ควรทำความเข้าใจว่าระบบไฟฟ้าสำรองคืออะไร ระบบไฟฟ้าสำรองหรือที่เรียกว่า Backup Power System เป็นระบบที่ให้พลังงานสำรองเมื่อระบบไฟฟ้าหลักดักหรือไม่สามารถทำงานได้ โดยทั่วไปมักเป็นระบบขนาดใหญ่ เช่น เครื่องปั่นไฟ หรือ ระบบโซล่าเซลล์ที่มีการเก็บพลังงานสำรองไว้ในแบตเตอรี่ ซึ่งระบบนี้จะเริ่มทำงานเมื่อไฟฟ้าหลักขัดข้อง และมีการหน่วงเวลาสั้นๆ ก่อนที่จะทำงาน ในขณะที่ระบบสำรองไฟ หรือ UPS (Uninterruptible Power Supply) มีหน้าที่จ่ายไฟสำรองชั่วคราวทันทีที่ไฟฟ้าดับโดยไม่มีการหน่วงเวลา เพื่อป้องกันความเสียหายของอุปกรณ์ไฟฟ้า
1. ระบบสำรองไฟด้วยโซล่าเซลล์ (Solar Backup Systems)
เป็นระบบที่ได้รับความนิยมมากขึ้นในปัจจุบัน เนื่องจากเป็นแหล่งพลังงานหมุนเวียนที่มอบความคุ้มค่าในระยะยาว ทั้งยังเป็นการผลิตพลังงานที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมอีกด้วย โดยภายในระบบทั่วไปประกอบด้วยแผงโซล่าเซลล์ อินเวอร์เตอร์ และอุปกรณ์สำคัญอย่าง “แบตเตอรี่โซล่าเซลล์” หรือ “Backup Interface” ซึ่งทำหน้าที่เก็บพลังงานที่ผลิตได้จากแผงเพื่อจ่ายไฟให้เครื่องใช้ไฟฟ้าในเวลาไฟดับหรือช่วงเวลากลางคืน นอกจากนี้ ในปัจจุบันหลายครัวเรือนติดตั้งแบตเตอรี่สำหรับชาร์จรถยนต์ EV อีกด้วย
แบตเตอรี่ในระบบโซล่าเซลล์มี 2 ประเภทหลัก ได้แก่
- แบตเตอรี่ AC-Coupled – เป็นแบตเตอรี่โซล่าเซลล์ที่กักเก็บไฟฟ้ากระแสตรง (DC) แต่ทำงานร่วมกับอินเวอร์เตอร์ที่เป็นกระแสสลับ (AC) ทำให้ระบบต้องแปลงไฟฟ้าหลายครั้งในกระบวนการชาร์จและคายประจุ กล่าวคือ ไฟฟ้า DC จากแผงโซล่าเซลล์จะถูกแปลงเป็น AC ผ่านอินเวอร์เตอร์ แล้วแปลงกลับเป็น DC เพื่อเก็บในแบตเตอรี่ และเมื่อต้องการนำพลังงานออกมาใช้ก็ต้องแปลงไฟฟ้า DC กลับเป็น AC อีกครั้ง ทำให้มีการสูญเสียพลังงาน (Loss) ในกระบวนการแปลงไฟฟ้ามากถึง 3 ครั้ง ข้อดีของระบบนี้คือสามารถติดตั้งเพิ่มเติมกับระบบโซล่าเซลล์ที่มีอยู่แล้วได้ง่าย
- แบตเตอรี่ DC-Coupled – เป็นแบตเตอรี่ที่เชื่อมต่อโดยตรงกับวงจรแผงโซล่าเซลล์ หรือเชื่อมต่อผ่านระบบ BMS (Battery Management System) ของอินเวอร์เตอร์ ทำให้สามารถกักเก็บพลังงานในรูปแบบ DC ได้ทันทีโดยไม่ต้องแปลงเป็น AC ก่อน ซึ่งจะมีการแปลงไฟฟ้าเพียงครั้งเดียว คือ ตอนนำพลังงานออกมาใช้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าในบ้าน ทำให้มีประสิทธิภาพสูงกว่า และสูญเสียพลังงานน้อยกว่าแบบ AC-Coupled
ข้อควรรู้เกี่ยวกับระบบโซล่าเซลล์แบบต่อกับกริดการไฟฟ้า (Grid-Tied) และการสำรองไฟ คือ ระบบโซล่าเซลล์แบบออนกริดทั่วไปจะหยุดทำงานโดยอัตโนมัติเมื่อไฟฟ้าจากการไฟฟ้าดับ แม้ว่าแผงโซล่าเซลล์จะยังสามารถผลิตไฟฟ้าได้ในช่วงกลางวัน เนื่องจากมาตรการความปลอดภัยเพื่อป้องกันไฟฟ้าย้อนกลับเข้าสู่สายส่ง ซึ่งอาจเป็นอันตรายต่อเจ้าหน้าที่ที่กำลังซ่อมบำรุงระบบไฟฟ้า ดังนั้น การจะใช้ไฟฟ้าจากระบบโซล่าเซลล์ในช่วงไฟดับได้นั้นจำเป็นต้องติดตั้งอุปกรณ์เพิ่มเติมคือ แบตเตอรี่โซล่าเซลล์ พร้อมด้วย Backup Interface เพื่อแยกกลุ่มเครื่องใช้ไฟฟ้าที่จำเป็นต้องใช้เมื่อไฟดับ เพื่อใช้พลังงานจากแบตเตอรี่แทน
