การคำนวณหาขนาดและจำนวนของแบตเตอรี่ที่ใช้ในระบบ

1. ก่อนอื่นเราต้องรู้ก่อนว่าในระบบของเราที่ออกแบบไว้ใช้ปริมาณไฟฟ้าเท่าไรต่อวัน โดยหน่วยที่จะนำมาใช้คำนวนในการหาจำนวนและขนาดของแบตเตอรี่นั้นถ้าให้ง่ายจะต้องเป็นแอมป์อาวด์(Ah- สมมติถ้าใช้ไฟฟ้า 1 แอมป์อาวด์หมายถึงการใช้กระแสไฟฟ้า 1 แอมป์ต่อ1ชั่วโมงนั่นเอง) เพราะมีหน่วยเดียวกันกับสเปคของแบตเตอรี่โดยทั่วไป
2. ต้องเผื่อวันที่ไม่มีแสงแดดที่จะใช้ในการผลิตพลังงานแสงอาทิตย์ ตัวแปรนี้สำคัญเนื่องจากว่า ถ้าไม่มีไฟฟ้าที่ผลิตจากแผงโซล่าเซลล์มาชาร์จแบตเตอรี่ที่ใช้กระแสไปแล้วจะทำให้แบตเตอรี่ปล่อยกระแสมากเกินไปจนแบตเตอรี่เสื่อมและมีอายุการใช้งานที่สั้นลงได้ ดังนั้นในการคำนวนจึงต้องรวมกระแสที่จะจ่ายให้กับโหลดในวันที่ไม่มีแสงอาทิตย์ด้วย(N = no sun days) โดยขึ้นอยู่แต่ละพื้นที่
3. ควรเลือกชนิด ยี่ห้อและขนาดของแบตเตอรี่ที่จะใช้ในการติดตั้ง(อาจเลือกหลายสเปคเพื่อเปรียบเทียบ ราคา ขนาด ที่เหมาะสมกับการออกแบบและทรัพยากรต่างๆของเราได้ โดยคำนวนหลายๆตัวเปรียบเทียบกัน) ว่ามีสเปคเป็นอย่างไร กราฟการปล่อยประจุได้ถึงกี่เปอร์เซนต์ต่อวัน(DDOD-Daily Depth of Discharge) และการปล่อยประจุสูงสุดที่ทำได้(Maximum Depth of Discharge) เป็นเท่าไร
4. คำนวณแบตเตอรี่ในภาคขนานก็คือการหาจำนวนชุดของแบตเตอรี่ที่จะนำมาต่อขนานกันว่าจะต้องต่อกี่ชุด ใช้สูตร Bp= (system TUC/Battery TUC) = (DL*N)/(MDOD*C) จากสูตรนี้กล่าวโดยรวมก็คือ จำนวนชุดแบตเตอรี่ในภาคขนานเท่ากับกระแสไฟฟ้าทั้งหมดที่เราต้องการใช้ในระบบ(รวมที่เผื่อสำหรับไม่มีแสงอาทิตย์ไว้ด้วย)หารด้วยกระไฟฟ้าสูงสุดที่แบตเตอรี่จะจ่ายให้ได้ โดย DL=Daily Load(Ah)=>กระแสที่ใช้ต่อวัน, N=no sun days=>เผื่อจำนวนวันที่ไม่มีแสงอาทิตย์, C=battery Capacity=>ประจุสูงสุดของแบตเตอรี่ที่สามารถจุได้ ดูจากสเปค(ส่วนใหญ่จะคิดที่อัตราการชาร์จ 20 ชั่วโมง)
5. คำนวณแบตเตอรี่ในภาคอนุกรม Bs= Vsystem/ Vbn คือจำนวนแบตเตอรี่ที่จะต้องต่ออุนกรมกันเพื่อจะทำให้ได้แรงดันตามที่ออกแบบในระบบไว้ เช่นถ้าแบตเตอรี่ต่อลูกมีแรงดัน 12 โวลท์และระบบที่ออกแบบไว้ต้องใช้แรงดัน 24 โวลท์ ดังนั้นต้องใช้แบตเตอรี่ต่ออนุกรมกัน 2 ลูก โดย Vbn= Nominal Battery Voltage => แรงดันของแบตเตอรี่ ดูในสเปค
6. คำนวณหาแบตเตอรี่รวมที่จะต้องใช้ในระบบ ใช้สูตร Bt = Bp* Bs หมายถึงจำนวนแบตเตอรี่รวมเท่ากับจำนวนแบตเตอรี่ในภาคขนานคูณกับจำนวนแบตเตอรี่ในภาคอนุกรมนั่นเอง

ตัวอย่างการคำนวณหาแบตเตอรี่

1.)   สมมติว่าตัวแปรต่างๆที่ระบบออกแบบไว้

• ปริมาณการใช้ไฟฟ้าต่อวัน 42.2 แอมป์อาวด์ต่อวัน(Ah/day)
• ระบบใช้แรงดันไฟฟ้ากระแสตรง 48 โวลท์(V)

2.)   กำหนดให้วันที่ไม่มีแสงอาทิตย์(No-sun days)เผื่อไว้ที่ 2 วัน

3.)   สมมติว่าจะใช้แบตเตอรี่ยี่ห้อ Trojan รุ่น 31AGM มีแรงดัน 12 โวลท์ 100แอมป์อาวด์ที่อัตราการชาร์จ 20 ชั่วโมง สมมติให้บริเวณที่ติดตั้งแบตเตอรี่มีอุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียส

