ลงมือเดินสายไฟสำหรับระบบไฟฟ้ากระแสตรง 12 โวลต์

           ถ้าจะว่าไปแล้ว ก่อนที่ผู้เขียนจะทำระบบไฟฟ้ากระแสตรง 12 โวลต์ เป็นระบบไฟฟ้าภายในบ้านคู่ขนานกับไฟฟ้ากระแสสลับ 220 โวลต์เดิม ผู้เขียนแทบจะไม่มีความรู้ความชำนาญเรื่องไฟฟ้าเลย ผู้เขียนใช้มัลติมิเตอร์ไม่เป็น จนต้องค้นหาวิธีใช้จากอินเตอร์เน็ต เคยได้ยินเรื่องโซลาร์เซลล์แต่ไม่เคยสัมผัสจริงๆ หรือแม้แต่เคยได้ยินว่ามีอุปกรณ์อิเลคโทรนิกซ์ที่เรียกว่า ไดโอด อยู่ แต่ไม่รูว่ามันทำงานอย่างไร จะกระทั่วถึงเวลาที้ต้องมาทำระบบไฟฟ้า 12 โวลต์ จึงได้มาศึกษาเรื่องราวเหล่านี้ก่อนจะลงมือทำ

เริ่มเดินสายไฟของระบบไฟฟ้ากระแสตรง 12 โวลต์

แผงโซลาร์เซลล์และระบบการใช้งานที่หน่วยงานของรัฐ จัดสรรให้บ้านเรือนที่อยู่ห่างไกลระบบสายส่งของการไฟฟ้า จะมีลักษณะดังรูป คือ จะต่อสายไฟฟ้าจากแผงโซลาร์เซลล์เข้าอุปกรณ์คอนโทรลชาร์จเข่าไปที่แบตเตอรี่ และจากแบตเตอรี่ต่อเข้ากับอินเวอร์เตอร์ ซึ่งบางบ้านจะเป็นอุปกรณ์ตัวเดียวกับคอนโทรลชาร์จ แล้วใช้เป็นไฟฟ้า 220 โวลต์ โดยต่อสายใกล้ๆ ไว้ใกล้ๆ กับเครื่องใช้ไฟฟ้ที่ต้องการใช้งาน ไม่ได้ใช้เป็นระบบไฟฟ้ากระแสตรง 12 โวลต์อย่างที่ผู้เขียนจัดทำ

ระบบไฟฟ้ากระแสตรง 12 โวลต์ที่ผู้เขียนจัดทำ จะใช้วิธีเดินสายไฟฟ้าเข้าไปยังส่วนต่างๆ ของบ้านลักษณะเดียวกับการเดินสายไฟฟ้า 220 โวลต์ภายในบ้าน เพียงแต่จะร้อยสายไฟเข้าไปในท่อพีวีซี เพื่อให้ดูแตกต่างจากสายไฟฟ้าของระบบไฟฟ้า 220 โวลต์เดิม และเนื่องจากบ้านผู้เขียนเป็นกระต๊อบอยู่กลางป่า จึงไม่ต้องพิถีพิถัน

ที่หัวเสาของเสาบ้านแต่ละต้น ผู้เขียนจะใช้ลูกเต๋าต่อสายไฟ ติดตั้งไว้ทุกเสา แล้วต่อสายไฟฟ้าจากแผงโซลาร์เซลล์ เชื่อมต่อเข้าที่หัวเสาที่อยู่ใกล้แผงโซลาร์เซลล์มากที่สุด (1) แล้วต่อสายไฟเชื่อมต่อเข้ายังหัวเสาต้นถัดไป เพื่อให้สายไฟฟ้ากระแสตรง 12 โวลต์ที่จัดทำ เชื่อมโยงเป็นระบบเดียวกัน (2) และที่หัวเสาแต่ละต้น จะทำการต่อสายไฟจากจุดดังกล่าวลงมาที่แบตเตอรี่ที่วางอยู่ที่โคนเสาทุกต้น (3) โดยการต่อสายไฟฟ้าทั้งหมดเป็นการต่อแบบขนาน

