// บทที่ 16.6 · ออกแบบระบบโซลาร์เซลล์ · Wiring, Protection & Earthing

สายไฟ ฟิวส์ เบรกเกอร์ SPD กราวด์ และการต่อเข้าตู้ไฟ สำหรับระบบโซลาร์

Q: ใช้เบรกเกอร์ AC ธรรมดาตัดไฟฝั่ง DC ของแผงโซลาร์ได้ไหม?

ไม่ได้ กระแส DC ไม่มีจุดผ่านศูนย์ทุกครึ่งรอบแบบ AC อาร์กที่เกิดตอนตัดวงจรจึงดับยาก เบรกเกอร์หรือสวิตช์ AC ที่ไม่ได้ออกแบบสำหรับ DC อาจเกิดอาร์กค้างและไหม้ ต้องใช้อุปกรณ์ที่ระบุพิกัดแรงดัน DC ไม่น้อยกว่า Voc สูงสุดของสตริง และสำหรับ DC isolator ควรระบุ utilization category DC-PV2 ตาม IEC 60947-3

Q: ระบบโซลาร์ต้องมีฟิวส์สตริงทุกระบบไหม?

ไม่ทุกระบบ ฟิวส์สตริงจำเป็นเมื่อมีสตริงขนานกันตั้งแต่ 3 สตริงขึ้นไปในวงจรเดียว (หรือเมื่อกระแสย้อนจากสตริงอื่นรวมกันเกินพิกัด maximum series fuse ของแผง) ระบบบ้านที่ใช้สตริงละ MPPT หรือขนานแค่ 2 สตริงมักไม่ต้องใช้ ถ้าใช้ต้องเป็นฟิวส์ชนิด gPV ตาม IEC 60269-6 ติดทั้งขั้วบวกและลบ

Q: สาย DC ของโซลาร์ใช้สาย THW หรือ VCT ได้ไหม?

ไม่ควร สายโซลาร์ต้องทนแสง UV โอโซน อุณหภูมิสูง และแรงดัน DC ถึง 1,000–1,500 V ตลอด 25 ปี ให้ใช้สาย PV1-F หรือ H1Z2Z2-K ตาม EN 50618 / IEC 62930 ซึ่งเป็นฉนวนสองชั้นแบบ cross-linked ส่วนสาย THW เป็น PVC ไม่ทน UV และไม่ได้ออกแบบสำหรับงานนี้

ไฟไหม้จากระบบโซลาร์เกือบทั้งหมดเริ่มที่ฝั่ง DC: ขั้วต่อหลวม ขั้วต่อต่างยี่ห้อ สายถูกบาดที่ขอบรางยึด หรือใช้อุปกรณ์ AC ตัดวงจร DC หน้านี้รวมการเลือกสาย คำนวณแรงดันตก อุปกรณ์ป้องกันกระแสเกินและแรงดันเกิน กราวด์ และจุดต่อเข้าตู้ไฟ ให้ระบบปลอดภัยตลอด 25 ปี

เขียนโดย อาจารย์มดอัปเดต 13 ต.ค. 2569

ผังวงจรเส้นเดียว สายและขั้วต่อ ฟิวส์สตริง SPD และฟ้าผ่า ฝั่ง AC และตู้ไฟ

สรุปใน 30 วินาที

ฝั่ง DC: สาย PV1-F/H1Z2Z2-K · ขั้วต่อยี่ห้อเดียวกันย้ำด้วยคีมที่ถูกต้อง · สวิตช์ DC-PV2 · ฟิวส์ gPV เมื่อขนาน ≥ 3 สตริง
ออกแบบกระแสฝั่ง DC ด้วย $1.25\,I_{sc}$ · แรงดันตก DC ≤ 1–1.5 % · AC ≤ 1–2 %
SPD ทั้งฝั่ง DC และ AC · กราวด์โครงและกรอบแผงด้วยสาย ≥ 6 mm²
ฝั่ง AC: เบรกเกอร์แยกสำหรับอินเวอร์เตอร์ · RCD ตามที่ผู้ผลิตกำหนด (Type B ถ้าอินเวอร์เตอร์ไม่มีการแยกที่เพียงพอ) · ป้ายเตือนแหล่งจ่ายสองทาง

