วิธีคำนวณหาขนาดสายไฟ DC AC ฟิวส์ เบรคเกอร์ ในระบบโซล่าเซลล์อย่างง่าย

ในบทความนี้ผมจะพูดถึงเรื่องการหาขนาดสายไฟ DC สำหรับโซล่าเซลล์ รวมถึงการหาขนาด ฟิวส์ และ เบรคเกอร์ ซึ่งคาดว่าน่าจะเป็นบทเรียนที่ยากที่สุด โดยเฉพาะสำหรับคนที่ไม่มีพื้นฐานมาตั้งแต่ต้น ผมเลยเอามาไว้ท้ายสุดนะ

แต่จะบอกว่าอย่าเพิ่งท้อนะ ผมจะเอาวิธีง่ายๆมาอธิบายให้ฟังครับ แต่แนะนำให้ใช้วิธีนี้สำหรับระบบเล็กๆ ระบบ low volt อย่าง 12V, 24V หรือ 48V เท่านั้น หากจะใช้กับระบบขนาดใหญ่อย่าง โซล่าเซลล์ on-grid แบบนี้แนะนำให้ออกแบบและคำนวณอย่างละเอียด

สารบัญ

ดูคลิป “คำนวณหาขนาดสายไฟ DC AC ฟิวส์ เบรคเกอร์”
ตำแหน่ง ฟิวส์ เบรคเกอร์ ในระบบโซล่าเซลล์
การคำนวณหาขนาดสายไฟ DC
คำนวณขนาดฟิวส์
คำนวณขนาดเบรคเกอร์
สรุป

บทความต่อไปนี้ ผมสรุปมาจากคลิปด้านล่างครับ ใครขี้เกียจอ่านก็ฟังในคลิปเอานะ ใครอยากฟังใน Youtube คลิกที่นี่ “วิธีคำนวณหาขนาดสายไฟ DC AC ฟิวส์ เบรคเกอร์ ในระบบโซล่าเซลล์ off-grid”

ถ้าใครคิดว่ามีประโยชน์ อยากสนับสนุน ฟังสาระดีๆ ช่วยกด Like กด Share กด Subscribe

ให้ผมด้วยนะ

ตำแหน่ง ฟิวส์ เบรคเกอร์ ในระบบโซล่าเซลล์ off-grid

ก่อนอื่นลองดูภาพของจริงทั้งหมดก่อนนะครับ เพื่อนๆจะได้พอมีไอเดียนะ ผมขอทวนอุปกรณ์ทั้งหมดอีกครั้งระบบโซล่าเซลล์ off-grid จะมีอุปกรณ์อยู่ 4 ตัวหลักๆด้วยกัน

รูปด้านล่างเป็นรูปการต่อวงจรจริง ส่วนแบบวงจรผมใส่ไว้ในหน้า “แบบวงจรโซล่าเซลล์” เป็นแบบวงจรที่ผมออกแบบสำหรับการใช้งานแบบต่างๆ สามารถเข้าไปดูหรือดาวน์โหลดได้นะครับ

แผงโซล่าเซลล์ ไป Solar Charge Controller

จากแผงโซล่าเซล์ไป solar charge controller ตรงนี้ผมจะใส่ฟิวส์ประเภท Mini ANL fuse ซึ่งในความเป็นจริงผมแนะนำให้ใช้เป็น MC4 fuse มากกว่า และแนะนำให้ต่อ MC4 fuse ใกล้กับแผงโซล่าเซลล์แต่ละสตริง เพื่อป้องกันอุบัติเหตุไฟไหลย้อนไปที่สตริงใดสตริงหนึ่ง และต่อ MC4 fuse ที่สายที่รวมทุกสตริงด้วยนะ

หลังจากเข้าฟิวส์แล้วก็ออกมาที่ เบรคเกอร์และ Surge protection โดย Surge protection เป็นตัวป้องกันฟ้าผ่า ส่วนเบรคเกอร์ในระบบนี้ ผมใช้เบรคเกอร์เป็นสวิทแทนซึ่งไม่ควรเท่าไหร่ เนื่องจากมันไม่ได้ถูกออกแบบมาให้เป็นสวิทนะ หากปิดระบบผิดขั้นตอนอาจจะเกิด Arc ฝั่ง DC ทำให้เกิดความเสียหายได้ ผมแนะนำให้ใช้เป็น DC switch มากกว่า