ถ้าดูจากสเปคและกราฟข้อมูลแล้ว ค่าสูงสุดที่เรารับได้ในการเลือกใช้อัตราการปล่อยประจุต่อวันคือ 30 เปอร์เซนต์(DDOD) และกำหนดให้ค่าการปล่อยประจุสูงสุดคือ 50 เปอร์เซนต์(MDOD)

• ดูจากกราฟถ้าเราปล่อยประจุจากแบตเตอรี่วันละ 30 เปอร์เซนต์ อายุการใช้งานของแบตเตอรี่จะชาต์จได้ประมาณ 1900 ครั้ง หรือประมาณ 5 ปี แต่ถ้าเราใช้การปล่อยประจุที่ 50 เปอร์เซนต์อายุการใช้งานของแบตเตอรี่ก็จะสั้นลงกว่าเดิมคือจะชาร์จได้ประมาณ 1000 ครั้งหรือเพียง 2 ปีกว่าเท่านั้น(ดูกราฟล่างซ้าย)
• การเลือกค่าที่จะใช้ในการปล่อยประจุของแบตเตอรี่เป็นสิ่งที่สำคัญ ถ้าเลือกการปล่อยประจุที่น้อยลงก็หมายความว่าการจ่ายกระแสไฟให้กับโหลดได้น้อยลง อาจจะต้องเพิ่มจำนวนแบตเตอรี่เพื่อจ่ายไฟฟ้าให้กับโหลดเท่าเดิม แต่ถ้าปล่อยประจุมากเกินไปก็จะทำให้การใช้งานของแบตเตอรี่สั้นลง ดังนั้นต้องคำนวณการปล่อยประจุของแบตเตอรี่ให้เหมาะสมกับระบบที่จะนำไปใช้งานด้วย

4.)   หาจำนวนแบตเตอรี่ในภาคขนาน Bp

• Bp = (DL*N)/(MDOD*C) = (42.2*2)/(0.5*100) = 1.688 ปัดตัวเลขเป็น 2
• ดังนั้น Bp = 2

5.)   ตรวจสอบค่าการปล่อยประจุต่อวันว่าไม่เกินกว่าที่เรากำหนดไว้ โดย

• หาปริมาณประจุรวมในแบตเตอรี่ที่นำมาต่อขนานกัน ในที่นี้เราคำนวณหาจำนวนแบตเตอรี่ในภาคขนานได้ 2 ชุด ดังนั้น ประจุไฟฟ้ารวมคือ Bp* C = 2*100 = 200 A
• จากนั้นนำปริมาณการใช้ไฟฟ้าต่อวันหารด้วยประจุรวมได้ (42.2/200) = 21.1 เปอร์เซนต์ จากผลการคำนวณจะเห็นว่าไม่เกินกว่าเปอร์เซนต์การปล่อยประจุที่เรากำหนดไว้ที่ 30 เปอร์เซนต์ ซึ่งเป็นผลดีต่อแบตเตอรี่เพราะจะทำให้ได้อายุการใช้งานที่เพิ่มขึ้นอีกด้วย

6.)   หาแบตเตอรี่ในภาคอนุกรม Bs = Vsystem/ Vbn

• Bs = 48/12 = 4

7.)   หาจำนวนแบตเตอรี่รวม Bt = Bp* Bs

• Bt = 2*4 = 8
• ดังนั้นในระบบนี้จะต้องใช้แบตเตอรี่รวมทั้งหมด 8 ลูกโดยต่ออนุกรม 4 ลูกจำนวน 2 ชุดแล้วนำมาขนานกันจนได้แรงดันระบบเท่ากับ 48 โวลท์

ต่อเนื่อง ถ้าสมมติว่าค่าตัวแปรทุกอย่างเท่าเดิมแต่ว่าเราลดจำนวนวันที่ไม่มีแสงอาทิตย์จาก 2 วันให้เหลือ 1 วัน แล้วลองคำนวณใหม่อีกรอบ จะได้ Bp = (42.2*1)/(0.5*100) = 0.844 ดังนั้น Bp = 1 ชุด จากนั้นตรวจเช็คดูว่าอัตราการปล่อยประจุต่อวันจะได้ (42.2/100) = 42.2 เปอร์เซนต์ ซึ่งมากกว่าที่เรากำหนดไว้ว่าอัตราการปล่อยประจุจะต้องไม่มากกว่า 30 เปอร์เซนต์ เมื่อเป็นอย่างนี้แบตเตอรี่จะมีอายุสั้นกว่าที่เรากำหนดวไว้ตั้งแต่แรก ซึ่งดูจากกราฟปล่อยประจุประมาณ 42.2เปอร์เซนต์ จะมีการชาร์จได้ประมาณ 1400 ครั้งหรือ 3 ปีกว่า

ข้อควรระวัง การติดตั้งขนาดของโซล่าเซลล์รวมต้องมีความเหมาะสมกับขนาดของแบตเตอรี่ด้วย มิฉะนั้นแล้วโซล่าเซลล์จะผลิตไฟฟ้ามากหรือน้อยเกินไป อาจทำให้แบตเตอรี่เสื่อมสภาพเร็วและทำให้เราเสียค่าใช้จ่ายในการเปลี่ยนแบตเตอรี่ชุดใหม่ การออกแบบขนาดโซล่าเซลล์ที่เหมาะสมตาม คู่มือออกแบบ ติดตั้งและใช้งานโซล่าเซลล์ จะช่วยให้แบตเตอรี่มีการใช้งานอย่างมีประสิทธิภาพและใช้งานได้ยาวนานยิ่งขึ้น