PMP16-1

ผลกระทบของการเชอมตอระบบเซลลแสงอาทตยขนาดเลกทตดตงบนหลงคาจ านวนมากตอ แรงดนไฟฟาและพลงงานไฟฟาสญเสยในระบบจ าหนายไฟฟา

Impact of High Solar Rooftop Photovoltaic Penetration on Voltage and Energy Loss in Distribution Systems

ฮาฟซ แมแรกาเจ (Hafis Maeraekache)* ดร.สมพร สรส าราญนกล (Dr.Somporn Sirisumrannukul)**

บทคดยอ

บทความนวเคราะหผลกระทบของการเชอมตอแหลงผลตพลงงานแสงอาทตยบนหลงคาจ านวนมากตอแรงดนและพลงงานไฟฟาสญเสยในระบบจ าหนายไฟฟา โดยไดใชระบบจ าหนายไฟฟาของการไฟฟาสวนภมภาค (กฟภ.) เปนกรณศกษา โดยสมมตใหสายปอนของระบบนนจายไฟใหกบบานอยอาศยจ านวน 360 หลงทมปรมาณก าลงผลตไฟฟาทแปรเปลยนจาก 1 kW ไปจนถง 15 kW ระบบจ าหนายไฟฟา กราฟโหลด 24 ชวโมงส าหรบผใชไฟฟาประเภทบานอยอาศย และ ก าลงผลตไฟฟาแสงอาทตยไดถกจ าลองโดยใชโปรแกรม DigSilent Power Factory การวเคราะหไดรวมถงการตดตงแบตเตอรส าหรบแตละหลงคาเรอน ผลการศกษาพบวาการเชอมตอแหลงผลตพลงงานไฟฟาแบบแสงอาทตยท 15 kW ท าใหเกดแรงดนเกนในระบบ 400/230 V และท าใหพลงงานไฟฟาสญเสยเพมมากขน ผลกระทบในแงลบดงกลาวมาจากความจรงทวาก าลงผลตจากพลงงานแสงอาทตยและความตองการใชไฟฟาของบานพกอาศยไมไดอยภายในชวงเวลาเดยวกนและดงนนก าลงไฟฟาสามารถไหลยอนกลบไปยงสถานไฟฟาได ผลการศกษายงพบวาการตดตงแบตเตอรสามารถชวยรกษาระดบแรงดนใหอยในระดบมาตรฐานของ กฟภ. และชวยลดพลงงานไฟฟาสญเสยเปนอยางมาก

ABSTRACT

This paper analyzes the effect of high penetration level of solar rooftop on voltage and energy losses in a distribution system. A case study was carried out using a distribution system of Provincial Electricity Authority ( PEA) . It is assumed that the feeder of the system supplies 360 households with different amounts of solar PV generation varied from 1kW to 15 kW. The distribution system, a 24-hour profile of the residential customers and their solar PV generations were modeled using the software package DigSilent Power Factory. The analysis was extended to include a battery installation on each household. The study result found that a high penetration level of 15 kW solar PV for each household can cause overvoltage in 400/230 V System and also increase energy loss in MW. That negative impact comes from the fact that the generation of the solar PVs and the demand of the households are not coincident and therefore power flow can go reverse to the substation. It is also found that the battery can help to keep the voltage level to stay within the standard level of PEA and to reduce energy loss significantly. ค าส าคญ: พลงงานแสงอาทตยแบบตดตงบนหลงคาทเชอมตอกรด แรงดนเกนพลงงาน ไฟฟาสญเสย Keywords: Grid-Connected Solar Rooftop, Overvoltage, Energy Loss * นกศกษา หลกสตรวศวกรรมศาสตรมหาบณฑต สาขาวชาวศวกรรมไฟฟา คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเทคโนโลยพระจอมเกลาพระนครเหนอ ** รองศาสตราจารย สาขาวชาวศวกรรมไฟฟา คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเทคโนโลยพระจอมเกลาพระนครเหนอ

- 362 -

PMP16-2

บทน า ปจจบนทวโลกรวมทงประเทศไทยไดใหความส าคญกบสงเสรมสนบสนนใหมการผลตและใชงานพลงงาน

ทดแทน โดยเฉพาะการผลตไฟฟาดวยเซลลแสงอาทตย เนองจากระบบผลตไฟฟาดวยเซลลแสงอาทตยเปนแหลงพลงงานทสะอาดปราศจากมลพษและเปนพลงงานทใชไมมวนหมด พลงงานแสงอาทตยเปนพลงงานทไมตองสนเปลองคาใชจายเปรยบเสมอนเปนพลงงานทไดเปลา ปรมาณการตดตงสะสมการผลตไฟฟาดวยเซลลแสงอาทตยแสงอาทตยในประเทศไทยป พ.ศ. 2554 พ.ศ. 2555 และ พ.ศ. 2556 มปรมาณการตดตงสะสมประมาณ 242, 387 และ 823 เมกะวตต ตามล าดบ จากขอมลดงกลาวพบวา 794.07 เมกะวตตเปนการประยกตแบบเชอมตอแบบจ าหนาย โดย 29.73 เมกะวตตเปนการตดตงแบบอสระรายละเอยดแสดงดงตารางท 1 ตารางท 1 ปรมาณการตดตงแบงตามประเภทการใชงานของระบบผลตไฟฟาพลงงานแสงอาทตยของประเทศไทย

