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

 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

 ให้ผมด้วยนะ