Battery แบตเตอรี่ สำหรับพลังงานทดแทน

   Battery แบตเตอรี่ เป็นอุปกรณ์เก็บประจุไฟฟ้า และจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับอุปกรณ์ต่างๆ แบ่งได้เป็น 2 ประเภท คือ

แบตเตอรี่ปฐมภูมิ (Primary Battery)
แบตเตอรี่ที่ทำการชาร์จจนเต็มมาจากโรงงาน เช่น แบตเตอรี่นาฬิกา แบตเตอรี่ไฟฉาย ซึ่งเมื่อใช้ไฟในแบตเตอรี่จนหมด ก็ไม่สามารถกลับนำมาใช้ใหม่ได้

แบตเตอรี่ทุติยภูมิ (Secondary Battery)
แบตเตอรี่ที่ทำการชาร์จใหม่ได้ เมื่อแบตเตอรี่มีไฟที่อ่อนลง เช่นแบตเตอรี่รถยนต์ แบตเตอรี่มือถือ หรือแบตเตอรี่โซลาร์เซลล์

    ระบบผลิตไฟฟ้าจากแผงโซลาร์เซลล์ จะใช้แบตเตอรี่แบบทุติยภูมิ ซึ่งสามารถชาร์จประจุไฟฟ้าได้ใหม่ เมื่อแบตเตอรี่มีกำลังไฟที่อ่อนลง แบตเตอรี่จะเก็บพลังงานไฟฟ้า ที่ผลิตได้จากแผงโซลาร์เซลล์ เข้ามาเก็บไว้ แล้วปล่อยกำลังไฟฟ้าออกไปให้กับโหลด ในเวลาที่ไม่มีแสงอาทิตย์ ในช่วงเวลากลางคืน หรือเมฆครึ้มตลอดวัน

    การชาร์จแบตเตอรี่ ในระบบการผลิตไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ จะผลิตจากแผงโซลาร์เซลล์ โดยผ่าน เครื่องควบคุมการชาร์จ และแบตเตอรี่ที่ใช้ จะมีหลายชนิด เช่น ลีดเอซิด (Lead-Acid Battery), อัลคาไลน์ (Alkaline), นิคเกิลแคดเมียม (Nickel-cadmium) แต่ที่นิยมใช้กันมากที่สุดก็คือ แบตเตอรี่ ลีดเอซิด เพราะมีอายุการใช้งานที่ยืนยาว และมีการปล่อยกระแสไฟฟ้าที่สูง ส่วนโหลดอาจจะเป็นโหลดไฟฟ้ากระแสตรง หรือถ้าต้องการใช้งานกับโหลดไฟฟ้ากระแสสลับ ก็ต้องต่อผ่านอินเวอร์เตอร์ เพื่อแปลงกระแสไฟฟ้า

โครงสร้างของแบตเตอรี่ แบบลีดเอซิด (Lead-Acid Battery)

    ภายในลีดเอซิดแบตเตอรี่ จะประกอบด้วยเซลล์อยู่ภายใน โดยต่อกันแบบอนุกรม จำนวนเซลล์ ขึ้นอยู่กับการออกแบบแบตเตอรี่นั้นๆ ว่าให้มีค่าแรงดันใช้งานที่เท่าไร โดยทั่วไปหนึ่งเซลล์มีแรงดันประมาณ 2 โวลท์ ดังนั้นถ้าให้จ่ายไฟ 12 โวลท์ จะมีแผงภายในจำนวน 6 เซลล์ ต่ออนุกรมกันอยู่