ปรมาณการตดตงสะสม พ.ศ. เชอมตอระบบจ าหนาย(MW) แบบอสระ(MW) รวม(MW) 2547 1.76 9.07 10.83 2548 1.77 22.11 23.88 2549 1.86 28.66 30.52 2550 3.61 28.90 32.51 2551 4.06 29.34 33.39 2552 13.67 29.49 43.17 2553 19.57 29.65 49.22 2554 212.80 29.88 242.68 2555 357.38 30.19 387.57 2556 794.07 29.73 823.80

จากขอมลในตารางท 1 เราจะเหนไดวาจากอดตจนถงปจจบนระบบผลตไฟฟาดวยเซลลแสงอาทตยมการ

ตดตงใชงานเพมขนทกๆ ป ประกอบกบนโยบายของรฐในการสงเสรมสนบสนนการใชงานพลงงานทดแทน ซงท าใหมทศทางในการใชงานระบบผลตไฟฟาดวยเซลลแสงอาทตยมากขน ในอนาคตมการคาดการณวาจะมแนวโนมการตดตงใชงานระบบผลตไฟฟาดวยเซลลแสงอาทตยเพมขนตอไปอกเรอยๆ เปนจ านวนมากจากนโยบายการผลตพลงงานดวยเซลลแสงอาทตยอยางอสระ ดงน น เราจงมความจ าเปนมากทจะตองศกษาผลกระทบของการตดต งระบบเซลลแสงอาทตยบนหลงคาตอระบบจ าหนายไฟฟา โดย 2 ปจจยหลกทพจารณาประกอบดวย ปจจยดานแรงดนไฟฟาและดานก าลงไฟฟาสญเสย พรอมทงประเมนคาก าลงไฟฟาสงสดของระบบเซลลแสงอาทตยบนหลงคาทสามารถจายเขาสระบบจ าหนายไฟฟาได โดยทระบบยงคงรกษาระดบแรงดนไฟฟาไดในขอบเขตของแรงดนไฟฟาไมเกน ± 5.00 %

ผวจยไดมแนวคดทจะสรางแบบจ าลองเหตการณผลกระทบทเกดจากระบบผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตยแบบตดตงบนหลงคาดวยโปรแกรมวเคราะหทางวศวกรรมไฟฟา DigSilent Power Factory เพอศกษาดผลกระทบตอระบบจ าหนายไฟฟา โดยเลอกศกษาตวอยางเปนพนทบานอยอาศยมจ านวนทอยอาศย 360 หลงคาเรอน โดยมโหลดสงสดไมเกน10 kW ตอหลงคาเรอน (อางองกบขอมลของการไฟฟาสวนภมภาค) ในทน เราก าหนดใหแตละหลงคาเรอนมการตดตงระบบพลงงานแสงอาทตยแบบตดตงบนหลงคาทงหมดทแปรเปลยนคาก าลงผลตตดตง โดยเรมจาก 1 kW, 5kW, 10 kW และ15 kW ตอหลง แลวมาวเคราะหผลกระทบของแรงดนและก าลงสญเสยในระบบจ าหนายตลอดระยะเวลา 24 ชวโมง หรอ 1 วน

- 363 -

PMP16-3

(1))

วตถประสงคการวจย วตถประสงคของงานวจย คอเพอศกษาผลกระทบของระบบจ าหนายไฟฟาจากการเชอมตอระบบเซลล

แสงอาทตยขนาดเลกทตดตงบนหลงคาในดานระดบแรงดนไฟฟาและก าลงไฟฟาสญเสย นอกจากน งานวจยนยงไดท าการศกษาผลกระทบของการตดตงแบตเตอรในบานอยอาศยส าหรบการใชงานควบคกบระบบเซลลแสงอาทตยขนาดเลกทตดตงบนหลงคา วธการวจย

