หลักการทำงาน อินเวอร์เตอร์ โซล่าเซลล์ ที่มีประสิทธิภาพ

 ตามหลักการทำงานของอินเวอร์เตอร์ คือการแปลงไฟฟ้ากระแสตรงเป็นไฟฟ้ากระแสสลับ ทำให้กระบวนการนี้จะมีการสูญเสียพลังงานเกิดขึ้น ด้วยประสิทธิภาพของ Inverter จึงไม่ได้เต็มร้อยเปอร์เซนต์  ซึ่งหาก Inverter ที่มีคุณภาพ จะต้องมีค่าประสิทธิภาพที่มากกว่า 90 เปอร์เซ็นต์ขึ้นไป  นั่นหมายความว่าเราต้องใช้พลังงานไฟฟ้ากระแสตรงที่ฝั่งขาเข้า Inverter  1000 วัตต์ถึงจะได้พลังงานไฟฟ้ากระแสสลับที่ฝั่งขาออก 900 วัตต์ เรียกว่าหาก Inverter มีค่าประสิทธิภาพสูงเท่าไรก็ยิ่งดี แต่ราคาก็จะสูงตามไปด้วยเมื่อเทียบกับอุปกรณ์อื่น ๆ ที่อยู่ในระบบ หากไม่จำเป็นมากก็ออกแบบเพียงใช้แค่โหลดไฟฟ้ากระแสตรงเพื่อประหยัดค่าใช้จ่ายในส่วนนี้

Inverter เป็นอุปกรณ์ทางไฟฟ้า ที่ใช้สำหรับเปลี่ยนไฟฟ้ากระแสตรงให้เป็นไฟฟ้ากระแสสลับ ซึ่งไฟฟ้ากระแสตรงที่จะนำ มาทำการเปลี่ยนจากแบตเตอรี่ เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง หรือจากแผงโซล่าเซลล์ก็ได้ เพราะไฟฟ้ากระแสสลับที่ได้มา จะเหมือนกับไฟฟ้าที่ได้จากปลั๊กไฟที่อยู่ตามผนังบ้านทุกอย่าง โดยอินเวอร์เตอร์ทำให้อุปกรณ์ต่าง ๆ  อย่าง มอเตอร์, พัดลม หรืออุปกรณ์ต่าง ๆ ที่ใช้ไฟฟ้ากระแสสลับสามารถใช้ได้กับไฟฟ้ากระแสตรง

แผงโซล่าเซลล์จะผลิตพลังงานไฟฟ้าออกมาในรูปแบบของไฟกระแสตรง  แต่เครื่องใช้ไฟฟ้าในที่อยู่อาศัยโดยส่วนใหญ่ เป็นเครื่องใช้ไฟฟ้าที่ใช้กับไฟกระแสสลับเป็นหลัก  ทำให้การที่จะทำให้ไฟฟ้าที่ผลิตจากแผงโซล่าเซลล์ให้ใช้กับเครื่องใช้ ไฟฟ้าโดยทั่วไปได้ ก็ต้องมีตัวแปลงกระแสไฟฟ้าก่อน ซึ่งอุปกรณ์ตัวนั้นก็คือ อินเวอร์เตอร์ โดยมีหลักการทำงานคือ จะรับพลังงานไฟฟ้ากระแสตรงเข้าไปสู่ตัวเครื่อง Inverter ไม่ว่าการผลิตจากแผงโซล่าเซลล์แล้วส่งไปที่ควบคุมกระแส หรือไฟฟ้ากระแสตรงจากแบตเตอรี่ แต่หลังจากนั้นจะเป็นการผ่านวงจรไฟฟ้าภายในตัว Inverter ที่ประกอบไปด้วยทรานซิสเตอร์ ซึ่งจะทำหน้าที่ในการแปลงแรงดันให้สลับกันไปมาระหว่างความต่างศักย์ ซึ่งเป็นบวกและลบจนได้เป็นพลังงานไฟฟ้าที่เป็นไฟกระแสสลับ และมีจำนวนครั้งที่สลับไปมาเท่ากับ 100-120 ครั้งต่อวินาที แล้วแต่การออกแบบวงจรภายใน โดยเครื่องใช้ไฟฟ้าที่ผลิตและใช้กันอยู่ในประเทศไทยโดยทั่วไป  ส่วนใหญ่จะมีแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับอยู่ที่ 220-230 โวลท์(V) ความถี่ 50 เฮริต์ส(Hz)

แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับที่แปลงได้จากตัวInverter จะมีรูปแบบของลูกคลื่นที่ผลิตได้อยู่สองแบบ คือรูปคลื่นสแควร์เวฟ (Square Wave) มีลักษณะเป็นทรงเหลี่ยม และอีกรูปแบบคือโมดิฟายซานย์เวฟ (Modified-Sinewave)ซึ่งจุดที่เปลี่ยนระหว่างคลื่นบวกกับลบจะมีความชันน้อยกว่า เพราะส่วนใหญ่แล้วจะเจอกับ Inverter ที่มีราคาถูก และหาซื้อได้โดยทั่วไป ซึ่งอินเวอร์เตอร์ที่มีแรงดันขาออกเป็นแบบสองลูกคลื่นนี้จะนำไปใช้กับเครื่องใช้ไฟฟ้าที่ไม่ค่อยมีผลกับรูปแบบของลูกคลื่นมากนักอย่างหลอดไฟ  หากนำไปใช้กับเครื่องใช้ไฟฟ้าที่มีส่วนประกอบของเส้นลวดพัน อย่างมอเตอร์พัดลมอาจทำให้เกิดเสียงฮัมและความร้อนจากตัวมอเตอร์ ซึ่งจะส่งผลให้มอเตอร์เสียหายได้ เพราะรูปแบบลูกคลื่นไม่สอดกับหลักการทำงานภายในของตัวมอเตอร์นั่นเอง  ส่วนรูปคลื่นซายน์เวฟ (Sine Wave) หรือที่เรียกว่าเพียวซายน์เวฟ (Pure-Sine Wave) เป็นInverter ที่ผลิตรูปคลื่นแบบนี้ออกมา และมีราคาที่สูงกว่า เพราะรูปคลื่นซายน์จะรองรับการนำไปใช้งานกับเครื่องใช้ไฟฟ้าได้ทุกชนิดซึ่งจะไม่ทำให้เกิดปัญหา และมีรูปร่างของคลื่นที่ผลิตได้เหมือนกับรูปคลื่นไฟฟ้าตามบ้านทุกอย่าง  การนำเอาท์ พุตของInverter ซายน์เวฟนี้ไปจ่ายให้กับพัดลม  ทำให้พัดลมทำงานปกติและไม่ทำให้เกิดเสียงฮัม

โดยทั่วไป Inverter จะแบ่งแยกตามระบบผลิตพลังงานไฟฟ้าจากโซล่าเซลล์ ซึ่งมีอยู่สองแบบใหญ่ๆ  คือ แบบที่ใช้กับระบบสแตนอโลน(Stand-Alone System) หรือเป็นแบบระบบอิสระที่ไม่มีปฏิสัมพันธ์กับการไฟฟ้า ซึ่งInverter แบบนี้จะมีหลัก การทำงานเบื้องต้นที่กล่าวไปคือ เป็นการรับพลังงานไฟฟ้ากระแสตรงที่ผลิตได้จากแผงโซล่าเซลล์ หรือที่เรียกว่าเป็นไฟฟ้ากระแสตรงจากแบตเตอรี่ เพราะเวลากลางคืนจากพลังงานที่ชาร์จไว้โดยแผงโซล่าเซลล์ในเวลากลางวัน โดยจะมีการแปลงเป็นไฟฟ้ากระแสสลับ ซึ่งจะจ่ายให้กับเครื่องใช้ไฟฟ้ากระแสสลับต่อไป ส่วน  อินเวอร์เตอร์ที่ใช้กับระบบที่ทำงานสัมพันธ์กับการไฟฟ้า (ระบบออนกริต On-grid System) หรือ มีชื่อเรียกInverter ว่า กริตไทน์ Inverter (Grid-Tied Inverter)  โดยลักษณะการทำงานของInverterระบบนี้จะเหมือนกับInverter ทั่วไปแต่จะต้องมีแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับจากการไฟฟ้าป้อนให้กับInverterอีกทางหนึ่งตัวInverterถึงจะทำงาน แต่ไฟฟ้าที่ผลิตได้จากแผงโซล่าเซลล์จะถูกใช้ไปกับเครื่องใช้ไฟฟ้าต่าง ๆ ภายในบ้าน หรืออาจจะแปลงไฟฟ้าที่ผลิตได้จากแผงโซล่าเซลล์ป้อนตรงให้กับสายส่งเพื่อขายไฟให้กับการไฟฟ้าตามโครงการต่าง ๆ ได้  ทำให้กริตไทน์ Inverterในปัจจุบันจะตัดการทำงานตัวมันเองทันทีที่ไฟฟ้าจากการไฟฟ้าดับเพื่อป้องกันไฟฟ้าที่ผลิตได้จากแผงโซล่าเซลล์ โดยผ่านไปยังสายไฟของการไฟฟ้า และอาจก่อนให้เกิดอัน ตรายต่อช่างไฟฟ้าที่จะมาซ่อมได้

