การหาขนาดโซล่าเซลล์อย่างง่าย และกรณีศึกษาในออสเตรเลีย


เมื่อการใช้งานรถยนต์ไฟฟ้าสูงขึ้นอย่างแน่นอนในอนาคตอันใกล้นี้ด้วยการสนับสนุนจากภาครัฐและเอกชนที่ร่วมกันผลักดันให้ผู้บริโภคสามารถเข้าถึงรถ EV ได้ง่าย สิ่งที่ตามมาคือราคาแบตเตอรี่ที่ลดลงและรถยนต์เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้นสิ่งที่ต่อยอดไปจากเดิมเมื่อเรามีการใช้งานรถยนต์ไฟฟ้าแบบไฮบริด รถยนต์ปลั๊กอินไฮบริด และรถยนต์ไฟฟ้าแบตเตอรี่ EV นั่นก็คือการใช้แหล่งพลังงานสะอาดสำหรับการชาร์จแบตเตอรี่

สำหรับรถยนต์ปลั๊กอินไฮบริด และรถยนต์ไฟฟ้าแบตเตอรี่ EV ผู้ที่เคยใช้งานจะทราบดีว่าจะสามารถชาร์จไฟฟ้าไปที่แบตเตอรี่แรงดันสูงในรถยนต์ประเภทดังกล่าวได้โดยตรงผ่านเต้ารับที่ตัวรถ ส่วนรถยนต์ EV ที่ต้องมีการชาร์จไฟฟ้าเพียงอย่างเดียวเท่านั้นเพราะไม่มีเครื่องยนต์สันดาปติดตั้งมาในรถแล้วการชาร์จไฟฟ้าจึงเป็นสิ่งเดียวที่จ่ายพลังงานเข้ามา ดังนั้นถ้าเราสามารถใช้พลังงานไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานสะอาดจากแสงอาทิตย์หรือโซลาเซลล์เพื่อชาร์จแบตเตอรี่รถยนต์ดังกล่าวจะทำให้เราใช้พลังงานสะอาดเกือบทั้งหมดในรถยนต์เลยทีเดียว

หากเราต้องการใช้โซลาเซลล์ในการชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า ปัญหาที่เราต้องหาคำตอบประการแรกสุดคือจะใช้โซล่าเซลล์จำนวนเท่าไหร่ถึงจะเพียงพอต่อการใช้งานรถยนต์ของเราในแต่ละวัน บทความนี้จะขอเสนอกรณีศึกษาในประเทศออสเตรเลียว่าเขามีรูปแบบใดบ้างในการใช้พลังงานแสงอาทิตย์เพื่อการชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า EV และการหาขนาดโซล่าเซลล์อย่างง่าย

พลังงานไฟฟ้าที่ใช้งานเฉลี่ยต่อวัน

อันดับแรกคือต้องทราบพลังงานไฟฟ้าเฉลี่ยที่ใช้งานต่อวันของรถยนต์ก่อน ในออสเตรเลียเฉลี่ยใช้พลังงานประมาณ 8 kWh ต่อวันต่อคัน และจำนวน 56% ของบ้านหลังคาเรือน จะมีรถตั้งแต่ 2 คันขึ้นไป

ข้อมูลระยะทางวิ่งของรถยนต์ไฟฟ้าแต่ละรุ่นโดยอ้างอิงจาก EPA (US Environmental Protection Agency) รถยนต์ไฟฟ้าแต่ละรุ่นสามารถใช้งานได้ต่อ 1 kWh เป็นดังนี้

Tesla Model 3: 7.0 กิโลเมตร
Mitsubishi i-MiEV: 6.3 กิโลเมตร
2016 Nissan Leaf: 5.7 กิโลเมตร
Tesla S sports car: 5.3 กิโลเมตร

ต้องอย่าลืมว่าเราไม่สามารถใช้งานรถยนต์ไฟฟ้าจนกระทั่งความจุแบตเตอรี่ลดต่ำลงเหลือ 0% ได้ ดังนั้นค่าระยะทางที่วิ่งได้จริงจะต่ำกว่าตัวเลขข้างต้นเล็กน้อย เมื่อนำไปใช้คำนวนเราต้องใช้ต่ำกว่า Spec ที่ผู้ผลิตให้มาเสมอ