งานวจยนเปนการศกษาผลกระทบของระบบจ าหนายไฟฟาแรงดนต า (400/230 V) ของการไฟฟาสวนภมภาค (PEA) เปนผรบผดชอบดแล โดยผวจยไดมแนวคดเพอศกษาผลกระทบของระบบจ าหนายแรงต าเมอไดน าระบบผลตไฟฟาขนาดเลก (Distributed Generation) เชน ระบบผลตไฟฟาจากเซลลแสงอาทตยทตดตงบนหลงคาเปนจ านวนหลายหลงคาเรอน มาเชอมตอกบระบบไฟฟาจ าหนายเพอขายไฟฟาใหกบการไฟฟา ปจจยทพจารณาประกอบดวย ปจจยทางดานแรงดน และปจจยทางดานก าลงสญเสยในระบบรวมทงประเมนวาสายปอนทพจารณาอยนนสามารถรองรบก าลงเชอมตอสงสดเทาไร ทจะไมสงผลกระทบตอระบบจ าหนายตามมาตรฐานระดบแรงดนสงสดและต าสดของการไฟฟาสวนภมภาค การศกษายงค านงถงการใชงานรวมกนระหวางระบบเซลลแสงอาทตยขนาดเลกทตดตงบนหลงคารวมกบแบตเตอร การจ าลองระบบไฟฟาก าลงไดใชโปรแกรม DigSilent Power Factory

1. ศกษาทฤษฎทเกยวของ 1.1 เซลลแสงอาทตย

กระแสไฟฟาของเซลลแสงอาทตย (Photo current) เกดจากแสงสวางไปท าใหเซลลแสงอาทตยสรางประจพาหะอสระใหไหลผานโหลดทตออยเปนสดสวนตรงกบความเขมแสงทตกกระทบรอยตอ PNJunction ซงจะเขยนแทนดวยไดโอดและแหลงจายกระแสในสมการท 1 สมการดงกลาวแสดงถงคณลกษณะทางกระแสและแรงดนของเซลลแสงอาทตยซงจะเขยนอยในรปของฟงกชนเอกโพเนนเซยล

Ipv = Ip − Io [eq(Vpv+RsIpv)

NkT − 1] −Vpv+RsIpv

Rsh

เมอก าหนดให Ip คอกระแสไฟฟาของพลงงานแสงอาทตย (A) Vpv คอแรงดนไฟฟาของพลงงานแสงอาทตย (V) Io คอกระแสอมตว (A) N คอIdeality Factor (A) q คอประจอเลกตรอนI k คอคาคงท Boltzmann T คออณหภม (K) Rs คอความตานทานอนกรม (Ω) Rsh คอ ความตานทานขนาน (Ω)

วงจรสมมลของเซลลแสงอาทตยของสมการท 1 แสดงไดดงภาพท 1

- 364 -

PMP16-4

Ip ID

Ish

Rsh

Rs Ipv

Vpv

+

-

+

- ภาพท 1 วงจรสมมลของเซลลแสงอาทตย

1.1.1 กราฟคณลกษณะกระแสกบแรงดนของเซลลแสงอาทตย (I-V Curve) เซลลแสงอาทตยผลตไฟฟาเปนกระแสตรง โดยทแรงแรงดนและกระแสไฟฟาทผลตได

ขนกบความเขมรงสอาทตย และอณหภมแผงเซลล ภาพท2แสดงกราฟกระแสกบแรงดนไฟฟาของเซลลแสงอาทตยเมอตอกบโหลดทแปรคาตงแตสภาวะวงจรลด (Short circuit) ถงสภาวะวงจรเปด (Open circuit) โดยตดแกนตงทแรงดนเปนศนย จะไดคากระแสทสภาวะวงจรลด (Short circuit current: Isc) สวนจดตดแกนนอนทกระแสเทากบศนยจะไดคาแรงแรงดนขณะวงจรเปด (Open circuit Voltage: Voc) เมอน าคากระแสคณกบแรงดนกจะไดก าลงของเซลลแสงอาทตย ซงในกราฟตองมเพยงจดเดยวทมคาก าลงไฟฟาสงสด เรยกวา ก าลงไฟฟาทจดสงสด(Power at maximum point:Pmp) สวนกระแสกบแรงดนทจดนเรยกวา กระแสทจดก าลงไฟฟาสงสด (Current at maximum power point: Imp) กบแรงดนทจดก าลงไฟฟาสงสด (Voltage at maximum power point:Vmp) ตามล าดบ

Isc

Imp

Vmp Voc

Pmp

ภาพท 2 กราฟกระแสกบแรงดนของแผงเซลลแสงอาทตย (I-V Curve) 1.2 ขอมลการรบซอไฟฟาจากการผลตไฟฟา

