การออกแบบและการติดตั้งระบบพลังงานแสงอาทิตย์แบบ PV
สังคมสมัยใหม่พึ่งพาพลังงานเพื่อความต้องการประจำวัน เช่น อุตสาหกรรม การทำความร้อน การขนส่ง และการเกษตร โดยส่วนใหญ่ได้มาจากแหล่งพลังงานที่ไม่สามารถทดแทนได้ (ถ่านหิน น้ำมัน ก๊าซ) อย่างไรก็ตาม แหล่งพลังงานเหล่านี้ทำให้เกิดความเสียหายต่อสิ่งแวดล้อม มีการกระจายที่ไม่เท่าเทียม และมีความผันผวนของราคาเนื่องจากสำรองจำกัด—ทำให้มีความต้องการในพลังงานทดแทน
พลังงานแสงอาทิตย์ เป็นพลังงานที่มีมากและสามารถตอบสนองความต้องการระดับโลกได้ ระบบ PV แบบสแตนด์อะโลน (รูปที่ 1) มอบความอิสระทางพลังงานจากเครือข่ายไฟฟ้า ด้านล่างนี้เป็นภาพรวมของการวางแผน การออกแบบ และการติดตั้งเพื่อผลิตไฟฟ้า
การวางแผนระบบ PV แบบสแตนด์อะโลน
การประเมินและการสำรวจสถานที่:
ลดการบดบัง: ตรวจสอบให้แน่ใจว่าสถานที่ติดตั้ง (หลังคาหรือพื้นดิน) ไม่มีโครงสร้างที่บดบังแสงแดด และไม่มีการก่อสร้างในอนาคตที่จะบดบังรังสีแสงอาทิตย์
พื้นที่ผิว: กำหนดพื้นที่สถานที่เพื่อประมาณจำนวน/ขนาดของแผง PV และวางแผนการวางตำแหน่งของอินเวอร์เตอร์ คอนเวอร์เตอร์ และแบตเตอรี่แบงค์
การพิจารณาบนหลังคา: สำหรับหลังคาที่ลาดเอียง ทราบมุมลาดเอียงและใช้การติดตั้งที่เหมาะสมเพื่อเพิ่มการตกกระทบของแสงอาทิตย์ (ในทางที่ดีที่สุดคือตั้งฉากกับแผง)
การวางสายเคเบิล: วางแผนเส้นทางสำหรับสายเคเบิล (เชื่อมต่ออินเวอร์เตอร์ แบตเตอรี่แบงค์ ชาร์จคอนโทรลเลอร์ และอาร์เรย์ PV) เพื่อลดการใช้สายเคเบิลและแรงดันตก ด้วยการปรับสมดุลระหว่างประสิทธิภาพและความคุ้มค่า
การประเมินทรัพยากรพลังงานแสงอาทิตย์:
ข้อมูลการรับแสง: วัดหรือขอ (จากสถานีอุตุนิยมวิทยา) พลังงานแสงอาทิตย์ที่ได้รับ ใช้หน่วยกิโลวัตต์ชั่วโมงต่อตารางเมตรต่อวัน (kWh/m²/day) หรือชั่วโมงแสงอาทิตย์สูงสุดรายวัน (PSH, ชั่วโมงที่มีค่ากำลังรังสีเฉลี่ย 1000 W/m²)
ตัวชี้วัดสำคัญ: ใช้ PSH สำหรับการคำนวณที่ง่าย (แยกออกจาก "ชั่วโมงแสงอาทิตย์เฉลี่ย" ซึ่งสะท้อนระยะเวลาไม่ใช่พลังงาน) ใช้ค่าเฉลี่ยรายเดือนต่ำสุดของการรับแสงเพื่อให้ระบบมีความน่าเชื่อถือในช่วงที่แสงอาทิตย์น้อย
การพิจารณาสำหรับระบบ PV แบบสแตนด์อะโลน
1. การคำนวณความต้องการพลังงาน
ขนาดของระบบขึ้นอยู่กับความต้องการโหลด คำนวณเป็น:
ความต้องการพลังงานรายวัน (Wh) = ผลรวมของ (กำลังไฟฟ้าของอุปกรณ์ในวัตต์ × ชั่วโมงการทำงานต่อวัน)
ใช้ความต้องการสูงสุดรายวันเพื่อปรับสมดุลระหว่างความน่าเชื่อถือและความคุ้มค่า (รับประกันการทำงานในช่วงการใช้งานสูงสุด แม้ว่าจะเพิ่มค่าใช้จ่ายของระบบ)
