SPD DC ทำงานยังไง และทำไมระบบโซล่าถึงต้องการมัน
ก่อนจะเลือกสเปก ต้องรู้ว่า SPD DC ป้องกันอะไรได้จริง และอะไรที่มันป้องกันไม่ได้ เพื่อจะได้ไม่จ่ายเงินซื้อความมั่นใจลมๆ แล้งๆ
ฟ้าผ่าทางอ้อมกับแรงดันเกินชั่วขณะ
ฟ้าผ่าไม่จำเป็นต้องตกใส่แผงโดยตรงถึงจะทำอุปกรณ์พัง ฟ้าผ่าที่ลงดินห่างออกไปหลายสิบเมตรก็สร้าง electromagnetic pulse ที่วิ่งมาตามสายไฟ DC ได้ แรงดันเกินชั่วขณะ (transient overvoltage) ที่เกิดขึ้นอาจพุ่งสูงหลายพันโวลต์ในเวลาไมโครวินาที
อินเวอร์เตอร์และชาร์จเจอร์ MPPT มีวงจรอิเล็กทรอนิกส์ละเอียดอยู่ข้างในที่ทนแรงดันเกินได้น้อยมาก ของที่ราคาสองหมื่นอาจเสียหายจากเหตุการณ์ที่ใช้เวลาไม่ถึงหนึ่งวินาที และส่วนใหญ่ประกันไม่ครอบคลุมความเสียหายจากฟ้าผ่า ต้องจ่ายเองทั้งหมด
SPD DC clamp แรงดันเกินยังไง และทำไมต้องเป็น DC ไม่ใช่ AC
SPD DC ทำงานด้วย Metal Oxide Varistor (MOV) ซึ่งปกติมีความต้านทานสูงมาก แต่พอแรงดันพุ่งเกินค่าที่ตั้งไว้ MOV จะเปลี่ยนสภาพทันทีให้กระแสไหลผ่านลงดินแทน ดึงแรงดันกลับมาอยู่ในระดับที่ปลอดภัยก่อนที่จะวิ่งเข้าอุปกรณ์
ที่ต้องเป็น SPD DC โดยเฉพาะ ไม่ใช่เอา SPD AC มาใช้แทน เพราะ DC ไม่มี zero crossing เหมือนไฟ AC กระแสที่ไหลผ่าน MOV ใน DC จะไม่ดับเองตามธรรมชาติ SPD DC จึงต้องออกแบบให้ตัดกระแสได้เองหลัง clamp เสร็จ ใช้สลับกันไม่ได้เด็ดขาด ถ้าเอา SPD AC มาต่อในระบบ DC มีโอกาสที่ตัว SPD จะลุกไหม้เองจากกระแส DC ที่ค้างอยู่
วิธีอ่านสเปกระบบของตัวเองก่อนเลือก SPD DC
ตัวเลขที่ต้องรู้มีสองชุด คือค่าจากแผงโซล่าและค่าจากอินเวอร์เตอร์หรือชาร์จเจอร์ ขาดชุดใดชุดหนึ่งแล้วเลือก SPD ผิดได้ง่าย
Voc และ Isc ของแผง คือตัวเลขที่ต้องเอามาคำนวณก่อน
บนป้ายสเปกแผงโซล่าทุกแผ่นจะมีค่าสองตัวที่สำคัญที่สุดสำหรับการเลือก SPD ได้แก่ Voc (open circuit voltage) คือแรงดันสูงสุดที่แผงทำได้ตอนไม่ต่อโหลด และ Isc (short circuit current) คือกระแสสูงสุดที่แผงทำได้ ค่า Voc มักสูงกว่าแรงดันทำงานจริงอยู่ 10-15% เสมอ
ตัวเลขทั้งสองนี้คือฐานในการเลือก SPD ไม่ใช่แรงดันระบบที่ติดป้ายไว้หน้าอินเวอร์เตอร์ ตัวอย่างที่ต้องหาจากป้ายสเปกแผง:
- Voc — เช่น 22.5V สำหรับแผง 18V nominal
- Isc — เช่น 10.2A สำหรับแผง 300W
- Pmax — กำลังสูงสุดที่เงื่อนไขมาตรฐาน (STC)
ค่าที่ใช้คำนวณคือ Voc กับ Isc เท่านั้น ค่า Pmax ไว้ใช้เลือกขนาดชาร์จเจอร์และสายไฟ ไม่ใช่ SPD
SPD CHINT 500V DC 40KA ระบบโซล่าเซลล์ — ตัวเลือกแรงดันต่ำกว่าสำหรับระบบเล็ก เช่น 12V/24V ต่อ series ที่ Voc ไม่สูง
ดูสินค้าต่อแผงแบบ series หรือ parallel ค่าโวลต์และแอมป์เปลี่ยนยังไง
การต่อแผงแบบ series คือต่อ + ของแผงหนึ่งเข้ากับ − ของแผงถัดไป ผลคือ Voc รวมกัน แต่ Isc คงเดิม ต่อแบบ parallel คือต่อ + เข้า + และ − เข้า − ผลคือ Isc รวมกัน แต่ Voc คงเดิม