ส าหรบในประเทศไทยนน ไดมมาตรการสงเสรมส าหรบการรบซอไฟฟาจากการผลตไฟฟาพลงงานแสงอาทตยท ตดต งบนหลงคา (Solar PV Rooftop) จะไดรบผลตอบแทนในรปแบบ Feed-in Tariff (FIT) และมระยะเวลาในการสนบสนน25 ปแตเมอวนท 15 สงหาคม 2557 ทผานมาคณะกรรมการนโยบายพลงงานแหงชาตภายใต

- 365 -

PMP16-5

การด าเนนงานของคณะรกษาความสงบแหงชาต หรอคสช. มมตเหนชอบอตราการรบซอไฟฟาในรปแบบ Feed-in Tariffส าหรบการรบซอไฟฟาในป 2557-2558 ใหครบเตมจ านวน 100 เมกะวตต ส าหรบบานอยอาศย และสามารถจายไฟฟาเขาระบบภายในสนป 2558 ตารางท 2 ขอมลการรบซอไฟฟาจากการผลตไฟฟาพลงงานแสงอาทตยทตดตงบนหลงคา

กลมประเภทอาคาร ก าลงการผลตตดตง อตรารบซอไฟฟา (FIT) บานอยอาศย ไมเกน 10 kWp 6.85บาท/หนวย

อาคารธรกจขนาดเลก มากกวา 10 kWp ถง 250 kWp 6.40บาท/หนวย อาคารธรกจขนาดกลาง-ใหญ/โรงงาน มากกวา 250 kWp ถง1050 kWp 6.01บาท/หนวย

1.3 มาตรฐานทางดานแรงดนไฟฟา

มาตรฐานทางดานแรงดนไฟฟาส าหรบการเชอมตอแหลงผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตยเขากบระบบจ าหนายของการไฟฟาสวนภมภาคแสดงไดดงตารางท 3 ส าหรบระบบจ าหนายไฟฟาทพจารณา มระดบแรงดนอยท 22 kV ส าหรบระดบสายปอนและระดบ 220 V ส าหรบระดบแรงดนใชงานในบานอยอาศย

ตารางท 3 ตารางมาตรฐานระดบแรงดนสงสดและต าสดของการไฟฟาสวนภมภาค

ระดบแรงดน ภาวะปกต

คาสงสด คาต าสด 115 kV 120.7 kV 109.2 kV 33 kV 34.7 kV 31.3 kV 22 kV 23.1 kV 20.9 kV 380 V 418 V 342 V 220 V 240 V 200 V

ทมา: ระเบยบการไฟฟาสวนภมภาควาดวยขอก าหนดการเชอมตอระบบโครงขายไฟฟา (2559)

1.4 การผลตกระแสไฟฟาดวยเซลลแสงอาทตยแบบตอกบระบบจ าหนาย (PV Grid connected system) ระบบผลตไฟฟาทเชอมตอกบถกออกแบบส าหรบผลตไฟฟาผานอปกรณเปลยนระบบไฟฟากระแสตรง

เปนไฟฟากระแสสลบ (Inverter) เขาสระบบสายจ าหนายไฟฟาโดยตรงแสดงไดดงภาพท 3ทงน ไฟฟาทผลตไดจากเซลลแสงอาทตยจะขายใหกบการไฟฟาในอตรารบซอไฟฟา (FIT) ผานมเตอรขาย ขณะทไฟฟาทใชภายในบานอยอาศย ผใชไฟฟาจะเสยคาๆไฟฟาเทากบอตราคาไฟฟาทก าหนดไวในโครงสรางคาไฟฟา ผานมเตอรซอโดยอตรารบซอจะสงกวาอตราคาไฟฟา

- 366 -

PMP16-6

ภาพท 3 การผลตกระแสไฟฟาดวยเซลลแสงอาทตยแบบตอกบระบบจ าหนาย (PV Grid connected system)

2. รปแบบ Solar Rooftop ส าหรบบานอยอาศย

ภาพท 4 ลกษณะภาพรวมบานอยอาศยพนทชานเมอง (Suburban area)

