วิธีออกแบบระบบกักเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ ตั้งแต่แผงโซลาร์เซลล์ไปจนถึงระบบครบชุด

หนึ่งในคำถามที่เจ้าของบ้าน เจ้าของธุรกิจ ผู้ติดตั้งระบบโซลาร์ และผู้พัฒนาโครงการถามกันบ่อยที่สุดก็คือคำถามง่าย ๆ ว่า:

จริง ๆ แล้วฉันต้องใช้แผงโซลาร์เซลล์กี่แผง?

คำตอบไม่ได้ขึ้นอยู่กับขนาดหลังคาเพียงอย่างเดียว ปริมาณการใช้ไฟฟ้าต่อวัน สภาพแสงแดดในพื้นที่ ประสิทธิภาพของแผง การออกแบบอินเวอร์เตอร์ ความต้องการระบบกักเก็บด้วยแบตเตอรี่ และความต้องการพลังงานในอนาคต ล้วนมีผลต่อขนาดสุดท้ายของระบบ

ที่ MOTOMA ทีมวิศวกรรมของเราทำงานกับโครงการพลังงานแสงอาทิตย์สำหรับที่อยู่อาศัย อาคารพาณิชย์ และภาคอุตสาหกรรมทั่วโลก แม้แต่ละโครงการจะแตกต่างกัน แต่กระบวนการคำนวณใช้แนวทางวิศวกรรมที่เป็นระบบ ช่วยให้ผู้ติดตั้งและลูกค้าหลีกเลี่ยงทั้งการออกแบบระบบที่เล็กเกินไปและใหญ่เกินความจำเป็น

ขั้นตอนที่ 1: คำนวณการใช้พลังงานต่อวัน

จุดเริ่มต้นของทุกโครงการพลังงานแสงอาทิตย์คือการทำความเข้าใจการใช้พลังงาน

การใช้ไฟฟ้าโดยทั่วไปวัดเป็นกิโลวัตต์ชั่วโมง (kWh)

ตัวอย่างเช่น หากครัวเรือนใช้ไฟ 20kWh ต่อวัน ระบบโซลาร์ต้องผลิตพลังงานได้อย่างน้อยเท่ากับปริมาณดังกล่าวภายใต้สภาวะการทำงานปกติ

ขั้นตอนที่ 2: ทำความเข้าใจชั่วโมงแสงอาทิตย์สูงสุด

แผงโซลาร์เซลล์ไม่ได้ผลิตกำลังไฟตามพิกัดตลอด 24 ชั่วโมงต่อวัน

วิศวกรใช้แนวคิดที่เรียกว่า Peak Sun Hours (PSH) ซึ่งหมายถึงจำนวนชั่วโมงเทียบเท่าต่อวันที่ความเข้มแสงอาทิตย์เท่ากับ 1000W/m²

โครงการในพื้นที่ที่มีค่ารังสีแสงอาทิตย์สูงกว่าจะใช้แผงจำนวนน้อยกว่าเพื่อผลิตพลังงานในปริมาณเท่ากัน

ขั้นตอนที่ 3: คำนึงถึงการสูญเสียของระบบ

ระบบโซลาร์ไม่สามารถทำงานด้วยประสิทธิภาพเชิงทฤษฎี 100% ได้

การสูญเสียเกิดจากการแปลงพลังงานของอินเวอร์เตอร์ ความต้านทานของสายไฟ การสะสมของฝุ่น อุณหภูมิของโมดูลที่สูงขึ้น เงาบดบัง และประสิทธิภาพการชาร์จแบตเตอรี่

นักออกแบบระบบโซลาร์มืออาชีพส่วนใหญ่มักกำหนดประสิทธิภาพรวมของระบบไว้ระหว่าง 75% ถึง 85%

สมมติฐานทางวิศวกรรมที่ใช้กันทั่วไปคือ:

ประสิทธิภาพของระบบ = 80%

สูตรคำนวณแผงโซลาร์เซลล์

สูตรประมาณขนาดระบบที่ผู้ติดตั้งนิยมใช้คือ:

กำลังโซลาร์ที่ต้องการ (kW) = การใช้พลังงานต่อวัน ÷ ชั่วโมงแสงอาทิตย์สูงสุด ÷ ประสิทธิภาพของระบบ

ตัวอย่าง:

• การใช้พลังงานต่อวัน: 20kWh
• ชั่วโมงแสงอาทิตย์สูงสุด: 5 ชั่วโมง
• ประสิทธิภาพของระบบ: 80%

กำลังที่ต้องการ = 20 ÷ 5 ÷ 0.8 = 5kW

ดังนั้นโครงการนี้จึงต้องใช้ระบบโซลาร์ขนาดประมาณ 5kW

ระบบโซลาร์ 5kW ต้องใช้แผงโซลาร์เซลล์กี่แผง?

ตัวอย่างนี้แสดงให้เห็นว่าเหตุใดโมดูลประสิทธิภาพสูงรุ่นใหม่จึงช่วยลดพื้นที่ติดตั้งและปริมาณอุปกรณ์ยึดติดที่ต้องใช้

ตัวอย่างระบบโซลาร์สำหรับที่อยู่อาศัย

โครงการโซลาร์เชิงพาณิชย์ต้องใช้แนวทางที่แตกต่าง

สำหรับโครงการเชิงพาณิชย์และอุตสาหกรรม พื้นที่หลังคาไม่ใช่ปัจจัยจำกัดเสมอไป วิศวกรมักประเมินหัวข้อต่อไปนี้แทน:

• ความสามารถของหม้อแปลง
• ข้อจำกัดการส่งไฟกลับเข้าระบบสายส่ง
• รูปแบบโหลดตลอดทั้งวัน
• การผสานระบบกักเก็บพลังงานด้วยแบตเตอรี่
• โอกาสในการลดค่าความต้องการกำลังไฟสูงสุด

โรงงานที่ใช้ไฟ 500kWh ต่อวันอาจต้องใช้แผงโซลาร์รวมขนาด 100kW โดยประมาณ:

• โมดูล 430W จำนวน 233 แผง
• โมดูล 550W จำนวน 182 แผง
• โมดูล 600W จำนวน 167 แผง

เมื่อนำไปใช้ร่วมกับความจุ 100kWh, 215kWh หรือมากกว่านั้นใน ระบบแบตเตอรี่ ESS จะช่วยเพิ่มสัดส่วนการใช้พลังงานแสงอาทิตย์ที่ผลิตเองได้อย่างมาก

แผงโซลาร์เซลล์กำลังสูงกว่าดีกว่าเสมอหรือไม่?

ไม่จำเป็นเสมอไป

แม้โมดูล 550W, 600W และ 700W จะช่วยลดจำนวนโมดูล แต่แผงที่มีขนาดใหญ่ขึ้นก็ทำให้สิ่งต่อไปนี้เพิ่มขึ้นด้วย:

• น้ำหนักของแผง
• แรงลมที่กระทำ
• ความซับซ้อนในการติดตั้ง
• ข้อกำหนดด้านโครงสร้างหลังคา

สำหรับหลังคาบ้านพักอาศัย ผู้ติดตั้งจำนวนมากยังคงเลือกโมดูล TOPCon ขนาด 430W ถึง 450W เพราะให้สมดุลที่ดีระหว่างประสิทธิภาพ ความสะดวกในการขนย้าย และความเข้ากันได้กับหลังคา

ระบบกักเก็บด้วยแบตเตอรี่ทำให้วิธีคำนวณเปลี่ยนไป

โครงการโซลาร์สมัยใหม่ผสานการผลิตไฟฟ้าจากโฟโตโวลตาอิกเข้ากับระบบกักเก็บพลังงานมากขึ้นเรื่อย ๆ

ตัวอย่างเช่น:

• โซลาร์ 5kW + แบตเตอรี่ 10kWh
• โซลาร์ 8kW + แบตเตอรี่ 15kWh
• โซลาร์ 10kW + แบตเตอรี่ 20kWh
• โซลาร์ 15kW + แบตเตอรี่ 30kWh

แบตเตอรี่ไม่ได้ทำให้จำนวนแผงโซลาร์เซลล์ที่ต้องใช้ลดลง แต่จะเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ส่วนเกินที่ผลิตในเวลากลางวันไว้ใช้ในเวลากลางคืนหรือเมื่อไฟฟ้าจากโครงข่ายขัดข้อง

สรุป

การกำหนดจำนวนแผงโซลาร์เซลล์ที่ต้องใช้เป็นการคำนวณทางวิศวกรรม ไม่ใช่การคาดเดาอย่างง่าย ปริมาณการใช้พลังงาน รังสีแสงอาทิตย์ ประสิทธิภาพโมดูล การกำหนดขนาดอินเวอร์เตอร์ ความต้องการกักเก็บด้วยแบตเตอรี่ และพื้นที่ติดตั้งที่มีอยู่ ล้วนมีส่วนกำหนดแบบระบบขั้นสุดท้าย

สำหรับโครงการที่อยู่อาศัยส่วนใหญ่ ระบบที่ใช้โมดูลประสิทธิภาพสูง 400W ถึง 450W ให้สมดุลที่ดีระหว่างสมรรถนะและความยืดหยุ่นในการติดตั้ง ส่วนโครงการเชิงพาณิชย์อาจเหมาะกับโมดูลขนาดใหญ่ 550W, 600W หรือ 700W ตามข้อพิจารณาด้านโครงสร้างและเศรษฐศาสตร์

แนวทางที่เชื่อถือได้ที่สุดคือเริ่มจากการวิเคราะห์โหลดและออกแบบระบบอย่างแม่นยำ ก่อนเลือกโมดูลโซลาร์และความจุของระบบแบตเตอรี่

คำถามที่พบบ่อย

Q1: ระบบ 5kW ต้องใช้แผงโซลาร์เซลล์กี่แผง?

โดยทั่วไปใช้ 12 แผงหากเป็นโมดูล 430W หรือ 10 แผงหากเป็นโมดูล 550W

Q2: บ้านหนึ่งหลังต้องใช้แผงโซลาร์เซลล์กี่แผง?

บ้านส่วนใหญ่ต้องใช้ประมาณ 6 ถึง 30 แผง ขึ้นอยู่กับการใช้ไฟฟ้าและสภาพแสงแดดในพื้นที่

Q3: แผงโซลาร์เซลล์ 430W ดีกว่าแผง 550W หรือไม่?

ไม่จำเป็นเสมอไป ตัวเลือกที่ดีที่สุดขึ้นอยู่กับพื้นที่หลังคา ข้อกำหนดการติดตั้ง และความคุ้มค่าทางเศรษฐศาสตร์ของโครงการ

Q4: ควรเพิ่มระบบกักเก็บด้วยแบตเตอรี่หรือไม่?

ระบบกักเก็บด้วยแบตเตอรี่ช่วยเพิ่มความเป็นอิสระด้านพลังงานและความสามารถในการสำรองไฟ แต่ไม่ได้ลดกำลังผลิตจากโซลาร์ที่ต้องใช้

Q5: ระบบโซลาร์ 10kW ต้องใช้พื้นที่หลังคาเท่าใด?

โดยทั่วไปประมาณ 45-60 ตารางเมตร ขึ้นอยู่กับขนาดของแผงและรูปแบบการติดตั้ง

Q6: สามารถขยายระบบโซลาร์ภายหลังได้หรือไม่?

ได้ หากอินเวอร์เตอร์ ระบบแบตเตอรี่ และโครงสร้างพื้นฐานทางไฟฟ้าได้รับการออกแบบโดยเผื่อการขยายในอนาคตไว้แล้ว