ติดโซลาร์เซลล์บนหลังคา ที่สุดแห่งความคุ้มค่าในยุคนี้

ติดโซลาร์เซลล์บนหลังคา ที่สุดแห่งความคุ้มค่าในยุคนี้

สถานการณ์ค่าไฟแพงในปัจจุบัน เป็นปัญหาใหญ่ของทุกบ้าน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในหน้าร้อนที่มีการใช้เครื่องปรับอากาศตลอดทั้งวัน ทำให้ค่าไฟเฉลี่ยของแต่ละบ้านเพิ่มขึ้นอย่างน้อย 60% เป็นปัญหาใหญ่ของทุกบ้าน สถานการณ์ที่เกิดขึ้นสามารถแก้ไขได้โดยใช้ระบบผลิตพลังงานจากแหล่งพลังงานหมุนเวียน ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม สามารถผลิตพลังงานได้ตลอดเวลา และมีสมรรถนะสูง นั่นคือ โซลาร์เซลล์ (Solar cell) หรือเซลล์แสงอาทิตย์ (Photovoltaic cell) ในวันนี้ Encogen ได้รวบรวมข้อมูลและนำเสนอภาพรวมให้เห็นถึงความคุ้มค่าของการติดตั้งระบบโซลาร์เซลล์เพื่อลดค่าไฟร่วมกับบ้านพักอาศัยหรืออาคารอุตสาหกรรม ดังต่อไปนี้

โซลาร์เซลล์คืออะไร

โซลาร์เซลล์ คือ อุปกรณ์ผลิตพลังงานชนิดหนึ่ง ซึ่งเก็บเกี่ยวพลังงานแสงมาแปรเปลี่ยนเป็นไฟฟ้า โดยใช้ปรากฏการณ์โฟโตวอลเทอิค (Photovoltaic effect) โซลาร์เซลล์ทำจากสารกึ่งตัวแบบนำพิเศษ จะถูกออกแบบให้สามารถดูดกลืนแสงในย่านความเข้มเดียวกับแสงอาทิตย์ และแปลงเป็นสัญญาณทางไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ [1] โดยทั่วไปแล้ว โซลาร์เซลล์ผลิตสัญญาณไฟฟ้ากระแสตรง มีประสิทธิภาพการแปลงพลังงานประมาณ 20-23% (สำหรับโซลาร์เซลล์ชนิดโมโนคริสตัลไลน์ที่ขายตามท้องตลาด อ่านเพิ่มเติมได้ที่หัวข้อ ชนิดของแผงโซลาร์เซลล์และการผลิต) เมื่อนำไปใช้งานจริงในบางกรณีอาจจำเป็นต้องมีการต่อกับระบบแปลงพลังงานเพื่อแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้ากระแสสลับให้สอดคล้องกับการทำงานของเครื่องใช้ไฟฟ้า ซึ่งระบบนี้สามารถเชื่อมต่อเพิ่มเติมกับระบบการจ่ายไฟฟ้าของการไฟฟ้าส่วนภูมิภาค เพื่อช่วยลดภาระค่าไฟได้อีกด้วย

การนำโซลาร์เซลล์ไปใช้งาน

เนื่องจากโซลาร์เซลล์สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้สูง การประยุกต์ใช้งานหลักจึงมุ่งเน้นไปที่การผลิตพลังงานเพื่อไปขับเคลื่อนอุปกรณ์ไฟฟ้า โดยเฉพาะอย่างยิ่งอุปกรณ์ที่กินพลังงานสูง ดังเช่น เครื่องปรับอากาศ ปั๊มน้ำ ระบบทำความร้อน และระบบทำความสะอาด ดังรูปที่ 1

รูปที่ 1 การใช้พลังงานของเครื่องใช้ไฟฟ้าในครัวเรือน (อ้างอิงจาก eiug.org.za)

