// บทที่ 16.17 · ออกแบบระบบโซลาร์เซลล์ · Solar Pumping & Agrivoltaics

โซลาร์เพื่อการเกษตร: ปั๊มน้ำโซลาร์ คำนวณ Head และอัตราไหล Agrivoltaics และฟาร์มอัจฉริยะ

Q: ปั๊มน้ำโซลาร์ต้องใช้แผงกี่วัตต์?

คำนวณจากน้ำที่ต้องการต่อวันและหัวสูบรวม พลังงานไฮดรอลิก (kWh) = ปริมาณน้ำ (m³) × หัวสูบ (m) ÷ 367 หารด้วยประสิทธิภาพรวมของปั๊ม มอเตอร์ และคอนโทรลเลอร์ (ประมาณ 40–60 %) ได้พลังงานไฟฟ้าต่อวัน แล้วหารด้วยชั่วโมงแดดสูงสุดและ PR เช่น น้ำ 44 m³/วัน หัวสูบ 38 m ต้องใช้แผงประมาณ 2.5 kWp โดยทั่วไปใช้แผง 1.3–2 เท่าของกำลังปั๊ม

Q: ปั๊มน้ำโซลาร์ต้องมีแบตเตอรี่ไหม?

ส่วนใหญ่ไม่ต้อง ใช้ถังเก็บน้ำหรือบ่อพักแทนแบตเตอรี่ สูบน้ำขึ้นถังช่วงมีแดดแล้วปล่อยน้ำด้วยแรงโน้มถ่วงเมื่อต้องการ ถูกกว่าแบตเตอรี่มากและอายุยาวกว่า ใช้แบตเฉพาะเมื่อต้องสูบหรือให้น้ำตอนกลางคืน หรือเมื่อต้องการแรงดันคงที่ตลอดเวลา

Q: Agrivoltaics คืออะไร คุ้มไหม?

คือการทำเกษตรและผลิตไฟฟ้าจากโซลาร์บนพื้นที่เดียวกัน โดยยกแผงสูงหรือเว้นระยะให้แสงผ่านพอสำหรับพืช เหมาะกับพืชที่ทนร่มหรือชอบร่มบางส่วน และพื้นที่แดดจัดที่พืชเครียดจากความร้อน ผลรวมการใช้ที่ดินมักดีกว่าแยกทำ (Land Equivalent Ratio มากกว่า 1) แต่โครงสร้างแพงกว่าฟาร์มปกติและต้องออกแบบให้เครื่องจักรเกษตรทำงานได้

พื้นที่เกษตรจำนวนมากอยู่ไกลสายไฟ หรือใช้เครื่องสูบน้ำดีเซลที่ค่าน้ำมันแพงและต้องเฝ้า ขณะที่พืชต้องการน้ำมากที่สุดในวันที่แดดจัดที่สุด ปั๊มน้ำโซลาร์จึงเป็นงานโซลาร์ที่คืนทุนเร็วที่สุดงานหนึ่ง หน้านี้คำนวณตั้งแต่ความต้องการน้ำของพืชจนถึงจำนวนแผง แล้วขยายไปยังบ่อปลา ฟาร์มสัตว์ ห้องเย็น และการทำเกษตรใต้แผง

เขียนโดย อาจารย์มดอัปเดต 13 ต.ค. 2569

คำนวณปั๊มโซลาร์ น้ำที่พืชต้องการ หัวสูบรวม ชนิดปั๊ม Agrivoltaics

สรุปใน 30 วินาที

พลังงานไฮดรอลิก (kWh) = ปริมาตร (m³) × หัวสูบ (m) ÷ 367
หัวสูบรวม = ยกสถิต + ระดับลดขณะสูบ + สูญเสียในท่อ + แรงดันปลายทาง
ถังเก็บน้ำ = แบตเตอรี่ที่ถูกที่สุด · ปั๊ม DC บัสเลส / ปั๊ม AC + VFD โซลาร์
แผง ≈ 1.3–2 เท่าของกำลังปั๊ม 1 kWp ยกน้ำ 38 m ได้ ≈ 18 m³/วัน

