คำนวณขนาดโซลาร์เซลล์เพื่อการเกษตร ติดตั้งในกระท่อมปลายนา
แม้จะเป็นที่ทราบกันดีว่า ระบบโซลาร์เซลล์นอกจากจะเป็นตัวช่วยชั้นดีในการช่วยประหยัดค่าไฟฟ้าบ้านแล้ว เรายังสามารถใช้ระบบ โซลาร์เซลล์ เพื่อการเกษตร ได้อีกด้วย
ระบบ โซลาร์เซลล์ เพื่อการเกษตร เกิดจากการประยุกต์ใช้พลังไฟฟ้าที่ได้จากพลังแสงอาทิตย์เข้ากับอุปกรณ์ทางการเกษตรอื่นๆ เช่น เครื่องสูบน้ำ กังหันสระน้ำ ระบบส่องสว่าง เครื่องอบแห้ง ระบบรดน้ำ และเก็บพลังงานไฟฟ้าในเวลากลางวันเพื่อใช้ในตอนกลางคืน โดยส่วนใหญ่แล้วพื้นที่ทำเกษตรมักอยู่ห่างไกลที่แนวสายส่งไฟฟ้ายังเข้าไม่ถึง ระบบโซลาร์เซลล์เพื่อการเกษตร จึงได้รับความสนใจและถูกใช้กันอย่างแพร่หลาย
อยากใช้ระบบ โซลาร์เซลล์เพื่อการเกษตร ต้องรู้อะไรบ้าง?? ในเบื้องต้นลองมาทำความเข้าใจระบบโซลาร์เซลล์กันก่อน แล้วเข้าสู่ขั้นตอนการใช้ประโยชน์ อยากติดตั้งในกระท่อมปลายนาต้องคำนวณอย่างไร ซึ่งเนื้อหาที่นำมาเสนอนี้มาจาก คู่มือโซลาร์เซลล์เพื่อการเกษตร ฉบับชาวบ้าน โดยสำนักพัฒนาพื้นที่ปฏิรูปที่ดิน สำนักงานการปฏิรูปที่ดินเพื่อเกษตรกรรม
- ขึ้นทะเบียนเกษตรกรแล้วขอใช้ ไฟเกษตร ได้นะ! ค่าไฟถูกกว่า
- วิธีติดตั้งเครื่องสูบน้ำโซลาร์เซลล์ สำหรับพื้นที่ที่ไฟฟ้าเข้าไม่ถึง
รู้จัก โซลาร์เซลล์เพื่อการเกษตร
โซลาร์เซลล์เป็นอุปกรณ์ที่ใช้แปลงพลังงานแสงอาทิตย์ให้เป็นกระแสไฟฟ้าเพื่อใช้กับเครื่องใช้ไฟฟ้า สามารถใช้ได้ทั้งในครัวเรือนและการเกษตรกรรม พลังงานไฟฟ้าที่ได้จากโซลาร์เซลล์จะเป็นไฟฟ้ากระแสตรง (DC) ซึ่งสามารถนำไปใช้กับเครื่องใช้ไฟฟ้ากระแสตรงได้ เช่น ปั้มสูบน้ำ หลอดไฟ พัดลม ซึ่งเป็นเครื่องใช้ไฟฟ้าพื้นฐานสำหรับการใช้ชีวิตในกระท่อมปลายนา หรือทำเกษตรได้
สำหรับเมืองไทยที่นับว่าเป็นเมืองร้อน ตั้งอยู่ในเขตใกล้เส้นศูนย์สูตร โซลาร์เซลล์จะสามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพในช่วงเวลา 11.00 – 16.00 น. เฉลี่ยวันละประมาณ 5 ชั่วโมง และมีอายุการใช้งานประมาณ 20-30 ปี
อุปกรณ์ประกอบระบบ โซลาร์เซลล์ เพื่อการเกษตร
1. แผงโซลาร์เซลล์ ชนิดของแผงโซลาร์เซลล์ที่มีขายในท้องตลาดมี 3 ชนิด ได้แก่
- แผงแบบโมโนคริสตัลไลน์ (Monocrystalline) หรือ แบบโมโน ลักษณะจะมีจุดสี่เหลี่ยมที่มีอยู่ทั่วแผง ซึ่งแผงชนิดนี้มีประสิทธิภาพประมาณ 15 – 20 % ขึ้นไป มีอายุการใช้งาน 25 – 30 ปี เป็นชนิดที่มีประสิทธิภาพในการผลิตไฟฟ้าสูงที่สุด มีอายุการใช้งานยาวนาน แต่ก็มีราคาค่อนข้างสูงด้วยเช่นกัน
