ก

โคมไฟสองทางพลงงานแสงอาทตยและพลงงานลม SOLAR AND WIND ENERGY FOR STREET LIGHTING

นางสาวดลฤด สงหส นายจรนทรพฒนรกษ นายอานนท เจะระมน

โครงการนเปนสวนหนงของการศกษาตามหลกสตรวศวกรรมศาสตรบณฑต สาขาวชาวศวกรรมไฟฟา คณะวศวกรรมศาสตร

มหาวทยาลยศรปทม

ปการศกษา 2554 54EE117

ก

หวขอโครงงาน โคมไฟสองทางพลงงานแสงอาทตยและพลงงานลม โดย นางสาวดลฤด สงหส

นายจรนทรพฒนรกษ

นายอานนท เจะระมน

สาขาวชา วศวกรรมไฟฟา อาจารยทปรกษา อาจารยชยรตน วสทธรตน

อาจารยทปรกษารวม ผชวยศาสตราจารยวชต เครอสข

คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยศรปทม อนมตใหนบโครงงานวศวกรรมฉบบนเปนสวนหนงของการศกษาตามหลกสตรวศวกรรมศาสตรบณฑต

........................................................... หวหนาสาขาวชาวศวกรรมไฟฟา (ผชวยศาสตราจารยพศวร ศรโหมด)

............................................................... อาจารยทปรกษา (อาจารยชยรตน วสทธรตน)

............................................................... อาจารยทปรกษารวม

(ผชวยศาสตราจารยวชต เครอสข) วนท.......... เดอน......................... พ.ศ. 2555

ก

รหสโครงงาน 54EE117

โคมไฟสองทางพลงงานแสงอาทตยและพลงงานลม SOLAR AND WIND ENERGY FOR STREET LIGHTING

บทคดยอ(Abstract)

ปรญญานพนธเรองโคมไฟสองทางพลงงานแสงอาทตยและพลงงานลมซง โครงงานน เปนการน าเสนอ ในรปแบบการน าพลงงานทดแทนจ ากพลงงานลมและพลงงานแสงอาทตย มาผลตไฟฟาเพอน าไปจายแกโหลดแสงสวางขนาด 30 วตต เปนระยะเวลา 8 ชวโมงรวมกน โดยใชเซลลแสงอาทตยขนาด 40 วตต จ านวน 1 แผง และกงหนลมขนาดเลกแนวแกนตงใบพดแบบซาโวเนยสขนาด 20 วตต จ านวน 1 ตวซงจะผลตไฟฟาและน าไปเกบยงแบตเตอรขนาด 12โวลต 40 แอมป-ชวโมง เนอหาของโครงงานไดกลาวถงการออกแบบและสรางกงหนลมขนาดเลกชนดแนวแกนตงใบพดแบบซาโวเนยสมาผลตไฟฟาในชวงเวลาทเซลลแสงอาทตยไมสามารถผลตไฟฟาได โดยปกตการท างานของเซลลแสงอาทต ยเฉลยอยท 5- 6 ชวโมงตอวนและสามารถผลตไดในชวงเวลากลางวน เพอความตองการใชพลงงานของโหลดทเพยงพอ กงหน ลมจงเปนอกหนงทางเลอกทเหมาะสมในการผลตไฟฟา ใหเพยงพอตอการจายโหลดแสงสวาง

ข

กตตกรรมประกาศ

โครงงานนส าเรจลลวงไปไดดวยดนนตองขอขอบพระคณทานอาจารยทปรกษาทคอยใหค าแนะน าค าปรกษารวมถงวสดอปกรณบางสวนททานไดมอบใหเพอน ามาใชปร ะโยชนในการจดท าโครงงานครงนและขอขอบคณเพอนรวมโครงงานทชวยกนคดชวยกนท าจนเปนผลส าเรจ รวมถงเพอนๆคณะวศวกรรมศาสตรสาขาวศวกรรมไฟฟาทกคนทใหค าแนะน าชวยเหลอขอขอบคณมหาวทยาลยศรปทมทเปนแหลงก อเกดปญญาประโยชนทพงมไดจากโครงงานฉบบนผเขยนขอมอบใหกบผมพระคณทกทาน

