ปั๊มโซลาร์พร้อมแผง จับคู่แผงกับปั๊มอย่างไร ไม่ให้น้ำน้อยหรือปั๊มทำงานไม่เต็มที่

คำตอบเร็ว: จับคู่แผงกับปั๊มโซลาร์ให้ถูกต้องใน 3 เรื่องตามลำดับ คือ แรงดันของแผงที่ต่ออนุกรมต้องอยู่ในช่วงที่ตัวควบคุมหรืออินเวอร์เตอร์รับได้ (และแรงดันขณะไม่มีโหลดต้องไม่เกินขีดสูงสุด) กำลังรวมของแผงต้องพอกับกำลังที่ปั๊มต้องใช้ที่ความสูงของแปลงเรา และชั่วโมงแดดต้องพอให้ปั๊มทำงานครบเวลาที่ต้องการ ถ้าแผงน้อยไป ปั๊มจะสตาร์ตสาย หยุดก่อนเวลา และน้ำออกน้อยทั้งที่ตัวปั๊มไม่เสีย

ปัญหาที่ช่างเจอบ่อยไม่ใช่ปั๊มพัง แต่เป็นเจ้าของสวนโทรมาบอกว่า "ติดตั้งแล้วน้ำน้อยกว่าที่ร้านบอก" พอไปดูหน้างานก็พบว่าแผงต่อไม่ตรงกับตัวควบคุม หรือแผงมีเงาบังตอนบ่าย หรือใช้แผงน้อยกว่าที่ปั๊มต้องการ บทความนี้เจาะเรื่องไฟฟ้าฝั่งแผง คือแรงดัน DC กับ AC และชั่วโมงแดด ส่วนการเลือกขนาดท่อและน้ำต่อวันอยู่ในบทความ ปั๊มน้ำโซลาร์เซลล์สำหรับฟาร์ม: คำนวณน้ำ แผง และงบประมาณ

ปั๊มโซลาร์ทำงานอย่างไรเมื่อแดดเปลี่ยน

FAO อธิบายระบบสูบน้ำโซลาร์แบบต่อตรง (ไม่มีแบตเตอรี่) ว่าปั๊มต่อกับอินเวอร์เตอร์ปั๊มโซลาร์โดยตรง ตอนเช้าเมื่อกำลังจากแผงสูงกว่ากำลังขั้นต่ำที่ปั๊มต้องใช้ตอนสตาร์ต ปั๊มจะเริ่มทำงาน แล้วเดินต่อไปตราบที่แสงแดดพอ และหยุดก่อนตะวันตกดินเมื่อกำลังจากแผงต่ำกว่ากำลังขั้นต่ำที่ปั๊มรับได้ ระหว่างวันอัตราไหลของน้ำจึงเปลี่ยนไปตามความเข้มแสง และปริมาณน้ำรายวันเปลี่ยนตามรูปแบบแสงรายวันและรายฤดู (Abdelfattah, FAO, ธ.ค. 2565)

ข้อสรุปที่ตามมาคือ จำนวนแผงไม่ได้ตัดสินแค่ว่า "ปั๊มหมุนหรือไม่" แต่ตัดสินว่าปั๊มเริ่มทำงานกี่โมง หยุดกี่โมง และตอนกลางวันหมุนเร็วแค่ไหน แผงเยอะขึ้นช่วยให้ปั๊มตื่นเช้าขึ้นและเลิกช้าลงในวันฟ้าครึ้ม

แรงดัน DC และ AC ต่างกันตรงไหนสำหรับคนเลือกแผง

มีโครงสร้างระบบสองแบบ ซึ่งกำหนดวิธีต่อแผงต่างกัน

• ปั๊มไฟตรง (DC): มอเตอร์ใช้ไฟ DC โดยตรง ต่อผ่านตัวควบคุมหรือต่อแผงตรงเข้ามอเตอร์ แรงดันที่ต่อได้ขึ้นกับรุ่น ตั้งแต่ระดับ 12-24 โวลต์ในชุดเล็ก ไปจนถึงมอเตอร์ที่รับแรงดันหลายสิบถึงร้อยโวลต์ในชุดใหญ่
• ปั๊มไฟสลับ (AC): ใช้มอเตอร์ไฟบ้านหรือสามเฟสที่ซื้อได้ทั่วไป แผงต่อเข้าอินเวอร์เตอร์ปั๊มโซลาร์ (มักมีระบบติดตามจุดกำลังสูงสุด MPPT) ซึ่งแปลง DC เป็น AC ให้ปั๊มและปรับความเร็วรอบตามแสงเอง

