soler cell

บทนำ

พลังงานแสงอาทิตย์ เป็นพลังงานทดแทนประเภท
หมนุ เวียนที่ใช้แล้วเกิดขนึ ้ ใหม่ได้ตาม ธรรมชาติ เป็นพลงั งาน
ท่ีสะอาด ปราศจากมลพิษ และเป็นพลงั งานที่มีศกั ยภาพสงู
ในการใช้พลังงานแสงอาทิตย์สามารถจาแนกออกเป็น 2
รูปแบบคือ การใช้พลงั งานแสงอาทิตย์เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า
และการใช้ พลังงานแสงอาทิตย์เพื่อผลิตความร้ อน ณ
ปัจจุบัน มีโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ในประเทศไทยท่ี
ดาเนินการเชิงพาณิชย์แล้ว รวมทงั้ สิน้ 8 โครงการ กาลงั การ
ผลิตไฟฟ้าตามสัญญารวม 118เมกะวัตต์ (กาลังการผลิต
ตดิ ตงั้ รวมประมาณ 170 เมกะวตั ต์)

นายนนั ท์มนสั ปรีเปรม
055950403076-3

1

เซลลแ์ สงอำทิตยผ์ ลิตไฟฟ้ำไดอ้ ยำ่ งไร

เซลล์แสงอาทิตย์เป็ นสารกึ่งตัวนาชนิดหน่ึงเ ม่ือ
แสงอาทิตย์ตกกระทบเซลล์แสงอาทิตย์จะทาให้ เกิด
อิเล็กตรอนอิสระและความต่างศักย์ท่ีผิวทัง้ สองของเซลล์
แสงอาทิตย์ดงั นัน้ เม่ือมีการเชื่อมต่อระหว่างผิวทัง้ สองของ
เซลล์แสงอาทิตย์ก็จะเกิดการไหลของอิเล็กตรอนเพ่ือให้เกิด
สมดลุ ระหวา่ งผิวทงั้ สองด้านของเซลล์แสงอาทิตย์ซ่ึงการไหล
ของอิเล็กตรอนทาให้เกิดพลงั งานไฟฟ้าจะเห็นได้ว่าเป็นวิธี
เปล่ียนรูปพลงั งานแสงให้เป็นไฟฟา้ โดยตรงท่ีสดุ ง่ายท่ีสดุ ไม่มี
การเคลื่อนไหวของชิน้ ส่วนใดๆ ไม่มีการสึกหรอใดๆ ดงั นัน้
ตราบเท่าที่เซลล์ แสงอาทิตย์ ยังคงสภาพสารก่ึงตัวนา และ
แสงอาทิตย์ตกกระทบส่ผู ิวเซลล์แสงอาทิตย์ก็จะผลิตไฟฟ้า
ออกมาให้ตลอดไป

2

ในทางปฏิบัติผู้ผลิตเซลล์แสงอาทิตย์รับประกันอายุ
การใช้งานของเซลล์แสงอาทิตย์กว่าย่ีสิบปีขึน้ ไป) ลงั
งานไฟฟา้ ท่ีผลิตได้จะเป็นสดั สว่ นโดยตรงกบั ความเข้ม
แสงอาทิตย์ท่ีเพ่ิมขึน้ หรือลดลงตัวอย่างเช่นหากแผง
เซลล์แสงอาทิตย์ผลิตไฟฟ้าได้ 100 วัตต์เมื่อมีความ
เข้มแสง 1,000 วัตต์ตารางเมตรนัน้ คือท่ีความเข้ม
แสงอาทิตย์ 500 วตั ต์ตารางเมตรก็จะผลิตไฟฟา้ ได้ 50
วตั ต์เป็นต้นโดยทวั่ ไปประสิทธิภาพการแปลงพลงั งาน
ของเซลล์แสงอาทิตย์อยู่ระหว่างร้ อยละ 7-19 ขึน้ อยู่
กบั เทคโนโลยีของเซลล์แบบตา่ งๆ

3

ปริมำณรังสีอำทิตยใ์ นประเทศไทย

ส า ห รั บ ป ร ะ เ ท ศ ไ ท ย มี แ ผ น ที่ ศั ก ย ภ า พ พ ลั ง ง า น
แสงอาทิตย์ของกรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์
พลงั งาน (กรมพฒั นาและส่งเสริมพลงั งาน) จดั ทาขึน้ ในปีพ.
ศ. 2542 โดยมหาวิทยาลยั ศิลปากร แสดงศกั ยภาพพลงั งาน
แสงอาทิตย์เฉลี่ยรายปีในแต่ละเดือนนัน้ การกระจายของ
ความเข้มรังสอี าทติ ย์ที่อยตู่ ามบริเวณตา่ งๆของประเทศ

ได้ รับรังสีอาทิตย์สูงสุดระหว่าง
เดือนเมษายนและพฤษภาคมโดย
มีค่าอยู่ในช่วง 5.54 ถึง 6.65
กิโลวตั ต์-ชว่ั โมงต่อตารางเมตร-วนั
บริเวณที่รับรังสีอาทิตย์สงู สดุ เฉลี่ย
ทงั้ ปีอยทู่ ่ีภาคตะวนั ออกเฉียงเหนือ
พืน้ ท่ีดงั กลา่ วคิดเป็น 14. 3% ของ
พืน้ ท่ีทงั้ หมดของประเทศ แสดงให้
เห็นว่าประเทศไทยมีศักยภาพ
พลงั งานแสงอาทิตย์คอ่ นข้างสงู

4

ตำแหน่งดวงอำทิตย์

ตาแหน่งดวงอาทิตย์และมวลอากาศบรรยากาศ
ของโลกมีอิทธิพลตอ่ สเปคตรัมแสงอาทิตย์ถ้าลาแสงผา่ น
บรรยากาศในทิศทางต่างกันเป็ นผลให้ สเปคตรัม
แสงอาทิตย์ทัง้ พลังงานรวมและความเข้มต่างกันโดย
อิทธิพลของบรรยากาศแสดงด้วยคัชนี ที่เรียกว่ามวล

อากาศ (Airmass, AM)โดยกาหมดไว้ในสมการที่1.1

AM = 1/ cos (1.1)

โดยท่ี เป็นค่ามมุ ระหว่างแนวดิ่งเหนือศีรษะและแนว
ลาแสงอาทติ ย์หรือมมุ ชีนิช (Zenith Angle)

เม่ือควงอาทิตย์อยตู่ รงศีรษะ

= 0° AM = 1

เมื่อดวงอาทิตย์ทามมุ 60 กบั แนวด่ิง

= 60° AM = 2

นอกบรรยากาศกาหนดวา่ มวลอากาศมีคา่ ศนู ย์

AM =0

5

เม่ือดวงอาทิตย์อยู่ใกล้ขอบฟ้า หรือมุมซีนิชมีค่าสูง
( >70° ,AM>3) ส่วนโค้ งของโลกจะมีผลต่อมวล
อากาศ ซึ่งสมการท่ัวไปของมวลอากาศจะเขียนไว้ใน
สมการท่ี 1.2 หรือ 1.3 มวลอากาศที่กาหนดโดยสมการที่

1.1 ,1.2 และ 1.3 เป็นคา่ มวลอากาศท่ีระดาบนา้ ทะเล

AM= ℎ =[1229+(614sin )2]1/2 - 614sin (1.2)

หรือ

ℎ= [sin +0.15( +3.9)−1.253]−1 (1.3)

