PW

77การประชมวชาการทางวศวกรรมไฟฟา ครงท ๔๒ ๓๐ ต.ค. - ๑ พ.ย. ๒๕๖๒ มหาวทยาลยมหดล

15

การวเคราะหสมรรถนะของระบบผลตไฟฟาดวยแสงอาทตยทตดตงบนผนน าโดยใชโปรแกรมพวซส Performance Analysis of Floating Solar PV System using PV Syst Program

อนชย ชาวแขก 1 ภรชย จอนวฒนกล 1 พศวร ศรโหมด 1 และส าเรง ฮนทาไม 1 1ภาควชาวศวกรรมไฟฟาและอเลกทรอนกสประยกต คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม

anuchai.atts@gmail.com , parachai.ju@spu.ac.th, pasawee.sr@spu.ac.th, samroeng.hi@spu.ac.th บทคดยอ

บทความนเปนการน าเสนอการวเคราะหสมรรถนะของระบบผลตไฟฟาจากแสงอาทตยแบบเชอมตอกรดท ตดต งบนผนน าโดยใชโปรแกรมพวซส โดยน าขอมลจากระบบการผลตไฟฟาจรงทตดตงอยในพน ทห นง ท มก าลงผลตตดต งขนาด 25 kWp มาท าการจ าลองในโปรแกรมพวซส เพอวเคราะหสมรรถนะของระบบและเปรยบเทยบกบคาจรงของระบบในปจจบนทมการตดตงมานานเกอบ 10 ป และหาแนวทางแกไขเพอปรบปรงระบบใหมคาสมรรถนะของระบบดขน จากการจ าลองบนโปรแกรมพวซส พบวาการตดตงแผงเซลลแสงอาทตยในพนทดงกลาวควรเลอกมมเอยงและมมอะซมททใหพลงงานทจายเขากรดสงสด มมเอยงทดทสดในการตดต งอยทมมเอยง 16 องศา มมอะซมท 0 องศา หนหนาไปทางทศใต ไดก าลงการผลตสงทสด 38.77 MWh/year และมคาสมรรถนะของระบบ 83.31 % เมอเปรยบเทยบกบคาจรงของระบบใน ปจจบน แผงเซลลแสงอาทตยม การเส อมสภาพเห ลอประสทธภาพเฉลย 2.968% คาสมรรถนะของระบบ 49.89 % โดยผลลพธทไดจะถกน าไปวเคราะหและสรปผลรวมถงขอเสนอแนะวธการแกไขปญหา

ค าส าคญ: ระบบผลตไฟฟาดวยแสงอาทตยทตดตงบนผนน า โปรแกรมพวซส สมรรถนะของระบบ ประสทธภาพในการรบแสง

Abstract This paper presents a performance analysis of floating solar PV system using PV Syst program. By getting data from the actual system installed in one area with an installed capacity of 25 kWp, is simulated by PV Syst program to analyze system performance and compare with the actual system that has been installed for nearly 10 years and find solutions to improve the system performance. Based on the simulation on the PV Syst program, it was found that the best angle to install in such areas should choose the tilt angle and azimuth angle that gives the highest energy injected into Grid. The best angle is at an angle of 16 degrees, azimuth angle of 0 degrees, facing south. The highest production capacity is 38.77 MWh/year and the system has 83.31% performance ratio. Compared to the actual system, the system has an average residual efficiency of 2.968 %, performance ratio of 49.89%.

