Key Takeaway
- Power Factor (PF) คือค่าแสดงความสัมพันธ์ระหว่างกำลังไฟฟ้าที่ใช้งานจริง (kW) กับกำลังไฟฟ้าที่ปรากฏ (kVA) ในระบบไฟฟ้ายิ่งค่า PF ใกล้ 1 ยิ่งแสดงถึงการใช้งานพลังงานไฟฟ้าได้มีประสิทธิภาพสูง
- ค่า Power Factor สำคัญต่อระบบไฟฟ้าเพราะช่วยให้การใช้งานพลังงานมีประสิทธิภาพสูงขึ้น ลดการสูญเสียพลังงานในสายไฟและอุปกรณ์ต่างๆ รวมถึงลดค่าใช้จ่ายไฟฟ้า
- โหลดที่ส่งผลต่อค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ ได้แก่ โหลดความต้านทาน (Resistive Load) ที่มีค่า Power Factor เท่ากับ 1 และโหลดตัวเหนี่ยวนำ (Inductive Load) หรือโหลดตัวเก็บประจุ (Capacitive Load) ที่ทำให้ค่า Power Factor ต่ำกว่าหนึ่ง
- การปรับค่า Power Factor สามารถทำได้โดยการใช้ Capacitor Bank หรือโหลดตัวเก็บประจุ เพื่อเพิ่มค่า Power Factor หรือใช้เครื่องปรับค่า Power Factor (Power Factor Correction Devices) เพื่อปรับปรุงการใช้งานพลังงานไฟฟ้าให้มีประสิทธิภาพ
ก่อนที่เราจะเข้าใจถึงวิธีการประหยัดพลังงานและลดค่าไฟฟ้าในระบบไฟฟ้าทั้งในบ้านและธุรกิจต่างๆ สิ่งแรกที่ควรทำความเข้าใจก็คือ Power Factor หรือค่ากำลังไฟฟ้าคืออะไร และทำไมถึงมีความสำคัญในการปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงาน เพื่อให้ระบบไฟฟ้าทำงานได้อย่างคุ้มค่าและลดค่าใช้จ่าย
ค่า Power Factor คืออะไร
Power Factor หรือค่าพาวเวอร์แฟคเตอร์ คือความสัมพันธ์ระหว่างกำลังไฟฟ้าที่ใช้งานจริง (Active Power) และกำลังไฟฟ้าที่ปรากฏ (Apparent Power) ในระบบไฟฟ้ากระแสสลับ (AC)
โดยกำลังไฟฟ้าที่ใช้งานจริงคือพลังงานที่ถูกใช้โดยอุปกรณ์ไฟฟ้า เช่น หลอดไฟ หรือเครื่องใช้ไฟฟ้า ส่วนกำลังไฟฟ้าที่ปรากฏคือผลรวมของกำลังที่ใช้งานจริง และกำลังไฟฟ้าที่ใช้ในการสร้างสนามแม่เหล็ก หรือจัดเก็บพลังงาน (Reactive Power) ซึ่งไม่ถูกใช้งานโดยตรง
ค่า Power Factor จะเป็นอัตราส่วนระหว่างกำลังที่ใช้งานจริงกับกำลังไฟฟ้าที่ปรากฏ และมักจะแทนด้วย cos(θ) ซึ่งค่าจะไม่เกิน 1 โดยค่าที่สูงกว่าแสดงถึงการใช้พลังงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น
ความสำคัญของ Power Factor ต่อระบบไฟฟ้า
ค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ (cos(θ)) มีผลต่อค่าใช้จ่ายและประสิทธิภาพของระบบไฟฟ้า หากค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ต่ำอาจทำให้เกิดการสูญเสียพลังงานในสายไฟและหม้อแปลงมากขึ้น และทำให้มอเตอร์ทำงานได้ไม่เต็มที่ ในทางตรงกันข้ามหากค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์สูง ระบบไฟฟ้าจะมีประสิทธิภาพมากขึ้น และค่าใช้จ่ายจะลดลง ดังนั้น การปรับปรุงค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์จึงสำคัญในการเพิ่มประสิทธิภาพระบบไฟฟ้าและควบคุมค่าใช้จ่าย
วิธีคิดค่า Power Factor ด้วยสูตรคำนวณ
สูตรคำนวณค่า Power Factor (PF) ในระบบไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) คือ
Power Factor (PF) = กำลังไฟฟ้าจริง (Active Power, P) / กำลังงานที่ปรากฏ (Apparent Power, S)
โดยแต่ละสัญลักษณ์มีความหมายดังนี้
- Power Factor (PF) คือค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์มีค่าระหว่าง 0 ถึง 1
- กำลังไฟฟ้าจริง (Active Power, P) คือกำลังที่จ่ายให้กับอุปกรณ์และเป็นพลังงานที่ใช้ได้จริง โดยใช้หน่วยเป็นวัตต์ (W)
- กำลังงานที่ปรากฏ (Apparent Power, S) คือผลรวมของกำลังไฟฟ้าจริงและกำลังไฟฟ้าที่ใช้ในการสร้างสนามแม่เหล็กหรือเก็บพลังงานในระบบไฟฟ้า โดยใช้หน่วยเป็น วีเอ (VA) หรือ โวลต์-แอมป์
โหลด R, L และ C ส่งผลต่อค่า Power Factor อย่างไร?