ทำไมไฟ DC จากแผงอันตรายเป็นพิเศษ พื้นฐาน

ปิดไม่ได้: ตราบใดที่มีแสง แผงมีแรงดันเสมอ ตัดเบรกเกอร์ที่ตู้ไฟแล้วสาย DC บนหลังคายังมีไฟหลายร้อยโวลต์
อาร์กไม่ดับเอง: กระแส AC ผ่านศูนย์ 100 ครั้งต่อวินาที อาร์กจึงดับเองได้ แต่อาร์ก DC ที่แรงดัน 300–1,000 V ต่อเนื่องได้นานจนวัสดุรอบข้างลุกไหม้
กระแสลัดวงจรต่ำ: $I_{sc}$ สูงกว่ากระแสใช้งานเพียง ~5 % อุปกรณ์ป้องกันกระแสเกินทั่วไปจึงมองไม่เห็นความผิดพร่องหลายชนิด การป้องกันต้องอาศัยการออกแบบและติดตั้งที่ถูกต้องเป็นหลัก
อยู่กลางแจ้ง 25 ปี: UV ความร้อน 70–80 °C บนหลังคา ฝน หนู และการขยายตัวของโครงโลหะ

ผังวงจรเส้นเดียว (Single-Line Diagram) ของระบบบ้าน พื้นฐาน

สตริงแผง→(ฟิวส์ gPV ถ้าจำเป็น)→DC isolator DC-PV2→SPD DC Type 2→อินเวอร์เตอร์→AC isolator / เบรกเกอร์→SPD AC · RCD (ตามผู้ผลิต)→ตู้ไฟ · มิเตอร์

ใน SLD ต้องระบุ: จำนวนแผงต่อสตริงและจำนวนสตริง $V_{oc,max}$ และ $I_{sc}$ ขนาดและชนิดสายทุกช่วง พิกัดฟิวส์ สวิตช์ SPD เบรกเกอร์ RCD จุดต่อลงดิน และจุดต่อเข้าระบบการไฟฟ้า เป็นเอกสารที่การไฟฟ้าและผู้ตรวจต้องใช้ และเป็นส่วนหนึ่งของเอกสารส่งมอบตาม IEC 62446-1

สายไฟและขั้วต่อฝั่ง DC พื้นฐาน

สาย: PV1-F หรือ H1Z2Z2-K (EN 50618 / IEC 62930) ทองแดงฝอยชุบดีบุก ฉนวนสองชั้นทน UV แรงดัน 1,000–1,500 V DC ขนาดที่ใช้บ่อย 4 mm² (สตริง) และ 6–10 mm² (สายยาวหรือรวมสตริง)
ขั้วต่อ: MC4 หรือที่ “compatible” ต้องเป็น ยี่ห้อและรุ่นเดียวกันทั้งสองฝั่ง (IEC 62852 ทดสอบแบบจับคู่) การเสียบต่างยี่ห้อเป็นสาเหตุอันดับต้นของอาร์กและไฟไหม้ ย้ำหัวด้วยคีมย้ำที่ผู้ผลิตกำหนด ห้ามใช้คีมธรรมดา
การเดิน: ใช้ท่อหรือรางที่ทน UV ยึดสายไม่ให้ห้อยแตะหลังคา ห้ามรัดสายผ่านขอบคมของราง เว้นห่วงหยดน้ำ (drip loop) ที่จุดเข้าท่อ เดินสาย + และ − คู่กันเพื่อลดพื้นที่วงรอบ
ภายในอาคาร: เดินในท่อโลหะ แยกจากสาย AC และติดป้าย “สาย DC จากแผงโซลาร์ มีไฟแม้ตัดเบรกเกอร์”

W1 DC voltage drop แรงดันตกในสาย DC (ไป-กลับ)

\Delta V = \frac{2\,L\,I\,\rho_T}{A} \qquad \Delta V\% = \frac{\Delta V}{V}\times 100 \qquad A_{min} = \frac{2\,L\,I\,\rho_T}{\Delta V\%_{max}\,V/100}

