อัพเดทล่าสุด: พฤศจิกายน 2569 · เขียนโดยทีมวิศวกร SacredLight ผู้จัดจำหน่ายโคมไฟถนนโซล่าเซลล์ ก่อตั้งปี 2552
ระบบชาร์จโคมไฟถนนโซล่าเซลล์มี 2 แบบหลัก คือ PWM ที่ต่อแผงเข้ากับแบตเตอรี่ผ่านสวิตช์ และ MPPT ที่ปรับจุดทำงานของแผงแยกจากแรงดันแบตเตอรี่แล้วแปลงกำลังก่อนชาร์จ MPPT มักเก็บพลังงานได้มากกว่าเมื่อแรงดันแผงสูงกว่าแบตเตอรี่มาก แต่ไม่ได้ชนะทุกกรณี ระบบเล็กที่จับคู่แผงกับแบตเตอรี่ได้ดีอาจใช้ PWM ได้คุ้มกว่า บทความนี้อธิบายหลักการ ตัวอย่างคำนวณ และวิธีเลือกให้ตรงกับงานจริง
คำตอบสั้น: แผงโซล่าเซลล์ผลิตไฟฟ้ากระแสตรงตอนกลางวัน ตัวควบคุมชาร์จ (Charge Controller) ที่อยู่ระหว่างแผงกับแบตเตอรี่คุมการชาร์จให้อยู่ในเงื่อนไขที่แบตเตอรี่รับได้ พอกลางคืนแบตเตอรี่จ่ายไฟให้ชุด LED ผ่านไดรเวอร์
กลางวัน: แผงโซล่าเซลล์ ส่งไฟผ่านตัวควบคุมชาร์จ เข้าแบตเตอรี่
กลางคืน: แบตเตอรี่ ส่งไฟผ่านไดรเวอร์ LED ไปยังชุด LED
ในโคมหนึ่งชุดยังมี BMS ที่ดูแลเงื่อนไขของแบตเตอรี่ และระบบควบคุมแสงที่กำหนดเวลาและระดับความสว่าง ทั้งหมดอาจอยู่คนละบอร์ดหรือรวมเป็นชิ้นเดียว เช่น ตัวควบคุมของโคมไฟถนนโซล่าเซลล์ TL-T60 เป็น MPPT Solar Charge Controller ที่รวม Step-up LED Driver ไว้ด้วย คำว่า คอนโทรลเลอร์ ในสเปคจึงอาจหมายถึงมากกว่าภาคชาร์จ
จุดทำงานของแผงเลื่อนไปตามภาระบนเส้นความสัมพันธ์ระหว่างกระแสกับแรงดัน หรือ I-V curve
Voc แรงดันขณะเปิดวงจร ยังไม่มีกระแสไหล จึงยังไม่มีกำลังส่งให้โหลด
Isc กระแสลัดวงจร ใช้ประกอบการออกแบบ ไม่ใช่กระแสใช้งาน และไม่ใช่ค่าที่เอาไปคูณกับ Voc
Vmp / Imp / Pmp แรงดัน กระแส และกำลังที่จุดกำลังสูงสุด โดย Pmp เท่ากับ Vmp คูณ Imp
W กับ Wh W คือกำลัง ณ ขณะหนึ่ง ส่วน Wh คือพลังงานสะสมตลอดช่วงเวลา
แรงดันสูงสุดไม่ได้แปลว่ากำลังสูงสุด จุดที่ต้องการคือตำแหน่งที่ผลคูณของแรงดันกับกระแสได้มากที่สุด สำหรับโคมไฟถนน ตัวเลขที่ตัดสินผลจริงคือ Wh ที่ระบบเก็บเข้าแบตเตอรี่ได้ในแต่ละวัน และพอกับชั่วโมงเปิดไฟหรือไม่
คำตอบสั้น: PWM (Pulse Width Modulation) แบบดั้งเดิมใช้สวิตช์อิเล็กทรอนิกส์ต่อแผงเข้ากับแบตเตอรี่โดยตรง ขณะสวิตช์นำกระแส แรงดันแผงถูกดึงลงมาใกล้แรงดันแบตเตอรี่