6

เม่ือ เป็นมมุ ระหวา่ งพืน้ โลกกบั ลา แสงหรือมมุ เดคลิเนชนั
(Solar Declination Angle) และ + เทา่ กบั 90 °
สาหรับสถานท่ีซง่ึ อยสู่ งู กว่าระดบั น้า ทะเล K1 กิโลเมตร หรือ
มีความดนั บรรยากาศ P มิลลบิ าร์ มวลอากาศ ณ ที่นนั้ จะเป็น
ดงั สมการท่ี 1.4

ቐ ℎ (1.4)
1000

ℎ 1 − 0.1 1

อีกมมุ อ้างองิ ที่สาคญั ได้แก่ อะซีมทุ (Azimuth, A) คือ มมุ วดั
จากจุดเหนือไปจุดตะวนั ออกตามระนาบวงกลมมีค่าตงั้ แต่ 0
ถงึ 360 องศา บางครัง้ ค่ามมุ อะซีมทุ อาจจะวดั จากจดุ เหนือไป
จุดตะวันออก 180 องศา และวัดจากจุดใต้มาจุดตะวันออก
180 องศาก็ได้

7

ลักษณะกระแสและแรงดนั
ของเซลล์แสงอาทติ ย์

โดยทั่วไปสมบัติทางไฟฟ้าของเซลล์แสงอาทิตย์
แสดงในรูปของความสัมพันธ์ระหว่างค่ากระแสและ
แรงดนั ไฟฟ้า เร่ิมต้นท่ีวงจรสมมลู ของเซลล์แสงอาทิตย์
ดงั แสดงรูป เป็นการต่อขนานระหว่างแหล่งกาเนิดแสง
ไดโอด (รอยตอ่ พี-เอน็ ) และความต้านทาน shunt และ
ตอ่ อนกุ รมกบั ความต้านทานอนกุ รม ตามลาดบั

+
V


-

8

เขียนเป็นสมการได้ดงั สมการที่ 1.5 นนั่ คือผลลพั ธ์ของกระแสที่
ได้จากเซลล์แสงอาทิตย์เกิดมาจากแหล่งพลงั งานแสงหักลบ

ด้วยกระแสท่ีไหลผ่านไดโอดและผ่านความต้านทาน shunt
ขณะกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน ทาให้ เกิดค่าแรงดันไฟฟ้าในแต่ละ
จดุ ขนึ ้

สมการท่ี 1.6 แสดงแรงดนั ไฟฟา้ ณ จดุ ใดๆ เทา่ กบั
แรงดนั ไฟฟา้ ท่ีขาออกบวกด้วยผลคณู ระหวา่ งกระแสไฟฟ้ากบั
ความต้านทานอนกุ รม

I = - - (1.5)

= V + I (1.6)

โดยที่

I กระแสไฟฟา้ ขาออก มีหนว่ ยเป็นแอมแปร์
กระแสไฟฟา้ ท่ีเกิดจากแหลง่ พลงั งานแสง มีหนว่ ยเป็น
แอมแปร์

กระแสไฟฟา้ ที่ไหลผา่ นไดโอด มีหน่วยเป็นแอมแปร์
กระแสไฟฟา้ ที่ไหลผา่ นความต้านทาน Shunt มีหน่วย
เป็นแอมแปร์

9

V แรงดนั ไฟฟา้ ขาออก มีหน่วยเป็นโวลต์
I กระแสไฟฟา้ ขาออก มีหนว่ ยเป็นแอมแปร์
ความต้านทานอนกุ รม มีหน่วยเป็นโอห์ม

พารามิเตอร์ที่บ่งบอกประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์
ประกอบด้วย กระแสลดั วงจร ( ) แรงดนั วงจรเปิด
( ) และฟิ ลด์แฟกเตอร์ (FF)

จากรูป แสดงกระแสลัดวงจรและแรงดันวงจรเปิดคือ
กระแสไฟฟ้าขณะท่ีแรงดนั ไฟฟ้าของเซลล์แสงอาทิตย์มี
ค่าเป็นศูนย์ เป็นค่ากระแสไฟฟ้าสงู สดุ และแรงดันไฟฟ้า
ขณะไมม่ ีกระแสเป็นคา่ แรงดนั ไฟฟ้าสงู สดุ ส่วนฟิ ลด์แฟก
เตอร์ เป็ นสัดส่วนระหว่างผลคูณแรงดันกับกระแสที่ จุด
ทางานสูงสุดและผลคูณของกระแสลัดวงจรกับแรงดัน
วงจรเปิดซึ่งมีค่าน้อยกว่าหน่ึง นอกจากนีม้ ีพารามิเตอร์
เกี่ยวกบั ความต้านทานในเซลล์แสงอาทติ ย์เป็นประโยชน์

10

ต่อการติดตามพฤติกรรมของเซลล์แสงอาทิตย์ และการ
พฒั นาเซลล์แสงอาทิตย์ โดยคิดจากสดั ส่วน ระหว่างค่า
แรงดนั ที่จดุ สงู สดุ ต่อกระแสท่ีสดุ ทางานสงู สุดหรืออาจใช้
สดั สว่ นระหวา่ งคา่ แรงดนั วงจรเปิดตอ่ กระแสลดั วงจร

กระแสไฟฟ้า แอมแป ์ร ( , )

ส่วนกลบั ของความชนั คือ
ความต้านทาน

=



แรงดนั ไฟฟา้ โวลต์

กระแสไฟฟ้า แอมแป ์ร 11

ปัจจัยทล่ี ดทอนประสิทธิภาพของเซลล์
แสงอาทติ ย์

ประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ขนึ ้ กบั ทงั้ ปัจจยั ภายนอก
และสมบตั ขิ องเซลล์ ได้แก่ อณุ หภมู ิ ความเข้มรังสอี าทิตย์ ความ
ต้านทาน Shunt และความต้านทานอนุกรม เป็นต้น โดยที่
ประสทิ ธิภาพลดลงเม่ือ อณุ หภมู ิสงู ขนึ ้ นน่ั คือ สภาวะท่ีอณุ หภมู ิ
สงู ระยะห่างของแถบพลงั งานจะลดลงเป็นผลให้แรงดนั ขาออก
ของเซลล์แสงอาทิตย์มีค่าน้ อยลงแต่ไม่ทาให้ กระแสลั ดวงจร
เปลยี่ นแปลงนกั ดงั รูป

4.0

3.0 60°
45°C

2.0

1.0 25°C

0.0

0.0 0.1แรงดนั 0.ไ2ฟฟ้า โว0ล.3ต์ 0.4 0.5 0.6 0.7

กระแสไฟฟ้า แอมแป ์ร 12

ทงั้ นี ้กระแสลดั วงจรหรือกระแสสงู สดุ จะลดลงเม่ือความเข้ม
รังสีอาทิตย์มีค่าน้อย เช่น ในวนั ที่ท้องฟ้ามืดครึม มีเมฆบด
บัง การบังเงาเน่ืองจากเงาต้นไม้ เป็นต้นความต้านทาน
อนกุ รมเพ่ิมขึน้ จะทา ให้แรงดนั ขาออกมีค่าลดลงแต่ไม่มีต่อ
ค่าแรงดนั วงจรเปิด หรือกล่าวได้ว่า ความต้านทานอนุกรม
ทา ให้ค่าฟิ ลดิ์แฟกเตอร์ลดลง หากค่านีม้ ีมากๆ จะทาให้
กระแสลดั วงจรลดลงและ IV-curve เป็นเส้นตรงดงั รูป

1Ω∙ 2

2Ω∙ 2

= 20Ω∙ 2

0.0 0.1แรงดนั 0.ไ2ฟฟา้ โว0ล.3ต์ 0.4 0.5 0.6

กระแสไฟฟ้า แอมแป ์ร 13

คา่ ความต้านทาน Shunt ลดลงมากจะเป็นผลให้
แรงดนั วงจรเปิดและกระแสลดั วงจรมีคา่ ลดลงดงั รูปและ
คา่ ฟิลด์แฟกเตอร์ลดลงเชน่ เดียวกบั กรณีของความ
ต้านทานอนกุ รม