W2 Copper resistivity vs temperature ความต้านทานจำเพาะของทองแดง

\rho_T = \rho_{20}\left[1 + 0.00393\,(T-20)\right] \qquad \rho_{20} = 0.01724\ \Omega\,\text{mm}^2/\text{m}

W3 AC voltage drop แรงดันตกฝั่ง AC

\Delta V_{1\phi} = 2LI\,(R'\cos\varphi + X'\sin\varphi) \qquad \Delta V_{3\phi} = \sqrt{3}\,LI\,(R'\cos\varphi + X'\sin\varphi)

$R'$ , $X'$ คือความต้านทานและรีแอกแตนซ์ต่อเมตรของสาย อินเวอร์เตอร์จ่ายที่ $\cos\varphi \approx 1$ จึงใช้แค่ส่วน $R'$ ได้ แรงดันตกฝั่ง AC มีผลมากกว่าที่คิด: แรงดันที่ขั้วอินเวอร์เตอร์ = แรงดันกริด + แรงดันตก ถ้าสายจำหน่ายแรงดันสูงอยู่แล้วช่วงเที่ยง อินเวอร์เตอร์จะตัดเพราะแรงดันเกิน (overvoltage trip) ควรให้แรงดันตกฝั่ง AC ≤ 1 % สำหรับระบบบ้าน

ตัวอย่าง W-1

สายสตริงยาว 30 m: 4 หรือ 6 mm²

สตริง 5 แผง $I_{mp}$ = 13.37 A สายยาวทางเดียว 30 m ทองแดงที่ 70 °C

$\rho_{70} = 0.01724\left[1+0.00393(50)\right] = 0.02063\ \Omega\,\text{mm}^2/\text{m}$
4 mm²: $\Delta V = 2(30)(13.37)(0.02063)/4 = 4.14$ V → $4.14/217 = 1.9\ \%$ ที่ $V_{mp}$ STC และ 2.2 % ตอนร้อน · สูญเสีย 55 W
6 mm²: $\Delta V = 2.76$ V → 1.27 % (1.5 % ตอนร้อน) · สูญเสีย 37 W
เลือก 6 mm² — ต้นทุนสายเพิ่มไม่กี่ร้อยบาท แต่ได้พลังงานคืนราว 18 W ตลอดช่วงแดดจัดไปอีก 25 ปี (ทดลองในเครื่องคำนวณด้านล่าง)

W4 DC design current กระแสที่ใช้เลือกสายและอุปกรณ์ฝั่ง DC

I_{design,string} = 1.25\,I_{sc} \qquad I_{design,array} = 1.25\,N_p\,I_{sc}

ความสามารถนำกระแส (ampacity) ของสายต้องลดค่าตามอุณหภูมิแวดล้อม (หลังคาร้อน 60–70 °C) และจำนวนสายที่รวมกลุ่มในท่อ ใช้ตารางของผู้ผลิตสายหรือมาตรฐาน วสท./IEC 60364-5-52 แล้วเลือกขนาดที่ผ่านทั้งเงื่อนไขกระแส (W4) และแรงดันตก (W1)

ฟิวส์สตริง: เมื่อไรต้องมี กลาง

เมื่อสตริงหนึ่งลัดวงจร (เช่น ขั้วต่อทะลุลงโครง) สตริงอื่นที่ขนานอยู่จะดันกระแสย้อนเข้าไป แผงทนกระแสย้อนได้ไม่เกินค่า “maximum series fuse rating” $I_{MOD,OCPR}$ ในดาต้าชีต (เช่น 25–30 A)

W5 String fuse requirement and rating (IEC 62548) เงื่อนไขและพิกัดฟิวส์สตริง

\text{ต้องมีฟิวส์เมื่อ } (N_p - 1)\,1.25\,I_{sc} > I_{MOD,OCPR} \qquad 1.5\,I_{sc} < I_n \le \min(2.4\,I_{sc},\ I_{MOD,OCPR})

