การทำงานของแผงโซล่าเซลล์และอินเวอร์เตอร์

          การต่อใช้งานแผงเซลล์แสงอาทิตย์กับอินเวอร์เตอร์ในรูปแบบต่างๆ เพื่อความเหมาะสมในการใช้งานในระบบโซล่าฟาร์ม จะส่งผลต่อต้นทุนที่ถูกลงได้

แบบแรงดันต่ำ

หากแรงดันจากแผงเซลล์อยู่ในช่วงแรงดันต่ำ  (UDC < 120 V) การต่อวงจรแผงเซลล์ในสตริงจะใช้แผงเซลล์ไม่มาก (ประมาณ 3 ถึง 5 แผง) ดังรูปที่ 1

            ข้อดีของการต่อวงจรแผงเซลล์เมื่อสตริงสั้นคือ หากเกิดการบังเงาขึ้นจะส่งผลกระทบกับระบบน้อยกว่าสตริงยาวเนื่องจากกระแสเหลือค้างจากสตริงอื่นๆ ที่ไม่ถูกบังเงาจะไหลไปยังอินเวอร์เตอร์ นอกจากนี้การที่แรงดันต่ำกว่า 120 โวลต์ จึงเป็นไปได้ที่จะออกแบบระบบโดยใช้อุปกรณ์ที่มีระบบการป้องกันใน Class III ได้ โดยที่ตารางที่ 1 แสดงระดับการป้องกันของอุปกรณ์ไฟฟ้า

           ข้อเสียจะเกิดขึ้นเนื่องจากกระแสไหลในระบบมาก ดังนั้นสายไฟจำเป็นต้องมีขนาดใหญ่หรืออินเวอร์เตอร์ต้องอยูใกล้กับระบบแผงเซลล์ (array) เพื่อลดผลของ Ohmic losses ทั้งนี้ การใช้งานจริง จึงเหมาะกับระบบแบบ building integrated system ซึ่งการออกแบบแผงเซลล์เฉพาะแต่ละการติดตั้งระบบ

 

แบบแรงดันสูง

รูปแบบนี้ต้องการอุปกรณ์ที่มีระดับการป้องกัน Class II เพื่อต่อวงจรแผงเซลล์ในสตริงเป็นจานวนมาก

(UDC > 120 V) รูปที่ 2 แสดงไดอะแกรมการต่อระบบรูปแบบรวมศูนย์แบบแรงดันสูง

                  ข้อดีของแบบแรงดันสูง คือ สายไฟมีขนาดเล็กลงเนื่องจากกระแสในระบบน้อยสำหรับ

                  ข้อเสีย คือ มีโอกาสในการสูญเสียเนื่องจากเงาบังเพราะ String ที่ต่อยาว อาจมีการต่ออนุกรมแผงเซลล์มากถึง 6-10 แผง (ขึ้นอยู่กับค่าแรงดันของชนิดแผงเซลล์)

 

แบบ master - slave

     ระบบเซลล์แสงอาทิตย์ขนาดใหญ่ที่ใช้รูปแบบรวมศูนย์มักใช้อินเวอร์เตอร์ ในแบบนี้ คือ มีอินเวอร์เตอร์มากกว่าหนึ่งตัว โดยแบ่งพิกัดกำลังของอินเวอร์เตอร์ ออกไปให้อินเวอร์เตอร์ มาสเตอร์(master) ทำงานในช่วงความเข้มรังสีอาทิตย์ต่ำ จนกระทั่งความเข้มรังสีอาทิตย์เพิ่มขึ้นได้กาลังไฟฟ้ามากเกินกว่าอินเวอร์เตอร์มาสเตอร์ ทำงานได้จึงให้อินเวอร์เตอร์สลาฟ (slave) ทำงาน รูปที่ 3 แสดงไดอะแกรมการต่อระบบรูปแบบรวมศูนย์ แบบ master - slave ข้อแนะนาคือ ควรให้ทำหน้าที่สลับกันเป็นรอบ (rotating master) เพื่อให้ทำงานที่ภาระเฉลี่ยเท่ากัน