ช่วงที่แบตเตอรี่ยังรับประจุได้มาก สวิตช์อาจนำกระแสต่อเนื่อง พอแรงดันแบตเตอรี่ใกล้ค่าที่ตั้งไว้ ตัวควบคุมจึงปรับสัดส่วนเวลาที่สวิตช์นำกระแส ช่วงชาร์จหลัก (bulk) แรงดันแผงจึงถูกดึงลงมาที่แรงดันแบตเตอรี่ Morningstar: PWM vs MPPT
PWM ไม่ได้แปลงแรงดันส่วนต่างให้เป็นกระแสชาร์จเพิ่มแบบตัวแปลงไฟ DC-DC ถ้าจุดกำลังสูงสุดของแผงอยู่ไกลจากแรงดันแบตเตอรี่ แผงจะไม่ได้ทำงานที่กำลังสูงสุด PWM จึงต้องใช้กับแผงที่แรงดันเข้าคู่กับแบตเตอรี่
คำว่า แรงดันส่วนเกินสูญเสียไป ไม่ได้แปลว่ากำลังส่วนต่างทั้งหมดกลายเป็นความร้อนในตัวควบคุม ประเด็นจริงคือระบบดึงกำลังจากแผงได้น้อยกว่าที่แผงจ่ายได้ที่จุดสูงสุด
ตัวควบคุม PWM มีการชาร์จหลายขั้น ตั้งเวลาเปิดไฟ และตัดโหลดเมื่อแรงดันต่ำได้ เช่น Victron BlueSolar PWM-Pro มีการชาร์จ 3 ขั้น (bulk, absorption, float) ฟังก์ชันควบคุมแสง และตัดโหลดเมื่อแรงดันต่ำ PWM จึงไม่ใช่ระบบที่ไม่มีการควบคุม และ MPPT ไม่ใช่แบบเดียวที่ป้องกันการชาร์จเกินได้
คำตอบสั้น: MPPT (Maximum Power Point Tracking) ปรับจุดทำงานด้านแผงให้ได้กำลังสูงสุดในสภาพขณะนั้น แล้วใช้ภาคแปลงกำลังส่งพลังงานต่อไปยังแบตเตอรี่ แรงดันแผงกับแรงดันแบตเตอรี่จึงไม่ต้องเท่ากัน
ตัวควบคุม MPPT แบบลดแรงดันรับกำลังจากแผงที่แรงดันสูงกว่า แล้วจ่ายออกที่แรงดันต่ำลงพร้อมกระแสที่สูงขึ้น Victron ยกตัวอย่างว่าฝั่งหนึ่งต่อแบตเตอรี่ 12 V ได้ ขณะที่อีกฝั่งต่อแผงอนุกรมจนได้ 36 V Victron: PWM or MPPT กำลังขาออกยังต่ำกว่าขาเข้าเมื่อรวมการสูญเสีย MPPT จึงไม่ได้สร้างพลังงานเพิ่ม แต่ใช้กำลังจากแผงได้เต็มกว่า
ตัวควบคุม MPPT มีสองหน้าที่ที่ต้องแยกกัน คือการติดตามจุดกำลังสูงสุดเพื่อเก็บกำลังจากแผง และวงจรชาร์จที่คุมแรงดันกับกระแสให้เหมาะกับแบตเตอรี่ เช่น ไอซี TI BQ24650 มีทั้งการคุมแรงดันด้านแผง แรงดันแบตเตอรี่ และกระแสชาร์จ การมี MPPT จึงไม่ได้แปลว่าส่งกำลังสูงสุดเข้าแบตเตอรี่ตลอดเวลา
ตัวควบคุม MPPT จำนวนหนึ่งเป็นวงจร buck ที่ต้องมีแรงดันแผงสูงกว่าแบตเตอรี่ แต่ก็มีวงจร buck-boost เช่น TI BQ25798 ที่เป็นตัวชาร์จแบบ buck-boost พร้อม MPPT ตัวควบคุมจะรับแผงที่แรงดันต่ำกว่าแบตเตอรี่ได้หรือไม่ ต้องดูโครงสร้างวงจรของรุ่นนั้น
เห็นคำว่า PWM ในเอกสาร ไม่ได้แปลว่าโคมชาร์จแบบ PWM: ตัวแปลงไฟในตัวควบคุม MPPT ก็ใช้การสวิตช์แบบ PWM คุมภาคกำลังได้ และ PWM ที่ใช้หรี่แสง LED เป็นอีกหน้าที่หนึ่ง จะรู้ว่าโคมชาร์จแบบไหนต้องดูหัวข้อตัวควบคุมชาร์จโดยตรง