น้ำที่พืชต้องการ พื้นฐาน

K1 Crop water requirement ความต้องการน้ำของพืช

ET_c = K_c\,ET_0\ [\text{mm/วัน}] \qquad V = \frac{ET_c\,[\text{mm}]\times A\,[\text{m}^2]}{1000\,\eta_{irr}}\ [\text{m}^3] \qquad 1\ \text{mm บน } 1\ \text{ไร่} = 1.6\ \text{m}^3

$ET_0$ (reference evapotranspiration) ในไทยประมาณ 3.5–6 mm/วัน สูงสุดช่วงหน้าแล้ง $K_c$ ขึ้นกับพืชและระยะการเติบโต (0.4–1.2) $\eta_{irr}$ = ประสิทธิภาพการให้น้ำ: น้ำหยด 85–95 % สปริงเกลอร์ 70–80 % ปล่อยตามร่อง 50–60 % — การเปลี่ยนเป็นน้ำหยดจึงลดขนาดระบบสูบได้มาก

หัวสูบรวม (Total Dynamic Head) พื้นฐาน

K2 Total dynamic head หัวสูบรวม

H = H_{static} + H_{drawdown} + H_{friction} + H_{outlet}

$H_{static}$ ระยะแนวดิ่งจากผิวน้ำนิ่งถึงจุดปล่อยน้ำสูงสุด (หรือปากถังพักบนหอสูง)
$H_{drawdown}$ ระดับน้ำในบ่อบาดาลที่ลดลงขณะสูบ (จากผลทดสอบบ่อ)
$H_{outlet}$ แรงดันที่ต้องการที่หัวจ่าย: น้ำหยด 7–15 m (0.7–1.5 bar) สปริงเกลอร์ 20–30 m ปล่อยลงถัง 0

K3 Pipe friction (Hazen–Williams, SI) การสูญเสียแรงเสียดทานในท่อ

h_f = \frac{10.67\,L\,Q^{1.852}}{C^{1.852}\,d^{4.87}} \qquad (Q\ \text{m}^3/\text{s},\ d\ \text{m},\ C_{PE/PVC}\approx 140\text{–}150)

สังเกตเลขชี้กำลัง 4.87 ของเส้นผ่านศูนย์กลาง: ขยายท่อเพียงขนาดเดียวลดการสูญเสียได้ 3 เท่า ท่อเล็กเป็นสาเหตุที่พบบ่อยที่สุดที่ทำให้ปั๊มโซลาร์ได้น้ำน้อยกว่าที่คาด

ตัวอย่าง K-1

ท่อ PE ยาว 200 m อัตราไหล 7.3 m³/h

$Q = 7.3/3600 = 0.00203\ \text{m}^3/\text{s}$ , $C$ = 140
ท่อ 2 นิ้ว ( $d$ ≈ 0.050 m): $h_f$ ≈ 5.0 m
ท่อ 2½ นิ้ว ( $d$ ≈ 0.0635 m): $h_f$ ≈ 1.6 m (+ ข้อต่อ วาล์ว ≈ 1.4 m → ใช้ 3 m)
ประหยัดหัวสูบ 3.4 m ≈ 9 % ของหัวสูบรวม → แผงเล็กลงเกือบ 10 % ด้วยค่าท่อที่เพิ่มขึ้นเล็กน้อย

กำลังปั๊มและขนาดแผง กลาง

K4 Hydraulic power and energy กำลังและพลังงานไฮดรอลิก

P_{hyd} = \rho g Q H \quad\Rightarrow\quad P_{hyd}\,[\text{kW}] = \frac{Q\,[\text{m}^3/\text{h}]\times H\,[\text{m}]}{367} \qquad E_{hyd}\,[\text{kWh}] = \frac{V\,[\text{m}^3]\times H\,[\text{m}]}{367}

K5 Electrical input (wire-to-water) กำลังไฟฟ้าที่ปั๊มต้องการ

P_{el} = \frac{P_{hyd}}{\eta_{pump}\,\eta_{motor}\,\eta_{ctrl}} \qquad \eta_{w2w} \approx 0.40\text{–}0.60