งานของ Limprasitwong และ Thongchaisuratkrul (2563) ใช้สองระบบนี้เป็นตัวอย่างที่ระบุเลขชัดเจน ระบบ DC ใช้แผง 325 วัตต์ (ระบุว่าราว 40 โวลต์ต่อแผง) 5 แผง ต่ออนุกรมกัน กับมอเตอร์ DC ที่รับแรงดัน 50-200 โวลต์ ส่วนระบบ AC ใช้แผง 325 วัตต์ 10 แผง กับอินเวอร์เตอร์ 3.0 กิโลวัตต์ และปั๊มหอยโข่งสามเฟส 2.2 กิโลวัตต์ (3 แรงม้า) ต่อตรงกับมอเตอร์ สังเกตว่า 5 แผงอนุกรมที่ราว 40 โวลต์ต่อแผง รวมเป็นราว 200 โวลต์ ซึ่งอยู่ที่ขอบบนของช่วงแรงดันที่มอเตอร์รับ ผู้ออกแบบต้องตั้งใจเลือกจำนวนแผงให้อยู่ในช่วง ไม่ใช่ต่อเท่าที่มีอยู่

อ่านค่าจากป้ายแผงและป้ายตัวควบคุมให้เป็น

ก่อนต่ออะไรทั้งนั้น ให้ถ่ายรูปป้ายข้างแผงและป้ายตัวควบคุมไว้ แล้วหาตัวเลขเหล่านี้

ที่สำคัญคือ Voc ซึ่งสูงกว่า Vmp เสมอ และเพิ่มขึ้นเมื่อแผงเย็น ตอนเช้าที่ยังไม่ร้อน ตอนปั๊มยังไม่สตาร์ตและแผงไม่มีโหลด แรงดันจะขึ้นถึง Voc ของแต่ละแผงคูณจำนวนที่ต่ออนุกรม ถ้าเกินขีดสูงสุดของตัวควบคุม ตัวควบคุมเสียหายได้ ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของ Voc ดูได้จากแผ่นข้อมูล (datasheet) ของแผงรุ่นที่ซื้อ ไม่ควรเดา

ตัวอย่างการจับคู่ด้วยตัวเลขสมมติ

ตัวอย่างนี้ สมมติตัวเลขทั้งหมดเพื่อแสดงวิธีตรวจ ไม่ใช่ข้อมูลของรุ่นใดรุ่นหนึ่ง ให้แทนด้วยค่าจากป้ายของจริง

• แผงแต่ละแผง: Pmax = 325 W, Vmp = 37 V, Voc = 45 V (สมมติ)
• ตัวควบคุมปั๊ม: แรงดันเข้าสูงสุด 300 V, ช่วง MPPT 150-280 V (สมมติ)

ห้าแผงอนุกรมในตัวอย่างนี้ให้กำลังรวม 1,625 วัตต์ เมื่อต้องการแผงเพิ่มโดยไม่ให้แรงดันเกิน ให้ต่อห้าแผงเป็นหนึ่งสายแล้วเพิ่มอีกสายหนึ่งแบบขนาน แรงดันคงเดิม กระแสเพิ่ม ต้องตรวจว่ากระแสรวมไม่เกินขีดของตัวควบคุม

แผงพอกับปั๊มไหม: คำนวณน้ำต่อวันจากกำลังแผง

วิธีตรวจแบบประมาณเริ่มจากพลังงานที่แผงให้ได้ในหนึ่งวัน คือกำลังแผงคูณชั่วโมงแดดแรงเทียบเท่า คูณตัวคูณสูญเสียในระบบ แล้วเทียบกับพลังงานที่ปั๊มต้องใช้ยกน้ำ

ตารางแสดงให้เห็นว่าวันที่แดดอ่อนน้ำลดลงเกือบร้อยละ 40 ในตัวอย่างนี้ แปลว่าถ้าพืชของเราต้องการน้ำเท่ากับวันแดดดีทุกวัน แผงที่คำนวณจากวันดีจะไม่พอในหน้าฝน Grundfos จึงแนะนำให้เลือกเดือนที่แดดอ่อนที่สุดหรือเดือนที่ใช้น้ำมากที่สุดเป็นเดือนอ้างอิงในการคำนวณ และ FAO ก็ระบุว่าปั๊มโซลาร์ต้องออกแบบให้ใหญ่ขึ้นระดับหนึ่งเพื่อรองรับช่วงที่ใช้น้ำสูงสุด ซึ่งจะใช้ไม่เต็มศักยภาพในช่วงอื่นของปี

