โซล่าเซลล์กับดาวเทียม

              

 โซล่าเซลล์กับดาวเทียม

ดาวเทียม

คลิกดู โซล่าเซลล์กับดาวเทียว

               ดาวเทียม คือ สิ่งประดิษฐ์ที่มนุษย์คิดค้นขึ้น ที่สามารถโคจรรอบโลก โดยอาศัยแรงดึงดูดของโลก ส่งผลให้สามารถโคจรรอบโลกได้ มีวัตถุประสงค์ เช่น ทางการทหาร การสื่อสาร การรายงานสภาพอากาศ การวิจัยทางวิทยาศาสตร์ เช่น การสำรวจทางธรณีวิทยาสังเกตการณ์สภาพของอวกาศ โลก ดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ และดาวอื่นๆ

                แต่ก่อนดาวเทียมที่ยิงออกไปในอวกาศนั้นยังไม่มีแหล่งกำเนิดพลังงานไฟฟ้า นักวิทยาศาสตร์ คาวด์วิน ฟูลเลอร์ และเจอร์ราด เพียสัน จึงได้แก้ไขปัญหาที่ว่านี้เหล่านี้โดยการประดิษฐ์แผงโซล่าเซลล์ที่เปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นไฟฟ้า จนสำเร็จและใช้งานได้จริงในปี 1954 และพัฒนาต่อจนสามารถใช้งานกับดาวเทียม Vanguard1 ครั้งแรกในปี 1958 หลังจากนั้นโซล่าเซลล์ก็ได้ถูกพัฒนาต่อมาเรื่อยๆจนใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน

                 ดาวเทียมเป็นประดิษฐ์ที่มีกลไกซับซ้อนมาก ส่วนประกอบแต่ละส่วนถูกออกแบบอย่างประณีต ละเอียดและมีราคาแพง ดาวเทียมดวงหนึ่งๆ จะต้องทำงาน โดยไม่มีคนควบคุมโคจรด้วยความเร็วที่สูงพอที่จะหนี จากแรงดึงดูดของโลกได้ ผู้สร้างดาวเทียมจึงพยายามออกแบบให้ชิ้นส่วนต่างๆ ทำงานได้อย่างประสิทธิภาพที่สุด ดาวเทียมมีส่วนประกอบมากมาย แต่ละส่วนจะมีระบบควบคุมการทำงานแยกย่อยกันไป ดาวเทียมจะมีอุปกรณ์เพื่อควบคุมให้ระบบต่างๆ ทำงานร่วมกัน ได้อย่างประสิทธิภาพมากที่สุด

หน้าที่เฉพาะของแต่ละระบบ               

       1. โครงสร้างดาวเทียม เป็นส่วนประกอบที่สำคัญมาก โครงจะมีน้ำหนักประมาณ 15 - 25% ของน้ำหนักรวม ดังนั้น จึงจำเป็นต้องเลือกวัสดุที่มีน้ำหนักเบา และต้องไม่เกิดการสั่นมากเกินที่กำหนด หากได้รับสัญญาณที่มีความถี่ หรือความสูงของคลื่นมากๆ (amptitude)

       2. ระบบเครื่องยนต์ ซึ่งเรียกว่า "aerospike" อาศัยหลักการทำงานคล้ายกับเครื่องอัดอากาศ และปล่อยออกทางปลายท่อ ซึ่งระบบดังกล่าวจะทำงานได้ดีในสภาพสุญญากาศ ซึ่งต้องพิจารณาถึงน้ำหนักบรรทุกของดาวเทียมด้วย                                            

แผงโซล่าเซลล์บนดาวเทียม

       3. ระบบพลังงาน ทำหน้าที่ผลิตพลังงาน และกักเก็บไว้เพื่อแจกจ่ายไปยังระบบไฟฟ้าของดาวเทียม โดยมีแผงรับพลังงาน (Solar Cell) ไว้รับพลังงานจากแสงอาทิตย์เพื่อเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้า ให้ดาวเทียม แต่ในบางกรณีอาจใช้พลังงานนิวเคลียร์แทน

       4. ระบบควบคุมและบังคับ ประกอบด้วย คอมพิวเตอร์ที่เก็บรวมรวมข้อมูล และประมวลผลคำสั่งต่างๆ ที่ได้รับจากส่วนควบคุมบนโลก โดยมีอุปกรณ์รับส่งสัญญาณ (Radar System) เพื่อใช้ในการติดต่อสื่อสาร