4.0
1Ω∙ 2

3.0
2Ω∙ 2

2.0
1.0 = 20Ω∙ 2

0.0

0.0 0.1แรงดนั 0.ไ2ฟฟ้า โว0ล.3ต์ 0.4 0.5 0.6 0.7

14

ลกั ษณะของแผงเซลลแ์ สงอำทิตย์

เซลล์แสงอาทิตย์นาไปใช้งานในรูปของแผงเซลล์
(Module)การเพิ่มกาลังไฟฟ้าให้สูงขึน้ โดยนาแผง
เซลล์มาเชื่อมต่อกนั ในรูปแบบของสตริง (String)หรือ
อะเรย์ (Aray)การเชื่อมตอ่ เซลล์ชนิดผลกึ กระแสไฟฟา้
ท่ีผลิตได้จะถกู ดงึ ไปท่ีตวั นาไฟฟ้าด้านหน้าและหลงั ของ
เซลล์โดยด้านหน้ามีตวั นาเรียกว่าฟิ งเกอร์ (Fingers)
ทาหน้าท่ีนากระแสสง่ ตอ่ ไปบสั บาร์ (Busbar)และไหล
ผ่านไปยงั เซลล์ที่เชื่อมถึงกนั ซ่ึงเกอร์และบสั บาร์จะต้อง
บงั เซลล์น้อยท่ีสดุ และรับกระแสไฟฟ้าได้สงู เพ่ือให้เซลล์
รับแสงได้มากท่ีสุดและด้านรับแสงของเชลล์จะต้ อง
เคลือบสารลดการสะท้อน

15

ลกั ษณะของแผงเซลล์ชนิดผลกึ ซิลกิ อนรูปแบบการเช่ือมตอ่
เซลล์เพื่อทาเป็นแผงเซลล์มีอยู่ 3 แบบคือ

1. แบบอนกุ รมคือนา้ แตล่ ะเซลล์มาตอ่ อนกุ รมเป็น 1

แถวหรือ 1 สตริง +-

16

2. แบบอนกุ รมขนานคือนาแตล่ ะสตริงที่เซลล์ตอ่ อนกุ รมเพื่อ
เพม่ิ แรงดนั ไฟฟา้ แล้วนามาตอ่ ขนานเพ่ือเพิ่กระแสไฟฟา้

+-

17

3) แบบอนกุ รม-ขนานอนกุ รมคือนาแตล่ ะกลมุ่ ที่เชื่อมตอ่ กนั
ตามแบบท่ี 2 มาตอ่ อนกุ รม เพ่ือเพิม่ ทงั้ แรงดนั และกระแสไฟฟา้

+-

สมบตั ิทางไฟฟ้าของแผงเซลล์แสงอาทติ ย์ 18
กระแสและแรงดนั ไฟฟ้า

เซลล์แสงอาทติ ย์ผลติ ไฟฟา้ เป็นกระแสตรง โดยที่แรงดนั

และกระแสไฟฟ้าท่ีผลิตได้ขึน้ กับความเข้มรังสีอาทิตย์และ

อณุ หภมู ิแผงเซลล์ จากรูปแสดงกราฟกระแสกบั แรงดนั ไฟฟา้

ของเซลล์แสงอาทิตย์เม่ือต่อกับโหลดที่แปรค่าตัง้ แต่สภาวะ

วงจรลดั (Short circuit) จนถึงสภาวะวงจรเปิด (Open

circuit) โดยตดั แกนตงั ้ ที่แรงดนั เป็นศนู ย์ จะได้ค่ากระแสท่ี

สภาวะวงจรลดั (Short circuit current: ) สว่ นจดุ
ตดั แกนนอนท่ีกระแสเท่ากับศูนย์จะได้ค่าแรงดนั ขณะวงจร

เปิด (Open circuit voltage: ) เม่ือ ค่ากระแสคณู
กับแรงดันก็จะได้กาลังของเซลล์แสงอาทิตย์ ซ่ึงต้ องมีจุด

เดียวเป็นค่ากาลงั ไฟฟ้าสงู สดุ เรียกว่ากาลงั ไฟฟ้าที่จุดสงู สดุ

(Power atmaximum point: PMP)

กระแสไฟฟ้า แอมแป ์ร


แรงดนั ไฟฟ้า โวลต์

19

การคานวณหาพลงั งานไฟฟา้ ท่ผี ลติ ได้จากแผงโซลา่ เซลล์
เกิดจากแสงสว่างไปทาให้เซลล์แสงอาทิตย์สร้ างประจุ
พาหะอิสระให้ ไหลผ่านโหลดที่ต่ออยู่เป็ นสัดส่ว นตรงกับ

ความเข้มแสงท่ีตกกระทบรอยต่อ PN Junction ซง่ึ จะ
เขียนแทนด้วยไดโอดและ แหลง่ จ่ายกระแส ในสมการที่ 1.7
แสดงถึงคุณลักษณะทางกระแสและแรงดันของเซลล์
แสงอาทิตย์ ในสมการทางสถิตย์ของเซลล์แสงอาทิตย์ซึ่งมี
พืน้ ฐานมาจากทฤษฎีโซลิดสเตทฟิ สิกส์ ซ่ึงจะเขียนอยู่ ใน
รูปของฟังก์ชนั่ เอก็ โพเนนเชียล

= ℎ- 0 ( + ) −(( + )) (1.7)

. . − 1 ℎ

I คือ กระแสไฟฟา้ ท่ีเซลล์แสงอาทติ ย์สร้างขนึ ้ ; A

ℎ คือ กระแสลดั วงจรของเซลล์ท่ี 25 °C ; A
0 คือ กระแสไบอสั อ่ิมตวั ย้อนกลบั ของไดโอด; A
q คือ ประจอุ เิ ลก็ ตรอนมีคา่ เทา่ กบั 1.602×10-19 C
คือ จานวนเซลล์ในชดุ
คือ อณุ หภมู ิที่รอยตอ่ ขณะทางานของเซลล์; Kevin
V คือ แรงดนั ท่ีตกคร่อมไดโอด; V
คือ ค่าความต้านทานอนกุ รมของเซลล์; Ω
ℎ คือ คา่ ความต้านทานขนานของเซลล์; Ω

20

วงจรสมมูลของแผงเซลลแ์ สงอำทิตย์

I

ℎ

ℎ V

โดยท่ัวไป ความต้ านทานขนานของโซล่าเซลล์
ปัจจบุ นั จะมีค่าสงู มาก ดงั นนั้ เทอมสดุ ท้ายของสมการ
ที่ 1.7 สามารถตดั ออกไปได้ ดงั นนั้ ความสมั พันธ์ของ
กระแสและแรงดันไฟฟ้าที่ผลิตได้จากโซล่าเซลล์ จะ
เป็นดงั ท่ีสมการที่ 1.8

( + ) (1.8)

= ℎ- 0 . . − 1

21

ค่า ℎ เป็นกระแสที่สร้ างขึน้ จากเซลล์แสงอาทิตย์โดยใช้
แสงในการเปล่ียนรูปพลังงาน ซึ่งค่ากระแสท่ีสร้ างขึน้ เป็น
สดั สว่ น โดยตรงกบั ความเข้มแสง (Radiation Intensity)
และอณุ ห.ภมู ติ ามสมการท่ี 1.9

ℎ = ℎ + − (1.9)


