ชุดฝึกการเรียนรู้เซลล์แสงอาทิตย์แบบอิสระ Demonstration of PV Stand Alone System

สาขาวิศวกรรมศาสตร์และอุตสาหกรรมวิจัย

พลังงานเป็นปัจจัยสำคัญต่อการดำเนินชีวิตของมนุษย์ เราใช้พลังงานในการผลิตกระแสไฟฟ้า การคมนาคม การบริการ และการผลิตทั้งในเกษตรกรรมและอุตสาหกรรม ในปัจจุบันพลังงานที่เราใช้กันอยู่ทุกวันนี้ ส่วนใหญ่ได้จากพลังงานสิ้นเปลืองโดยเฉพาะน้ำมันเชื้อเพลิง นับวันมีปริมาณเพิ่มขึ้นทุกที ในขณะที่ประเทศของเราไม่มีแหล่งน้ำมันเพียงพอกับความต้องการใช้ ในประเทศในแต่ละปีรัฐจึงต้องสูญเสียงบประมาณในการนำเข้าน้ำมันดิบเป็นจำนวนมหาศาล ปัจจุบันการใช้พลังงานของโลก ประกอบด้วย เชื้อเพลิงฟอสซิล ซึ่งได้แก่ น้ำมัน ก๊าซธรรมชาติและถ่านหิน และจากพลังงานประเภทอื่นๆ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นพลังงานทดแทนเช่น พลังงานแสงอาทิตย์ พลังงานลม และพลังงานชีวภาพ การผลิตไฟฟ้าในประเทศไทยกว่าร้อยละ 60 จะใช้ก๊าซธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิงโดยส่วนใหญ่เราจะนำเข้า ก๊าซจากต่างประเทศโดยเฉพาะประเทศเพื่อนบ้าน นั่นคือ ความเสี่ยงในความมั่นคงด้านพลังงานที่จะเกิดขึ้นกับประเทศได้ตลอดเวลา หากประเทศที่ไทยนำเข้ามีปัญหาในการส่งก๊าซให้ซึ่งก็เคยเกิดขึ้นมาแล้วเมื่อเร็วๆ นี้ หน่วยงานภาครัฐได้เห็นความจำเป็นของพลังงานทดแทนเนื่องจากความต้องการใช้พลังงานไฟฟ้ามีแนวโน้มเพิ่มสูงขึ้น แนวทางหนึ่งที่จะช่วยลดการใช้พลังงานสิ้นเปลือง ก็คือ การใช้พลังงานทดแทนซึ่งตำแหน่งที่ตั้งของประเทศไทย พลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานทดแทนที่มีความเหมาะสมในการนำมาใช้ประโยชน์เป็นอย่างมาก โดยพลังงานแสงอาทิตย์สามารถเปลี่ยนรูปเป็นพลังงานไฟฟ้าได้โดยการใช้อุปกรณ์ที่เรียกว่า เซลล์แสงอาทิตย์ (Solar Cell) ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ทำการเปลี่ยนจากพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้า การใช้งานระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ การเติบโตอย่างรวดเร็วของระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ของประเทศไทยที่เราเห็นในปัจจุบันนั้น มีจุดเริ่มต้น มานานกว่า 20 ปี เป็นการใช้งานของระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบอิสระใช้งานในพื้นที่ห่างไกล เพื่อเป็นแหล่งไฟฟ้าให้แสงสว่างในครัวเรือน การสูบน้ำเพื่ออุปโภคบริโภค และการเกษตร กิจกรรมในโรงเรียนเพื่อการศึกษา รวมถึงการประจุแบตเตอรี่เพื่อเป็นแหล่งสำรองพลังงาน โดยมีปริมาณการติดตั้งระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบอิสระ 30 เมกะวัตต์สูงสุดและแบบเชื่อมต่อระบบจำหน่าย 20 เมกะวัตต์สูงสุด ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2553 การผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ เป็นที่รู้จักกันแพร่หลายและเพิ่มจำนวนขึ้นอย่างรวดเร็วจากการผลิตไฟฟ้าขายให้แก่การไฟฟ้าทั้งการผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ที่ติดตั้งบนดินหรือที่เรียกว่า โซล่าร์ฟาร์ม และที่ติดตั้งบนหลังคาหรือที่เรียกว่า โซลาร์รูฟท็อป เนื่องจากราคาแผงเซลล์แสงอาทิตย์ลดลงอย่างมากและราคารับซื้อไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ที่จูงใจ ซึ่งเป็นมาตรการส่งเสริมของภาครัฐ การติดตั้งระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ ปี พ.