ขั้นตอนการคำนวณ และออกแบบระบบโซล่าเซลล์ off-grid

บทเรียนก่อนผมได้อธิบายถึงอุปกรณ์หลักในวงจรโซล่าเซลล์ off-grid ไป ในบทนี้ผมจะอธิบายการคำนวณและออกแบบโซล่าเซลล์ ระบบ off-grid อย่างง่ายที่คนทั่วๆไปสามารถเอาไปใช้กันได้

คนส่วนมากชอบคิดว่าระบบโซล่าเซลล์ off-grid และการคำนวณไฟฟ้ามันซับซ้อน จริงๆแล้วมันคือ บวก ลบ คูณ หารทั่วๆไปเลย แค่เราเข้าใจหลักการเท่านั้น

หากเราคำนวณเองเราจะเข้าใจที่มาที่ไปของระบบ เวลาเกิดปัญหา เราจะหาสาเหตุด้วยตัวเองได้ง่ายกว่า โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สำหรับระบบเล็กๆแบบนี้ ถ้าต้องไปจ้างคนมาดูแลตลอดคงจะลำบาก ดังนั้นผมจึงแนะนำว่าใครอยากทำระบบขนาดเล็ก ให้ลองศึกษาด้วยตัวเองดูน่าจะดีกว่า

สารบัญ

• ดูคลิป “วิธีหาขนาดอุปกรณ์ ในวงจรโซล่าเซลล์ออฟกริด”
• อุปกรณ์ในระบบโซล่าเซลล์ off-grid  
• การคำนวณ Load
• การคำนวณขนาดแบตเตอรี่
• การคำนวณขนาดแผงโซล่าเซลล์
• การคำนวณขนาด Solar Charge Controller
• การคำนวณขนาด อินเวอร์เตอร์
• การคำนวณขนาด Battery Charger
• สรุป

บทความต่อไปนี้ ผมสรุปมาจากคลิปด้านล่างครับ ใครขี้เกียจอ่านก็ฟังในคลิปเอานะ ใครอยากฟังใน Youtube คลิกที่นี่ “ขั้นตอนการคำนวณ และออกแบบโซล่าเซลล์ off-grid”

ถ้าใครคิดว่ามีประโยชน์ อยากสนับสนุน ฟังสาระดีๆ ช่วยกด Like กด Share กด Subscribe

“Energy for Dummies” ให้ผมด้วยนะ

อุปกรณ์ในระบบโซล่าเซลล์ off-grid

ก่อนอื่นที่ผมจะลงไปเรื่องการคำนวณ ผมขอทบทวนก่อนนะครับว่าในระบบโซล่าเซลล์ มีอุปกรณ์อะไรบ้างที่สำคัญ

โดยในระบบโซล่าเซลล์ off-grid จะมีอุปกรณ์ 4 อุปกรณ์หลักคือ

• แผงโซล่าเซลล์
• Solar Charge Controller
• แบตเตอรี่
• อินเวอร์เตอร์

นอกจากอุปกรณ์ด้านบน ในบทเรียนนี้จะมีการคำนวณขนาดเครื่องชาร์จแบตเตอรี่ด้วยครับ เนื่องจากการใช้งานบางอย่าง เราไม่ได้ชาร์จมันด้วยโซล่าเซลล์ตลอดเวลา เช่น คนที่เอาไปใช้ในรถบ้าน

เนื่องจากว่าเวลาอยู่บ้านปกติ เราก็ไม่ได้เอาแบตเตอรี่ออกมานั่งชาร์จด้วยโซล่าเซลล์ถูกมั้ย โดยมากเราแค่ถอดแบตเตอรี่ออกมาชาร์จด้วยเครื่องชาร์จ ก่อนการใช้งานเท่านั้นเอง ดังนั้นผมจึงคิดว่าการคำนวณเครื่องชาร์จก็สำคัญเช่นกัน

ในส่วนของ BMS ผมขอข้ามการคำนวณ BMS ไปก่อนนะ ไว้จะอธิบายในคลิป BMS ทีเดียวเลย

สำหรับการคำนวณ สายไฟ เบรคเกอร์ ฟิวส์ต่างๆ ผมจะไปอธิบายใน EP ถัดไปนะครับ เพราะเนื้อหาค่อนข้างเยอะ

เพื่อให้เข้าใจง่าย ผมจะแบ่งการคำนวณ 4 อุปกรณ์ เป็น 4 ช่องนะครับ ให้เราดูตามรูปไปด้วยนะ 

คำนวณ Load

แต่ก่อนที่เราจะไปคำนวณขนาดอุปกรณ์ สิ่งแรกที่เราต้องรู้เลยก็คือ load ตัวอย่างเช่น

• เราใช้หลอดไฟ 4 หลอด หลอดละ 10W เป็นเวลา 5 ชั่วโมงต่อวัน ปริมาณไฟต่อวันที่ใช้ทั้งหมด คือ 10W x 4 x 5 ชั่วโมง = 200Wh
• เราใช้หม้อหุงข้าว 1 เครื่อง 500W 3 ครั้งต่อวัน ครั้งละ 30 นาที เป็นเวลารวม 1.5 ชั่วโมงต่อวัน ใช้ไฟทั้งหมด 500W x 1.5 ชั่วโมง = 750Wh
• พัดลม 1 ตัว ขนาด 100W เปิดวันละ 16 ชั่วโมง เป็นปริมาณไฟ 100W x 16 ชั่วโมง = 1600Wh

