ติดตั้งแผงโซลาร์เซลอย่างไร? ให้มีประสิทธิภาพสูงสุด

พลังงานแสงอาทิตย์ (Solar Energy) คือ พลังงานสะอาด ที่มีอย่างไม่จำกัด ช่วยรักษาสิ่งแวดล้อม เพราะทดแทนการใช้พลังงานฟอสซิล ที่ปล่อยก๊าสคาร์บอนไดออกไซด์สู่ชั้นบรรยากาศ เกิดภาวะเรือนกระจก แล้วทำให้โลกร้อนขึ้น ส่งผลให้เกิดภัยธรรมชาติรุนแรงยิ่งขึ้นทุกปี
การนำพลังงานแสงอาทิตย์มาใช้ จะต้องมีแผงโซลาร์เซล (Solar Panel) ที่รับพลังงานแสงอาทิตย์ แล้วเปลี่ยนไปเป็นพลังงานไฟฟ้ากระแสตรง (DC: Direct Current) สามารถนำไปประยุกต์ (ต่อแผงโซลาร์กับอุปกรณ์ต่างๆ) ได้หลากหลาย เช่น
  •  Inverter อินเวอร์เตอร์แปลงไฟเป็นไฟบ้าน 220 โวลท์ กระแสสลับ (AC)
  •  Solar Air Condition เครื่องปรับอากาศที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์
  •  ปั๊มน้ำ ซึ่งมีทั้งแบบหอยโข่ง และแบบซัมเมอร์ส
  •  เครื่องชาร์ตแบตเตอรี่ และเครื่องใช้ไฟฟ้าต่างๆ
การติดตั้งแผงโซลาร์เซลให้มีประสิทธิภาพสูงสุดนั้น จะใช้เหตุผลทางวิทยาศาสตร์ ซึ่งอาจดูยากสำหรับบางท่าน แต่ผมจะพยายามอธิบายง่ายๆ ให้ท่านผู้อ่านเข้าใจและสามารถนำไปปรับใช้ได้เอง ที่จริงแล้ว เป็นวิทยาศาสตร์ของเด็กประถม หลายคนมักก่นด่าหลักสูตรการศึกษาว่า จะให้เรียนไปทำไมก็ไม่รู้ ไม่สามารถนำไปใช้ในชีวิตประจำวันได้ ความรู้วิทยาศาสตร์ ที่ช่วยการติดตั้งแผงโซลาร์เซลให้มีประสิทธิภาพ คือ
  1. โลกหมุนรอบตัวเอง และโลกโคจรรอบดวงอาทิตย์ ไปพร้อมๆกัน
    – หมุนรอบตัวเอง ครบ 1 รอบ เท่ากับ 1 วัน
    – โคจรรอบดวงอาทิตย์ ครบ 1 รอบ เท่ากับ 1 ปี
  2. โลกหมุนรอบตัวเอง จุดศูนย์กลางของการหมุนนี้ เรียกว่า “แกนโลก”
    (คือ แกนที่ผ่านจุดศูนย์กลางขั้วโลกเหนือ และจุดศูนย์กลางขั้วโลกใต้)
  3. โลกโคจรรอบดวงอาทิตย์เป็นเส้นโค้ง(เป็นวงรี) ด้วยแกนหมุนรอบตัวเอง ที่เอียง 23.5° คงที่ ไปทิศทางเดิมตลอดปี ทำให้ซีกโลกเหนือและซีกโลกใต้ สลับกันอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์ ปรากฏการณ์นี้ ส่งผลให้เกิดฤดูกาลต่างๆ ในรอบ 1 ปี
  4. ประเทศไทย ตั้งอยู่เหนือเส้นศูนย์สูตร ค่อนไปทางขั้วโลกเหนือ (กรุงเทพฯ ตั้งอยู่ที่ ละติจูด 13° เหนือ)
  5. พื้นที่แผงโซลาร์มาก จะได้พลังงานไฟฟ้ามาก พื้นที่แผงโซลาร์น้อย จะได้พลังงานไฟฟ้าน้อย (ตามรูปข้างล่าง)
การวางแผงโซลาร์ ให้ตั้งฉากกับแสงดวงอาทิตย์ (รูปซ้ายมือ) เราจะได้พลังงานไฟฟ้ามากกว่า วางแผงโซลาร์เอียงออก (รูปขวามือ) การเอียงออก หรือไม่ตั้งฉากกับแสงดวงอาทิตย์ ทำให้พื้นที่รับแสงน้อยลง การรับพลังงานจากแสงอาทิตย์ ก็จะน้อยลงไปด้วย ดังนั้น การติดตั้งแผงโซลาร์ให้มีประสิทธิภาพสูงสุด คือ การติดตั้งแผงโซลาร์ให้ตั้งฉากกับแสงดวงอาทิตย์ ให้ได้นานที่สุด เพื่อจะได้พลังงานมากที่สุด แต่ทว่า โลกและดวงอาทิตย์ ไม่ได้อยู่กับที่ เราจะต้องออกแบบอย่างไร?

