โซล่าชาร์จเจอร์

โซล่าชาร์จเจอร์

solar charge controller

คลิ๊กดูโซล่าชาร์จเจอร์

            เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ตัวหนึ่งที่มีคุณสมบัติคอยควบคุมการชาร์จไฟฟ้าจากแผงโซล่าเซลลงสู่แบตเตอรี่ ของระบบโซล่าเซลล์เพื่อเก็บกระแสไฟเพื่อนำมาใช้งานตามที่เราออกแบบไว้  ซึ่งล่าชาร์จเจอร์ทั่วไป จะมีหลักการทำงานหรือหน้าที่ จ่ายกระแสไฟเมื่อแรงดันแบตเตอรี่อยู่ในระดับต่ำตามที่แต่ละยี่ห้อตั้งค่ามา และทำการตัดการจ่ายกระแสไฟเพื่อไปประจุยังแบตเตอรี่เมื่อแรงดันของแบตเตอรี่อยู่ในระดับที่สูงตามที่ได้กำหนดไว้เหมือนกัน เพื่อป้องกันการ Over Charge ซึ่งจะทำให้แบตเตอรี่เกิดความเสียหายและเสื่อมอายุก่อนเวลาอันควร ทำให้ใช้งานได้ไม่คุ้มค่าค่าตัวของมัน และคุณสมบัติของโซล่าชาร์จเจอร์โดยทั่วไปในช่วงเวลากลางคืนยังคอยปกป้องไม่ให้ไฟจากแบตเตอรี่ย้อนขึ้นไปยังตัวแผงโซล่าเซลซึ่งอาจก่อให้เกิดความเสียหายต่อตัวแผงโซล่าเซลล์อีกด้วย และอีกข้อหนึ่งก็คือเป็นตัวสวิตซ์อัตโนมัติที่ใช้จ่ายไฟให้โหลดเวลาที่ไม่มีแสงมากระทบแผงโซล่าเซลล์ 

            โซล่าชาร์จเจอร์ จะต่อระหว่างแผงโซล่าเซลล์กับแบตเตอรี่และโหลด ทำงานโดยจะดูว่าแรงดันไฟฟ้าที่อยู่ในแบตเตอรี่อยู่ในระดับใด ถ้าอยู่ในระดับที่ต่ำกว่าที่ตั้งไว้ ตัวเครื่องควบคุมการชาร์จจะทำการปลดโหลดออกจากระบบโดยทันที(Load disconnect)เพื่อป้องกันการคลายประจุของแบตเตอรี่ที่มากเกินไปและอาจทำให้แบตเตอรี่เสื่อมเร็ว นอกจากนี้เครื่องควบคุมการชาร์จก็จะต่อการทำงานของโหลดใหม่(Load reconnect) ถ้าแบตเตอรี่มีค่าแรงดันที่เพิ่มขึ้นตามที่ตั้งไว้

solar charge controller แบ่งเป็น 2 ประเภทตามลักษณะหลักการทำงาน คือ

1. PWM (Pulse Width Modulation) 

Pulse Width Modulation

                หลักการทำงาน ก็คือ ควบคุมความถี่ของคลื่นไฟฟ้าจากแผงโซล่าเซลล์ให้คงที่ ด้วยระบบดิจิทัล (Digital) เพื่อให้ประหยัดพลังงาน และสามารถควบคุมการประจุไฟเข้าสู่แบตเตอรี่ได้เป็นอย่างดี ทำให้แบตเตอรี่ไม่เสื่อมเร็ว มีฟังก์ชั่นไฟแสดงสถานะการทำงานที่เชื่อมต่อกับอุปกรณ์ต่างๆ เช่น การทำงานของแผงโซล่าเซลล์/ ระดับการเก็บประจุของแบตเตอรี่ (ไฟเต็ม/ ไฟกลาง/ ไฟน้อย หรือใกล้หมด) / การจ่ายไฟ DC ให้เครื่องใช้ไฟฟ้าDC ที่กำลังต่อเชื่อมวงจร มีระบบการตัดไฟอัตโนมัติ ในกรณีไฟแบตเตอรี่ใกล้หมด เพื่อป้องกันแบตเตอรี่เสีย/ เสื่อมสภาพ เนื่องจากการใช้ไฟเกินกำลัง (Over Charge/ Over Discharge Protection)