ตัวอย่าง W-2

รวม 3 สตริงเข้า MPPT เดียว

แผง $I_{sc}$ = 14.1 A, maximum series fuse = 30 A

กระแสย้อนสูงสุด $(3-1)(1.25)(14.1) = 35.3$ A > 30 A → ต้องมีฟิวส์
ถ้า 2 สตริง: $(2-1)(1.25)(14.1) = 17.6$ A ≤ 30 A → ไม่ต้องมี
พิกัดฟิวส์: $1.5(14.1) = 21.2 < I_n \le \min(33.8, 30)$ → เลือก 25 A gPV พิกัดแรงดัน ≥ $V_{oc,max}$ ของสตริง ติดทั้งขั้ว + และ −

สวิตช์ตัดตอน DC (DC isolator) พื้นฐาน

ใช้สวิตช์ที่ระบุ DC-PV2 ตาม IEC 60947-3 (หรือ DC-PV1 สำหรับงานเบา) แรงดัน ≥ $V_{oc,max}$ กระแส ≥ $1.25 I_{sc} N_p$ ตัดได้ทั้งขั้ว + และ −
ติดใกล้อินเวอร์เตอร์ (หลายรุ่นมีในตัว) ระบบที่สาย DC ยาวเข้าอาคารควรมีอีกชุดใกล้แผงหรือก่อนเข้าอาคาร
สวิตช์ DC ในกล่องพลาสติกกลางแดดเป็นจุดเสียบ่อย: เลือก IP65/66 ติดใต้ร่มเงา ติดตั้งให้ทางเข้าสายอยู่ด้านล่าง ใช้เคเบิลแกลนด์ขนาดพอดีสาย
ห้ามใช้เบรกเกอร์ AC หรือ MCB ที่ไม่ได้ระบุพิกัด DC (และขั้วถูกต้อง สำหรับ DC breaker ที่มีขั้ว) — ใส่กลับขั้วแล้วตัดอาร์กไม่ได้

อุปกรณ์ป้องกันแรงดันเกิน (SPD) และฟ้าผ่า กลาง

ประเทศไทยมีวันฟ้าคะนองสูง (หลายพื้นที่ > 80–100 วันต่อปี) แผงบนหลังคาเป็นตัวรับแรงดันเหนี่ยวนำจากฟ้าผ่าใกล้ ๆ ได้ดี SPD จึงเป็นอุปกรณ์จำเป็น

ตำแหน่ง	ชนิด	เลือกอย่างไร
ฝั่ง DC ที่อินเวอร์เตอร์	Type 2 (Type 1+2 ถ้ามีระบบล่อฟ้าและระยะห่างไม่พอ)	$U_{CPV} \ge V_{oc,max}$ ของอาร์เรย์ · $I_{SCPV} \ge 1.25 N_p I_{sc}$ · ตาม IEC 61643-31
ฝั่ง DC ใกล้แผง	Type 2	เมื่อสาย DC ยาวเกิน ~10 m
ฝั่ง AC ที่อินเวอร์เตอร์ / ตู้ไฟ	Type 2 (Type 1+2 ที่ตู้เมนถ้ามีล่อฟ้าหรือสายอากาศ)	$U_c \ge$ 275 V (ระบบ 230/400 V)

สายต่อ SPD ลงดินต้องสั้นที่สุด (รวมสองข้าง < 0.5 m) มิฉะนั้นแรงดันตกบนสายเหนี่ยวนำจะทำให้ SPD ไร้ประโยชน์
อาคารที่มีระบบล่อฟ้า: ติดแผงให้ห่างจากตัวนำล่อฟ้าตามระยะแยก (separation distance) ตาม IEC 62305-3 หรือออกแบบให้อยู่ในพื้นที่ป้องกัน ถ้าไม่ได้ต้องเชื่อมเข้ากับระบบล่อฟ้าและใช้ SPD Type 1
SPD เป็นวัสดุสิ้นเปลือง ตรวจหน้าต่างแสดงสถานะทุกครั้งที่บำรุงรักษาและหลังพายุฟ้าคะนองรุนแรง

