Embed Size (px)
Citation preview
โซลาเซลลผลตไฟฟาส าหรบประเทศไทย
รองศาสตราจารย ดร.กาณฑ เกดชน สาขาวชาวศวกรรมไฟฟา
มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลอสาน นครราชสมา
ค าน า
เอกสารนจดท าขนเพอเสนอแนวคด และแนะน าการประยกตใชระบบผลตไฟฟาจากโซลาเซลลส าหรบชมชนในประเทศไทย ระบบผลตไฟฟาจากโซลาเซลลมการใชงานในโลกนอยางกวางขวาง สงผลใหราคาตนทนการตดตงระบบผลตไฟฟาจากโซลาเซลลมราคาลดลงอยางรวดเรว ดงนนชมชนในประเทศไทยสมควรน าระบบดงกลาวนมาใชเพอความคมคาในการด ารงชวต และสงเสรมความปลอดภยใหแกโลก
ระบบผลตไฟฟาจากโซลาเซลลสามารถน ามาใชใหเหมาะสมกบบรบทของชมชนไดหลายประการ ยกตวเชน การผลตไฟฟาเพอขายไฟฟาใหแกรฐบาล การผลตไฟฟาเพอลดคาไฟฟา การผลตไฟฟาส าหรบชมชนทหางไกลสายสงไฟฟา หรอการผลตไฟฟาส าหรบการเกษตร เปนตน ในแตละจดประสงคของการผลตไฟฟาประชาชนหรอผสนใจนาจะตองมความรความเขาใจพอสมควร เพอจะท าใหการตดตงใชงานนนเหมาะสม และคมคา ซงในเอกสารนพยายามกลาวอยางงายๆ ใหครอบคลมการประยกตใชดงกลาว
ลงชอ กาณฑ เกดชน [email protected]
ออนไลนครงท 1: มกราคม 2559 ออนไลนครงท 2: มถนายน 2559 ออนไลนครงท 3: กนยายน 2560
โซลาเซลลผลตไฟฟาส าหรบประเทศไทย
สารบญแบบยอ บทท 1 บทน า บทท 2 พลงงานแสงอาทตย บทท 3 ระบบผลตไฟฟาดวยโซลาเซลลชนดเชอมตอสายสง บทท 4 การออกแบบและตดตงแผงโซลาเซลลบนหลงคา บทท 5 การออกแบบและตดตงโซลาฟารม บทท 6 ระบบโซลาเซลลแยกอสระและส าหรบการเกษตร บทท 7 ประมาณการและการคนทนของระบบโซลาเซลล
1-1
บทท 1 บทน า
สถานะทวไปโซลาเซลล
เซลลแสงอาทตยเปนอปกรณทแปลงพลงงานแสงอาทตยใหเปนพลงงานไฟฟา เซลลแสงอาทตย หรอโซลาเซลลนไดรบการพฒนาอยางตอเนอง ตลอดจนมการผลตเชงการคาเขาสประชาคมโลกอยางมาก ท าใหราคาของเซลลแสงอาทตยมราคาถกลงเปนอยางมากดงในรปท 1.1 ในสวนของประสทธภาพแผงโซลาเซลลในปจจบนมคณภาพสงขนเรอยๆ ดงในรปท 1.2 อายการใชงานของเซลลแสงอาทตยเปนสงหนงทผใชมความกงวล เพราะแผงโซลาเซลลตองอยกบผใชอยางยาวนาน สงเหลานผใชสามารถคลายกงวลได เพราะมมาตรฐานตางๆทวโลกใหการรบรอง
รปท 1.1 การลดลงของราคาโซลาเซลล [1]
ในรปท 1.1 แสดงใหเหนวาในปจจบน (ป 2558) ราคาของเซลลแสงอาทตยนนอยท 0.3 USD/วตต
นนหมายถงแผงโซลาเซลลขนาด 250 วตตมราคาประมาณ 2,500 บาท ทงนเนองจากก าลงการผลตโซลาเซลลทวโลกมมากขน และความตองการใชโซลาเซลลกมมากขนเชนกน
สวนในรปท 1.2 แสดงประสทธภาพของโซลาเซลลจากหนวยวจยหลายทๆ สามารถพฒนาขนได อยางไรกตามแผงโซลาเซลลทแพรหลายในทองตลาดมประสทธภาพอยท 15% ซง 15% นหมายถงถาก าลงแสงอาทตยเปน 1,000 วตตตอตารางเมตร เราจะไดก าลงไฟฟาทแผงโซลลาเซลลสามารถแปลงออกมาไดเปน 150 วตตตอตารางเมตรนนเอง
1-2
รปท 1.2 ประสทธภาพของโซลาเซลล [2]
ส าหรบอายการใชงานของแผงโซลาเซลลผผลตมกแสดงดวยรปภาพทแสดงใหเหนวา เมออายการ
ใชงานครบ 20 ประสทธภาพคงเหลอเปนเทาใด โดยปกตแลวประสทธภาพจะลดลงประมาณ 1% ตอป ดงนนเมอครบ 20 ป ประสทธภาพคงเหลอเปน 80% ดงรป
รปท 1.3 การลดลงของประสทธภาพของผผลตแผงโซลาเซลลรายหนง
รปแบบทนยมตอใชงานโซลาเซลล
โซลาเซลลจะผลตไฟฟากระแสตรงออกมาทเปนลกษณะคลายแหลงจายกระแสไฟฟาคงท แตกระแสไฟฟากขนอยกบความตองการของโหลดดวยดงรปท 1.4 ดงนนเราสามารถน าไฟฟากระแสตรงนไปใชไดทนท
1-3
รปท 1.4 ความสมพนธของกระแส แรงดนไฟฟา และก าลงไฟฟาของแผงโซลาเซลล