ค

สารบญ หนา บทคดยอ ก กตตกรรมประกาศ ข สารบญ ค สารบญตาราง จ สารบญภาพ ฉ บทท 1 บทน า

1.1 ความส าคญของปญหา 1 1.2 วตถประสงคของโครงงาน 2 1.3 ขอบเขตของโครงงาน 2 1.4 ประโยชนของโครงงาน 2 1.5 โครงสรางของโครงงาน 3

บทท 2ทฤษฎทเก ยวของ 2.1 หลอดแอลอด LED 4 2.2 พลงงานแสงอาทตย 5 2.3 แบตเตอร 21 2.4พลงงานลม 24 2.5 กงหนลม 27 2.6 หลกการเบองตนของเครองก าเนดไฟฟา 30 2.7 แมเหลก และคณสมบต 33 2.8วงจรบรดจเรกตไฟเออร 35

ง

สารบญ(ตอ) หนา บทท 3การออกแบบโครงงาน

3.1 การค านวณหากระแสของโหลด 36 3.2 การค านวณหาขนาดของแบตเตอร 38 3.3 การค านวณหาขนาดของโซลาเซลล 38 3.4 ชดควบคมการชารจ 39 3.5 คณสมบตของโซลาเซลล 40 3.6 การออกแบบกงหนลม 41 3.7 การออกแบบเครองก าเนดไฟฟา 43 3.8 ออกแบบและโครงสราง 52 3.9 โครงงานทเสรจสมบรณ 53

บทท 4 การทดลองและผลการทดลอง 4.1 การทดลองการเกบประจและการจายพลงงานของโซลาเซลล 54 4.2 การทดลองหาคณสมบตของระบบรวมเมอท าการจายโหลด 10 ชวโมง 58 4.3 การทดลองการวดแรงดนจากเครองก าเนดไฟฟาในขณะทไมมโหลด 61 4.4 การทดลองวดระดบแรงดนของกงหนลม 64 4.5 การทดลองวดกระแสในการชารจเขาแบตเตอรของกงหนลม 66

บทท 5 สรปและขอเสนอแนะ 69

เอกสารอางอง 70

จ

สารบญตาราง หนา

ตารางท 2.1 แสดงอตราพลงงานแสงอาทตยเฉลยรายวนกโลวตต /ตารางเมตร/วน 5 ตารางท 2.2ประสทธภาพของเซลลแสงอาทตยชนดตาง ๆ 9 ตารางท 2.3 ตารางแสดงการเปรยบเทยบกงหนลมประเภทแกนนอนและแกนตง 29

ตารางท 3.1 รายละเอยดดวงโคม LED 37 ตารางท 3.2 คณลกษณะของตวควบคมการประจ 39 ตารางท 3.3 คณลกษณะทางไฟฟาของแผงเซลลแสงอาทตย รน NF 40M 40 ตารางท 3.4 จ านวนรอบลวดทองแดงทใชแกนอากาศ1 x 2 x 1/2 นว 50 ตารางท 4.1 ผลการทดลองการเกบประจและการจายพลงงานของโซลาเซลล 56 ตารางท 4.2 ผลการทดลองการคายประจของแบตเตอรกบดวงโคม LED ทกๆชวโมง 59 ตารางท 4.3 ผลการทดลองการวดแรงดนจากเครองก าเนดไฟฟาในขณะทไมมโหลด 62 ตารางท 4.4 ผลการทดลองการวดระดบแรงดนของกงหนลมกบพดลม 65 ตารางท 4.5 ผลแสดงการทดลองวดแรงดนทไดกอนชารจเขาแบตเตอร 67 ตารางท 4.6 ผลแสดงการทดลองวดกระแสในการชารจเขาแบตเตอรของกงหนลม 68

ฉ

สารบญภาพ หนา

ภาพท 1.1 โครงสรางการท างาน 3 ภาพท 2.1 สวนประกอบหลอด LED 4 ภาพท 2.2 สวนประกอบเซลลแสงอาทตย 6ภาพท 2.3 เซลลแสงอาทตยทมโครงสรางแบบตาง ๆ 7 ภาพท 2.4 หลกการท างานของเซลลแสงอาทตย 9 ภาพท 2.5 หลกการท างานของแบตเตอร n-type และ p-type 10 ภาพท 2.6หลกการท างานของแบตเตอรเมอมแสงมาตกกระทบ 10