กราวด์และการประสานศักย์ พื้นฐาน

ต่อกรอบแผงและโครงยึดลงดิน (equipotential bonding) ด้วยสายทองแดง ≥ 6 mm² (≥ 16 mm² เมื่อเชื่อมกับระบบล่อฟ้า) ใช้ขั้วต่อหรือแหวนกัดผิว (bonding washer/WEEB) ที่เจาะผ่านผิวอโนไดซ์ของกรอบอลูมิเนียม ระวังการกัดกร่อนระหว่างทองแดงกับอลูมิเนียม (ใช้ขั้วต่อ bi-metal หรือสแตนเลส)
ระบบไฟฟ้าแรงต่ำในไทย ส่วนใหญ่เป็น TN-C-S ต่อสายดินของระบบโซลาร์เข้ากับขั้วดินหลักของอาคารตามมาตรฐานการติดตั้งทางไฟฟ้าของ วสท. และข้อกำหนดของการไฟฟ้า ไม่ตอกหลักดินแยกลอย ๆ ที่ไม่ได้เชื่อมกับระบบหลัก
ห้ามต่อขั้ว + หรือ − ของแผงลงดิน เว้นแต่ผู้ผลิตแผงและอินเวอร์เตอร์กำหนด (functional earthing สำหรับแผงบางชนิด) อินเวอร์เตอร์ไม่มีหม้อแปลงส่วนใหญ่ต้องการอาร์เรย์แบบลอย (floating) และตรวจความต้านทานฉนวน (Riso) ก่อนเริ่มทำงานทุกเช้า

ฝั่ง AC และการต่อเข้าตู้ไฟ พื้นฐาน

W6 Inverter AC current and breaker กระแสขาออกและเบรกเกอร์ฝั่ง AC

I_{AC,1\phi} = \frac{P_{AC}}{V\cos\varphi} \qquad I_{AC,3\phi} = \frac{P_{AC}}{\sqrt{3}\,V_{LL}\cos\varphi} \qquad I_{n,CB} \ge 1.25\,I_{AC,max}

ตัวอย่าง W-3

เบรกเกอร์สำหรับอินเวอร์เตอร์ 5 kW และ 10 kW

5 kW 1 เฟส 230 V: $I = 5000/230 = 21.7$ A → $1.25 \times 21.7 = 27.2$ A → เบรกเกอร์ 32 A 2P (หรือตามค่าสูงสุดที่ผู้ผลิตแนะนำ ใช้ $I_{AC,max}$ จากดาต้าชีตถ้ามี)
10 kW 3 เฟส 400 V: $I = 10000/(\sqrt{3}\cdot 400) = 14.4$ A → $1.25 \times 14.4 = 18.0$ A → เบรกเกอร์ 20 A 4P
สายต้องรับกระแสได้ไม่น้อยกว่าพิกัดเบรกเกอร์ตามวิธีเดินสาย และแรงดันตกตามข้อ W3

จุดต่อ: ต่อเข้าเบรกเกอร์ย่อยเฉพาะของอินเวอร์เตอร์ในตู้ไฟ (load-side connection) ตรวจว่าบัสบาร์และเมนเบรกเกอร์ของตู้รับกระแสรวมจากการไฟฟ้า + อินเวอร์เตอร์ได้ (กฎ 120 % ใน NEC เป็นแนวคิดที่ใช้อ้างอิง)
RCD: ทำตามคู่มืออินเวอร์เตอร์ อินเวอร์เตอร์ที่ผู้ผลิตยืนยันว่าไม่สามารถป้อนกระแสรั่ว DC เข้าระบบ (มีการแยกอย่างง่ายหรือมี RCMU ในตัว) ใช้ RCD Type A ได้ ถ้าไม่ใช่ต้องใช้ Type B
ป้าย: ที่ตู้ไฟและมิเตอร์ “ระบบนี้มีแหล่งจ่ายไฟสองแหล่ง” ระบุตำแหน่งสวิตช์ตัดของอินเวอร์เตอร์ ให้ผู้ซ่อมและพนักงานดับเพลิงเห็นชัด
ระบบ hybrid: แยกตู้โหลดสำรอง (backup panel) ห้ามต่อเอาต์พุตสำรองเข้ากับวงจรที่มีไฟการไฟฟ้า ตรวจ N-PE switching ในโหมดสำรองตามคู่มือ

