"พลังแห่งการปรับแต่ง" ของตัวเพิ่มประสิทธิภาพพลังงานแสงอาทิตย์ (PV Optimizers): พลังงานเพิ่มเติมมาจากที่ใด?

ใน พีวี ระบบ โมดูลที่ทำงานแบบอนุกรมนั้นเหมือนกับโซ่ที่เชื่อมต่อกัน หากมีเพียงโมดูลเดียวที่ทำงานได้ไม่เต็มประสิทธิภาพ ก็อาจทำให้ประสิทธิภาพโดยรวมของระบบลดลง ปรากฏการณ์นี้ในอุตสาหกรรมพลังงานแสงอาทิตย์เรียกว่า "ปรากฏการณ์ถังน้ำ" — ความสามารถในการผลิตไฟฟ้าของระบบโดยรวมมักถูกกำหนดโดยโมดูลที่ทำงานแย่ที่สุด พีวี ตัวเพิ่มประสิทธิภาพถูกสร้างขึ้นมาเพื่อแก้ไขข้อจำกัดนี้ มาดูแบบจำลองเฉพาะเพื่ออธิบายให้ละเอียดยิ่งขึ้น

สถานการณ์อุดมคติ: โมดูลทำงานประสานกันเพื่อประสิทธิภาพสูงสุด

จินตนาการถึงสายโซ่ PV ที่ประกอบด้วยโมดูลจำนวน 6 ชุดที่ต่อกันแบบอนุกรม ในสภาพแวดล้อมที่สมบูรณ์แบบ — ไม่มีการบังแสง อายุการใช้งานเท่ากัน และค่าประสิทธิภาพตรงกัน — โมดูลทั้งหมดจะทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพภายใต้สภาวะแสงสว่างเดียวกัน

ณ จุดนี้ โมดูลแต่ละชุดจะให้กระแสไฟฟ้าที่คงที่ที่ระดับ 10A (ค่าที่แท้จริงอาจแตกต่างกันเล็กน้อยขึ้นอยู่กับข้อมูลจำเพาะของโมดูล) และทำงานที่แรงดัน 40V โดยใช้สูตรคำนวณกำลังไฟฟ้า (กำลังไฟฟ้า = กระแสไฟฟ้า × แรงดันไฟฟ้า) กำลังไฟฟ้าของโมดูลแต่ละชุดคือ 10A × 40V = 400W เนื่องจากโมดูลต่อกันแบบอนุกรม กระแสไฟฟ้าจึงคงที่ตลอดทั้งสายโซ่ ดังนั้น กำลังไฟฟ้ารวมของโมดูล 6 ชุดคือ 6 × 400W = 2400W — เป็นประสิทธิภาพที่ดีที่สุดที่สายโซคนี้สามารถให้ได้ภายใต้สภาวะสมบูรณ์แบบ

ความท้าทายในโลกแห่งความเป็นจริง: การบังแสงกลายเป็น "จุดอ่อน" ที่ก่อให้เกิดการสูญเสียประสิทธิภาพอย่างมาก

อย่างไรก็ตาม ในทางปฏิบัติ ระบบที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์ (PV) มักจะอยู่ภายใต้สภาวะที่สมบูรณ์แบบเป็นเวลานานไม่ค่อยได้ ปัญหาเช่น ร่มเงาของต้นไม้ แสงอาทิตย์ที่ถูกอาคารบัง ฝุ่นที่สะสมบนแผงโซลาร์ หรือการเสื่อมสภาพของแผงในบางส่วน อาจทำให้ประสิทธิภาพของแผงใดแผงหนึ่งลดลงจนกลายเป็นจุดอ่อนที่ชะลอการทำงานของระบบโดยรวม

ตัวอย่างเช่น หากแผงใดแผงหนึ่งถูกแสงอาทิตย์บังไว้ กระแสไฟฟ้าที่ผลิตได้จะลดลงอย่างมากเหลือเพียง 5A เนื่องจากลักษณะเฉพาะของวงจรแบบอนุกรม ซึ่งกระแสไฟฟ้าจะเท่ากันตลอดทั้งวงจร ทำให้แผงอื่นๆ ที่ยังทำงานได้ปกติอีก 5 แผง ต้องทำงานที่กระแส 5A เช่นกัน ดังนั้น พลังงานไฟฟ้าของแผงแต่ละแผงจึงลดลงเป็น 5A × 40V = 200W และพลังงานรวมของสายวงจรทั้งหมดจึงลดลงเหลือ 6 × 200W = 1200W ซึ่งเท่ากับเพียงครึ่งเดียวของกำลังไฟฟ้าที่ควรจะได้จากสภาวะสมบูรณ์แบบ