เมื่อ
G คือความเข้มรังสีอาทติ ย์ (วตั ต์/ตารางเมตร);

kW/m2

คือความเข้มรังสอี าทิตย์ที่สภาวะทดสอบมาตรฐาน
1000 วตั ต์/ตารางเมตร; kW/m2

ℎ คือกระแสไฟฟา้ จากแสงอาทิตย์ที่สภาวะทดสอบ
มาตรฐาน ; A

muISC คือสมั ประสทิ ธ์ิอณุ หภมู ิของกระแสไฟฟา้ ที่ได้จาก
การทดสอบหรือจากบริษัทผ้ผู ลติ

คือ อณุ หภมู ิอ้างอิงของเซลล์ ; Kevin

22

หากกาหนดให้ความเข้มแสงมีค่าคงท่ีจากสมการที่ 1.9
ค่าอณุ หภมู ิ มีผลกระทบต่อกาลงั ไฟฟ้าขาออกขอเซลล์
แสงอาทิตย์ เนื่องจากค่ากระแสลัดวงจรสัมพันธ์
อณุ หภมู ิ อีกทงั ้อณุ หภมู ิยงั มีผลกระทบต่อกระแสไบอสั
อ่ิมตัวย้ อนกลับ ของไดโอดที่เรี ยกว่า Reverse
Saturation Current of Diode ( )ดงั สมการท่ี
1.10

0 = 0 3 . 1 − 1 (1.10)
.



คือ กระแสอิม่ ตวั ย้อนกลบั ของไดโอดท่ี
สภาวะมาตรฐาน ; A

Egap คือ Material band gap energy
สาหรับเซลล์แบบซิลกิ อนมีคา่ 1.12 eV

k คือคา่ คงที่ของ Boltzman มีคา่ เทา่ กบั

1.3806504×10-23 J/Kevin-1

Amps 23

จากสมการ (1.8), (1.9), (1.10) และวงจรสมมลู ในรูป
พบว่าคณุ ลกั ษณะของเซลล์แสงอาทิตย์จะขึน้ อยู่กบั การ
เปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ปริมาณแสงท่ีตกกระทบบน
เซลล์แสงอาทิตย์ และโหลดที่ต่ออยู่ในวงจร เม่ือมีการ
เปลย่ี นแปลงของอณุ หภมู ิจะมีผลต่อแรงดนั ท่ีจ่ายออกมา
ของเซลล์แสงอาทิตย์ ในขณะที่การเปลีย่ นแปลงปริมาณ
แสงจะมีผลต่อกระแสที่จ่ายได้ของเซลล์แสงอาทติ ย์ดงั รูป

2.5 1000w/ 2

2.0 800w/ 2

600w/ 2
1.5

400w/ 2

1.0 200w/ 2

0.5

5 10 15 20 25

Volts

2.5

Amps 2.0 25°C
30°C

1.5 35°C

1.0 40°C

0.5 45°C

5 10 15 20 25

Volts

24

การผลติ ไฟฟา้ จากเซลล์แสงอาทติ ย์ในสภาวะไมม่ ีเงาบงั
แสดงได้ดงั รูป

+ -

+I

R

แต่ถ้าเงาบงั จากกรณีต่างๆ เช่น ใบไม้ และสิ่งปลูกสร้ าง
เป็นต้น จะทาให้แผงเซลล์มีค่ากระแสไฟฟ้าลดลงดงั แสดง
ในรูป เป็นผลทาให้กาลงั ไฟฟา้ โดยรวมของแผงเซลล์ลดลง
อย่างมาก นอกจากนีแ้ ล้วเมื่อเกิดเงาบงั กบั แผงเซลล์ ทา
ให้เกิดความร้ อนท่ีตวั เซลล์ขึน้ เน่ืองจากเซลล์ท่ีถูกบงั จะ
ทาหน้ าท่ีเป็นภาระทางไฟฟ้าแทนท่ีจะเป็นแหล่งจ่าย
พลงั งาน

25
heat

+ I I

R -

I
I

+ I
I+ I
-
R

ในทางปฏิบตั ิการต่อเซลล์แสงอาทิตย์เป็นแผงเซลล์นนั้ จะ
ต้องมี Bypass Diode เข้าไปในแผงเซลล์เพื่อทาหน้าที่ให้
กระแสไฟฟ้าไหลผ่านชั่วขณะในกรณีที่เกิดเงาบังหรือแม้
กระทง่ั กรณีท่ีเซลล์เสียหายถาวร แนวเส้นลกู ศรในรูปแสดง
ทศิ ทางการไหลของกระแสไฟฟา้ ผา่ น Bypass Diode

26

สัญลักษณ์และหลักการทางานของ
อนิ เวอร์เตอร์

อินเวอร์เตอร์แบบเช่ือมต่อระบบจาหน่ายในระบบ
เซลล์แสงอาทิตย์ทาหน้าท่ีเช่ือมโยงระหว่าง ระบบแผง
เซลล์แสงอาทิตย์ (PV array) ระบบจาหน่าย (Grid)
และภาระไฟฟา้ (AC loads) โดยรับไฟฟ้ากระแส ตรง
(DC) จากระบบแผงเซลล์ แสงอาทิตย์และแปลงเป็น
ไฟฟา้ กระแสสลบั (AC) ซง่ึ มีความถี่และแรงดนั เดียวกบั
ระบบจาหน่าย โดยสญั ลกั ษณ์ในไดอะแกรมวงจรสมมลู
ดงั รูป

=
~

27

การเช่ือมตอ่ เข้ากบั ระบบจาหน่ายสามารถเช่ือมต่อเข้ากบั
ระบบจา หน่ายหลักโดยตรงหรือระบบจาหน่ายของ
อาคารมี ความแตกต่างคือ การเช่ือมต่อโดยตรง
กาลังไฟฟ้าที่ผลิตได้ จะถูกป้อนเข้ าสู่ระบบจาหน่าย
โดยตรง แต่หากเชื่อมต่อกบั ระบบจาหน่ายของอาคาร กา
ลงั ไฟฟ้าที่ผลิตได้จะถูกนาไปใช้กบั ภาระของอาคารก่อน
ส่วนท่ีเหลือเกินจึงจะถูกป้อนเข้ าสู่ระบบจาหน่ายหลัก
ระบบเซลล์แสงอาทิตย์แบบนี ้สามารถใช้ได้กบั ทัง้ ระบบ 1
เฟสและ 3 เฟส ดงั รูปเพ่ือให้ป้อนกาลงั ไฟฟ้าเข้าส่รู ะบบ
จาหน่ายได้สูงสุดเสมอ อินเวอร์เตอร์ประเภทนีจ้ ึงต้อง
ทางานท่ีจุดกาลังสูงสุด (MPP) ของพีวีอะเรย์ซึ่ง
เปล่ียนแปลงไปตามสภาพอากาศ ดงั นนั้ ตวั ติดตามจุดกา
ลงั สงู สดุ (MPP Tracker) และภายในอินเวอร์เตอร์จึง
ต้ องปรั บจุดกาลังสูงสุดให้ เหมาะสมกับค่าแรงดั นและ
กระแสของพีวีอะเรย์ วงจรอิเล็กทรอนิกส์ซ่ึงทาหน้าท่ีเป็น
MPP Tracker จงึ มีความจาเป็นตอ่ อินเวอร์เตอร์

28

ในปัจจบุ นั อินเวอร์เตอร์แบบเช่ือมต่อระบบจาหน่ายมี
ผ้ผู ลติ ในหลายประเทศ ทงั้ พิกดั เลก็ ไมเ่ กิน 10 กิโลวตั ต์
และพิกดั ขนาดใหญ่มากกว่า 10 กิโลวตั ต์ หลกั การทา
งานแบ่งออกได้เป็น 2 ลกั ษณะคือ gridcontrolled
และ self-commutated inverter

