สูตรการคำนวณโซล่าเซลล์ระบบ Off Grid ที่ควรรู้ก่อนติดตั้ง

Greenergy
6 พ.ค.
ยาว 3 นาที

พลังงานแสงอาทิตย์กำลังได้รับความสนใจมากขึ้นเรื่อย ๆ โดยเฉพาะระบบโซล่าเซลล์แบบออฟกริด (Off-Grid) ที่ช่วยให้สามารถผลิตไฟฟ้าใช้เองได้อย่างอิสระ เหมาะสำหรับพื้นที่ห่างไกลที่ไฟฟ้าเข้าไม่ถึง หรือผู้ที่ต้องการพึ่งพาตนเองด้านพลังงาน อย่างไรก็ตาม การจะติดตั้งระบบให้ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพและคุ้มค่า จำเป็นต้องมีการออกแบบและเลือกขนาดอุปกรณ์ให้เหมาะสม

ในบทความนี้ GREENERGY จึงจะมาแชร์สูตรการคํานวณโซล่าเซลล์ระบบ Off Grid แบบง่าย ๆ ที่ทุกคนสามารถนำไปประเมินความต้องการเบื้องต้นก่อนติดตั้งโซล่าเซลล์ด้วยตนเอง เพื่อให้เข้าใจภาพรวมของระบบที่จำเป็นก่อนตัดสินใจติดตั้ง

อุปกรณ์ที่ใช้ในโซล่าเซลล์ระบบ Off Grid

ก่อนจะเริ่มคํานวณโซล่าเซลล์สิ่งสำคัญคือต้องทำความรู้จักกับส่วนประกอบหลักของระบบ Off-Grid เสียก่อน ระบบนี้ทำงานโดยไม่เชื่อมต่อกับระบบสายส่งของการไฟฟ้า ทำให้สามารถผลิตและใช้ไฟฟ้าได้อย่างอิสระ แต่ก็หมายความว่าต้องพึ่งพาพลังงานที่ผลิตและกักเก็บได้เองเท่านั้น การเข้าใจหน้าที่ของอุปกรณ์แต่ละชิ้นจะช่วยให้การคำนวณแม่นยำยิ่งขึ้น โดยอุปกรณ์หลักที่จำเป็นในระบบ Off-Grid มี 4 อย่าง ดังนี้

แผงโซล่าเซลล์ (Solar Cells)

แผงโซล่าเซลล์ทำหน้าที่รับพลังงานแสงอาทิตย์และแปลงเป็นไฟฟ้ากระแสตรง (DC) ผ่านปรากฏการณ์โฟโตโวลเทอิก แผงส่วนใหญ่ทำจากซิลิคอน เช่น โมโนคริสตัลไลน์ และโพลีคริสตัลไลน์ แผงโซล่าเซลล์เป็นแหล่งกำเนิดพลังงานหลักของระบบ จำนวนและกำลังวัตต์รวมของแผงจะเป็นตัวกำหนดปริมาณไฟฟ้าที่ผลิตได้ ซึ่งต้องเลือกให้สัมพันธ์กับปริมาณการใช้ไฟฟ้าและแสงแดดที่ได้รับ

Solar Charge Controller (เครื่องควบคุมการชาร์จ)

เครื่องควบคุมการชาร์จ หรือ โซล่าชาร์จเจอร์ ทำหน้าที่ควบคุมการไหลของไฟฟ้าจากแผงโซล่าเซลล์ไปยังแบตเตอรี่ โดยปรับแรงดันและกระแสไฟฟ้าให้อยู่ในระดับที่เหมาะสม ป้องกันไม่ให้แบตเตอรี่เกิดการชาร์จเกิน (Overcharging) หรือคายประจุลึกเกินไป (Deep Discharging) ซึ่งอาจทำให้แบตเตอรี่เสียหายและอายุสั้นลง มี 2 ประเภทหลัก คือ MPPT และ PWM โดย MPPT มักมีประสิทธิภาพสูงกว่า

แบตเตอรี่ (Battery)

แบตเตอรี่ทำหน้าที่กักเก็บพลังงานไฟฟ้ากระแสตรง (DC) ที่ผลิตจากแผงโซล่าเซลล์ไว้ใช้ในเวลาที่ต้องการ เช่น กลางคืนหรือวันที่ไม่มีแสงแดด ทำให้มีไฟฟ้าใช้ต่อเนื่อง แบตเตอรี่ที่นิยมใช้มีทั้งแบบตะกั่วกรด (Lead-Acid) และลิเธียมไอออน (Lithium-ion) โดยเฉพาะลิเธียมฟอสเฟต (LiFePO4) ที่มีอายุใช้งานยาวนานและค่า Depth of Discharge (DoD) สูงกว่า แบตเตอรี่ลิเธียมมักต้องใช้ร่วมกับระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS)