2. MPPT (Maximum Power Point Tracking) 

Maximum Power Point Tracking

             หลักการทำงานของตัวนี้ ก็คือ มีระบบไมโครโพรเซสเซอร์ หรือตัวจับสัญญาณ คอยควบคุมดูแลสัญญาณไฟฟ้าที่ได้จากแผงโซล่าเซลล์ เปรียบเทียบกับแรงดันกระแสในแบตเตอรี่ และเลือกสัญญาณไฟฟ้าที่สูงที่สุดจากแผงเพื่อประจุลงในแบตเตอรี่ให้เต็มที่ตลอดเวลา ดังนั้นจึงหมดห่วงเมื่อใช้อุปกรณ์ชนิดนี้ ขณะที่สภาพแสงแดดภายนอกไม่คงที่ แสงแดดอ่อนๆ ในช่วงเช้า/ ช่วงเย็น หรือตอนครึ้มๆ ก่อน/หลังฝนตก

ข้อควรระวังในการเลือกซื้อคอนโทรลชาร์จโซล่าเซลล์

1.        ไม่ควรเลือกขนาดของคอนโทรลชาร์จโซล่าเซลล์ใหญ่เกินกว่าที่ระบบต้องการ เพราะต้องเสียเงินซื้อเครื่องควบคุมการชาร์จราคามากเกินความจำเป็นด้วย เนื่องจากตัวคอนโทรลชาร์จโซล่าเซลล์ กระแสสูงๆ จะแพงกว่า ตัวกระแสต่ำ

2.        ควรเลือกคอนโทรลชาร์จโซล่าเซลล์ ให้รองรับกับแรงดันระบบที่เลือกใช้

3.         ควรเลือกขนาดกระแสของคอนโทรลชาร์จโซล่าเซลล์ให้เหมาะสมกับขนาดรวมของแผงโซล่าเซลล์ มิฉะนั้นอาจทำให้เครื่องควบคุมการชาร์จหรือแบตเตอรี่เสียหายได้

เลือกสถานที่และองศา

การเลือกสถานที่และองศา

       ถ้าหากผมพูดถึงโซล่าเซลล์คุณคงนึกถึงแผงพลังงานแสงอาทิตย์ที่สามารถเปลี่ยนพลังงานแสงให้เป็นพลังงานไฟฟ้าได้ แต่คุณรู้หรือไม่ว่าแผงโซล่าเซลล์ต้องการแสงอะไรและต้องใช้แสงมากขนาดไหน โดยทั่วไปที่สามารถพบเห็นบ้านเรือนส่วนมากจะนิยมติดโซล่าเซลล์ไว้บนหลังคาบ้านเพื่อไม่ให้มารบกวนพื้นที่บริเวณบ้านเนื่องจากพื้นที่มีจำกัด ทั้งยังช่วยลดการสะท้อนแสงเข้ามาภายในตัวบ้านได้ด้วย

การวางแผงโซล่าเซลล์บนหลังคา

       แต่ในตามภูเขาหรือในชนบทสามารถที่จะติดตั้งแผงโซล่าเซลล์ไว้ตรงไหนก็ได้เพียงแค่ไม่มีร่มเงามารบกวนแสงแดดที่ส่องลงมา เพราะในพื้นที่ชนบทจะเป็นพื้นที่โล่งที่ไม่มีกำแพงเพื่อจำกัดพื้นที่ เพียงแต่ควรจะอยู่ในที่ๆสะดวกต่อการใช้งาน ถ้าเราติดตั้งแผงกลางแจ้งเราต้องเพิ่มงบประมาณในการติดตั้งเสาตั้งแผงโซล่าเซลล์ ซึ่งสามารถตัดปัญหานี้ได้โดยการติดตั้งไว้บนหลังคาตัวเรือนที่พักอาศัยที่มีแดดส่องลงมา แต่เราไม่ควรจะนำแผงโซล่าเซลล์ไปวางบนหลังคาโดยไม่มีหลักการติดตั้งที่เหมาะสม เพราะจะทำให้โซล่าเซลล์ทำงานได้ไม่เต็มที่ เนื่องจากโซล่าเซลล์จะทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพหรือไม่นั้นแดดก็เป็นปัจจัยสำคัญที่ไม่สามารถเมินเฉยได้ เปรียบเสมือนกับว่า “กระบือจะทำงานได้ดีนั้นก็ต้องได้กินหญ้าที่เพียงพอ”

