EN
Quick Links
ในปัจจุบันโครงข่ายพลังงานมีแนวโน้มหันมาใช้ระบบที่รวมพลังงานแสงอาทิตย์กับระบบกักเก็บพลังงาน โดยที่แผงโซลาร์เซลล์จะทำงานร่วมกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน หรือระบบแบตเตอรี่แบบไหลเวียน แนวคิดหลักคือการเก็บพลังงานส่วนเกินที่ผลิตได้ในช่วงเวลากลางวันไว้ใช้ในช่วงเวลาที่ความต้องการเพิ่มสูงขึ้นในช่วงเย็น หรือเมื่อโครงข่ายมีปัญหา เมื่อพลังงานหมุนเวียนมีสัดส่วนมากกว่า 20 เปอร์เซ็นต์ของการผลิตไฟฟ้าในหลายพื้นที่แล้ว บริษัทพลังงานจึงไม่ได้มองว่าระบบแบตเตอรี่เหล่านี้เป็นเพียงอุปกรณ์เสริมที่เพิ่มเข้ามาได้ตามความต้องการอีกต่อไป แต่เริ่มให้ความสำคัญกับการวางแผนระบบเหล่านี้เป็นส่วนหนึ่งของโครงสร้างพื้นฐานของโครงข่ายตั้งแต่แรกเริ่ม แทนที่จะเพิ่มเข้าไปในภายหลัง
การเพิ่มระบบเก็บพลังงานไว้ใกล้กับฟาร์มโซลาร์จะช่วยทำให้แหล่งพลังงานเหล่านี้มีความยืดหยุ่นมากยิ่งขึ้น ตัวอย่างเช่น โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ขนาด 250 เมกะวัตต์ในรัฐแอริโซนา ในช่วงเวลาเรียกเก็บพลังงานสูงสุดที่ทุกคนเปิดไฟและใช้เครื่องใช้ไฟฟ้า ระบบแบตเตอรี่ในสถานที่นี้ได้จ่ายพลังงานเพิ่มเติม 100 เมกะวัตต์เป็นระยะเวลา 4 ชั่วโมง จากกำลังการเก็บพลังงานทั้งหมด 400 เมกะวัตต์ชั่วโมง ซึ่งช่วยป้องกันไม่ให้โรงไฟฟ้าก๊าซธรรมชาติแบบ peak load ที่เก่ากว่าต้องทำงานเพียงแค่เพื่อรองรับช่วงเวลาที่ต้องการพลังงานเพิ่มเติมไม่กี่ชั่วโมง การติดตั้งในลักษณะนี้ยังช่วยลดความจำเป็นในการสร้างสายส่งไฟฟ้าระยะไกล และสามารถช่วยฟื้นฟูระบบกริดไฟฟ้าหลังเกิดเหตุขัดข้องร้ายแรงได้ อ้างอิงจากงานวิจัยล่าสุดของ NREL บริษัทผลิตไฟฟ้าสามารถประหยัดค่าใช้จ่ายได้ประมาณ 40 เปอร์เซ็นต์ ในการปรับความถี่ไฟฟ้าซึ่งเป็นเรื่องที่ค่อนข้างซับซ้อน ที่จำเป็นต้องทำให้ระบบสมดุล เมื่อรวมระบบเก็บพลังงานเข้ากับโครงการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ของพวกเขา
หากมองภาพรวม ชัดเจนว่ามีการเพิ่มขึ้นอย่างมากในแง่ของการจัดเก็บพลังงานในโครงการโซลาร์เซลล์ขนาดใหญ่ทั่วอเมริกา จากข้อมูลของ Market.us เมื่อปีที่แล้ว ประมาณสามในสี่ของโครงการโซลาร์ที่วางแผนไว้สำหรับปี 2023 ถึง 2024 จะต้องมีระบบแบตเตอรี่แบบใดแบบหนึ่ง แล้วความเป็นจริงที่ว่านี้หมายความว่าอะไร? ประเทศของเราก็มีแบตเตอรี่ที่กำลังดำเนินการอยู่แล้วประมาณ 20.7 กิกะวัตต์ ซึ่งถือว่าน่าประทับใจมาก เพราะสามารถจ่ายไฟให้กับครัวเรือนประมาณ 15 ล้านหลังได้ในกรณีที่เกิดเหตุไฟดับนานถึง 4 ชั่วโมงต่อเนื่องกัน มีหลายรัฐที่กำหนดเป้าหมายในการผลิตพลังงานสะอาดเริ่มต้นที่จะกำหนดให้ฟาร์มโซลาร์ใหม่ต้องมีระบบจัดเก็บพลังงานในตัวด้วย การบังคับใช้เชิงนโยบายเช่นนี้ สร้างโอกาสทางธุรกิจสำหรับผู้ที่สนใจในการปรับปรุงระบบเดิม ผู้เชี่ยวชาญประเมินว่าข้อกำหนดนี้เพียงอย่างเดียว อาจสร้างรายได้ได้ปีละประมาณสิบสองพันล้านดอลลาร์สหรัฐฯ เพียงแค่การอัปเกรดระบบเดิมให้มีแบตเตอรี่สำรองที่เหมาะสมภายในช่วงกลางทศวรรษหน้า