SPD ต้องรองรับค่ารวมของทั้งระบบ ไม่ใช่ค่าของแผงแผ่นเดียว ตัวอย่างการคำนวณ:
- แผง 4 แผ่น ต่อ series แต่ละแผ่น Voc = 22.5V → Voc รวม = 90V ต้องเลือก SPD ที่ Uc ≥ 108V (90V × 1.2)
- แผง 2 สตริง ต่อ parallel แต่ละสตริง Isc = 10A → Isc รวม = 20A ต้องเลือก SPD ที่รับ In ≥ 20kA ขึ้นไป
ระบบ 48V ที่ต่อแผงสี่แผ่น series จะมี Voc รวมใกล้ 90V ระบบ 24V ต่อสองแผ่น series จะอยู่ที่ประมาณ 45V ตัวเลขเหล่านี้คือสิ่งที่ต้องเอาไปเทียบกับ Uc ของ SPD ก่อนกดสั่ง
อ่านต่อ: กันฟ้าผ่า โซล่าเซลล์
เลือกโวลต์และแอมป์ SPD DC ให้ตรงกับระบบ ไม่ใช่แค่ดูราคา
ตรงนี้คือจุดที่คนซื้อผิดบ่อยที่สุด เพราะดูแค่ว่า SPD ป้ายบอก 1000V แล้วคิดว่าพอแล้ว แต่ค่า Uc, In, และ Type ต่างหากที่บอกว่าของชิ้นนี้ป้องกันได้จริงหรือเปล่า
Uc ต้องสูงกว่า Voc รวมของระบบเท่าไหร่ถึงพอ
Uc คือ maximum continuous operating voltage หรือแรงดันสูงสุดที่ SPD ทนได้ต่อเนื่องโดยไม่ clamp ตัวเอง ถ้า Uc ต่ำกว่า Voc รวมของระบบ SPD จะเริ่ม clamp ตอนแดดแรงทั้งที่ไม่มีฟ้าผ่า MOV จะร้อนสะสมและเสียหายเร็วโดยไม่ได้ป้องกันอะไรเลย
กฎที่ใช้ได้จริง: Uc ต้องสูงกว่า Voc รวมของระบบอย่างน้อย 20% เผื่อแรงดันที่ขึ้นตามอุณหภูมิและเงื่อนไขจริงในสนาม ตัวอย่างตามขนาดระบบ:
- ระบบ 12V (แผงแผ่นเดียว Voc ≈ 22V) → ต้องการ Uc ≥ 27V ขึ้นไป
- ระบบ 24V (สองแผ่น series Voc รวม ≈ 44V) → ต้องการ Uc ≥ 53V ขึ้นไป
- ระบบ 48V (สี่แผ่น series Voc รวม ≈ 88-90V) → ต้องการ Uc ≥ 108V ขึ้นไป
- ระบบ string ต่อ series สูงสำหรับอินเวอร์เตอร์ on-grid ที่ Voc รวมอาจถึง 600-800V → ต้องการ SPD Uc ≥ 720-960V
SPD ป้าย 1000V ที่ขายอยู่ทั่วไปเหมาะกับระบบ string แรงดันสูง ไม่ใช่ระบบ 12V/24V ที่บ้าน ซื้อมาแล้วไม่ได้คุ้มกว่า กลับแพงโดยไม่จำเป็น
SPD DC 2P 1000V 40KA ราคาต่ำกว่า — ตัวเลือกสำหรับระบบแรงดันสูงที่ต้องการ clamp ที่ Uc ถูกต้องตามสเปก
ดูสินค้าSPD DC 600V/1000V 20KA/40KA จากแบรนด์ TAXNELE — ให้ตัวเลือกแรงดันที่ยืดหยุ่นสำหรับระบบขนาดต่างๆ ตามที่บทความสอนการคำนวณ Voc
ดูสินค้าIn และ Iimp บอกอะไร และ Type 1 กับ Type 2 ต่างกันยังไง
In คือ nominal discharge current หน่วยเป็น kA บอกว่า SPD รับกระแสฟ้าผ่าซ้ำๆ ได้กี่ครั้งก่อนจะเสื่อม Iimp คือ impulse current บอกความสามารถรับพลังงานฟ้าผ่าครั้งเดียวที่รุนแรงที่สุด ค่า In ที่พบบ่อยในตลาดคือ 20kA และ 40kA ยิ่งสูงยิ่งทนได้นานกว่า
Type 1 และ Type 2 คือระดับการป้องกันที่ต่างกันชัดเจน:
Type 1 ออกแบบมาสำหรับระบบที่มีสายล่อฟ้า (lightning rod) ติดตั้งอยู่แล้ว รับพลังงานฟ้าผ่าโดยตรงได้บางส่วน มี Iimp สูงกว่ามาก ราคาแพงกว่า
Type 2 ออกแบบสำหรับระบบทั่วไปที่ไม่มีสายล่อฟ้า ป้องกันแรงดันเกินทางอ้อมที่วิ่งมาตามสาย บ้านและฟาร์มส่วนใหญ่ในไทยที่ไม่ได้ติดสายล่อฟ้าอยู่แล้ว ใช้ Type 2 เป็นขั้นต่ำ ก็ป้องกันได้ตามความเสี่ยงจริง