ระบบผลตไฟฟาจากพลงงานแสงอาทตยมแนวโนมทจะมการตดตงในพนทเมอง (Urban area) หรอ ใน

พนทชานเมอง (Suburban area) ซงมประชากรยงอยอาศยหนาแนนกวาเขตชนบท (Rural area) ทอยไกลออกไปโดยโหลดสวนใหญจะเปนบานทอยอาศย ซงโหลดในลกษณะนเวลากลางวนความตองการโหลดจะต าเพราะ พนทเมองและพนทเขตชานเมองเปนทอยอาศยของคนทท างานแบบไปเชาเยนกลบเพราะฉะนนเมอมระบบเซลลแสงอาทตยทตดตงบนหลงคา (Solar Rooftop) ในพนทจ านวนมากๆจงอาจจะสงผลกระทบกบระบบจ าหนายอยางแนนอน โดยเฉพาะคาของแรงดนจะสงขนจนท าไหเกดแรงดนเกนในระบบจ าหนายซงอาจจะสงผลกระทบกบอปกรณภายในบานใหเสยหายได จากภาพท 4คอตวอยางบางสวนของระบบจ าหนายของเขตชานเมอง (Suburban area) เปนระบบ 3 เฟส 22 kV โดยรบไฟฟาจากสายสง 115 kV ผานหมอแปลง 25 MVA, 115kV/22kV จ านวน 1 ลก เพอปรบลดระดบแรงดนจ าหนายลงทพกดแรงดน 22 kV โดยใชสายสงชนด Space Arial Cable (SAC) ขนาด 185 ตร.มม.(185 SAC) แลวผานหมอแปลง 100 kVA 22kV/400Vเพอจายกบโหลดบานพกอาศยซงบานทอยอาศยจะใชแรงดนไฟฟา 400/230 V 3 เฟส 4 สาย

- 367 -

PMP16-7

3. แบบจ าลองระบบไฟฟา การสรางแบบจ าลองนมวตถประสงคเพอหาคาก าลงสงสดส าหรบระบบเซลลแสงอาทตยทตดตงบนหลงคา

(Solar Rooftop) ตอครวเรอน โดยมวตถประสงค คอ จะตองไมสงผลกระทบตอแรงดนในระบบตามระเบยบการไฟฟาสวนภมภาคไดก าหนด ดงตารางท 3 โดยผวจยไดท าการศกษา ลกษณะของโหลดรวมถงความเขมแสงอาทตยตลอดทงวนและคาพารามเตอรตางๆ ซงรปแบบการจ าลอง Solar Rooftop แสดงไดดงภาพท 5

×9 ×9 ×9 ×9

×9 ×9 ×9 ×9

×9 ×9 ×9 ×9

×9 ×9 ×9 ×9

×9 ×9 ×9 ×9

×9 ×9 ×9 ×9

×9 ×9 ×9 ×9

×9 ×9 ×9 ×9 ×9 ×9 ×9 ×9

×9 ×9 ×9

×1

×1

×1

×1

×1

×1

×1

×1

×1

×1

Sub station (50 MVA 115 kV/22 kV transformer

2 km

2 km

2 km

2 km

2 km

185

sq.m

m S

AC

cab

le

250 m 250 m 250 m 250 m

20 m

20 m

20 m

20 m

20 m

50 sq.mm THW cable

aggregate load

22 kV/0.4 kV

100 kVA

ภาพท 5 แบบการจ าลอง Solar Rooftop ในพนทชานเมอง

- 368 -

PMP16-8

ภาพท 6 แบบการจ าลอง Solar Rooftop ดวยโปรแกรม DigSilent Power Factory

การวเคราะหผลกระทบทางดานระบบไฟฟาของแบบจ าลองในภาพท 5 แสดงไดดงภาพท 6 โดยการจ าลอง

ระบบดวยโปรแกรมทางวศวกรรมไฟฟามคาพารามเตอรของแตละองคประกอบดงน - หมอแปลง:พารามเตอรของหมอแปลงตามมาตรฐาน IEC ตามตารางท 4

ตารางท 4 พารามเตอรของหมอแปลง Parameters Power transformer Distribution transformer

Rating 50 MVA 100 kVA Voltage level 115 kV/22 kV 22 kV/0.4 kV

- สายสงจ าหนาย: โดยมสายปอนหลก (Main Feeder Line) ขนาดสาย 185 sq.mm มความยาว 10 กโลเมตร

และมสายกง (Branch Line) ขนาดสาย 50 sq.mm ทง 5 กลม แตละกลมยาวทงหมด 1 กโลเมตร สายสงจะมคาพารามเตอรดงแสดงในตารางท 5

ตารางท 5 พารามเตอรของสายปอน Parameters Main Feeder Line Branch Line

Cross-section 185 sq.mm 50 sq.mm Type SAC SAC

R (Ω/km) 0.164 0.321 L (m.henry/km.) 0.697 0.827

C(µF/km.) 0.242 0.156

- 369 -

PMP16-9

4. ลกษณะโหลดรายวนและก าลงผลต Solar cell โดยทวไปแลวประเทศไทยจะมลกษณะความตองการก าลงไฟฟารายวน (Daily Load Curve) ของผใช