ปัจจุบันโครงการโซลาร์ในระดับระบบส่ง (Grid Scale) นั้นส่วนใหญ่พึ่งพาแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน เนื่องจากให้ประสิทธิภาพในการแปลงพลังงานสูงถึงประมาณ 90 เปอร์เซ็นต์ และราคาได้ลดลงอย่างมากในช่วงที่ผ่านมา จนล่าสุดอยู่ที่ประมาณ 89 ดอลลาร์สหรัฐต่อกิโลวัตต์ชั่วโมง จากข้อมูลปี 2023 แบตเตอรี่ชนิดนี้เหมาะมากเมื่อเราต้องการพลังงานจำนวนมากในระยะเวลาสั้น ๆ ประมาณ 4 ถึง 8 ชั่วโมงของการเก็บพลังงาน แต่ตอนนี้มีผู้เล่นใหม่ในตลาด เช่น แบตเตอรี่เทคโนโลยีเหล็ก-อากาศ (Iron Air) และแบตเตอรี่โฟลว์สังกะสี-โบรมีน (Zinc Bromide Flow) ซึ่งดูเหมือนจะเหมาะสมกว่าในสถานการณ์ที่เราต้องการเก็บพลังงานไว้ใช้ในระยะเวลานานขึ้น ตั้งแต่ 12 ชั่วโมงไปจนถึงมากกว่า 100 ชั่วโมง นักวิจัยยังได้พัฒนาวัสดุคาโทด (Cathode Materials) จนสามารถเพิ่มความหนาแน่นพลังงานของลิเธียมไอออนให้สูงเกินระดับ 300 วัตต์ชั่วโมงต่อกิโลกรัม ซึ่งหมายความว่าบริษัทสามารถติดตั้งระบบแบตเตอรี่ที่มีขนาดเล็กลงโดยไม่สูญเสียความจุสำหรับฟาร์มโซลาร์ของตน
แบตเตอรี่สถานะของแข็งกำลังมีความก้าวหน้าอย่างจริงจังในการแก้ปัญหาภาวะการสูญเสียความร้อน (thermal runaway) ด้วยการออกแบบอิเล็กโทรไลต์เซรามิกส์ที่สามารถให้ความหนาแน่นพลังงานสูงกว่า 500 Wh/กิโลกรัม สมรรถนะในระดับนี้ทำให้แบตเตอรี่ประเภทนี้เป็นตัวเลือกที่เหมาะสมสำหรับการเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ในระบบขนาดใหญ่ที่ต้องคำนึงถึงพื้นที่ ขณะเดียวกัน เทคโนโลยีแบตเตอรี่ไอออนโซเดียมก็พัฒนาตามขึ้นมาได้มากในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา โดยมีสมรรถนะใกล้เคียงกับแบตเตอรี่ลิเธียมรุ่นแรกๆ แต่มีต้นทุนการผลิตต่ำกว่าประมาณ 40 เปอร์เซ็นต์ วัสดุที่ใช้ในแบตเตอรี่โซเดียมยังหาง่ายกว่าโลหะหายากที่ใช้ในแบตเตอรี่แบบเดิมๆ มาก โดยสารประกอบเช่น สารสีปรัสเซียนบลู (Prussian blue analogs) กำลังได้รับความนิยมมากขึ้นในวงการผลิตอุตสาหกรรม นวัตกรรมทั้งสองประเภทนี้ล้วนตอบโจทย์แผนการพัฒนาระบบสายส่งไฟฟ้าของหลายประเทศในช่วงทศวรรษต่อจากนี้ ซึ่งรัฐบาลหลายประเทศตั้งเป้าจะใช้พลังงานหมุนเวียนในสัดส่วนประมาณ 95 เปอร์เซ็นต์ภายในปี 2035 และแบตเตอรี่รูปแบบใหม่นี้ก็ช่วยแก้ปัญหาใหญ่สองประการพร้อมกัน คือ ความเสี่ยงด้านความปลอดภัยจากเคมีภัณฑ์ในแบตเตอรี่แบบดั้งเดิม และปัญหาวัตถุดิบหายากที่จำเป็นสำหรับการผลิตจำนวนมาก
ในปัจจุบันระบบแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์กำลังได้รับความนิยมเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว แต่กลับพบปัญหาใหญ่ในการเชื่อมต่อกับระบบสายส่ง โดยข้อมูลจาก NREL ในปี 2023 ระบุว่า โครงการพลังงานหมุนเวียนประมาณ 40 เปอร์เซ็นต์ที่ติดขัดและล่าช้า เกิดจากปัญหาในการเชื่อมต่อผ่านคิวการเชื่อมต่อ โครงข่ายปัจจุบันของเราถูกสร้างขึ้นเพื่อการส่งไฟฟ้าแบบทางเดียว จึงมีปัญหาในการจัดการกระแสไฟฟ้าที่ไหลย้อนกลับจากโซลาร์เซลล์ขนาดเล็กและระบบเก็บพลังงานที่กระจายตัวตามชุมชนต่าง ๆ สิ่งนี้ทำให้บริษัทไฟฟ้าต้องลงทุนจำนวนมากเพื่ออัปเกรดสถานีไฟฟ้าเพื่อให้ระบบดำเนินไปอย่างราบรื่น นอกจากนี้ อีกหนึ่งปัญหาคืออินเวอร์เตอร์ไม่สามารถทำงานร่วมกันได้อย่างเหมาะสม เครื่องมือรุ่นเก่ายังไม่มีศักยภาพเพียงพอที่จะควบคุมแรงดันไฟฟ้าให้เหมาะสมในช่วงที่แบตเตอรี่มีการชาร์จและปล่อยไฟฟ้าอย่างต่อเนื่อง
การจัดการระบบควบคุมอุณหภูมิให้ถูกต้องมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อระบบกักเก็บพลังงานขนาดใหญ่ ตามการวิจัยจาก DNV ในปี 2022 ระบุว่า เมื่ออุณหภูมิไม่ได้ถูกควบคุมอย่างเหมาะสม อาจทำให้อายุการใช้งานของแบตเตอรี่ลดลงถึง 30% ก่อนที่จะต้องเปลี่ยนใหม่ ปัจจุบันมาตรฐานส่วนใหญ่ในอุตสาหกรรมกำหนดให้ต้องมีระบบระบายความร้อนสำรอง รวมถึงเทคโนโลยีดับเพลิงขั้นสูงที่สามารถหยุดสถานการณ์การเกิดความร้อนสูงเกินไปภายในเวลาเพียง 8 วินาทีเท่านั้น ในแง่ของต้นทุน การจัดการระบบควบคุมอุณหภูมิคิดเป็นสัดส่วนประมาณ 18% ของค่าใช้จ่ายทั้งหมดในการติดตั้งระบบ BESS โดยสำหรับสถานที่ขนาด 100 เมกะวัตต์ จะเพิ่มค่าใช้จ่ายประมาณ 1.2 ล้านดอลลาร์สหรัฐ ซึ่งถือเป็นจำนวนเงินที่มาก แต่จำเป็นเนื่องจากความไวต่อปัญหาความร้อนของระบบเหล่านี้
แม้ว่าแบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออนจะครองสัดส่วน 92% ของโครงการจัดเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ใหม่ๆ (Wood Mackenzie 2024) ผู้พัฒนาโครงการยังคงต้องเผชิญกับทางเลือกที่สำคัญ:
การศึกษาของ Lazard ในปี 2024 แสดงให้เห็นว่าการเพิ่มขนาดแบงก์แบตเตอรี่มากขึ้น 20% จะช่วยเพิ่มผลตอบแทนจากการลงทุน (ROI) ของโครงการได้ เนื่องจากอายุการใช้งานระบบเพิ่มขึ้น 30% แม้ว่าจะมีค่าใช้จ่ายเริ่มต้นที่สูงขึ้น
