Tag Archives: solar panel

การต่อแผงโซล่าเซลล์หลายแผงเข้าด้วยกัน

การต่อแผงโซล่าเซลล์หลายแผงเข้าด้วยกัน

โดยปกติแล้วการต่อแผงโซล่าเซลล์เข้าด้วยกันนั้น จะต้องรู้ก่อนว่าขนาดของระบบที่เราออกแบบมาจะใช้งานที่แรงดันไฟฟ้าเท่าไรให้สอดคล้องกับกำลังไฟฟ้าที่จะใช้งาน(แนะนำการเลือกใช้งานแรงดันระบบ) โดยทั่วไปแล้วจะใช้ที่แรงดัน 12 , 24, 48และ 120 โวลท์เป็นหลัก ดังนั้นการต่อแผงโซล่าเซลล์จะต้องเลือก เครื่องควบคุมการชาร์จ แบตเตอรี่ และโหลดให้มีความสอดคล้องร่วมกันด้วย

การต่อแผงโซล่าเซลล์มีอยู่สองแบบด้วยกัน

1.) การต่อแบบอนุกรม – คือนำขั้วบวกของโซล่าเซลล์แผงหนึ่งมาต่อกับขั้วลบอีกแผงหนึ่งไปเรื่อยๆ จนได้แรงดันตามระบบที่ออกแบบไว้ การต่อแบบอนุกรมนี้จะทำให้แรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นแต่กระแสในระบบจะเท่าเดิม ตัวอย่าง ถ้ามีโซล่าเซลล์แรงดัน 12 โวลท์ กระแส 2.5 แอปม์*2แผง มาต่ออนุกรมกันจะได้แรงดันรวมอยู่ที่ 24 โวลท์และกระแสรวม 2.5แอมป์

การต่อแผงโซล่าเซลล์4_w

 

2.) การต่อแบบขนาน – คือนำขั้วบวกของโซล่าเซลล์แผงหนึ่งไปต่อกับขั้วบวกของโซล่าเซลล์อีกแผงหนึ่ง และนำขั้วลบแผงหนึ่งไปต่อกับขั้วลบอีกแผงหนึ่ง การต่อแบบนี้จะทำให้กระแสไฟฟ้าเพิ่มขึ้นแต่แรงดันเท่าเดิม ตัวอย่างถ้ามีแผงโซล่าเซลล์ตามสเปคข้างบน 2 แผงนำมาต่อแบบขนานจะได้แรงดันรวมของระบบ 12 โวลท์และกระแสไฟฟ้ารวม 5 แอมป์(2.5แอมป์*2)

การต่อแผงโซล่าเซลล์3_w

สังเกตุว่าการต่อแผงโซล่าเซลล์ทั้งสองแบบนี้ จะได้ค่าของกำลังไฟฟ้าออกมาเท่ากันคือ (24V*2.5A) หรือ (12V*5A) = 60 วัตต์(ตัวอย่างแผงที่ยกมา โซล่าเซลล์หนึ่งแผงจะมีกำลังไฟฟ้า 30 วัตต์)ตามสูตรพื้นฐานไฟฟ้าง่ายๆคือ P=V*I โดย P=กำลังไฟฟ้า(วัตต์), V=แรงดันไฟฟ้า(โวลท์) , I=กระแสไฟฟ้า(แอมป์)

ถ้าระบบที่เราจะนำแผงโซล่าเซลล์ไปต่อเป็นแบบแยกเดี่ยวที่ต่อตรงเข้ากับแบตเตอรี่และโหลดกระแสตรงลย เราจะต้องต่อแผงโซล่าเซลล์ให้มีแรงดันรวมที่ผลิตออกมาจากแผงมากกว่าแรงดันของแบตเตอรี่ประมาณ1.4-1.5เท่า โซล่าเซลล์ถึงจะชาร์จประจุเข้า เช่นแบตเตอรี่มีแรงดันไฟฟ้า 12 โวลท์ จะต้องมีแรงดันจากแผงโซล่าเซลล์ประมาณ 16.8-18โวลท์(Vmp)