K6 PV array for pumping ขนาดแผงสำหรับปั๊มน้ำ

P_{PV} = \frac{E_{hyd}}{\eta_{w2w}\,PSH\,PR_{pump}} \qquad \frac{V}{P_{PV}} = \frac{367\,PSH\,PR_{pump}\,\eta_{w2w}}{H}\ \left[\tfrac{\text{m}^3}{\text{วัน}\cdot\text{kWp}}\right]

ตัวอย่าง K-2

สวนผัก/ผลไม้ 5 ไร่ ให้น้ำหยดจากบ่อบาดาล

K1: $ET_0$ = 5 mm/วัน $K_c$ = 1.0 → 5 mm/วัน × 8,000 m² ÷ 1000 ÷ 0.9 = 44.4 m³/วัน
K2: $H$ = 20 (ระดับน้ำนิ่ง) + 5 (ลดขณะสูบ) + 3 (ท่อ 2½ นิ้ว) + 10 (น้ำหยด) = 38 m
สูบ 6 ชั่วโมงช่วงแดดดี → $Q$ = 7.4 m³/h · K4: $P_{hyd} = 7.4 \times 38/367 = 0.77$ kW
K5: $\eta_{w2w}$ = 0.5 → $P_{el}$ ≈ 1.5 kW → เลือกปั๊มบาดาลโซลาร์ 1.5 kW ที่ให้ 7–8 m³/h ที่ 38 m (ตรวจจากกราฟ Q-H ของผู้ผลิต)
K6: $E_{hyd} = 44.4 \times 38/367 = 4.6$ kWh → $P_{PV} = 4.6/(0.5 \times 5 \times 0.75) = 2.45$ kWp → 5 แผง × 580 W = 2.9 kWp (≈ 1.9 เท่าของกำลังปั๊ม)
ถังพัก 1 วัน (≈ 45 m³) หรือบ่อพัก ช่วยให้วันครึ้มยังให้น้ำได้

เครื่องคำนวณปั๊มน้ำโซลาร์

ชนิดปั๊มและตัวควบคุม พื้นฐาน

ชนิด	กำลัง	เหมาะกับ	หมายเหตุ
ปั๊ม DC บัสเลส (BLDC) ผิวดิน/แช่	100 W–1.5 kW	บ่อตื้น สระ ร่องสวน น้ำหยดแปลงเล็ก	ประสิทธิภาพสูง ต่อแผงผ่านคอนโทรลเลอร์ MPPT ของปั๊ม
ปั๊มบาดาล DC บัสเลส (submersible)	0.5–4 kW	บ่อบาดาล 3–4 นิ้ว หัวสูบสูง	เลือกใบพัดแบบ helical rotor สำหรับหัวสูงอัตราไหลต่ำ หรือ centrifugal สำหรับอัตราไหลสูง
ปั๊ม AC 3 เฟสเดิม + Solar VFD	0.75–75 kW	ฟาร์มใหญ่ ใช้ปั๊มเดิม ระบบชลประทาน	VFD ที่มี MPPT รับ DC จากแผงโดยตรง (ต่อแผงแรงดันสูง 500–800 V) สลับใช้ไฟ AC ได้
ปั๊มหอยโข่ง/ไดอะแฟรม 12–24 V	< 200 W	รดน้ำต้นไม้ พ่นยา งานเล็ก	ต่อแบต/แผงเล็ก

ทำไมไม่ใช้อินเวอร์เตอร์ off-grid + ปั๊ม AC ธรรมดา: ปั๊มดึงกระแสกระชากสูงตอนสตาร์ต ต้องมีแบตและอินเวอร์เตอร์ใหญ่ ปั๊มโซลาร์และ solar VFD ปรับความเร็วตามแสง สตาร์ตนุ่มนวล ไม่ต้องมีแบต
ฟังก์ชันที่ควรมีในคอนโทรลเลอร์: MPPT, ป้องกันบ่อแห้ง (dry-run), สวิตช์ลูกลอยถังเต็ม, ป้องกันกระแสเกิน/แรงดันเกิน, บันทึกข้อมูลและส่งค่าผ่านมือถือ
ความปลอดภัย: สาย DC จากแผงถึงคอนโทรลเลอร์ยาวและอยู่กลางแจ้ง ใช้สาย PV และอุปกรณ์ DC ตาม หน้าสายไฟ กราวด์โครงแผงและท่อโลหะ ติด SPD เพราะพื้นที่โล่งฟ้าผ่าบ่อย

