คำนวณและจัดกลุ่มแผงโซลาร์เซลล์ที่นำมาต่ออนุกรมกัน

การจัดชุดสตริงแผงโซลาร์เซลล์ (PV String Sizing) คือกระบวนการคำนวณและจัดกลุ่มแผงโซลาร์เซลล์ที่นำมาต่ออนุกรมกันเป็น “สตริง (String)” และการจัดขนานสตริงเข้าสู่ช่องอินเวอร์เตอร์ เพื่อให้แรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้ากระแสตรง (DC) ที่ผลิตได้ มีความสอดคล้องกับช่วงการทำงานของเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้า (Inverter) และอุปกรณ์ประกอบระบบ (BOS) อย่างปลอดภัยและมีประสิทธิภาพสูงสุด

ขั้นตอนการจัดชุดสตริงแผงโซลาร์เซลล์ตามมาตรฐานวิศวกรรม มีดังนี้:

1. การคำนวณจำนวนแผงต่ออนุกรมสูงสุดต่อสตริง (\(N_{max}\))

• วัตถุประสงค์: ป้องกันไม่ให้แรงดันไฟฟ้าเปิดวงจรรวมของสตริง (\(V_{oc_string}\)) พุ่งสูงเกินพิกัดแรงดันขาเข้าสูงสุดที่อินเวอร์เตอร์สามารถรับได้ (\(V_{max_inverter}\)) ซึ่งจะทำให้อินเวอร์เตอร์ชำรุดเสียหาย
• ปัจจัยเรื่องอุณหภูมิ: เนื่องจากแผงโซลาร์เซลล์มีคุณสมบัติปล่อยแรงดัน (\(V_{oc}\)) สูงขึ้นเมื่ออุณหดิ่งต่ำลง จึงต้องคำนวณแรงดันแผง ณ อุณหภูมิต่ำสุดของพื้นที่ (\(T_{min}\)) ด้วยสัมประสิทธิ์อุณหภูมิ (\(\alpha_{Voc}\)): \[V_{oc_temp_min} = V_{oc_STC} \times \left[1 + \frac{\alpha_{Voc}}{100} \times (T_{min} – 25)\right]\]
• สูตรคำนวณจำนวนแผงสูงสุด: \[N_{max} = \left\lfloor \frac{V_{max_inverter}}{V_{oc_temp_min}} \right\rfloor \quad \text{(ปัดเศษทศนิยมทิ้งเสมอ)}\]
• ข้อควรระวังเรื่องอุปกรณ์ป้องกัน: แรงดันไฟฟ้ารวมของสตริงต้องไม่เกินพิกัดแรงดันไฟฟ้าของอุปกรณ์ป้องกัน DC ในระบบ เช่น DC MCB หรือ DC Fuse ซึ่งโดยทั่วไปมีพิกัดแรงดันที่ 500 VDC, 1,000 VDC หรือ 1,500 VDC

2. การคำนวณจำนวนแผงต่ออนุกรมขั้นต่ำต่อสตริง (\(N_{min}\))

• วัตถุประสงค์: เพื่อให้แรงดันไฟฟ้าขณะทำงานรวมของสตริง (\(V_{mp_string}\)) ไม่ตกต่ำกว่าช่วงแรงดันทำงานขั้นต่ำของระบบติดตามจุดกำลังสูงสุด (MPPT) ในอินเวอร์เตอร์ ทำให้ระบบสามารถทำงานผลิตไฟฟ้าได้อย่างต่อเนื่อง
• ปัจจัยเรื่องอุณหภูมิ: แผงโซลาร์เซลล์จะมีแรงดันขณะทำงาน (\(V_{mp}\)) ลดต่ำลงเมื่อตากแดดจัดจนเกิดความร้อนสะสมบนผิวเซลล์สูง (\(T_{max_cell} \approx 65^\circ\text{C}\)): \[V_{mp_temp_max} = V_{mp_STC} \times \left[1 + \frac{\alpha_{Vmp}}{100} \times (T_{max_cell} – 25)\right]\]
• สูตรคำนวณจำนวนแผงขั้นต่ำ: \[N_{min} = \left\lceil \frac{V_{mpp_min_inverter}}{V_{mp_temp_max}} \right\rceil \quad \text{(ปัดเศษทศนิยมขึ้นเสมอ)}\]