วิธีการนี้ทำให้เวลาที่มีแสงแดด ไฟฟ้าจากแผงโซลาร์เซลล์ จะไหลเข้าแบตเตอรี่ทุกลูกพร้อมๆ กัน แต่ก็เป็นไปตามหลักการของไฟฟ้ากระแสตรง คือที่ปลายสายที่อยู่ไกลออกไปจากแหล่งกำเนิดไฟฟ้า กระแสไฟฟ้จะลดลง วิธีการแก้ไขที่ผู้เขียนใช้ คือ จะติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์เพิ่มแล้ว ต่อสายไฟฟ้าจากแผงโซลาร์เซลล์ เข้าที่ปลายหัวเสาแต่ละต้น ซึ่งจะให้ระบบแผงโซลาร์เซลล์ที่บ้านผู้เขียนมีลักษณะเป็นโครงข่ายรูปดาวดังรูป

อย่างไรก็ดีในขณะที่ผู้เขียนทำบทความเรื่องนี้ ที่บ้านผู้เขียนมีแผงโซลาร์เซลล์ที่ต่อเข้าไปภายในบ้าน เป็นแผงโพลี่คริสตรัลไลน์ขนาด 120 วัตต์เพียงแผงเดียว คือมีเฉพาะแผงที่ตั้งอยู่หน้าบ้านเท่านั้น แต่ด้วยระบบไฟฟ้ากระแสตรง 12 โวลต์ที่ผู้เขียนจัดขึ้น แผงโซลาร์เซลล์ขนาด 120 วัตต์ดังกล่าว สามารถใช้ให้แสงสว่างด้วยดวงไฟแอลอีดี 4 โวลต์ประมาณ 12 ดวงได้ตลอดทั้งคืน สามารถดูทีวี 12 โวลต์ได้ประมาณ 3-4 ชั่วโมง และสามารถใช้คอมพิวเตอร์แบบเน็ตบุคซึ่งใช้ไฟฟ้า 18 โวลต์ได้อีกประมาณ 1-2 ชั่วโมง ขึ้นอยู่กับแสงแดดจากดวงอาทิตย์ในแต่ละวัน

การต่อไดโอดกับแผงโซลาร์เซลล์

สำหรับการต่อสายไฟฟ้าจากแผงโซลาร์เซลล์มาที่อุปกรณ์คอนโทรลชาร์จ และต่อสายไฟฟ้าจากคอนโทรลชาร์จเข้าแบตเตอรีจะไม่ยุ่งยากมากนัก เพราะที่ตัวอุปกรณ์คอนโทรลชาร์จจะมีแผงต่อสายไฟที่มีเครื่องหมายสัญลักษณ์แสดงชุดเจน เพียงแต่ต่อสายไฟให้ถูกต้องเท่านั้น

แต่สำหรับการต่อไดโอดกับแผงโซลาร์เซลล์ไม่ว่าจะเป็นแผงชนิดใด จะต้องเลือกต่อที่สายไฟฟ้าขั้วบวกที่มาจากแผงโซลาร์เซลล์เพียงเส้นเดียว โดยในการต่อไดโอด จะให้ด้านโคนของไดโอด หรือขั้วบวกของไดโอดกรณีที่เป็นไดโอดบริด ต่อเข้ากับสายไฟฟ้าที่มาจากแผงโซลาร์เซลล์ ส่วนด้านปลายของไดโอด หรือขั้วลบกรณีที่เป็นไดโอดบริด จะต่อกับต่อกับสายไฟที่ต่อเข้ากับขั่วบวกของแบตเตอรี่ และสายไฟฟ้าที่เป็นสายขั้วลบที่มาจากแผงโซลาร์เซลล์ จะต่อเข้ากับขั้วลบของแบตเตอรี่ดังภาพจำลองในรูปถัดไป

สำหรับการเลือกไดโอดมาใช้ ควรเลือกไดโอดสำหรับแอมป์สูงๆ เป็นหลัก ถ้าใช้ไดโอดสำหรับแอมป์ต่ำๆ จะทำให้ไดโอดไหม้เวลาที่มีแสงแดดจัด

นอกจากอุปกรณ์ 2 อย่างที่กล่าวมาแล้ว ในการทำระบบไฟฟ้ากระแสตรง 12 โวลต์สำหรับเป็นระบบไฟฟ้าภายในบ้าน ยังมีอุปกรณ์ทางไฟฟ้าและอิเลคทรอนิกส์อีกหลายอย่างที่เราสามารถนำมาประยุกต์ใช้ได้ ซึ่งผู้เขียนจะได้นำเรื่องราวมาเสนอในโอกาสต่อไป