และเกดการถายเทใหกบอเลกตรอน ภาพท 2.7 หลกการท างานของแบตเตอรเมอมอเลกตรอนมารวมกน 11

ทFront Electrode และโฮล ภาพท 2.8 กระแสไฟฟาและความตางศกยไฟฟาของเซลลแสงอาทตยทท าจากซลคอน 12 ภาพท 2.9 แผงเซลลแสงอาทตยทมก าลงเอาตพตประมาณ 10-100 วตต 12 ภาพท 2.10 การผลตกระแสไฟฟาดวยเซลลแสงอาทตยแบบอสระ 15 ภาพท 2.11 การผลตกระแสไฟฟาดวยเซลลแสงอาทตยแบบตอกบระบบจ าหนาย 15 ภาพท 2.12 การผลตกระแสไฟฟาดวยเซลลแสงอาทตยแบบผสมผสาน 16 ภาพท2.13 โครงสรางแบตเตอรแหง 21 ภาพท2.14 โครงสรางแบตเตอรน า 22 ภาพท2.15 ลกษณะของความเรวลมภายใตชนบรรยากาศ 25 ภาพท2.16แผนภมแสดงก าลงไฟฟาและชวงการท างานของกงหนลม แบบตางๆ 26 ภาพท 2.17 ภาพกงหนลมชนดแนวแกนนอนและแนวแกนตง 28 ภาพท 2.18 ภาพกงหนลมชนดแนวแกนตง 29 ภาพท2.19 แรงเคลอนไฟฟาเหนยวน า กฎของฟาราเดย 31 ภาพท 2.20 หลกการเบองตนของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ 31 ภาพท 2.21 หลกการเบองตนของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ 32ภาพท 2.22 ลกษณะการเคลอนทตดเสนแรงแมเหลกของขดลวด 32

ช

สารบญภาพ(ตอ) หนา

ภาพท 2.23 วงจรเรกตไฟเออรเตมคลนแบบบรดจ 35 ภาพท 3.1 ดวงโคม LED 36 ภาพท 3.2 ชดควบคมการชารจประจ 39 ภาพท 3.3 โซลาเซลลแบบโมโน 40 ภาพท 3.4 การวดระดบความเรวลม 41 ภาพท3.5การตอขวดลวดแบบหนงเฟส8 ขด 47 ภาพท3.6ลกษณะโครงสรางสเตเตอร8 ขด เฟสเดยว 47 ภาพท 3.7 การตอขดลวด 48

ภาพท 3.8ลกษณะโครงสรางของโรเตอร 48 ภาพท 3.9ลกษณะการวางแมเหลก 49

ภาพท 3.10การท าแผนขอบโรเตอรและการเทเรซนแผนโรเตอร 49

ภาพท 3.11 โครงสรางและอปกรณ 52 ภาพท 3.12 โครงงานทเสรจสมบรณ 53 ภาพท 4.1 โครงสรางและอปกรณ 55 ภาพท 4.2ผลการทดลองการจายพลงงานของโซลาเซลล 57

และการเกบประจเขาแบตเตอร ภาพท 4.3รปการทดลองการเกบประจและการจายพลงงานของโซลาเซลล 57 ภาพท 4.4วงจรการทดลองเพอหาคณสมบตของระบบรวม 58

เมอท าการจายโหลด 10 ชวโมง ภาพท 4.5การใชกระแสแรงดนและความสวาง 60

ของโคมไฟ LED ตลอดเวลา 10 ชวโมง ภาพท 4.6ความสวางของหลอดไฟทระยะตงแต 1 เมตรถง 4 เมตร 60 ภาพท 4.7 การตอวงจรการทดลองการวดแรงดนจากเครองก าเนดไฟฟาขณะท 61

ไมมโหลด

ซ

สารบญภาพ(ตอ) หนา

ภาพท 4.8 แรงดนจากเครองก าเนดไฟฟาขณะไมมโหลด 63 ภาพท 4.9 การทดลองการท างานของเครองก าเนดไฟฟา 63 ภาพท 4.10 การตอวงจรการทดลองวดระดบแรงดนของกงหนลม 64 ภาพท 4.11 แรงดนของกงหนลม 65 ภาพท 4.12 การตอวงจรการทดลองวดกระแสในการชารจเขาแบตเตอร 66