แต่ถ้าระบบที่เราออกแบบเป็นแบบต่อร่วมกับเครื่องควบคุมการชาร์จ ให้เราต่อแผงโซล่าเซลล์ให้มีแรงดันใกล้เคียงกับสเปคของตัวเครื่องควบคุมการชาร์จได้เลย

เมื่อรู้วิธีการต่อแผงโซล่าแล้ว การเลือกแรงดันระบบก็ถือเป็นอีกสิ่งที่ต้องรู้เพื่อจะทำให้ระบบทำงานอย่างมีประสิทธิภาพไม่ต้องเสียค่าใช้จ่ายมาก

ข้อควรระวัง

การต่อแผงโซล่าเซลล์แบบอนุกรมควรระวังอย่าให้มีเงามาตกกระทบบดบังแสงที่จะส่งไปยังแผงโซล่าเซลล์ เพราะจะทำให้ประสิทธิภาพโดยรวมทั้งหมดของระบบลดลงหรือถึงขั้นไฟฟ้าไม่สามารถผลิตขึ้นได้ เปรียบเหมือนกับท่อน้ำที่ถูกตัดระหว่างทางทำให้ไม่สามารถส่งน้ำไปยังปลายทางได้ ทั้งนี้สามารถหลีกเลี่ยงได้โดยการต่อบายพาสไดโอดขนานกับแผงหรือการติดตั้งแผงโซล่าเซลล์ให้หลีกเลี่ยงเงาที่จะตกกระทบลงบนแผง

นอกจากนี้ การต่อแผงโซล่าเซลล์ในระบบเข้าด้วยกัน จะต้องเลือกแผงโซล่าเซลล์และอุปกรณ์โดยรวมให้มีขนาดเหมาะสม มิฉะนั้นแล้วจะทำให้อุปกรณ์ระบบเกิดความเสียหายหรือผลิตไฟฟ้าได้ไม่เต็มประสิทธิภาพ ทำให้ต้องเสียค่าใช้จ่ายต่างๆเพิ่มเติมตามมาอีกมากมาย

การออกแบบระบบตาม คู่มือการออกแบบ ติดตั้งและใช้งานระบบโซล่าเซลล์ ที่ดีจะสามารถป้องกันปัญหาที่กล่าวมาและทำให้เราผลิตไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพเพิ่มมากขี้น

 

Advertisements

หน้าที่ของไดโอดในแผงโซล่าเซลล์

หน้าที่ของไดโอดในแผงโซล่าเซลล์

ลักษณะการทำงานของไดโอด คือจะทำให้กระแสไฟฟ้าไหลได้ทางเดียว ไฟฟ้ากระแสตรงจะมีขั้วบวกและขั้วลบ ถ้านำไฟกระแสตรงขั้วบวกไปต่อขั้วลบของไดโอดกระแสไฟฟ้าก็จะไม่ไหลในวงจร แต่ถ้านำไฟกระตรงขั้วบวกไปต่อกับไดโอดขั้วบวก กระแสไฟฟ้าก็สามารถไหลผ่านไดโอดไปได้

diode current flow_w

การนำได้โอดมาใช้กับแผงโซล่าเซลล์นั้นมีการประยุกต์การใช้งานอยู่สองอย่างด้วยกัน

1.)   บล๊อคกิ่งไดโอด(Blocking Diode) ทำหน้าที่ป้องกันการคลายประจุออกมาจากแบตเตอรี่ในตอนกลางคืนหรือไม่มีแสงแดดส่องให้กับแผงโซล่าเซลล์แล้ว เนื่องจากถ้ามืดสนิทโซล่าเซลล์จะเปลี่ยนเป็นมีค่าความต่างศักย์ที่ต่ำกว่าตัวแบตเตอรี่ จะทำให้กระแสไหลจากแบตเตอรี่ไปสู่แผงได้ โดยการต่อบล๊อคกิ่งไดโอดจะต่อขั้วบวกของไดโอดเข้ากับขั้วบวกของแผงโซล่าเซลล์เพื่อให้กระแสไฟฟ้าไหลออกจากตัวแผงเพียงทางเดียว โดยทั่วไปแล้วแผงโซล่าเซลล์ที่ผลิตมาจากโรงงานจะต่อบล๊อคกิ่งไดโอดไว้ภายในแผงด้วย

