เส้นทางของดวงอาทิตย์คืออะไร? เกี่ยวข้องอย่างไรกับการติดตั้งโซล่าร์เซลล์

รู้หรือไม่ดวงอาทิตย์ไม่ได้ขึ้นและตกในตำแหน่งเดิมทุกวัน หลายคนอาจคิดว่าดวงอาทิตย์ขึ้นทางทิศตะวันออกและตกทางทิศตะวันตกในตำแหน่งเดิมทุกวัน แต่ในความเป็นจริงตำแหน่งการขึ้นและตกของดวงอาทิตย์เปลี่ยนไปตลอดทั้งปี โดยเฉพาะประเทศไทยที่อยู่ในบริเวณเขตร้อนใกล้เส้นศูนย์สูตร

ในช่วงฤดูร้อน ดวงอาทิตย์มักขึ้นทางทิศตะวันออกเฉียงเหนือ และตกทางทิศตะวันตกเฉียงเหนือ มีมุมสูงจากขอบฟ้ามาก ทำให้บ้านหรือโครงสร้างที่ติดตั้งแผงโซล่าร์เซลล์หันได้เต็มที่รับแสงโดยตรงมากขึ้น และเราอาจได้พบปรากฏการณ์วันไร้เงาซึ่งเกิดขึ้นเมื่อดวงอาทิตย์โคจรมาตั้งฉากกับพื้นโลก 

แต่ในช่วงฤดูหนาว ดวงอาทิตย์จะขึ้นทางทิศตะวันออกเฉียงใต้ และตกทางทิศตะวันตกเฉียงใต้ มุมของแสงจะต่ำกว่า ขอบฟ้าอยู่ใกล้ ทำให้เงาจากสิ่งปลูกสร้างหรือสิ่งกีดขวางรอบข้างอาจยาวขึ้น และระยะเวลาของแสงระหว่างวันน้อยลง ส่งผลให้แผงโซล่าร์เซลล์ได้รับแสงลดลงตามไปด้วย

ดังนั้น การติดตั้งแผงโซล่าร์เซลล์โดยไม่ได้พิจารณา ทิศทางและองศาการขึ้น-ลงของดวงอาทิตย์ในแต่ละฤดูกาล รวมถึงปัจจัยในพื้นที่ติดตั้งโดยรอบ จึงเสี่ยงที่ระบบจะผลิตไฟได้ไม่เต็มศักยภาพ หรือในบางช่วงเวลาผลิตไฟได้น้อยกว่าที่คาด

มาทำความรู้จัก Analemma เส้นทางรูปเลข 8 ของดวงอาทิตย์

หากลองถ่ายภาพดวงอาทิตย์จากจุดเดิม เวลาเดิมทุกวันตลอดทั้งปี จะทำให้เราเห็นเส้นทางการเคลื่อนตัวของดวงอาทิตย์เรียงตัวเป็นรูป “เลข 8” ซึ่งเรียกว่า Analemma (อะนาเลมมา) ซึ่งเกิดขึ้นจากปัจจัยเหล่านี้

• แกนของโลกเอียงประมาณ 23.5 องศา ส่งผลให้ดวงอาทิตย์มีตำแหน่งสูง–ต่ำเหนือขอบฟ้าแตกต่างกันตามฤดูกาล
• วงโคจรของโลกไม่ใช่วงกลมสมบูรณ์ (มีความรี) ทำให้ความเร็วการเคลื่อนที่ของโลกรอบดวงอาทิตย์เปลี่ยนแปลง และทำให้เวลาที่ดวงอาทิตย์ถึงตำแหน่งเฉพาะไม่คงที่ 
• Analemma จุดสูงสุดมักอยู่ช่วงฤดูร้อน ขณะที่จุดต่ำสุดอยู่ช่วงฤดูหนาว (ดวงอาทิตย์อยู่ต่ำ ชิดขอบฟ้า) 

สำหรับงานติดตั้งโซล่าร์เซลล์ Analemma ช่วยแสดงให้เห็นการเคลื่อนที่ของแสงแดด ว่าไม่ได้อยู่ตำแหน่งเดิมตลอดทั้งปี ซึ่งหมายความว่าสามารถใช้ข้อมูล Analemma ในการออกแบบทิศทางและมุมติดตั้งแผงให้ครอบคลุมได้ดียิ่งขึ้น

Sun Path Diagrams สิ่งสำคัญในการออกแบบงานติดตั้งโซล่าร์เซลล์

ในการติดตั้งโซล่าร์เซลล์สิ่งที่จะขาดไม่ได้เลยคือการออกแบบ ตำแหน่ง ทิศทาง และองศาแผงโซล่าร์เซลล์ให้รับแสงได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งวิศวกรจะใช้การคำนวณจาก Sun Path Diagrams (เส้นทางการโคจรของดวงอาทิตย์) สามารถบอกได้อย่าง ไม่ว่าจะเป็น 

• ทิศทาง คือ ทิศเหนือ ใต้ ตะวันออก ตะวันตก ที่ดวงอาทิตย์เคลื่อนผ่าน
• ระดับความสูง คือ ความสูงที่ดวงอาทิตย์อยู่เหนือขอบฟ้า ณ เวลาต่าง ๆ
• เวลา ที่ดวงอาทิตย์สาดแสงลงมามากที่สุด 

