การออกแบบระบบไฟฟ้าและการเดินสายไฟสำหรับโครงการโซลาร์เซลล์ลอยน้ำ (Floating Solar)

1. ความท้าทายเฉพาะของระบบไฟฟ้าบนผืนน้ำ

โซลาร์เซลล์ลอยน้ำ (Floating Solar) ใช้ประโยชน์จากผิวน้ำของอ่างเก็บน้ำหรือบ่อน้ำดิบของโรงงานที่ไม่ได้ใช้ประโยชน์อื่น และยังได้ผลพลอยได้จากอุณหภูมิแผงที่ต่ำกว่าการติดตั้งบนพื้นดินซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการผลิต แต่สภาพแวดล้อมทางน้ำสร้างโจทย์ทางวิศวกรรมไฟฟ้าที่ต่างจากงานบนบกโดยสิ้นเชิง ทั้งการเคลื่อนตัวของทุ่นตามระดับน้ำและคลื่นลม ความชื้นสูงตลอดเวลา และไอน้ำที่เร่งการกัดกร่อนจุดต่อโลหะทุกจุด

ประเด็นวิศวกรรมไฟฟ้าที่สำคัญที่สุดคือการเดินสายระหว่างส่วนที่เคลื่อนไหวกับส่วนที่อยู่กับที่ สายไฟที่ข้ามจากทุ่นลอยขึ้นฝั่งต้องรองรับการขยับตัวซ้ำๆ ตลอดอายุโครงการโดยไม่ล้าตัวจนฉนวนแตก การออกแบบจึงต้องใช้สายชนิดทนการดัดงอ (Flexible Cable) จัดแนวสายเป็นส่วนโค้งเผื่อระยะ (Service Loop) ที่คำนวณจากช่วงการแกว่งของระดับน้ำสูงสุด-ต่ำสุด และยึดจับด้วยอุปกรณ์ที่ไม่กดทับฉนวนจนเกิดจุดเค้น

2. การป้องกันไฟฟ้ารั่วและการต่อลงดินในสภาพแวดล้อมน้ำ

น้ำเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ทำให้ความผิดพร่องลงดิน (Earth Fault) ในระบบลอยน้ำมีความเสี่ยงต่อชีวิตสูงกว่างานบนบก ทั้งต่อผู้ปฏิบัติงานบนทุ่นและผู้ใช้ประโยชน์จากแหล่งน้ำ การออกแบบจึงต้องให้ความสำคัญกับการเฝ้าระวังฉนวนของวงจร DC เป็นพิเศษ อินเวอร์เตอร์สมัยใหม่มีฟังก์ชันวัดความต้านทานฉนวนก่อนเริ่มจ่ายไฟทุกเช้าและตรวจจับกระแสรั่ว (Residual Current) ขณะทำงาน ซึ่งควรตั้งค่าให้แจ้งเตือนและหยุดระบบตามเกณฑ์ที่เข้มงวด

โครงสร้างโลหะทั้งหมด ทั้งโครงจับแผง ทางเดิน และตู้ไฟฟ้าบนทุ่น ต้องต่อฝากศักย์ (Equipotential Bonding) ถึงกันอย่างต่อเนื่องและเชื่อมกลับสู่ระบบดินบนฝั่งด้วยตัวนำที่ทนการกัดกร่อน จุดเชื่อมต่อสายดินควรใช้วัสดุที่เข้ากันได้ทางไฟฟ้าเคมีเพื่อลดการผุกร่อนแบบกัลวานิก (Galvanic Corrosion) และต้องมีแผนวัดความต่อเนื่องของสายดินเป็นระยะ เพราะการเคลื่อนตัวของทุ่นอาจทำให้จุดต่อคลายตัวเร็วกว่างานติดตั้งทั่วไป

• ตั้งค่าการวัดฉนวน DC ก่อนจ่ายไฟและตรวจกระแสรั่วขณะทำงาน
• ต่อฝากศักย์โครงสร้างโลหะทุกส่วนอย่างต่อเนื่อง
• ใช้ตัวนำและจุดต่อที่ทนการกัดกร่อนแบบกัลวานิก
• วัดความต่อเนื่องของสายดินตามรอบเวลาที่ถี่กว่างานบนบก