การสูญเสียระหว่างการชาร์จ

ส่วนมากผู้ใช้รถยนต์ไฟฟ้าจะใช้สายชาร์จจากไฟบ้านดังนั้นมีความสูญเสียระหว่างการชาร์จด้วยคือประสิทธิภาพการชาร์จอยู่ที่ประมาณ 90% สายชาร์จชนิดนี้จะมีการสูญเสียไฟฟ้าไปเป็นความร้อนระหว่างการชาร์จ

ระยะทางในการใช้งานรถยนต์เฉลี่ยในออสเตรเลีย

จากการสำรวจพบว่าคนออสเตรเลียโดยเฉลี่ยใช้รถยนต์อยู่ที่ 14,000 กิโลเมตรต่อปีหรือ 38 กิโลเมตรต่อวัน หากรถยนต์ไฟฟ้าของเราใช้พลังงาน 1 kWh ใช้งานได้ 5 กิโลเมตร คำนวณแล้วต้องใช้พลังงานไฟฟ้า 8 Kwh (38/5 = 8 kWh) ที่ต้องการต่อวัน ดังนั้นเราก็จะสามารถประมาณค่าพลังงานที่ใช้ต่อวันได้จากการใช้งานของเราเองเพราะตัวเราเท่านั้นที่รู้ดีที่สุดว่าเฉลี่ยแล้วในหนึ่งวันขับไปกี่กิโลเมตร

ขนาดของแผงโซล่าเซลล์ที่ใช้เป็นเท่าไหร่

หลังจากที่เราได้ค่าพลังงานไฟฟ้าที่ต้องการแล้ว ก่อนจะกำหนดขนาดของโซล่าเซลล์ได้เราจำเป็นต้องดูทิศทางของแสงอาทิตย์ที่ตกกระทบกับแผงโซล่าเพื่อประมาณเวลาการรับแสงซึ่งมีผลต่อการผลิตกระแสไฟฟ้าของโซล่าเซลล์ ในออสเตรเลียค่าความเข้มแสงแดดเมื่อหันด้านรับแดดไปทิศเหนือสามารถผลิตไฟฟ้าได้ที่ 4 ชั่วโมงต่อวัน และแนวตะวันออก-ตะวันตกอยู่ที่ 3.4 ชั่วโมงต่อวัน ดังนั้นถ้าแผงโซล่าเซลล์ของเราใช้แบบ 1.9 kW หรือสูงกว่า แล้วหันไปทางด้านทิศเหนือเราก็จะได้พลังงานไฟฟ้าประมาณ 8 kWh ตรงกับความต้องการใช้งาน (8/4 = 2 kW)

รูปที่ 1 แผงโซลาเซลล์ขนาด 270 วัตต์ จากผู้ผลิตรายหนึ่ง จำนวน 7 แผง ผลิตไฟฟ้าได้ 1.89 กิโลวัตต์ ใช้พื้นที่ติดตั้ง 11.6 ตรม.
รูปที่ 1 แผงโซลาเซลล์ขนาด 270 วัตต์ จากผู้ผลิตรายหนึ่ง จำนวน 7 แผง ผลิตไฟฟ้าได้ 1.89 กิโลวัตต์ ใช้พื้นที่ติดตั้ง 11.6 ตรม.
รูปที่ 2 ทิศทางของแดดที่ต้องนำมาพิจารณาทิศทางการติดตั้งแผงโซลาเซลล์
รูปที่ 2 ทิศทางของแดดที่ต้องนำมาพิจารณาทิศทางการติดตั้งแผงโซลาเซลล์

หลังจากทราบวิธีการคำนวณง่าย ๆ แล้ว มาถึงรูปแบบของการชาร์จบ้าง จะกล่าวไว้เพียงสั้น ๆ คือที่มีอยู่ในปัจจุบันนี้ในเกือบทุกประเทศทั้งออสเตรเลีย ยุโรป หรือในประเทศไทยก็ตาม

การชาร์จไฟฟ้าจากโซล่าเซลล์ไปยังรถยนต์ไฟฟ้า

1. ชาร์จทางอ้อมโดยจ่ายไฟเข้าและใช้ไฟจาก Power Grid (On-Grid Solar Charging)