ประโยชน์ของอินเวอร์เตอร์ คือใช้เป็นแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสสลับสำรอง เมื่อแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสสลับหลักเกิดขัดข้องขึ้น

( Uninteruptible Power Supplie (UPS))เป็นระบบไฟฟ้าสำรอง  สำหรับอุปกรณ์ที่สำคัญๆ อย่างคอมพิวเตอร์ เมื่อแหล่ง จ่ายไฟฟ้ากระแสสลับหลักเกิดขัดข้อง Transfer Switch จะต่ออุปกรณ์เข้ากับ Inverter จ่ายไฟกระแสกลับให้แทน โดยแปลงจากแบตเตอรี่ที่ประจุไว้   จากนั้นจะใช้ควบคุมความเร็วของมอร์เตอร์กระแสสลับ โดยการเปลี่ยนความถี่ เมื่อความถี่ของไฟฟ้ากระแสสลับเปลี่ยนแปลง ความเร็วของมอร์เตอร์จะเปลี่ยนแปลงตามสมการ N=120f/N โดยที่ N=ความเร็วรอบต่อนาที, f=ความถี่ของแหล่งจ่ายไฟฟ้าต่อวินาที และ P=จำนวนขั้วของมอร์เตอร์  โดยการใช้Inverterแปลงไฟฟ้าจากระบบส่งกำลังไฟฟ้าแรงสูงชนิดกระแสตรง ให้เป็นชนิดกระแสสลับเพื่อจ่ายให้กับผู้ใช้ ซึ่งความถี่ของแหล่งจ่ายไฟ เปลี่ยนแปลงไปก็มีผลทำให้มอเตอร์มีความเร็วเปลี่ยนแปลงได้ด้วย แต่เมื่อทำการเปลี่ยนความถี่ โดยให้แรงดันคงที่มีผลทำให้เกิดฟลักส์  แม่เหล็กเพิ่มมากขึ้นจนอิ่มตัว ซึ่งอาจทำให้มอเตอร์ ร้อนจนเกิดความเสียหายได้ ดังนั้นจึงต้องทำการเปลี่ยน แรงดันควบคู่ไปกับความถี่ด้วย 

การที่จะเปลี่ยนแปลงความถี่ของแหล่งจ่ายไฟ สามารถทำได้โดย การใช้ อินเวอร์เตอร์ แหล่งจ่ายไฟกระแสสลับ จ่ายไฟฟ้ากระแสสลับ ไปยังคอนเวอร์เตอร์  ซึ่งจะทำหน้าที่เปลี่ยนไฟฟ้ากระแสสลับให้เป็น ไฟฟ้ากระแสตรง แล้วนำไฟฟ้ากระแสตรงที่ได้ต่อเป็นอินพุตเข้าไปในวงจรInverter  ซึ่งทำหน้าที่เปลี่ยนไฟฟ้ากระแสตรง ให้เป็นไฟฟ้ากระแสสลับที่สามารถเลือก ความถี่ได้ เพื่อไปควบคุมมอเตอร์ให้มีความเร็วตามต้องการ อีกทั้ง อินเวอร์เตอร์  เป็นอุปกรณ์อิเล็คทรอนิคส์ ที่ใช้ในการปรับ เปลี่ยนความเร็วรอบของมอเตอร์ โดยวิธีการปรับแรงดันและความถี่ไฟฟ้าให้เหมาะสมกับมอเตอร์  ซึ่งหลักการทำงานของInverter  โดยจะแปลงไฟกระแสสลับจากแหล่งจ่ายไฟทั่วไปที่มีแรงดันและความถี่คงที่ ให้เป็นไฟกระแสตรงโดยวงจรคอนเวอร์เตอร์  เมื่อไฟกระแสตรงจะถูกแปลงเป็นไฟกระแสสลับที่สามารถปรับขนาดแรงดันและความถี่ได้โดยวงจร Inverter Circuit  ซึ่งวงจรทั้งสองนี้จะเป็นวงจรหลักที่ทำหน้าที่แปลงรูปคลื่น และผ่านพลังงานของInverter ซึ่งแหล่งจ่ายไฟกระแส สลับมีรูปคลื่นซายน์ แต่เอาท์พุตของInverterจะมีรูปคลื่นแตกต่างจากรูปซายน์  ซึ่งยังมีชุดวงจรควบคุม ที่ทำหน้าที่ควบคุมการทำงานของวงจรคอนเวอร์เตอร์  หรือวงInverterให้เหมาะสมกับคุณสมบัติของ 3-phase Induction motor

