อินเวอร์เตอร์: เปลี่ยนกระแสตรงเป็นกระแสสลับ

อินเวอร์เตอร์เป็นส่วนสำคัญในระบบพลังงานแสงอาทิตย์ โดยทำหน้าที่เปลี่ยนกระแสตรง (DC) จากแผงโซลาร์เซลล์หรือแบตเตอรี่ให้เป็นกระแสสลับ (AC) ที่สามารถใช้กับอุปกรณ์ในบ้านและระบบไฟฟ้าได้ การแปลงนี้มีความสำคัญเพราะอุปกรณ์ในบ้านส่วนใหญ่และระบบไฟฟ้าทำงานด้วยกระแสสลับ

DC กับ AC: เบื้องต้น

กระแสตรง (DC) เป็นกระแสและแรงดันไฟฟ้าที่ต่อเนื่องและไหลในทิศทางเดียว มักใช้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เช่น แบตเตอรี่, เซนเซอร์, และมอเตอร์ ที่ต้องการแหล่งพลังงานที่เสถียร

กระแสสลับ (AC) ในทางตรงกันข้ามจะมีลักษณะผันผวนตามเวลา โดยเป็นลักษณะคลื่นไซน์ซึ่งแสดงด้วยเส้นสีเขียวในกราฟ ในประเทศส่วนใหญ่ กระแสสลับทำงานที่ความถี่ 50 หรือ 60 Hz หมายความว่าจะครบ 50 หรือ 60 รอบต่อวินาที กระแสสลับเป็นมาตรฐานสำหรับอุปกรณ์ในบ้านและระบบไฟฟ้าเพราะสามารถแปลงเป็นแรงดันไฟฟ้าและระดับพลังงานต่าง ๆ ได้ง่ายโดยใช้หม้อแปลงและอินเวอร์เตอร์

คลื่นไซน์บริสุทธิ์ vs. ดัดแปลง

กราฟิคเปรียบเทียบแสดงความแตกต่างระหว่างการแสดงผลคลื่นไซน์บริสุทธิ์และคลื่นไซน์ดัดแปลง ซึ่งแสดงให้เห็นพลังงานที่ราบเรียบและเสถียรกว่าจากอินเวอร์เตอร์คลื่นไซน์บริสุทธิ์เมื่อเทียบกับผลลัพธ์ที่มีลักษณะเป็นขั้นตอนจากอินเวอร์เตอร์คลื่นไซน์ดัดแปลง

เมื่อพูดถึงอินเวอร์เตอร์ คลื่นที่ออกมามีความสำคัญในการพิจารณา อินเวอร์เตอร์คลื่นไซน์บริสุทธิ์ให้คลื่นที่ราบเรียบและเป็นรอบซึ่งคล้ายกับพลังงาน AC จากโครงข่ายไฟฟ้า อินเวอร์เตอร์ประเภทนี้เหมาะสำหรับอิเล็กทรอนิกส์ที่มีความละเอียดอ่อนและอุปกรณ์ในบ้านเช่นตู้เย็น, เครื่องปรับอากาศ, และคอมพิวเตอร์ อุปกรณ์เหล่านี้ถูกออกแบบให้ทำงานร่วมกับคลื่นไซน์บริสุทธิ์เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพที่ดีที่สุดและใช้งานได้ยาวนาน

กราฟ c) แสดงคลื่นไซน์ที่สะอาดและแม่นยำ คลื่นไซน์บริสุทธิ์คือสัญญาณที่สามารถอธิบายทางคณิตศาสตร์ได้ด้วยฟังก์ชันไซน์ และมีรูปทรงที่เป็นรอบที่เรียบ กราฟของมันคล้ายคลื่นที่ทำซ้ำได้อย่างต่อเนื่องด้วยคาบ, แอมพลิจูด, และเฟสที่เหมือนกัน