การประยุกต์ใช้งานจริง ปัจจุบันระบบโซลาร์เซลล์แบ่งออกได้ทั้งหมด 3 ระบบใหญ่ นั่นคือ ออฟกริด ออนกริด และไฮบริด [2] ดังรูปที่ 2 ซึ่งเหมาะสมในการใช้งานจริงแตกต่างกันออกไป

 

1. ระบบออฟกริด (Off-grid)

ระบบออฟกริด เป็นระบบแบบ Stand alone ที่มีส่วนประกอบหลัก คือ แผงโซลาร์เซลล์ แบตเตอรี่ และอินเวอร์เตอร์ โดยที่แผงโซลาร์เซลล์จะทำหน้าที่ผลิตไฟฟ้าส่งเข้าไปเก็บอยู่ในแบตเตอรี่ ผ่านวงจรควบคุมการอัดประจุ (Charge controller) แหล่งพลังงานหลักในที่นี้จะเป็นพลังงานไฟฟ้าจากแบตเตอรี่ ซึ่งสามารถนำไปจ่ายได้โดยตรงกับอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้ไฟฟ้ากระแสตรง หรือต้องผ่านอุปกรณ์แปลงสัญญาณหรืออินเวอร์เตอร์ (Inverter) เพื่อนำไปขับเคลื่อนอุปกรณ์ไฟฟ้ากระแสสลับ ระบบนี้ไม่มีการเชื่อมต่อกับการไฟฟ้า จึงไม่จำเป็นต้องทำเรื่องขออนุญาต ระบบนี้มีจุดเด่นในด้านความง่ายของการออกแบบและติดตั้งระบบ แต่มีจุดด้อยตรงที่ความสามารถในการจ่ายไฟฟ้าจะขึ้นอยู่กับความจุของแบตเตอรี่ ซึ่งถ้าจะนำไฟฟ้าไปจ่ายให้อุปกรณ์ขนาดใหญ่ อาจทำให้ระบบใหญ่ตามไปด้วย และมีค่าใช้จ่ายที่สูง

2. ระบบออนกริด (On-grid)

ระบบออนกริด หรือกริดทาย (Grid-tie) เป็นระบบที่ต้องมีการเชื่อมต่อกับการไฟฟ้า โดยมีจุดประสงค์หลัก เพื่อลดอัตราการใช้ไฟฟ้าของครัวเรือนหรืออาคารอุตสาหกรรมที่มีการใช้ไฟฟ้าอย่างมากในช่วงเวลากลางวัน ระบบนี้จะไม่มีแบตเตอรี่ โดยไฟฟ้าที่ผลิตได้จากโซลาร์เซลล์จะจ่ายให้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าโดยตรงร่วมกับไฟฟ้าที่มาจากการไฟฟ้า ในลักษณะผลิตและใช้ทันที กรณีนี้ ถ้ามีการออกแบบระบบให้ช่วยจ่ายไฟฟ้าครอบคลุมในช่วงกลางวัน จะทำให้ผู้ใช้ไฟฟ้าอาจแทบไม่ต้องจ่ายค่าไฟฟ้าในช่วงเวลากลางวันเลยก็เป็นได้ จึงเป็นระบบที่นิยมติดตั้งมากที่สุด อย่างไรก็ตามการใช้งานระบบนี้ ต้องมีการออกแบบระบบป้องกันที่ละเอียด และจำเป็นต้องทำเรื่องขออนุญาตการไฟฟ้าก่อนใช้งานเสมอ

3. ระบบไฮบริด (Hybrid)