อินเวอร์เตอร์ (Inverter)

อินเวอร์เตอร์ทำหน้าที่แปลงไฟฟ้ากระแสตรง (DC) จากแบตเตอรี่ ให้เป็นไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) ซึ่งใช้กับเครื่องใช้ไฟฟ้าทั่วไปในบ้าน การเลือกใช้อินเวอร์เตอร์สำหรับระบบ Off-Grid ต้องเลือกชนิด Off-Grid Inverter เท่านั้น ห้ามใช้แบบ On-Grid และขนาดแรงดันของอินเวอร์เตอร์ต้องตรงกับแรงดันของระบบแบตเตอรี่ (เช่น 12V, 24V, 48V)

สูตรการคำนวณโซล่าเซลล์ระบบ Off Grid แต่ละอุปกรณ์

เมื่อเข้าใจหน้าที่ของอุปกรณ์แล้ว ก็ถึงเวลาลงมือคํานวณโซล่าเซลล์เพื่อหาขนาดที่เหมาะสม การคำนวณที่แม่นยำเป็นกุญแจสำคัญสู่ระบบ Off-Grid ที่ทำงานได้เสถียร โดยจะเริ่มจากการประเมินปริมาณการใช้ไฟฟ้า (Load) ก่อน แล้วจึงนำค่าไปใช้ในการคํานวณแผงโซล่าเซลล์และส่วนประกอบอื่น ๆ ต่อไป สูตรเหล่านี้เป็นการคำนวณเบื้องต้น ปัจจัยอื่น ๆ อาจส่งผลให้ต้องปรับค่าเพื่อให้เหมาะสมยิ่งขึ้น

คำนวณ Load (การคำนวณภาระโหลด หรือ ปริมาณการใช้ไฟฟ้า)

สำหรับสูตรคำนวณหาปริมาณพลังงานไฟฟ้าทั้งหมดที่ต้องการใช้ในแต่ละวัน (หน่วย Wh) มีดังนี้

ขั้นตอนที่ 1: รวบรวมรายการเครื่องใช้ไฟฟ้าทั้งหมด (DC และ AC)
ขั้นตอนที่ 2: หาค่ากำลังไฟฟ้า (W) ของแต่ละชิ้น
ขั้นตอนที่ 3: ประเมินชั่วโมงการใช้งานต่อวัน (h) ของแต่ละชิ้น
ขั้นตอนที่ 4: คำนวณพลังงานที่ใช้ต่อวันของแต่ละอุปกรณ์ (Wh) โดยใช้สูตร พลังงาน (Wh) = กำลังไฟฟ้า (W) x ระยะเวลาใช้งาน (h)
ขั้นตอนที่ 5: รวมพลังงานรายวัน (Wh) ของโหลด DC และโหลด AC แยกกัน
ขั้นตอนที่ 6: คำนวณเผื่อการสูญเสียในอินเวอร์เตอร์สำหรับโหลด AC โดยหารพลังงานรวมโหลด AC ด้วยประสิทธิภาพอินเวอร์เตอร์ (เช่น 0.9) สูตร: พลังงาน DC สำหรับโหลด AC (Wh) = พลังงานรวมโหลด AC (Wh) / ประสิทธิภาพอินเวอร์เตอร์
ขั้นตอนที่ 7: คำนวณภาระโหลดรวมทั้งหมดต่อวัน (Wh) โดยนำพลังงานรวมโหลด DC บวกกับพลังงาน DC สำหรับโหลด AC สูตร: ภาระโหลดรวมต่อวัน (Wh) = พลังงานรวมโหลด DC (Wh) + (พลังงานรวมโหลด AC (Wh) / ประสิทธิภาพอินเวอร์เตอร์)

คำนวณ แบตเตอรี่ (การคำนวณขนาดแบตเตอรี่)

สำหรับสูตรคำนวณเพื่อหาขนาดความจุแบตเตอรี่ (Wh หรือ Ah) ให้เพียงพอต่อการใช้งานและสำรองไฟมีดังนี้