อินเวอร์เตอร์คลื่นไซน์ดัดแปลงกลับสร้างคลื่นที่ไม่ราบเรียบและอาจเกิดปัญหากับอุปกรณ์บางประเภท แม้ว่าใช้งานกับอุปกรณ์ที่มีโครงสร้างง่ายเช่นไฟ LED, เครื่องชาร์จโทรศัพท์, และเตาไฟฟ้าได้ แต่ไม่แนะนำสำหรับอุปกรณ์ที่มีภาระอินดักทีฟหรือตัวมอเตอร์เพราะอาจทำให้การทำงานไม่ปกติ, เกิดเสียงรบกวน, และเสียหายได้ในระยะยาว

กราฟ a) และ b) แสดงคลื่นไซน์ดัดแปลงซึ่งมีความเบี่ยงเบนต่างกันเมื่อเทียบกับคลื่นไซน์บริสุทธิ์ คลื่นไซน์ดัดแปลงคือประเภทของกระแสที่คล้ายคลื่นไซน์แต่มีความแม่นยำน้อยกว่าและการเปลี่ยนแปลงระหว่างยอดและศูนย์ที่ไม่เท่ากัน สามารถผลิตได้โดยใช้สัญญาณรูปสี่เหลี่ยมที่ประกอบด้วยความถี่และแอมพลิจูดที่ต่างกัน

พารามิเตอร์ของระบบไฟฟ้าในท้องถิ่นและอุปกรณ์ในบ้านคืออะไร?

ระบบไฟฟ้าท้องถิ่นและอุปกรณ์ในบ้านถูกออกแบบมาเป็นเวลาหลายสิบปีเพื่อให้ทำงานร่วมกับคลื่นไซน์บริสุทธิ์ ดังนั้นการซื้ออินเวอร์เตอร์ที่ให้คลื่นไซน์บริสุทธิ์จึงเป็นสิ่งจำเป็น

จะเกิดอะไรขึ้นหากอุปกรณ์ในบ้านถูกต่อกับอินเวอร์เตอร์ที่ให้คลื่นไซน์ดัดแปลง? อุปกรณ์ส่วนใหญ่ที่มีภาระอินดักทีฟและมอเตอร์ (หม้อต้มแก๊ส, ตู้เย็น, เครื่องปรับอากาศ, ปั๊ม, คอมพิวเตอร์) จะไม่สามารถทำงานได้อย่างถูกต้องและอาจส่งเสียงแปลก ๆ ซึ่งสามารถนำไปสู่ความล้มเหลวได้ในที่สุด

อุปกรณ์ที่สามารถทำงานร่วมกับคลื่นไซน์ดัดแปลงได้รวมถึงโคมไฟ LED, เครื่องชาร์จโทรศัพท์, และเตาไฟฟ้า ซึ่งทำงานได้ดีเมื่อใช้กับคลื่นไซน์ดัดแปลง

อุปกรณ์ในบ้านส่วนใหญ่ถูกออกแบบมาให้ทำงานร่วมกับคลื่นไซน์บริสุทธิ์ ซึ่งทำให้การเลือกอินเวอร์เตอร์ที่ตรงกับสเปคของระบบไฟฟ้าในบ้านคุณจึงเป็นสิ่งสำคัญ

ประเภทของอินเวอร์เตอร์ที่ใช้คลื่นไซน์บริสุทธิ์

เนื่องจากอุปกรณ์ในบ้านมักต้องการคลื่นไซน์บริสุทธิ์ เราจะเน้นเพียงอินเวอร์เตอร์ที่ให้คลื่นไซน์ประเภทนี้

อินเวอร์เตอร์แบ่งออกเป็นประเภทต่าง ๆ ดังนี้:

  1. Interactive OFF-line Uninterruptible Power Supply (UPS): ประกอบด้วยอินเวอร์เตอร์ บางครั้งมีตัวปรับแรงดันสำหรับไฟฟ้าโครงข่าย (AVR) สาย “อินพุต” จากโครงข่าย (AC in) ช่อง “เอาต์พุต” สำหรับโหลด (AC out) สายอินพุตแบตเตอรี่สำหรับ UPS ที่มีแบตเตอรีภายนอก และเครื่องชาร์จจากโครงข่าย ภาพของหน่วย UPS ซึ่งใช้ในการจัดหาพลังงานสำรองและป้องกันอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จากไฟกระชากและไฟดับ