2. ระบบ UPS (Uninterruptible Power Supply)
เครื่องสำรองไฟ UPS หรือ Uninterruptible Power Supply เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ออกแบบมาเพื่อจ่ายพลังงานไฟฟ้าสำรองทันทีเมื่อเกิดไฟดับหรือไฟตก โดยไม่ทำให้การทำงานของอุปกรณ์ไฟฟ้าที่เชื่อมต่ออยู่หยุดชะงัก ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญมากสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ไวต่อการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้า เช่น คอมพิวเตอร์ เซิร์ฟเวอร์ หรืออุปกรณ์ทางการแพทย์
ระบบ UPS ทำงานโดยกักเก็บพลังงานไฟฟ้าในแบตเตอรี่เมื่อระบบไฟฟ้าทำงานปกติ และเมื่อเกิดไฟดับหรือไฟตก ระบบ UPS จะจ่ายพลังงานจากแบตเตอรี่ให้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าทันทีโดยไม่หน่วงเวลา ทำให้อุปกรณ์ไฟฟ้าทำงานได้อย่างต่อเนื่อง นอกจากนี้ UPS ยังทำหน้าที่ปรับแรงดันไฟฟ้าให้คงที่ ช่วยปกป้องอุปกรณ์ไฟฟ้าจากความเสียหายที่อาจเกิดจากไฟกระชากหรือไฟตก
โดยเครื่องสำรองไฟ UPS มีอยู่ด้วยกัน 3 ประเภทหลัก ดังนี้
2.1 Offline UPS หรือ Standby UPS – เป็นระบบสำรองไฟพื้นฐานที่สุดในสภาวะปกติ อุปกรณ์ไฟฟ้าจะรับพลังงานโดยตรงจากระบบไฟฟ้าหลัก เมื่อไฟดับ UPS จะสลับไปใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ผ่านอินเวอร์เตอร์ โดยระบบนี้มีราคาถูกที่สุดในบรรดา UPS ทุกประเภท ติดตั้งง่ายไม่ซับซ้อน อีกทั้งมีขนาดเล็ก น้ำหนักเบา และขนย้ายสะดวก ทั้งนี้ Offline UPS จะทำงานเฉพาะเมื่อเกิดไฟดับเท่านั้น จึงไม่สามารถป้องกันปัญหาไฟตกหรือไฟเกิน และไม่เหมาะกับพื้นที่ที่มีปัญหาไฟฟ้าบ่อยครั้ง
2.2 Line Interactive UPS – เป็นระบบที่พัฒนาขึ้นจาก Offline UPS โดยเพิ่มวงจรปรับแรงดันไฟฟ้าอัตโนมัติ (AVR) ทำให้สามารถรับมือกับปัญหาไฟตกหรือไฟเกินได้ดี โดยไม่ต้องสลับไปใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ทุกครั้ง เหมาะสำหรับอุปกรณ์เครือข่าย อุปกรณ์สำหรับธุรกิจขนาดเล็ก และระบบ POS บ้านหรือสำนักงานที่อยู่ในพื้นที่ที่มักประสบปัญหาไฟตกหรือไฟเกินบ่อยๆ เนื่องจากสามารถปรับแรงดันไฟฟ้าให้คงที่ ช่วยป้องกันปัญหาไฟตก ไฟเกิน และไฟกระชาก อีกทั้งยังมีอายุการใช้งานนานกว่า Offline UPS ส่วนราคานั้นอยู่ในระดับปานกลาง แต่ก็ให้ความคุ้มค่ากับประสิทธิภาพการทำงานที่ได้