อนิ เวอร์เตอร์แบบ Grid-controlled

สว่ นประกอบพืน้ ฐานของอินเวอร์เตอร์ ลกั ษณะนี ้
คือ วงจรบริดจ์ของอุปกรณ์ สวิทชิ่งเช่นเดียวกับ
อินเวอร์เตอร์ทั่วไป ดังรูป อุปกรณ์สวิทชิ่งที่นิยมใน
ปัจจุบัน ได้แก่ Thyrister และIGBT อินเวอร์เตอร์
แบบนีจ้ ะใช้แรงดนั ของระบบจา หน่ายในการควบคุม
การสวิทซ์เปิดและปิดของอปุ กรณ์อิเล็กทรอนิกส์กาลงั
แต่ละค่ขู องอปุ กรณ์สวิทชิ่งในวงจรบริดจ์โดยทางานท่ี
ความถี่ 50 เฮิร์ต ดงั นนั้ จึงเรียกอินเวอร์เตอร์ลกั ษณะนี ้
วา่ gridcontrolled

29

ac L1
bd

N

~

t



t

หากระบบจาหน่ายไม่มีแรงดนั อินเวอร์เตอร์จะหยดุ ทางาน
และเป็นเหตผุ ลที่อินเวอร์เตอร์แบบอิสระจงึ ไมส่ ามารถใช้งาน
แทนอินเวอร์เตอร์แบบเช่ือมต่อระบบจา หน่ายได้ บางครัง้
อาจจะเรียกอินเวอร์เตอร์ลักษณะนีว้ ่า square-wave
inverter

เน่ื อ ง จาก กระ แสเอ า ต์ พุตมี ลักษณ ะ เป็ นคล่ืน รู ป สี่ 30
เหลี่ยม (square wave) ซ่ึงทาให้เกิดองค์ประกอบ
ฮาร์มอนิกท่ีคอ่ นข้างสงู และต้องรับกาลงั รีแอกตีฟจาก
ระบบจาหน่ายปริมาณมากด้วย นอกจากนีย้ งั ต้องใช้
หม้อแปลง 50เฮิรต์ เพ่ือแยกโดด(isolate) ออกจาก
ระบบจาหน่าย การควบคมุ การสวิทซ์ในปัจจบุ นั จะใช้
งานผ่านอุปกรณ์ microprocessor เพื่อหน่วงมุม
(delay angle control) สญั ญาณการสวิทซ์สา
หรับการใช้งาน MPP Tracking

อนิ เวอร์เตอร์แบบ

(Self-commutated)

ส่วนประกอบพืน้ ฐานเป็นวงจรบริดจ์เช่นเดียว
กันแต่อุปกรณ์สวิทชิ่งในวงจรที่เลือกใช้ ขึน้ อยู่กับ
ประสิทธิภาพของระบบและระดบั แรงดันระบบด้าน
ไฟฟ้ากระแสตรง ซ่ึงสามารถเลือกใช้อุปกรณ์ได้แก่
MOSFET, Bipolar transistor,GTO และ IGBT
อุปกรณ์เหล่านี ้ ใช้ หลักการควบคุมแบบ pulse

width modulation

31

ซ่ึงทาให้ได้สญั ญารูปคล่ืนซายน์ท่ีดีกว่าการสวิทซ์ที่
ความถ่ีสูงประมาณ 10 - 100 กิโลเฮิร์ต ทาให้ช่วง
การสวิทซ์ (duration) และรูปของสญั ญาใกล้เคียง
รูปคลื่นซายน์ เมื่อผา่ นวงจรกรอง low pass filter
แล้วทาให้กาลงั ไฟฟ้ากระแสสลบั ท่ีป้อนเข้าส่รู ะบบมี
ลกั ษณะเช่นเดียวกับระบบจา หน่ายดงั นัน้ องค์ประ
กอบฮาร์มอนิกจะปรากฏเพียงอนั ดบั ต่า เท่านนั้ และ
กาลังรีแอกตีฟสาหรับcommutation ก็ยังต่าง
ด้วย อย่างไรก็ตาม การสวิทซ์ด้วยความถี่สงู จะทาให้
เกิดการ high-frequencyinterference หรือที่
รู้จกั ดีวา่ เป็นปัญหาของ electromagnetic com-
matibility (EMC) ซง่ึ ต้องการอปุ กรณ์ป้องกนั วง
จรที่เหมาะสม โดยท่ัวไปแล้วอินเวอร์เตอร์แบบนี ้
เหมาะสาหรับเป็ นอินเวอร์เตอร์แบบอิสระ หาก
นามาใช้กบั อินเวอร์เตอร์แบบเช่ือมต่อระบบจาหน่าย
ต้องคานงึ ถงึ ความถี่ของกาลงั ไฟฟา้ ที่ปอ้ นเข้าสรู่ ะบบ
จาหน่ายจะต้ องซิงโครไนซ์กับความถี่ของระบบ
จาหน่าย

32

L1

V V

N

V

V t

-V

หลกั การของอินเวอร์เตอร์แบบ selfcommutated

inverter

33

อินเวอร์ เตอร์ แบบ self-commutated และอิน
เวอร์เตอร์แบบ grid-controlled ประกอบด้วยหม้อ
แปลงความถ่ีต่า 50 เฮิรต์ เป็นอุปกรณ์สาหรับจับคู่
แรงดันเข้ ากับแรงดันของระบบและแยก โดดส่วน
ไฟฟา้ กระแสตรงและไฟฟา้ กระแสสลบั ออกจากกนั

ข้อดีของการแยกโดดทางไฟฟ้าด้วยหม้อแปลงทาให้
สามารถออกแบบระบบแผงเซลล์แสงอาทิตย์ สาหรับ
ความปลอดภยั ด้านแรงดนั ต่า มากได้ นอกจากนีย้ งั
ปอ้ งกนั potential equalization ,lightning

protection, surge protection, grounding,

electromagnetic interference อยา่ งไรก็ตาม
การใช้หม้อแปลงความถี่ต่า จะทาให้เกิดกาลังสูญ
เสียในหม้อแปลง ดังนัน้ ขนาดของอินเวอร์เตอร์จึง
ใหญ่ขึน้ ตามขนาดหม้ อแปลง จึงทาให้ ราคาของ
อปุ กรณ์เพิ่มขนึ ้ ด้วย

34

กรณีของหม้อแปลงความถ่ีสงู หมายถึงหม้อแปลงซึ่งทางานท่ี
ความถ่ีระดบั 10 - 50 กิโลเฮิรต์หากเปรียบเทียบกบั หม้อแปลง
ความถี่ต่า จะมีกาลังไฟฟ้าสูญเสีย ขนาดและราคาต่ากว่า
อย่างไรก็ตามจะทา ให้วงจรของอินเวอร์เตอร์มีความซบั ซ้อม
เพ่ิมมากขนึ ้

กาลงั ไฟฟ้าสูญเสียของอินเวอร์เตอร์สามารถลดได้โดยไม่ใช้
หม้อแปลง ยงั เป็นการลดทงั้ ขนาดนา้ หนกั และราคาด้วยโดย
ท่ัวไปแรงดันระบบเซลล์แสงอาทิตย์จะต้องสูงกว่า crest
value ของแรงดนั ด้านระบบจาหน่าย หรือใช้ step-up dc
to dc converter เพ่ือเพิ่มแรงดนั เมื่อเพิ่มวงจร dc to
dc converter ทาให้เกิด กาลงั สญู เสียในอินเวอร์เตอร์
มากขนึ ้ ซง่ึ สว่ นหนง่ึ สามารถลดได้โดยไมใ่ ช้หม้อแปลง

