เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้า คืออะไร? มีกี่ประเภท?

เป็นที่ทราบโดยทั่วกันว่า ระบบเซลล์แสงอาทิตย์คืออีกหนึ่งวิธีถูกใช้เพื่อผลิตพลังงานไฟฟ้า โดยผลที่ได้จากระบบเป็นไฟฟ้ากระแสตรง การนำไปใช้ประโยชน์จึงจำกัดอยู่ที่อุปกรณ์ไฟฟ้ากระแสตรงเท่านั้น เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าจึงเป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้หากต้องการไฟฟ้า กระแสสลับ และ "เส้นทางสู่พลังงานสีเขียว" จะบอกเล่าเรื่องราวให้คุณเข้าใจมากยิ่งขึ้น

เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าคืออะไร

• เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้า หรือ Inverter เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ถือว่ามีความ สำคัญที่สุด และมีความซับซ้อนมากที่สุดของระบบเซลล์แสงอาทิตย์ เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้านี้มีหน้าที่แปลงไฟฟ้ากระแสตรง (DC) จากแบตเตอรี่หรือแผงเซลล์แสงอาทิตย์ให้ เป็นไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) ที่ได้มาตรฐานเพื่อนำไปใช้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าและเครื่องมือต่างๆที่ใช้ไฟฟ้ากระแสสลับทั่วไป

การทำงานของเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้า

• เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าจะทำการแปลงพลังงานกระแสตรงที่ได้จากแบตเตอรี่หรือแผงเซลล์แสงอาทิตย์ แล้วเปลี่ยนรูปเป็นไฟฟ้ากระแสสลับ โดยการทำงานของวงจรสวิชชิ่งทรานซิสเตอร์ (Switching transistor) ด้วยการเปิด-ปิดวงจรกระแสตรงของทรานซิสเตอร์อย่างรวดเร็วรวมกับหม้อแปลงไฟฟ้า จะทำให้สามารถแปลงไฟฟ้ากระแสตรงให้เป็นไฟฟ้ากระแสสลับแล้วจ่ายออกมาได้คุณภาพ และความซับซ้อนของเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าจะให้สัญญาณขาออกในลักษณะต่างๆ กัน เช่น Square wave, Modified sine wave และ Pure sine wave

ชนิดของเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้า สามารถจำแนกเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าตามลักษณะการใช้งานได้ดังนี้

• เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าชนิดใช้งานอิสระ (Stand-alone inverter) ถูกนำไปใช้ในการติดตั้งในบริเวณที่ไม่มีระบบไฟฟ้าหรือมีปัญหาไฟฟ้าและจะต้องมีแบตเตอรี่สำรองไฟฟ้า โดยแบ่งตามสัญญาณขาออกได้ดังนี้
  
  
• เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าประเภท Square wave จะทำการกลับขั้วแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงอย่างง่ายๆ 100, 120 ครั้งต่อวินาที (1 รอบประกอบด้วยแรงดันไฟฟ้าบนและล่าง) ทำให้เกิดความเพี้ยนของสัญญาณสูงมาก จึงไม่เหมาะที่จะใช้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าทั่วไป
  
  
• เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าประเภท Modified sine wave สัญญาณขาออกเป็น 4 ระดับแรงดัน (voltage level) ต่อรอบ การจ่ายสัญญาณขาออกเป็นลักษณะขั้นบันได แม้สัญญาณจะไม่ดีเท่ากับระบบสายส่ง แต่ราคาถูกกว่า, ประสิทธิภาพสูงและนำไปใช้ได้กับอุปกรณ์ไฟฟ้ามาตรฐานส่วนใหญ่ เช่น ทีวี, วิทยุ, คอมพิวเตอร์และเตาไมโครเวฟ ฯลฯ รวมถึงเป็นทางเลือกที่ดีสำหรับระบบเซลล์แสงอาทิตย์ขนาดเล็ก แต่อาจไม่เหมาะกับอุปกรณ์ไฟฟ้าหรืออิเล็กทรอนิกส์บางชนิดที่ต้องการความละเอียดและความแม่นยำ เช่น เครื่องมือ/อุปกรณ์ไร้สาย, เครื่องถ่ายเอกสาร, เครื่องพิมพ์เลเซอร์ ฯลฯ
  
  
• เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าประเภท Sine wave ให้สัญญาณขาออกเป็นเส้นโค้งเรียบเสมอกัน จึงเรียกเป็น Pure sine wave สัญญาณไฟฟ้าที่ได้ใกล้เคียงกับระบบสายส่งมาก เนื่องจากให้กำลังไฟฟ้ากระแสสลับที่คุณภาพดีที่สุด จึงทำงานได้ดีกับอุปกรณ์ไฟฟ้ากระแสสลับต่างๆ เกือบทุกประเภท รวมถึงอุปกรณ์ไฟฟ้าที่มีมอเตอร์, ปั๊มน้ำ AC, เครื่องมืออิเล็กทรอนิกส์และใช้งานกับระบบจ่ายไฟฟ้าภายในบ้านที่ขนาดใหญ่ขึ้น ผลที่ได้จากเครื่องชนิดนี้สูงถึง 256 ระดับแรงดันต่อรอบ