คำตอบสั้น: ไม่มีเปอร์เซ็นต์คงที่ ขึ้นกับแรงดันแผงเทียบกับแบตเตอรี่ อุณหภูมิแผง ความเข้มแสง และการสูญเสียของวงจร Morningstar ระบุช่วง 5 ถึง 30% ตามสภาพอากาศ ส่วน Victron ระบุ 10 ถึง 40% เมื่ออุณหภูมิเซลล์ต่ำกว่า 45 องศาเซลเซียส สูงกว่า 75 องศาเซลเซียส หรือแสงน้อยมาก
ตัวเลขนี้เป็นตัวอย่างสมมติ ไม่ใช่ผลทดสอบของโคมรุ่นใด แบตเตอรี่อยู่ที่ 14 V และรับกำลังได้ทั้งหมด ละเลยการสูญเสียในสายและใน PWM ส่วน MPPT คิดประสิทธิภาพแปลงกำลัง 95% ค่า 14 V ไม่ใช่ค่าชาร์จที่แนะนำสำหรับแบตเตอรี่ทุกชนิด
| รายการ | กรณี ก: แรงดันแผงห่างจากแบตเตอรี่ | กรณี ข: แรงดันแผงใกล้แบตเตอรี่ |
|---|---|---|
| Vmp / Imp ของแผง | 20 V / 5 A (100 W) | 15 V / 5 A (75 W) |
| กระแสแผงที่ 14 V (สมมติจาก I-V curve) | 5.2 A | 5.1 A |
| PWM | 14 × 5.2 = 72.8 W | 14 × 5.1 = 71.4 W |
| MPPT | 100 × 0.95 = 95 W | 75 × 0.95 = 71.25 W |
| ผลต่าง | MPPT มากกว่า 22.2 W หรือประมาณ 30.5% | ใกล้กันมาก |
กรณี ก กระแสขาออกของ MPPT เท่ากับ 95 ÷ 14 ประมาณ 6.79 A ซึ่งมากกว่ากระแสแผงได้เพราะแปลงแรงดัน ไม่ได้สร้างพลังงาน และห้ามใช้ Imp 5 A เป็นกระแสของ PWM เพราะจุดทำงานบน I-V curve เปลี่ยนไปแล้ว
กรณี ข สมมติว่า MPPT เริ่มทำงานได้ที่แรงดันนี้ ถ้าอุปกรณ์จริงต้องการแรงดันเผื่อมากกว่านี้ ผลจะต่างออกไป ตัวเลขนี้ไม่ได้พิสูจน์ว่า PWM ดีกว่า แต่แสดงว่าระยะห่างของแรงดันและการสูญเสียเปลี่ยนคำตอบได้
ประสิทธิภาพการติดตามจุดกำลัง บอกว่าดึงกำลังได้ใกล้จุดสูงสุดของแผงเพียงใด แต่ไม่บอกว่ากำลังทั้งหมดถึงแบตเตอรี่ ประสิทธิภาพแปลงกำลัง คือกำลังขาออกหารกำลังขาเข้า ณ จุดทำงาน ไม่เท่ากับพลังงานที่เพิ่มจาก PWM ส่วน พลังงานที่เพิ่มต่อวัน ต้องเทียบ Wh ในเงื่อนไขที่เทียบกันได้ และไม่เท่ากับชั่วโมงเปิดไฟที่เพิ่มเสมอ
ตัวอย่างเช่น Victron SmartSolar MPPT 75/10 ถึง 100/20 ระบุ peak efficiency 98% คำว่า peak คือค่าสูงสุด ไม่ใช่ทุกภาระและทุกอุณหภูมิ และไม่ได้แปลว่าได้พลังงานมากกว่า PWM 98%
สูตรเทียบพลังงาน: (Wh ของ MPPT ลบ Wh ของ PWM) ÷ Wh ของ PWM × 100 ต้องวัดที่จุดเดียวกัน แผงเทียบเคียงกัน ประจุเริ่มต้นใกล้กัน และขอบเขตโหลดตรงกัน ถ้ามีโหลดกลางวันร่วมด้วย ต้องหักพลังงานที่ไปโหลดออกก่อน