เราเอา load ทั้งหมดมารวมกัน 200 + 750 + 1600 = 2550Wh ดูที่รูปด้านล่างนะ

คำนวณ แบตเตอรี่

ขั้นตอนถัดมาให้เราเริ่มต้นจากการคำนวณแบตเตอรี่ โดยคำนวณจากตัวเลข load ที่เราคำนวณได้ด้านบน ซึ่งเราคำนวณได้ 2550Wh ตีความหมายว่าเราต้องใช้ไฟต่อวันเท่ากับ 2550Wh นั่นเอง แต่หากใครพอมีความเข้าใจด้านแบตเตอรี่ จะรู้ดีกว่าเราไม่สามารถใช้แบตตอรี่ให้หมด 100% ได้ ซึ่งแบตเตอรี่แต่ละเคมีจะมีความแตกต่างกันไป

เราเรียกปริมาณการใช้แบตเตอรี่ต่อ 1 รอบว่า Depth of Discharge (DOD) ซึ่งเจ้า DOD ของแบตเตอรี่ลิเธียมจะอยู่ราวๆ 80-90% ตีไปซัก 80%ซึ่งจะได้ขนาดแบตที่เราต้องซื้อมาคือ 2550 หาร 80% = 3200Wh นี่แหละคือแบตที่เราใช้ได้ 1 วัน

ทีนี้แบต 3200Wh คือแบตที่เราใช้ได้ 1 วัน แต่หากว่าวันดีคืนดีเมฆบังฝนตกทั้งวัน ไม่มีไฟชาร์จเข้าแบตเตอรี่ เราจะไม่มีไฟใช้ในวันรุ่งขึ้น

เราจึงต้องเอาระยะเวลาตามสถิติ ที่คาดว่าจะไม่มีแดด หรือมีแดดน้อยมาคุณจำนวนนี้ เช่น ถ้าในอดีต ระยะเวลาที่ไม่มีแดดสูงสุด 3 วันติดต่อกัน เราก็เอา 3 x 3200 Wh = 9600Wh คือปริมาณแบตที่เราต้องใช้ 

ซึ่งวันที่ไม่มีแดดต่อเนื่องปกติในต่างประเทศจะมีการบันทึกวัน แต่สำหรับประเทศไทยให้เราลองนึกย้อนว่าที่เราเคยเจอฝนตกต่อเนื่องกันหลายๆวัน เราเคยเจอต่อเนื่องสูงสุดกันกี่วัน ก็ใช้ประมาณเลขนั้นได้ แต่สำหรับผม ผมคิดว่าเต็มที่ซัก 2 วันก็น่าจะพอแล้วนะ

แต่เอาเป็นว่าในเคสนี้ ผมคิดว่าใช้ในบ้านสวน การไม่มีไฟใช้ซักวันอาจไม่ใช่ปัญหา หรือวันไหนมีเมฆหมอก ไม่ค่อยมีการชาร์จ เราน่าจะสามารถลดการใช้ไฟวันนั้นๆเพื่อให้มีไฟใช้ในวันรุ่งขึ้นได้

ดังนั้นผมจะใช้เลขตัวเดิมนะครับคือ 3200Wh หรือหากจะคิดเป็น Ah ให้เราเอา volt ของระบบ เช่นระบบของเรา 24V เราก็เอา 3200Wh หาร 24V = 140 Ah หมายความว่าเราต้องใช้แบตลิเธียมฟอสเฟต 8S 140Ah ในการคิดคำนวณต่อนั่นเอง

คำนวณ ขนาดแผงโซล่าเซลล์

อุปกรณ์ต่อมาที่เราต้องคำนวณ ก็คือแผงโซล่าเซลล์ ทีนี้มาดูเลขพิเศษก่อน ซึ่งก็คือ ชั่วโมงแสงแดด = 4 ชั่วโมง ซึ่งมันมาจากไหนขอไม่อธิบายนะ ให้ไปดีวีดีโอก่อนๆครับ

คนปกติอาจจะใช้ 4.5-5 ชั่วโมง แต่ผมแนะนำใช้แค่ 3.5-4 ชั่วโมงนะครับ เราก็เอาขนาดแบตเตอรี่ของเราเมื่อกี้ 3200Wh หาร 3.5 ชั่วโมง จะเท่ากับ 920 W ซึ่งก็คือแผงที่เราต้องใช้นะ (เลข 3.5-4 ชั่วโมงแสงอาทิตย์ ใช้ได้เสมอสำหรับประเทศไทยนะ)