ในรปท 1.4 ทแตละก าลงแสงอาทตย (โดยปกตก าลงแสงอาทตยนมคาประมาณ 1,000 วตตตอ
ตารางเมตร) จะเหนวากระแสไฟฟาจะมคาคงทๆทกๆระดบคาแรงดนไฟฟา ดงนนถาเราน าแผงโซลาเซลลไปขบมอเตอรไฟฟากระแสตรง กสามารถท าไดโดยไมตองมอปกรณปองกนกระแสเกนแตอยางใด ซงเหมาะมากกบการใชในงานการเกษตร
รปท 1.5 การใชโซลาเซลลตอตรงกบมอเตอรกระแสไฟตรงเพอปมน า
นอกจากนโซลาเซลลยงใชงานในพนทๆไมมไฟฟา หรอไมตองการใชไฟจากการไฟฟา เรยกวา
ระบบแยกอสระ โดยระบบจะตองใชประจแบตเตอร และมอนเวอรเตอรแปลงผนไฟจากไฟฟากระแสตรงใหเปนกระแสสลบ เพอใหเหมาะสมกบอปกรณไฟฟาทมอย
1-4
รปท 1.6 การใชงานโซลาเซลลระบบแยกอสระ
ในรปท 1.6 ชดอนเวอรเตอรกบชดควบคมการประจแบตเตอรจะประกอบอยในตวเดยวกน
นอกจากอนเวอรเตอรในบางรนยงสามารถตอรวมกบไฟของการไฟฟาไดดวย โดยบางครงอาจตองใชไฟจากการไฟฟาในกรณทไฟในแบตเตอรไมเพยงพอ
นอกจากนโซลาเซลลทใชเชอมตอสายสง (Grid-connected) กไดรบความนยมทวโลก ซงเปนสวนทรฐบาลก าลงสงเสรม โดยมการรบซอเขาระบบสายสงไฟฟาในหลายชอ เชน โซลาฟารม โซลารฟทอป เปนตน ซงระบบดงกลาวนสามารถลดการใชเชอเพลงฟอสซลในการผลตไฟฟาได นอกจากนผใชไฟฟายงสามารถผลตไฟฟาเพอใชเอง (กรณไมขายไฟฟาใหรฐบาลกได)
รปท 1.7 ระบบ Grid-connected กรณขายไฟฟา
จากรปท 1.7 สวนท 1 เปนแผงโซลาเซลลทปกตแลวจะวางบนหลงบาน แตเราเขยนรปเพอใหเหน
ภาพชดเจนจงแสดงอยดานนอกหลงคาบานอยางนน สวนท 2 เปนอนเวอรเตอรเชอมตอสายสง (Grid-connected Inverter) สวนท 3 เปนมเตอรวดพลงงานทระบบโซลาเซลลผลตไดส าหรบการขายไฟฟา และ
1-5
สวนท 4 เปนมเตอรวดพลงงานทเราซอไฟฟาจากระบบมาใชในบาน ระบบนเองทรฐบาลไทยรบซอไฟฟาจากโครงการทเรยกวา “Solar PV Rooftop”
รปท 1.8 ระบบ Grid-connected กรณผลตไฟฟาใชเอง
ในรปท 1.8 จะแตกตางจากรปท 1.7 เลกนอยตรงทมเตอรวดพลงงานส าหรบการขายไฟฟานนไมม
แตไฟฟาทผลตไดจากระบบโซลาเซลลจะตอตรงเขาไปใชในตวบานเลย ถาหากก าลงไฟฟาทผลตไดจากโซลาเซลลไมเพยงพอตอการใชในบาน ไฟฟากจะถกดงมาจากระบบการไฟฟา ซงกลาวงายๆคอ ไฟฟาทใชในบานหลงนมากจาก 2 แหลง คอจากการไฟฟา และจากระบบโซลาเซลล ถาหากในบานไมมการใชไฟฟาๆทผลตไดจากโซลาเซลลกจะไหลยอนเขาไปในระบบไฟฟา ไฟฟากจะถกใชโดยอาคารหลงอนทมการใชไฟฟาไป แหลงอางอง [1] https://en.wikipedia.org/wiki/File:Price_history_of_silicon_PV_cells_since_1977.svg //เมอ 6 กค. 58 [2] https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_cell // เมอ 6 กค. 58
2-1
บทท 2 พลงงานแสงอาทตย
บทน า
กอนทจะทราบการออกแบบระบบผลตพลงงานไฟฟาจากพลงงานแสงอาทตย เราจะกลาวถงการเกดมพลงงานแสงอาทตยเสยกอน พลงงานแสงอาทตยบนพนโลกขนอยกบต าแหนงละตจดและการโคจรของโลกเปนส าคญ ดงนนในบทนเราจะกลาวถงการโคจรของโลกกบพลงงานแสงอาทตย และเทคโนโลยการเปลยนพลงงานแสงอาทตยเปนพลงงานไฟฟาดวย “โซลาเซลล” การโคจรของโลกและพลงงานแสงอาทตย [1]
โลกหางจากพระอาทตยเปนระยะทาง r เขยนเปนสมการไดดงน
r =
365
)93(360sin017.010
ndr (2.1)
เมอ dn เปนจ านวนของวนทนบจากวนเรมตนของป ซงการเคลอนทของโลกรอบดวงอาทตยเปน
ลกษณะวงรแคบๆ มความแตกตางของวงเพยง 0.017 ซง 0r มคาเปน 1.496108 km และตวเลขนเรยกวา 1
AU โดยปกตแลวเพอความสะดวกตอการประยกตใช มกใชเปนคาตวประกอบปรบคาวงร ซงมคาเปน
0 = 2
0