คอนโทรลชาร์จ กับไดโอด

มีอุปกรณ์ 2 ชนิด ที่เราต้องทำความรู้จักก่อนใช้ไฟฟ้าจากแผงโซลาร์เซลล์ คือ อุปกรณ์ที่เรียกว่า คอนโทรลชาร์จ และไดโอด สำหรับการใช้ไฟฟ้าจากแผงโซลาร์เซลล์ อุปกรณ์ทั้งสองอย่างนี้จะทำงานเหมือนกัน และใช้แทนกันได้เมื่อจำเป็น

ทำไมต้องใช้คอนโทรลชาร์จ หรือไดโอด

โดยปรกติแผงโซลาร์เซลล์ เมื่อได้รับแสงจากดวงอาทิตย์แผงโซลาร์เซลล์จะผลิตกระแสไฟฟ้าออกมา แต่เมื่อนใดก็ตามที่ไม่มีแสงแดด จะกลายเป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ไม่มีประโยชน์ที่ดึงไฟฟ้ากลับไปเผาเล่นเฉยๆ

ดังนั้น ถ้าเราต่อสายไฟจากแผงโซลาร์เซลล์เข้าแบตเตอรี่โดยตรง เวลาที่มีแสงแดด ไฟฟ้าจากแผงโซลาร์เซลล์จะไหลเข้าแบตเตอรี แต่ถ้าไม่มีแสงแดดไฟฟ้าจากแบตเตอรี่จะไหลกลับไปที่แผงโซลาร์เซลล์แทน ดังนั้นเครื่องคอนโทรลชาร์จ หรือไดโอด จะทำหน้าที่หลักในการป้องกันกระแสไฟฟ้าไหลย้อยกลับจากแบตเตอรี่ไปที่แผงโซลาร์เซลล์

เมื่อไรจะใช้คอนโทรลชาร์จ เมื่อไรจึงจะใช้ไดโอด

อุปกรณคอนโทรลชาร์จ ยังมีหน้าที่อีกอย่างหนึ่ง คือควบคุมปริมาณกระแสไฟฟ้าให้ชาร์จลงแบตเตอรี่ด้วยอัตราที่สม่ำเสมอประมาณ 20 แอมป์ต่อชั่วโมง ส่วนไดโอดจะทำหน้าที่เป็นเช็กวาล์วไม่ให้กระแสไฟฟ้าไหลย้อนกลับเพียงอย่างเดียว

การจะเลือกใช้อุปกรณ์คอนโทรลชาร์จ หรือไดโอด จะมีเกณฑ์คร่าวๆ คือ ถ้าแผงโซลาร์เซลล์จำนวนไม่มากนัก เช่น 1 – 2 แผง หรือคิดเป็นปริมาณไฟฟ้ารวมแล้วไม่เกิน 20 แอมป์ ถ้ายังไม่ได้ซื้ออุปกรณ์โทรลชาร์จ ให้เลือกใช้ไดโอดแทนไปก่อน แต่ถ้ามีแผงโซลาร์เซลล์มากขึ้นจำเป็นต้องใช้อุปกรณ์คอนโทรลชาร์จเพื่อควบคุมไม่ให้กระแสไฟฟ้าจากแผงโซลาร์เซลล์ไหลลงแบตเตอรี่ในปริมาณที่มากเกินไป

ที่บ้านผู้เขียนไม่ใด้ใช้อุปกรณ์คอนโทรลชาร์จ เนื่องจากอุปกรณ์คอนโทรลชาร์จที่ได้รับบริจาคมาเสียใช้การไม่ได้ และในรัศมี 50 กิโลเมตรจากบ้านผู้เขียนไม่มีร้านรับซ่อมเครื่องใข้ไฟฟ้าที่สามารถซ่อมอุปกรณ์คอนโทรลชาร์จได้ ดังนั้นผู้เขียนจึงเลือกใช้ไดโอดเป็นหลัก และในช่วงที่ผู้เขียนทำบทความชุดนี้ที่บ้านผู้เขียนยังมีแผงโซลาร์เซลล์จำนวนไม่มากนัก

การตรวจสอบขั้วของไดโอด

ไดโอดเป็นอุปกรณ์อิเลคทรอนิกซ์ที่จำเป็นอย่างหนึ่ง ของการใช้ระบบไฟฟ้าจากแผงโซลาร์เซลล์ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ในการต่อสายไฟฟ้าจากแผงโซลาร์เซลล์ชาร์จเข้าแบตเตอรี่โดยไม่ใช้อุปกรณ์ควบคุมการชาร์จ หรือคอนโทรบชาร์จ จะใช้ไดโอดแทน ซึ่งจะช่วยไม่ให้ไฟฟ้าจากแบตเตอรี่ ไม่ไหลย้อนกลับมาที่ตัวแผงโซลาร์เซลล์เวลาที่ไม่มีแสงแดด ไดโอดมีหลายชนิด แต่ในที่นี้ขอพูดถึงเฉพาะไดโอดธรรมดาที่มีขา 2 ขาดังรูปข้างต้น