ของกงหนลม ภาพท 4.13 แรงดนทไดกอนชารจเขาแบตเตอร 67 ภาพท 4.14 ทดลองวดกระแสในการชารจเขาแบตเตอรของกงหนลม 68

1

บทท 1

บทน า

ปจจบนมนษยมความตองการใชพลงงานมากยงขน โดยเฉพาะแสงสวางถอเปนสงส าคญมากอยางหนงในการใชชวตประจ าวนของมนษยเพราะไมวาท าอะไรกลวนแลวแตตองใชแสงสวางทงสนไมวาจะอานหนงสอท างาน หรอแมกระทงการใชแสงสวางในการน าทาง

ดวยสาเหตนจ งท าใหแสงสวางเปนสงทจ าเปนมากตอผคนในชนบททหางไกลเกนกวาไฟฟาจะเขาถงไดรวมถงปญหาในปจจบนทเกดจากภยธรรมชาตนนกคออทกภยทสรางความเสยหายตอสงตางๆมากมาย อกทงยงสงผลถงความเสยหายตอการใชไฟฟาของผคนสวนมากทตองการใชไฟฟาอกดวยเพราะเนองจากน าทวมท าใหการไฟฟาไมสามารถจายไฟฟาไปยงผบรโภคไดเพราะกลววาจะเปนอนตรายจงท าใหผประสบภยนนไมมไฟฟาใชจ าตองทนอยแตในความมดและอนตรายตางๆทมากบความมดจากสาเหตและปญหาขางตนท าใหกลมของขาพเจาเลงเหนแลววาจะท าโคมไฟสองทางพลงงานไฟฟารวมเพอชวยใหผทหางไกลและผประสบภยจากธรรมชาตไดมไฟฟาใชและกลบมาใชชวตทมแสงสวางไดดงเดม

1.1 ความส าคญของปญหา

1.ความตองการทางพลงงานทเพมขนแตแหลงพลงงานทมอยนนมปรมาณทจ ากด และใกลจะหมดลง 2.พลงงานทใชผลตกระแสไฟฟาสวนมากยงสรางมลพษสอากาศอย 3.ปญหาจากภยธรรมชาตทสงผลท าใหการไฟฟาไมสามารถจายไฟฟาได 4.ปญหาจากการลงทนของการไฟฟาทเกดจากความไมคมคาในการลงทน 5.ตนทนในการใชเชอเพลงทมฟอสซลมราคาสง

2

1.2 วตถประสงคของโครงงาน

1.เพอศกษาการออกแบบ และสรางโคมไฟสองทางพลงงานไฟฟารวมจากพลงงานลม และพลงงานแสงอาทตย 2.เพอศกษาหลกการท างานของแผงโซลาเซลลในการผลตไฟฟา 3.เพอศกษาหลกการท างานของเครองก าเนดไฟฟาทใชกบกงหนลมในการผลตไฟฟา 4.เพอศกษาหลกการท างานของวงจรอเลกทรอนกสในการควบคมการเกบประจของ พลงงานไฟฟา 5.เพอฝกทกษะและการวเคราะหในงานดานวศวกรรม

1.3 ขอบเขตของโครงงาน

1.ออกแบบและสรางโครงสรางของโคมไฟสองทางพลงงานแสงอาทตยและ พลงงานลม 2.ออกแบบและสรางกงหนลมชนดใบพดแบบแนวตง (Vertical) 3. ออกแบบและสรางเครองก าเนดไฟฟาแมเหลกถาวรตามแนวแกน (AFPM) 4.ออกแบบและหาขนาดของแผงโซลาเซลลทเหมาะสมกบหลอด LED 5.ออกแบบและสรางเครองก าเนดไฟฟาส าหรบกงหนลมในการใชดวงโคม LED

1.4 ประโยชนของโครงงาน

1.สามารถน าพลงงานจากธรรมชาตมาใชผลตไฟฟาได 2. สามารถลดมลพษทางอากาศทเกดจากการผลตไฟฟา 3. สามารถใหแสงสวางในพนททไฟฟาเขาไมถง 4. สามารถเขาใจถงระบบการท างานและแกปญหาตางๆทเกดจากการท าโครงงาน 5.สามารถเรยนรถงการท างานของระบบสวนตางๆในโครงงานไดดยงขน 6. สามารถน าโครงงานทสรางนไปใชและชวยเหลอผทประสบภยและคลาดแคลน ไฟฟาใหไดมไฟฟาใช ในการสองน าทาง