เพื่อลดปัญหานี้ โมดูล PV โดยทั่วไปจะติดตั้งอุปกรณ์ "ไดโอดบายพาส (bypass diodes)" ไว้ เมื่อโมดูลใดเกิดการทำงานผิดปกติ ไดโอดจะทำการ "บายพาส (bypass)" โมดูลนั้น (กล่าวคือ ข้ามการทำงานของโมดูลนั้น) ทำให้กระแสไฟฟ้าสามารถไหลผ่านโมดูลอื่นๆ ได้โดยตรง ในกรณีนี้ โมดูลที่ถูกบายพาสจะหยุดการผลิตไฟฟ้า ในขณะที่โมดูลอื่นอีก 5 โมดูลสามารถกลับมาทำงานได้ตามปกติที่ระดับกระแส 10A ซึ่งจะให้กำลังไฟฟ้ารวมทั้งหมดเท่ากับ 5 × 400W = 2000W แม้ว่าจะดีกว่ากรณีก่อนหน้า แต่กำลังไฟฟ้าของโมดูลที่ถูกบายพาสจะสูญเสียไปทั้งหมด ยังมีช่องว่างในการปรับปรุงประสิทธิภาพของระบบให้ดีขึ้นกว่าเดิม

วิธีแก้ปัญหาด้วยการเพิ่มประสิทธิภาพ: พีวี อุปกรณ์เพิ่มประสิทธิภาพ (Optimizers) ช่วยขจัดข้อจำกัดและลดการสูญเสียพลังงาน

หน้าที่หลักของอุปกรณ์ SUNGO พีวี คือการทำให้แต่ละโมดูลสามารถ "ทำงานได้เต็มที่ที่สุด" โดยไม่ให้ปัญหาของโมดูลใดโมดูลหนึ่งส่งผลกระทบต่อระบบโดยรวม อุปกรณ์จะตรวจสอบสถานะการทำงานของแต่ละโมดูลแบบเรียลไทม์ และปรับแรงดันและกระแสไฟฟ้าอย่างแม่นยำ ทำให้โมดูลที่มีปัญหาสามารถรักษาการผลิตกำลังไฟฟ้าไว้ได้มากที่สุดเท่าที่จะทำได้ โดยไม่กระทบต่อประสิทธิภาพของโมดูลอื่น

กลับมาที่สถานการณ์ที่ถูกบังแสงอีกครั้ง: โมดูลที่ถูกบังแสงในตอนแรกมีกำลังไฟฟ้าที่ 5A ที่แรงดัน 40V รวมเป็น 200W เมื่อติดตั้งอุปกรณ์ พีวี เพิ่มประสิทธิภาพ (optimizer) แล้ว อุปกรณ์เพิ่มประสิทธิภาพจะลดแรงดันของโมดูล (จาก 40V เป็น 20V) ในขณะที่เพิ่มกระแสไฟฟ้า (จาก 5A เป็น 10A) ทำให้กำลังไฟฟ้าคงที่อยู่ที่ 200W (10A × 20V = 200W) ส่วนโมดูลอื่นๆ อีก 5 ตัวยังคงทำงานปกติ โดยมีกระแสไฟฟ้า 10A และแรงดัน 40V เพื่อรักษาให้กำลังไฟฟ้าแต่ละตัวอยู่ที่ 400W

ในที่สุด กำลังไฟฟ้าทั้งหมดของสายไฟนี้จึงเท่ากับ 200W (โมดูลที่ถูกบังแสง) + 5 × 400W (โมดูลปกติ) = 2200W ซึ่งมากกว่าการใช้ไดโอดบายพาส 200W และมากกว่าสถานการณ์ที่ไม่ได้ใช้อุปกรณ์เพิ่มประสิทธิภาพถึง 1000W ช่วยลดการสูญเสียพลังงานที่เกิดจาก "จุดอ่อน" ได้อย่างมีนัยสำคัญ

ผ่านการปรับแต่งที่ตรงจุดแบบนี้ พีวี อุปกรณ์เพิ่มประสิทธิภาพสามารถแก้ปัญหา "ผลลัพธ์แบบถัง (bucket effect)" ในระบบพลังงานแสงอาทิตย์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้แต่ละโมดูลสามารถสร้างคุณค่าสูงสุดภายใต้สภาพแวดล้อมของตัวเอง เหมาะสำหรับสถานการณ์ที่ซับซ้อนและมักถูกบังแสงได้ง่าย เช่น บนหลังคาอาคาร หรือบริเวณพื้นที่ภูเขา ให้การสนับสนุนที่แข็งแกร่งต่อการดำเนินงานที่มีประสิทธิภาพและเสถียรของ พีวี ระบบ