คำตอบสั้น: แผงที่ร้อนขึ้นมีแรงดันจุดกำลังสูงสุดลดลง ส่วนต่างของ MPPT มักลดลงตาม ยกเว้นเมื่อร้อนจัดจนต้องออกแบบแผงแรงดันเผื่อ เมฆลดพลังงานทั้งสองแบบ ส่วนเงาบังต้องแก้ที่ตำแหน่งติดตั้ง
อุณหภูมิ: Morningstar อธิบายว่า MPPT ได้ประโยชน์มากที่สุดในอากาศเย็นที่ Vmp สูงขึ้น และส่วนต่างลดลงในอากาศร้อน ขณะที่ Victron ระบุว่า PWM เป็นทางเลือกต้นทุนต่ำสำหรับระบบเล็กเมื่ออุณหภูมิเซลล์อยู่ระหว่าง 45 ถึง 75 องศาเซลเซียส ส่วนที่ร้อนจัดเกิน 75 องศาเซลเซียสหรือแสงน้อย แรงดันแผงตกลงมาก ต้องต่อเซลล์อนุกรมเพิ่มให้แรงดันแผงสูงกว่าแบตเตอรี่เผื่อไว้ ระบบแบบนี้จึงเหมาะกับ MPPT
อุณหภูมิที่ใช้เทียบคืออุณหภูมิเซลล์ของแผง ไม่ใช่อุณหภูมิอากาศ จึงไม่ควรสรุปว่าเมืองไทยร้อน ใช้ PWM ดีกว่าเสมอ หรือ MPPT เหนือกว่าคงที่ทุกอุณหภูมิ ถ้าแรงดันแผงตอนร้อนลดลงจนต่ำกว่าที่ต้องใช้ชาร์จ ต้องแก้ที่การจับคู่แผงกับตัวควบคุม
เมฆ: MPPT อาจเก็บพลังงานได้ดีกว่าเมื่อยังอยู่ในช่วงทำงาน แต่เมฆทำให้กำลังที่มีจริงลดลง Morningstar ยังเตือนว่าในระบบกำลังต่ำ ตัวควบคุม MPPT หลายรุ่นมีประสิทธิภาพลดลงจากค่าสูงสุดอย่างเห็นได้ชัด ควรดูกราฟประสิทธิภาพในคู่มือของรุ่นนั้น
เงาบัง: MPPT คืนแสงที่ไม่ตกบนแผงไม่ได้ ต้องลดเงาบังด้วยตำแหน่งและการติดตั้งก่อน ตัวควบคุมที่ชื่อ MPPT ก็ใช้วิธีติดตามจุดกำลังต่างกัน เช่น TrakStar ของ Morningstar ใช้การกวาดแรงดันด้านแผงเพื่อหา Vmp ถ้าหน้างานมีเงาบังซับซ้อน ควรขอข้อมูลอัลกอริทึมหรือผลทดสอบของรุ่นนั้น เรื่องการวางมุมแผงอ่านต่อได้ที่บทความ มุมแสงโคมไฟถนนโซล่าเซลล์
| ประเด็น | PWM แบบดั้งเดิม | MPPT |
|---|---|---|
| จุดทำงานของแผง | ใกล้แรงดันแบตเตอรี่ขณะสวิตช์นำกระแส | ควบคุมจุดทำงานด้านแผงได้ตามขอบเขตวงจร |
| การจับคู่แผง | ต้องเข้ากับช่วงแรงดันชาร์จมากเป็นพิเศษ | ยืดหยุ่นกว่า แต่ยังติดพิกัดแรงดัน กระแส และช่วงทำงาน |
| ต้นทุนเริ่มต้น | มักต่ำกว่าเมื่อเทียบระดับใกล้กัน | มักสูงกว่า ต้องประเมินประโยชน์ที่ได้จริง |
| แผงแรงดันสูงกว่าแบตเตอรี่มาก | ใช้กำลังได้ไม่เต็มที่ และต้องไม่เกินพิกัด | มักได้เปรียบเมื่อวงจรแปลงแรงดันรองรับ |