- แผงแบบโพลีคริสตัลไลน์ (Polycrystalline) หรือ แบบโพลี จะมีช่องสี่เหลี่ยมผืนผ้าอยู่ทั่วแผง มีประสิทธิภาพการใช้งานอยู่ที่ประมาณ 13 – 16 % ขึ้นไป โดยมีอายุการใช้งาน 20 – 25 ปี แผงโพลีหาซื้อได้ง่าย และราคาปานกลาง ส่วนข้อด้อยประสิทธิภาพในการผลิตภาพจะด้อยกว่าแบบโมโน
- แผงแบบอะมอฟัส (Amorphous) หรือ แบบฟิล์มบาง (Thin film) เป็นแผ่นบางเรียบ มีประสิทธิภาพ 7 – 13 % ขึ้นไป เป็นตัวเลขต่ำสุดใน 3 ชนิด อายุการใช้งานเฉลี่ย 3-5 ปี จึงมีราคาต่ำที่สุดด้วยเช่นกัน ข้อดีคือทำงานได้ดีกว่าแผงชนิดอื่นในกรณีที่อุณหภูมิสูงมากๆ ส่วนข้อด้อยคือประสิทธิภาพในการผลิตไฟฟ้าต่ำที่สุด
2. โซลาร์ชาร์จเจอร์คอนโทรลเลอร์ (Solar Charger Controller) หรือ เครื่องควบคุมการชาร์จ เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ควบคุมการชาร์จไฟฟ้าจากแผงโซลาร์เซลล์ลงแบตเตอรี่ โซลาร์ชาร์จเจอร์คอนโทรลเลอร์จะต่อระหว่างแผงโซลาร์เซลล์กับแบตเตอรี่และเครื่องใช้ไฟฟ้า แบ่งออกเป็น 2 แบบคือ PWM (Pulse Width Modulation) MPPT (Maximum Power Point Tracking) ซึ่งเครื่องควบคุมการชาร์จแบบ PWM ซื้อได้ง่ายและมีราคาถูก แต่ประสิทธิภาพต่ำกว่าแบบ MPPT
3. แบตเตอรี่ (Battery) เป็นอุปกรณ์ที่เก็บสะสมพลังงานไฟฟ้าจากแผงโซลาร์เซลล์เพื่อใช้ประโยชน์ในช่วงเวลากลางคืน การเลือกแบตเตอรี่ควรเลือกใช้แบบจ่ายประจุสูง ( Deep Discharge Battery) จะสามารถใช้ไฟฟ้าได้อย่างต่อเนื่องเป็นเวลานานๆ ได้ โดยไม่เกิดความเสียหาย
การเลือกขนาดแบตเตอรี่ ต้องพิจารณาค่าแรงดันที่เหมาะสมด้วย เช่น กำลังไฟฟ้าน้อยกว่า 1 กิโลวัตต์ (KWh) ใช้ระบบ 12 โวลต์ (V) กำลังไฟฟ้าอยู่ระหว่าง 1 – 4 กิโลวัตต์ (KWh) ใช้ระบบ 24 โวลต์ (V) และกำลังไฟฟ้ามากว่า 4 กิโลวัตต์ (KWh) ใช้ระบบ 48 โวลต์ (V)
4. อินเวอร์เตอร์ (Inverter) เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้า ทำหน้าที่ในการแปลงกระแสไฟฟ้าจากแผงโซลาร์เซลล์ซึ่งเป็นไฟฟ้ากระแสตรง ( DC ) ให้เป็นไฟฟ้ากระแสสลับ ( AC ) ทำให้กระแสไฟฟ้าจากโซลาร์เซลล์สามารถใช้กับเครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้านชนิดอื่นๆ ได้