2.)   บายพาสไดโอด(Bypass-Diode) ทำหน้าที่เป็นตัวทำให้กระแสไฟฟ้าในวงจรไหลผ่านได้ในกรณีที่มีแผงโซล่าเซลล์บางแผงที่ต่ออนุกรมภายในระบบกันอยู่ โดนบดบังโดยเงาแดด อย่างที่กล่าวมาในบทที่ผ่านมา ถ้าแผงโซล่าเซลล์ถูกบดบังโดยเงาจะทำให้เกิดความต้านทานในแผงที่สูงขึ้นมาก จึงทำให้ไปหยุดการไหลผ่านของกระแสไฟฟ้าภายในระบบได้ การต่อบายพาสไดโอดต่อโดยขนานกับแผงโซล่าเซลล์ เช่นเดียวกัน โดยทั่วไปแล้วโรงงานผู้ผลิตจะต่อบายพาสไดโอดมาพร้อมกับแผงโซล่าเซลล์เลย บางผู้ผลิต จะแบ่งเซลล์ออกเป็นอย่างละครึ่งภายในหนึ่งแผงแล้วต่อบายพาสไดโอดมาขนานเซลล์ที่แบ่งไว้ ดังนั้นในหนึ่งแผงอาจมีบายพาสไดโอดอยู่สองตัว การทำอย่างนี้ ถ้าเกิดมีเงามาบดบังแสงเพียงครึ่งแผงโซล่าเซลล์ จะทำให้แผงก็ยังคงสามารถผลิตไฟฟ้าต่อไปได้ถึงแม้จะได้พลังงานเพียงครึ่งหนึ่งก็ยังดี

blocking and bypass diode_w

ประสิทธิภาพของแผงโซล่าเซลล์

ประสิทธิภาพของแผงโซล่าเซลล์

ประสิทธิภาพของแผงโซล่าเซลล์หมายถึงผลลัพธ์กำลังไฟฟ้าที่วัดได้ต่อหนี่งหน่วยพื้นที่หน้าตัด ประสิทธิภาพของแผงโซล่าเซลล์สูง หมายถึงภายในหนึ่งพื้นที่ที่ทำการวัดค่าจะมีกำลังไฟฟ้ามาก ยิ่งมีประสิทธิภาพสูงมากเท่าไรก็ยิ่งมีความคุ้มค่ามากขึ้นเท่านั้น ทั้งนี้ประสิทธิภาพของแผงโซล่าเซลล์ที่ได้จะมีตัวแปรอยู่หลายตัวด้วยกัน ได้แก่ ชนิดของโซล่าเซลล์ที่นำมาประกอบ โครงสร้างของแผง วัสดุส่วนประกอบแผง นอกจากนี้ยังรวมถึงการติดตั้งรับแสงอาทิตย์ของแผงโซล่าเซลล์อีกด้วย

ชนิดของโซล่าเซลล์ต่อประสิทธิภาพ

การเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวมของแผงโซล่าเซลล์โดยตรงคือการเลือกชนิดของเซลล์ที่มีประสิทธิภาพในการแปรเปลี่ยนพลังงานแสงเป็นพลังงานไฟฟ้าได้สูง เซลล์ชนิดนี้จะมีโครงสร้างที่พิเศษกว่าเซลล์ทั่วไปคือ ระหว่างโครงสร้างภายในจะมีหลายจังชั่นที่สามารถรับสเปคตัมหลายๆช่วงคลื่นสีพร้อมกันได้ จึงทำให้ได้กำลังไฟฟ้าสูงกว่าเซลล์ทั่วไป มีรายงานการทดสอบว่าเซลล์ชนิดนี้มีประสิทธิภาพถึง 40 เปอร์เซนต์เลยทีเดียว แน่นอนขั้นตอนการผลิตที่ซับซ้อนจึงทำให้มีราคาสูงตามไปด้วย แต่เซลล์ชนิดนี้ก็เหมาะกับลักษณะงานที่มีพื้นที่จำกัดเช่นโซล่าเซลล์บนยานอวกาศหรือดาวเทียมเป็นต้น