3

1.5 โครงสรางของโครงงาน

Load

ภาพท1.1 โครงสรางการท างาน

กงหนลม แผงเซลลแสงอาทตย

เครองก าเนดไฟฟา

เครองควบคมการเกบประจ

แบตเตอรร

ชดควบคมแรงดนทจายใหโหลด

พลงงานลม พลงงานแสงอาทตย

4

บทท 2 ทฤษฎทเกยวของ

ในสวนของทฤษฎนนจะกลาวถงสวนทเก ยวของกบโครงงานโคมไฟสองทางพลงงานลมและพลงงานแสงอาทตยโดยมทฤษฎตางๆทไดน ามาใชกบโครงงานดงน

2.1หลอดแอลอด LED ( Light Emitting Diode ) [1][2]

เปนอปกรณอเลกทรอนกสชนดหนงทใหแสงสวางซงมหลายขนาดและมรปรางหลายแบบขนอยกบลกษณะการใชงาน

2.1.1คณสมบตของหลอด LED

สญลกษณ

ภาพท 2.1 สวนประกอบหลอด LED

ภายในหลอดแอลอดประกอบ ดวยแผนชปสารก ง ตวน าชนดเอนและชนดพตดอยในถ วยสะทอนแสง มเสนลวดทอ งแดง ขนาดเลกมากเชอมระหวางสารก งตวน าและขาแอลอด (ดงภาพประกอบ) ชนสวนทงหมดถกบรรจในพลาสตกใสทรงโดม ซงท าหนาทเปนเลนสรวมแสง โดยลกษณะล าแสงทออกจากหลอดแอลอดขนอยกบปจจยตางๆ เชน รปรางของถวยสะทอนแสง ขนาดของชปสารก งตวน า รปรางเลนส ระยะหางระหวางตวชปกบผวพลาสตกทหมอย

5

2.1.2การดขวของหลอด LED

การดขวของ LED อาจจะท าไดจากการดทขา ซงขาทยาวกวามกจะเปน Anode (ตอไฟดานบวก) แตถาหากตดขาไปแลวอาจจะดจากดานทมขอบตดของตวหลอดโดยดานทมขอบตดนนจะเปน Cathode เสมอ นอกจากนยงสามารถดภายในตวหลอดไดอกดวย แต LED บางประเภทจะมขนาดเลกและขนมว ไมสามารถมองเหนภายในได ดงนนถาตองการความถกตอง ควรจะใช Ohm Meter ท าการวดขวในลกษณะเดยวกนกบการวดขวของไดโอด

2.2 พลงงานแสงอาทตย[4]

ดวงอาทตยเปนแหลงก าเนดพลงงานทใหญทสดของระบบสรยะมากกวา 500 ลานป ทกๆวนาทดวงอาทตยจะเปลยนไฮโดรเจนปรมาณ 600 ลานตนเปนฮเลยม ในขณะเดยวกนจะปลอยพลงงานออกมามากม ายมหาศาล ชนดทเรยกวาโลกเราน าไปใชไดนบลานๆป แตพลงงานทดวงอาทตยปลอยออกมาถงโลกมนษยจรงๆจ านวนเลกนอยเทานน เนองจากโลกอยหางจากดวงอาทตยประมาณ 150 ลานกโลเมตร พลงงานของดวงอาทตยจะมาถงโลกในเวลา 8 นาท ปลอยออกมาในรปของรงสในเนอท ถง 3×107 ตารางกโลเมตรผวโลกไดรบแสงจากดวงอาทตยเพยง 113 ×10 6 ตารางกโลเมตรเทานน จ านวนนเทากบ 4 ในพนลานสวน ส าหรบประเทศไทยอตราพลงงา นแสงอาทตยเฉลยรายวนซงไดรบทภาคตางๆมคาตามแสดงในตารางท 2.1 ตารางท 2.1อตราพลงงานแสงอาทตยเฉลยรายวนกโลวตต /ตารางเมตร/วน

สถานท

14 ม.ค.-26ก.พ.