35

ลักษณะและสมบตั ขิ องอินเวอร์เตอร์แบบ
เช่ือมต่อระบบจาหน่ายประสทิ ธิภาพการ
แปลงพลังงาน (Conversion Efficiency)

เป็นพารามเิ ตอร์บอกถึงการสญู เสยี ซง่ึ เกิดขึน้ ในระหว่าง
การแปลงพลงั งานไฟฟา้ กระแสตรงเป็นพลงั งานไฟฟา้ กระแส
สลบั ประกอบด้วยการสญู เสียเนื่องจากหม้อแปลงอปุ กรณ์
สวิทช่ิงและการจดั การด้านการใช้กา ลงั งานของอนิ เวอร์เตอร์
และอื่นๆ ความสมั พนั ธ์ดงั สมการท่ี 1.11 คือ

ƞ = (1.11)


ประสิทธิภาพการแปลงพลงั งานขึน้ อยู่กบั กา ลงั อินพุตและ
แรงดนั อินพตุ ของอินเวอร์เตอร์ (ซ่ึงมีค่าน้อย อาจไม่ต้องนา
มาคิดผลก็ได้) การคิดผลจากแรงดนั อินพตุ ต่อประสิทธิภาพ
อย่บู นฐานของการทางานของอินเวอร์เตอร์ในสภาวะจริงซ่ึง
สภาพอากาศ (อณุ หภมู แิ ละความเข้มแสงอาทิตย์) มีผลตอ่
การทา งานของแผงเซลล์

36

ประสิทธิภาพการตดิ ตาม (TRACKING

EFFICIENCY)

จากที่ได้ กล่าวแล้ วว่าอิน เวอร์ เตอร์ ในปั จจุบันต้ องมี
ฟังก์ชนั การติดตามหาจุดกาลงั สงู สดุ ของแผงเซลล์ ซึ่งการ
ทางานในหน่ึงวนั ของแผงเซลล์มีการเปลี่ยนแปลงจาปัจจยั
ตา่ งๆ ได้แกค่ วามเข้มรังสีอาทติ ย์และอณุ หภมู ิ ซง่ึ จะเปล่ยี น
จุดกาลังสูงสุดของแผง อินเวอร์เตอร์จึงต้องปรับและติด
ตามจดุ กาลงั สงู สดุ โดยอตั โนมตั ิ คณุ ภาพของอินเวอร์เตอร์
จะเปลี่ยนแปลงไฟตามจดุ การทางานที่เหมาะสมซงึ่ อธิบาย
โดยประสทิ ธิภาพการติดตาม ดงั สมการท่ี 3.5

ƞ = instantaneous input real power (1.12)
maximum instantaneous PV array power

การเปลี่ยนแปลง (fluctuation) ของจดุ การทางานเกิด
จากการเชื่อมโยงระหวา่ ง grid voltage frequency ใน
ด้านไฟฟา้ กระแสตรง และควรมีคา่ น้อยที่สดุ เทา่ ที่จะเป็นไป

ได้ ผลกระทบของการขนึ ้ ลงนีจ้ ะชดั เจนในอินเวอร์เตอร์แบบ

ไมม่ ีหม้อแปลง

37

ความเร็วในการเปลย่ี นแปลงของระบบ MPPTracking
จะส่งผลต่อค่าสูงสุดของความ เข้ มแสงอาทิตย์ ในช่วงเวลา
สนั้ ๆ เช่น ขณะเกิดเมฆเคลื่อนตวั ผ่านอย่างรวดเร็ว อย่างไรก็
ตามค่าสงู สดุ ของกาลงั ที่สงู มากกว่า 1000 วตั ต์/ ตารางเมตร
จะถกู cut off โดยขีดจา กดั กา ลงั ของอนิ เวอร์เตอร์

ปัจจุบนั อินเวอร์เตอร์จะมีประสิทธิภาพตามมาตรฐานยุโรป
อยปู่ ระมาณ 92-96 เปอร์เซน็ ต์อยา่ งไรก็ตามค่าประสิทธิภาพ
นีป้ กติจะใช้การคา นวณจากผ้ผู ลิตที่แรงดนั ท่ีระบุเท่านนั้ ซึ่ง
MPP Tracking จะทา งานครอบคลมุ ช่วงแรงดนั กว้างๆ
และประสทิ ธิภาพจะมีคา่ ขนึ ้ กบั อณุ หภมู ิแวดล้อม และแรงดนั
อินพุตด้วย การวัดประสิทธิภาพจึงควรวัดตามมาตรฐาน

IEC 61683, Photovoltaic , Systems-Power Con-
ditioners – Procedure for Measuring Efficiency

ซ่ึงกาหนดอุณหภูมิแวดล้อมที่ 25 องศาเซลเซียส และ ± 2
องศาเซลเซียส ที่แรงดนั อินพตุ ตอ่ ไปนี ้
▪ แรงดนั ขาเข้าตา่ สดุ (minimum input voltage)
▪ แรงดนั ปกติ (nominal voltage)
▪ 90 เปอร์เซน็ ต์ของแรงดนั ขาเข้าสงู สดุ (90% of the

maximum input voltage)

28

การบันทกึ ข้อมูลการทางานของ
อินเวอร์ เตอร์

ผ้ผู ลติ อนิ เวอร์เตอร์เกือบทกุ รายจะผลติ อินเวอร์เตอร์
ซ่ึงมีฟั งก์ชันบันทึกข้ อมูลภายในตัวเครื่ องโดยตรงหรื อ
อาจเป็นสว่ นเพิ่มของอปุ กรณ์ ข้อมลู เหล่านีส้ ามารถอ่าน
และแสดงผลบนหน้าจอของเครื่องหรือสง่ ต่อไปยงั เครื่อง
คอมพิวเตอร์ ทาให้สามารถติดตามและประเมินการทา
งานของระบบเซลล์แสงอาทิตย์ท่ีติดตงั้ ได้ ข้อมูลทวั่ ไปซง่ึ
จะถกู บนั ทกึ คือ

▪ ด้านอินพตุ ได้แก่ แรงดนั กระแสและกาลงั ไฟฟา้
▪ ด้านเอาต์พตุ ได้แก่ แรงดนั กระแสและกาลงั ไฟฟา้
▪ เวลาในการทา งานของอินเวอร์เตอร์
▪ ปริมาณพลงั งานทผ่ี ลิตได้
▪ สถานะของอนิ เวอร์เตอร์และความผดิ ปกตทิ ่ีเกิดขนึ ้
โดยข้อมลู เหลา่ นีอ้ าจถกู ระบเุ ป็นรายวนั รายสปั ดาห์ ราย
เดือนและรายปี

39

ลักษณะของแบตเตอร่ี

แบตเตอรี่ในระบบเซลล์แสงอาทิตย์ได้ถกู ออกแบบเพ่ือให้
การจ่ายประจมุ ีคา่ แรงดนั ไฟฟ้าคงที่อยา่ งต่อเน่ือง มีความ
แตกต่างจากแบตเตอรี่ สาหรับการสตาร์ ทเคร่ื องยนต์ ซึ่ง
ได้รับการออกแบบให้จ่ายกระแสไฟฟ้าได้มากๆ ในชั่น
ระยะเวลาหน่ึงๆ สว่ นการแบ่งแบตเตอรี่โดยทวั่ ไปแบ่งได้ 2
กลมุ่ คือ แบบปฐมภมู ิ (Primary Battery) และแบบทตุ ิ
ยภมู ิ (Secondary Battery) โดยแบตเตอรี่ปฐมภมู จะ
หมายถงึ แบตเตอรี่ที่ใช้งานได้เพียงครัง้ เดียวแล้วจะต้องทิง้
ไป เน่ืองจากไม่สามารถทา ให้เกิดปฏิกิริยาทางเคมีแบบ
ย้อนกลับใหม่ได้ ส่วนแบตเตอรี่ทุติยภูมิ คือแบตเตอรี่ที่
สามารถทา การเก็บประจไุ ฟใหม่และนากลบั มาใช้งานได้
อีก หรือกล่าวคือสามารถทาปฏิกิริยาทางเคมีแบบ
ย้อนกลับได้ ตัวอย่างเช่น ตะกั่ว-กรด นิเกิล-แคดเมียม
นิกเกิล-เหลก็ นิเกิล-ไฮไดรด์และลิเทียมแบตเตอรี่ เป็นต้น