The results will be analyzed and summarized as well as suggestions for solutions. Keywords: Floating Solar PV System, PV Syst Program, Performance

Ratio, Effective Irradiance on Collectors 1. ค าน า

ปจจบนพลงงานหมนเวยน (Renewable Energy) มอยท วไปตามธรรมชาตและไมตองสญเสยเงนในการลงทนเรองเชอเพลงในการผลต และแนวโนมตอไปในอนาคตเซลลแสงอาทตย จะเขามามบทบาทอยางมากในการผลตไฟฟา เนองจากพนทสวนใหญของประเทศไดรบความเขมพลงงานแสงอาทตยมคาอยในชวง 18-19 MJ/m2-day [1] ซงจดไดวาความเขมพลงงานแสงอาทตยมปรมาณเพยงพอทจะเปนพลงงานทางเลอกได เพอใหพล งงานแสงอาทตยถกน ามาใชได อยางสงสดแล ะตอบสนองน โยบ ายของภ าค รฐ ท ก ระท รวงพล งงาน ไดประกาศใชแผนพฒนาพลงงานทดแทนและพลงงานทางเลอก พ.ศ.2558-2579 (AEDP2015) [2] บทความนจงม งเนนการศกษาหาคาสมรรถนะและประสท ธภาพของระบบผลตไฟ ฟ าด วย เซลลแสงอาทตยบนผนน าทเชอตอกรดก บการไฟฟาสวนภมภาค โดยอ าศ ย ก าร จ าล อ งแ บ บ จ าก โป รแ ก รม พ ว ซ ส ( PV Syst) แ ล ะเปรยบเทยบกบระบบการผลตไฟฟาจรงทตดต งอยในพนทจรงทมก าล งไฟฟาผลตตดตงขนาด 25 kW โดยตดตงระบบเมอวนท 13 ตลาคม พ.ศ. 2552 ซงจากอายการใชงานโดยทวไปของแผงเซลลแสงอาท ต ย จะยาวน านกวา 25 ป และประสทธภ าพก ารผลตก าล งไฟฟาของแผงเซลลแสงอาทตย จะลดลงตามอายการใชงานดวย ซ งจะมผลตอการลงทนและความค มทนในระบบการผลตตดตง จงจ าเปนทจะต องค านวณหาประสทธภาพของระบบการผลต และอายการใชงานของแผงเซลลแสงอาทตยทเหมาะสมก บระบบการผลตทตดทงในปจจบนเพอเปนทางเลอกในการปรบปรงและบ ารงรกษาระบบใหมประสทธภาพสงสด

ในการออกแบบตดตงแผงเซลลแสงอาทตยในประเทศไทย จะนยมทจะตดตงใหดานหนาของแผงเซลลแสงอาทตย หนไปทางทศใต และเอยงท ามมประมาณ 10-18 องศากบพนโลก (ขนอยกบภมประเทศ) แตมผลงานนอยมากทพจารณาถงคาตางๆ เชน คาสมรรถนะของระบบ (Performance Ratio) คาพลงงานทจายเขาสกรด(Energy Injected into Grid) ประสทธภาพในการรบแสง (Effective Irradiance on Collectors)

78 The 42nd Electrical Engineering Conference (EECON-42) 30 Oct – 1 Nov 2019 Mahidol University

ทศ มมเอยง (Plane Tilt Angle) และมมอะซมท (Azimuth) ทท าใหระบบมการท างานทดทสด [3] บทความนจงมงเนนวเคราะหสมรรถนของระบบ พยายามปรบปรงหามมเอยงและทศทางการตดต งแผงเซลลแสงอาทตย โดยน าผลทไดมาเปรยบเทยบกบระบบผลตไฟฟาดวยเซลลแสงอาทตยแบบเชอมตอกรดทตดตงบนผนน าอยในพนทจรง เพอเปนแนวทางแกไขปรบปรงระบบจรงใหมก าลงผลตสงสดและวเคราะหหาสาเหตการท างานทผดปกตส าหรบการปรบปรงระบบ

2. ต าแหนงทตดตงจรง และพารามเตอรตางๆ ของระบบ 2.1 ต าแหนงสถานตดตงจรงของระบบ

ระบบผลตไฟฟาจากแสงอาทตยทตดตงบนผนน า ไดท าการตดตง ณ ต าบล คลองมะเดอ อ าเภอ กระทมแบน จงหวด สมทรสาคร เมอวนท 13 ตลาคม พ.ศ. 2552 มขนาดก าลงผลตตดตง 25 kWp โดยต าแหนงของสถานทตดตงดงแสดงในรปท 1