ถ้าระบบของคุณไม่มีสายล่อฟ้า ไม่ต้องไปหา Type 1 มาติดเพราะคิดว่าดีกว่า Type 2 ที่สเปกตรงกับระบบป้องกันได้ดีกว่า Type 1 ที่สเปกไม่ตรง
SPD DC 2P 1000V 40KA ตรงกับระบบแรงดันสูง — เหมาะสำหรับแผงต่อ series ที่มี Voc รวมสูง ป้องกันฟ้าผ่าทางอ้อมตามที่บทความเตือน
ดูสินค้าอ่านเพิ่มเติม: ป้องกันไฟกระชาก โซล่าเซลล์
ติดตั้ง SPD DC ตรงไหนถึงป้องกันได้จริง และอะไรที่ต้องทำก่อนกดสั่ง
ซื้อ SPD มาแล้วติดผิดตำแหน่งก็เหมือนไม่มี ตำแหน่งและวิธีต่อสายมีผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพการป้องกัน
ตำแหน่งที่ถูกต้อง ระหว่างแผงกับอินเวอร์เตอร์หรือชาร์จเจอร์
SPD DC ต้องติดที่ จุดเข้า DC ของอินเวอร์เตอร์หรือชาร์จเจอร์ ต่อขนานระหว่างสาย + และ − ก่อนที่สายจะเข้าอุปกรณ์ หลักการคือ SPD ต้องอยู่ใกล้อุปกรณ์ที่ต้องการปกป้องให้มากที่สุด ไม่ใช่ติดไว้ข้างแผงบนหลังคา
ความยาวสายจาก SPD ถึงอุปกรณ์มีผลต่อ let-through voltage โดยตรง สายยาวทุก 1 เมตรเพิ่มแรงดันที่ผ่านไปได้อีกประมาณ 1V/kA ถ้าสายยาว 5 เมตรและกระแสฟ้าผ่า 20kA แรงดันที่วิ่งผ่านสายไปถึงอุปกรณ์จะสูงกว่าที่ SPD clamp ไว้อีก 100V เป้าหมายคือสายต่อ SPD ให้สั้นที่สุดเท่าที่ทำได้ ไม่เกิน 50 เซนติเมตร ถ้าเป็นไปได้
ก่อน SPD ควรมีเบรกเกอร์ DC คั่นไว้เพื่อตัดวงจรได้เมื่อต้องเปลี่ยน SPD ที่เสียหายหลังรับฟ้าผ่า งานต่อสายเข้าตู้ไฟ DC เป็นงานที่ควรให้ช่างไฟที่มีประสบการณ์ระบบโซล่าทำ เพราะกระแส DC อาร์กไม่ดับเองแบบ AC ผิดพลาดเพียงครั้งเดียวอาจเกิดไฟลุกได้
เบรกเกอร์ DC 1000V 80A/125A จากแบรนด์ Lumira — ติดตั้งก่อน SPD เพื่อตัดวงจรเมื่อเกิดกระแสเกิน ตามที่บทความแนะนำการติดตั้งที่ถูกต้อง
ดูสินค้าเบรกเกอร์ MCB DC 2P 550V 16A-63A ราคาถูก — ตัวเลือกสำหรับระบบแรงดันกลาง เลือกแอมป์ตามกระแสสูงสุดของระบบ
ดูสินค้าสิ่งที่ต้องเช็คก่อนสั่ง SPD DC ให้ไม่ต้องซื้อซ้ำ
ลงทุน SPD หลักร้อยถึงหลักพันเพื่อปกป้องอินเวอร์เตอร์หลักหมื่น ตัวเลขมันพูดเองว่าคุ้มหรือเปล่า แต่ซื้อผิดสเปกก็เท่ากับไม่ได้ซื้อ จุดที่ต้องเช็คก่อนกดสั่ง:
- Voc รวมของระบบ — คำนวณจาก Voc แผงแผ่นเดียว × จำนวนแผ่งที่ต่อ series แล้วบวกเผื่ออีก 20% ได้ค่า Uc ขั้นต่ำที่ต้องการ
- จำนวนสตริง — ถ้ามีหลายสตริงต่อขนานกัน SPD ต้องรองรับ Isc รวมของทุกสตริง
- มีสายล่อฟ้าหรือไม่ — ถ้าไม่มี เลือก Type 2 ถ้ามี ปรึกษาช่างว่าต้องการ Type 1 ด้วยหรือเปล่า
- อินเวอร์เตอร์มี SPD built-in หรือไม่ — อินเวอร์เตอร์บางรุ่นมี SPD ในตัวอยู่แล้ว ตรวจสอบ datasheet ก่อนซื้อแยก
- งบเทียบกับราคาอุปกรณ์ที่ต้องปกป้อง — อินเวอร์เตอร์ราคาเท่าไหร่ SPD ที่สเปกตรงราคาเท่าไหร่ ถ้าต่างกันสิบเท่า การไม่ซื้อคือการเดิมพันที่ไม่คุ้ม