ไฟฟาประเภทบานอยอาศยจะมลกษณะกราฟดงภาพท 7 ซงสามารถอธบายไดวาความตองการก าลงไฟฟาสงสดอยในชวงระหวางเวลา 19.00 น.-24.00 น. ซงเปนชวงเวลาทคนสวนใหญอยบานมากทสด และไดมการใชอปกรณไฟฟา เชน เครองท าความเยน โทรทศน คอมพวเตอร เครองใชในครว และเครองแสงสวางตางๆ เปนตน หลงจากชวงเวลา 24.00 น. ความตองการก าลงไฟฟาจะคอยๆลดลงเนองจากเปนเวลานอนจนถง 6.00 น. และจะเพมอกครงชวงเวลา 6.00 น.-8.00 น.ซงเปนชวงทคนตองเตรยมตวออกไปท างานในทางกลบกนความตองการก าลงไฟฟาต าๆอยในชวงระหวางเวลา 9.00 น.-18.00 น. เนองจากทคนสวนใหญออกไปท างานหรอเรยนหนงสอ

ลกษณะก าลงผลตไฟฟาจากเซลลแสงอาทตยใน 1 วน จะมลกษณะเปลยนแปลงตามสภาพภมอากาศของประเทศนนและทส าคญสามารถผลตไฟฟาไดเฉพาะในเวลากลางวน โดยปกต ตงแตเวลา 07.00 น.-18.00 น. และผลตไฟฟาไดสงสดในชวงเวลา 11.00 น.-14.00 น. ดงแสดงในภาพท 7 เราพบวา ชวงเวลาความตองการใชไฟฟาสงสดของบานอยอาศยและชวงเวลาก าลงผลตไฟฟาจากเซลลแสงอาทตยสงสดในรอบ 1 วนไมตรงกน ปญหาดงกลาวสงผลกระทบตอระบบจ าหนายไฟฟาทงในสวนของแรงดนไฟฟาเกนในชวงเวลากลางวน และอาจจะน าไปสก าลงไฟฟาสญเสยทมากขนเนองจากก าลงไฟฟาสามารถไหลยอนกลบไปยงระบบจ าหนายผานสายปอนของการไฟฟา

ภาพท 7 ลกษณะโหลดรายวนตอครวเรอนและก าลงผลตไฟฟาจากเซลลแสงอาทตย

ผลการวจย 1. การศกษาผลกระทบดานคณลกษณะแรงดนกบขนาดของก าลงผลตพลงงานแสงอาทตยทตดตงบนหลงคา

1.1 กรณไมมระบบจดเกบพลงงานไฟฟาดวยแบตเตอร (Battery Energy Storage System) จากการศกษาผลกระทบกบแรงดนในระบบจ าหนายเมอน าพลงงานแสงอาทตยแบบบนหลงคา

เชอมตอเขามาในระบบ โดยก าหนดใหก าลงผลตพลงงานแสงอาทตยเขามาเชอมตอในระบบของการไฟฟาสวนภมภาค (PEA) ทกๆบานแลวทดสอบระบบจ าหนายทมก าลงผลตพลงงานแสงอาทตยเขามาเชอมตอ โดยเรมจาก 1 kWตอหลงคาเรอน จากนนท าการเพมเปน 5 kW, 10 kWและ15kWตามล าดบหลงจากนนวเคราะหผลตอบสนองของแรงดนทเกดขนดงน

0

2

4

6

8

10

12

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

Powe

r (kW

)

Time

loadPV Generation

- 370 -

PMP16-10

ภาพท 8 ลกษณะแรงดนในระบบจ าหนายแรงดนต า 400/230 V เมอตงตด PV

จากภาพท 8 เราจะเหนไดวาเมอมการตดตง PV ทกบานในระบบจ าหนาย จาก 1kW ตอหลงแลว

คอยๆเพมจนถง 15kW ตอหลงในระบบจ าหนายแรงดนต า 400/230 V ทมการตดตง PV ในปรมาณ 1 kW-10kW ตอหลงคาเรอน ระบบจ าหนายยงสามารถท างานไดปกตซงไมท าใหเกดแรงดนเกนทการไฟฟาสวนภมภาคก าหนด อยางไรกตาม หากมการตดตง PV ในปรมาณ 15 kW ตอหลงคาเรอน กจะท าใหเกดแรงดนเกนในระบบแรงดนต า เราสามารถสรปไดวาขนาดความสามารถของก าลงผลตพลงงานแสงอาทตยทตดตงบนหลงคาทจายก าลงไฟฟาเขาสระบบทมากเกนความตองการของโหลดรวมในระบบจะสงผลใหแรงดนสงขนในระดบแรงดนต า โดยขนาดความรนแรงนนขนอยกบขนาดของก าลงไฟฟาทระบบพลงงานแสงอาทตยจายเขาสระบบ

1.2 กรณมระบบจดเกบพลงงานไฟฟาดวยแบตเตอร (Battery Energy Storage System) จากผลกระทบกบแรงดนเกนในระบบจ าหนายเมอน าพลงงานแสงอาทตยเขามาในระบบ เราสามารถ