27ก.พ-12เม.ย.

13เม.ย.-28พ.ค.

29พ.ค.-15ก.ค.

16ก.ค.-31ส.ค.

01ก.ย.-15ต.ค.

16ต.ค.-29พ.ย.

30 พ.ย.-

13 ม.ค.

ฉลยทงป

ภาคกลาง(กรงเทพ) 4.66 5.41 4.94 4.62 4.30 4.49 4.55 4.63 4.70 ภาคเหนอ(เชยงใหม) 4.65 5.35 5.59 4.79 4.40 4.67 4.72 4.33 4.81 ภาคอสาน(ขอนแกน) 4.69 5.01 5.37 4.86 4.57 4.55 4.86 4.58 4.81 ภาคใต (สงขลา) 4.97 5.37 4.85 4.64 4.72 4.54 4.19 4.12 4.68

เฉลยทงประเทศ

4.75

6

ในทนการท าแผงแสงอาทตย จะมประสทธภาพของแผงประมาณรอยละ 14 หรอถาน ามาใชในประเทศไทยคดทอตราพลงงานแสงแดดทไดรบตอปเทากบ 4.75 กโลวตต /ตารางเมตร /วน กจะไดพลงประมาณ 665 วตตตอตารางเมตรตอวน เพราะฉะนนบานแตละหลงเพยงใชหลงคาหรอพนทในบรเวณบานเพยง 25 ตารางเมตรกจะสามารถผลตพลงงานไดเฉลยถงกวา 16.6 กโลวตตตอวน หรอประมาณ 500 กโลวตต ( 500 หนวย ) ตอเดอน 2.2.1เซลลแสงอาทตย

เซลลแสงอาทตยถกสรางขนมา ครงแรกในป ค .ศ.1954 (พ.ศ.2497 ) โดย แซปป ฟลเลอรและ เพยสน แหงเบลลเทลเลโฟนโดยทง 3 ทานนไดคนพบเทคโนโลยการสรางรอยตอ พ- เอนแบบใหม โดยวธการแพรสารเขาไปในผลกของซลกอน จนไดเซลลแสงอาทตย อนแรกของโลกซงมประสทธภาพเพยง 6% ซงปจจบนนเซลลแสงอาทตยไดถกพฒนาขนจนมประสทธภาพสงกวา 15% แลวในระยะแรกเซลลแสงอาทตยสวนใหญจะใชไดส าหรบโครงการดานอวกาศ ดาวเทยมหรอยานอวกาศทสงจากพนโลกไปโคจรในอวกาศ กใชแผงเซลลแสงอาทตยเปนแหลงก าเนดพลงไฟฟาตอมาจงไดมการน าเอาแผงเซลลแสงอาทตยมาใชบนพนโลกเชนในปจจบนน เซลลแสงอาทตยในยคแรกๆสวนใหญจะมสเทาด า แตในปจ จบนนไดมการพฒนาใหเซลลแสงอาทตยมสตางๆกนไปเชน แดง น าเงน เขยว ทอง เปนตน เพอความสวยงาม

ภาพท 2.2 สวนประกอบเซลลแสงอาทตย

7

แรงเคลอนไฟฟาทผลตขนจากเซลลแสงอาทตยเพยงเซลลเดยวจะมคาต ามากการน ามาใชงานจะตองน าเซลลหลาย ๆ เซลลมาตอกนแบบอนกรมเพอเพมคาแรงเคลอนไฟฟาใหสงขนเซลลทน ามาตอกนในจ านวนและขนาดทเหมาะสมเรยกวา แผงเซลลแสง อาทตย (Solar Module หรอ Solar Panel) การท าเซลลแสงอาทตยใหเปนแผงกเพอความสะดวกในการน าไปใชงานดานหนาของแผงเซลล ประกอบดวย แผนกระจกท มสวนผสมของเหลกต าซงมคณสมบตในการยอมใหแสงผานไดด และยงเปนเกราะปองกนแผนเซลลอกดวยแผงเซลลจะตองมการ ปองกนความชนทดมากเพราะจะตองอยกลางแดดกลางฝนเปนเวลายาวนานในการประกอบจะตองใชวสดทมความคงทนและปอง กนความชนท ด เชน ซลโคนและอวเอ (Ethelele Vinyl Acetate) เปนตนเพอเปนการปองกนแผนกระจกดานบนของแผงเซลล จงตองมการท ากรอบดวยวสดทมความแขงแรง แตบางครงกไมมความจ าเปนถามการเสรมความแขงแรงของแผนกระจกใหเพยงพอซงกสามารถทดแทนการท ากรอบไดเชนกน ดงนนแผงเซลลจงมลกษณะเปนแผนเรยบ (laminate) ซงสะดวกในการตดตง

