หลังคาวิลลาติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์ได้กี่แผง?

เมื่อวางแผนติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์ เจ้าของวิลลาทางภาคใต้ของประเทศไทยมักคำนวณจากพื้นที่หลังคาทั้งหมด เช่น หลังคามีพื้นที่ 280 ตารางเมตร ก็คิดว่าจะมีพื้นที่ติดตั้งแผงได้ 280 ตารางเมตรเช่นกัน จึงเกิดความคาดหวังที่สูงเกินจริงทั้งในเรื่องกำลังระบบและค่าไฟที่จะลดลงในอนาคต

ในความเป็นจริง พื้นที่ที่ใช้ติดตั้งแผงได้จะน้อยกว่ามาก เพราะต้องคำนึงถึงรูปทรงและความลาดเอียงของหลังคา พื้นที่ที่มีเงาบดบัง ระยะร่นจากขอบหลังคา และทางเดินสำหรับบำรุงรักษา บทความนี้อธิบายว่าวิศวกรของ Siriteja คำนวณพื้นที่ติดตั้งระบบอย่างไร

ขนาดของแผงโซลาร์เซลล์

แผงโซลาร์เซลล์ที่ใช้กันทั่วไปมีขนาดกว้างประมาณ 1 เมตร และยาวกว่า 2 เมตรเล็กน้อย การคำนวณสำหรับแต่ละโครงการต้องอ้างอิงรุ่นแผงที่จะใช้จริง ตัวอย่างเช่น สเปกของแผงรุ่นใหม่ Canadian Solar TOPBiHiKu6:

ตัวอย่างคุณสมบัติของแผง N-type/TOPCon

• ประเภท: N-type/TOPCon
• กำลัง: 555–580 W
• ขนาด: 2,278 × 1,134 × 30 มม.
• พื้นที่: 2.58 ตร.ม.

แผงหนึ่งแผงจึงใช้พื้นที่เกือบ 2.6 ตร.ม. และผลิตกำลังได้ประมาณ 220 W ต่อตารางเมตรของแผง แต่เมื่อคิดจากพื้นที่หลังคาจริง ตัวเลขที่ใช้ได้มักเหลือเพียงประมาณครึ่งหนึ่ง ต่อไปเราจะอธิบายว่าพื้นที่ส่วนที่เหลือหายไปไหน

เหตุใดพื้นที่ติดตั้งจริงจึงลดลง

ทิศทางและความลาดเอียงของหลังคา

ที่ละติจูดของภูเก็ต ดวงอาทิตย์อยู่เกือบเหนือศีรษะในช่วงเที่ยง ทิศทางของหลังคาจึงมีผลน้อยกว่าในเขตอบอุ่น ความลาดเอียง 18–20° เหมาะกับภาคเหนือของประเทศ ส่วนภาคใต้ 10–15° ก็เพียงพอให้ฝนชะล้างฝุ่นออกจากแผงได้

หลังคาด้านใต้ยังคงให้ผลดีที่สุด แต่ด้านตะวันออกและตะวันตกที่ความลาดเอียงดังกล่าวสูญเสียผลผลิตเพียงไม่กี่เปอร์เซ็นต์ ส่วนด้านเหนือสูญเสียประมาณ 5–10% สามารถตรวจสอบตัวเลขสำหรับตำแหน่งของคุณได้ด้วยเครื่องคำนวณ PVGIS

อย่างไรก็ตาม รูปทรงของหลังคามีความสำคัญมากกว่า หลังคาแต่ละด้านเป็นชุดแผงย่อยที่ต้องมีระบบยึดและวงจรไฟฟ้าของตัวเอง พื้นที่ขนาดเล็กหรือจัดวางยากจึงมักไม่คุ้มค่าที่จะติดตั้ง

เงาบดบัง

แผงโซลาร์เซลล์เชื่อมต่อกันเป็นสายแบบอนุกรม และแผงที่มีกระแสต่ำที่สุดจะเป็นตัวจำกัดกระแสของทั้งสาย เงาที่บังแผงเพียงบางส่วนจึงสามารถลดประสิทธิภาพของแผงทั้งชุดได้ เงาจากต้นไม้ อาคารข้างเคียง เสาอากาศ หรือเครื่องปรับอากาศอาจทำให้บางส่วนของหลังคาไม่เหมาะกับการติดตั้ง แม้จะดูเหมือนมีพื้นที่ว่างก็ตาม