แกปญหาโดยการตดตงระบบจดเกบพลงงานไฟฟาดวยแบตเตอร (Battery Energy Storage System) ทกๆหลงคาเรอน เพออดประจด (Charge) ชวงกลางวนหรอชวงทตองการโหลดนอย แลวน าพลงงานทสะสมไวมาใชในชวงกลางคน ซงท าใหชวงเวลาความตองการโหลดสงสดกบก าลงผลตจากพลงงานแสงอาทตยอยในชวงเดยวกน ผลการวเคราะหแสดงได จงท าใหสามรถลดผลกระทบแรงดนเกนในระบบจ าหนายได ดงภาพท9ส าหรบระบบ 400/230 V

ภาพท 9 ลกษณะแรงดนในระบบจ าหนายแรงดนต า 400/230 V เมอตงตด PVและ แบตเตอร

0.80

0.85

0.90

0.95

1.00

1.05

1.10

1.15

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

Mag

nitud

e in p

.u.

Time

ไมม1kW5kW10kW15kWLimit of PEA

0.80

0.85

0.90

0.95

1.00

1.05

1.10

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

Mag

nitud

e in p

.u

Time

ไมม1kW5kW10kW15kWLimit of PEA

- 371 -

PMP16-11

2. การศกษาผลกระทบดานก าลงไฟฟาสญเสยกบขนาดของก าลงผลตพลงงานแสงอาทตยทตดตงบนหลงคา หวขอนน าเสนอผลกระทบดานก าลงไฟฟาสญเสยอนเนองจากกาเชอมตอแหลงผลตพลงงานแสงอาทตย

บนหลงคาผลการจ าลองระบบไฟฟาแสดงไดดงภาพท 10ส าหรบระบบแรงดนต า ขอสงเกตจากภาพดงกลาว คอ หากบานอาศยแตละหลงมก าลงผลตไมเกน 10 kW พลงงานไฟฟาสญเสยตลอด 24 ชวโมง รวมในระบบมคาต าลงเนองจากระบบผลตไฟฟาพลงงานแสงอาทตยสามารถตอบสนองความตองการใชไฟฟาภายในแตละครวเรอนท าใหความตองการใชไฟฟาจากการไฟฟาลดลง อยางไรกตามหากแตละครวเรอนตดตงแหลงผลตไฟฟาพลงงานแสงอาทตยเทากบ 15 kW จะท าใหพลงงานไฟฟาสญเสยตลอด 24 ชวโมงมคาเพมขนเนองจากเกดก าลงไฟฟาทเหลอใชจากแหลงผลตพลงงานแสงอาทตยไหลยอนกลบไปยงสถานไฟฟาโดยเฉพาะตอนชวงเวลากลางวน ซงกเปนสาเหตท าใหแรงดนเกนนนเองตามทไดกลาวมาแลว

จากปญหาการตดตงก าลงผลตของระบบเซลลแสงอาทตยมากเกนความตองการในตอนกลางวน จะท าใหก าลงสญเสยในระบบจะเพมขน เราจงมวธแกปญหาดงกลาวโดยการน าระบบจดเกบพลงงานไฟฟาดวยแบตเตอรมาใช ผลการจ าลองระบบไฟฟาแสดงไดดงภาพท 10 เมอมการตดตงก าลงผลตของระบบเซลลแสงอาทตย1 kW ตอครวเรอนจะสามารถลดก าลงสญเสยในระบบได 6.33 % เมอเพมระบบเซลลแสงอาทตยเปน 5 kW 10 kW และ 15 kW ท าใหเกดก าลงสญเสยลดลงได 30.53 % 51.47% และ 58.33% ตามล าดบ ดงนนหากแตละครวเรอนมการตดตงแบตเตอรเราพบวา ก าลงไฟฟาสญเสยในระบบนนลดลงเปนอยางมาก เนองจากการผลตไฟฟาจากพลงงานแสงอาทตยกบความตองการใชไฟฟาภายในครวเรอนนนสามารถบรหารจดการใหอยภายในชวงเวลาเดยวกนไดนนเอง

ภาพท 10 เปรยบเทยบก าลงไฟฟาสญเสยในระบบจ าหนายแรงดนต า 400/230 V ขณะไมตดตง PV, ตดตง PV, และ ตดตง PV+แบตเตอร ตามล าดบ อภปรายและสรปผลการวจย

การเชอมตอแหลงผลตไฟฟาจากเซลลแสงอาทตยแบบตดตงบนหลงคาขนานเขาสระบบจ าหนายไฟฟานนสงผลใหเกดการเปลยนแปลงของแรงดนและก าลงสญเสยโดยสามารถสรปไดดงน