ระบบไฮบริด ถือเป็นระบบแห่งอนาคต เนื่องจากเป็นระบบที่ผสมกันระหว่างระบบออฟกริดและออนกริด ทำให้สามารถใช้ไฟฟ้าได้ทั้งเวลากลางวันและกลางคืน ลดข้อจำกัดของโซลาร์เซลล์ที่ทำงานได้เฉพาะเวลากลางวัน ไฟฟ้าส่วนหนึ่งที่เหลือจากผลิตของโซลาร์เซลล์จะถูกนำมาสะสมไว้ในแบตเตอรี่ และสามารถนำไปใช้งานได้ในตอนกลางคืนในลักษณะเหมือนเครื่องสำรองไฟ อย่างไรก็ตาม ระบบนี้มีค่าใช้จ่ายที่ค่อนข้างสูง เมื่อต้องการนำไปใช้จ่ายเครื่องใช้ไฟฟ้าให้ครอบคลุมทั้งหมดในเวลากลางคืน เพราะแบตเตอรี่ขนาดใหญ่มีราคาแพง และมีช่วงอายุใช้งานค่อนข้างสั้น ดังนั้น ในปัจจุบันจึงยังไม่เป็นที่นิยมใช้มากนัก

รูปที่ 2 ระบบของโซลาร์เซลล์ (ปรับแต่งจาก habitatpoint.com)

ระบบโซลาร์เซลล์บนหลังคา

การติดตั้งระบบโซลาร์เซลล์ โดยเฉพาะบ้านพักอาศัยหรืออาคารอุตสาหกรรม ในระบบออนกริด มักจะทำการติดตั้งบนหลังคา เนื่องด้วยเหตุผลเกี่ยวกับความสะดวกของพื้นที่ติดตั้งและความเข้มแสง (อ่านเพิ่มเติมได้ที่หัวข้อ ปัจจัยที่ส่งผลต่อการทำงานของโซลาร์เซลล์) การติดตั้งต้องตามมาตรฐานทางวิศวกรรม ตามระเบียบ วสท. เพื่อให้มีความคงทนและแข็งแรง ใช้งานได้อย่างต่อเนื่องเป็นระยะเวลาหลายสิบปี ไม่กระทบต่อโครงสร้างเดิม หลังจากนั้น ระบบโซลาร์เซลล์บนหลังคาที่ดี ต้องมีมาตรฐานการเดินสายไฟตามหลักวิศวกรรมเช่นกัน สายไฟจากโซลาร์เซลล์ทั้งหมด จะมารวบรวมเข้าอินเวอร์เตอร์ ผ่านตู้ส่งจ่ายและควบคุมความปลอดภัย (Switchbox) ก่อนจ่ายกำลังไฟฟ้าให้กับเครื่องใช้ไฟฟ้าต่าง ๆ

การใช้งานระบบโซลาร์เซลล์แบบออนกริดให้มีประสิทธิภาพ จำเป็นต้องการการออกแบบระบบส่งจ่ายให้สอดคล้องกับปริมาณการใช้ไฟฟ้าตามครัวเรือน ไม่ให้น้อยหรือมากเกินไป ถึงจะคุ้มค่ามากที่สุด