    การปล่อยประจุไฟฟ้าของแบตเตอรี่ จะแบ่งออกเป็นสองแบบด้วยกัน ดังนี้

Shallow-Cycle Battery
เป็นแบตเตอรี่แบบรถยนต์ จะแบตเตอรี่ที่ออกแบบมา ให้สามารถปล่อยประจุไฟฟ้าได้น้อย ประมาณ 10-20 เปอร์เซนต์ ของประจุไฟฟ้าทั้งหมด ก่อนจะทำการชาร์จประจุใหม่ การปล่อยประจุไฟฟ้า จะมีหน่วยเป็นแอมอาวด์ (Ahr) หมายถึง ปริมาณการปล่อยประจุกระแสไฟฟ้าใน 1 ชั่วโมง แต่ในความเป็นจริง จะไม่สามารถปล่อยประจุจากแบตเตอรี่จนหมดได้ เช่น หากมีแบตเตอรี่ ขนาด 100 แอมอาวด์ แบตเตอรี่นี้จะปล่อยประจุไฟฟ้า ได้เพียง 10-20 แอมอาวด์ หลังจากนั้นจะต้องทำการชาร์จประจุให้เต็ม ก่อนการคลายประจุครั้งต่อไป ถ้าการปล่อยประจุมากเกินกว่าที่กำหนดไว้ จะทำให้แบตเตอรี่ มีอายุการที่ใช้งานที่สั้นลง เสื่อมเร็วอย่างมาก จำนวนครั้งในการชาร์จจะลดลง

Deep-Cycle Battery
แบตเตอรี่ที่ออกแบบมา ให้สามารถปล่อยประจุไฟฟ้าได้มาก ประมาณ 60-80 เปอร์เซนต์ ของประจุไฟฟ้าทั้งหมด ก่อนจะทำการชาร์จประจุใหม่ ส่วนใหญ่จะนำมาใช้กับ ระบบผลิตพลังงานไฟฟ้าในบ้านพักอาศัย แบตเตอรี่ชนิดนี้ จะมีราคาที่สูงกว่าแบบแรกมาก แต่ใช้เพียงไม่กี่ตัว ก็สามารถทดแทนประจุไฟฟ้ารวม จากแบตเตอรี่แบบแรกได้ แบตเตอรี่แบบนี้ จะมีความคุ้มค่าในระยะยาว

    การใช้แบตเตอรี่รถยนต์ แทนแบตเตอรี่ระบบพลังงานแสงอาทิตย์ แบบ Deep-Cycle สามารถใช้ได้ ถ้าอุปกรณ์ไฟฟ้าใช้กระแสไฟไม่มาก แต่ต้องคำนวนให้ดีว่า ไม่ควรที่จะปล่อยกระแสไฟ ออกจากแบตเตอรี่ให้มากเกินไป เกินกว่าสเปคที่กำหนดไว้ เพราะถ้าปล่อยกระแสไฟ ออกจากแบตมากเกินไป จะทำให้อายุการใช้งานของแบตเตอรี่สั้นลง จนไม่สามารถเก็บประจุไฟฟ้าได้อีกต่อไป

    อีกอย่าง แบตเตอรี่รถยนต์ มีอายุการใช้งานประมาณ 2 ปี แต่ถ้าเป็นแบตเตอรี่ ดีพไซเคิล ที่สามารถปล่อยประจุไฟฟ้าได้มาก จะมีอายุการใช้งาน 4-5 ปี ถ้าใช้งานกับระบบโซลาร์เซลล์แล้ว แบตเตอรี่แบบดีพไซเคิล มีความคุ้มค่ามากกว่า และราคา ณ ปัจจุบัน(2556) ถือว่าลดลงมาจากที่ผ่านมามาก อีกทั้ง ยังจ่ายกระแสไฟให้กับโหลดได้มากกว่า ก่อนที่จะต้องทำการชาร์จประจุใหม่

ข้อควรระวัง!