งานฟาร์มอื่นที่ใช้โซลาร์ได้ดี

งาน	แนวทาง	ข้อควรระวัง
บ่อปลา/กุ้ง เครื่องเติมอากาศ (ตีน้ำ)	เครื่องตีน้ำกลางวันใช้โซลาร์ตรง กลางคืนซึ่งออกซิเจนต่ำสุดใช้ไฟกริด/แบต/เครื่องปั่นไฟ	ห้ามไฟดับตอนเช้ามืด สัตว์น้ำตายได้ ต้องมีระบบสำรอง
โรงเรือนไก่/สุกร	หลังคาโรงเรือนกว้าง โหลดพัดลมระบบ EVAP กลางวันตรงกับแดด	แผงทนแอมโมเนีย IEC 62716 ทำความสะอาดบ่อยขึ้น
ห้องเย็น เก็บผลผลิต	ทำความเย็นช่วงกลางวัน ใช้มวลความเย็น/น้ำแข็งเก็บพลังงาน	ออกแบบฉนวนและประตูก่อน
อบแห้งผลผลิต	ตู้อบลมร้อนพลังแสงอาทิตย์ + พัดลม DC จากแผง	ควบคุมความชื้นและอุณหภูมิ
รั้วไฟฟ้า กล้อง ไฟส่องสว่าง	ระบบ 12/24 V ขนาดเล็กพร้อมแบต	ป้องกันการขโมย
เครื่องจักรเกษตรไฟฟ้า	ชาร์จรถไถ/โดรนพ่นยาไฟฟ้ากลางวัน	วางแผนโหลดตามแดด

Agrivoltaics: ปลูกพืชใต้แผงโซลาร์ กลาง

K7 Land equivalent ratio อัตราส่วนการใช้ที่ดินเทียบเท่า

LER = \frac{Y_{crop,AV}}{Y_{crop,mono}} + \frac{E_{PV,AV}}{E_{PV,mono}} \qquad LER > 1\ \Rightarrow\ \text{ทำร่วมกันดีกว่าแยกพื้นที่}

โครงสร้าง: ยกแผงสูง 2.5–5 m ให้คนและเครื่องจักรทำงานได้ หรือแผงแนวตั้งสองหน้า (vertical bifacial) วางเป็นแถวห่าง GCR 0.2–0.4 ให้แสงผ่าน 50–80 %
พืชที่เหมาะ: พืชทนร่มหรือชอบร่มบางส่วน ผักใบ สมุนไพร กาแฟ โกโก้ ไม้ผลบางชนิด หญ้าเลี้ยงสัตว์ — ในเขตร้อนร่มเงาบางส่วนช่วยลดความเครียดจากความร้อนและลดการระเหยของน้ำ
ผลลัพธ์งานวิจัย: หลายโครงการรายงาน LER มากกว่า 1 (ในยุโรปบางโครงการ 1.6–1.9) แต่ผลขึ้นกับพืช ภูมิอากาศ และการออกแบบ ต้องทดลองในพื้นที่ก่อนขยาย
อื่น ๆ: ปศุสัตว์ใต้แผง (แกะ แพะ ไก่) ช่วยควบคุมหญ้า · โซลาร์บนหลังคาโรงเรือน (ระวังแสงไม่พอสำหรับพืชในโรงเรือน) · โซลาร์ลอยน้ำบนบ่อเกษตร (ดู ลอยน้ำ)