นอกจากค่าพาวเวอร์แฟคเตอร์ที่คำนวณจากกำลังไฟฟ้าจริงและกำลังงานที่ปรากฏแล้ว ยังมีปัจจัยอื่นๆ ที่สามารถส่งผลต่อค่า Power Factor เช่น
โหลด R (ความต้านทาน)
โหลด R คือโหลดที่มีความต้านทาน เช่น หลอดไฟฟ้าแบบไส้ เตารีด หม้อหุงข้าว หรือเครื่องทำน้ำอุ่น จะทำให้ค่า Power Factor เท่ากับ 1 เพราะกระแสและแรงดันมีมุมเฟสทางไฟฟ้าเดียวกัน ไม่เกิดการสูญเสียพลังงานรีแอคทีฟในระบบ
โหลด L (ตัวเหนี่ยวนำ)
ตัวเหนี่ยวนำเป็นโหลดที่ทำให้ค่า Power Factor ต่ำกว่า 1 เช่น มอเตอร์ เครื่องปรับอากาศ หรือบัลลาสต์หลอดฟลูออเรสเซนต์ จะทำให้ค่า Power Factor ต่ำกว่า 1 เพราะกระแสล้าหลังแรงดัน 90° ซึ่งเรียกว่า Power Factor Lagging หรือล้าหลัง และเกิดมุมเฟสทางไฟฟ้าที่ต่างกัน
โหลด C (ตัวเก็บประจุ)
ตัวเก็บประจุเป็นโหลดที่ทำให้ค่า Power Factor ต่ำกว่า 1 เช่นกัน โดยเฉพาะในอุตสาหกรรมที่ใช้ Capacitor Bank กระแสจะนำหน้าแรงดัน 90° หรือเกิดมุมเฟสทางไฟฟ้าที่ต่างกัน ซึ่งเรียกว่า Power Factor Leading (พาวเวอร์แฟคเตอร์นำหน้า)
ขั้นตอนการเช็กค่าปรับ Power Factor ในบิลค่าไฟฟ้า
ก่อนที่จะเช็กค่าปรับ เราต้องเข้าใจก่อนว่าประเภทผู้ใช้ไฟฟ้ามีความสำคัญในการกำหนดอัตราค่าปรับ ซึ่งสามารถแบ่งผู้ใช้ไฟฟ้าออกเป็น 8 ประเภท ดังนี้
- บ้านพักที่อยู่อาศัย
- กิจการหรือธุรกิจขนาดเล็ก
- กิจการหรือธุรกิจขนาดกลาง
- กิจการหรือธุรกิจขนาดใหญ่
- กิจการหรือธุรกิจเฉพาะทาง
- ราชการและองค์กรไม่แสวงหากำไร
- การสูบน้ำเพื่อการเกษตร
- ผู้ที่ใช้ไฟฟ้าชั่วคราว
สูตรหาค่าปรับ Power Factor
บิลค่าไฟฟ้าสำหรับผู้ใช้ในประเภทที่ 3 ถึง 7 จะมีการปรับค่า Power Factor หากค่า Power Factor ต่ำกว่าค่าที่กำหนดไว้ในแต่ละประเภทการใช้งาน ซึ่งการปรับนี้จะส่งผลต่อค่าใช้จ่ายไฟฟ้าในบิล สามารถคำนวณค่าปรับ PF ด้วยสูตรดังนี้
ค่าปรับ PF = (ค่ากิโลวาร์ − (ค่ากิโลวัตต์ × 61.97/100)) × 56.07
ยกตัวอย่างเช่น หากบิลค่าไฟฟ้าของโรงงานอุตสาหกรรมแสดงว่าต้องเสียค่าปรับ Power Factor ทั้งโรงงานเป็นจำนวน 11,087.91 บาท + VAT โดยระบบไฟฟ้าของโรงงานมีค่า Power Factor ต่ำกว่า 0.85 การคำนวณค่านี้จะใช้ค่ากิโลวัตต์ (kW) ที่สูงสุด และค่ากิโลวาร์ (kVAR) ในการคำนวณค่าปรับ ดังนี้
- ค่ากิโลวาร์ (kVAR) = 511.20 kVAR
- ค่ากิโลวัตต์ (kW) = 487.20 kW
แทนค่าในสูตรการคำนวณค่าปรับ Power Factor ได้เป็น
- คำนวณค่ากิโลวัตต์ × 61.97/100 = 487.20 × 61.97/100 = 302.88