ไฟไหม้ AFCI และ Rapid Shutdown กลาง

AFCI (arc-fault circuit interrupter) ในอินเวอร์เตอร์ตรวจลายเซ็นความถี่สูงของอาร์กแบบอนุกรมแล้วหยุดทำงาน (UL 1699B, IEC 63027) อินเวอร์เตอร์รุ่นใหม่หลายยี่ห้อมีให้ ควรเปิดใช้
Rapid shutdown ลดแรงดันสายบนหลังคาให้ต่ำกว่า ~30 V ภายในเวลาสั้นเมื่อสั่งหยุด (ข้อบังคับใน NEC 690.12 ของสหรัฐฯ) ทำได้ด้วย optimizer, micro-inverter หรือ MLPE shutdown device เหมาะกับอาคารสาธารณะ อาคารสูง และโรงงานที่มีวัสดุติดไฟ
สาเหตุไฟไหม้ที่พบมากที่สุด: ขั้วต่อต่างยี่ห้อหรือย้ำไม่ดี สวิตช์ DC เสื่อม ฉนวนสายถูกบาด และการทำงานต่อโดยไม่ตรวจหลังพายุ — ป้องกันได้ด้วยการตรวจตามตาราง (ดู งานบำรุงรักษา)

เช็กลิสต์ฝั่ง DC และ AC

สาย PV ตามมาตรฐาน ขนาดผ่านทั้งกระแสและแรงดันตก
ขั้วต่อยี่ห้อเดียวกัน ย้ำด้วยเครื่องมือของผู้ผลิต ทดสอบดึง
อุปกรณ์ DC ทุกตัวมีพิกัดแรงดัน ≥ $V_{oc,max}$ และพิกัดกระแส ≥ $1.25\,I_{sc}$ ต่อวงจร
ฟิวส์ gPV เมื่อจำเป็นตาม W5
SPD DC และ AC ติดใกล้อุปกรณ์ที่ป้องกัน สายลงดินสั้น
กรอบแผงและโครงประสานศักย์ ต่อเข้าระบบดินหลัก
เบรกเกอร์ AC แยก RCD ตามผู้ผลิต ป้ายเตือนครบ
ทดสอบตาม IEC 62446-1 ก่อนจ่ายไฟ (ขั้ว $V_{oc}$ $I_{sc}$ ฉนวน) — ดู การทดสอบส่งมอบ

คำถามที่พบบ่อย

ใช้เบรกเกอร์ AC ธรรมดาตัดไฟฝั่ง DC ของแผงโซลาร์ได้ไหม?

ไม่ได้ กระแส DC ไม่มีจุดผ่านศูนย์ทุกครึ่งรอบแบบ AC อาร์กที่เกิดตอนตัดวงจรจึงดับยาก เบรกเกอร์หรือสวิตช์ AC ที่ไม่ได้ออกแบบสำหรับ DC อาจเกิดอาร์กค้างและไหม้ ต้องใช้อุปกรณ์ที่ระบุพิกัดแรงดัน DC ไม่น้อยกว่า Voc สูงสุดของสตริง และสำหรับ DC isolator ควรระบุ utilization category DC-PV2 ตาม IEC 60947-3

ระบบโซลาร์ต้องมีฟิวส์สตริงทุกระบบไหม?

ไม่ทุกระบบ ฟิวส์สตริงจำเป็นเมื่อมีสตริงขนานกันตั้งแต่ 3 สตริงขึ้นไปในวงจรเดียว (หรือเมื่อกระแสย้อนจากสตริงอื่นรวมกันเกินพิกัด maximum series fuse ของแผง) ระบบบ้านที่ใช้สตริงละ MPPT หรือขนานแค่ 2 สตริงมักไม่ต้องใช้ ถ้าใช้ต้องเป็นฟิวส์ชนิด gPV ตาม IEC 60269-6 ติดทั้งขั้วบวกและลบ

สาย DC ของโซลาร์ใช้สาย THW หรือ VCT ได้ไหม?

ไม่ควร สายโซลาร์ต้องทนแสง UV โอโซน อุณหภูมิสูง และแรงดัน DC ถึง 1,000–1,500 V ตลอด 25 ปี ให้ใช้สาย PV1-F หรือ H1Z2Z2-K ตาม EN 50618 / IEC 62930 ซึ่งเป็นฉนวนสองชั้นแบบ cross-linked ส่วนสาย THW เป็น PVC ไม่ทน UV และไม่ได้ออกแบบสำหรับงานนี้