โลกโคจรรอบดวงอาทิตย์ ด้วยแกนโลกเอียง 23.5° คงที่ (ตามรูปข้างบน แกนสีแดง)

  • ช่วงเดือนมีนาคม(กพ.-มย.) ซีกโลกเหนือ และซีกโลกใต้ ได้รับแสงอาทิตย์เท่ากัน ผิวโลกที่อยู่ตามแนวเส้นศูนย์สูตร ณ เที่ยงวัน จะตั้งฉากกับดวงอาทิตย์พอดี เนื่องจากประเทศไทย อยู่เหนือเส้นศูนย์สูตร (ที่ ละติจูด 6° ถึง 20° เหนือ) ที่กรุงเทพฯ ณ เที่ยงวัน ดวงอาทิตย์จะเอียงมาทางทิศใต้ประมาณ 14 ° ดังนั้น แผงโซลาร์ จะต้องทำมุมกับเสา 76° (เอียงแผงเล็กน้อยไปทางทิศใต้) เด็กประถม จะถูกสอนว่า ช่วงนี้กลางวัน กลางคืน จะยาวนานเท่ากัน ซีกโลกเหนือ จะได้รับความร้อนจากดวงอาทิตย์เพิ่มขึ้น เมื่อเทียบกับ 3 เดือนก่อน ทำให้ต้นไม้ผลิใบ (ซีกโลกใต้จะเป็นตรงกันข้าม)
  • ช่วงเดือนมิถุนายน (พค.-กค.) ขั้วโลกเหนือ เอียงเข้าหาดวงอาทิตย์ ซีกโลกเหนือรับแสงอาทิตย์ มากกว่าซีกโลกใต้ ประเทศไทย ณ เที่ยงวัน เกือบจะตั้งฉากกับดวงอาทิตย์ ดังนั้น แผงโซลาร์ จะต้องทำมุมกับเสา 90 – 100° (แอ่นแผงเล็กน้อยมากๆ ไปทางทิศเหนือ หรือตั้งฉากกับดวงอาทิตย์ เลยก็ได้) เด็กประถม จะถูกสอนว่า ช่วงนี้กลางวัน จะยาวนานมากกว่า กลางคืน สำหรับซีกโลกเหนือ ซีกโลกเหนือ จะได้รับความร้อนจากดวงอาทิตย์มากที่สุด จะกลายเป็นฤดูร้อน (ซีกโลกใต้จะเป็นตรงกันข้าม คือเป็นฤดูหนาว) ภูมิภาคของประเทศไทย เป็นช่วงมรสุม จะมีฝนตกมาก จึงเป็นต้นฤดูฝน
  • ช่วงเดือนกันยายน (สค.-ตค.) ซีกโลกเหนือ และซีกโลกใต้ ได้รับแสงอาทิตย์เท่ากัน ผิวโลกที่อยู่ตามแนวเส้นศูนย์สูตร ณ เที่ยงวัน จะตั้งฉากกับดวงอาทิตย์พอดี ประเทศไทย ณ เที่ยงวัน ดวงอาทิตย์จะเอียงมาทางทิศใต้ประมาณ 14 ° ดังนั้น แผงโซลาร์ จะต้องทำมุมกับเสา 76° (เอียงแผงเล็กน้อยไปทางทิศใต้) เด็กประถม จะถูกสอนว่า ช่วงนี้กลางวัน กลางคืน จะยาวนานเท่ากัน (เหมือนกับ ช่วงมีนาคม) ซีกโลกเหนือ จะได้รับความร้อนจากดวงอาทิตย์ลดลง เมื่อเทียบกับ 3 เดือนก่อน ทำให้ต้นไม้ผลัดใบทิ้ง (ซีกโลกใต้จะเป็นตรงกันข้าม)
  • ช่วงเดือนธันวาคม (พย.-มค.) ขั้วโลกใต้ เอียงเข้าหาดวงอาทิตย์ ซีกโลกใต้ ได้รับแสงอาทิตย์ มากกว่าซีกโลกเหนือ ประเทศไทยอยู่ซีกโลกเหนือ ณ เที่ยงวัน จะเอียงออกจากดวงอาทิตย์มากที่สุดเมื่อเทียบกับช่วงเดือนอื่นๆ ข้างต้น ดังนั้น แผงโซลาร์ จะต้องทำมุมกับเสา 52° (เอียงแผงไปทางทิศใต้ อย่างมาก) เด็กประถม จะถูกสอนว่า ช่วงนี้กลางคืน จะยาวนานมากกว่า กลางวัน สำหรับซีกโลกเหนือ ซีกโลกเหนือ จะได้รับความร้อนจากดวงอาทิตย์น้อยที่สุด จะกลายเป็นฤดูหนาว (ซีกโลกใต้จะเป็นตรงกันข้าม คือเป็นฤดูร้อน) และเพื่อให้ได้รับแสงช่วงเช้าและช่วงบ่าย มากใกล้เคียงกัน ควรติดตั้งแผงโซลาร์ขวางตามแนวทิศตะวันออก ไปทิศตะวันตกพอดี (หมุนแผงให้ตรงทิศออก-ตก)