การวางแผงโซล่าเซลล์ไว้กลางแจ้ง

       ถ้าแสงมีความเข้มแสงมากเท่าไหร่ก็จะยิ่งทำให้โซล่าเซลล์สามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากและผลิตไฟฟ้าได้มาก ยกตัวอย่างง่ายๆ แดดในตอนเย็นดวงอาทิตย์ใกล้ลับขอบฟ้าโซล่าเซลล์ก็ยังสามารถผลิตไฟฟ้าได้อยู่แต่อาจจะไม่เท่าตอนกลางวันที่พระทิตย์ขึ้นตรงแล้วส่องแสงลงมายังโซล่าเซลล์ได้มาก

       ในประเทศไทยเราจะสามารถใช้โซล่าเซลล์ได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงที่สุดเราควรจะติดตั้งให้แผงโซล่าเซลล์ทำมุมสิบห้าองศากับพื้นโลกและหันหน้าแผงโซล่าเซลล์ไปทางทิศใต้ เพราะว่าแสงแดดในตอนเที่ยงวันจะเป็นแสงที่มีความเข้มแสงมากที่สุด อีกทั้งการตั้งแผงทำมุมสิบห้าองศาจะทำให้รับแสงแดดได้อย่างดีที่สุด

การทำมุมโซล่าเซลล์เพื่อได้การทำงานดีที่สุด

       การทำงานของโซล่าเซลล์จะหยุดลงก็ต่อเมื่อไม่มีแสงตกลงมาบนแผงโซล่าเซลล์ หรือมีปริมาณแสงที่ไม่เพียงพอต่อการทำงานนั่นเอง พอพูดถึงคำว่าแสงหมดลงบางคนอาจจะสงสัยว่าในตอนกลางคืนที่มีแสงจากหลอดไฟหรือดวงจันทร์สามารถทำให้โซล่าเซลล์ทำงานได้หรือไม่ คำตอบคือสามารถทำได้แต่อาจจะน้อยจนเราไม่สามารถนำมาใช้งานได้จึงเป็นสาเหตุที่ทำให้การติดตั้งแผงโซล่าเซลล์โดยทั่วไปจะมีแบตเตอร์รี่ต่ออยู่ด้วย(บางพื่นที่ไม่จำเป็นต้องมี เช่น ฟาร์มโซล่าเซลล์) เพื่อที่จะเก็บไฟฟ้าไว้และปล่อยออกมาให้เราสามารถใช้ไฟฟ้าได้ตลอดทั้งตอนที่มีแสงและตอนที่หมดแสง (ตอนกลางคืนหรือในวันที่ฝนตก) ทั้งนี้การที่ใช้แบตเตอร์รี่ต้องมีปริมาณมากหรือน้อยก็ขึ้นอยู่กับปริมาณการใช้งานของแต่ละบ้านด้วย เพราะหากเรามีปริมาณแบตเตอร์รี่ที่เพียงพอกับการใช้ไฟในหนึ่งคืน แล้ววันต่อมาฝนตกจะส่งผลให้ไม่มีการทำงานของแผงโซล่าเซลล์จะทำให้เราไม่มีไฟฟ้าไว้ใช้งาน

แผงโซล่าเซลล์แบบปรับทิศเองได้

                    พลังงานแสงอาทิตย์ได้มีการนำมาใช้ทั่วโลกในรูปของโซล่าเซลล์และเป็นที่นิยมอย่างมากในตอนนี้เพราะเป็นพลังงานสะอาดและไม่ค่อยมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม แต่พลังงานแสงอาทิตย์ที่นำมาใช้งานนั้นเลยเป็นพลังงานไฟฟ้าเพียงแค่ประมาณ 15 เปอร์เซ็นต์
              ดังนั้นในปัจจุบันนี้ ได้มีการนำเทคโนโลยีในด้านต่างๆมาใช้กับแผงโซล่าเซลล์เพื่อให้ตัวแผงนั้นมีประสิทธิภาพในการผลิตกำลังไฟฟ้าได้มากที่สุด ซึ่งระบบแผงโซล่าเซลล์แบบปรับทิศเองได้ก็เป็นอีกหนึ่งตัวอย่างในการพัฒนาเทคโนโลยีด้านโซล่าเซลล์
                      เนื่องจากการติดตั้งโซล่าฟาร์มแบบเดิมนั้น ตัวแผงก็จะยึดตัวกับโครงสร้างอยู่ที่เดิมตลอดเวลา ดังนั้น จึงมีการพัฒนาระบบแผงโซล่าเซลล์แบบปรับทิศทิศการหมุนเองได้ หรือ ที่เรียกว่าระบบแบบแทรคกิ้ง เพื่อรับแสงอาทิตย์โดยตรงตลอดเวลา ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการผลิตกำลังไฟฟ้ามากขึ้น