2.2.2ชนดของเซลลแสงอาทตย เซลลแสงอาทตยทใชในปจจบนท ามาจากซลคอน ซงเปนธาตทมอยมากในโลก ซลคอน

สวนใหญอยในรปของสารประกอบเชน ทราย หนตางๆ การน าซลคอนบรสทธมาใชเปนสารก งตวน าจ าเปนตองผานกระบวนการตางๆเพอใหไดซลคอนบรสทธออกมา เซลลแสงอาทตยแบงตามโครงสรางของวสดไดดงภาพท 2.3

ภาพท 2.3 เซลลแสงอาทตยทมโครงสรางแบบตาง ๆ

Single Crystalline Silicon Solar cell

ก.

Poly Crystalline

Silicon

Solar cell ข.

Amorphous Silicon

Solar cell ค.

8

ก.ชนดผลกเดยว (Single Crystalline Silicon Solar Cell หรอ C-Si) อาจเรยกอกอยางหนงวา Monocrystalline Silicon Solar Cell หรอ Single Crystalline Solar Cell เซลลแสงอาทตยชนดนเปนเซลลแสงอาทตยทมประสทธภาพสงและนยมใชกนมาก กระบวนการผลตของเซลลชนดนเรมจากการน าซลคอนกอนทมความบรสทธสงมาก (99 .99 เปอรเซนต ) ไปหลอมละลายทอณหภมประมาณ 1500 องศาเซลเซยส เพอท าการสรางผลกขนาดใหญโดยใชผล กขนาดเลกเปนตวลอผลกจากนนแทงผลกทไดจะถกน าไปตดเปนแผนบางๆ ทเรยกวาเวเฟอร (Wafer) ซงมความหนาประมาณ 300 ไมโครเมตรจากนนแผนเวเฟอรจะถกน าไปขดผวใหเรยบโดยสารอลคาไล น กอนน าไปโดปเปนซลคอนชนด N-Type หรอ P-Type ตอไป

ข. ชนดผลกรวม (Polycrystalline Silicon Solar Cell หรอ PC-Si) กระบวนการผลตผลกชนดนเรมจากการน าซลคอนบรสทธมาหลอมเปนแทง แลวปลอยใหเยนตวลงอยางชาๆ กอนทจะน ามาตดเปนแผนบางๆ หรอเวเฟอร ซงหนาประมาณ 300-400 ไมโครเมตร เซลลแสงอาทตยชนดนมราคาต ากวาเซลลแสงอาทตยชนดผลกเดยว การสงเกตความแตกตางระหวางเซลลชนดผลกเดยวและผลกรวมคอ เซลลผลกรวมจะเหนหนาผลกหลายๆ ดานในแผนเซลล ในขณะทแผนผลกเดยวจะเหนเปนสน าเงนเขมสเดยว ประสทธภาพของเซลลชนดผลกรวมนจะมคาต า