r
r =
365
360cos033.01 nd (2.2)
โลกหมนรอบตวเองเปนเวลา 1 วน โดยหมนเอยงทมมคงท 23.45 เทยบกบแนวสรยคราสดงรปท
2.1 มมนเปนผลใหแสงแดดแรงในชวงฤดรอนมากกวาฤดหนาว และยงสงผลใหฤดรอนมกลางวนยาวนานกวาฤดหนาว
2-2
รปท 2.1 วงโคจรของโลกรอบพระอาทตย
มมทพระอาทตยตกกระทบในแตละวนเราอาจพจารณาเปนคาคงท เพราะมการเบยงเบนทนอยมาก
ไมเกน 0.5 องศา ถาหากเราพจารณาเหนอเสนศนยสตรใหมมมตกกระทบเปนบวก และใตเสนศนยสตรเปนลบ ดงนนมมทพระอาทตยตกกระทบจะหาไดจากสมการ
=
365
)284(360sin45.23 nd (2.3)
จากรปท 2.1 ชวงวนท 20 – 21 มนาคม และ 22 – 23 กนยายน เสนตกกระทบของพระอาทตยอยตรง
แนวเสนศนยสตร หรอเปนชวงท = 0 นนเอง เปนผลใหเวลากลางวนและกลางคนมคาเทากน และพระอาทตยขนทางตะวนออกและตะวนตก
ชวง 21 – 22 มถนายน = 23.45 นนคอพระอาทตยตกกระทบทดานบนเสนศนยสตรและพระอาทตยขนจากตะวนออกเฉยงเหนอ สวนพระอาทตยตากทางตะวนตกเฉยงใต สงผลใหซกโลกเหนอมกลางวนยาวนานเทากลางคน สวนซกโลกใตจะเปนตรงกนขาม
ในชวง 21 – 22 ธ.ค. = –23.45 พระอาทตยตกกระทบดานลางเสนศนยสตร สงผลใหซกโลกเหนอมกลางคนยาวนานกวากลางวน
ณ จดทตดตง PV ใดๆ บนพนโลกเราอาจก าหนดเปนตามแนวตง และแนวระนาบดงรปท 2 มมในแนวตงจากจดยอดฟาไปถงทพระอาทตยตกกระทบเรยกมมzs และมมในแนวระนาบจากทศใต (Azimuth) เรยกมม s และในสวนความสงของพระอาทตยเปนมม s นนกสมพนธกบมม zs
21 ก.ย.
21 ธ.ค. 21 ม.ย.
21 ม.ค.
2-3
รปท 2.2 มมทเกยวของกบต าแหนงใดๆ พนโลก
จากรปท 2.2 ณ ต าแหนงใดๆ ทพระอาทตยตกกระทบทต าแหนงละตจด (N เปน + และ S เปน –)
จะไดวา cos sin sin cos cos cos sinZS S (2.4) และ
sin sin sincos sign( )
cos cos
S
S
S
(2.5)
เมอ เปนเวลาจรงของพระอาทตย หรอเวลา ณ ทองถนนนๆ หรอชวโมงพระอาทตย ซง = 0 ท
ตอนเทยง ซงเปน “–” ชวงเชา และ “+” บาย ซงคา จะสมพนธเวลาท าการ ณ ทองถนนน (TO ) ดงตอไปน 15 12TO AO LL LH (2.6)
เมอ LL เปนละตดจด และ LH เปนคาลองตจดโดยเปน “+” เมออยดานตะวนตกละ “–” เมออยตะวนออกของ Greenwich
AO เปนเวลาทน าหนาเวลา ณ ทองถนนน ถาเปนฤดหนาวเวลาน าหนานเปน 1 ชวโมง แตถาเปนฤดรอนหรอฝนเปน 2 ชวโมง (กลมยโรป) ส าหรบคา , LL, LH มหนวยเปนองศา ในขณะท TO และ AO เปนชวโมง
2-4
(a) (b)
รปท 2.3 (a) การเคลอนทของพระอาทตย (b) ความสมพนธของมมพระอาทตย
ในรปท 2.3 แสดงการเคลอนทตะวน (a) ความแตกตางระหวางชวงฤดรอนกบฤดหนาว (b) ความสมพนธของมมความสงพระอาทตยกบมมแนวระนาบในแตละชวงเวลา
ในสมการท (2.1) – (2.3) และ (2.5) พจารณาจากความเรวเชงมมของการหมนของโลก ซงจะเปนประโยชนตอการประยกตใชดานวศวกรรมโซลาเซลลเปนอยางมาก
รปท 2.4 ต าแหนงแผนตวรบพลงงานแสงอาทตยวางความชนเปน ทมม Azimuth = และมมทล าแสง
พระอาทตยตกกระทบ S
จากรปท 2.4 มมทพระอาทตยตกกระทบไปทพนผว ค านวณไดจาก
cos sin sin cos [sign( )]sin sin cos cos
sin sin cos cos [sign( )]cos sin sin cos cos
cos sin sin sin
S
(2.7)
2-5
ถาหากแผนนวางตามระนาบเสนศนยสตร = 0 สมการกจะมคาเปน
cos [sign( )]sin sin(abs( ) cos cos(abs( )cosS (2.8)
รปท 2.5 สวนประกอบของรงสแสงอาทตยทจะตกกระทบทแผน PV
ถาเราประมาณทสภาวะดทสดทพระอาทตยเปลงรงส(Black Body) ณ อณหภมใกล 5,800 K คาก าลงทตกกระทบมคาเปน B0 = 1367 w/m2 (2.9)