แผงโซล่าเซลล์แบบแทรคกิ้ง

ไดอะแกรมแสดงรายละเอียด แผงโซล่าเซลล์แบบแทรคกิ้ง

              จากไดอะแกรม แผงโซล่าเซลล์ระบบแบบเเทรคกิ้งนั้นใช้มอเตอร์สองตัวเป็นตัวขับเคลื่อน มอเตอร์ตัวแรกจะควบคุมในแนวดิ่ง โดยเมื่อมอเตอร์ตัวแรกหมุนทดรอบโดยเฟืองทำให้แผงโซล่าเซลล์นั้นขยับขึ้นลงแนวดิ่งเพื่อหันแนวแผงโซล่าเซลล์ได้  ส่วนมอเตอร์ตัวที่สองอยู่ที่ด้านล่างควบคุมฐานให้หมุนได้ในแนวราบ เมื่อมอเตอร์ตัวที่สองหมุนทดรอบโดยเฟืองตัวที่สอง ทำให้ฐานเกิดการเคลื่อนที่ขยับในแนวแกนราบเป็นวงกลมสามารถหมุนได้ 360 องศา ไปรับแสงอาทิตย์ตามเวลา แต่เพื่อประหยัดราคาในการติดตั้งลงอาจจะลดมอเตอร์ออกสักหนึ่งตัวก็ได้ แต่ประสิทธิภาพจะลดลงจากเดิมไม่มาก
               ส่วนการควบคุมให้มอเตอร์ทำงานอัตโนมัตินั้น ทำได้โดยใช้โปรแกรมที่เขียนเข้าไปจากการศึกษาการเคลื่อนที่ของดวงอาทิตย์ในแต่ละวันควบคุมมอเตอร์ทั้งสองตัว โปแกรมที่ใช้อาจจะเป็นระบบดิจิตอลหรือพีแอลซีหรืออื่นๆ เช่น การใช้ระบบตวรจจับดวงอาทิตย์โดยใช้โฟโตทรานซิสเตอร์ทำหน้าที่เป็นเซนเซอร์ตรวจจับแสง และแสดงค่าในรูปของลอจิก 0 และ 1 ซึ่งจะนำการทำงานของลอจิกเหล่านี้ไปควบคุมการทำงานของมอเตอร์ให้หมุนไปในทิศทางที่ถูกต้องตามที่ศึกษาการเคลื่อนที่ของดวงอาทิตย์มา      
               ถึงแม้ว่าระบบแบบแทรคกิ้งนั้นจะมีการพัฒนาประสิทธิภาพที่ดีขึ้นมาก แต่ในแง่ของราคาการติดตั้งนั้นยังเป็นปัจจัยสำคัญเพราะมีการติดตั้งมอเตอร์และระบบโครงสร้างที่เพิ่มจากแบบปกติออกไป ค่าบำรุงรักษาก็สูงขึ้นเป็นปกติ   อาจจะไม่ตอบโจทย์ในบางประเทศอย่าง เช่น เมืองไทยของเราเพราะค่ายิลต์จะต่ำ จะเหมาะกับยุโรปมากกว่าเพราะให้ค่ายิลต์ที่สูงดังนั้นจะต้องพิจารณาจุดคุ้มทุนให้ดีว่าควรลงทุนกับแผงโซล่าเซลล์แบบปรับทิศเองได้หรือไม่
            *หมายเหตุ ค่ายิลต์ หมายถึง ค่าที่แสดงถึงประสิทธิภาพของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ได้ผลิตได้จริงต่อกำลังการผลิตทั้งหมด