2.3 True Online UPS – เป็นระบบสำรองไฟที่มีประสิทธิภาพสูงสุด โดยมีอินเวอร์เตอร์และเครื่องชาร์จแบตเตอรี่ที่ทำงานตลอดเวลา โดยแปลงไฟ AC เป็น DC เพื่อชาร์จแบตเตอรี่ และแปลงกลับเป็น AC เพื่อจ่ายให้กับอุปกรณ์ไฟฟ้า จึงไม่มีเวลาสลับการทำงาน (Zero Transfer Time) โดย True Online UPS มีคุณสมบัติพิเศษ คือ สามารถป้องกันปัญหาทางไฟฟ้าได้ทุกกรณี ทั้งไฟดับ ไฟตก ไฟเกิน หรือสัญญาณรบกวน อย่างไรก็ตาม UPS ประเภทนี้มีราคาสูงและขนาดใหญ่
3. เครื่องปั่นไฟ (Generator)
เครื่องปั่นไฟ หรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (Generator) เป็นอุปกรณ์ที่แปลงพลังงานเชิงกล (Mechanical Energy) จากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงเป็นพลังงานไฟฟ้า โดยเครื่องปั่นไฟสามารถผลิตไฟฟ้าได้อย่างต่อเนื่องตราบใดที่มีเชื้อเพลิง จึงเป็นทางเลือกที่ดีสำหรับการสำรองไฟเป็นระยะเวลานาน โดยเฉพาะในพื้นที่ที่มีไฟดับบ่อยหรือในช่วงเกิดภัยพิบัติธรรมชาติ
เครื่องปั่นไฟทำงานโดยใช้เครื่องยนต์ (เช่น เครื่องยนต์เบนซินหรือดีเซล) เพื่อขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (Alternator) ซึ่งจะแปลงพลังงานเชิงกลเป็นพลังงานไฟฟ้า เมื่อเครื่องยนต์ทำงาน ลูกสูบจะเคลื่อนที่ขึ้นลงหรือหมุน ทำให้เพลาของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหมุนตาม และสร้างกระแสไฟฟ้าออกมา
เครื่องปั่นไฟสามารถแบ่งได้เป็นหลายประเภทตามลักษณะการใช้งาน ขนาด และเชื้อเพลิงที่ใช้ ยกตัวอย่างเช่น
- เครื่องปั่นไฟเบนซิน – ใช้น้ำมันเบนซิน เอทานอล หรือแก๊สโซฮอล์เป็นเชื้อเพลิง มักมีขนาดเล็กถึงกลาง เหมาะสำหรับการใช้งานที่ไม่หนักมาก ใช้งานและบำรุงรักษาง่าย แต่อาจไม่เหมาะกับการใช้งานต่อเนื่องเป็นเวลานานมากนัก
- เครื่องปั่นไฟดีเซล – ใช้น้ำมันดีเซลเป็นเชื้อเพลิง เป็นเครื่องที่มีขนาดกลางถึงใหญ่ จึงเหมาะสำหรับการใช้งานหนักและต่อเนื่อง อีกทั้งมีความทนทานสูง อายุการใช้งานยาวนาน และให้กระแสไฟฟ้าสม่ำเสมอ เหมาะกับอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ต้องการเสถียรภาพ แต่อาจมีเสียงดังกว่าเครื่องปั่นไฟเบนซิน และบำรุงรักษายากกว่า
- เครื่องปั่นไฟแบตเตอรี่ – เครื่องปั่นไฟแบตเตอรี่ไม่ได้ใช้เชื้อเพลิงจากน้ำมัน แต่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่แทน ทำให้ไม่เกิดเสียงดังและไม่ปล่อยมลพิษ แต่มีราคาสูง และมีระยะเวลาในการใช้งานจำกัดตามความจุของแบตเตอรี่
- เครื่องปั่นไฟพลังงานแสงอาทิตย์ – เครื่องปั่นไฟพลังงานแสงอาทิตย์ใช้แผงโซล่าเซลล์ในการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นไฟฟ้าและเก็บในแบตเตอรี่ มีข้อดีไม่ต้องใช้เชื้อเพลิง ประหยัดค่าใช้จ่ายในระยะยาว แต่มีราคาสูง ประสิทธิภาพการผลิตพลังงานขึ้นอยู่กับสภาพอากาศและปริมาณแสงแดด
เรียบเรียงโดย: คณิศร วรันต์กุล
อ่านเพิ่มเติมได้ที่นี้ การสำรองไฟบ้านด้วยระบบโซล่าเซลล์ vs. ระบบ UPS vs. เครื่องปั่นไฟ