       5. ระบบสื่อสารและนำทาง มีอุปกรณ์ตรวจจับความร้อน ซึ่งจะทำงาน โดยแผงวงจรควบคุมอัตโนมัติ

       6. อุปกรณ์ควบคุมระดับความสูง เพื่อรักษาระดับความสูงให้สัมพันธ์กันระหว่างพื้นโลก และดวงอาทิตย์ หรือเพื่อรักษาระดับให้ดาวเทียมสามารถโคจรอยู่ได้

       7. เครื่องมือบอกตำแหน่ง เพื่อกำหนดการเคลื่อนที่ นอกจากนี้ยังมีส่วนย่อยๆ อีกบางส่วนที่จะทำงานหลังจาก ได้รับการกระตุ้นบางอย่าง เช่น ทำงานเมื่อได้รับสัญญาณ สะท้อนจากวัตถุบางชนิด หรือทำงานเมื่อได้รับลำแสงรังสี ฯลฯ  

 

ดาวเทียม

       ชิ้นส่วนต่างๆ ของดาวเทียมได้ถูกทดสอบอย่างละเอียด เมื่อประกอบส่วนต่างๆ เข้าด้วยกันแล้วจะถูกทำการทดสอบอย่างละเอียดครั้งภายใต้สภาวะที่เสมือนอยู่ในอวกาศ ก่อนที่มันจะถูกปล่อยขึ้นไปโคจร เพราะดาวเทียมต้องทำงานอีกเป็นระยะเวลานาน ดาวเทียมจึงจำเป็นต้องมีแผงโซล่าเซลล์ ที่สามารถเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานไฟฟ้าได้ เพราะพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานที่ไม่มีวันหมด และพลังงานแสงอาทิตย์ก็สามารถใช้งานได้ทันที และโซล่าเซลล์เป็นสิ่งประดิษฐ์ที่ทำงานได้โดยไม่สร้างเสียงรบกวน เนื่องจากโซล่าเซลล์ทำงานโดยใช้พลังงานแสงอาทิตย์เท่านั้นจึงเป็น น้ำมันและอนุรักษ์พลังงานและสามารถผลติกระแสไฟฟ้าได้จากแสงอาทิตย์

ระบบโซล่าฟาร์ม (Solar farm)

          โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ หรือ โซล่าฟาร์มนั้นแตกต่างจากโซล่าเซลล์ที่ใช้ตามบ้าน โดยระบบโซล่าฟาร์มเป็นระบบประเภทออนกริด(on-grid) เพื่อขายไฟให้กับการไฟฟ้า ซึ่งโซล่าเซลล์ตามบ้านนั้นส่วนใหญ่จะเป็นระบบออฟกริด(off-grid) ปัจจุบันโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์หรือโซล่าฟาร์มนั้นเป็นธุรกิจพลังงานชนิดหนึ่งประเภทธุรกิจโรงไฟฟ้าที่ขายไฟให้กับการไฟฟ้า

Solar farm 

ขนาดของธุรกิจโรงไฟฟ้า
          โดยปัจจุบ้นการแบ่งผู้ผลิตไฟฟ้า มี 3 แบบ คือ

1. ธุรกิจผู้ผลิตไฟฟ้าเอกชนรายใหญ่ (ไอพีพี) 
(Independent Power Producer-IPP)

          ผู้ผลิตไฟฟ้าอิสระจะเป็นผู้ผลิตเอกชนที่ใช้พลังงานเชิงพาณิชย์ ในการผลิตไฟฟ้า เช่น ก๊าซธรรมชาติ ถ่านหิน โดยมีกำลังการผลิตค่อนข้างสูงเพื่อให้มีความคุ้มค่าทางเศรษฐศาสตร์

2. ธุรกิจผู้ผลิตไฟฟ้าเอกชนรายเล็ก (เอสพีพี)
(Small Power Plant - SPP)

          ผู้ผลิตไฟฟ้าเอกชนรายเล็ก ที่มีกำลังผลิตไฟฟ้าที่ขายเข้าระบบ 10-90 เมกะวัตต์

3. ธุรกิจผู้ผลิตไฟฟ้าเอกชนรายเล็กมาก (วีเอสพีพี) 
(Very Small Power Plant - SPP) 
          ผู้ผลิตไฟฟ้าเอกชนขนาดเล็กมาก ที่มีกำลังผลิตไฟฟ้าที่ขายเข้าระบบต่ำกว่า 10 เมกะวัตต์ เช่นผู้ผลิตไฟฟ้าจากพลังงานทดแทน