การเปลี่ยนแปลงนโยบายของรัฐบาลมีผลอย่างแท้จริงต่อความเร็วและโอกาสในการติดตั้งแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ทั่วประเทศ สหรัฐอเมริกามีประมาณสิบห้ารัฐที่เริ่มกำหนดให้ต้องมีระบบเก็บพลังงานสำหรับฟาร์มพลังงานแสงอาทิตย์ใหม่ที่ใหญ่กว่า 50 เมกะวัตต์ ในเวลาเดียวกัน มีสิ่งที่เรียกว่า FERC Order 841 ซึ่งมีผลต่อวิธีการที่บริษัทพลังงานได้รับการชำระเงินในตลาดส่ง ตามข้อมูลจาก SEIA หากเราสามารถทำให้ขั้นตอนการขอใบอนุญาตและเอกสารต่าง ๆ ง่ายขึ้น เราอาจเห็นโครงการพลังงานแสงอาทิตย์พร้อมระบบเก็บพลังงานรวมกันประมาณ 15 กิกะวัตต์ ดำเนินการก่อสร้างได้ภายในปี 2026 โดยสิ่งนี้จะเกิดขึ้นเป็นส่วนใหญ่เพราะทุกฝ่ายตกลงร่วมกันเกี่ยวกับกฎความปลอดภัยพื้นฐานและวิธีการเชื่อมต่อส่วนต่าง ๆ ของระบบกริด
ตัวอย่างเช่น โครงการ Moss Landing ในรัฐแคลิฟอร์เนีย ที่แสดงให้เห็นถึงสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อแผงโซลาร์เซลล์และแบตเตอรี่ทำงานร่วมกันเพื่อแก้ปัญหาของระบบสายส่งไฟฟ้าในช่วงเวลาที่ความต้องการพุ่งสูงสุดอย่างบ้าคลั่ง สถานที่แห่งนี้มีระบบเก็บพลังงานรวมประมาณ 1.6 กิกะวัตต์-ชั่วโมง ซึ่งเชื่อมต่อกับแผงโซลาร์เซลล์ นั่นหมายความว่าสามารถจ่ายไฟฟ้าให้กับครัวเรือนมากกว่า 300,000 หลังได้ราว 4 ชั่วโมง ในช่วงเวลาที่ผู้คนต้องการไฟฟ้ามากที่สุดในตอนเย็น สิ่งที่น่าสนใจคือ ระบบดังกล่าวช่วยลดค่าปรับให้กับผู้ดำเนินการระบบสายส่งไฟฟ้าได้เกือบ 28 ล้านดอลลาร์ต่อปี เนื่องจากความสามารถในการควบคุมความถี่ของไฟฟ้า นอกจากนี้ ยังคงดำเนินการได้ที่ประสิทธิภาพเกือบ 98% แม้ในช่วงฤดูรร้อนปีที่แล้วที่ไฟป่าทำให้บางส่วนของเครือข่ายส่งไฟฟ้าเสียหาย
ระบบที่เก็บพลังงานแสงอาทิตย์ด้วยแบตเตอรี่ที่ใหญ่ที่สุดในรัฐฟลอริดา ซึ่งมีกำลังการผลิตมากถึง 900 เมกะวัตต์ชั่วโมง สามารถลดการใช้โรงไฟฟ้า peak load ที่ใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลได้ราว 40% ระหว่างช่วงฤดูเฮอริเคน ด้วยอัลกอริทึมควบคุมการจ่ายไฟอัจฉริยะที่ค่อนข้างมีประสิทธิภาพ ความสำเร็จของระบบนี้เกิดจากการผสานการทำงานกับฟาร์มโซลาร์เซลล์ขนาด 75 เมกะวัตต์ที่ตั้งอยู่ใกล้เคียง โดยการเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ส่วนเกินที่ผลิตในช่วงเที่ยงวันไว้ แล้วจึงค่อยจ่ายไฟออกมาในช่วงที่ความต้องการใช้ไฟฟ้าเพิ่มสูงขึ้นระหว่างเวลา 19.00 ถึง 21.00 น. ของทุกเย็น วิธีการอัจฉริยะนี้ช่วยประหยัดค่าใช้จ่ายจากปัญหาความแออัดของระบบไฟฟ้าได้เพียงอย่างเดียวถึงปีละ 3.2 ล้านดอลลาร์สหรัฐฯ ความมหัศจรรย์ที่แท้จริงเกิดขึ้นเมื่อวันที่มีพายุเข้า และระบบกริดต้องการพลังงานสนับสนุนเพิ่มเติม แต่แหล่งพลังงานแบบดั้งเดิมอาจไม่สามารถทำงานได้อย่างเต็มที่ หรืออาจมีค่าใช้จ่ายสูงเกินไปในการดำเนินการ