ซงคา B0 น เรยกวาคาคงตวพระอาทตย (Solar Constant) ถงแมจะมรงสสะทอนมาจากแหลงอนดวย แตสวนใหญมาจากพระอาทตย อยางไรกตามผลรวมรงสทงหมดมาจาก direct + diffuse + albedo
ความเขมรงสทจดใดมกแสดงเปนความหนาแนนของก าลง (w/m2) ดงนนจงเปนพลงงานตอพนทในชวงเวลาใดๆ
ทสภาวะบรรยากาศมาตรฐานและหลงจากดดกลนตางๆ แลวคา Bo มเปน 1000 w/m2 โดยทวไปในวนฟาปลอดโปรงจะไดคารงสตกกระทบเขยนเปนความสมพนธได คอ
2-6
G = 678.0
7.000
AMB (2.10)
ถาสมมตแผงตงฉากกบพระอาทตยท 2 ชวงเวลา = 30 และ = – 30 (10.00 น. และ 14.00 น.) ของวนท 14 เมษายน 14 เม.ย. dn = 104; = 0.993 ; = 9.04 10:00 h = – 30 = –30 cos zs=0.819zs= 35 cos s = 0.508 s = – 59.44
AM = 1.222G =902.4 w/m2
G(0) =Gcoszs =739 w/m2 = –30 cos zs=0.662zs= 48.54 cos s =0.403s=– 66.28
AM = 1.510G =846.9 w/m2
G(0) =Gcoszs =561 w/m2
เซลลแสงอาทตย เซลลแสงอาทตย หรอ โซลารเซลล หรอ เซลลสรยะหรอ เซลลโฟโตโวลตาอก (Photovoltaic, PV
cell) (มการเรยกขานหลายชอ) เปนอปกรณไฟฟาทท าหนาทแปลงพลงงานแสงหรอโฟตอนใหเปนพลงงานไฟฟาโดยตรง โดยอาศยปรากฏการณโฟโตโวลตาอก นนกคอ เมอมแสงตกกระทบโดยไมตองอาศยแหลงจายไฟภายนอก คณสมบตของสาร (ปกตใชสารกงตวน าประเภทซลกอน) เชน คาความตานทาน แรงดน และกระแส จะเปลยนไป เมอเราตอโหลดทางไฟฟา จะท าใหเกดกระแสไฟฟาไหลผานโหลดได มรายละเอยดดงรป
รปท 2.6 การท างานของเซลลแสงอาทตย [2]
2-7
ในทางปฏบตเมอจะน าเซลลแสงอาทตยไปใชงานจะตองประกอบเปนแผงโซลาเซลล ซงแผงโซลา
เซลลนจะมความทนทานตอสภาพอากาศ และลกเหบ ท าใหตองมมาตรฐานก ากบเพอแสดงถงความสามารถดงกลาว
รปท 2.7 สวนประกอบแผงโซลาเซลล
ในรปท 2.7 การประกอบแผงจะตองไมใหน าเขาไปในเซลลแสงอาทตยได กระจกตองมความแขงแรงพอทจะไมไดรบความเสยหายจากภยธรรมชาต เชนลกเหบ แผน EVA มหนาทปองกนไมใหเซลลเสยหายตองมความคงทนตอสภาพอากาศไมเปลยนสงาย ซงจะสงผลใหเซลลแสงอาทตยรบพลงงานแสงไดนอยลง ดวยเหตนแผงโซลาเซลลทจะน ามาใชงานตองรบการรบรองตามมาตรฐานหลายอยางดงรป
รปท 2.8 มาตรฐานทใชในการรบรองแผงโซลาเซลล
กรอบโครงอลมเนยม กระจก EVA เซลลแสงอาทตย EVA แผนประกบหลงแผง ขวตอสายไฟฟา
2-8
ส าหรบในประเทศไทยม มอก. 1843-2553 เปนมาตรฐานทก ากบแผงโซลาเซลล อยางไรกตามแผงโซลาเซลลทจะน ามาใชในประเทศ อาจไดรบ มอก. หรอ IEC61215 และ IEC61730 กได
เซลลแสงอาทตยทไดรบความนยมในปจจบนมอย 3 ชนด คอ โพลครสตอลไลน (Poly crystalline) หรอผลกรวม โมโนครสตอลไลน (Mono crystalline) หรอผลกเดยว และแบบอมอฟส ในแตละชนดมกรรมวธการผลตทแตกตางออกไป [2] แตทง 3 ชนดนลวนท ามาจากสารกงตวน าซลกอนทงนน
ลกษณะการใชงานบนหลงคานนแบบอมอฟสจะไมเหมาะ เพราะมน าหนกแผงมากและตองใชพนทจ านวนมาก เนองจากประสทธภาพต าอยทประมาณ 7-8% เพอใหไดก าลงไฟฟาทผลตไดเทาๆกบจากแบบผลก ส าหรบแบบผลกเดยวและผสมนนเหมาะสมทจะใชงานบนหลงคามากกวา เพราะมน าหนกเบาและใชพนทหลงคานอย เนองจากมประสทธภาพสงถง 14-15% ในปจจบนถงแมวาแบบผลกผสมจะมประสทธภาพต ากวาแบบผลกเดยว 1-2% แตกไดรบความนยมมากกวา เพราะราคาต ากวา และประสทธภาพกถอวาใกลเคยงกน
Potential Induced Degradation (PID) เปนสงทส าคญของแผงโซลาเซลลทตองพจารณาอกประการหนง ปรากฏการณ PID ทเกดขนกบแผงโซลาเซลลชนดผลกนสงผลใหก าลงการผลตลงไดถง 30% ดงนนแผงโซลาเซลลทจะน ามาใชงานตองผานการทดสอบการตอตาน PID นดวย เอกสารอางอง [1] Eduardo Lorenzo, Energy Collected and Delivered by PV Modules,” Handbook of photovoltaic
