การศึกษาเชิงเทคนิคและเศรษฐศาสตร์ระบบสูบน้ำพลังงานแสงอาทิตย์ระหว่างไฟฟ้ากระแสตรงและกระแสสลับสำหรับพื้นที่เกษตรกรรมA Technical and Economic Study between DC and AC Solar Pump Systems for Agriculture Plant

Abstract

งานวิจัยนี้นำเสนอการศึกษาเครื่องสูบน้ำพลังงานแสงอาทิตย์แบบไฟฟ้ากระแสตรง (DC) และไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) สำหรับพื้นที่เกษตรกรรม งานวิจัยได้ทำการวิเคราะห์ทั้งทางด้านเทคนิคและด้านเศรษฐศาสตร์ หรือความคุ้มค่าในการลงทุน ซึ่งจะทำให้ได้แนวทางที่เหมาะสมในการนำไปใช้งานในสถานการณ์อื่นได้ ระบบเครื่องสูบน้ำพลังงานแสงอาทิตย์แบบไฟฟ้ากระแสตรง ประกอบไปด้วยแผงเซลล์แสงอาทิตย์ 40 โวลต์ 325 วัตต์ จำนวน 5 แผง ต่ออนุกรมกันเป็นชุดเพื่อจ่ายแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงให้กับมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง 50–200 โวลต์ และระบบเครื่องสูบน้ำพลังงานแสงอาทิตย์แบบไฟฟ้ากระแสสลับ ประกอบไปด้วยแผงเซลล์แสงอาทิตย์ 325 วัตต์ ต่ออนุกรมจำนวน 10 แผง โดยจ่ายแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงผ่านอินเวอร์เตอร์เชิงพาณิชย์ขนาด 3.0 กิโลวัตต์ เพื่อจ่ายแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับให้กับมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับชนิดเหนี่ยวนำ 3 เฟส 2.2 กิโลวัตต์ (3 แรงม้า) ซึ่งได้เชื่อมต่อโดยตรงกับปั๊มชนิดหอยโข่ง ปัจจัยเปรียบเทียบ ได้แก่ ต้นทุน การลงทุน การก่อสร้างรูปแบบการจ่ายน้ำและปริมาณน้ำจากผลการวิจัยพบว่าระบบเครื่องสูบน้ำแบบกระแสตรงมีต้นทุนการลงทุนต่ำกว่าระบบเครื่องสูบน้ำแบบกระแสสลับเปรียบเทียบในปริมาณน้ำเท่ากันหากเปรียบเทียบในเชิงเศรษฐศาสตร์ระหว่างระบบเครื่องสูบน้ำพลังงานแสงอาทิตย์ชนิดแบบไฟฟ้ากระแสตรงประเมินผลตอบแทนการลงทุน และระยะเวลาคุ้มค่าการลงทุน เมื่อเทียบกับเครื่องสูบน้ำชนิดเครื่องยนต์เบนซิน จะได้ผลตอบแทนการลงทุนประมาณร้อยละ 27.48 ต่อปี หรือคิดเป็นระยะเวลาคุ้มค่าการลงทุนประมาณ 3.64 ต่อปี ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับประมาณการชั่วโมงการทำงานต่อปี นอกจากนี้ระบบกระแสสลับยังสามารถพัฒนาเป็นระบบไฮบริด กล่าวอีกนัยหนึ่งคือสามารถนำไฟฟ้ากระแสสลับจากการไฟฟ้าจ่ายเพิ่มเข้าโดยตรงที่ชุดอินเวอร์เตอร์โดยไม่จำเป็นต้องมีอุปกรณ์เพิ่มเติม แต่ในทางกลับกันระบบเครื่องสูบน้ำแบบกระแสตรง นั้นมีความซับซ้อนน้อย และง่ายกว่ากล่าวโดยสรุประบบเครื่องสูบน้ำแบบกระแสตรงขนาดเล็ก เหมาะสำหรับพื้นที่เกษตรกรรมขนาดพื้นที่ไม่ห่างไกลจากแหล่งน้ำมากนัก และในขณะที่ระบบเครื่องสูบน้ำกระแสสลับนั้นเหมาะสำหรับความต้องการอัตราการไหลสูงและแรงดันสูง สามารถออกแบบให้เหมาะกับพื้นที่เกษตรกรรมขนาดใหญ่ หรือขึ้นเนิน หรือระยะทางไกลจากแหล่งน้ำได้

This research presents the study of DC and AC solar pumps for the agricultural plant in terms of technical and economic analysis. This brings to get a suitable way of applying them in different situations. For DC solar pump, the system consists of 5 panels of a 40 V 325 W solar panel which they are connected in series, DC motor 50-200 V and pumps. For AC solar pump, the system consists of the 325 W solar panel amount 10 panels, commercial inverter (VSD) 3.0 kW and centrifugal pump direct coupling with motor 3 Phase 2.2 kW (3HP). The comparison factors include investment cost, construction, water distribution pattern and water quantity. From experimental results, the DC solar pump system is lower investment cost than AC solar pump system in term of the equal amount of water volume. Moreover, if DC solar pumps compare with the petrol engine pump in terms of economical, it is found that the return on investment (ROI) approximately 27.48% a year with a Payback period of 3.64 years However it depends on running hour per year. Furthermore, AC system can be developed to a hybrid system without any additional requirement while DC system cannot. Moreover, the DC system is simpler than another once. In conclusion, several small DC systems is more suitable for small flat agricultural area uncentered reservoir while the AC pump system is more suitable for high flow rate and high pressure or meanwhile AC systems can be designed for the agricultural wide area or uphill or long distance from a water reservoir.