงดันที่สูงเกิน ทำให้เกิดความร้อนสูงในแบตฯถ้าร้อนมากๆจะทำให้น้ำกลั่นเดือดได้

ทดสอบว่าไดชาร์จจ่ายกระแสเพียงพอหรือไม่ สามารถวิเคราะห์ได้ดังนี้ทำตามข้อ1และ2 แล้วทำการเปิดอุปกรณ์ไฟฟ้าในรถทุกอย่างเช่นไฟหน้า,แอร์,ที่ปัดน้ำฝน,เครื่อง เสียง ฯลฯ แรงดันที่วัดได้ต้องเหมือนกับค่าปกติในข้อ 1 และ 2 ถ้าค่าที่วัดได้ตกลงมากแสดงว่าไดชาร์จจ่ายกระแสไม่พออาการนี้อาจไม่เกิดขึ้น กับรถเดิมๆแต่จะมีผลในรถที่ติดตั้งเครื่องเสียง แรงๆผลเสียคืออาจทำให้ไดชาร์จทำงานตลอดเวลาทำให้อายุการใช้งานต่ำลง