science and engineering, Chapter 20, John Wiley & Sons, 2003 [2] http://www3.egat.co.th/re/solarcell/solarcell.htm\\29 กค 2558
3-1
บทท 3 ระบบผลตไฟฟาดวยโซลาเซลลชนดเชอมตอสายสง
บทน า
ระบบผลตไฟฟาจากโซลาเซลลชนดเชอมตอสายสงมการใชงานอยางกวางขวางทวโลก ในประเทศไทยมการสงเสรมใหมการตดตง โดยรฐบาลจะรบซอไฟฟาจากโซลาเซลลในราคาทแพงกวาทประชาชนซอไฟฟามาใช ซงการตดตงโซลาเซลลเพอขายไฟฟาใหกบการไฟฟามทงทเปนแบบวางบนพนดน หรอ Solar PV Farm และเปนแบบวางบนหลงคา Solar PV Rooftop
เมอระบบการผลตไฟฟาจากโซลาเซลลชนดเชอมตอระบบไฟฟามราคาถกลง ประชาชนกใหความสนใจน ามาตดตงเพอลดคาไฟฟาในอาคาร รปการตอเพอขายไฟฟา และเพอลดคาไฟฟาในประเทศไทยขณะน (มกราคม 2559) ในอนาคตรฐบาลอาจสนบสนนเปนลกษณะโซลาเซลลเสร ใครใครตดตงกตดตงไดอยางสะดวกสบายมากขน ดงเชนการซออปกรณทใชไฟฟามาตดตง
ดงนนในบทนจะน าเสนอการออกแบบและตดตงระบบผลตไฟฟาจากโซลาเซลลชนดเชอมตอสายสงไฟฟาของการไฟฟา เพอใหผทสนใจสามารถออกแบบและตดตงเองได โดยสามารถใชเฉพาะชางฝมอไฟฟาเทานน กสามารถตดตงและใชงานไดอยางปลอดภย ซงขนตอนการออกแบบและตดตงมดงตอไปน
- ส ารวจพนทหลงคาเพอการตดตง - การออกแบบระบบผลตไฟฟาจากโซลาเซลลชนดเชอมตอสายสง - การตดตงระบบ - การตรวจสอบระบบและการบ ารงรกษา
การส ารวจพนทหลงคาเพอการตดตงระบบ
ปกตแลวการส ารวจเบองตนเราอาจท าไดงายๆโดยการพจารณาจากต าแหนง GPS (หาไดจาก Google Map) จะท าใหเราทราบต าแหนง และดานทศอยางถกตอง
จากรปท 3.1 เปนตวอยางต าแหนงอาคารหลงหนงในซอยสรนารายณ 13/1 ต.ในเมอง อ.เมอง จ.นครราชสมา ทไดจากสมารทโฟน ในต าแหนงทปกหมดในรป (a) จะเหนเปนอาคารทมงดวยหลงคาเมทอลชส ดานบนสดเปนทศเหนอของอาคารซงเปนมมหลงคา
ส าหรบในรปท 3.1 (b) ไดจากการเลอนลงของรป (a) ในสมารทโฟน จะปรากฎต าแหนง GPS มาคอ: 14.9945531, 102.1244022 ซงตวเลขนเราสามารถประมาณเปนมมเงยทจะตงแผงโซลาเซลลใหท ามมทดกบพระอาทตยไดทเงยไปทางทศเหนอประมาณ 15 องศา นนเอง (โดยประมาณ)
3-2
(a) (b)
รปท 3.1 ตวอยางต าแหนงอาคารจาก Google Map
เมอทราบต าแหนงอาคารแลวขนตอนตอไปตองพจารณาพนททจะวางแผงโซลาเซลล ควรตองเปนดานทศใตของอาคาร (ส าหรบประเทศทอยเหนอเสนศนยสตร) ดงนนแผงโซลาเซลลกจะมมมเงยไปดานทศเหนอดงรป
รปท 3.2 บรเวณหลงคาทควรตดตงแผงโซลาเซลล [1]
ถาหากเราตองการทราบมมทเหมาะสมส าหรบการตดตงจรง เราสามารถใชต าแหนง GPS เขาไปใน
เวบไซตของ NASA [2] เพอค านวณใหเราได มตวอยางการใหแสดงมมตดตงแผงทเหมาะสมดงรป
3-3
รปท 3.3 ตวอยางการใหเวบไซต NASA หาต าแหนงมมตดตงแผงทดสด
จากรปท 3.3 มมเงยของแผงโซลาเซลลทควรตดตง ณ ต าแหนง 14.9945531, 102.1244022 ท
เหมาะสม คอ 18.8 องศาจากทศเหนอ ซงจะท าใหพลงงานทผลตไดเฉลยตลอดทงปมคาสงทสด การออกแบบระบบโซลาเซลลชนดเชอมตอสายสง
ระบบโซลาเซลลเชอมตอสายสงมอปกรณประกอบทส าคญอย 2 สวน คอ แผงโซลาเซลล และอนเวอรเตอรชนดเชอมตอสายสง (ระบบไฟฟาของการไฟฟา) ไฟฟาทผลตไดจากแผงโซลาเซลลจะเปนไฟฟากระแสตรง ตอจากนนอนเวอรเตอรชนดเชอมตอสายสงจะท าหนาทแปลงไฟฟากระแสตรงนใหเปนไฟฟากระแสสลบทเหมาะสมตอการเชอมตอกบระบบไฟฟาของการไฟฟา และปอนก าลงไฟฟาทมาจากแผงโซลาเซลลใหปอนเขาระบบการไฟฟาตอไป
