ไฟถนนโซล่าเซลล์หลักคิดในการออกแบบ
(Solar Street Light Design Concept)

ทำไมเราต้องใช้ไฟถนนโซล่าเซลล์หรือไฟถนนพลังงานแสงอาทิตย์?

จากการบริโภคทรัพยากรอย่างเต็มที่ของโลกของเราในปัจจุบัน ทรัพยากรที่ใช้แล้วหมดไป อย่างแหล่งพลังงานจากฟอสซิล (ไฮโดรคาร์บอน) เช่น น้ำมัน ถ่านหิน ก๊าซธรรมชาติ เริ่มเหลือน้อยลงไปทุกวัน ทำให้ต้นทุนด้านพลังงานของกิจกรรมต่างๆเพิ่มสูงขึ้นทุกวันอย่างไม่มีทางเลี่ยงได้
นอกจากนั้นผลกระทบที่เกิดขึ้นจากการใช้เชื้อเพลิงจากฟอสซิลโดยตรงคือการปล่อยมลภาวะสู่โลกและชั้นบรรยากาศโลก โดยเฉพาะก๊าซคาร์บอน โดยก๊าซคาร์บอนจำนวนมากมายมหาศาลต่อวันได้ถูกปล่อยออกจากกระบวนการผลิตไฟฟ้าด้วยเชื้อเพลิงฟอสซิล ไม่ว่าจะเป็นจากก๊าซธรรมชาติหรือจากน้ำมัน จนเป็นสาเหตุหลักของการเกิดปรากฎการณ์เรือนกระจกหรือกรีนเฮาส์เอฟเฟค (Green House Effect) ซึ่งเป็นผลทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของโลกอยา่งผิดปกติหลายๆอย่างตามมา เช่น การเปลี่ยนแปลงสภาพอากาศที่ไม่สมดุล น้ำแข็งขั้วโลกละลาย สภาวะโลกร้อน การเกิดพายุที่รุนแรงมากขึ้น สภาวะโลกรวน การเกิดมะเร็งผิวหนังที่เพิ่มมากขึ้น การเกิดของเชื้อโรคและโรคระบาดสายพันธุ์ใหม่ และอื่นๆอีกเยอะแยะมากมาย ฯลฯ

การเลือกใช้ พลังงานทางเลือก พลังงานทดแทน พลังงานสะอาด ที่ไม่ปล่อยมลภาวะ ลดปริมาณคาร์บอน จึงเป็นเรื่องเร่งด่วนที่สำคัญสำหรับการบริหารจัดการพลังงานและการบริโภคทรัพยากรของทุกๆประเทศทั่วโลก และเป็นหน้าที่ของเราทุกๆคนที่จะต้องช่วยกัน เพื่ออนาคตของโลกและลูกหลานของเรา...

โซล่าเซลล์หรือเซลล์พลังงานแสงอาทิตย์ อยู่ในความสนใจและถูกกล่าวถึงมากที่สุดในปัจจุบัน เป็นพลังงานสะอาดไม่มีมลภาวะ เราสามารถเลือกใช้โซล่าเซลล์ผลิตไฟฟ้าจากดวงอาทิตย์ได้อย่างไม่จำกัด เป็นทางเลือกใหม่และเป็นแหล่งพลังงานทางเลือกที่สำคัญในปัจจุบันและในต่อไปในอนาคต

ไฟถนน ที่มีความจำเป็นต่อความปลอดภัยในการเดินทาง และการใช้ชีวิตของผู้คนยามค่ำคืนมีความต้องการพลังงานไฟฟ้าสูง อยู่ในที่กลางแจ้ง จึงมีความเหมาะสมที่สุดในการนำเอาพลังงานพลังงานสะอาดและไม่มีวันหมดอย่างจากดวงอาทิตย์มาใช้งาน โดยไม่จำเป็นต้องพึ่งพาระบบสายส่งไฟฟ้าอีกต่อไป
การออกแบบระบบ ไฟถนนโซล่าเซลล์ให้เหมาะสมจึงมีความจำเป็นที่ต้องเข้าใจถึงหลักคิดในการออกแบบ และส่วนประกอบต่างๆ เพื่อก่อให้เกิดประโยชน์สูงสุดและใช้ทรัพยากรให้คุ้มค่าที่สุด

ไฟถนนโซล่าเซลล์หรือไฟถนนพลังงานแสงอาทิตย์คืออะไร?