โครงสร้างภายในของอินเวอร์เตอร์ ประกอบไปด้วย ชุดคอนเวอร์เตอร์ ( Converter Circuit ) ซึ่งทำหน้าที่แปลงไฟสลับจากแหล่งจ่ายไฟ AC. power supply ( 50 Hz ) ให้เป็นไฟตรง , ชุดInverter ( Inverter Circuit ) ซึ่งทำหน้าที่แปลงไฟตรง ( DC Voltage ) ให้เป็นไฟสลับ ( AC Voltage ) ที่สามารถเปลี่ยนแปลงแรงดันและความถี่ได้  และชุดวงจรควบคุม ( Control Circuit ) ซึ่งทำหน้าที่ควบคุมการทำงานของชุดคอนเวอร์เตอร์ และ ชุดInverte   ซึ่งผลที่ได้จากการใช้Inverter นั้นสามารถนำมาใช้กับมอเตอร์เหนี่ยวนำทั่วไปได้  นอกจากนี้ยังติดตั้งง่ายประหยัดพื้นที่ ,กลับทิศทางหมุนได้ง่าย ,ประหยัดพลังงาน ,เพิ่มประสิทธิภาพให้เครื่องจักร ปรับเปลี่ยนความเร็วรอบได้ง่าย ทำงานได้โดยระบบอัตโนมัติ และบำรุงรักษาง่าย Inverter เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในการควบคุมความถี่ของกระแสไฟฟ้าที่จ่ายให้กับอุปกรณ์ ซึ่งไม่ได้จำเพาะใช้กับมอเตอร์เท่านั้น และเราเรียก Inverter ในอีกชื่อว่า Variable Frequency เพียงแต่ว่าในวงการอุตสาหกรรมได้นำมาใช้ในการควบคุมความ เร็วของมอเตอร์ เพียงอย่างเดียว

ในปัจจุบันก็มีผู้ผลิต Inverter ให้มาเพื่อใช้ในการควบคุมการหมุนของ Motor โดยเฉพาะ  ซึ่งจำนวนขั้วแม่เหล็กไม่สามารถปรับเปลี่ยนได้โดยง่าย และไม่สามารถเปลี่ยนในขณะที่มอเตอร์หมุนอยู่ได้ แต่ความถี่ที่จ่ายให้สามารถปรับเปลี่ยนได้ตลอด เวลา  คนจึงเข้าใจ Inverter ในความหมายด้านเดียว ส่วน Servo Motor ที่จำหน่ายจะเป็นชุดที่กำหนดไว้ให้ ประกอบด้วย

Motor ,Encoder  และ Driver  ซึ่งจะต้องมีครบทั้ง 3 ส่วนนี้จึงจะสามารถทำงานได้อย่างถูกต้อง สาเหตุที่ต้องมีครบทั้ง 3 ส่วนก็เพราะว่า เมื่อ Motor หมุนไป ก็จะมี Encorder ป้อนสัญญาย้อนกลับมาที่ driver ซึ่งทำหน้าที่ควบคุมการจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับ Motor เพื่อให้หมุนด้วยความเร็วและตำแหน่งที่ต้องการ และเป็นจุดเด่นที่ทำให้ Servo Motor แตกต่างจาก Inverter  ซึ่งนอกจากนี้ Inverter ยังแปลงไฟกระแสตรงให้เปลี่ยนเป็นกระแสสลับ หรือพูดง่ายๆแปลงไฟที่ผลิตจากแผงโซล่าเป็นไฟบ้าน ซึ่งเป็นการเปลี่ยนรูปพลังงาน ที่จะทำให้เกิดการสูญเสียเสมอ หากเลือก Inverter ประสิทธิภาพสูงก็จะสูญเสียน้อยลง  โดยการเลือก Inverter  จะต้องเลือกจากโหลดรวมสูงสุดที่ใช้งาน อย่างการโหลดรวมใช้พร้อมกัน 150วัตต์ไม่ควรเลือก Inverter เกินจากค่านี้มากเกินไป เพราะประสิทธิภาพการใช้งานจะดีมากกว่าการเผื่อขนาด Inverter มากๆ