    • OFF-line vs. ON-line UPS: นอกจาก OFF-line UPS ยังมี ON-line UPS หรือ UPS แบบการแปลงสองครั้ง ข้อแตกต่างคือ OFF-line UPS จะสลับไปใช้งานแบตเตอรี่ใน 20 มิลลิวินาทีเมื่อโครงข่ายดับ ขณะที่ ON-line UPS สลับใน 0 มิลลิวินาที ซึ่งสำคัญสำหรับอุปกรณ์ที่มีความละเอียดอ่อน
    • UPS ขนาดเล็ก: มักติดตั้งแบตเตอรี่ในตัวที่มีความจุเพียงพอที่จะจ่ายพลังงานให้โหลดเป็นเวลา 5-15 นาที ทำให้มีเวลาเพียงพอในการปิดคอมพิวเตอร์ เครื่องจักร หรืออื่น ๆ อย่างถูกต้อง UPS แบบนี้มักมีคลื่นไซน์ดัดแปลง ดังนั้นเราจะไม่สนใจรายละเอียดเพิ่มเติม

  2. Autonomous OFF-line Solar Inverter (UPS สำหรับแผงโซลาร์เซลล์): ประกอบด้วยอินเวอร์เตอร์ เครื่องชาร์จจากโครงข่าย คอนโทรลเลอร์ชาร์จแสงอาทิตย์แบบ PWM หรือ MPPT (หนึ่งหรือมากกว่า) อินพุตแบตเตอรี่ อินพุตจากโครงข่าย AC in (หนึ่งหรือมากกว่า) เอาต์พุตโหลด AC out (หนึ่งหรือมากกว่า) และฟอร์ตสื่อสารต่าง ๆ มีรุ่น ON-line ของอินเวอร์เตอร์เหล่านี้ด้วย แต่เทคโนโลยีมักเป็น pseudo-online ภาพของอินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์แบบออฟไลน์ อุปกรณ์ที่แปลงไฟฟ้า DC จากแผงโซลาร์เซลล์ให้เป็นไฟฟ้า AC สำหรับใช้ในบ้าน โดยปกติในระบบที่โครงข่ายเป็นแหล่งพลังงานหลักและพลังงานแสงอาทิตย์เป็นส่วนเสริม

  3. Grid-Tie Inverter (ออนไลน์): ประกอบด้วยอินเวอร์เตอร์ คอนโทรลเลอร์แสงอาทิตย์ MPPT (หนึ่งหรือมากกว่า) และหน่วยซิงโครไนซ์กับโครงข่าย ไม่สามารถเชื่อมต่อแบตเตอรี่กับอินเวอร์เตอร์ชนิดนี้ได้ ภาพของอินเวอร์เตอร์แบบเชื่อมต่อโครงข่าย ที่แปลงพลังงานไฟฟ้า DC จากแผงโซลาร์เซลล์ให้เป็นไฟฟ้า AC และซิงโครไนซ์กับโครงข่ายเพื่อใช้โดยตรงหรือส่งกลับไปยังโครงข่ายไฟฟ้าได้

    • การใช้งาน:

      • การผลิตพลังงานเพื่อขายให้โครงข่าย
      • เมื่อเชื่อมกับลิมิตเตอร์การผลิตพิเศษสามารถจ่ายพลังงานให้ผู้บริโภคในบ้านเมื่อโครงข่ายเชื่อมต่อ
      • สำหรับบริษัทที่มีค่าธรรมเนียมสูง จะลดค่าไฟฟ้าเมื่อเชื่อมต่อกับลิมิตเตอร์การผลิต
      • สามารถเพิ่มพลังงานสำหรับการใช้ตนเองเมื่อพลังงานโครงข่ายจำกัด (ต้องการลิมิตเตอร์การผลิต)

    • ข้อเสีย: ข้อเสียหลักของอินเวอร์เตอร์นี้คือจะหยุดทำงานเมื่อโครงข่ายดับและไม่สามารถเชื่อมต่อแบตเตอรี่ได้