40

ระบบเซลล์แสงอาทิตย์นิยมใช้ แบตเตอร่ี ตะกั่ว -กรด
แบตเตอรี่นิเกิล-แคดเมียมใช้กบั อุปกรณ์ขนาดเล็กและนา้
หนักเบา เช่น เคร่ืองคิดเลข นาฬิกาข้อมือ เป็นต้น สาหรับ
แบตเตอร่ีนิเกิล-เหล็กไม่นามาใช้ เนื่องจากการคายประจุ
โดยตวั เองมีค่าสงู สว่ นแบตเตอรี่นิเกิล-ไฮไดรด์ราคคอ่ นข้าง
สงู เมื่อคิดราคาต่อกิโลวตั ต์-ชวั่ โมงเทียบกบั แบตเตอร่ีตะกว่ั -
กรด อย่างไรก็ตามค่าความจขุ องแบตเตอร่ีนีม้ ีช่วงให้เลือก
ใช้งานได้ระดับหลายร้ อยจนถึงพันแอมแปร์ -ชั่วโมง และ
ต้องการระบบปอ้ งกนั ในวงจรการประจจุ งึ เหมาะสมกบั การ
ใช้งานในระบบเซลล์แสงอาทติ ย์ขนาดใหญ่

แบตเตอร่ีในระบบเซลล์แสงอาทิตย์มีอายุการใช้ งาน
ยาวนานกว่า 3-4 เท่า ของแบตเตอรี่ทั่วไปการจ่ายไฟต่อ
เนื่องได้นานกว่าด้วยอัตรากระแสเท่ากัน และการบารุ ง
รักษาง่ายกว่าโดยเติมนา้ กลั่นน้ อยกว่า ทัง้ นีเ้ น่ืองจาก
โครงสร้างของแผน่ ธาตใุ หญ่และหนาทาให้เนือ้ ของแผ่นธาตุ
หลดุ ร่วงได้ยากและมีความเหมาะสมสาหรับใช้งานในเขต
เมืองร้ อน

41

ประสทิ ธิภาพ ค่าความจุ และการ
ประจุไฟฟ้ามากเกนิ ไป

พลังงานไฟฟ้าในแบตเตอร่ีสามารถวัดได้ ใน
หน่วยวตั ต์-ชวั่ โมง หรือกิโลวตั ต์-ชว่ั โมง คานวณหประ
สิทธิภาพของพลงั งานหรือ energy efficiency โดย
จะใช้สมการที่ 1.13 ซง่ึ แบตเตอร่ีทวั่ ไปมีคา่ ในช่วง 70-
80 %

ประสทิ ธิภาพของพลงั งาน (%) =พพลลงังั งงาานนทที่ตี่ค้อางยใปชร้ใะนจกุ า(วรตัอดตั ์ป-ชรวั่ ะโจมจุ งน) เxตม็1พ0ิก0ดั (1.13)

ส่วนค่าความจุของแบตเตอรี่ (Capacity) สามารถ
วดั ได้ในหน่วยของแอมแปร์-ชวั่ โมง (Ah) และประสิท
ธิภาพของการอดั ประจุ (charge efficiency) หรือ
อาจเรียกว่า ประสิทธิภาพของแอมแปร์-ชั่วโมง (Ah
efficiency) คานวณได้จากสมการที่ 1.14

42

ประสิทธิภาพของแอมแปร์-ชวั่ โมง (%)= แอมแปร์-ชวั่ โมงของการคายประจุ x 100 (1.13)
แอมแปร์-ชว่ั โมงท่ีต้องใช้ในการอดั ประจจุ นเต็มพกิ ดั

แบตเตอร่ีตะกว่ั -กรดจะมีคา่ ประมาณ 95 % แต่ในแบตเตอร่ี
นิเกิล-แคดเมียมจะมีค่าน้อยกวา่ นี ้โดยทวั่ ไปคา่ ระสิทธิภาพ
ของพลงั งานน้อยกว่าประสิทธิภาพของการอัดประจุหรือ
ประสิทธิภาพของแอมแปร์-ชว่ั โมง เน่ืองจากการคายประจุ
ของแบตเตอร่ีใช้แรงดนั ต่า กวา่ การอดั ประจุ

อตั ราการคายประจุ และอตั ราการอดั ประจุ

อตั ราการคายประจุ (Discharge rate) และอตั ราการอดั
ประจุ (Charge rate) จะสมั พนั ธ์กบั Rated Capacity
ซง่ึ ผ้ผู ลิตมกั จะแสดงค่า specific rated capacity ใน
หน่วยของ Ah ท่ีอตั ราการคายประจจุ าเพาะค่าหนึ่งๆ อาทิ
แบตเตอรี่ตะกว่ั -กรดความจุ 200Ah(อตั รา 10 hourrate )
แสดงว่า แบตเตอร่ีสามารถจ่ายกระแสไฟฟ้า 20 แอมแปร์
เป็นเวลา 10 ชวั่ โมง ที่อณุ หภมู ิคงที่ 25 องศาเซลเซียส เป็น
ต้นกระแสที่ใช้งานนีค้ านวณโดยใช้สมการที่ 1.14 จากความ
จขุ องแบตเตอรี่ หารด้วยจานวนชว่ั โมง

43

C/ชว่ั โมง = กระแสที่จา่ ย (แอมแปร์) = คา่ ความจุ (แอมแปร์-ชว่ั โมง) (1.14)
เวลา (ชวั่ โมง)

ความลกึ ของการคายประจุและการอัดประจุ

คา่ ดีโอดี (DOD, Depth of Discharge) เป็นสดั สว่ น
หรื อ%ของความจุซึ่งถูกใช้ งานจาก การอัดประจุเต็มพิกัด
ในทางสว่ นกลบั กนั ของคา่ ดีโอดีคือ คา่ เอสโอซี (SOC, State
of Charge) เป็นสดั สว่ นหรือ%ของความจทุ ี่คงใช้งานได้ ค่า
ดีโอดีหรือเอสโอซีจะใช้เพ่ืออ้างอิงความจุปกติ (Nominal
Capacity) ตารางที่ 3.1 แสดงความสมั พนั ธ์อยา่ งงา่ ยของค่า
ดีโอดีและคา่ เอสโอซี

ตารางท่ี 3.1 ความสมั พนั ธ์ระหวา่ งคา่ ดีโอดีกบั คา่ เอสโอซี

เอสโอซี (% SOC) ดีโอดี (% DOD)
100 0
75 25
50 50
25 75
0 100

44

อย่างไรก็ตามอาจพิจารณาคล้ายแก้วนา้ ซ่ึงมีนา้ อยู่
ระดบั หนึ่งซ่ึงจะมีส่วนท่ีว่างเปล่าหรือส่วนจะต้องเติมให้
เต็ม ค่าดีโอดี และค่าเอสโอซี คือความสูงของส่วนที่ว่าง
เปล่าไม่มีนา้ ในแก้วและความสูงของนา้ ท่ีมีอยู่ในแก้ว
ตามลาดับ ตัวอย่างเช่น ความจุที่อัตรา 10 ชั่วโมง (10
hour rate) การจ่ายกระแสต่าจะทาให้ได้คา่ ดีโอดีมาก
กว่า 100 % ซ่ึงมีความหมายอย่างง่ายคือ แบตเตอร่ีมี
ความจุในการใช้งานได้มากกว่า 100 % เมื่ออัตราการ
คายประจตุ ่ากวา่ อตั ราการคายประจปุ กติ