กรณีนี้ผมเลือกที่จะใช้ 3.5 ชั่วโมงเพราะว่าเคสที่ผมทำเอาไปใช้กับรถบ้าน ส่วนมากเวลาเราจอดรถบ้านเราเอาไปจอดที่ๆมีเงาอยู่แล้ว ดังนั้นให้เผื่อๆขนาดแผงนิดนึงนะ

แต่โดยปกติแผงโซล่าเซลล์มันไม่ได้มีขนาดให้เลือกทุกไซต์อยู่แล้ว เอาเป็นว่าผมขอใช้แผง 350W จำนวน 3 แผง จะได้ว่าเรามีแผงโซล่าเซลล์ทั้งหมด 1050W ตัวเลขนี้เราจะเอาไปใช้ต่อนะ

คำนวณ Solar Charge Controller

หลังจากเราได้ขนาดโซล่าเซลล์ทั้งหมดที่เราต้องการติดตั้งแล้วเราก็เอาขนาดโซล่าเซลล์ทั้งหมดเมื่อกี้ 1050W มาหารด้วย volt ของระบบ 24V จะได้เท่ากับ 1050W/24V = 43.75A

ความหมายคือควรจะเลือก solar charge controller ที่ใหญ่กว่า 43.75 เราก็เผื่อปัดๆขึ้นไปหน่อย ก็ซัก 50A หรือ 60A ก็ได้ซึ่งก็เป็นขนาดของ solar charge controller ที่มีอยู่ในตลาดนะ

คำนวณอินเวอร์เตอร์

ขนาดอินเวอร์เตอร์ควรเป็นขนาดที่รองรับกำลังไฟสูงสุดได้ ซึ่งอาจจะเป็น W ของทุกเครื่องใช้ไฟฟ้ารวมกันก็ได้ หรืออาจจะไม่ใช่ก็ได้

ตัวอย่างเช่น เรามีหม้อหุงข้าว 2 หม้อแบบนี้ เราไม่มีทางหุงข้าวด้วยหม้อหุงข้าว 2 หม้อพร้อมๆกันอยู่แล้วถูกมั้ย (คนปกตินะ) ดังนั้นเราไม่จำเป็นต้องใช้ W ของหม้อทั้งสองหม้อในการคิดนะ ใช้แค่อันเดียว

มาดูตัวอย่างของเรา อย่างหลอดไฟ หม้อหุงข้าว พัดลม เรามีโอกาสใช้พร้อมกันทั้งหมด เราก็เอาบวกกันทั้งหมดเลย เป็น 40W +500W +100W = 640W

ดังนั้นเราก็รู้แล้วว่าขนาดอินเวอร์เตอร์ที่เราควรใช้คือ 640W แต่ในตลาดส่วนมากก็จะมี 1000W ไปเลย ก็ให้เราเลือกใช้ 1000W นะ แต่สำหรับระบบจริงผมๆใช้อินเวอร์เตอร์ขนาด 3000W แต่เราต้องรู้เสมอนะว่าเราทำขนาดระบบมาสำหรับ 640W ไม่งั้นเราควรคำนวณขนาดสายไฟต่างๆสำหรับ 3000W นะครับ

คำนวณ Battery Charger

ผมอธิบายไปแล้วในคลิป “Wh และ Ah” ว่า C ของแบตเตอรี่คืออะไรนะครับ ถ้าอย่างแบตของเรา 140Ah C ของเราจะเท่ากับประมาณ 140A นะครับ หลังจากนั้นเราก็ไปดูที่สเปคแบตว่ามันชาร์ทได้กี่ C อย่างแบตของผมจะชาร์ทได้ 0.33C เราก็เอา 140A x 0.33 = 46A นั่นเอง ก็คือเราควรใช้ชาร์จเจอร์ที่กำลังชาร์จต่ำกว่า 46A นั่นเอง

สรุป

หากเราอ่านขั้นตอนการคำนวณตั้งแต่ต้นจนจบ เราจะเห็นการคำนวณออกแบบวงจรโซล่าเซลล์ off-grid ไม่ใช่เรื่องยากอะไรเลย เพียงแค่เรา บวก ลบ คูณ หารเป็น เราก็สามารถออกแบบระบบ off-grid ได้แล้วนะ

โดยอุปกรณ์ที่เราต้องคำนวณคือ แบตเตอรี่ แผงโซล่าเซลล์ Solar charge controller และอินเวอร์เตอร์ ก็ให้เราคำนวณตามลำดับขั้นตอนนี้ได้เลย

ส่วนในบทต่อไปผมจะสอนคำนวณขนาด สายไฟ ขนาดอุปกรณ์ความปลอดภัยต่างๆเช่น ฟิวส์ เบรคเกอร์ ที่ใช้ในระบบ ซึ่งเป็นขั้นตอนที่ยากที่สุด แต่ไม่ต้องกลัวนะครับ ผมจะทำให้เป็นเรื่องง่ายสำหรับมือใหม่นะ

ถ้าใครคิดว่ามีประโยชน์ อยากสนับสนุน ฟังสาระดีๆ ช่วยกด Like กด Share กด Subscribe

 “Energy for Dummies” ให้ผมด้วยนะ