ยกตัวอย่างเช่น การใช้เครื่องปรับอากาศขนาด 24,000 Btu (ใช้ไฟฟ้าประมาณ 2 2.5 kW/hr) ในห้องขนาดเล็ก อย่างต่อเนื่องตลอด 24 ชั่วโมง ในหน้าร้อน อาจเสียค่าไฟฟ้าสูงถึง 200 บาท/วัน หรือประมาณ 6,000 บาท/เดือน (ใช้อัตราค่าไฟฟ้า โดยประมาณ หน่วยละ 4.4 บาท) จึงมีการนำระบบโซลาร์เซลล์มาช่วยจ่ายพลังงานป้อนให้กับเครื่องปรับอากาศเพื่อช่วยลดค่าไฟฟ้า ยกตัวอย่างเช่น ระบบโซลาร์เซลล์ขนาดเล็กขนาด 2 kW (แผงโซลาร์เซลล์ขนาด 500-600 W ประมาณ 4 แผง) มีความสามารถในการผลิตพลังงานอย่างเต็มที่ 4-5 ชั่วโมง/วัน จะช่วยลดค่าไฟฟ้า 30 40 บาท/วัน หรือประมาณ 900 1200 บาท/เดือน การติดตั้งระบบขนาดเล็กนี้เสียค่าอุปกรณ์และติดตั้งระบบแค่ประมาณ 40,000 60,000 บาท หมายความว่าใช้เวลาคืนทุนแค่ประมาณ 4-6 ปี จากระยะเวลาใช้งานมากกว่า 25 ปี จึงถึงว่าคุ้มค่ามาก ถ้าอยากให้ระบบสามารถช่วยค่าไฟได้มากกว่านี้ สามารถทำได้โดยง่ายโดยการเพิ่มจำนวนของแผงโซลาร์เซลล์ อย่างไรก็ตามต้องพิจารณาถึงขนาดของอินเวอร์เตอร์ให้สอดคล้องด้วย รวมถึงถ้าต้องการใช้ไฟฟ้าในเวลากลางคืน ก็สามารถนำแบตเตอรี่มาใช้งานร่วมได้ แต่จำเป็นต้องเปลี่ยนอินเวอร์เตอร์เป็นแบบไฮบริด ดังนั้น จึงพบว่าระบบของโซลาร์เซลล์สามารถนำมาประยุกต์ใช้งานได้อย่างหลากหลาย

การติดตั้งระบบโซลาร์เซลล์ในปัจจุบันถือว่ามีความคุ้มค่า เป็นส่วนช่วยสำคัญในการลดภาระค่าไฟและเป็นส่วนหนึ่งในการผลักดันให้ใช้พลังงานสะอาดทดแทนพลังงานจากฟอสซิล การติดตั้งโซลาร์เซลล์เป็นการลงทุนระยะยาว มีอายุการใช้งานยาวนานถึง 25 ปี ตามอายุของแผงโซลาร์เซลล์ ซึ่งใช้เวลาคืนทุนเฉลี่ยแค่ 4-6 ปีเท่านั้น

ทั้งนี้ Encogen มุ่งเน้นการนำนวัตกรรมระบบโซลาร์เซลล์มาให้บริการ มีบริการให้คำปรึกษาฟรีโดยวิศวกรและผู้เชี่ยวชาญด้านระบบโซลาร์เซลล์ ผ่านช่องทาง Facebook และ Line การบริการของ Encogen มีระบบครบวงจร มีการออกแบบระบบเริ่มต้นด้วยทฤษฏีผ่านโปรแกรมจำลอง 3D (Theoretical simulation) และนำเสนอจุดคุ้มทุน มีบริการติดตั้งที่ได้มาตรฐานทางวิศวกรรม มีบริการขออนุญาตกับหน่วยงานราชการอย่างถูกต้อง มีบริการหลังบ้าน ดูแลระบบในลักษณะการดูแลรักษาเชิงป้องกัน (Preventive maintenance) ด้วยเครื่องมือที่ทันสมัย และมีระบบตรวจสอบการทำงานแบบ Real-time มาประยุกต์ใช้อีกด้วย

เอกสารอ้างอิง

[1] T. Soga, Chapter 1 - Fundamentals of Solar Cell, in: T. Soga (Ed.) Nanostructured Materials for Solar Energy Conversion, Elsevier, Amsterdam, 2006, pp. 3-43.

[2] V. Karthikeyan, S. Rajasekar, V. Das, P. Karuppanan, A.K. Singh, Grid-Connected and Off-Grid Solar Photovoltaic System, in: F.M.R. Islam, K.A. Mamun, M.T.O. Amanullah (Eds.) Smart Energy Grid Design for Island Countries: Challenges and Opportunities, Springer International Publishing, Cham, 2017, pp. 125-157.
 

บทความนี้มีลิขสิทธิ์ ผู้ใดคัดลอกและเผยแพร่โดยไม่มีการอ้างอิง จะถูกดำเนินคดีตามกฏหมาย