การออกแบบระบบการผลตไฟฟาจากโซลาเซลลชนดเชอมตอสายสง ตองพจารณาใหขนาดก าลงและแรงดนไฟฟาของแผงโซลาเซลล มความเหมาะสมกบขนาดของอนเวอรเตอร จดประสงคการตดตงระบบผลตไฟฟาแบบน เจาของโครงการอาจมหลายเปาหมายดงตอไปน
- เพอขายไฟฟาใหกบการไฟฟา - เพอลดคาพลงงานไฟฟา - เพอขายไฟฟาแบบพลงงานสทธ (Net metering)
การออกแบบระบบผลตไฟฟาจะเพอจดประสงคใดกตาม ตองพจารณาขนาดของแผง และ
อนเวอรเตอรใหมความเหมาะสมกน ขนตอนการพจารณาออกแบบนนพจารณารปประกอบดงตอไปน
3-4
รปท 3.4 ขอมลส าคญของอนเวอรเตอรตอการออกแบบ
จากรปท 3.4 เปนขอมลอนเวอรเตอรยหอหนงขนาด 10 กโลวตตทผานมาตรฐานการไฟฟาให
เชอมตอระบบไฟฟาได อนเวอรเตอรเครองนควรตอแผงโซลาเซลลทมก าลงผลตรวมไมเกน 11,000 วตต และแรงดนไฟฟาดานแผงโซลาเซลลตองไมเกน 1,000 โวลตในแตละวงจร (สตรง)
รปท 3.5 ขอมลส าคญของแผงโซลาเซลลตอการออกแบบ
จากรปท 3.5 เปนขอมลแผงยหอหนง ซงในชองสดทายเปนของแผงขนาด 250 วตต แผงรนนม
แรงดนกระแสตรงขณะเปดวงจรเปน 37.1 โวลต ในขณะทแรงดนขณะจายก าลงไฟฟาสงสดมคาเปน 29.9 โวลต (แรงดนขณะใชงาน)
3-5
จากขอมลเบองตนของแผงโซลาเซลลและอนเวอรเตอร เราสามารถออกแบบเปนระบบผลตไฟฟาจากโซลาเซลลชนดเชอมตอสายสงไดดงวงจรตอไปน
รปท 3.6 ไดอะแกรมเสนเดยวระบบผลตไฟฟาดวยโซลาเซลล เพอการขายไฟฟา
รปท 3.7 ไดอะแกรมเสนเดยวระบบผลตไฟฟาดวยโซลาเซลล เพอการลดคาพลงงานไฟฟา
3-6
รปท 3.8 ไดอะแกรมเสนเดยวระบบผลตไฟฟาดวยโซลาเซลล ในระบบ Net metering
ในรปท 3.6 เปนระบบส าหรบการขายไฟฟาในโครงการ Solar PV Rooftop โดยมมเตอร M2
ส าหรบวดคาพลงงานของระบบ PV ทผลตไฟฟาได ส าหรบรปท 3.7 เปนระบบส าหรบการลดคาพลงงานไฟฟาภายในบาน โดยไฟฟาทผลตไดระบบ
PV จะถกใชในบาน ดงนนจะท าใหพลงงานไฟฟาทตองดงจากระบบการไฟฟานนลดลง สวนในรปท 3.8 จะเปนการลดคาพลงงานดงเชนในรปท 3.7 เพยงแตในรปท 3.8 นนเราตองการ
ทราบคาพลงงานทใชในบานจรงๆ เหตการณนผเขยนขอท านายวาจะเกดขนแนนอนถาหากรฐบาลด าเนนโครงการโซลาเซลลเสรแลวสามารถขายกลบพลงงานทเหลอใชในบานได การออกแบบระบบโซลารเซลลชนดเชอมตอสายสงดวยโปรแกรม PVsyst
การออกแบบระบบเชอมตอสายสงทกลาวในหวขอทผานไปนนอาจพจารณางายๆส าหรบระบบขนาดเลก ถาหากเปนระบบขนาดใหญหรอตองการทราบพลงงานทผลตไดอยางแมนย า เราอาจใชโปรแกรมคอมพวเตอรมาชวยในการออกแบบ
โปรแกรม PVsyst [3] เปนโปรแกรมทนยมใชในการออกแบบในวงการระบบโซลารเซลล โปรแกรมนจะรวบรวมสมการทเกยวของในบทท 2 และสภาพระบบการใชงานจรงของระบบท าใหไดคาการผลตพลงงานทใกลเคยงสภาพจรง ในภาคผนวกบทท 3 เปนการแสดงตวอยางการใชโปรแกรม PVsyst เพอออกแบบระบบโซลารเซลลชนดเชอมตอสายสงในเมองหลวงพระบางประเทศลาว
3-7
เอกสารอางองบทท 3 [1] โครงการตดตงระบบผลตไฟฟาดวยเซลลแสงอาทตยบนหลงคาเพอขายไฟฟา โดยบรษท ไทยโซลารฟวเจอร จ ากด [2] https://eosweb.larc.nasa.gov/cgi-bin/sse/[email protected] // NASA Surface meteorology and Solar
Energy - Location [3] http://www.pvsyst.com/images/pdf/PVsyst_Tutorials.pdf//คมอการใชงาน
3-8
ภาคผนวกของบทท 3 ตวอยางการออกแบบระบบโซลารเซลลเชอมตอสายสงดวยโปรแกรม PVsyst
ณ เมองหลวงพระบาง ประเทศลาว จดท าโดยนายบญเทยม เลยมพระจนทร
การออกแบบโซลารฟารม 1 MW โดยใชโปรแกรม PV system