อตั ราการคายประจุด้วยตวั เอง

การคายประจุด้วยตัวเองเป็นการสญู เสียประจุของ
แบตเตอรี่ ถ้าหากปลอ่ ยทิง้ ไว้ที่วงจรเปิดหรือไม่มีการจ่าย
กระแสในระยะเวลาหนึ่ง เช่น แบตเตอรี่ปฐมภูมิที่ถกู วาง
บนชนั้ จาหน่ายในร้านค้าเมื่อผ่านไปหลายๆ ปี จะพบว่า
ค่าความจุจะเหลืออย่ไู ม่เท่ากับความจุตงั้ ต้ น แต่สาหรับ
แบตเตอร่ีทุติยภูมินนั้ อัตราการคายประจุด้วยตวั เองจะ
อ้างถงึ ด้วยเปอร์เซน็ ต์ความจทุ ่ีหายไปตอ่ เดือนโดยตงั้ ต้น

45

ท่ีค่าความจุเต็มพิกัด แต่ต้องคา นึงถึงอุณหภูมิของแบต
เตอรี่ควบค่ไู ปด้วยกนั ในหลายๆ กรณีค่านีจ้ ะเป็นสองเท่า
เมื่ออณุ หภมู ิแบตเตอร่ีเพ่ิมขึน้ ทกุ ๆ 10 องศาเซลเซียส จาก
การคานวณแบตเตอร่ีในระบบเซลล์แสงอาทิตย์ พบว่า
อตั ราการคายประจดุ ้วยตวั เองจะมีค่าต่า โดยอย่ใู นช่วง 1-
4 % ที่อณุ หภมู ิ 20-25 องศาเซลเซียส

วงจรอายุ (Cycle Life)

ความหมายของคาว่า ไซเคิล (Cycle) คือการทาซ้า ๆ
เพ่ือการคายประจแุ ละการอดั ประจซุ งึ่ เป็นการทางานปกติ
ของแบตเตอร่ี ดงั นนั้ หน่ึงไซเคิล หรือ หนึ่งรอบเท่ากบั การ
คายประจุหนึ่งครัง้ ตามด้วยการอดั ประจหุ นึ่งครัง้ ในวงจร
อายขุ องแบตเตอร่ีเป็นการวดั จานวนไซเคิลของแบตเตอร่ี
ซึ่งแบตเตอร่ีสามารถทางานเป็นปกติได้ตลอดช่ัวอายโุ ดย
ทั่วไปจะพิจารณาจากจา นวนไซเคิลของการคายประจุ
และค่าดีโอดี (DOD) รวมถึงสดั ส่วนของค่าความจุก่อนท่ี
จะลดลงไปตอ่ คา่ ความจตุ งั้ ต้น (ปกติใช้คา่ 80 %)

46

พฤติกรรมและลกั ษณะการทางานของ
แบตเตอรี่ชนิดตะกว่ั -กรด

การใช้งานหรือเลอื กใช้แบตเตอรี่ชนิดตะกวั่ -กรดอยา่ ง
ถกู ต้องและเหมาะสมนนั้ จาเป็นต้องเข้าใจพฤติกรรมและ
ลกั ษณะการทางานของแบตเตอรี่ชนิดนีก้ ่อน โดยมีประ
เด็นหลกั ๆ ที่เป็นปัจจัยท่ีส่งผลกระทบต่ออายุการใช้งาน
ของแบตเตอร่ี

(1) ความจขุ องแบตเตอร่ี (Battery Capacity)ความจุ
ของแบตเตอร่ีคือ ปริมาณพลงั งานไฟฟา้ ที่แบตเตอรี่
สามารถจา่ ยออกไปหรือคายประจไุ ด้จนกระทง่ั หยดุ จ่าย
พลงั งานหรือหยดุ คายประจุ โดยความจปุ กตขิ องแบตเตอรี่
(Nominal Capacity , ) มีคา่ เทา่ กบั คา่ กระแสไฟ
ฟา้ คงท่ีขณะคายประจุ ( ) คณู ด้วย เวลาทงั ้ หมดในการ
คายประจจุ นหมด ( ) ดงั สมการที่ 1.15

= x (1.15)

47

คา่ ความจขุ องแบตเตอร่ีจะไมค่ งท่ี โดยขนึ ้ อยู่กบั อณุ ห
ภมู ิ แรงดนั ไฟฟ้าขณะคายประจจุ นหมดและกระแสไฟฟ้า
ขณะคายประจุ ทงั้ นีห้ ากกระแสไฟฟ้าขณะคายประจุมีค่า
ต่า จะทาให้กรดซลั ฟิ วริกค่อยๆ แตกตวั และไปจับกบั แผ่น
ธาตเุ กิดการสะสมเป็นชนั้ ตะกวั่ ซลั เฟตอย่างชา้ ๆ ซงึ่ ช่วยให้
การแทรกซมึ ของกรดซลั ฟิ วริกทาได้ลกึ กว่า แต่ในทางกลบั
กนั หากกระแสไฟฟ้าขณะคายประจุมีค่าสงู จะทาให้ เกิด
สะสมเป็นชัน้ ตะก่ัวซัลเฟตอย่างรวดเร็ว และทาให้ การ
แทรกซึมของกรดซลั ฟิ วริกทา ได้ไม่ลึกพอดงั นนั้ ในกรณีท่ี
ต้องการกา ลงั ไฟฟ้าของการคายประจุมากจึงต้องพยา
ยามให้กระแสไฟฟ้าขณะคายประจุมีค่าต่า และใช้เวลา
นานขนึ ้ ด้วยเหตนุ ีผ้ ้ผู ลติ แบตเตอร่ีจงึ กาหนดค่าพิกดั ความ
จขุ องแบตเตอรี่ภายใต้สภาวะใดสภาวะหนึง่ เช่น ค่าความ
จุแบตเตอร่ีที่กระแสคายประจุค่าหนึ่ง หรือที่เวลาในการ
คายประจคุ า่ หนง่ึ เป็นต้น ดงั ตวั อยา่ งในรูป

ความสามาร การคายประจุ แอมแป ์ร- ่ัชวโมง 48

105
100
95
90

85

80
75 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

เวลาการคายประจุ ชม

(2) กระแสไฟฟ้าของแบตเตอรี่จากหลักการเดียวกันกับ
ความจขุ องแบตเตอร่ี คา่ กระแสไฟฟ้าของแบตเตอรี่จขึน้ อยู่
กับระยะเวลาในการอัดหรือการคายประจุ โดยค่ากระแส
ไฟฟ้าทว่ั ไปของแบตเตอร่ีสาหรับระบบเซลล์แสงอาทิตย์ มี
ดงั ตอ่ ไปนีค้ า่
กระแสไฟฟา้ สงู สดุ ขณะอดั ประจุ
(Maximum Charge Current) 20= 20 /20h
คา่ กระแสไฟฟา้ ปานกลางขณะอดั ประจุ
(Medium Charge Current) 50 = 50 /50h
คา่ กระแสไฟฟา้ ปานกลางขณะคายประจุ
(Medium Discharge Current) 120= 120 /120h