การวิเคราะห์และออกแบบชุดควบคุมการประจุไฟฟ้าแบบสมาร์ทสำหรับแบตเตอรี่ในระบบไฟฟ้าเซลล์แสงอาทิตย์

Abstract

วิทยานิพนธ์นี้เป็นการวิเคราะห์และออกแบบชุดควบคุมการประจุไฟฟ้าแบบสมาร์ท สาหรับแบตเตอรี่ในระบบไฟฟ้าเซลล์แสงอาทิตย์ ปกติแล้วการจัดเก็บพลังงานไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์ ส่วนใหญ่ จะใช้แบตเตอรี่ ซึ่งจะต้องทราบระดับกา ลังของแบตเตอรี่ (State of Charge, SOC) และ ผลกระทบต่างๆ ที่เกิดขึ้น เช่น การคายประจุ (Deep of Discharge, DOD) การเกิด Gassing และ รวมทั้งผลของอุณหภูมิ ซึ่งมีผลต่อประสิทธิภาพและอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ ซึ่งปัญหานี้จะแก้ไข ได้โดยการมีเครื่องควบคุมการประจุที่เหมาะสมหรือ Smart Charge Controller เพื่อควบคุมการทำงาน การดำเนินการเริ่มจากการออกแบบและจำลองระบบชุดควบคุมการประจุไฟฟ้าสำหรับ แบตเตอรี่ในระบบไฟฟ้าเซลล์แสงอาทิตย์ด้วยโปรแกรม MATLAB/Simulink และสร้างชุดควบคุม การทำงานโดยใช้หลักการประจุไฟฟ้าแบตเตอรี่จนเต็มพิกัด โดยคำนึงถึงเรื่อง Overcharging และ Deep of Discharge และทำการประจุแบตเตอรี่โดยอัตโนมัติ ตามรูปแบบต่างๆ เพื่อรักษาระดับของ แบตเตอรี่พร้อมแสดงผลข้อมูลต่างๆ (Monitoring) ผ่านจอ LCD ผลการทดสอบชุดควบคุมการประจุไฟฟ้าที่สร้างขึ้นโดยนำไปประจุกับแบตเตอรี่ชนิด ตะกั่วกรดที่มีขนาด 12 โวลต์ 12 แอมป์/ชั่วโมง กระแสการประจุสูงสุดไม่เกิน 2 แอมแปร์ พบว่าเมื่อ ถึงค่าพิกัด SOC= 80% ชุดควบคุมการประจุจะปรับแรงดันขาออกคงที่ 14.4 โวลต์ กระแสประจุจะ เริ่มลดลงอย่างช้าๆ จนกระทั่ง SOC=90% จะทา การปรับแรงดันขาออกลดลง 13.4 โวลต์ และหยุดการ ประจุเมื่อแบตเตอรี่เต็ม จากนั้นจะทำการเชื่อมต่อโหลดจนแรงดันแบตเตอรี่เหลือ 11.7 โวลต์ ชุด ควบคุมจะหยุดการเชื่อมต่อโหลดซึ่งเป็นไปตามที่ออกแบบไว้ หลักการชุดควบคุมประจุไฟฟ้าแบบ สมาร์ทนี้จะทำให้แบตเตอรี่มีอายุยาวนานขึ้น จากผลการทดลองเมื่อเปรียบเทียบกับแบบจำลองทาง คณิตศาสตร์แล้วพบว่ามีผลสอดคล้องไปในทางเดียวกัน

The purpose of this study was to analyze and design a smart charge controller for PV batteries. Most of solar power storage uses a battery as the electric energy storage. The working process of the battery has to be fully monitored in order to determine the state of charge (SOC) and other effects such as Deep of Discharge (DOD), Gassing, and the temperature that affects the battery performance and its lifetime. These issues could be addressed by using a suitable charge controller. This research aimed at designing and simulating the system of charge control for batteries in the solar charge controller by using the program called Matlab/Simulink. A control unit based on the principle was devised, and the battery had to be fully charged by taking into account the overcharging and the DOD value. It was charged automatically in various forms to maintain the level of power which was monitored and displayed on the LCD monitor. By using the unit, a number of batteries were charged according to their SOC values in the data collection process. To test the charge controller, the device was connected to a 12 volts 12 Ah lead-acid battery while being charged with the charge current of no more than 2 Amps. When the SOC value increased and was close to 80%, the charge controller would set the output voltage to 14.4 volts. Then, the charging current would start decreasing slowly until the SOC value was 90%, the output voltage would be set to 13.4 volts, and the charging process stopped when the battery was full. The battery would be connected to load until its voltage was 11.7 volts and the charge controller would stop charging. This process was in accordance with what had been designed and it would extend the battery lifetime. The test results were consistent with the ones derived from the mathematical model.