แผงเซลล์แสงอาทิตย์จำลองด้วยการเชื่อมต่อโปรแกรม Matlab/Simulink แบบทันเวลา

Abstract

พลังงานจากเซลล์แสงอาทิตย์นั้นได้รับความนิยมเพิ่มสูงขึ้นทุกปี เนื่องจากเป็นพลังงานที่สะอาดปราศจากมลพิษ แต่เนื่องจากราคาของระบบพลังงานเซลล์แสงอาทิตย์ยังค่อนข้างสูง จึงทำให้เกิดปัญหาในการศึกษาพฤติกรรมการทำงานของเซลล์แสงอาทิตย์และการพัฒนาระบบควบคุมการแปลงผันกำลังไฟฟ้า เพื่อให้สามารถใช้งานเซลล์แสงอาทิตย์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ วิทยานิพนธ์นี้จึงนำเสนอ การออกแบบและสร้างเซลล์แสงอาทิตย์จำลองแบบทันเวลา ซึ่งประกอบด้วย 2 ส่วนหลักคือ ส่วนแรกเป็นการจำลองเซลล์แสงอาทิตย์ในรุ่น MSX-60 ของบริษัท SOLAREX จำกัด ด้วยสมการทางคณิตศาสตร์ผ่านโปรแกรม MATLAB/SIMULINK ซึ่งสามารถใช้ในการศึกษาผลกระทบของตัวแปรต่างๆ ที่มีต่อพฤติกรรมการทำงานของเซลล์แสงอาทิตย์นั้นๆ ส่วนที่สองเป็นการออกแบบและสร้างวงจรคอนเวอร์เตอร์ที่มีความถี่สวิตช์ชิ่ง 10 กิโลเฮิร์ตซ์ พร้อมทั้งการเชื่อมต่อสัญญาณผ่านบอร์ดประมวลผลสัญญาณดิจิตอล DS1104 เพื่อให้วงจรคอนเวอร์เตอร์สามารถจ่ายกำลังไฟฟ้าในทางปฏิบัติได้สอดคล้องกับคุณสมบัติการทำงานของเซลล์แสงอาทิตย์ ผลการทดสอบแบบจำลองเซลล์แสงอาทิตย์พบว่า ค่าประสิทธิภาพของกำลังไฟฟ้าขาออกของเซลล์แสงอาทิตย์จะแปรผันตรงกับค่ากระแสไฟฟ้าขาออกทั้งนี้ขึ้นอยู่กับค่าความเข้มแสง ค่าองค์ประกอบอุดมคติของไดโอด และค่าความต้านทานขนานภายในเซลล์ แต่จะแปรผกผันกับค่ากระแสไฟฟ้าอิ่มตัวย้อนกลับของไดโอด ค่าความต้านทานอนุกรมภายในเซลล์ และอุณหภูมิของแผงเซลล์ ในส่วนของผลการทดสอบระบบแผงเซลล์แสงอาทิตย์จำลองแบบทันเวลา พบว่าสามารถให้ค่าแรงดันขาออก และกระแสขาออกของวงจรคอนเวอร์เตอร์ได้สอดคล้องกับเซลล์แสงอาทิตย์ต้นแบบโดยที่ค่าความเข้มแสง 500W/m2 ขณะอุณหภูมิ 25 Degree Celsius ค่ากำลังไฟฟ้าสูงสุดจากวงจรทดลองจะมีค่าความคลาดเคลื่อนจากแบบจำลองประมาณร้อยละ 1.63

The Photovoltaic (PV) system is a highly popular renewable energy source due to their energy-friendly environment. Due to their high costs, it may cause the difficulties in development and experiments of laboratory photovoltaic converter systems. This thesis presents a design and build of a real time PV modeling. It comprises in two major parts. The first part is a mathematical modeling of a MSX-60 series of the PV cell from SOLAREX Inc. using MATLAB/SIMULINK program. It utilize into a studying of a characteristics of the PV cell and the effects of any variables to the behavior of the PV itself. The second part is to build a DC buck converter, which is 10 kHz. Switching frequency, the converter can provide a suitable output voltage and current according to a PV that modeled in MATLAB/SIMULINK program to a practical works using a proper interfacing board, such as DS1104. The simulation results of the PV model shows that the efficiency of the PV varies on its photo generation current, which is depended directly to the solar irradiance, an ideality factor of the diode and the internal shunt resistance parameters of the PV. In another ways, the efficiency is also depended inversely with a reverse saturation current, an operation temperature and the internal series resistance of the PV. Nevertheless, the experimental test shows that the output voltage and current of such real time PV module based DC Converter is quite good and adequate correct according to the operating characteristics of the prototype PV cell. The experimental is tested under the solar irradiance at 500W/m2, temperature 25 Degree Celsius, which is found that the error of maximum power point is about 1.63% compare to the simulation results.