โดยสายไฟที่ผมใช้ในส่วนนี้ทั้งหมด (รูปด้านบน) ผมใช้สายไฟ PV1-F เพราะอย่างที่บอกไปในบทความก่อนๆว่า จะเป็นสายช่วงเดียวที่โดน UV จากแสงแดด ตลอด

ผมจะต่อสายเข้ากับ solar charge controller ซึ่งจะมีอยู่ 3 ช่องหลัก (ช่องนึงประกอบด้วย + และ – ตามรูปด้านล่าง) คือช่อง input สำหรับโซล่าเซลล์ ช่อง output ไปที่แบตเตอรี่ และช่อง output ไปที่ load ต่างๆ

ซึ่งโดยปกติแล้วผมจะไม่ได้ใช้ช่อง load เท่าไหร่ เพราะกระแสที่รับได้มันจะไปขึ้นอยู่กับขนาด solar charge controller เช่นตัวในภาพขนาด 30A กระแสสูงสุดที่เราใช้ได้ก็คือ 30A เช่นกัน ดังนั้นผมเลยมักจะต่อ load เข้าแบตเตอรี่โดยตรงนะ

Solar Charge Controller ไป แบตเตอรี่

จากในรูปบริเวณ solar charge controller ช่อง output แบตเตอรี่จะถูกต่อออกไปที่บัสบาร์ 4 ทาง โดยมี Mini ANL fuse ขั้นไว้ที่สายบวก ซึ่งจากบัสบาร์ 4 ทางผมจะต่อขนานเข้าอินเวอร์เตอร์ และ แบตเตอรี่ตามรูปถัดไป

มาดูจากบัสบาร์เข้าแบตเตอรี่กันก่อน ก่อนจะเข้าแบตเตอรี่ผมจะมีอุปกรณ์อีกประมาณ 3 ตัวนะ ก็คือ เบรคเกอร์ (ผมใช้แทนสวิทเฉยๆนะ จริงๆควรใช้เป็น DC สวิท) เพื่อที่จะตัดวงจรออก

แต่ในส่วนของการป้องกันกระแสเกินผมจะใช้ ANL fuse นะครับ เราสามารถเลือกใช้ Mini ANL fuse ได้เช่นกัน แต่ ANL fuse จะเหมาะกว่าเพราะ โดยมากสายบริเวณนี้จะค่อนข้างใหญ่ ซึ่งขั้วของตัวยึด ANL fuse มันใหญ่ และสามารถใส่กับหางปลาของสายไซต์ขนาดนี้ได้พอดิบพอดีกว่านะ

ส่วนสายลบผมจะต่อเครื่องมือนึงที่เรียกว่า Shunt ไว้นะ (ดูภาพด้านล่าง) เป็นตัวขนานไฟเพื่อที่จะต่อแอมป์มิเตอร์ ซึ่งเป็นอุปกรณ์สำหรับวัดกระแสไฟที่ใช้ และปริมาณไฟฟ้าที่เหลือในแบตเตอรี่นะครับ

อุปกรณ์ในรูปด้านล่างคือ Battery Management System หรือ BMS นะ ส่วนแบตเตอรี่ผมจะใช้แบตทั้งหมด 8 ก้อน ต่ออนุกรมกัน เนื่องจากเป็นระบบ 24V นะ (ในรูปเป็น BMS สำหรับระบบ 12V)

จากแบตเตอรี่ ไป อินเวอร์เตอร์

จากบัสบาร์ 4 ทาง นอกจากเราจะต่อไปที่แบตแล้ว เราจะทำการขนานไปที่อินเวอร์เตอร์ด้วยเช่นกันครับ บริเวณสาย – ไปที่อินเวอร์เตอร์ เราสามารถใส่ต่ำตัดได้ มีหน้าให้หยุดการทำงานของระบบก่อนที่ BMS จะทำงานเราจะได้ไม่ต้องมานั่งเปิดปิดวงจรใหม่ หาก BMS ตัด

การคำนวณหาขนาดสายไฟฝั่ง DC

การคำนวณ และการประมาณปกติที่ผมทำมีทั้งแบบง่ายและแบบยาก ในบทความนี้ผมจะพูดแต่วิธีง่าย เพราะวิธียากผมคิดว่าน่าจะซับซ้อนเกินไป หลายๆคนที่ไม่ชอบการคำนวณอาจจะเบื่อและท้อได้