การตั้งเวลา การหรี่แสง และอายุใช้งานของทั้งสองแบบขึ้นกับการออกแบบ โปรไฟล์ชาร์จ และคุณภาพระบบ ไม่ใช่ผลจากชื่อ PWM หรือ MPPT
ตารางนี้สรุปจากหลักการในเอกสารผู้ผลิตตัวควบคุมชาร์จ ไม่ใช่ผลทดสอบเทียบโคมสองรุ่น
คำตอบสั้น: MPPT มักได้เปรียบเมื่อออกแบบให้เหมาะสม ส่วน PWM อาจคุ้มกว่าในระบบเล็กที่จับคู่แผงกับแบตเตอรี่ได้ดี ต้องดูพลังงานที่เก็บได้จริงและเงื่อนไขใช้งาน ไม่ใช่ตัดสินจากชื่อระบบ
เลือก MPPT เมื่อ: ต้องการพลังงานเพิ่มแต่พื้นที่ติดแผงจำกัด / แรงดัน Vmp บนป้ายแผงต่างจากแรงดันระบบแบตเตอรี่มาก / สายด้านแผงยาว เพราะแรงดันแผงที่สูงขึ้นในขอบเขตที่รองรับช่วยลดกระแสและการสูญเสีย I²R ในสาย แต่ไม่ใช่เหตุให้ลดขนาดสายโดยไม่ตรวจพิกัด
PWM ยังเหมาะเมื่อ: ระบบเล็กที่จับคู่แผงได้ดีและแบบคำนวณยืนยันว่าพลังงานพอ / แผงผลิตไฟเกินโหลดมากจนแบตเตอรี่เต็มเป็นส่วนใหญ่ / ระบบกำลังต่ำที่ MPPT รุ่นที่เลือกมีการสูญเสียสูงในช่วงใช้งานจริง
ระบบชาร์จแบบใดก็ไม่ได้รับประกันว่าสว่างทั้งคืนทุกสภาพอากาศ เพราะยังมีข้อจำกัดของพลังงานแสงอาทิตย์ ความจุแบตเตอรี่ และภาระของโคม
คำตอบสั้น: ไม่เสมอไป ถ้าระบบ PWM และ MPPT ชาร์จแบตเตอรี่เต็มก่อนกลางคืนเท่ากัน และใช้แบตเตอรี่กับโปรแกรมแสงเดียวกัน คืนนั้นจะเปิดไฟได้นานเท่ากัน ข้อได้เปรียบของ MPPT จะเห็นในวันที่แบตเตอรี่ยังชาร์จไม่เต็ม ซึ่ง MPPT ยังเก็บพลังงานเพิ่มเข้าแบตเตอรี่ได้
เมื่อแบตเตอรี่ใกล้เต็ม ตัวควบคุมทั้งสองแบบลดกระแสตามโปรไฟล์ชาร์จ แบตเตอรี่ตะกั่วกรดมีช่วง bulk, absorption และ float ส่วนแบตเตอรี่ลิเธียมต้องใช้โปรไฟล์ตามข้อมูลผู้ผลิตแบตเตอรี่ ห้ามย้ายค่าแรงดันหรือโหมด equalization ของตะกั่วกรดไปใช้ ตัวอย่างเช่น คู่มือ Victron SmartSolar แยกค่าตั้งสำหรับ LiFePO4 ไว้ต่างหาก และปิด equalization เป็นค่าเริ่มต้น
ตัวอย่างสมมติ ถ้าระบบใหม่มีพลังงานใช้ได้เพิ่มจริง 40 Wh และโหลดคงที่ 20 W เวลาที่เพิ่มได้คือ 40 ÷ 20 = 2 ชั่วโมง โดยโปรแกรมแสงต้องยอมให้เปิดต่อ ห้ามเอาเปอร์เซ็นต์กำลังช่วงเที่ยงไปคูณชั่วโมงเปิดไฟตรงๆ
การหรี่แสงให้เปิดได้นานขึ้นไม่ได้เพิ่มพลังงานที่ผลิต สเปคที่เขียนว่าเปิดได้ 12 ชั่วโมงโดยไม่บอกกำลังและโปรไฟล์แสง จึงยังเอามาเทียบกันไม่ได้