รปท 1 ต าแหนงสถานทตดตงจรง N13๐38’55” E100๐ 17’34”

สวนขอมลจากการวดทศ มมเอยง และมมอะซมทของของระนาบแผงทตดตง แสดงในรปท 2

ก. ข. รปท 2 จากการวดดวย Application มอถอ ของสถานทตดตงจรง ก. หนหนาแผงไป ทางทศใต ท ามม 15 องศา

ข. มมมมอะซมท +8 องศา 2.2 คาพารามเตอรของระบบ คาพารามเตอรของแผงเซลลแสงอาทตย แสดงในตารางท 1 และขอมลคณลกษณะของกรดอนเวอรเตอร ดงแสดงในตารางท 2

ตารางท 1 คาทางไฟฟาตางๆ ของแผงเซลลแสงอาทตยรน BS40 ทสภาวะทดสอบมาตรฐานSTC

พารามเตอร คณลกษณะ Model BS-40-44-B ชนด อะมอรฟสซลกอน

Nominal Power (Wp) 44.0 Voltage in MPP (V) 46.9 Current in MPP (A) 0.99

Open Circuit Voltage (V) 62.6 Short Circuit Current (A) 1.17 Max. System Voltage (V) 600

หมายเหต: STC คอ สภาวะทดสอบมาตรฐานของโซลาเซลล ท Irradiance of 1000 W/m2,Cell Temperature of 25 ๐C ,Spectral Distribution of 1.5 Air Mass

ตารางท 2 ขอมลคณลกษณะของกรดอนเวอรเตอร Fronius IG Plus 100

MPP Voltage Range 230-500 V DC Max. Input Voltage 600 V DC Max. Input Current 36.6 A DC

Nominal Output Power 8 kW Maximum Efficiency 96%

3. ผลการวเคราะหหามมการตดตงทเหมาะสมดวยพวซส

ในการตดตงแผงเซลลแสงอาทตย ถาไมไดวเคราะหการวางแผงในทศหรอมมองศาทตดตงเพอใหพลงงานสะสมตลอดปทดทสดกจะท าใหสญเสยพลงงานโดยไมจ าเปนได ดงนนในการวเคราะหหามมการตดตงของแผงทเหมาะสม สามารถค านวณไดจากคาประสทธภาพของการตดต งแผงเซลลแสงอาทตยทหนในทศทมมตางๆ จากการรนดวยโปรแกรมพวซส โดยใชขอมลต าแหนงทตดตงจรง และพารามเตอรตางๆของระบบใสในแบบจ าลองเพอหามมเอยง และมมอะซมท ทมคาประสทธภาพในการรบแสงสงสด จากรปท 3 แสดงใหเหนวามมทมประสทธภาพในการรบแสงสงสดอยทมมเอยง 16 องศา มมอะซมท 0 องศา มคาเทากบ 1779 (kWh/m²/year) และเมอมการปรบมมเพมหรอลดจะท าใหคาประสทธภาพในการรบแสงทไดมอตราการลดทอนลงตามการปรบมม

ในการหามมเอยงทใหคาสมรรถนะของระบบ (Performance Ratio) สงสดจากสมการท 1

r

f

YY

PR (1)

เมอ Yf = E_Grid / P_nominal Yr = Effective Irradiance on Collectors / (1 kW/m2) E_Grid = Area of PV x Effective Irradiance on Collectors x %Effective PV x %Effective Inverter คาสมรรถนะของระบบมแนวโนมเพมขน พบวาทมมเอยง 19 องศา