แต่วิธีแบบง่ายอาจจะพอเอาไปใช้ได้ในระบบเล็กๆนะครับ สำหรับระบบใหญ่ผมแนะนำให้คำนวณอย่างละเอียดนะ

อย่างแรกเลยคือผมแนะนำให้เพื่อนๆไปโหลดสเป็คของสายไฟที่เราจะใช้ก่อนเป็นลำดับแรก โดยปกติผมจะใช้สาย PV1-F จากแผงมาที่ solar charge controller ส่วนที่เหลือผมใช้ THW ทั้งหมด

ซึ่งในงานโซล่าเซลล์ off-grid ขนาดเล็กส่วนมากเราไม่ค่อยเดินสายไฟผ่านท่ออยู่แล้ว ดังนั้นให้เราใช้ตารางที่เป็นการเดินลอย (Free Air) โดยผมขอเลือกตัวอย่างเป็นสายยี่ห้อ BCC temperature rating ที่ 70 องศา (ตัวอย่างรูปด้านล่าง)

เราต้องคำนวณสายไฟในแต่ละท่อน เพราะกระแสจะไม่เท่ากัน ให้ใช้กระแสสูงสุดในช่วงนั้นๆมาหาขนาดสายไฟ ผมยกตัวอย่างให้ฟังดังนี้ เช่น

แผงโซล่าเซลล์ -> Solar charge controller

กระแสสูงสุดดูจาก แผงโซล่าเซลล์

Solar Charge Controller -> แบตเตอรี่

กระแสสูงสุดดูจาก Solar charge controller

แบตเตอรี่ -> อินเวอร์เตอร์

กระแสสูงสุดดูจาก อินเวอร์เตอร์

ตัวอย่าง การคำนวณหาขนาดสายไฟ

ผมจะคำนวณสายไฟให้ดู 1 ช่วงนะครับ จะคำนวณช่วงแผงโซล่าเซลล์ ไปที่ Solar charge controller ให้ดูนะ

จากตะกี้ที่ผมบอกไปว่าช่วงตรงนี้ เราจะดูกระแสสูงสุดที่แผงโซล่าเซลล์ เอาเป็นว่าผมเลือกใช้แผง Seraphim SRP-400-BMD-HV เป็นตัวอย่างในการคำนวณนะครับ เรามาดูสเป็คกันในรูปข้างล่างนะ

จาก datasheet เราจะเห็นว่า Isc หรือ กระแส short circuit ที่เป็นกระแสสูงสุดที่ 25 องศา จะอยู่ที่ 13.6A นะครับ หากเราต่ออนุกรมกระแสไม่เพิ่มนะ แต่แรงดันเพิ่ม หากเราต่อขนาน กระแสจะเพิ่ม แรงดันไม่เพิ่ม เช่น เราต่อขนาน 2 แผง กระแสสูงสุดที่เราจะเอามาคำนวณสายไฟคือ 13.6A x 2 = 27.2A

เอาเป็นว่าผมใช้ตัวเลข 27.2A ทำให้ดูเลยแล้วกัน เราเลือกใช้สาย PV1-F เราก็ไปดูตารางของสาย PV1-F ของยี่ห้อที่เราใช้ ตรงนี้ผมใช้ PV1-F ของ TECSUN เป็นตัวอย่างนะตามรูปด้านล่าง

ปกติในตลาดมันมีให้เราเลือกแค่ไม่กี่ไซต์ 4 sqmm กับ 6 sqmm เอาเป็นว่าผมเลือก 4 sqmm มาให้ดูก่อน

จากตาราง คอลลัมม์ที่ผมไฮไลท์ไว้ จะเห็นว่าสาย 4 sqmm มันรับกระแสได้ 52A (สมมติว่าเราวางสายบนดินปกติ ให้เลือกช่องที่เขียนว่า for single cable on a surface) แต่ก่อนที่เราจะตัดสินว่ามันใช้ได้ ให้เราเอา safety factor 1.25 เข้าไปคูณกับกระแสที่เราได้มาตะกี้ก่อน

เราจะได้ 27.2 x 1.25 = 34A แบบนี้ก็ใช้ได้เลย เพราะไม่เกิน 52A (อันนี้คร่าวๆเท่านั้น การทำแบบละเอียดจะมีรายละเอียดเยอะกว่านี้มาก ต้องคำนวณ loss และ กระแสเพิ่มลดจากอุณหภูมิอีก แต่ตรงนี้ไม่ต้องคำนวณเนื่องจากเป็นระบบเล็ก สายไม่ได้ยาวมาก และสาย PV1-F ตารางของมันเป็นที่ 60 องศาอยู่แล้วครับ)