การต่อไดโอที่สายไฟขั้วบวกจากแผงโซลาร์เซลล์

ไดโอดจึงทำหน้าเป็นเช็ควาล์วทางไฟฟ้า ดังนั้นการต่อไดโอดจึงต้องหันขั้วให้ถูกต้อง โดยดูว่าเราต้องการให้กระแสไฟฟ้า ไหลจากทางไหนไปทางไหน และไม่ต้องการให้กระแสไฟฟ้าไหลย้อนจากทางไหนไปทางไหน

ปรกติที่ตัวไดโอดจะมีแถบสีขาวคาดไว้ ซึ่งหมายถึงด้านปลาย ส่วนฝั่งที่ไม่มีแถบสีจะเป็นด้านโคน คือไฟฟ้าจะไหลจากด้านโคนไปด้านปลาย แต่ถ้าแถบสีไม่ชัดหรือเลือนหายไป การตรวจสอบด้านโคนและด่านปลายของไดโอดจะใช้มัลติมิเตอร์ในการตรวจสอบแทน

โดยการหมุนสวิตช์ของมัลติมิเตอร์ไปยังจุดตรวจสอบไดโอด ซึ่งแถบด้านล่างข้างตัวสวิตช์ของมัลติมิเตอร์ จากนั้นจะใช้เข็มวัดทั้งสีแดง และสีดำของมัลติมิเตอร์จี้ไปที่ขาของไดโอดทั้งสองฝั่ง ถ้าบนมิเตอร์แสดงค่าตัวเลขเป็นเลข 1 อย่างเดียวดังรูป ให้สลับตำแหน่งการจี้ของเข็มวัดของมัลติมิเตอร์เป็นตรงข้าม

หลังจากสลับตำแหน่งเข็มวัดที่จี้ที่ขาของไดโอดแล้ว ถ้าไดโอดไม่เสีย บนจอแสดงผลจะแสดงค่าของไดโอดตัวที่สอบออกมาดังรูป ซึ่งหมายถึง ขาของไดโอดที่เข็มวัดสีแดงจี้อยู่เป็นด้านโคนของไดโอด ส่วนขาของไดโอดที่เข็มวัดสีดำจี้อยู่เป็นด้านปลายของไดโอด

กลับไปที่บทความเรื่อง : การใช้มัลติมิเตอร์วัดค่าทางไฟฟ้าสำหรับระบบไฟฟ้ากระแสตรง12โวลต์

การตรวจสอบว่าสายไฟขาดหรือไม่

ปรกติมัลติมิเตอร์คุณภาพสูง หรือที่ราคาแพง จะสามารถใช้ตรวจเช็กได้ว่าสายไฟฟ้ามีปัญหาเรื่องสายไฟขาดภายในหรือไม่ แต่มัลติมิเตอร์ราคาถูกจะทำไม่ได้ แต่อย่างไรก็ดี เราสามารถประยุกต์ใช้การวัดความด้านทานของวัสดุ มาใช้ในการตรวจสอบว่าสายไฟขาดภายในสายได้หรือไม่ 

 โดยการใช้เข็มวัดสีแดง และเข็มวัดสีดำของมัลติมิเตอร์จี้ที่ปลายของสายไฟทั้งสองข้าง แล้วหมุนสวิตช์ของมัลติมิเตอร์ไปที่กลุ่มวัดความต้านทาน โดยเลื่อนมาที่ความต้านทานตำสุด ถ้าสายไฟไม่ขาดบนจอแสดงผลของมัลติมิเตอร์จะแสดงผลออกมาในลักษณะดังรูป (เป็นค่าความต้านทานกระแสไฟฟ้าของวัสดุ)

 แต่ถ้าสายไฟมีการขาดตอนภายในสาย บนจอแสดงผลของมัลติมิเตอร์จะแสดงผลออกมาดังรูป

กลับไปที่บทความเรื่อง : การใช้มัลติมิเตอร์วัดค่าทางไฟฟ้าสำหรับระบบไฟฟ้ากระแสตรง 12 โวลต์