                ข้อดี ที่ความเข้มแสงต่ำอินเวอร์เตอร์หลัก (Master) จะทำงานเพียงตัวเดียวทำให้มีประสิทธิภาพในการแปลงไฟฟ้าสูง

                ข้อเสีย ต้นทุนของระบบอาจสูงเนื่องจากจำนวนอินเวอร์เตอร์ที่ใช้เพียงตัวเดียวที่กำลังไฟฟ้าระบบเท่ากัน

รูปแบบระบบย่อยและสตริงอินเวอร์เตอร์

 ส่วนใหญ่ระบบขนาด 3 กิโลวัตต์ขึ้นไปนั้นนิยมใช้งานอินเวอร์เตอร์ ในรูปแบบสตริงอินเวอร์เตอร์ หากระบบใหญ่มากขึ้นหรือเป็นระบบขนาดกลางจะใช้อินเวอร์เตอร์ ในรูปแบบระบบย่อย โดยที่ไดอะแกรมระบบย่อยและสตริงอินเวอร์เตอร์ แสดงในรูปที่ 4

                    ข้อดีคือ ทำให้ปรับพิกัดกำลังของระบบตามสภาพของความเข้มรังสีอาทิตย์ได้ดี โดยในแต่ละระบบย่อยหรือสตริงต้องมีทิศทางและมุมเดียวกันในการติดตั้งไม่ต้องมีการเชื่อมต่อกับแผงเซลล์แสงอาทิตย์หรือกล่องเชื่อมต่อระหว่างเซลล์แสงอาทิตย์ (junction box) และลดจำนวนสายไฟและไม่ต้องใช้สายเมนไฟฟ้ากระแสตรง

                      ข้อเสียคือ เมื่อเกิดการบังเงาจะทำให้เกิดกำลังสูญเสียมาก

 

รูปแบบโมดูลอินเวอร์เตอร์ (module inverter)

รูปแบบนี้มีแนวคิดจากความต้องการให้แต่ละแผงเซลล์ทำงานที่จุดกำลังสูงสุดซึ่งส่งผลให้ประสิทธิภาพรวมของระบบสูง มีวิธีการทำโดยการนำอินเวอร์เตอร์ไปติดไว้ที่แผงเซลล์แต่ละแผงซึ่งอินเวอร์เตอร์ชนิดนี้ เรียกว่า AC module มีขนาดเล็กสามารถติดตั้งไว้ภายในกล่องเชื่อมต่อ (junction box) ของแผงเซลล์ได้ ในรูปที่ 5 ไดอะแกรมของโมดูลอินเวอร์เตอร์ รูปแบบนี้

               ข้อดี คือ ระบบสามารถต่อขยายได้เรื่อยๆ ซึ่งรูปแบบอื่นไม่สามารถทำได้

               ข้อเสีย คือ มีประสิทธิภาพต่ำเมื่อเทียบกับอินเวอร์เตอร์แบบรวมศูนย์ ซึ่งในความเป็นจริงเมื่อมองในภาพรวมของระบบแล้วนั้นประสิทธิภาพต่ำกว่าเพียงเล็กน้อยนี้จะถูกชดเชยด้วยการทำงานที่จุดกำลังสูงสุดตลอดเวลา อย่างไรก็ตาม AC module ยังมีราคาสูงการใช้งาน AC module ต้องมันใจว่าอินเวอร์เตอร์ ในระบบซึ่งชำรุดเสียหายต้องสามารถเปลี่ยนใหม่ได้ง่าย ซึ่งทำให้มีการติดตามการทำงานของอินเวอร์เตอร์ แต่ละตัวรูปแบบโมดูลอินเวอร์เตอร์เหมาะสาหรับระบบ façade-integrated โดยเฉพาะหากมีการบังเงาเป็นจุดๆ โดยรอบ