    ไม่ควรปล่อยให้แบตเตอรี่ ปล่อยประจุไฟฟ้าจนหมด เพราะจะทำให้ประสิทธิภาพในการเก็บประจุ ของแบตเตอรี่ลดลงไปอย่างมาก และบางครั้งจะไม่สามารถนำกลับมาชาร์จประจุได้อีกต่อไป ดังนั้น การชาร์จประจุเข้าแบตเตอรี่ ควรมีเครื่องควบคุมการชาร์จที่เหมาะสม ปรับแรงดันให้คงที่ ไม่ให้สูงไป เพราะอาจทำให้แบตเตอรี่เสียหายได้ หรือถ้าแบตเตอรี่มีแรงดันที่ต่ำ น้อยกว่าค่าที่ตั้งไว้ในเครื่องควบคุมการชาร์จ ระบบการชาร์จ ก็จะปลดโหลดในการใช้งานออกไปทันที ไม่ให้แบตเตอรี่มีการจ่ายไฟออก เพราะถ้าแบตเตอรี่จ่ายไฟออกไปจนหมด จะทำให้เซลล์ที่อยู่ข้างใน ไม่สามารถกลับมาชาร์จประจุได้อีก

    ควรออกแบบวงจร ให้การชาร์จแบตเตอรี่เต็มทุกวัน เพราะถ้าแบตเตอรี่แบบลีดเอซิด ไม่เคยชาร์จเต็มเลย จะทำให้อายุการใช้งานของแบตเตอรี่สั้นลง ควรติดตั้งแบตเตอรี่ ที่อุณภูมิที่กำหนดไว้ในสเปค โดยส่วนใหญ่แล้ว แบตเตอรี่จะทำงานได้ดีที่อุณภูมิ 25 องศาเซลเซียส ถ้าอุณหภูมิสูงขึ้น จะทำให้อายุการใช้งานของแบตเตอรี่ลดลง ถ้าอุณหภูมิต่ำลง จะทำให้ประสิทธิภาพในการเก็บประจุลดลง

เทคนิคการคำนวณหาแบตเตอรี่ที่ใช้ในระบบ โซลาร์เซลล์

    - เราควรรู้ว่า อุปกรณ์ไฟฟ้าของเรา ใช้ปริมาณไฟฟ้าเท่าไร ปริมาณกี่วัตต์ เป็นระยะเวลากี่ชั่วโมง เพื่อต้องการทราบ พลังงานที่ต้องใช้สูงสุด และพลังาน

    - คำนวณขนาดแผงโซลาร์เซลล์ ที่สามารถผลิตไฟได้เพียงพอ ต่อวัน

    - คำนวณขนาดกระแสไฟ ที่ต้องใช้ต่อวัน จากระบบไฟที่ต้องใช้ 12V 24V หรือ 48V

    - คำนวณขนาดแบตเตอรี่ หากต้องการให้แบตเตอรี่อายุยืน ควรใช้งาน 20% ของความจุแล้วชาร์จเต็ม กรณีใช้งานจนแบตอ่อนทุกวัน แล้วชาร์เต็ม เป็นการใช้งานหนัก จะทำให้แบตเตอรี่เสื่อมอย่างรวดเร็ว   อย่างน้อย ขนาดแบตเตอรี่ Ah ควรมีขนาด มากกว่า ขนาดแผง W

A. Amp : กระแสไฟที่ ไหลผ่าน เช่น 8A 16A
Ah. Amp-hour : แอมป์แบตเตอรี่ แสดงความจุของแบต เช่น 7Ah 50Ah 100Ah 150Ah 200Ah
V. Voltage : แรงดันไฟฟ้า เช่น DC 12V 24V 48V   AC 220V
W. Watt : กำลังไฟฟ้า สูตร P = I x V   กระแสไหล คูณ แรงดัน

การออกแบบใช้งานจริง โปรเจค Street Light 30W ระบบไฟ 12V

คำนวณ วัตต์ ที่ต้องการต่อวัน
    เริ่มต้นจากสิ่งที่เรารู้ คือ Load LED 30W หมายถึง LED ต้องการพลังงาน 30W ต่อชั่วโมง เปิดใช้งาน 1 คืน (12 ชม.)
    พลังงานไฟฟ้า ที่ต้องการต่อวัน 30W x 12 ชม. = 360W (ต่อวัน)