ขั้นตอนที่ 1: กำหนดจำนวนวันสำรองไฟ (Days of Autonomy) ที่ต้องการ (เช่น 1-3 วัน หรือ 3-5 วันสำหรับระบบสำคัญ)
ขั้นตอนที่ 2: เลือกชนิดแบตเตอรี่และกำหนดค่า Depth of Discharge (DoD) (เช่น ตะกั่วกรด ~50%, ลิเธียม ~80-90%)
ขั้นตอนที่ 3: คำนวณความจุที่ใช้งานได้ (Wh) โดยใช้สูตร ความจุที่ใช้งานได้ (Wh) = ภาระโหลดรวมต่อวัน (Wh) x จำนวนวันสำรองไฟ
ขั้นตอนที่ 4: คำนวณขนาดความจุรวม (Wh) โดยใช้สูตร ขนาดความจุรวม (Wh) = ความจุที่ใช้งานได้ (Wh) / DoD (ทศนิยม)
ขั้นตอนที่ 5: (ทางเลือก) คำนวณเผื่อค่าความไม่มีประสิทธิภาพ (Inefficiency Factor)
ขั้นตอนที่ 6: แปลงหน่วยเป็น Ah ตามแรงดันระบบ (12V, 24V, 48V) โดยใช้สูตร ความจุ (Ah) = ขนาดความจุสุดท้าย (Wh) / แรงดันระบบ (V)

คำนวณขนาดแผงโซล่าเซลล์ (การคำนวณขนาดแผงโซล่าเซลล์)

สำหรับสูตรคำนวณเพื่อหาขนาดกำลังผลิตรวมของแผงโซล่าเซลล์ (Wp) ให้เพียงพอต่อการชาร์จแบตเตอรี่และจ่ายโหลดมีดังนี้

ขั้นตอนที่ 1: กำหนดเป้าหมายพลังงานที่ต้องการผลิตต่อวัน (Wh) โดยใช้ค่า ภาระโหลดรวมต่อวัน (Wh)
ขั้นตอนที่ 2: หาค่าชั่วโมงแสงแดดจัดเฉลี่ยต่อวัน (Peak Sun Hours: PSH) ของพื้นที่ (ประเทศไทยประมาณ 4-6 ชั่วโมง) ควรใช้ค่าต่ำ (เช่น 4-4.5 ชม.) เพื่อความปลอดภัย
ขั้นตอนที่ 3: คำนวณเผื่อการสูญเสียในระบบ (System Losses) ประมาณ 20-30% (คูณเป้าหมายพลังงานด้วย Loss Factor 1.2 - 1.3) สูตร: เป้าหมายพลังงานที่ปรับปรุงแล้ว (Wh) = เป้าหมายพลังงานต่อวัน (Wh) x Loss Factor
ขั้นตอนที่ 4: คำนวณขนาดแผงรวมที่ต้องการ (Wp) โดยใช้สูตร ขนาดแผงรวมที่ต้องการ (Wp) = เป้าหมายพลังงานที่ปรับปรุงแล้ว (Wh) / PSH (h) (ประยุกต์จาก )
ขั้นตอนที่ 5: เลือกขนาดแผง (เช่น 400W, 550W ) และคำนวณจำนวนแผง โดยหารขนาดแผงรวม (Wp) ด้วยกำลังวัตต์ของแผงที่เลือก แล้วปัดเศษขึ้น

คำนวณ Solar Charge Controller (การคำนวณขนาดชาร์จคอนโทรลเลอร์)

สำหรับสูตรคำนวณ Solar Charge Controller เพื่อเลือกชาร์จคอนโทรลเลอร์ที่รองรับกระแสและแรงดันสูงสุดจากแผงได้มีดังนี้

ขั้นตอนที่ 1: หากระแสไฟฟ้าสูงสุดจากแผง (A) (ขึ้นกับการต่อแผง: ขนาน=กระแสรวม, อนุกรม=กระแสเท่าเดิม ) หรือคำนวณโดยประมาณจาก กระแส (A) ≈ ขนาดแผงรวม (Wp) / แรงดันระบบแบตเตอรี่ (V)
ขั้นตอนที่ 2: คูณด้วยค่าเผื่อเพื่อความปลอดภัย (Safety Factor) 1.25 (เผื่อ 25%) สูตร: ขนาดคอนโทรลเลอร์ที่ต้องการ (A) = กระแสสูงสุด (A) x 1.25
ขั้นตอนที่ 3: ตรวจสอบพิกัดแรงดันไฟฟ้า (Voc) ของคอนโทรลเลอร์ให้สูงกว่าแรงดันสูงสุดจากแผง (โดยเฉพาะเมื่อต่ออนุกรม)
ขั้นตอนที่ 4: เลือกคอนโทรลเลอร์ที่มีพิกัดกระแส (A) และแรงดัน (V) ไม่ต่ำกว่าที่คำนวณได้ และเข้ากันได้กับแรงดันแบตเตอรี่