สมาร์ตฟาร์มพลังแสงอาทิตย์ กลาง

เซนเซอร์ความชื้นดิน + คอนโทรลเลอร์ (ESP32/LoRaWAN) เปิดวาล์วน้ำหยดเมื่อดินแห้ง ประหยัดน้ำ 20–40 % จึงใช้แผงและปั๊มเล็กลง
สถานีอากาศขนาดเล็ก วัดแสง อุณหภูมิ ความชื้น ฝน คำนวณ ET₀ เอง (สมการ FAO-56 Penman–Monteith)
ระดับน้ำในถัง/บ่อบาดาล แจ้งเตือนผ่าน LINE/แอป เมื่อปั๊มทำงานผิดปกติ
พลังงานของอุปกรณ์ IoT แผง 5–20 W + แบต LFP ขนาดเล็ก + ชิปชาร์จ MPPT (ดู ชิปสำหรับออกแบบ) ออกแบบให้อยู่ได้ 3–5 วันไม่มีแดด

ประเด็นระดับปริญญาโท ขั้นสูง

แบบจำลองระบบปั๊มรายชั่วโมง: เส้นโค้งปั๊มที่ความเร็วต่าง ๆ (affinity laws $Q \propto n,\ H \propto n^2,\ P \propto n^3$ ) ร่วมกับเส้นโค้งระบบท่อและกำลังแผงรายชั่วโมง หาปริมาณน้ำรายวันจริง (มีแสงขั้นต่ำที่ปั๊มเริ่มส่งน้ำได้)
การจัดการน้ำใต้ดินอย่างยั่งยืน: ปั๊มโซลาร์ที่ค่าน้ำแทบเป็นศูนย์อาจกระตุ้นการสูบเกิน ต้องมีการวัดและกติกา
Agrivoltaic modeling ร่วมแบบจำลองพืช (crop model) กับการกระจายแสงใต้แผง และวัดผลจริงในภูมิอากาศเขตร้อน
PV-powered irrigation scheduling ด้วยการพยากรณ์แสงและความต้องการน้ำล่วงหน้า (MPC)

คำถามที่พบบ่อย

ปั๊มน้ำโซลาร์ต้องใช้แผงกี่วัตต์?

คำนวณจากน้ำที่ต้องการต่อวันและหัวสูบรวม พลังงานไฮดรอลิก (kWh) = ปริมาณน้ำ (m³) × หัวสูบ (m) ÷ 367 หารด้วยประสิทธิภาพรวมของปั๊ม มอเตอร์ และคอนโทรลเลอร์ (ประมาณ 40–60 %) ได้พลังงานไฟฟ้าต่อวัน แล้วหารด้วยชั่วโมงแดดสูงสุดและ PR เช่น น้ำ 44 m³/วัน หัวสูบ 38 m ต้องใช้แผงประมาณ 2.5 kWp โดยทั่วไปใช้แผง 1.3–2 เท่าของกำลังปั๊ม

ปั๊มน้ำโซลาร์ต้องมีแบตเตอรี่ไหม?

ส่วนใหญ่ไม่ต้อง ใช้ถังเก็บน้ำหรือบ่อพักแทนแบตเตอรี่ สูบน้ำขึ้นถังช่วงมีแดดแล้วปล่อยน้ำด้วยแรงโน้มถ่วงเมื่อต้องการ ถูกกว่าแบตเตอรี่มากและอายุยาวกว่า ใช้แบตเฉพาะเมื่อต้องสูบหรือให้น้ำตอนกลางคืน หรือเมื่อต้องการแรงดันคงที่ตลอดเวลา

Agrivoltaics คืออะไร คุ้มไหม?

คือการทำเกษตรและผลิตไฟฟ้าจากโซลาร์บนพื้นที่เดียวกัน โดยยกแผงสูงหรือเว้นระยะให้แสงผ่านพอสำหรับพืช เหมาะกับพืชที่ทนร่มหรือชอบร่มบางส่วน และพื้นที่แดดจัดที่พืชเครียดจากความร้อน ผลรวมการใช้ที่ดินมักดีกว่าแยกทำ (Land Equivalent Ratio มากกว่า 1) แต่โครงสร้างแพงกว่าฟาร์มปกติและต้องออกแบบให้เครื่องจักรเกษตรทำงานได้