ส่วนประกอบของไฟถนนโซล่าเซลล์หรือ ไฟถนนพลังงานแสงอาทิตย์

1.แผงโซล่าเซลล์ หรือ แผงเซลล์แสงอาทิตย์ (Solar Panel/Photovoltaics/PV)

2.ตัวควบคุมการชาร์จและการจ่ายไฟ (Solar Charger Controller)

3.แบตเตอรี่ (Battery)

ในเมื่อแสงแดดไม่ได้มีตลอดทั้งวัน การนำเอาแบตเตอรี่มาใช้เพื่อเก็บสะสมและจัดการกับพลังงานจึงเป็นสิ่งจำเป็น สำหรับระบบโซล่าเซลล์ โดยทั่วไปแล้วชนิดของแบตเตอรี่ที่นำมาใช้ในระบบไฟถนนโซล่าเซลล์ควรต้องเป็นแบบ deep cycle เพราะมีอายุการใช้งานที่นานกว่าและจ่ายไฟได้สม่ำเสมอกว่า

• แบตเตอรี่น้ำ (Flooded Acid Battery/Wet Battery)

  แบตเตอรี่น้ำมีใช้งานมากที่สุดในระบบโซล่าเซลล์ เพราะมีราคามีที่ต่ำกว่า เมื่อเทียบเป็น Ah ต่อ Ah
  แต่การแบตเตอรี่น้ำมีข้อเสียคือต้องมีการการบำรุงรักษาอย่างสม่ำเสมอ เช่น ดูระดับน้ำกลั่น ดูความสะอาดของขั้วแบตฯ เป็นต้น นอกจากนั้่นก็ต้องติดตั้งในที่มีอากาศถ่ายเทได้ เพราะมีไอระเหยของน้ำกรด และต้องติดตั้งในแนวตั้งเท่านั้นไม่ให้เอียง ตะแคงหรือล้มโดยเด็ดขาด

• แบตเตอรี่เจล (Gel battery)

  เกิดจากการนำเอาผงซิลิกาเติมลงไปในสารละลายในแบตเตอรี่ ทำให้สารละลายกลายเป็นเจลจึงเรียกว่า แบตฯเจล เป็นหนึ่งในแบตเตอรี่ชนิดแบตฯแห้ง ระบบปิด (Sealed) ไม่ต้องการการบำรุงรักษา ติดตั้งในพื้นที่ปิดได้ สามารถวางตะแคงได้ และมีอายุการใช้งานที่ยาวกว่า
  ส่วนข้อเสียคือ ราคาสูง ระบายความร้อนได้ต่ำถ้าจ่ายประจุมากเกินไปอาจจะร้อนและระเบิดได้(ไม่เหมาะสำหรับรถไฟฟ้า) และอาจจะมีภาวะเกิดก๊าซภายในในบางครั้งซึ่งจะทำให้ชาร์จไม่เข้าจนกว่าก๊าซจะลอยขึ้นเป็นต้น

• แบตเตอรี่ AGM (Absorbed Glass Mat)

  แบตเตอรี่ AGM หรือแบตฯตาข่ายไฟเบอร์กลาส เป็นแบตเตอรี่ที่มีการนำตาข่ายไฟเบอร์กลาสใส่เข้าไปไปกั้นเซลล์แต่ละเซลล์ทำให้สามารถวางแผ่นตะกั่วได้ใกล้กันมากขึ้น ทำให้ขนาดเล็กลงแต่เก็บไฟได้มากขึ้น เป็นหนึ่งในแบตเตอรี่ชนิดแบตฯแห้ง ระบบปิด (Sealed) ไม่ต้องการการบำรุงรักษา ติดตั้งในพื้นที่ปิดได้ สามารถวางตะแคงได้ ระบายความร้อนได้ดีกว่าชนิดเจล แต่มีข้อเสียคือราคาสูงกว่าแบตฯชนิดอื่น

• แบตเตอรี่ลิเธี่ยม (Lithium Battery)