ด้วยการวิเคราะห์เหล่านี้ วิศวกรจะกำหนดได้ว่า แผงควรหันทางไหน เอียงกี่องศา และควรหลีกเลี่ยงเงาในช่วงเวลาไหน เพื่อให้สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้สูงสุดทุกฤดู แต่ในปัจจุบันสามารถทำได้ง่ายขึ้นในซอฟต์แวร์จำลองเส้นทางการเคลื่อนตัวดวงอาทิตย์

ผลกระทบจากการติดตั้งที่ไม่ได้วิเคราะห์การเคลื่อนตัวของดวงอาทิตย์

งานติดตั้งที่ดีนอกจากจะต้องใช้อุปกรณ์ที่ผ่านมาตรฐาน เหมาะสมกับงาน ถูกต้องตามหลักวิศวกรรมแล้ว ยังต้องถูกต้องตามการคำนวณการเคลื่อนตัวของดวงอาทิตย์จากวิศวกรที่เชี่ยวชาญในการติดตั้งโซล่าร์เซลล์ แต่ถ้าหากไม่ได้มีการติดตั้งที่ถูกจะส่งผลในการผลิตไฟ ไม่ว่าจะเป็น

• แผงหันผิดทิศ เช่น หันไปทางทิศเหนือ ซึ่งในประเทศไทยถือว่าไม่เหมาะ เพราะระยะเวลารับแสงน้อย
• มุมเอียง (Tilt) ไม่เหมาะสมกับละติจูดของพื้นที่ ทำให้แสงตกกระทบไม่ตรงหน้าแผง และการรับแสงจากดวงอาทิตย์ทำได้ต่ำกว่าที่ควร
• มีเงาบัง เช่น ช่วงฤดูหนาวที่ดวงอาทิตย์อยู่ต่ำ จะทำให้การรับแสงในช่วงเย็นและเช้าลดลง หรือมีเงาบังจากสิ่งข้างเคียงจาก ตึก ต้นไม้ ป้ายโฆษณา ซึ่งเป็นตัวแปรที่จะทำให้ระยะเวลาคืนทุนเลื่อนออกไปอีก

โดยรวมแล้วงานติดตั้งที่ไม่ได้วิเคราะห์เส้นทางดวงอาทิตย์จะสูญเสียประสิทธิภาพในการใช้โซล่าร์เซลล์หลายเท่า หากเทียบกับการติดตั้งที่วิเคราะห์มาอย่างดี เช่น การหันถูกทิศ เอียงถูกมุม และหลีกเลี่ยงเงา จะได้ผลลัพธ์การผลิตไฟที่ดีมากกว่า

การติดตั้งแผงโซล่าร์เซลล์ที่เหมาะสม

• ใช้อุปกรณ์ที่ได้มาตรฐาน เหมาะสมกับงาน เพื่อความปลอดภัยและการใช้งานที่ยาวนาน
• สำหรับการติดตั้งในประเทศไทยให้หันแผงไปทางทิศใต้หรือตะวันตกเฉียงใต้ เพราะจะรับแสงได้ตลอดวัน
• มุมเอียง (Tilt) ของแผงควรประมาณเท่ากับละติจูดของพื้นที่ หรือปรับเล็กน้อยเพื่อให้เหมาะกับฤดูกาล ยกตัวอย่าง กรุงเทพฯ แนะนำประมาณ 13.5° เป็นต้น
• ตรวจสอบเงารอบด้าน ต้องมั่นใจว่าไม่มีต้นไม้ อาคาร หรือวัตถุอื่นบังแสงโดยเฉพาะในช่วงเช้าและเย็น หรือช่วงฤดูหนาวที่ดวงอาทิตย์อยู่ต่ำ
• ใช้ Sun Path Diagrams หรือซอฟต์แวร์จำลองเส้นทางดวงอาทิตย์ เพื่อกำหนดจุดติดตั้งที่เหมาะสมที่สุด และหามุมปรับเอียงหรือหันทิศทางของแผงอย่างละเอียด ซึ่งช่วยให้ระบบของคุณผลิตไฟได้สูงสุดในทุกฤดูกาล ไม่ใช่แค่ช่วงที่แสงแดดแรงเพียงอย่างเดียว

เพื่อให้ระบบโซล่าร์เซลล์ที่ติดตั้งไปทำงานได้อย่างเต็มศักยภาพ ในฐานะทีมวิศวกรของ Sumitra Power เราไม่ได้แค่ติดตั้งแผงเท่านั้น แต่เราใช้ข้อมูลทางวิศวกรรม วิเคราะห์จริง วัดหน้างานจริง ออกแบบให้เหมาะกับพื้นที่คุณโดยเฉพาะ เพราะเมื่อแผงถูกหันและเอียงถูกต้องตามที่คำนวณไว้ การผลิตไฟจากพลังงานแสงอาทิตย์ก็จะ สูงขึ้น และคืนทุนได้ตามที่กำหนด