สำหรับผู้ติดตั้งระบบผลิตไฟฟ้าจากแผงโซล่าเซลล์โดยทั่วไปมักจะคำนึงถึงเรื่องราคาต่อกำลังไฟฟ้า(Price/Watt) ที่แผงผลิตได้เป็นหลัก ดังนั้นจึงควรเลือกใช้แผงที่ผลิตจากเซลล์มาตรฐานซึ่งมีค่าประสิทธิภาพอยู่ที่ประมาณ 15-20 เปอร์เซนต์

วัสดุประกอบแผง

วัสดุที่นำมาประกอบแผงโซล่าเซลล์ เช่นกระจกก็มีผลต่อประสิทธิภาพเช่นเดียวกัน กระจกที่ใช้จะต้องลดการสะท้อนของแสงให้น้อยที่สุดก่อนที่แสงจะผ่านไปถึงเซลล์ด้านใน

การยึดและการติดตั้งแผง

การยึดและติดตั้งแผงก็เป็นอีกหนึ่งตัวแปรที่เกี่ยวข้องกับประสิทธิภาพ การติดตั้งแผงจะต้องคำนวนว่าแผงควรจะติดตั้งให้มีความชันจากพื้นกี่องศาและหันหน้าไปทางทิศใด(โดยทั่วไปจะติดตั้งให้ระนาบแผงโซลล่าเซลล์หันไปทางทิศใต้ โดยมีความชันประมาณ 15 องศาจากพื้นดิน) การยึดและติดตั้งแผงนั้นมีผลอย่างมากต่อประสิทธิภาพโดยรวมของแผงหรือทั้งระบบ ถ้าติดตั้งไปผิดทิศหรือความชันแผงจากพื้นไม่ได้ กำลังไฟฟ้าที่ผลิตได้ก็จะลดลงไปอย่างมาก

อุณหภูมิที่มีผลต่อประสิทธิภาพ

อุณหภูมิของแผงโซล่าเซลล์ก็มีผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้า ถ้าอุณหมิของแผงเพิ่มขึ้นจะทำให้ประสิทธิภาพลดลง ตามมาตรฐานจากผู้ผลิตแล้วแต่ละแผงโซล่าเซลล์จะมีการทดสอบประสิทธิของแผงก่อนที่จะนำมาจำหน่ายโดยผลทดสอบจะถูกติดเป็นฉลากแนบที่ติดมากับตัวแผง ในเรื่องของตัวแปรทางด้านอุณหภูมินี้ก็มีบอกอยู่บนฉลากด้วย เช่นถ้าอุณหภูมิเพิ่มขึ้น 1 องศาเซลเซียส จะมีกำลังไฟฟ้า แรงดัน กระแสเปลี่ยนแปลงไปเท่าไร โดยทั่วไปแล้วโรงงานผู้ผลิตจะทดสอบแผงโซล่าเซลล์ที่อุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียส แต่บางผู้ผลิตก็จะมีการทดสอบที่อุณหภูมิใช้งานจริงเช่น 45 องศาเซลเซียส ซึ่งจะบอก กำลังไฟฟ้า แรงดัน และกระแสมาบนฉลากเช่นเดียวกัน ดังนั้นการติดตั้งแผงโซล่าเซลล์บนพื้นที่ใช้งานจริง ต้องไม่ลืมที่จะคำนวนค่าต่างที่แปรเปลี่ยนตามการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิตามไปด้วย