1. การเปลยนแปลงระดบแรงดนเนองจากแหลงผลตไฟฟาจากเซลลแสงอาทตยพบวาขนาดของระดบแรงดนทเกดขนนนเกนจากมาตรฐานทการไฟฟาก าหนด ท 0.95-1.05 p.u. (กฟภ., 2559) ท งนเนองมาจากขนาดของก าลงไฟฟาท

0.147 0.147 0.147 0.1470.1420.131 0.136

0.1560.133

0.091

0.066 0.065

0

0.05

0.1

0.15

0.2

1 kW 5 kW 10 kW 15 kW

Total

Energ

y los

ses (M

Wh)

ขนาดก าลง (PV)

No

PV

PV+แบตเตอร

- 372 -

PMP16-12

ระบบพลงงานแสงอาทตยจายเขาสระบบนน สงผลใหระดบแรงดนของระบบสงขน โดยความรนแรงนนขนอยกบขนาดของก าลงไฟฟาทระบบพลงงานแสงอาทตยจายเขาสระบบดงแสดงในภาพท 8

2. ระบบพลงงานแสงอาทตยผลตไฟฟาไดดในตอนกลางวนซงเปนชวงโหลดรวมมคาคาต าในพนทชานเมองจงสงผลกระทบตอแรงดนดนเกนในเวลากลางวนแตจะไมสงผลทางดานแรงดนเกนในชวงเวลากลางคน

3. ระบบไฟฟาทมแหลงผลตไฟฟาจากพลงงานแสงอาทตยมาตอเชอมจะสงผลตอความสญเสยโดยตรงซงความสญเสยนนจะเพมขนหรอลดลง ขนอยกบทศทางการไหลของกระแสไฟฟา ซงสามารถสรปได 2 กรณ คอ ความสญเสยเพมขนเนองจากก าลงไฟฟาทระบบพลงงานแสงอาทตยจายกระแสยอนกลบมาในสายอนเนองมาจากปรมาณก าลงไฟฟาทไหลยอนมคาสงกวาก าลงไฟฟาทไหลในสภาวะกอนตดตงระบบพลงงานแสงอาทตยและกรณความสญเสยลดลง เนองจาก ก าลงไฟฟาทระบบพลงงานแสงอาทตย ชวยจายกระแสไฟฟาทไหลจากตนทางมขนาดนอยลง ซงกรณนเกดขนไดเมอความตองการพลงงานสงกวาก าลงผลตจากพลงงานแสงอาทตยหรอไดน าระบบจดเกบพลงงานไฟฟาดวยแบตเตอร (Battery Energy Storage System) มาใชแตละบาน เอกสารอางอง เผดจไชยมงคล. การจดการพลงงานไฟฟาระบบจ าหนายแบบสมารทกรดอยางมประสทธภาพโดยใช BESS

[วทยานพนธปรญญาวศวกรรมศาสตรมหาบณฑตสาขาวศวกรรมไฟฟา]. กรงเทพฯ: บณฑตวทยาลยมหาวทยาลยเกษตรศาสตร; 2556.

ธนนท แดงมณ. การศกษาผลกระทบดานคณภาพไฟฟาของแหลงผลตไฟฟาแบบกระจายตวตอระบบจ าหนายไฟฟา[วทยานพนธปรญญาวศวกรรมศาสตรมหาบณฑตสาขาวศวกรรมไฟฟา]. กรงเทพฯ: บณฑตวทยาลยมหาวทยาลยเทคโนโลยพระจอมเกลาพระนครเหนอ; 2555.

Chin Ho Tie, Chin Kim Gan. Impact of Grid-Connected Residential PV Systems on the Malaysia Low Voltage Distribution Network.2013 IEEE 7th International Power Engineering and Optimization Conference; 2013 June 3-4; Langkawi, Malaysia.

Jimmy TrioPutra, Sarjiya. Impact ofHigh Penetration of Photovoltaic Generation on Voltage Fluctuation of Transmission and Distribution Systems.Proc. of 2015 2nd Int.conference on Information Technology; 2015 Oct 16-18; Indonesia.

Reinaldo Tonkoski, Dave Turcotte, and Tarek H. M. EL-Fouly.Impact of High PV Penetration on Voltage Profiles in Residential Neighborhoods. IEEE Transactions on Sustainable Energy;2012 July; p. 518-527.

Rung Punyacha, Weerakorn Ongsakul, and Uwe Schmidt.Impact of High Solar Rooftop PV Penetration on Voltage Profiles in Distribution Systems.International Conference and Utility Exhibition 2014 on Green Energy for Sustainable Development;2014 March 19-21; Pattaya City, Thailand.

- 373 -