5. สวิตช์ตัดตอน ทำหน้าที่แยกส่วนประกอบต่างๆ ของระบบ ตัดการเชื่อมต่อ ซึ่งจะถูกติดตั้งระหว่างแผงโซลาร์เซลล์กับอุปกรณ์ควบคุมการชาร์จหรืออินเวอร์เตอร์ แนะนำให้ใช้สำหรับระบบที่มีแรงดันไฟฟ้าตั้งแต่ 60 โวลล์ขึ้นไป
6. สายไฟฟ้า สายไฟโซลาร์เซลล์หรือ PV1-F จะเป็นสายไฟสำหรับไฟกระแสตรงที่ออกแบบมาเพื่อใช้งานกับระบบโซลาร์เซลล์โดยเฉพาะ
ระบบการติดตั้งโซลาร์เซลล์ที่เหมาะกับการเกษตร
ระบบแบบอิสระ (Stand Alone) ระบบแบบอิสระเป็นการต่อวงจรโซลาร์เซลล์ที่ไม่มีการไปพ่วงต่อกับระบบไฟฟ้าอื่นๆ เป็นชุดสำเร็จ เหมาะสำหรับพื้นที่เกษตรที่ระบบไฟฟ้าพื้นฐานไม่ถึง ข้อดีของระบบนี้คือ ไม่มีการเชื่อมต่อกับสายส่งไฟฟ้าของการไฟฟ้า ทำให้สามารถใช้งานได้เลยทันทีไม่ต้องขออนุญาตจากการไฟฟ้า เป็นระบบที่มีราคาถูกที่สุด เกษตรกรสามารถติดตั้งได้ด้วยตัวเอง
ชุดโซลาร์เซลล์ กระท่อมปลายนา เครื่องใช้ไฟฟ้ากระแสตรง
เครื่องไฟฟ้ากระแสตรง (DC) คือ เครื่องใช้ไฟฟ้าที่ใช้ระบบแรงดันไฟฟ้า 12V, 24V หรือ สามารถต่อใช้ไฟฟ้าจากแบตเตอรี่ได้โดยตรง เช่น พัดลม หลอดไฟ วิทยุ ปั๊มน้ำสามารถใช้ไฟได้ทั้งในตอนกลางวันกลางคืน โดยระบบนี้จะมีแบตเตอรี่เป็นตัวเก็บสำรองพลังงานไฟฟ้า เหมาะสำหรับพื้นที่ทำการเกษตรที่สายส่งไฟฟ้ายังเข้าไปไม่ถึง หรือใช้ในพื้นที่ทำการการเกษตรที่มีความยุ่งยากในการลากสายไฟเข้าไปใกล้ๆ เช่น ฟาร์มกุ้ง บ่อเลี้ยงปลา สวนยางพารา
ตัวอย่างเครื่องใช้ไฟฟ้า
– พัดลมตั้งโต๊ะ 32 วัตต์ 12 โวลล์จำนวน 1 ตัว ใช้งาน 4 ชั่วโมง
– หลอดไฟ 5 วัตต์ 12 โวลล์จำนวน 4 หลอด ใช้งาน 6 ชั่วโมง
– โทรทัศน์สี 19 นิ้ว 20 วัตต์ 12 โวลล์จำนวณ 1 เครื่อง ใช้งาน 4 ชั่วโมง
– หม้อหุงข้าว 100 วัตต์ 12 โวลล์จำนวน 1 เครื่อง ใช้งาน 1 ชั่วโมง
ขั้นตอนการออกแบบระบบโซลาร์เซลล์แบบอิสระใช้ไฟกลางคืน
1. เลือกขนาดโวลต์แผงโซลาร์เซลล์ ให้เหมาะสมกับขนาดโวลต์ของแบตเตอรี่ เนื่องจากเครื่องใช้ไฟฟ้าเป็นระบบแรงดัน 12 โวลต์ ดังนั้นแบตเตอรี่และแผงโซลาร์เซลล์ก็จะเป็นระบบ 12 โวลต์ เช่นกัน
2. หาขนาดแบตเตอรี่โดยการนำกำลังไฟฟ้าของเครื่องใช้ไฟฟ้า x จำนวนชั่วโมงที่เปิดใช้งาน หากำลังไฟฟ้ารวม
= (32x1x4) + (5x4x6) + (20x1x4) + (100x1x1) = 428 วัตต์
ขนาดของแบตเตอรี่ หาได้จากค่าพลังงานรวม/(แรงดันแบตเตอรี่ x 0.60 (% การใช้งานแบตเตอรี่)) = 428/ (12X0.6) =59.4 แอมป์
ดังนั้น เลือกใช้แบตเตอรี่ขนาด 65 แอมป์ 12 โวลต์