3. แนวทางการเลือกอุปกรณ์และการจัดวางระบบไฟฟ้า

อุปกรณ์ไฟฟ้าทุกชิ้นที่อยู่บนทุ่นควรเลือกระดับการป้องกัน IP สูงกว่างานบนบก โดยทั่วไปไม่ต่ำกว่า IP65 สำหรับกล่องต่อสายและตู้รวมสาย พร้อมช่องระบายความดัน (Breather) ที่ป้องกันการควบแน่นภายใน สายไฟ DC ควรเป็นชนิดที่ออกแบบสำหรับงานโซลาร์และทนรังสียูวีกับความชื้นสูง ส่วนตำแหน่งอินเวอร์เตอร์มีทางเลือกทั้งวางบนทุ่นเพื่อลดความยาวสาย DC หรือวางบนฝั่งเพื่อความสะดวกในการบำรุงรักษา ซึ่งต้องชั่งน้ำหนักตามขนาดโครงการและระยะห่างจากฝั่ง

การจัดกลุ่มสตริงควรออกแบบให้แต่ละกลุ่มทุ่นแยกตัดตอนได้อิสระ เพื่อให้ซ่อมบำรุงเฉพาะโซนโดยไม่ต้องดับทั้งระบบ เส้นทางเดินสายหลักควรอยู่บนทางเดินที่เข้าถึงได้และยกพ้นระดับน้ำขัง มีการเผื่อความยาวที่จุดข้ามรอยต่อทุ่นทุกจุด และควรทำแผนผังการเดินสายที่ระบุพิกัดจริงของทุกอุปกรณ์ เพราะการค้นหาจุดผิดพร่องกลางผืนน้ำโดยไม่มีแบบที่แม่นยำใช้เวลาสูงกว่างานบนบกหลายเท่า

4. ปัญหาที่พบบ่อยในโครงการลอยน้ำและวิธีป้องกัน

ปัญหาที่รายงานบ่อยในระบบลอยน้ำ ได้แก่ ฉนวนสายเสียหายบริเวณรอยต่อทุ่นจากการเสียดสีสะสม กล่องต่อสายที่มีน้ำควบแน่นภายในจนค่าฉนวนตก ขั้วต่อกัดกร่อนเร็วผิดปกติจากไอน้ำ และค่าความต้านทานฉนวนของทั้งระบบที่แกว่งตามฤดูกาลจนอินเวอร์เตอร์ไม่ยอมจ่ายไฟช่วงเช้าที่ความชื้นสูง นอกจากนี้ยังมีปัจจัยทางชีวภาพ เช่น นกและสัตว์น้ำที่รบกวนอุปกรณ์ ซึ่งงานบนบกไม่ค่อยพบ

แนวทางป้องกันคือการเลือกวัสดุให้ถูกตั้งแต่ออกแบบ ตรวจสภาพจุดข้ามรอยต่อทุ่นทุกครั้งที่บำรุงรักษา ติดตั้งอุปกรณ์ในตำแหน่งที่ตรวจเข้าถึงได้จริงจากทางเดิน และเก็บข้อมูลค่าฉนวนรายวันจากอินเวอร์เตอร์มาวิเคราะห์แนวโน้มระยะยาว หากค่าฉนวนมีแนวโน้มลดลงต่อเนื่องแม้ในช่วงอากาศแห้ง ควรเร่งไล่หาจุดเสื่อมก่อนที่ระบบจะหยุดจ่ายไฟถาวรหรือเกิดอันตรายต่อผู้ปฏิบัติงาน

• ตรวจจุดข้ามรอยต่อทุ่นทุกรอบบำรุงรักษา
• ใช้กล่องต่อสายมีช่องระบายความดันกันการควบแน่น
• วิเคราะห์แนวโน้มค่าฉนวนรายวันจากอินเวอร์เตอร์
• วางอุปกรณ์ให้เข้าถึงได้จากทางเดินจริง