3. การตรวจสอบกระแสไฟฟ้าและการจัดขนานสตริง (Parallel Strings & Current Matching)

• พิกัดกระแสขาเข้าของอินเวอร์เตอร์: เมื่อนำสตริงมาต่อขนานกันเข้าสู่ช่อง MPPT เดียวกัน กระแสไฟฟ้ารวม (\(I_{sc_total}\) และ \(I_{mp_total}\)) จะเพิ่มขึ้นตามจำนวนสตริง จึงต้องควบคุมไม่ให้เกินพิกัดกระแสไฟฟ้ากระแสตรงขาเข้าสูงสุด (\(I_{dc_max}\)) ของอินเวอร์เตอร์
• การติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันกระแสไหลย้อนกลับ: หากมีการต่อขนานกันตั้งแต่ 2 สตริงขึ้นไป จำเป็นต้องติดตั้ง DC Fuse (Type gPV) พิกัดแรงดัน 1,000 VDC/1,500 VDC โดยคิดพิกัดกระแสเผื่อ Safety Factor 1.56 เท่าของกระแสลัดวงจร (\(I_{sc}\)) เพื่อป้องกันกระแสไหลย้อนกลับ (Reverse Current) เข้าสร้างความเสียหายแก่แผง

4. การเลือกอุปกรณ์ประกอบระบบ (BOS) ให้สอดคล้องกับชุดสตริง

นอกจากการคำนวณแรงดันและกระแสของสตริงแล้ว การเดินสายและติดตั้งอุปกรณ์ประกอบระบบต้องเป็นไปตามมาตรฐานความปลอดภัย:

• สายไฟฟ้า DC: เลือกใช้สาย Solar Cable (PV1-F / H1Z2Z2-K) ชนิดตัวนำทองแดงเคลือบดีบุก ฉนวน XLPO ทนความร้อนและรังสี UV โดยคำนวณขนาดสายเพื่อควบคุมแรงดันตกในสาย (Voltage Drop) ให้ ไม่เกิน 1%–2%
• ขั้วต่อ MC4: ใช้คอนเนกเตอร์กันน้ำกันฝุ่นมาตรฐาน IP67/IP68 ย้ำเข้าหัวด้วยคีมย้ำเฉพาะทาง และ ห้ามต่อข้ามยี่ห้อ (Cross-mating) เพื่อป้องกันความต้านทานสัมผัสสูงจนเกิดความร้อนสะสมและไหม้หลอมละลาย
• อุปกรณ์ตัดต่อและป้องกัน: ติดตั้ง DC MCB, DC Surge Protective Device (DC SPD Type 2) สำหรับป้องกันไฟกระชากจากฟ้าผ่า และ DC Isolator Switch สำหรับปลดวงจรขณะไม่มีโหลดก่อนการซ่อมบำรุง
• ระบบสายดิน: ต่อโครงอะลูมิเนียมของแผงและรางยึดเข้าด้วยกันด้วย Grounding Washer เพื่อเจาะทะลุชั้นฟิล์มอโนไดซ์ แล้วลากสายดินลงแท่งหลักดิน โดยตรวจวัดความต้านทานการต่อลงดินได้ ไม่เกิน 5 \(\Omega\)

💡 หากคุณมีสเปกของแผงโซลาร์เซลล์ (\(V_{oc}, V_{mp}, I_{sc}\)) และรุ่นอินเวอร์เตอร์ที่ต้องการใช้งาน สามารถแจ้งข้อมูลเข้ามาเพื่อให้ช่วยคำนวณโจทย์จริงเป็นตัวอย่างได้นะครับบความสำเร็จในการส่งออกไฟฟ้าไปยังอินเดีย ซึ่งเป็นการสร้างรายได้ให้กับประเทศ และแสดงให้เห็นถึงศักยภาพของเนปาลในด้านการผลิตไฟฟ้า