พนทหลวงพระบาง (สปป.ลาว)
1. เปดโปรแกรม PV system
1. กดโปรแกรม PV system (2 ครงเรวๆ)
2. หนาตาโปรแกรม PV system
3. กด Files – เลอก Workspace
4. กด Export logs…
5. กด Export logs…
6. เลอก Local Disk (C)
8. เลอก PVsystem6.6.3
9. กด OK
7. เลอก Program Files
10. กด Export
11. กด OK
12. กด Exit
13. กด Close
1. กด Databases
2. กด Import meteo Data
3. กดเลอกขอมน NASA-SSE
4. ใสชอพนทออกแบบ
5. เลอกประเทศพนทออกแบบ
4. ใสชอพนทออกแบบ
5. เลอกประเทศพนทออกแบบ
6. เลอก Asia
7. time zone UTC +07:00
8
9
10
11
12
13
14
15. เปลยนชอ File ใหม
16
17
20
19
18
21
22
1
2
3. ใสชอ File 4. ใสชอ Project’s
5. เลอก File
6. เลอก File ท Save ไว
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17. กรอบขอมนอกท
18
19
20 21
22
23
24
25
26
27
29
ดพลงงานทผลดไดตามมมทปบใหเหมาะสม 30
28
31
33. เลอกขนาด-ชนดของแผงโซลาร
32. เลอกบรษทจ านายแผงโซลาร
34. เลอกบรษทจ านายวนเวอรเตอร
35. เลอกขนาด-ชนดของวนเวอรเตอร
38. ดพลงงานทผลดได
37. ปรบจ านวนของแผงโซลารตอ Strings
36. ปรบจ านวนชดของ Mod. In Series
39
40
41
42
43
44
1
บทนา
ระบบไฟเฉพาะกามการกล
เกดสนมเวลาทเก
กไรกตาอปกรณจ อปกรณจ
และหลง
ลอก แลหลงคา สหลงคาด
ระบบโซลาเฟฟากาลง หรารตดตงแผงโาวถงในบททอปกรณจบยมงาย วสดทนดพายอาจทาคลกษณะหลงคมอปกรณจบจบยดแผงทเห
จบยดแผงโซลหลงคาในปรงคากระเบองค
(a) แบบไมต
จากรปท 4.1 ะแบบลอนเรสวนในแบบลดงรป (b) ทาใ
การอ
ซลลทตดตงบรออาจเปนระโซลาเซลลทอทผานไปแลว ดแผงเปนสว
นยมใชเปนอลความเสยหายคาในประเทศบยดแผงยงตอหมาะสม สมค
ลาเซลลบนหระเทศไทยทนคอนกรต เปน
ตองเจาะเพราะรป
เปนการตดตรยบธรรมดาลอนเรยบธรรใหมโอกาสห
ออกแบบและต
บนหลงคาสาะบบแยกอสรอยบนหลงคา ตลอดจนในบวนทตองเจอทลมเนยม ไมคยแกแผงโซลาศมหลายแบบองการการพฒควรนามาใชใ
ลงคา นยมในปจจบนนตน หลงคาแ
ะหลงคาหนบปท 4.1 ขายดแ
ตงขาตงบนหในแบบลอนมดาจะตองมลงคารวได อ
4-1
บทท 4 ตดตงแผงโซ
ามารถเปนไดระทผลตแลวสวนจะนาไฟบทถดไปกจะทงแดด ฝน แวรออกแบบใเซลลเราได แตละแบบตฒนาเพอใหเหในการตดตง แ
นมหลายแบบตละแบบมกา
บได แผงสาหรบห
หลงคาเมทอนนคลปลอกจะการเจาะหลงอยางไรกตามเ
ลาเซลลบนห
ดหลายระบบวประจเขาแบฟฟาจากแผงไมการกลาวถงละพาย ดงนนใหแผงตงรบ
องการอปกรหมาะสมกบหและอปกรณป
บเชน หลงคาเารออกแบบใช
(b) หหลงคาเมทอลช
นชส ปกตแลวะสามารถใชขงคาเพอยดขาตเราเจาะบนสน
ลงคา
ทงการผลตไบตเตอร ดงนไปทาอะไรนนงเชนกน นอปกรณทใชแดดทไมแนบ
ณจบยดทแตหลงคาแต ในประกอบทเกย
มทอลชส หลชขายดแตกตา
หลงคาทตองเชส
วจะม 2 รปแขาแบบหนบตงรองรบแผงนทสงของเมท
ไฟฟาแลวเชอนนในบทนจะนจะไมกลาวถ
ชตองแขงแรบกบหลงคา
กตางกนออกนบทนจงจะยกยวของตอไป
ลงคากระเบอางกนไป
เจาะ
แบบ คอแบบได ทาใหไมงกบแปของโทอนชสโอกา
อมตอกบะกลาวถงถง เพราะ
ง และไมเพราะใน
กไป อยางกตวอยาง
งลอนค
ลอนคลปตองเจาะครงสรางาสรวกไม
มากนก การยดขเกดขน ซตดตงโซตดตงกจ
ยดแผงจตองเจาะรวเขาอา
หลงคา ใเปนแปเปเจอลมพ
นอกจากนกาองตะปเกลยซงวศวกรโครซลารเซลลดวะสะดวกกวา
จากรปท 4.2 ะใชแบบสอะกระเบอง แตคารได
(a) ตดตง
จากรปท 4.3ในรปท 4.3 (aปนเหลกบาง าย
ารเจาะเพอยดวกบแปจะรบรงสรางทพจาวย จงควรพจาดวย
รปท 4
เปนการตดตดเขาระหวางตเหลกขาทสอ