2. การกำหนดขนาดอินเวอร์เตอร์และชาร์จคอนโทรลเลอร์
อินเวอร์เตอร์: กำหนดให้สูงกว่าโหลดรวม 25% (เพื่อคำนึงถึงการสูญเสีย)
ตัวอย่าง: สำหรับโหลด 2400W จำเป็นต้องใช้อินเวอร์เตอร์ 3000W (2400W × 1.25)
ชาร์จคอนโทรลเลอร์: กระแสไฟฟ้า = 125% ของกระแสไฟฟ้าขาเข้าสั้นของแผง PV (ปัจจัยความปลอดภัย)
ตัวอย่าง: แผง 4 แผ่น ที่มีกระแสไฟฟ้าขาเข้าสั้น 10A ต้องการคอนโทรลเลอร์ 50A (4×10A ×1.25)
หมายเหตุ: คอนโทรลเลอร์ MPPT ควรปฏิบัติตามข้อกำหนดของผู้ผลิต
3. พลังงานรายวันไปยังอินเวอร์เตอร์
คำนึงถึงประสิทธิภาพของอินเวอร์เตอร์ (เช่น 90%):
4. แรงดันระบบ
กำหนดโดยแรงดันแบตเตอรี่ (ทั่วไปคือ 12V, 24V ฯลฯ) แรงดันสูงขึ้นจะลดการสูญเสียแรงดันในสายเคเบิล ตัวอย่าง: ระบบ 24V
5. การกำหนดขนาดแบตเตอรี่
พารามิเตอร์สำคัญ: ความลึกของการปล่อยประจุ (DOD), วันแห่งความอิสระ, และแรงดันระบบ
ความจุที่ใช้งานได้ = ความจุ Ah ของแบตเตอรี่ × DOD
ความจุในการชาร์จที่ต้องการ = พลังงานจากแบตเตอรี่ / แรงดันระบบ
ตัวอย่าง: 3000Wh จากแบตเตอรี่ในระบบ 24V → ต้องการ 125Ah
สำหรับแบตเตอรี่ 12V, 100Ah (DOD 70%):
ดังนั้น จะมีแบตเตอรี่ 4 ลูก ขนาด 12 V, 100 Ah สองลูกเชื่อมต่อกันแบบอนุกรม และสองลูกเชื่อมต่อกันแบบขนาน ความจุที่ต้องการของแบตเตอรี่สามารถหาได้โดยสูตรต่อไปนี้
การกำหนดขนาดอาร์เรย์ PV
ความจุรวมของอาร์เรย์ PV (W): คำนวณโดยใช้ชั่วโมงแสงอาทิตย์สูงสุดรายวันต่ำสุด (หรือตัวประกอบการผลิตของแผง PFG) และความต้องการพลังงานรายวัน:
W_peak รวม = (ความต้องการพลังงานรายวัน (Wh) / PFG) × 1.25 (ตัวประกอบการสูญเสีย)
จำนวนโมดูล: หาร W_peak รวมด้วยกำลังไฟฟ้าที่ระบุของแผงเดียว (เช่น 160W)
ตัวอย่าง: สำหรับความต้องการพลังงานรายวัน 3000Wh และ PFG = 3.2, W_peak รวม = 3000 / 3.2 ≈ 931W ด้วยแผง 160W จำเป็นต้องใช้ 6 โมดูล (931 / 160 ≈ 5.8, ปัดขึ้น)
ตัวประกอบการสูญเสีย (เพื่อปรับ PFG): รวมมุมแสงอาทิตย์ (5%), ไม่ใช่จุดกำลังสูงสุด (10%, ยกเว้นสำหรับ MPPT), เศษฝุ่น (5%), การเสื่อมสภาพ (10%), และอุณหภูมิสูง (>25°C, 15%)
การกำหนดขนาดสายเคเบิล
ประเด็นสำคัญ: ความสามารถในการนำกระแส, การลดแรงดันน้อย (<2%), การสูญเสียจากการต้านทาน, ความทนทานต่อสภาพอากาศ (กันน้ำ/กัน UV)
สูตรพื้นที่ภาคตัดขวาง:
A = (ρ × I_m × L / VD) × 2
(ρ = ความต้านทาน, I_m = กระแสสูงสุด, L = ความยาวสาย, VD = การลดแรงดันที่ยอมรับได้)
การปรับสมดุล: หลีกเลี่ยงการตั้งค่าน้อยเกินไป (การสูญเสียพลังงาน/อุบัติเหตุ) หรือมากเกินไป (ไม่คุ้มค่า) ใช้สวิตช์วงจรและตัวเชื่อมต่อที่เหมาะสม
