การศึกษาและวิเคราะห์ผลของอุณหภูมิต่อสมรรถนะของแบตเตอรี่ที่ใช้ในระบบประจุจากเซลล์แสงอาทิตย์

Abstract

วิทยานิพนธ์นี้เป็นการนำเสนอการศึกษาและวิเคราะห์ผลของอุณหภูมิต่อสมรรถนะของแบตเตอรี่ที่ใช้ในระบบประจุจากเซลล์แสงอาทิตย์ แบตเตอรี่ถือว่ามีความสำคัญมากต่อการทำงานของระบบไฟฟ้าพลังงานทดแทนจากแสงอาทิตย์ โดยเฉพาะแบบแยกเดี่ยว แต่จากรายงานการใช้งานพบว่า แบตเตอรี่คือส่วนที่มีปัญหามากที่สุดและพบว่ามีอายุการใช้งานสั้นกว่าระยะเวลาที่ควรจะเป็น เนื่องจากเป็นอุปกรณ์ที่เปลี่ยนพลังงานเคมีเป็นพลังงานไฟฟ้า ดังนั้นอุณหภูมิแวดล้อมที่ใช้งานแบตเตอรี่จึงเป็นสาเหตุหนึ่งที่มีผลสำคัญยิ่งต่อสมรรถนะของแบตเตอรี่ วิทยานิพนธ์นี้ได้ทำการออกแบบแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ด้วยโปรแกรม Matlab/Simulink ที่อุณหภูมิตั้งแต่ 25-60 องศา จากนั้นได้ติดตั้งทดสอบจริง โดยทำการทดสอบอัดและคายประจุกับตัวอย่างแบตเตอรี่ชนิดตะกั่วกรด เนื่องจากเป็นแบตเตอรี่ที่มีการใช้งานในระบบมากที่สุด โดยการนำแบตเตอรี่ไปต่อกับชุดทดสอบเพื่อทำการอัดประจุและคายประจุในชุดควบคุมอุณหภูมิ ปรับอุณหภูมิตั้งแต่ 25-60 องศา และเก็บบันทึกค่าแรงดัน กระแส ด้วยคอมพิวเตอร์ ผลการทดสอบแบตเตอรี่ด้วยแบบจำลองทางคณิตศาสตร์เปรียบเทียบกับการทดสอบจริงด้วยชุดทดสอบอุณหภูมิ โดยใช้แบตเตอรี่ขนาด 12V 20Ah ปรากฏว่าผลการทดสอบเป็นไปในแนวทางเดียวกันคือ เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นการอัดและคายประจุจะใช้เวลานานขึ้น โดยจากการทดสอบ เวลาที่ใช้ในการคายประจุ 20A ที่อุณหภูมิ 25 องศา จะใช้เวลาประมาณ 40 นาที และใช้เวลานานมากขึ้นเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น โดยที่อุณหภูมิ 45องศา ใช้เวลาคายประจุ 55 นาที อย่างไรก็ดี เมื่อทดสอบด้วยชุดทดสอบอุณหภูมิ ที่อุณหภูมิสูงกว่า 45 องศา แบตเตอรี่จะเกิดการบวมและเสียหาย แสดงให้เห็นว่าถึงแม้อุณหภูมิสูงจะทำให้แบตเตอรี่จ่ายไฟได้นานขึ้นแต่ก็จะสามารถทนอุณหภูมิได้เพียงระดับหนึ่งเท่านั้น

This thesis presents a study and analysis of temperature effect on battery performance in Photovoltaic (PV) system. Battery is an important device in standalone PV systems. However, according to several application reports, it is found that the battery is a device that causes most problems in the renewable energy system and battery life is shorter than expectation. As the battery converses chemical energy into electrical energy; therefore, ambient temperature is definitely influenced to the battery performance. In this thesis, a selected lead-acid battery is used for building the mathematical model by using Matlab/Simulink in order to study the performance of the battery at the 25-60 degree Celsius temperature range. The experiment is set up by using temperature control unit and a standard battery charging/discharging system. The temperature in experiment is also controlled in the range of 25-60 degree Celsius. The charged/discharged current and voltage are recorded by computer. The results of a selected lead-acid battery 12V 20Ah, the outputs from mathematical model and the experiment are similar. By controlling discharged current 20A, the discharging time of the battery at 25°C is 40 minutes and will also take longer time at higher temperature. At the temperature 45°C, the discharging time is 55 minutes. However, at temperature above 45 degree Celsius, the battery is broken according to the temperature limitation. Therefore, even the battery capacity is longer when operates at higher temperature but the battery is able to stand only in the specific temperature.