เงาบดบังแสง

นอกจากการติดตั้งแผงที่เหมาะสมแล้ว เงาที่บดบังแผงโซล่าเซลล์ในบางส่วนก็มีผลต่อประสิทธิภาพโดยรวมของทั้งระบบด้วย เพราะโดยส่วนมากแล้วระบบผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์โดยแผงโซล่าเซลล์จะต่อวงจรเป็นแบบอนุกรมแผงโซล่าเซลล์เข้าด้วยกัน เพื่อให้ได้แรงดันที่ออกแบบไว้ เมื่อมีเงาบางส่วนบดบังแสงของแผงโซล่าเซลล์เพียงแค่เพียงหนึ่งแผงก็จะทำให้กระแสไฟฟ้าในระบบหยุดไหลได้ ดังนั้นตลอดทั้งวันควรมั่นใจว่าการติดตั้งแผงจะไม่มีร่มเงามาบดบังการรับแสงของแผงโซล่าเซลล์

เครื่องควบคุมการชารจ์แบบเอ็มพีพีที (Maximum Power Point Tracking – MPPT)

มีอุปกรณ์พิเศษอยู่ตัวหนึ่งที่ได้รับการออกแบบมาเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพให้กับระบบโดยรวม นั้นคือเครื่องควบคุมการชาร์จแบบเอ็มพีพีที โดยทั่วไประบบสแตนอโลนแบบมีเครื่องควบคุมการชาร์จแบบธรรมดาและแบตเตอรี่ต่ออยูในระบบด้วย แผงโซล่าเซลล์จะต้องผลิตแรงดันให้มากกว่าแรงดันขาเข้าของเครื่องควบคุมกระแส เมื่อต้องการชาร์จแบตเตอรี่ที่มีแรงดันต่ำ(แบตเตอรี่ใกล้หมด) แบตเตอรี่จะดึงแรงดันที่ผลิตจากแผงโซล่าเซลล์ให้ต่ำลงเพื่อทำการชาร์จกระแส แทนที่แผงโซล่าเซลล์จะผลิตแรงดันได้มากตามความเข้มแสงจากดวงอาทิตย์ซึ่งจะทำให้กำลังไฟฟ้ามากตามไปด้วย แต่กลับต้องถูกแบตเตอรี่ดึงแรงดันให้ลดต่ำลง จึงทำให้ประสิทธิภาพโดยรวมลดลง จนต่อเมื่อการชาร์จแบตเตอรี่ใกล้เต็มเท่านั้น แผงโซล่าเซลล์จึงจะผลิตกำลังไฟฟ้าได้อย่างเต็มที่(เพราะแบตเตอรี่ใกล้เต็มแรงดันในแบตเตอรี่จะเพิ่มขึ้น)

ดังนั้นเครื่องควบคุมการชาร์จแบบเอ็มพีพีทีจึงได้ออกแบบมาแก้ข้อผิดพลาดตรงนี้ คือจะแบ่งแยกแรงดันที่ผลิตได้จากแผงโซล่าเซลล์กับแรงดันที่ใช้ในการชาร์จออกจากกัน จึงทำให้แรงดันที่ต่ำจากแบตที่ต้องการชาร์จจะไม่ดึงแรงดันจากแผงโซล่าเซลล์อีกต่อไป เครื่องควมคุมการชาร์จแบบเอ็มพีพีทีนี้จะปรับค่าแรงดันและกระแสที่ได้จากแผงโซล่าเซลล์ให้มีค่ากำลังไฟฟ้าสูงสุดแล้วนำไปชาร์จแบตเตอรี่ต่อไป ประสิทธิภาพโดยรวมของระบบก็จะเพิ่มสูงขึ้น แต่เครื่องควมคุมการชาร์จแบบเอ็มพีพีทีนี้ จะมีราคาที่สูงกว่าเครื่องควบคุมการชาร์จแบบธรรมดาถ้าเป็นระบบที่ไม่ใหญ่มากควรคำนึงถึงความคุ้มค่าก่อนนำมาใช้งานด้วย

โครงสร้างของแผงโซล่าเซลล์

โครงสร้างของแผงโซล่าเซลล์

โซล่าเซลล์หนึ่งเซลล์ โดยทั่วไปจะสามารถผลิตแรงดันไฟฟ้าได้ 0.6 ถึง 0.7โวทล์ในขณะที่ไม่มีโหลด ถ้าในขณะที่ต่อโหลดและมีกำลังไฟฟ้าสูงสุด โซล่าเซลล์จะมีแรงดันอยู่ที่ประมาณ 0.4-0.5 โวลท์ โดยกระแสไฟฟ้าต่อหนึ่งเซลล์ที่ผลิตได้จะขึ้นอยู่กับชนิดและขนาดของเซลล์