 

ตั้งแผงตามแนวทิศออก-ตก
  • การตั้งเสา เพื่อยึดแผงโซลาร์ ควรใช้เข็มทิศจริงๆ ตั้งทิศทางของเสา หรือจะใช้เข็มทิศใน Smart Phone ก็ได้ (มีแอพเข็มทิศฟรีอยู่มากมาย) หรือใช้เงาแสงอาทิตย์ โดยให้ตั้ง 2 เสาทางทิศใต้ก่อน (หรือตั้ง 2 เสาทางทิศเหนือก่อนก็ได้)
  • โดยที่ให้เงาของเสาด้านตะวันออก ทับเสาด้านตะวันตก ขณะดวงอาทิตย์ขึ้น
  • ให้เงาของเสาด้านตะวันตก ทับเสาด้านตะวันออก ขณะดวงอาทิตย์ตก
การออกแบบโครงสร้างเหล็กยึดแผงโซล่าเซล ต้องให้มีความแข็งแรง ต้านทานแรงลมในช่วงที่มีกระแสลมแรงๆได้
โครงสร้างเหล็กยึดแผงโซล่าเซล
แถมยังสามารถปรัมมุมเงย โดยเอียงทำมุมกับเสา ตั้งแต่ 52° – 100° ได้อีกด้วย อาจต้องปรึกษาช่างเหล็ก หากเราไม่ชำนาญงานเหล็ก
เปลี่ยนช่องยึดน๊อต เพื่อเปลี่ยนมุมเงย
สำหรับการคำนวนมุมเงยของแผงโซลาร์ ในแต่ละสถานที่/จังหวัดในประเทศไทย
มีสูตรสำเร็จให้เราใช้ฟรี อยู่หลาย Web ให้พิมพ์ที่ Google Search คำว่า
” how to calculate elevation angles of solar panel ” หรือคำใกล้เคียง ก็ได้
ตัวอย่าง Web คำนวนมุมเงย
สำหรับ การติดตั้งแผงโซลาร์เซล บนหลังคาบ้าน หรือดาดฟ้า (Solar Rooftop) อาจปรับใช้ความรู้นี้ได้ไม่เต็มที่ เนื่องจากมีข้อจำกัดของ มุมและลักษณะของหลังคาบ้าน แต่ถ้าบ้านหรืออาคารเป็นดาดฟ้ากว้างๆ สามารถปรับใช้ได้อย่างเต็มที่เลย อย่างน้อย ถ้าเป็นบ้านหลังคาจั่วจตุรัส ควรเลือกด้านหลังคาที่ดีทีสุดได้ นั้นคือ ควรติดแผงโซลาร์ที่หลังคา “ด้านทิศใต้” จะดีที่สุด หากออกแบบให้แผงโซลาร์ปรับเอียงได้ สามารถขึ้นไปบนหลังคาหรือดาดฟ้า เพื่อปรับมุมทุกๆ 3 เดือนได้อย่างสะดวก จะเป็นการใช้งานแผงโซลาร์ที่คุ้มค่ามากๆ เพราะแผงโซลาร์ที่มีประสิทธิภาพสูงสุดนี้ จะทำงานทุกวัน และทั้งวันที่มีแสงแดด เป็นเวลายาวนานหลายสิบปี สำหรับการติดตั้งแผงโซลาร์เซลเพื่อการเกษตร สามารถเลือกพื้นที่ติดตั้งได้ จึงมีประโยชน์มาก ถ้านำความรู้นี้ ใช้ออกแบบโครงสร้างเหล็กยึดแผงโซล่าเซลให้เกิดประสิทธิภาพสูงสุด จะส่งผลดีต่อไปในระยะยาว หวังว่าจะเป็นประโยชน์แก่ท่านผู้อ่านระดับหนึ่ง หรือจุดประกายเรื่องอื่นๆ ที่รู้จักนำความรู้วิทยาศาสตร์ไปใช้ในชีวิตประจำวัน