ระยะร่นจากขอบหลังคา

ไม่ควรติดตั้งแผงชิดขอบหลังคา ต้องเว้นระยะอย่างน้อย 20 ซม. เพื่อช่วยลดแรงลมและให้น้ำไหลได้อย่างเหมาะสม ในประเทศไทยที่มีพายุเขตร้อนตามฤดูกาล วิศวกรมักเพิ่มระยะร่นเป็น 30–50 ซม. การเว้นพื้นที่รอบขอบหลังคาทำให้พื้นที่ใช้งานลดลงประมาณ 10–15%

ทางเดินสำหรับบำรุงรักษา

จำเป็นต้องมีทางเดินกว้างประมาณ 500–1,000 มม. เพื่อเข้าถึงอินเวอร์เตอร์ ออปติไมเซอร์ และสายไฟ ทางเดิน 600 มม. เพียงพอให้ช่างหนึ่งคนพร้อมเครื่องมือเดินผ่านได้อย่างปลอดภัย ส่วน 700–800 มม. เหมาะกับอุปกรณ์เชิงพาณิชย์

มาตรฐานสหรัฐฯ IFC 2021 กำหนดทางเดินกว้าง 914 มม. จำนวนสองแนวจากชายคาถึงสันหลังคา และหากแผงครอบคลุมพื้นที่มากกว่า 33% ต้องเว้นระยะจากสันหลังคาด้วย แม้ข้อกำหนดนี้ไม่ได้บังคับใช้ในประเทศไทย แต่สามารถใช้เป็นแนวทางที่ดีได้

ช่องระบายอากาศ

แผงจะร้อนขึ้นระหว่างการทำงานและทำให้ประสิทธิภาพลดลง การเพิ่มช่องอากาศจาก 2 ซม. เป็น 20 ซม. สามารถลดอุณหภูมิของแผงได้ประมาณ 10°C ดังนั้นวิศวกรของ Siriteja จึงมักเว้นช่องระบายอากาศใต้กรอบแผงประมาณ 10–20 ซม. ช่องว่างนี้ไม่ลดพื้นที่แนวนอน แต่มีผลต่อการวางระบบยึดและความสูงของโครงสร้าง

การคำนวณพื้นที่ติดตั้งที่ใช้ได้

สมมติว่าหลังคาทรงปั้นหยามีพื้นที่รวม 280 ตร.ม. วิศวกรจะวิเคราะห์ข้อจำกัดแต่ละรายการเพื่อหาพื้นที่ใช้งานจริง ตัวอย่างการคำนวณ:

• พื้นที่หลังคาตามแบบ: 280 ตร.ม.
• พื้นที่หลังคาขนาดเล็กหรือจัดวางยาก: −50 ตร.ม. เพราะไม่คุ้มกับระบบยึดและการแยกวงจร
• พื้นที่มีเงาจากต้นไม้หรืออุปกรณ์: −40 ตร.ม.
• ระยะร่นจากขอบหลังคา 30–50 ซม.: −30 ตร.ม.
• ทางเดินบำรุงรักษากว้าง 0.7 เมตร: −20 ตร.ม.
• พื้นที่ติดตั้งที่เหลือ: 140 ตร.ม. หรือ 50% ของพื้นที่หลังคาทั้งหมด

ในโครงการจริง พื้นที่ที่ใช้ติดตั้งได้มักอยู่ที่ 40–70% ของพื้นที่หลังคาทั้งหมด ขึ้นอยู่กับรูปทรงหลังคา จำนวนสิ่งกีดขวาง และความกว้างของทางเดิน

การคำนวณจำนวนแผงและกำลังระบบ

ใช้พื้นที่ติดตั้ง 140 ตร.ม. จากตัวอย่างข้างต้น สมมติว่าแผงหนึ่งแผงมีพื้นที่ 2.4 ตร.ม. และกำลัง 550 W จำนวนแผงสูงสุดตามทฤษฎีคือ:

140 ÷ 2.4 = 58 แผง

อย่างไรก็ตาม ไม่สามารถวางแผงชิดกันทั้งหมดได้ ต้องมีช่องว่างระหว่างแถวประมาณ 2–5 ซม. สำหรับอุปกรณ์ยึดและการขยายตัวจากความร้อน อีกทั้งรูปทรงหลังคาไม่สามารถใช้พื้นที่ได้เต็ม 100% วิศวกรจึงใช้ค่าสัมประสิทธิ์ความหนาแน่นในการจัดวางประมาณ 0.8–0.9 หากใช้ค่า 0.85:

58 × 0.85 ≈ 49 แผง

เมื่อใช้แผงกำลัง 550 W กำลังติดตั้งรวมจะเท่ากับ:

49 × 550 W = 26.95 kWp

หากหลังคาเดียวกันมีเงาและข้อจำกัดน้อยกว่า จนเหลือพื้นที่ใช้งาน 190 ตร.ม. ผลลัพธ์จะแตกต่างอย่างชัดเจน:

190 ÷ 2.4 ≈ 79 แผงตามทฤษฎี

79 × 0.85 ≈ 67 แผงที่ติดตั้งได้จริง

67 × 550 W = 36.85 kWp

กล่าวโดยสรุป หลังคาขนาด 280 ตร.ม. ไม่สามารถติดตั้งแผงได้ 100–120 แผงตามการหารพื้นที่แบบง่าย ๆ จำนวนที่เป็นไปได้จริงอยู่ที่ประมาณ 50–70 แผง หรือคิดเป็นกำลังสูงสุดประมาณ 27–38 kWp

ทุกโครงการต้องคำนวณเฉพาะ

วิลล่าแต่ละหลังมีรูปทรงและตำแหน่งที่แตกต่างกัน หลังคาแบนอาจมีชุดคอยล์ร้อนของเครื่องปรับอากาศ เสาอากาศ และช่องระบายอากาศ ส่วนหลังคาลาดเอียงอาจมีมุมภายในและหน้าจั่วที่ซับซ้อน เงายังเปลี่ยนตำแหน่งตลอดทั้งวัน วิศวกรจึงใช้ซอฟต์แวร์เฉพาะและข้อมูลดาวเทียมเพื่อวิเคราะห์เงา

ระบบไฟฟ้าก็มีผลต่อการจัดวางเช่นกัน ตัวอย่างเช่น หากโครงการมีระบบแบตเตอรี่หรือระบบบริหารจัดการพลังงานอัจฉริยะ (EMS) จะต้องเว้นพื้นที่สำหรับอุปกรณ์และตู้จ่ายไฟ ก่อนกำหนดจำนวนแผง วิศวกรของ Siriteja จะดำเนินการดังนี้:

1. สร้างแบบจำลอง 3D ใช้เครื่องสแกนและโดรนเพื่อวัดขนาดและมุมของหลังคาอย่างแม่นยำ
2. วิเคราะห์เงา ซอฟต์แวร์จำลองเส้นทางดวงอาทิตย์และตรวจหาพื้นที่ที่มีเงาตลอดทั้งปี
3. ปรับรูปแบบการจัดวาง กำหนดจำนวนแถวและระยะห่างโดยคำนึงถึงความลาดเอียง ทางเดิน และอุปกรณ์บนหลังคา
4. คำนวณวงจรไฟฟ้า เลือกประเภทอินเวอร์เตอร์และจำนวนสตริง พร้อมคำนวณแรงดัน กระแส และการสูญเสีย
5. ตรวจสอบข้อกำหนด ตรวจสอบมาตรฐานด้านอัคคีภัย อาคาร การเข้าถึงเพื่อบำรุงรักษา และความปลอดภัย

สรุป

การคำนวณจำนวนแผงโซลาร์เซลล์บนหลังคาวิลลาซับซ้อนกว่าการนำพื้นที่หลังคาหารด้วยพื้นที่ของแผง วิศวกรต้องพิจารณาทิศทางของหลังคา เงาบดบัง ระยะร่นจากขอบ ทางเดินสำหรับบำรุงรักษา และช่องระบายอากาศ ในโครงการจริงจึงมักเหลือพื้นที่ใช้งานเพียง 40–70% ของพื้นที่หลังคาตามแบบ

ข่าวดีคือ พื้นที่ดังกล่าวมักเพียงพอและยังมีพื้นที่สำรอง สำหรับวิลล่าทั่วไปในภูเก็ต เมื่อคำนวณจากรูปแบบการใช้ไฟจริง ระบบที่เหมาะสมมักมีกำลังต่ำกว่าความจุสูงสุดของหลังคาอย่างชัดเจน ดังนั้น แม้หลังคาจะวางแผงได้จำนวนมาก ก็ไม่ได้หมายความว่าการติดตั้งเต็มพื้นที่จะคุ้มค่าทางเศรษฐกิจเสมอไป