เรื่องชั่วโมงแดด FAO ระบุชั่วโมงทำงานของระบบโซลาร์ราว 6-8 ชั่วโมงต่อวัน ซึ่งเป็นเวลาที่ปั๊มเดินได้ตั้งแต่เช้าถึงเย็น แต่ "ชั่วโมงแดดแรงเทียบเท่า" ที่ใช้คำนวณพลังงานนั้นน้อยกว่านั้น เพราะตอนเช้าและเย็นแสงอ่อน ค่าจริงของจังหวัดและเดือนของคุณตรวจได้จากข้อมูลรังสีดวงอาทิตย์ของหน่วยงานด้านอุตุนิยมวิทยาหรือพลังงาน ผู้เขียนไม่ได้เปิดอ่านค่าเฉลี่ยทางการที่ระบุเดือนและจังหวัด จึงใช้ค่าสมมติในตาราง

เมื่อไหร่ควรเพิ่มแผงมากกว่ากำลังปั๊ม

FAO ระบุว่าการเผื่อขนาดระบบโซลาร์เล็กน้อยช่วยให้ในวันแดดดีได้น้ำเกินความต้องการรายวัน ในทางปฏิบัติช่างมักเลือกกำลังแผงรวมใกล้เคียงหรือสูงกว่ากำลังที่ปั๊มระบุเล็กน้อย เพื่อให้ปั๊มตื่นเช้าและเดินช้าลงตอนบ่ายได้นานขึ้น แต่ไม่ควรเกินช่วงกำลังเข้าที่ผู้ผลิตตัวควบคุมระบุไว้ในคู่มือ เพราะตัวควบคุมจะจำกัดกำลังหรือเสียหายได้ ตัวอย่างระบบจริง คือ 10 แผง 325 วัตต์ (3,250 วัตต์) คู่กับอินเวอร์เตอร์ 3.0 กิโลวัตต์ และปั๊ม 2.2 กิโลวัตต์ในงานของ Limprasitwong และ Thongchaisuratkrul ซึ่งแผงมีกำลังสูงกว่ากำลังปั๊มราวครึ่งหนึ่ง

ถ้ายังลังเลว่าควรลงทุนชุดโซลาร์ทั้งชุดหรือไม่ อ่านเกณฑ์ตัดสินใจใน ควรเริ่มปั๊มน้ำโซลาร์เซลล์หรือไม่ และเทียบกับทางเลือกอื่นอย่าง กังหันลมสูบน้ำ

ขั้นตอนต่อแผงและเช็กหลังติดตั้ง

1. ทำความสะอาดและเช็กเงา: ยืนดูแผงตอน 9 โมง เที่ยง และ 3 โมงเย็น ถ้ามีเงาจากใบไม้ เสา หรือหลังคาแตะแผงแม้ใบเดียว กำลังของสายแผงนั้นจะตกมาก เพราะแผงในสายอนุกรมเดียวกันต้องทนกระแสเท่ากัน
2. หันแผงให้รับแดดตลอดวัน: ในประเทศไทยให้หันหน้าแผงไปทางทิศใต้ตามหลักทั่วไป และให้ช่างกำหนดมุมเอียงตามที่ตั้ง ไม่ต้องคำนวณเอง
3. ต่ออนุกรมก่อน ขนานทีหลัง: ตามตารางตรวจข้างต้น แล้ววัดแรงดันด้วยมัลติมิเตอร์ตอนยังไม่เชื่อมตัวควบคุม เทียบกับ Voc ที่คำนวณ
4. ใช้สายและขั้วต่อตามชนิดที่ทนแดดและฝน: สาย DC จากแผงเป็นสายที่ต้องทนรังสียูวี ไม่ควรใช้สายอ่อนทั่วไป
5. ต่อสายดินและตัวป้องกัน: ตามคำแนะนำของผู้ผลิตและช่างไฟที่มีใบอนุญาต
6. ทดสอบจริง: จดเวลาที่ปั๊มเริ่มเดินตอนเช้าและหยุดตอนเย็นเป็นเวลาสามวัน พร้อมวัดน้ำที่ได้จากถัง