การติดตั้ง Tesla Megapack ล่าสุดที่ระดับ 300 เมกะวัตต์/450 เมกะวัตต์ชั่วโมง แสดงให้เห็นว่าแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์สามารถเข้ามาช่วยเหลือได้ทันทีที่ระบบกริดต้องการพลังงานเพิ่มเติม ในปี 2023 ที่ผ่านมา เมื่อโรงไฟฟ้าถ่านหินขนาดใหญ่เกิดเหตุขัดข้องขึ้นโดยไม่คาดคิด แบตเตอรี่เหล่านี้สามารถตอบสนองและจ่ายไฟได้ภายในเวลาเพียง 140 มิลลิวินาที เร็วกว่าโรงไฟฟ้าพลังความร้อนแบบดั้งเดิมถึงประมาณ 60 เท่า ด้วยการตอบสนองที่รวดเร็วนี้ ทำให้บ้านเรือนประมาณ 650,000 หลังคาเรือนยังคงมีไฟฟ้าใช้ได้ในช่วงที่อาจเกิดภาวะไฟดับครั้งใหญ่ สิ่งที่น่าประทับใจยิ่งกว่านั้นคือ ระบบยังสามารถรักษาประสิทธิภาพการทำงานเฉลี่ยสูงถึง 92% แม้ว่าจะถูกใช้งานอย่างต่อเนื่องตลอดทั้งวัน ผลการดำเนินงานจริงเช่นนี้ แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าการผสมผสานแหล่งพลังงานหลายประเภทเข้าด้วยกันนั้นสามารถทำงานร่วมกันได้อย่างมีประสิทธิภาพ และช่วยให้การผนวกรวมพลังงานหมุนเวียนเข้ากับโครงข่ายไฟฟ้าที่มีอยู่เดิมสามารถทำได้โดยไม่กระทบต่อความน่าเชื่อถือ
ระบบแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ในปัจจุบันมีความอัจฉริยะมากขึ้นด้วยความช่วยเหลือของปัญญาประดิษฐ์ (AI) ที่ช่วยจัดการการชาร์จและปล่อยพลังงาน รวมถึงการเชื่อมต่อกับระบบกริด ซอฟต์แวร์อัจฉริยะจะวิเคราะห์ข้อมูลต่าง ๆ เช่น สภาพอากาศ ราคาค่าไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงไปในแต่ละช่วงเวลา และรูปแบบการใช้พลังงานในปัจจุบัน ตามรายงานของ Startus Insights ปี 2025 ระบบที่มีความอัจฉริยะแบบนี้สามารถเพิ่มผลตอบแทนจากการลงทุนให้กับผู้ดำเนินงานได้มากขึ้นระหว่าง 12% ถึง 18% เมื่อเทียบกับระบบที่ใช้ระบบคงที่ในอดีต ในสถานที่ขนาดใหญ่ที่มีแบตเตอรี่จำนวนมาก ระบบ Machine Learning สามารถจัดการเคลื่อนย้ายพลังงานระหว่างแบงก์แบตเตอรี่และอินเวอร์เตอร์ต่าง ๆ ได้อัตโนมัติ สิ่งนี้ช่วยปกป้องแบตเตอรี่ไม่ให้สึกหรอเร็วเกินไป และรักษาความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าให้อยู่ในระดับต่ำกว่าประมาณ 2% ซึ่งมีความสำคัญอย่างมากเมื่อพยายามสนับสนุนระบบกริดที่ไม่มีเสถียรภาพหรือไม่แข็งแกร่งพอ
ระบบไฮบริดโซลาร์-ลม-แบตเตอรี่ ปัจจุบันคิดเป็นสัดส่วน 34% ของการติดตั้งพลังงานหมุนเวียนใหม่ ซึ่งช่วยให้สามารถส่งมอบพลังงานสะอาดได้ตลอด 24 ชั่วโมง ผ่าน:
จากการศึกษาล่าสุด ระบุว่า โรงไฟฟ้าแบบไฮบริดสามารถบรรลุระดับการใช้กำลังการผลิต (Capacity Utilization) ถึง 92% เมื่อเทียบกับ 78% ของฟาร์มโซลาร์เซลล์ที่ทำงานเดี่ยว โดยการติดตั้งระบบจัดเก็บพลังงานร่วมกันสามารถช่วยลดช่องว่างของผลผลิตที่เกิดจากความไม่สม่ำเสมอของแหล่งพลังงานได้ถึง 83%