ส่วนใหญ่แล้วผู้ผลิตแผงโซล่าเซลล์จะต่ออนุกรมเซลล์เข้าด้วยกันให้ได้แรงดันรวมตามระบบมาตรฐานสากลคือ 12,24,48,…โวลท์ โดยแรงดันที่ผลิตจากแผงจะต้องมากกว่าแรงดันระบบประมาณ 1.4-1.5เท่า(ตามหลักการถ่ายเทประจุ แรงดันที่ชาร์จจะต้องมากกว่าแรงดันที่ต้องการชาร์จ) ตัวอย่างถ้าโซล่าเซลล์แบบโมโนคริสเตลไลน์ หนึ่งเซลล์ผลิตแรงดันที่กำลังไฟฟ้าสูงสุดได้ 0.5 โวลท์ กระแส 7.8 แอมป์ จะต้องใช้เซลล์ต่ออนุกรมกันจำนวน 36 เซลล์ถึงจะได้แรงดันแผงประมาณ 18 โวลท์และแผงนี้มีกำลังไฟฟ้าประมาณ 140 วัตต์

เนื่องจากโซล่าเซลล์เป็นแผ่นที่มีขนาดบางและแตกหักง่าย การทำแผงโซล่าเซลล์จึงต้องมีหลายชั้นเพื่อป้องกันการแตกหักของเซลล์อีกทั้งป้องกันความชื้นและต้องระบายความร้อนที่ดีอีกด้วย(อุณภูมิที่สูงขึ้นมีผลทำให้จะทำให้แรงดันไฟฟ้าลดลง ตามที่แสดงกราฟใน I-V curve

solar_panel_temperature

โครงสร้างของแผงโซล่าเซลล์

basic solar panel structure_1_w

จากรูป ชั้นบนสุดของแผงโซล่าเซลล์จะเป็นกระจกที่ลดการสะท้อนของแสง ต่อมาเป็นส่วนป้องกันเซลล์ไม่ให้สัมผัสโดยตรงกับกระจกและป้องกันความชื้นเข้าไปในตัวเซลล์ เรียกส่วนนี้ว่าอีวีเอ(EVA-Ethylene Vinyl Acetate)มีลักษณะเป็นพลาสติดฟิลม์แผ่นขุ่น ถัดมาเป็นเส้นลวดแบนและแผ่นโซล่าเซลล์ซึ่งต่ออนุกรมกันแล้ว ชั้นถัดมาจะเป็นส่วนประกบของแผ่นล่างของอีวีเอซึ่งจะซีลประกบกับแผ่นอีวีเอด้านบนเพื่อป้องกันน้ำและความชื้นเข้าไปภายในตัวเซลล์ ชั้นสุดท้ายเรียกว่าเทดล่าฟิลม์(Tedlar Film) เป็นแผ่นรองรับน้ำหนักของตัวเซลล์ทั้งหมดอีกทั้งต้องระบายความร้อนได้ดีอีกด้วย ด้านนอกสุดจะเป็นขอบอะลูมิเนียมที่ใช้สำหรับป้องกันการกระแทกจากด้านข้างและเป็นที่ยึดแผงโซล่าเซลล์เข้ากับที่ติดตั้งอีกด้วย

โครงสร้างของแผงโซล่าเซลล์ส่วนใหญ่ที่ผลิตและจำหน่ายโดยทั่วไปตามท้องตลาด จะมีโครงสร้างตามที่ได้กล่าวมาข้างต้น จะมีบ้างที่วัสดุที่นำมาใช้ผนึกป้องกันความชื้นหรือแผ่นรองรับน้ำหนักเซลล์ด้านล่างสุดอาจจะแตกต่างกันไปบ้างแล้วแต่ผู้ผลิต

วิธีการผลิตแผงโซล่าเซลล์