- หาค่ากิโลวาร์ − (ค่ากิโลวัตต์ × 61.97/100) = 511.20 − 302.88 = 208.32
- คูณด้วย 56.07 = 208.32 × 56.07 = 11,687.91 บาท
ดังนั้น ค่าปรับ Power Factor จะเท่ากับ 11,687.91 บาท (ไม่รวม VAT)
ปรับปรุงค่า Power Factor ด้วยการกำหนด Capacitor
คาปาซิเตอร์ (Capacitor) เป็นอุปกรณ์ในระบบไฟฟ้าที่ช่วยปรับปรุงค่า Power Factor (PF) โดยการลดกำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟ (Reactive Power) ซึ่งช่วยให้ Power Factor ใกล้เคียงหรือเท่ากับ 1.0 ซึ่งเป็นค่าที่มีประสิทธิภาพสูงสุดในการใช้งานพลังงานไฟฟ้า
ซึ่งคาปาซิเตอร์มีหลายขนาดและสามารถปรับแต่งได้ตามความต้องการของระบบไฟฟ้าและผู้ใช้งาน โดยต้องเลือกขนาดให้เหมาะสมกับลักษณะการใช้งาน และตัวแปรที่เกี่ยวข้องต่างๆ ในระบบไฟฟ้า ดังนี้
- kVAR (kilo Volt-Ampere Reactive) คือหน่วยของกำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟที่คาปาซิเตอร์จะเพิ่มหรือลด (สัญลักษณ์ kVAR)
- kW (kilo Watt) คือหน่วยของกำลังไฟฟ้าจริงที่ระบบไฟฟ้าใช้ (สัญลักษณ์ kW)
- θ (theta) คือมุมระหว่างกำลังไฟฟ้าจริง (kW) และกำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟ (kVAR) ซึ่งแสดงความสัมพันธ์ระหว่างทั้งสองประเภทของกำลังไฟฟ้า
สูตรหาความสัมพันธ์ระหว่าง kVAR, kW, และ θ
kVAR = kW x tan(θ)
ค่า kVAR จะบ่งบอกปริมาณกำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟที่ต้องใช้เพิ่มหรือลดโดยการใช้คาปาซิเตอร์ เพื่อปรับค่า Power Factor ให้มีค่าใกล้เคียงกับ 1 (เพาเวอร์แฟคเตอร์สูง) ซึ่งจะช่วยให้การใช้งานระบบไฟฟ้ามีประสิทธิภาพมากขึ้นและลดค่าใช้จ่ายในการใช้งาน โดยการลดมุม θ ซึ่งเป็นความแตกต่างระหว่างกำลังไฟฟ้าจริง (kW) และกำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟ (kVAR) จนค่า θ เข้าใกล้ศูนย์
สรุป
Power Factor (PF) คือค่าที่แสดงความสัมพันธ์ระหว่างกำลังไฟฟ้าจริง (kW) และกำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟ (kVAR) ในระบบไฟฟ้า ซึ่งมีผลต่อประสิทธิภาพการใช้พลังงาน หากค่า PF สูง ระบบจะใช้พลังงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ การปรับ Power Factor ให้สูงจะช่วยลดการสูญเสียพลังงานและลดค่าไฟฟ้าได้
แต่ถ้าติดตั้งโซลาร์เซลล์จาก Ewave ก็จะเป็นวิธีง่ายๆ ในการลดค่าไฟฟ้า โดยไม่ต้องคำนวณหรือปรับค่า Power Factor อะไรให้ยุ่งยาก เป็นการลงทุนที่คุ้มค่าในระยะยาว