  แบตเตอรี่ลิเธี่ยมไม่ใช่แบตเตอรี่ชนิดตะกั่ว-กรด แต่เกิดจากการนำเอาโลหะ ลิเธี่ยม(Li) มาเป็นขั้วอาโนด แทนโลหะตะกั่ว(Pb) ส่วนคาร์โธดนั้น มีโลหะได้หลายชนิดด้วยกันขึ้นอยู่กับแต่ละเทคโนโลยี แต่ส่วนมากจะเป็น แมงกานิสไดอ๊อกไซด์ (MnO2 ), ไอออนไดซัลไฟด์ (FeS2) และอื่นๆอีกหลายชนิด
  สำหรับสารละลายภายในก็เป็นสารหลายชนิดผสมกัน(compound) มีหลากหลายชนิดเช่นกัน อ่านเพิ่มเติมได้ที่ แบตเตอรี่ลิเธี่ยมมีกี่ชนิด บางชนิดก็สามารถนำกลับมาชาร์จไฟใหม่ได้ บางชนิดก็ไม่สามารถชาร์จได้
  ข้อดีของแบตฯลิเธี่ยมคือ จ่ายประจุได้มาก ทำให้มีขนาดเล็ก ประหยัดพื้นที่ เหมาะสำหรับอุปกรณ์ไฮเทคทั้งหลาย
  ข้อเสียคือ ราคาแพง ระเบิดได้ นำกลับมาใช้ใหม่ไม่ได้

การเลือกขนาดความจุของแบตเตอรี่

• 1. สำรองไฟเพียงพอให้แสงสว่างได้ทั้งคืน และยังต้องเพียงพอสำหรับวันที่มีฝนตกมาก หรือแดดน้อย
• 2. เลือกให้เหมาะสมกับการใช้งานเพื่อยืดอายุของแบตเตอรี่ แบตเตอรี่ที่ขนาดความจุน้อยเกินไปไม่สามารถให้แสงสว่างได้ทั้งคืน ทำให้อายุการใช้งานแบตเตอรี่สั้นลง แบตเตอรี่ที่ขนาดความจุมากเกินความจำเป็นสูญเสียอย่างเปล่าประโยชน์

4.หลอดไฟ หรือ โคมไฟ

• หลอดประหยัดไฟ

  มีกำลังไฟน้อย ประสิทธิภาพสูง แต่มีอายุการใช้งานค่อนข้างสั้นเพียง 2000 ชั่วโมง โดยปกติแล้วมีใช้เฉพาะตามไฟสนามหญ้า หรือไฟสวนหย่อม
ปัจจุบันเลิกนิยมไปแล้ว

• หลอดโซเดียมแรงดันต่ำ

  หลอดโซเดียมแรงดันต่ำบางชนิดอาจมีประสิทธิภาพสูงมากถึง 200 lm/w (ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับชนิดของ inverter) แต่ก็มีราคาค่อนข้างแพง การเปิดต้องมีการอุ่นไส้ และให้แสงไฟคุณภาพต่ำ สีเพี้ยน ไม่เป็นที่นิยมในระบบไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์

• หลอดชนิดคายประจุ discharge lamp

  กำลังต่ำ ประสิทธิภาพสูง ต้องการ inverter ไม่เป็นที่นิยมในระบบไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์

• หลอดLED

  เป็นหลอดไฟชนิดใหม่ ที่กำลังจะมาแทนที่ในระบบไฟฟ้าแสงสว่างทั้งหมด เพราะมีข้อดีคือมีอายุการใช้งานยาวนานกว่า,ทนทาน,ใช้งานง่าย,น้ำหนักเบา,ใช้กับไฟ DC ได้ จึงไม่ต้องการ inverter, ประหยัดไฟเพราะมีประสิทธิภาพสูง (100-180 lm/w) และมีแนวโน้มเพิ่มสูงขึ้นอีก เป็นที่แน่นอนว่าในอนาคต หลอดLED จะเป็นหลอดไฟที่ได้รับความนิยมสูงสุด และเหมาะสมที่สุดในการนำมาใช้กับระบบไฟถนนพลังงานแสงอาทิตย์ (รวมไปถึงไฟแสงสว่างโดยทั่วไป) อ่านเพิ่มเติม ข้อดีของหลอดไฟLED

5.เสาไฟและตู้ใส่อุปกรณ์

ความสูงของเสาไฟควรขึ้นอยู่กับความกว้างของถนน ระยะห่างระหว่างเสา และมาตรฐานของถนนแต่ละประเภท

โดยสรุป

• แสงสว่างเพียงพอ
• ระบบมีสเถียรภาพ
• การรักษาอายุการใช้งานของแบตเตอรี่
• การประหยัดงบประมาณ
• นอกเหนือจากสิ่งเหล่านี้ที่เกี่ยวข้องด้านข้อมูลเทคนิคตามหลักวิศวกรรมแล้ว ยังต้องคำนึงถึงความสวยงามของภูมิทัศน์อีกด้วยเช่นกัน