เอาเป็นว่าเราเลือกใช้สาย PV1-F ที่ 4 sqmm นะ

คำนวณขนาดฟิวส์

ในระบบโซล่าเซลล์ ฟิวส์จะเป็นที่นิยมมากกว่าเบรคเกอร์ และมีความน่าเชื่อถือมากกว่า เนื่องจากไม่มีกลไกอะไรซับซ้อน ฟิวส์ที่ผมใช้แต่ละช่วงจะมีความแตกต่างกัน เช่น ฟิวส์หลังแผงผมใช้ Mini ANL fuse (อาจจะใช้ MC4 fuse ก็ได้นะ)

ส่วนตรงไหนที่กระแสเยอะๆ อย่างบริเวณแบตเตอรี่ไป อินเวอร์เตอร์ ผมจะใช้ ANL fuse เนื่องจากกระแสสูง สายไฟใหญ่ ANL fuse จะเหมาะกว่า

ส่วนการเลือกขนาดฟิวส์ ให้เราเข้าใจไว้เสมอว่าฟิวส์เป็นตัวป้องกันไม่ให้สายไฟละลาย เวลาเกิดกระแสเกิน “ดังนั้นเราต้องได้กระแสสูดสุดที่สายไฟรับได้ก่อน ถึงจะเลือกฟิวส์ได้”

ผมเอาตัวอย่างด้านบนมาคำนวณให้ดูนะ สายไฟ PV1-F รับกระแสได้ 52A เราต้องเลือกฟิวส์ที่ไม่เกิน 52A แต่ขนาดฟิวส์ให้เราเลือกจาก กระแสสูงสุด x 1.25 x 1.25 ซึ่ง 1.25 แรกมาจาก safety factor ส่วน 1.25 ที่สองเป็นค่าเผื่อว่ากระแสสูงสุดเกิดขึ้นต่อเนื่องนาน 3 ชั่วโมง

ในกรณีนี้เราจะได้ 27.2 x 1.25 x 1.25 = 42.5A เราก็เลือกฟิวส์ระหว่าง 42.5A และ 52A ซึ่งปกติจะขนาดฟิวส์ที่มีขายในตลาดจะลงท้ายด้วย 0 ดังนั้นกรณีนี้เราสามารถเลือกฟิวส์ที่ 50A ได้ครับ

คำนวณขนาดเบรคเกอร์

ปกติการป้องกันกระแสฝั่ง DC เราจะใช้ฟิวส์ ส่วนเบรคเกอร์ผมแนะนำให้ติดไว้คู่กับฟิวส์ก็ดี เพราะเบรคเกอร์จะช่วยตัดเมื่อแรงดันสูงเกินปกติด้วย

โดยเฉพาะช่วงจากแผงโซล่าเซลล์มาที่ solar charge controller ซึ่งแรงดันของแผงจะขึ้นลงตามอุณหภูมิ วันดีคืนดีอากาศเย็น voltage ระบบวิ่งไปสูงมากๆ โดยเฉพาะคนที่ต่ออนุกรมเกิน 1 แผงขึ้นไปแบบนี้ จะทำให้ solar charge controller เสียหายได้

ดังนั้นเราจะดูว่าเราควรเลือกเบรคเกอร์ยังไง ให้เราดู 2 อย่างคือ voltage ให้เราดูที่ solar charge controller ว่ารับ voltage ได้ที่เท่าไหร่ ส่วนกระแสเราก็เลือกเท่าฟิวส์ได้เลย

สรุป

ในการคำนวณหาขนาดสายไฟ DC AC หรือจะเป็นฟิวส์ และเบรคเกอร์ ให้เราดูกระแสเป็นหลัก โดยให้เราเริ่มคำนวณที่ขนาดสายไฟก่อนเป็นอันดับแรก โดยใช้กระแสสูงสุดของช่วงนั้นๆเป็นค่าที่นำมาคำนวณ

ส่วนขนาดฟิวส์และเบรคเกอร์จะขึ้นอยู่กับขนาดของสายไฟ เพื่อป้องกันสายไฟละลายจนเกิดอุบัติเหตุที่เราไม่อยากให้เกิด รวมถึงเบรคเกอร์จะช่วยป้องกัน volt ที่เกินหากเราคาดการผิดพลาดในตอนออกแบบ