ส่วนประกอบหลักๆ ของระบบโซล่าฟาร์ม
          โดยส่วนประกอบหลักทั้งหมด 3 ส่วน

1. ชุดแผงโซล่าเซลล์ 
          ในระบบโซล่าฟาร์มนั้นแผงโซล่าเซลล์นั้นจะมีจำนวนมาก ซึ่งจะใช้ขนาดแผงที่มีกำลังมากๆเพื่อลดจำนวนพื้นที่ในการติดตั้ง แผงที่ใช้เช่น ขนาด 500W 630W เป็นต้น

แผงโซล่าเซลล์ในระบบโซล่าฟาร์ม

   

Central Inverter

   2. อินเวอร์เตอร์
             อินเวอร์เตอร์ที่ใช้ในระบบโซล่า      ฟาร์มนั้นเป็น central inverter          ซึ่งเป็นการเรียกชื่ออินเวอร์เเตอร์ที่        มีขนาดใหญ่กำลังมากๆ ซึ่งจะเป็น        ต่อการใช้ในระบบโซล่าฟาร์มขนาด        ใหญ่ เช่น ขนาดกำลัง 500 kW          630 kW เป็นต้น

Transfromer

3. หม้อแปลงกำลัง
          หม้อแปลงไฟฟ้าใช้ในการแปลงไฟฟ้าเพื่อให้อยู่ระดับแรงดันเดียวกันกับระบบจำหน่ายเพื่อขายไฟฟ้าให้การไฟฟ้า



ขั้นตอนลักษณะการออกแบบระบบโซล่าฟาร์ม

          ในประเทศไทยนั้นเป็นการออกแบบในลักษณะทที่เรียกว่า Undersize inverter design เนื่องจากอุณหภูมิสิ่งแวดล้อมรอบๆหรืออุณหภูมิโดยทั่วไปมากกว่า 25 องศาเซียลเซียส ดังนั้นจึงมีปัจจัยในด้านอุณหภูมิที่ทำให้ประสิทธิภาพจากแผงลดลง

ไดอะแกรมการออกแบบระบบโซล่าฟาร์ม

1. ต้องวางไดอะแกรมการออกแบบเพื่อคำนวณกำลังให้สอดคล้องกับกำลังการผลิตที่ต้องการ โดยเริ่มจากแผงโซล่าเซลล์นั้นคำนวณจำนวนแผงที่ได้โดยนำกำลังการผลิตมาหารกับกำลังของแผง


2. อินเวอร์เตอร์ จากไดอะแกรมนั้นก่อนเข้าถึงตัวอินเวอร์เตอร์นั้น เกิดความสูญเสียระหว่างสายและประสิทธิภาพของอินเวอร์เตอร์รวมกันประมาณ 20 เปอร์เซ็นต์ ดังนั้นกำลังเอาท์พุตที่เป็นด้านกระแสสลับ จะเหลือ 80 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับกำลังของชุดแผง 100 เปอร์เซ็นต์ ดังนั้นขนาดของอินเวอร์เตอร์ทั้งหมดจึงเท่ากับ 0.8 เท่าของกำลังแผงทั้งหมด 

Feedback Loop of Solar Inverter

            ส่วนจำนวนอินเวอร์เตอร์นั้นต้องพิจารณาการต่อของชุดแผงด้วยซึ่งแรงดันและกระแสที่ได้ต้องสอดคล้องกับอินเวอร์เตอร์ต้องคำนวณออกมาจากข้อมูลทาง datasheet จึงจะทำให้ทราบจำนวนอินเวอร์เตอร์

Solar Energy System

3. หลังจากออกอินเวอร์เตอร์แล้ว แรงดันเอาท์พุตด้านกระแสสลับของอินเวเอร์เตอร์นั้นยังไม่ตรงกับระดับแรงดันของการไฟฟ้า ดังนั้นจึงต้องมีหม้อแปลงแปลงแรงดันให้อยู่ระดับเดียวกับการไฟฟ้าเพื่อขายให้กับการไฟฟ้า ขนาดของหม้อแปลงต้องมากกว่าหรือเท่ากับกำลังของแผงทั้งหมด