มคาเท ากบ 83.34% แตมมทใหคาพลงงานท จายเขาสกรด (Energy

PW

79การประชมวชาการทางวศวกรรมไฟฟา ครงท ๔๒ ๓๐ ต.ค. - ๑ พ.ย. ๒๕๖๒ มหาวทยาลยมหดล

15

Injected into Grid :MWh/year) สงสดคอทมมเอยง 16 องศา หนทางทศใต โดยมคาพลงงานเทากบ 38.82 MWh/year ดงแสดงในรปท 4 ในการเลอกมมเอยงจงควรเลอกมมเอยงทใหพลงงานทจายเขากรดสงสดคอทมมเอยง 16 องศา

จากการตงคามมเอยงท 16 องศา แลวท าการปรบมมอะซมทตงแตมม -10 องศาหรอเรยกวามม 170 องศาใต จนถง +10 องศาหรอมม 190 องศาใต จากรปท 5 แสดงใหเหนวามมอะซมททมประสทธภาพในการรบแสงสงสดอย ทมมอะซมท 0 องศา และมอตราการลดทอนลดลงตามการปรบมม ( + ) เพมขน แตจะมก าลงคงททการปรบมมดาน ( - )

1500

1525

1550

1575

1600

1625

1650

1675

1700

1725

1750

1775

1800

Effective irradiance on collectors (kWh/m²)

Effect

ive irr

adianc

e on c

ollecto

rs (kW

h/m²/ye

ar)

1779 (kWh/m²/year)

Plane tilt angle รปท 3 กราฟแสดงการปรบมมตอประสทธภาพในการรบแสง

83 .2483 .2683 .2883 .3083 .3283 .3483 .36

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2038 .5538 .6038 .6538 .7038 .7538 .8038 .85

%Pe

rform

ance

Ratio

MWh/year

Tilt%Performance Ratio Energy injected into grid

รปท 4 กราฟแสดงคาสมรรถนะของระบบและคาพลงงานทจายเขาส กรดทมมตางๆ

1775 . 501776 . 001776 . 501777 . 001777 . 501778 . 001778 . 501779 . 001779 . 50

-10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

kWh/m

²

Azimuth

รปท 5 มมทมประสทธภาพในการรบแสงตอมมอะซมท

คาพลงงานทจายเขาสกรดมคาสงสดทมมอะซมท 0 องศา มคาเทากบ 38.82 MWh/year และมอตราการลดทอนลงตามการปรบมม ( + )เพมขน และมก าลงลดลงเหลอ 38.80 MWh/year ทมม -1 องศา และจะมก าลงคงททมมดานลบมากขน ดงแสดงในรปท 6

38. 7438. 7538. 7638. 7738.7838. 7938. 8038. 8138. 8238. 83

-10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

MWh/y

ear

Azimuth รปท 6 คาพลงงานทจายเขาสกรดตอมมอะซมท เพราะฉะนนการตดตงท มมเอยง 16 องศา มมอะซมท 0 องศา จะใหคาพลงงานทจายเขาสกรดสงทสด

4. ผลจากการเกบขอมลจรงของระบบ จากการบนทกขอมลความเขมพลงงานแสงอาทตยดวยเครองมอ

Solar Power Meter ในวนท 22 มนาคม พ.ศ.2562 โดยเรมเกบคาต งแตเวลา 8.00-16.00 น. (เกบคาทกๆ 30นาท) ตามเวลาการท างานของระบบผลตไฟฟาดวยเซลลแสงอาทตยทเรมท างานจรง จะเหนวาในพนทมคาความเขมพลงงานแสงอาทตยโดยเฉลย 853.35 W/m2 /day หากคดเปนชวโมงตามการท างานของระบบ 8 ชวโมง/วน จะได คาความเขมพลงงานแสงอาทตยสะสมเฉลย 6.83 kWh/m2/day และหากสมมตใหคาความเขมพลงงานแสงอาทตยสะสมเฉลยตอวน ตลอดเดอนมนาคม มคาโดยเฉลยเทากน จะไดคาความเขมพลงงานแสงอาทตยสะสมเฉลยตอเดอน 211.63 kWh/m2/month และเมอน าขอมลพลงงานแสงทเกบคาไดมาท าเปนกราฟความสมพนธระหวางคาความเขมพลงงานแสงอาทตยกบเวลา จะพบวาคาพลงงานแสงอาทตยตงแตเวลา 8.00-13.00 น.จะเปนชวงคาความเขมพลงแสงทเพมขนจนถงจดสงสดทเวลา 13.00 น. ทคาความเขมของแสง 1197 W/m2 และหลงจากเวลา 13.00 น. คาความเขมพลงงานแสงอาทตยจะเรมลดลงเรอยๆ ดงแสดงในรปท 7