ในประเทศออสเตรเลียมีการส่งเสริมการใช้พลังงานสะอาดเหมือนกับหลาย ๆ ประเทศ ไฟฟ้าที่ผลิตได้จากโซล่าเซลล์สามารถจำหน่ายกลับไปยังระบบ Power Grid ในช่วงเวลาที่มีแสงแดดเพียงพอ (คล้ายกับของประเทศไทยที่มีโครงการนี้เป็นระยะ ๆ โดยเปิดให้ผู้สนใจลงทะเบียนรับสิทธิ) ดังนั้นคนออสซี่จึงไม่นิยมใช้แบตเตอรี่สำรองไฟฟ้าที่ผลิตได้จากโซล่าเซลล์เพื่อใช้ชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าในตอนกลางคืนเมื่อกลับจากทำงาน เพราะต้องมีค่าใช้จ่ายและค่าบำรุงรักษาแบตเตอรี่โซล่าเซลล์เพิ่มขึ้นมา แต่ใช้ไฟฟ้าจาก Power Grid คือไฟบ้าน ในตอนกลางคืนเพื่อชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า ถ้าหากผลิตไฟฟ้าด้วยโซล่าเซลล์ในตอนกลางวันได้จำนวน kwh คิดเป็นเครดิตที่มากกว่าการใช้ไฟฟ้าชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าในแต่ละวัน ส่วนต่างของการผลิตและการใช้งานจะเกิดขึ้น ในระบบ Power Grid จะมีพลังงานไฟฟ้าสำรองเติมเข้ามาถ้าหากมีปริมาณมากพอ การผลิตไฟฟ้าจากโรงไฟฟ้าจะปรับลงลงได้ นั่นก็คือเราได้ผลลัพธ์ที่เป็นบวกจากการใช้พลังงานสะอาดแล้ว

รูปที่ 3 ตัวอย่างการใช้พลังงานไฟฟ้าจากโซล่าเซลล์เพื่อใช้ชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าและอุปกรณ์ไฟฟ้าอื่น ๆ โดยต่อพ่วงเข้าระบบ Power Grid ด้วย (On-Grid Solar Charging)
รูปที่ 3 ตัวอย่างการใช้พลังงานไฟฟ้าจากโซล่าเซลล์เพื่อใช้ชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าและอุปกรณ์ไฟฟ้าอื่น ๆ โดยต่อพ่วงเข้าระบบ Power Grid ด้วย (On-Grid Solar Charging)

2. ชาร์จโดยตรงจากโซล่าเซลล์ไปยังรถยนต์ไฟฟ้า (Off-grid Solar Charging)

แบบนี้ในออสเตรเลียก็มีใช้งานเช่นกัน คือการชาร์จโดยตรงไปยังรถยนต์ไฟฟ้าในเวลาที่มีแสงแดด ไม่มีการต่อเข้าระบบ Power Grid โดยมี Solar Inverter เพื่อเปลี่ยนไฟฟ้ากระแสตรงจากแผงโซล่าเซลล์ไปเป็นกระแสสลับสำหรับปลั๊กชาร์จ EV แบบต่าง ๆ

ระบบไฟฟ้าของออสเตรเลีย

ระบบไฟฟ้าของออสเตรเลียนั้นมีความแตกต่างกับไทยคือ การมีผู้จำหน่ายไฟฟ้าหลายรายทำให้ราคาค่าไฟฟ้าแตกต่างกันบ้าง บางรายมีส่วนลดหรือโปรโมชั่นราคาพิเศษสำหรับการใช้ไฟฟ้าจาก Power Grid เพื่อชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าโดยเฉพาะอีกด้วย สำหรับผู้ใช้งานรถยนต์ไฟฟ้าในไทยส่วนมากก็จะต้องใช้ไฟฟ้าจากไฟบ้านเป็นหลักในการชาร์จแบตเตอรี่เพราะการติดตั้งโซล่าเซลล์ยังไม่เป็นที่นิยมอย่างแพร่หลายเหมือนกับต่างประเทศที่มีการติดตั้งไว้สำหรับใช้ไฟฟ้าภายในบ้านอยู่แล้ว จากการคำนวณข้างต้นพบว่าถ้าคิดต้นทุนการติดตั้งโซล่าเซลล์เพื่อใช้งานเฉพาะชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าเพียงอย่างเดียวนั้นไม่ได้แพงเกินไปมีและความเป็นไปได้มากกว่าหากใช้รูปแบบ Off-Grid Solar Charging ในระยะเริ่มต้น


Source: คอลัมน์ Green Focus โดย ชินวุฒิ ขวัญณัฐพร B.ENG (Mechanical), MS (CEM) นักวิชาการด้านวิศวกรรมยานยนต์