คำนวณ ขนาดแผงโซลาร์เซลล์
    แผงโซลาร์เซลล์ 1 แผน จะมีขนาดวัตต์ของแผง เป็นพลังงานไฟฟ้าที่ผลิตได้ เมื่อมีแสงสว่าง 100% เป็นเวลา 1 ชั่วโมง ตามความเป็นจริง ความสว่างของแสงอาทิตย์ จะไม่คงที่ มีแดดอ่อน มีเมฆบัง มีฝน มีความร้อน   พลังงานที่ผลิตได้ ในแต่ละวัน เฉลี่ยทั้งปี ถ้าคิด 100% จะได้ไฟ 3-5 เท่า ของขนาดแผง (บางคนเรียกได้ไฟ 3-5 ชั่วโมง)
    โปรเจคนี้ ควรใช้แผง 360W / 3 = 120W (ขนาดแผงที่แนะนำ)
    กรณีคิดเพียง 4 ชม.   360W / 4 = 90W พลังงานอาจไม่พอใช้ในวันที่ฝนตกติดต่อกันหลายวัน เนื่องจากเราคำนวณวันต่อวัน

คำนวณ ขนาดแบตเตอรี่
    ระบบแบตเตอรี่ที่เราต้องใช้ แบบ 12V คำนวณหากระแสไฟ ที่ใช้ต่อวัน จากสูตร P = I x V จะได้ I = P / V
    การแสไฟที่ต้องการต่อวัน 360W / 12V = 30A ต่อวัน
    คำนวณขนาดแบตเตอรี่ ที่แนะนำ ใช้งานเพียง 20% ของความจุ 30A / 20% = 30A x 5 = 150Ah ขนาดแบต
    หรือ ขนาดแบตเตอรี่ ที่ยอมได้ มีตัวเลข เท่ากับขนาดแผง เลือกแผง 120W จะใช้แบต ขนาด 120Ah
    ซึ่งบางหน่วยงาน อาจใช้คำพูดว่า แบตเตอรี่สำรองไฟไม่ต่ำกว่า 4 วัน นั่นหมายถึง 30A x 4 = 120Ah

    การออกแบบ แบตเตอรี่ หลายคนอาจจะมองว่า ทำไมใช้ใช้ขนาดใหญ่ ใช้ 60Ah 80Ah ก็เพียงพอ ตามหลักความเป็นจริงแล้ว หลักการคำนวณแบตเตอรี่ เป็นการคำนวณแบตใหม่ ใน 1 เดือนแรกใช้งานได้ 100%   อย่าลืมว่า แบตเมื่อมีการใช้งานแล้ว จะมีความเสื่อมของแบต เกิดขึ้นทุกครั้ง ที่มีการใช้งาน ดังนั้น ความจุแบตจะลดลงเรื่อยๆ ทำให้เห็นว่าแบตใหม่ ใช้งานได้ตลอดคืน แต่ผ่านไป 6 เดือน 8 เดือน หรือ 1 ปี หลอดไฟจตะติดไม่ทั้งคืน สาเหตุ มาจากใช้แบต เล็กจนเกินไป แบตใช้งานหนัก

ยกตัวอย่าง   แบตใหม่ 100Ah หากมีความเสื่อม 0.5% ทุกวัน ผ่านไป 365 วัน ความจุแบตที่ใช้งานได้ จะเหลือเพียง 16Ah
หากคำนวณความเสื่อม น้อยกว่าเดิม เพียง 0.1% ทุกวัน ผ่านไป 365 วัน ความจุแบตที่ใช้งานได้ จะเหลือเพียง 69Ah
    จะเห็นได้ว่า การคำนวณแบตเตอรี่ ไม่มีคำว่าผิดหรือถูก ขนาดใดก็ได้ ขึ้นอยู่กับว่าแต่ละคนจะเผื่ออย่างไร หรือรับประกันงานนานเท่าใด และที่สำคัญที่สุด คืองบในการซื้ออุปกรณ์

Solar Thailand