ตอนที่ 4: แบตเตอรี่ระบบแรงดันไฟฟ้าต่ำ (LV) และ แรงดันไฟฟ้าสูง (HV)
ในการออกแบบสถาปัตยกรรมไฟฟ้าเพื่อเชื่อมต่อระบบจัดเก็บพลังงานเข้ากับอินเวอร์เตอร์โซล่าเซลล์ วิศวกรไฟฟ้าจำเป็นต้องเลือกระหว่าง แบตเตอรี่ระบบแรงดันไฟฟ้าต่ำ (Low Voltage: LV) และ แบตเตอรี่ระบบแรงดันไฟฟ้าสูง (High Voltage: HV) โดยความแตกต่างในเชิงไฟฟ้าเหล่านี้ส่งผลโดยตรงต่อระดับความสูญเสียพลังงาน ความซับซ้อนของโครงสร้างความปลอดภัย และ ต้นทุนการติดตั้งระบบอย่างมีนัยสำคัญ
ระบบแบตเตอรี่แรงดันต่ำ (Low Voltage: LV)
โดยทั่วไประบบแบตเตอรี่แรงดันต่ำ (Low Voltage: LV) จะมีพิกัดแรงดันทำงานอยู่ระหว่าง 12V ถึง 48V (หรือระบบ 51.2V ที่ประกอบด้วยเซลล์ LiFePO4 จำนวน 16 เซลล์ต่ออนุกรมกัน) สถาปัตยกรรมประเภทนี้มีความปลอดภัยต่อมนุษย์มาก เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าต่ำกว่า 100V จะมีโอกาสต่ำในการทำลายความเป็นฉนวนของผิวหนังมนุษย์ ช่วยลดอันตรายจากการถูกไฟฟ้าดูดในระหว่างการติดตั้งและการบำรุงรักษาได้อย่างดีเยี่ยม ระบบ LV จึงได้รับความนิยมอย่างแพร่หลายในตลาดระดับครัวเรือนและกลุ่มผู้ใช้งานประเภท DIY อย่างไรก็ดี หากต้องการส่งผ่านกำลังไฟที่ระดับ 5,000W ระบบแรงดัน 48V จะต้องใช้กระแสไฟสูงถึงประมาณ 104A ตามสูตรกำลังไฟฟ้า P = VI ปริมาณกระแสที่สูงขนาดนี้ทำให้เกิดการสูญเสียกำลังไฟฟ้าในรูปของความร้อนตามสายส่งอย่างมากตามกฎของจูล (P = I²R) ส่งผลให้ระบบจำเป็นต้องใช้สายเชื่อมต่อทองแดงที่มีขนาดหน้าตัดใหญ่และหนาเป็นพิเศษ ส่งผลต่อต้นทุนค่าสายไฟและขั้วต่อที่พุ่งสูงขึ้นอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้
ระบบแบตเตอรี่แรงดันสูง (High Voltage: HV)
ในทางตรงกันข้าม ระบบแบตเตอรี่แรงดันสูง (High Voltage: HV) จะมีระดับแรงดันทำงานตั้งแต่ 150V ไปจนถึงมากกว่า 600V (หรืออาจสูงเกิน 1000V ในระบบอุตสาหกรรม) การเพิ่มแรงดันทำงานช่วยให้ระบบสามารถส่งผ่านกำลังไฟฟ้าในระดับที่เท่ากันโดยอาศัยอัตราไหลของกระแสไฟฟ้าน้อยลงอย่างมหาศาล เช่น ที่กำลังไฟ 5,000W บนระดับแรงดัน 400V ระบบจะต้องการกระแสเพียง 12.5A เท่านั้น การลดระดับกระแสไฟฟ้านี้ส่งผลให้ค่าการสูญเสียในสายส่งลดลงอย่างมีนัยสำคัญ ทำให้อินเวอร์เตอร์สามารถใช้สายไฟนำกระแสที่มีขนาดหน้าตัดเล็กลงได้ ช่วยลดต้นทุนวัสดุอุปกรณ์ และช่วยยกระดับประสิทธิภาพการทำงานของระบบประจุและจ่ายไฟแบบไป-กลับ (Round-Trip Efficiency) ได้สูงขึ้นถึง 94% – 97% เมื่อเทียบกับระบบแรงดันต่ำที่ได้ประมาณ 90% – 93% อย่างไรก็ดี ระบบแรงดันสูงมีข้อเสียในเรื่องความเสี่ยงอันตรายจากไฟฟ้าแรงสูง การเกิดไฟฟ้าอาร์ก (Arc Fault) ที่รุนแรง และการสึกกร่อนของจุดเชื่อมต่อต่าง ๆ ทำให้อุปกรณ์ป้องกัน เช่น เบรกเกอร์ ฟิวส์ตัดวงจรไฟฟ้าแรงสูง และวงจรแยกสัญญาณบนแผง PCB ต้องเลือกใช้อุปกรณ์เกรดอุตสาหกรรมที่มีราคาสูง และขั้นตอนการติดตั้งจำเป็นต้องดำเนินการโดยวิศวกรหรือช่างเทคนิคที่มีใบอนุญาตรับรองวิชาชีพเฉพาะทางเท่านั้น
ตารางเปรียบเทียบ: LV vs HV
| หัวข้อเปรียบเทียบ | ระบบแบตเตอรี่แรงดันต่ำ (LV: 12V – 48V) | ระบบแบตเตอรี่แรงดันสูง (HV: 150V – 600V+) |
|---|---|---|
| โครงสร้างทางไฟฟ้า | ต่อเซลล์ขนานในปริมาณมากเพื่อเพิ่มกำลังประจุ | ต่อเซลล์อนุกรมเป็นจำนวนมากเพื่อเพิ่มแรงดัน |
| ขนาดสายไฟฟ้าที่ต้องการ | ใหญ่พิเศษ (เนื่องจากปริมาณกระแสสูง) | เล็กลงอย่างเห็นได้ชัด (เนื่องจากกระแสไฟฟ้าต่ำ) |
| ความสูญเสียในรูปความร้อน (I²R) | สูง (ประสิทธิภาพรวมระบบต่ำลงเล็กน้อย) | ต่ำมาก (รักษาประสิทธิภาพพลังงานได้สูงสุด) |
| ประสิทธิภาพระบบรวม | 90%-93% | 94%-97% |
| ความปลอดภัยระหว่างทำงาน | สูง (ความเสี่ยงอาร์กและการเกิดสปาร์กต่ำ) | ต่ำ (อันตรายถึงชีวิต ต้องติดตั้งด้วยความระมัดระวัง) |
| ความซับซ้อนของอุปกรณ์ป้องกัน | ปานกลาง (ใช้อุปกรณ์ตัดตอนมาตรฐาน) | สูงมาก (ต้องการฟิวส์และเบรกเกอร์ทนกระแสสูง) |
| อินเวอร์เตอร์ที่รองรับ | compatible กับอินเวอร์เตอร์ไฮบริดทั่วไป | ต้องใช้อินเวอร์เตอร์ชนิดแรงดันสูงโดยเฉพาะ |
ตัวอย่างการใช้งานในตลาด
Huawei แบตเตอรี่ทำงานที่ 350 ~ 560 V สำหรับ 1 phase และ 350 ~ 560 V สำหรับ 3 phase ส่วน SolarEdge แบตเตอรี่ทำงานที่ระดับแรงดัน 400 V โดยทั้งสองยี่ห้อจะต้องใช้งานแบตเตอรี่ร่วมกับอินเวอร์เตอร์ยี่ห้อเดียวกันเท่านั้น
Deye อินเวอร์เตอร์รองรับแบตเตอรี่ LV มากกว่า 20 ยี่ห้อ ทำให้ผู้ออกแบบมีอิสระมากกว่าในการเลือกใช้ยี่ห้อและรุ่นของแบตเตอรี่ได้ตามที่มีจำหน่ายในพื้นที่และงบประมาณของโครงการ