Effecti

ve irra

diance

on col

lectors

(W/m2 /da

y)

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200Effective irradiance on collectors(W/m2)

Time

รปท 7 กราฟความสมพนธคาความเขมพลงงานแสงอาทตยกบเวลา

จากการวดค าแรงดนไฟฟาและคากระแสไฟฟาทแผงเซลลแสงอาทตย มการผลตไฟฟาไดในแตละอะเรย (Array) ทงหมด 3 อะเรย โดย 1 อะเรย ม 24 สตรง (String) พรอมเกบค าความเขมพลงงานแสงอาทตยขณะท าการวดคาแรงดนไฟฟาและคากระแสไฟฟา และวเคราะหหาประสทธภาพการท างานของแผงเซลลแสงอาทตย

80 The 42nd Electrical Engineering Conference (EECON-42) 30 Oct – 1 Nov 2019 Mahidol University

0.00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

%Effic

iency

of PV

String

Array 1Array 2Array 3

รปท 8 เปอรเซนตประสทธภาพของแผงเซลลแสงอาทตยในแตละอะเรย

จากการวดคาแรงดนไฟฟาและกระแสไฟฟาทแผงเซลลแสงอาทตยสามารถผลตไดเมอน ามาท าการค านวณหาประสทธภาพแผง ดงในรปท 8 พบวาประสทธภาพของแผงเซลลแสงอาทตยโดยเฉลยมคาประมาณ 2.968 % ซ งมค าคอนขางต า เนองจากแผงเซลลแสงอาทตยมการเสอมสภาพและช ารด โดยเมอดจากกราฟจะเหนไดวาอะเรยท 3 แผงเซลลแสงอาทตยสวนใหญมประสทธภาพต ากวาอะเรยท 1 และอะเรยท 2 ทสวนใหญเหลอประสทธภาพมากกวา 3%

0

1

2

3

4

5

6

7

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

%Efficiency PV Module

5.965.44

2.968

5.02

%Effic

iency

PV

Year รป ท 9 กราฟเปรยบเทยบ เปอรเซนตประสทธภาพของแผงเซลลแสงอาทตย

โดยทวไปแลวแผงเซลลแสงอาทตย ใน ปแรกเมอตดต งค าประสทธภาพจะลดลงประมาณ 2.5 % เนองจากการท าปฏกรยากบสภาพอากาศ และสภาพแวดลอม และหลงจากนน ปท 2-25 ประสทธภาพจะลดลงปละประมาณ 0.7 % [4] จากรปท 9 เมอน าขอมลการลดลงของประสทธภาพแผงเซลลแสงอาทตยจากแบบจ าลองมาเปรยบเทยบกบประสทธภาพของแผงเซลลแสงอาทตยทไดจากการเกบขอมลจรงจากระบบ พบวาระบบจรงม ประสทธภาพโดยเฉลยเหลอประมาณ 2.968% ซงมคานอยกวาประสทธภาพ จากแบบจ าลองท 5.44 % จงสงผลใหคาสมรรถนะของระบบเหลอ 49.89 % และจากขอมลของระบบจรง ถาก าหนดใหอตราการลดลงของประสทธภาพของแผงตลอดการใชงาน 10ปทผานมาเปนการลดลงแบบเชงเสนมความสมพนธ ตามสมการท 2