ศ. 2557 ประเทศไทยมีกำลังการผลิตไฟฟ้ารวมทั้ง สิ้น 35,668 เมกะวัตต์ และมีกำลังการผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์สะสม 1,298 เมกะวัตต์สูงสุด ในปีเดียวกันมีปริมาณการติดตั้งระบบผลิตไฟฟ้าของพลังงานทดแทน706 เมกะวัตต์ คิดเป็น 12 เปอร์เซ็นต์ของการผลิตไฟฟ้าทั้งหมด ประกอบด้วย พลังงานแสงอาทิตย์ พลังงานลม พลังงานน้ำ ชีวมวล ก๊าซชีวภาพ และขยะมูลฝอยชุมชน โดยที่การผลิต ไฟฟ้าจากชีวมวลมีปริมาณสูงสุด รองลงมาคือ พลังงานแสงอาทิตย์ และก๊าซชีวภาพ ตามลำดับ กำลังการผลิตติดตั้งสะสมและติดตั้งรายปีของการผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ของประเทศไทย ปี พ.ศ. 2545 – 2558 จากกราฟ จะเห็นได้ว่าการผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ของประเทศไทยนั้นมีการติดตั้งเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ส่วนใหญ่นั้นจะเป็นระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบอิสระ ซึ่งมีความสำคัญต่อบ้านเรือนหรือผู้ที่อยู่ห่างไกลจากแหล่งผลิตไฟฟ้าเป็นอย่างมาก เป็นแหล่งไฟฟ้าให้แสงสว่างในครัวเรือน สูบน้ำเพื่ออุปโภคบริโภค และการเกษตร กิจกรรมในโรงเรียนเพื่อการศึกษา รวมถึงการประจุแบตเตอรี่เพื่อเป็นแหล่งสำรองพลังงาน ระบบผลิตไฟฟ้าด้วยเซลล์แสงอาทิตย์แบบอิสระ (PV Stand alone system) ระบบผลิตไฟฟ้าด้วยเซลล์แสงอาทิตย์แบบอิสระ ได้รับการออกแบบสำหรับใช้งานในพื้นที่ชนบทที่ไม่มีระบบจำหน่ายไฟฟ้าจาก National Grid โดยมีหลักการทำงานแบ่งได้เป็น 2 ช่วงเวลา คือ ช่วงเวลากลางวัน เซลล์แสงอาทิตย์ได้รับแสงแดดสามารถผลิตไฟฟ้าจ่ายให้แก่โหลดพร้อมทั้งประจุพลังงานไฟฟ้าส่วนเกินไว้ในแบตเตอรี่พร้อม ๆ กัน ส่วนในช่วงกลางคืน เซลล์แสงอาทิตย์ไม่ได้รับแสงแดดจึงไม่สามารถผลิตไฟฟ้าได้ ดังนั้น พลังงานจากแบตเตอรี่ที่เก็บประจุไว้ในช่วงกลางวันจะถูกจ่ายให้แก่โหลด จึงสามารถกล่าวได้ว่าระบบผลิตไฟฟ้าด้วยเซลล์แสงอาทิตย์แบบอิสระสามารถจ่ายกระแสไฟฟ้าให้โหลดได้ทั้งกลางวัน และกลางคืน ระบบการผลิตไฟฟ้าด้วยเซลล์แสงอาทิตย์แบบอิสระ อุปกรณ์ที่สำคัญในระบบผลิตไฟฟ้าด้วยเซลล์แสงอาทิตย์แบบอิสระแผงโซล่าเซลล์ (Solar Panel หรือ PhotoVotaics) ประกอบด้วย แผงโซล่าเซลล์ (Solar Panel หรือ Photovoltaics) คือ การนำเอาโซล่าเซลล์ จำนวนหลายเซลล์มาต่อวงจรรวมกัน อยู่ในแผงเดียวกัน เพื่อที่จะทำให้สามารถผลิตและจ่ายกระแสไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์ได้มากขึ้น ในปัจจุบันเกือบ 90% ของแผงโซล่าเซลล์ ทำมาจาก ซิลิคอน (Silicon) ซึ่งมีความบริสุทธิ์สูง สามารถเปลี่ยนแสงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานไฟฟ้าได้มากกว่า แผงโซล่าเซลล์ มี 2 รูปแบบหลัก ๆ คือ แบบที่ผลิตจากซิลิคอน และแบบฟิล์มบางที่ฉาบสาร สามารถเปลี่ยนพลังงานแสงเป็นกระแสไฟฟ้าได้ แผงโซล่าเซลล์ (Solar Panel หรือ Photovoltaics) เครื่องควบคุมการชาร์จ (Charge Controller) แผงโซล่าเซลล์ทำงานผลิตไฟฟ้ากระแสตรงออกมา ถ้าระบบที่ออกแบบมีการต่อพ่วงกับแบตเตอรี่ด้วย ในบางครั้งแสงที่ตกกระทบแผงโซล่าเซลล์อาจจะไม่สม่ำเสมอกันตลอดทั้งวันจึงทำให้กระแสและแรงดันที่ผลิตได้จากแผงเปลี่ยนแปลงตลอดเวลาบางช่วงก็สูงบางช่วงก็ต่ำทำให้แรงดัน และกระแสไฟฟ้าไม่คงที่ ดังนั้นการชาร์จประจุไฟฟ้าของแผงโดยตรงกับแบตเตอรี่จึงไม่มีประสิทธิภาพเท่าที่ควรและที่สำคัญคือจะทำให้อายุการใช้งานของแบตเตอรี่จะสั้นในลงอีกด้วยเพราะแรงดันที่ผลิตจากแผงโซล่าเซลล์บางครั้งก็สูงเกินกว่าค่าแรงดันที่จะทำการชาร์จแบตเตอรี่ เครื่องควบคุมการชาร์จจึงถูกออกแบบมาเพื่อทำให้การชาร์จไฟฟ้าเข้าแบตเตอรี่นั้นมีประสิทธิภาพเพิ่มมากยิ่งขึ้น อีกทั้งยังป้องกันการเสียหายที่เกิดจากการชาร์จแบตเตอรี่ที่มีแรงดันสูงเกินไปอีกด้วย เครื่องควบคุมการชาร์จ (Charge Controller) แบตเตอรี่ (Battery) คือ อุปกรณ์จัดเก็บ และจ่ายกระแสไฟฟ้า โดยมีลักษณะเป็นทรงสี่เหลี่ยมที่มีการทำปฏิกิริยาเคมีภายใน ทำให้เกิดไฟฟ้า ถือเป็นอุปกรณ์ที่สามารถแปลงพลังงานเคมีให้เป็นไฟฟ้าได้โดยตรงด้วยการใช้เซลล์กัลวานิก (Galvanic cell) ที่ประกอบด้วยขั้วบวกและขั้วลบ พร้อมกับสารละลายอิเล็กโตรไลต์ (Electrolyte Solution) แบตเตอรี่อาจประกอบด้วยเซลล์กัลวานิกเพียง 1 เซลล์ หรือมากกว่าก็ได้แบตเตอรี่เป็นอุปกรณ์สำหรับจัดเก็บไฟฟ้าเท่านั้น ไม่ได้ผลิตไฟฟ้า สามารถประจุไฟฟ้า เข้าไปใหม่ (Recharge) ได้หลายครั้ง และประสิทธิภาพจะไม่เต็ม 100% จะอยู่ที่ประมาณ 80% เพราะมี การสูญเสียพลังงานบางส่วนไปในรูปความร้อนและปฏิกิริยาเคมีจากการประจุและการจ่ายประจุแบตเตอรี่จัดเป็นอุปกรณ์ที่มีราคาแพงและเสียหายได้ง่ายหากดูแลรักษาไม่ดีเพียงพอหรือใช้งานผิดวิธี แบตเตอรี่ (Battery) เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้า (Inverter) อินเวอร์เตอร์เป็นอุปกรณ์ทางไฟฟ้า ที่ใช้สำหรับเปลี่ยนไฟฟ้ากระแสตรง เป็นไฟฟ้ากระแสสลับโดยไฟฟ้ากระแสตรงที่จะนำมาทำการเปลี่ยนนั้นมาจากแบตเตอรี่ เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง หรือแผงโซล่าเซลล์ก็ได้ ไฟฟ้ากระแสสลับที่ได้มานั้น จะเหมือนกับไฟฟ้าที่ได้จากปลั๊กไฟ ซึ่งสามารถเปลี่ยนแปลงหรือควบคุมระดับแรงดันไฟฟ้าและความถี่ของไฟฟ้ากระแสสลับได้ เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้า (Inverter) ดังนั้น ผู้วิจัยจึงสนใจที่จะศึกษาเกี่ยวกับหลักการทำงานของระบบผลิตกระแสไฟฟ้าด้วยเซลล์แสงอาทิตย์แบบอิสระ

ผู้ร่วมโครงการ

ระบุผู้ร่วมโครงการภายใน

 

ระบุผู้ร่วมโครงการภายนอก

33000

2562