งบนแปไมหร
เปนขายดa) เปนกรณทเราตองใชขา
ดกบแปเราตอบแรงดงไดนารณาตองคานารณาเลอกลอ
4.2 การตดตง
งสาหรบหลงงกระเบองแลอดจะตองไมห
รอเหลกหนารปท 4.3 การ
ดทเหมาะกบกแปเปนไมหรยดแบบปลาย
4-2
องพจารณาควอยลง ในขณนงถงประเดนอนหลงคาเป
งบนหลงคาแบ
งคากระเบองซลวยดดวยเกลหนามากนก ไ
รตดตงบนกร
การตดตงบนรอเหลกหนา ยมทขดลอคด
วามหนาเหลณะทแผงเราเจนนดวย ดงนนนแบบคลปล
บบกระเบองซ
ซเมนตทในปยวปลอยทจนไมอยางนนจะ
(b) ตระเบองลอนค
นกระเบองลอเราสามารถใงรป (b) จะท
กแปทจะยดดอกบลมพายจ
นถาหากเราสรลอกจะดกวาแ
ซเมนต
ประเทศเรานยนทน การตดะทาใหกระเบ
ตดตงบนแปเห
อนค โดยจะมชเกลยวปลอาใหขายดเราร
ดวย เพราะถาจะเกดแรงยกรางอาคารใหแบบลอนเรย
ยมใช โดยการตงแบบนมขบองไมสนทก
หลกบาง
มซลยางปดรทยเจาะยดได แรบแรงดงไดส
าหากบางกของแผงมเพอการบ ซงการ
รตดตงขาอดคอไมน นาอาจ
ทเราเจาะแตถาหากสงขนเมอ
สายไฟฟ
(DC comไดงาย ท
เรยกงายอากาศไดไดแตเราโดยเฉพา
ตดตงไดเพราะปลการตอสเกดความกระแสต
ฟาและอปกรณสายไฟฟาทตmbiner) จะเปทสาคญคอฉนสายไฟฟาทเรๆวาสาย CV ด อยางไรกตากนยมจอดใาะกม เชนสาย
ตวตอสายไฟดสะดวก ตวตลายรบสายไฟสายจะตองใชคมแนนหนามตรงนนมคาสง
(a) ตว
ณทตองอยบนตดตงจากแผปนสายไฟฟาวนของสายไราสามารถใชสายชนดนฉนามการตดตงถในรมมากกวย PV-1F ซงฉ
(a) สาย
ฟฟาของระบบอนจะเรยกวาฟจะเปนแบบคมบบสายเฉมาก ถาหากกงมาก ถงแมป
วตอ MC4 ร
นหลงคา งโซลารเซลลกระแสตรง นฟฟาจะตองเปชไดบนหลงคนวนสามารถตถาไมโดนแดวา อยางไรกตฉนวนสามารถ
CV รปท 4.4 สา
บโซลารเซลลาตวตอ MC4 บเปด ทาใหกาพาะใชงานการตอสายไมรมาณกระแส
ปท 4.5 ตวตอ
4-3
ลเพอตอไปยนยมใชเปนสปนแบบมเปลาตามในมาตรตากแดดตากดดโดยตรงกจตามการสายไถรบแรงดนไ
ายไฟฟาทตดต
ลจะใชตวตอทซงตว MC4
ารใชงานสะดบ MC4 เทามแนนจะทาใสไมมากกสาม
อสาย MC4 แ
ยงอนเวอรเตอายตเกลยวเสนลอกและทนแรฐานของ วสฝนได ดงนนจะดกวา เปรยไฟฟาทออกแด 1,000 โวลต
(b) สายโซลตงบนหลงคา
ทเปนมาตรฐา4 นจะสามารถดวกเพราะไมนน เมอบบสหเกดไฟลกไมารถทาใหไฟ
(b) คมละคมบบ MC
อรหรอกลองนเลกๆเพอใหรงดนไดถง 1สท. จะเปนสาเราสามารถตบเสมอนรถยแบบมาสาหรต หรอมากกว
ลารเซลลโดยเ
านเดยวกน เพถใชกบสาย Pมตองเจาะจงกสายแลวสายจะไหมได เพราฟลกไหมได
มบบ MC4 C4
งรวมวงจรกรหเกดการออน1,000 โวลต าย IEC 6050ตดตงโดยตรงยนตทจอดตารบระบบโซลวา
เฉพาะ (PV1-F
พอความปลอPV1-F ไดหลกบสายไฟแตะแยกเปน 2 ทาะระดบแรงด
ระแสตรง นตวตดตง
02-1 หรอตอสภาพมแดดฝนลารเซลล
F)
อดภยและลายขนาด ตละขนาด ทางทาใหดนไฟฟา
อาจไมสแตสามา
บทสรป
มอปกรณอปกรณททสาคญทจะทาให
เนองจาก MCสะดวกในการรถใชคมบบห
บทนไดกลาวณประกอบอยทจะนามาตดตทกลาวไปนนอายการใชงา
C4 ทเปนแบรจดหาคมบบหางปลาทวไป
รปท 4.6
วถงอปกรณทยางอนดวย ยตงตองเปนแบนจะเปนสายไนสนลง
บบปลายเปดจจงมผผลตตว
ปของชางไฟไ
ตวตอสายคล
ทตองตดตงบนยกตวอยางเชนบบไรสนม อไฟฟา และตว
4-4
จะตองใชกบควตอสายออกได ตวตอสาย
ลาย MC4 แตเ
นหลงคาเมอเน ทางเดนสาาจทาไดโดยกตอสายไฟฟา
คมบบโดยเฉพกแบบใหตวตแบบนเปนแบ
หมาะตรงกบ
เราจะตดตงระายไฟ อปกรณการชบกลวาไา อปกรณเหล
พาะ ดงนนสอสามารถใชงบบเหมาะตรง
ขนาดสาย
ะบบโซลารเซณราวกนตก ทไนซ เปนตน ลานไมควรโด
สาหรบชางไฟงานรวมกบ Mงกบขนาดสาย
ซลล อยางไรกทางเดนบนหในสวนอปกดนแดดโดยต
ฟฟาทวไปMC4 ได ยไฟพอด
กตามอาจหลงคา ซงรณไฟฟารง เพราะ