MPPT ไม่ใช่ BMS ตัว BMS ตรวจและป้องกันแบตเตอรี่ในเรื่องแรงดัน กระแส และอุณหภูมิ เช่น ไอซี TI BQ76952 ที่เป็นตัวตรวจวัดและป้องกันแบตเตอรี่ Li-ion และ LiFePO4 MPPT ที่ตั้งค่าผิดยังชาร์จแบตเตอรี่ไม่เหมาะสมได้ ชื่อ MPPT จึงไม่ใช่คำรับประกันอายุแบตเตอรี่
คำตอบสั้น: บางระบบเปลี่ยนได้ แต่แค่โวลต์กับแอมป์ตรงกันยังไม่พอ ควรให้ผู้ผลิตหรือผู้มีความรู้ประเมิน ไม่ใช่ดัดแปลงเอง จุดที่ต้องตรวจมีดังนี้
คำตอบสั้น: รุ่นที่สเปคระบุระบบชาร์จ MPPT ได้แก่ TL-T60, TL-PSL / TL-MSL / TL-KSL, TL-CSL Series, SAR Series และ SAST-2 Series
| รุ่น | ระบบชาร์จตามสเปค |
|---|---|
| TL-T60 All-in-Two | 15A MPPT Solar Charge Controller รวม Step-up LED Driver |
| TL-PSL / TL-MSL / TL-KSL แยกแผง | แผงโมโน 18V แบตเตอรี่ LiFePO4 12.8V ชาร์จด้วย MPPT พร้อม Active Balancer |
| TL-CSL Series All-in-One | MPPT แบตเตอรี่ LiFePO4 |
| SAR Series All-in-One | MPPT charger 12V 10A / 12V 15A พร้อมเซนเซอร์ |
| SAST-2 Series All-in-One | MPPT charger พร้อม Microwave Sensor |
รุ่นที่สเปคไม่ได้ระบุชนิดระบบชาร์จ ให้ขอ Datasheet จากทีมวิศวกรก่อนเลือก ชั่วโมงเปิดไฟจริงขึ้นกับขนาดแผง แบตเตอรี่ โปรไฟล์แสง และแดดของหน้างาน ดูรุ่นทั้งหมดได้ที่หมวด โคมไฟถนนโซล่าเซลล์
ส่งความกว้างถนน ความสูงเสา และชั่วโมงเปิดไฟที่ต้องการ ทีมวิศวกรช่วยตรวจขนาดแผง แบตเตอรี่ และระบบชาร์จให้ตรงกับหน้างาน
ปรึกษาทีมวิศวกรทาง LINEไม่เสมอไป MPPT มักเก็บพลังงานได้มากกว่าเมื่อแรงดันแผงสูงกว่าแบตเตอรี่มาก แต่ระบบเล็กที่จับคู่แผงได้ดี หรือระบบที่แบตเตอรี่เต็มเป็นส่วนใหญ่ อาจใช้ PWM ได้คุ้มกว่า
ไม่มีค่าคงที่ Morningstar ระบุช่วง 5 ถึง 30% ตามสภาพอากาศ ตัวเลขที่ใช้ตัดสินควรเป็น Wh ที่วัดเทียบกันในเงื่อนไขเดียวกัน
ดูหัวข้อตัวควบคุมชาร์จใน Datasheet ของโคม คำว่า PWM ในเอกสารอาจหมายถึงการหรี่แสง LED หรือการสวิตช์ในตัวแปลงไฟ ไม่ได้แปลว่าโคมชาร์จแบบ PWM เสมอ
เขียนโดยทีมวิศวกร SacredLight · อ้างอิง: Morningstar (PWM vs MPPT), Victron Energy (Which solar charge controller: PWM or MPPT?, คู่มือ SmartSolar MPPT 75/10 ถึง 100/20, BlueSolar PWM), Texas Instruments (BQ24650, BQ25798, BQ76952) · อัพเดทล่าสุด: พฤศจิกายน 2569
02 พฤศจิกายน 2569
ผู้ชม 40 ครั้ง
English