    • ไมโครอินเวอร์เตอร์: เป็นหมวดหมู่ย่อยของอินเวอร์เตอร์แบบเชื่อมต่อโครงข่าย แต่จะเชื่อมต่อกับแผงโซลาร์เซลล์หนึ่งหรือสองแผงแทนที่จะเป็นแผงใหญ่ ภาพของไมโครอินเวอร์เตอร์ อุปกรณ์ขนาดเล็กที่ติดตั้งกับแต่ละแผงโซลาร์เซลล์เพื่อแปลงไฟฟ้า DC ให้เป็น AC ที่ระดับแผงโดยตรง ทำให้สามารถผลิตพลังงานและการตรวจสอบได้อย่างเหมาะสม

  4. อินเวอร์เตอร์แบบไฮบริด (เชื่อมต่อโครงข่าย + ออฟไลน์): รวมทุกประเภทของอินเวอร์เตอร์อื่น ๆ พร้อมความสามารถในการสร้างพลังงานสำหรับโครงข่าย ประกอบด้วยอินเวอร์เตอร์ คอนโทรลเลอร์แสงอาทิตย์ MPPT (หนึ่งหรือมากกว่า) อินพุตแบตเตอรี่ หน่วยซิงโครไนซ์กับโครงข่าย อินพุตจากโครงข่าย AC in (หนึ่งหรือมากกว่า) เอาต์พุตโหลด AC out (หนึ่งหรือมากกว่า) และฟอร์ตสื่อสารต่าง ๆ

    • สำคัญ: ตัวแทนขายบางรายอาจเรียกชื่ออินเวอร์เตอร์ใด ๆ ที่มีอินพุตแสงอาทิตย์ว่าอินเวอร์เตอร์ไฮบริด แต่ไม่ถูกต้อง
    • การใช้งาน:
      • การผลิตพลังงานเพื่อขายให้โครงข่าย
      • การประหยัดพลังงานสำหรับครัวเรือนหรือบริษัทด้วยการใช้พลังงานแสงอาทิตย์ทั้งบางส่วนหรือเต็มรูปแบบ
    • ข้อดี: รวมทุกประเภทของอินเวอร์เตอร์ ทำงานเมื่อโครงข่ายมีอยู่และเมื่อไม่มี และรุ่นบางรุ่นสามารถทำงานได้โดยไม่ต้องใช้แบตเตอรี่ โดยใช้แค่แผงโซลาร์เซลล์
    • ข้อเสีย: ข้อเสียหลักคืออินเวอร์เตอร์เหล่านี้มีราคาแพงกว่าประเภทอื่น ๆ

สรุปแล้ว อินเวอร์เตอร์ประเภทเฉพาะเจาะจงเหมาะสำหรับแต่ละงาน หรืออินเวอร์เตอร์ไฮบริดแบบสากลสามารถทดแทนอินเวอร์เตอร์ประเภทใดก็ได้ในราคาที่สูงขึ้นเล็กน้อย

สรุป

การเลือกอินเวอร์เตอร์ที่เหมาะสมสำหรับบ้านหรือธุรกิจของคุณมีความสำคัญต่อการประกันความมีประสิทธิภาพและอายุยืน ของระบบพลังงานแสงอาทิตย์ของคุณ แม้ว่าอินเวอร์เตอร์คลื่นไซน์ดัดแปลงอาจมีราคาถูกกว่า แต่ไม่เหมาะสำหรับทุกการใช้งาน อินเวอร์เตอร์คลื่นไซน์บริสุทธิ์เป็นตัวเลือกที่ดีกว่าสำหรับอุปกรณ์ในบ้านส่วนใหญ่ โดยเฉพาะอุปกรณ์ที่มีมอเตอร์หรืออิเล็กทรอนิกส์จากวัสดุที่ละเอียดอ่อน เพื่อประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือที่ดีที่สุด ควรพิจารณาความต้องการพลังงานเฉพาะของคุณและประเภทของอุปกรณ์ที่คุณต้องการจ่ายพลังงานเมื่อเลือกอินเวอร์เตอร์