10968.296.596.5% NEfficiency (2)

เมอ ให N แทนจ านวนอายปทใชงาน จากความสมพนธของสมการท าใหเราสามารถคาดการไดวา แผง

เซลลแสงอาทตยของระบบจะสามารถใชงานตอไดอก 10 ปถาไมมการ

ปรบปรงระบบ ดงนนหากมการบ ารงรกษาทดกจะท าใหแผงสามารถใชงานไดตอไปไดนานขน

5. สรป - จากการวเคราะหดวยโปรแกรมพวซส เพอหามมและทศทางการตดตงแผงเซลลแสงอาทตยทดทสดใหกบระบบ พบวามมทดทสดในการตดตงอยทมมเอยง 16 องศา มมอะซมท 0 องศา หนหนาทางทศใต จะท าใหไดก าลงการผลตสงทสดท 38.77 MWh/year และมคาสมรรถนะของระบบเทากบ 83.31 % - น าผลการวเคราะหทไดมาประเมนสาเหตการลดลงของคาสมรรถนะของระบบ พบวาสาเหตทเปนปจจยหลกคอ แผงเซลลแสงอาทตยช ารด และมการเสอมสภาพทปจจบนมประสทธภาพการท างานโดยเฉลย 2.968% และแผงยงขาดการท าความสะอาดบ ารงรกษา ประสทธภาพการท างานของอนเวอรเตอรทลดลง มผลตอการลดลงของคาสมรรถนะของระบบ - เสนอใหท าการปรบปรงมมและทศทางการรบแสงอาทตย ตามผลการวเคราะหทมมเอยง 16 องศา มมอะซมท 0 องศา หนหนาไปทางทศใต จะท าใหใหไดก าลงการผลตสงทสด ซง ณ ปจจบนระบบท าการตดตงท ามมเอยง 15 องศา มมอะซมท +8 องศา คาสมรรถนะของระบบเหลอ 49.89 % จากการจดระบบโดยเลอกแผงเซลลแสงอาทตยทยงมประสทธภาพสงๆ มารวมกนและท าการลดการใชงานลง 1 อะเรย ใหเปนอะเรยส ารองใหกบระบบ จะพบวาคาสมรรถนะของระบบของอะเรย 1 และ 2 เพมขนเปน 54.544 % และ 55.376 % ตามล าดบ ในสวนของอะเรยส ารอง อาจน าไปเปนอะไหลทดแทนในระบบ

6. กตตกรรมประกาศ ขอขอบคณ คณกตตพงศ ผาจนทร และคณณรงคเวทย พรวนตน

ไทร ส าหรบขอมลตางๆ ในบทความน

7. เอกสารอางอง [1] กรมพฒนาพลงงานทดแทนและอนรกษพลงงาน กระทรวงพลงงาน “ศกยภาพการผลตไฟฟาจากพลงงานแสงอาทตยในประเทศไทยม” 2554, (ออนไลน), สบคนเมอ 10 กรกฎาคม 2561,จาก http://www.dede.go.th [2] กรมพฒนาพลงงานทดแทนและอนรกษพลงงาน “แผนการพฒนาพลงงานทดแทนและพลงงานทางเลอก ” 2558-2579, กรงเทพฯ : กระทรวงพฒนาพลงงาน, 2558 [3] C.P. Kandasamy,P.Prabu and K.Niruba, “Solar Potential Assessment Using PVSYTST Software”, International Conference on Green Computing, Communication and Conservation of Energy,2013. [4] ทฤษ ฎ ก ารลดล งของป ระ ส ท ธภ าพ แผงเซ ลล แส งอาท ต ยhttps://www.solarhub.co.th/solar-solutions/residential-solar/3 2 8 -lifetime-how-long สบคนเมอวนท 19 พ.ย.61