สัญญาณว่าแผงกับปั๊มไม่เข้ากัน

• ปั๊มสตาร์ตสายและหยุดสาย: โดยมากเกิดจากแผงน้อยไปหรือแรงดันสายแผงตกต่ำกว่าช่วงขั้นต่ำเมื่อโหลดเข้า ตัวควบคุมจึงตัดแล้วลองใหม่ซ้ำ ๆ
• ตอนเช้าน้ำน้อย แต่ตอนเที่ยงน้ำเต็มที่: ปกติ เพราะแสงเช้าอ่อน แต่ถ้าเที่ยงแล้วน้ำยังน้อยเท่าเช้า ให้ตรวจเงาบังและแผงสกปรก
• น้ำได้ดีตอนฟ้าเปิด แต่เกือบไม่ออกตอนฟ้าครึ้ม: แผงเกือบพอแต่ไม่มีส่วนเผื่อ ตัวอย่างในตารางข้างต้นแสดงว่าน้ำตกเกือบร้อยละ 40 เมื่อชั่วโมงแดดเหลือ 3
• ตัวควบคุมขึ้นไฟเตือนแรงดันสูง: จำนวนแผงต่ออนุกรมมากเกินไป ให้หยุดและตรวจ Voc ทันที
• ท่อร้อนและปั๊มมีเสียงผิดปกติแต่น้ำน้อย: ปั๊มอาจกำลังฝืนสู้หัวน้ำสูง หรือเดินแห้ง ไม่ใช่ปัญหาแผง ให้ดูเส้นโค้งปั๊มอีกครั้ง ตามที่อธิบายใน ปั๊มน้ำโซลาร์เซลล์แล้วมีปัญหา

ข้อผิดพลาดที่พบบ่อยเรื่องการจับคู่แผง

• เอาแผงเก่าและใหม่ต่อสายเดียวกัน: แผงต่างรุ่นต่างอายุให้กระแสไม่เท่ากัน สายนั้นจะถูกจำกัดตามแผงที่อ่อนที่สุด
• นับแค่วัตต์ ไม่ดูแรงดัน: แผงรวม 1,600 วัตต์ที่แรงดันไม่ตรงช่วงตัวควบคุมให้น้ำน้อยกว่าแผง 1,000 วัตต์ที่ตรงช่วง
• ใช้ Vmp แทน Voc ตอนตรวจขีดสูงสุด: ทำให้แรงดันเกินขีดตอนเช้าเย็น
• ใส่แบตเตอรี่โดยไม่คิดต้นทุนระยะยาว: FAO ระบุว่าระบบที่ใช้แบตเตอรี่มีต้นทุนสูงและต้องเปลี่ยนแบตเตอรี่ตามเวลา ถ้าต้องการใช้น้ำตอนไม่มีแดด ถังพักน้ำเป็นทางเลือกที่นิยมกว่า
• ไม่เผื่อฤดู: คำนวณจากเดือนที่แดดดีที่สุด แล้วฝนมาน้ำไม่พอ
• ซื้อชุดรวมโดยไม่ขอแผ่นข้อมูล: ผู้ขายบอกว่า "ชุดนี้พอ" แต่ไม่ให้ดู Vmp, Voc และช่วง MPPT ให้ขอแผ่นข้อมูลก่อนจ่ายเงิน

สรุป

การจับคู่แผงกับปั๊มโซลาร์คือเรื่องของแรงดัน กำลัง และชั่วโมงแดดพร้อมกัน ตรวจ Vmp และ Voc ของสายแผงเทียบกับช่วงของตัวควบคุมก่อน แล้วคำนวณน้ำต่อวันจากกำลังแผงด้วยเดือนที่แดดอ่อนที่สุดหรือใช้น้ำมากที่สุดเป็นฐาน ตัวเลขตัวอย่างในบทความเป็นค่าสมมติเพื่อสาธิตวิธีคิด ใช้ค่าจากป้ายของอุปกรณ์จริงและให้ช่างที่ติดตั้งยืนยันก่อนต่อไฟทุกครั้ง

แหล่งข้อมูลอ้างอิง

• 📄FAO — Solar powered water lifting for irrigation (Abdelfattah, ธ.ค. 2565) — วิธีทำงานของระบบต่อตรง ชั่วโมงทำงาน 6-8 ชม. การเผื่อขนาด และแบตเตอรี่เทียบกับถังสูง https://openknowledge.fao.org/3/cc4132en/cc4132en.pdf
• 📄Limprasitwong & Thongchaisuratkrul (2563) — การศึกษาเทคนิคและเศรษฐศาสตร์ระหว่างระบบสูบน้ำโซลาร์ DC และ AC — ตัวอย่างการต่อแผงและกำลังอินเวอร์เตอร์จริงของสองระบบ https://ph01.tci-thaijo.org/index.php/kmutnb-journal/article/view/240408
• 📄Grundfos — How to size and select a solar water pumping system — เดือนอ้างอิงในการคำนวณ ความสูงรวม และน้ำต่อวัน https://www.grundfos.com/ph/learn/ecademy/all-courses/solar-pumping-systems/how-to-size-and-select-a-solar-water-pumping-system

ข้อมูลราคา ปริมาณการใช้สารเคมี และคำแนะนำทางการเกษตรอาจเปลี่ยนแปลงตามฤดูกาลและนโยบาย โปรดตรวจสอบข้อมูลล่าสุดจากหน่วยงานที่เกี่ยวข้องก่อนตัดสินใจ