3. หาขนาดของแผงโซลาร์เซลล์ ที่สามารถผลิตแอมป์ใส่แบตเตอรี่เต็มภายใน 1 วัน (คิดชั่วแดด 4 ชั่วโมง)
จาก พลังงานรวม/ชั่วโมงการทำงานของแผงโซลาร์เซลล์ = 428 / 4 = 107 วัตต์ แผงโซลาร์เซล์จะต้องผลิตไฟฟ้าได้มากกว่า 107 วัตต์/ชั่วโมง เลือกใช้แผงโซลาร์เซลล์ขนาด 120 วัตต์ จำนวน 1 แผง
4. เลือกโซลาร์ชาร์จเจอร์มีพิกัดกระแสมากกว่ากระแสรวมจากแผงโซลาร์เซลล์
ชุดโซลาร์เซลล์ กระท่อมปลายนา เครื่องใช้ไฟฟ้ากระแสสลับ
เครื่องไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) คือ เครื่องใช้ไฟฟ้าที่ใช้ในบ้านทั่วไปโดยในประเทศไทยจะใช้ที่ระบบแรงดัน 220 V/380 ใช้ไฟฟ้าได้ทั้งกลางวันและกลางคืน
ตัวอย่างเครื่องใช้ไฟฟ้า
– หลอดไฟ 18 วัตต์ 4 ดวง ใช้งาน 6 ชั่วโมง
– โทรทัศน์สี 21 นิ้ว 120 วัตต์ จำนวน 1 เครื่อง ใช้งาน 4 ชั่วโมง
– กาต้มน้ำ 80 วัตต์ 1 เครื่อง ใช้งาน 1 ชั่วโมง
– พัดลมตั้งโต๊ะ 50 วัตต์ 1 เครื่องใช้งาน 4 ชั่วโมง
ขั้นตอนการออกแบบระบบโซลาร์เซลล์แบบอิสระ ใช้ไฟกลางคืน
1. ตรวจสอบกำลังไฟฟ้าที่เครื่องใช้ไฟฟ้าต้องการ ตรวจสอบกำลังไฟฟ้ารวมจาก
= (18×4) + (120×1) + (80×1) + (50×1) = 322 วัตต์
2. หาพิกัดของอินเวอร์เตอร์ และกำลังไฟฟ้าที่ต้องผลิตได้จากแบตเตอรี่ ขนาดของอินเวอร์เตอร์จะต้องมีพิกัดเกิน กำลังไฟฟ้าสูงสุดที่ต้องการดังนั้นเลือกใช้อินเวอร์เตอร์ที่มีพิกัดเกิน 322 วัตต์
3. หาขนาดแบตเตอรี่โดยการนำกำลังไฟฟ้าของเครื่องใช้ไฟฟ้า x จำนวนชั่วโมง ที่เปิดใช้งาน
= พลังงานไฟฟ้ารวม/(แรงดันไฟฟ้าแบตเตอรี่ x 0.60 (% การใช้งานแบตเตอรี่) x ประสิทธิภาพอินเวอร์เตอร์ ) =(18x4x6) + (120x1x4) + (80x1x1) + (50x1x1)/(12×0.6×0.85) =1192/6.12 =194.77 แอมป์หรือ ประมาณ 200 แอมป์
4. หาขนาดของแผงโซลาร์เซลล์ที่สามารถผลิตแอมป์ใส่แบตเตอรี่เต็มภายใน 1 วัน (คิดชั่วโมงแดด 4 ชั่วโมง)
= (18x4x6) + (120x1x4) + (80x1x1) + (50x1x1)/4 = 298 วัตต์ เลือกใช้แผงโซลาร์เซลล์ขนาด 500 วัตต์ จำนวน 1 แผง
5. เลือกโซลาร์ชาร์จเจอร์มีพิกัดกระแสมากกว่ากระแสรวมจากแผงโซลาร์เซลล์
จากทั้งสองสูตรคำนวณ ผู้อ่านสามารถนำไปปรับใช้กับความต้องการใช้งานในพื้นที่ของตนเองและจำนวนเครื่องใช้ไฟฟ้าฟ้าที่ต้องการ ซึ่งราคาอุปกรณ์การติดตั้ง ราคาแผงโซลาร์เซลล์จะแตกต่างกันตามแต่แหล่งจำหน่าย สามารถเปรียบเทียบคุณภาพและเลือกที่เหมาะสมกับตนเองได้