เนื่องจากในระบบเซลล์แสงอาทิตย์ เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าต่ออยู่กับแบตเตอรี่และอุปกรณ์ไฟฟ้า การเลือกเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าจึงควรพิจารณาดังนี้

• เลือกเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าให้ตรงกับขนาดของแบตเตอรี่ที่ใช้ เช่น 12 V, 24 V 48 V และ 120 V ฯลฯ
• เลือกเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าที่มีขนาดกำลังไฟฟ้า (จำนวนวัตต์) มากกว่าขนาดกำลังไฟฟ้ารวมของอุปกรณ์ไฟฟ้าทั้งหมดที่ต้องใช้ในแต่ละครั้ง
• กรณีที่ใช้กับอุปกรณ์ที่มีความเหนี่ยวนำ เช่น มอเตอร์, ปั๊มน้ำ, เครื่องซักผ้าและเตาไมโครเวฟฯลฯจะมีไฟกระชากเมื่อเริ่มเดินเครื่อง ดังนั้นต้องพิจารณาขนาดไฟกระชาก (Surge) สูงสุดด้วย

หากจะกล่าวถึงประสิทธิภาพแล้ว พบว่ามีความแตกต่างกันตามอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้งาน ในทางปฏิบัติ ประสิทธิภาพของเครื่องสูงสุดอยู่ที่ 60-80% ของขนาดเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้า โดยตัวเครื่องเองต้องใช้กำลังไฟฟ้าในการเดินเครื่องด้วย จึงทำให้เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่เมื่อนำไปใช้กับอุปกรณ์ที่มีกำลังไฟฟ้าต่ำมากๆ1 จะมีประสิทธิภาพต่ำ เช่น เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้า 1 kW ใช้งานกับวิทยุขนาด 20 W อาจต้องใช้ไฟฟ้าจากแบตเตอรี่ 30-40 W ทีเดียว

• เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าชนิดต่อเชื่อมระบบสายส่งการไฟฟ้า (Grid connected inverter)
  มีการนำมาใช้เพื่อการอนุรักษ์พลังงานและติดตั้งในบริเวณที่มีระบบสายส่งเพื่อการต่อเชื่อม ด้วยหลักการพลังงานแสงอาทิตย์ที่ได้จากแผงเซลล์แสงอาทิตย์จะถูกนำเข้าเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าเพื่อแปลงเป็นไฟฟ้ากระแสสลับ โดยติดตามสัญญาณไฟฟ้าในระบบสายส่งตลอดเวลา ผลักดันกระแสไฟฟ้าให้ไหลกลับเข้าระบบสายส่ง ซึ่งช่วยลดค่าไฟฟ้าในระบบรวมได้ ดังนั้น เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าชนิดนี้จะต้องมีความซับซ้อนและการควบคุมสัญญาณไฟฟ้า Pure sine wave อย่างมาก ทั้งนี้ระบบไม่ต้องการแบตเตอรี่เพื่อสำรองไฟฟ้า

ในปัจจุบัน เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าได้ถูกผลิตขึ้นด้วยคุณสมบัติที่พร้อมสรรพสำหรับการใช้งาน รวมถึงสามารถต่อเชื่อมกับอุปกรณ์ภายนอกได้ คุณสมบัติที่ผนวกไว้ภายในเครื่อง เช่น ระบบประจุไฟฟ้าแบบ 3 ขั้นตอน ที่ช่วยให้ประจุแบตเตอรี่เต็มเร็วขึ้น, สวิตช์การโอนย้าย (Transfer switch) เพื่อให้การโอนย้ายแหล่งพลังงานเป็นไปอย่างต่อเนื่อง, ติดตั้งวงจรตรวจวัดเพื่อปิดเครื่องโดยอัตโนมัติในกรณีที่ไม่สามารถจ่ายไฟฟ้าให้แก่อุปกรณ์ที่ใช้งานได้หรือแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงต่ำมากๆ เพื่อป้องกันไม่ให้แบตเตอรี่จ่ายกระแสไฟฟ้ามากเกินไป นอกจากนี้ยังสามารถใช้โปรแกรมในการตรวจสอบสถานะและข้อมูลทางไฟฟ้าได้ด้วย ฯลฯ

หลังจากมีการแปลงกระแสไฟฟ้าให้ได้ตามความต้องการแล้ว ไฟฟ้าที่ได้นำไปใช้อย่างไร... ตอนต่อไปที่จะนำเสนอนั้นเป็นเรื่องราวของ "อุปกรณ์ไฟฟ้าสำหรับระบบเซลล์แสงอาทิตย์" แต่จะมีอุปกรณ์ไฟฟ้าใดและเลือกอย่างไร คุณจะได้ทราบอย่างแน่นอน

ขอขอบคุณบทความดีๆจาก leonics