คำนวณอินเวอร์เตอร์ (การคำนวณขนาดอินเวอร์เตอร์)

สำหรับสูตรคำนวณเพื่อเลือกอินเวอร์เตอร์ที่จ่ายไฟให้โหลด AC สูงสุดที่ใช้งานพร้อมกันได้ มีดังนี้

ขั้นตอนที่ 1: หาค่าโหลด AC สูงสุดที่ใช้งานพร้อมกัน (Peak AC Load) (W) โดยรวมกำลังวัตต์ของเครื่องใช้ไฟฟ้า AC ที่อาจเปิดพร้อมกัน
ขั้นตอนที่ 2: พิจารณาโหลดกระชาก (Surge Load) ของอุปกรณ์ที่มีมอเตอร์ (เช่น ปั๊มน้ำ ตู้เย็น)
ขั้นตอนที่ 3: คูณ Peak AC Load ด้วย Safety Factor ประมาณ 1.2 - 1.25 สูตร: ขนาดอินเวอร์เตอร์ที่ต้องการ (W) = Peak AC Load (W) x Safety Factor
ขั้นตอนที่ 4: เลือกอินเวอร์เตอร์ Off-Grid ที่มีกำลังไฟฟ้าต่อเนื่อง (W) ไม่ต่ำกว่าที่คำนวณได้ และมีพิกัด Surge เพียงพอ แรงดันไฟฟ้าต้องตรงกับระบบแบตเตอรี่

คำนวณ Battery Charger (เครื่องชาร์จแบตเตอรี่ AC)

ในระบบ Off-Grid อุปกรณ์หลักที่ชาร์จแบตเตอรี่คือ Solar Charge Controller ส่วน AC Battery Charger (ใช้ไฟบ้านหรือเครื่องปั่นไฟ) เป็นอุปกรณ์เสริม ใช้สำหรับชาร์จแบตเตอรี่ก่อนติดตั้ง หรือเป็นแหล่งชาร์จสำรองในกรณีไม่มีแดดนาน ๆ หากต้องการติดตั้งเสริม ให้เลือกขนาดกระแสชาร์จ (A) ให้เหมาะสมกับขนาดและความจุแบตเตอรี่ (มักแนะนำ 10-20% ของค่า Ah) และต้องรองรับชนิดแบตเตอรี่ (ตะกั่วกรด/ลิเธียม)

สรุปบทความ

การคํานวณโซล่าเซลล์ระบบ Off-Grid ที่แม่นยำเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้ระบบทำงานได้ดี เริ่มจากการประเมินภาระโหลด (Load) รายวันอย่างละเอียด แล้วนำไปคำนวณขนาดแบตเตอรี่โดยพิจารณา DoD และวันสำรองไฟ ต่อด้วยการคํานวณแผงโซล่าเซลล์ให้เพียงพอโดยคำนึงถึง PSH และการสูญเสีย สุดท้ายคือการคำนวณขนาด Solar Charge Controller และ Inverter ให้รองรับค่าสูงสุดได้อย่างปลอดภัยพร้อม Safety Factor

การติดตั้งโซล่าเซลล์ที่มีประสิทธิภาพต้องอาศัยการวางแผนที่ดีและการปรึกษาผู้เชี่ยวชาญ เพื่อให้ได้ระบบที่เหมาะสมกับการใช้งานและสภาพแวดล้อมที่ติดตั้งมากที่สุด ซึ่ง GREENERGY เป็นหนึ่งในเป็นบริษัทรับติดตั้งโซล่าเซลล์ที่มีความเชี่ยวชาญด้านการพัฒนา ออกแบบ ก่อสร้าง บำรุงรักษา และรับติดตั้งโซล่าเซลล์แบบครบวงจร

อีกทั้งยังมีประสบการณ์และโครงการที่ประสบความสำเร็จมากมาย ทำให้คุณสามารถวางใจในการติดตั้งโซล่าเซลล์อย่างปลอดภัยกับเราได้อย่างแน่นอน โดยคุณสามารถสอบถามรายละเอียดและข้อมูลเพิ่มเติมได้ผ่านช่องทางดังนี้