ค.ชนดอะมอรฟสซลค อน (Amorphous Silicon Solar Cell หรอ A-Si) เซลลแสงอาทตยชนดนมลกษณะไมเปนผลกเหมอนกบสองชนดทกลาวมาแลว แตจะมการใสสารอะมอรฟสเพอท าใหเกดฟลมบางๆ ของซลคอนซงมสน าตาลปนมวง มความหนาประมาณ 0.3-0.5 ไมครอน ท าใหไมเปลองเนอวสด ดงนนเซลลแสงอาทตยชนดนจงมลกษณะเบาและท าการผลตไดงาย อะมอรฟสซลคอนยงไมสงผลกระทบตอสงแวดลอม และสามารถบดงอไดงายโดยไมแตกหก ประสทธภาพของเซลลชนดนจะมคาประมาณ 5-10 เปอรเซนต อปกรณไฟฟาทใชเซลลชนดน ไดแก เครองคดเลขนาฬกาขอมอ และวทยทรานซสเตอร เปนตน กระบวนการผลตจะเรมจากการสรางฟลมบางของซลคอนเปนฐานรองโดยใชเทคนค CVD(ChemicalVaporDeposition)โดยการน ากาซไซเรน (SiH4) ผานทอสญญากาศแลวกระตนโดยพลาสมา จากนนซลคอนจะแยกตวไปจบบนแผนฐานรองซงท ามาจากแกว พลาสตก หรอสเตนเลส โดยมอณหภมอยท 200-300 องศาเซลเซยส จากนนซลคอนจะสะสมบนวสดนกลายเปนแผนของอะมอรฟสซลคอน ซงเราสามารถท าการโดปในขณะทซลคอนสะสมลงบนแผนนไดเชนกน การโดปดวยกาซไดโบเรน (B2H6) จะใหอะมอรฟสซลคอนชนด P-Type สวนการโดปดวยกาซฟอสฟน(PH3) จะใหอะมอรฟสซลคอนชนด N-Type

ชนดทท าจากสารก งตวน าอนๆ สารประกอบบางชนด เชน แกลเลยมอารเซไนด (GaAs) อนเดยมฟอสไฟด (IdP) แคดเมยมเทลเลอไรด (CdTe) และคอปเปอรอนเดยมไดเซเลไนด (CIS)

9

สามารถน าไปใชผลตเปนเซลลแสงอาทตยไดโดยโครงสรางเปนไดทงชนดผลกเดยวและผลกรวมเซลลแสงอาทตยชนดนจะมประสทธภาพสงถง 20-25 เปอรเซนต ซงถอวาสงกวาเซลลแสงอาทตย 3 ชนดแรก แตราคาจะแพงมากดงนนจงตองใชในงานทความส าคญมากๆเชน งานดาน อวกาศประสทธภาพของเซลลชนดตางๆ เปนดงตารางท 2.2

ตารางท 2.2 ประสทธภาพของเซลลแสงอาทตยชนดตาง ๆ

ชนดของซลคอน ประสทธภาพในหองปฏบตการ (%) ประสทธภาพในการผลต (%) ผลกเดยว 24 14-17 ผลกรวม 18 13-15 อะมอรฟส 13 5-7 อน ๆ 18-30 (แกลเลยมอารเซไนด ) -

2.2.3 หลกการท างานของเซลลแสงอาทตย การท างานของเซลลแสงอาทตยเปนขบวนการเปลยนพลงงานแสงเปนกระแสไฟฟาได

โดยตรงโดยเมอแสงซงเปนคลนแมเหลกไฟฟาและมพลงงานกระทบกบสารก งตวน าจะเกดการถายทอดพลงงานระหวางกนพลงงานจากแสงจะท าใหเกดการเคลอนทของกระแสไฟฟา(อเลกตรอน) ขนในสารก งตวน าจงสามารถตอกระแสไฟฟาดงกลาวไปใชงานได (ตามรป)

ภาพท 2.4 หลกการท างานของเซลลแสงอาทตย

1.n-typeซลคอนซงอยดานหนาของเซลล คอ สารก งตวน าทไดการโดปปงดวยสารฟอสฟอรสมคณสมบตเปนตวใหอเลกตรอนเมอรบพลงงานจากแสงอาทตย p-type ซลคอน คอสารก งตวน าทไดการโดปปงดวยสารโบรอนท าใหโครงสรางของอะตอมสญเสยอเลกตรอน(โฮล)เมอรบพลงงานจากแสงอาทตยจะท าหนาทเปนตวรบอเลกตรอน

10

เมอน าซลคอนทง 2 ชนด มาประกบตอกนดวย p-n junction จงท าใหเกดเปน “เซลลแสงอาทตย ” ในสภาวะทยงไมมแสงแดด n-type ซลคอนซงอยดานหนาของเซลล สวนประกอบสวนใหญพรอมจะใหอเลกตรอน แตกยงมโฮลปะปนอยบางเลกนอย ดานหนาของ n-type จะมแถบโลหะเรยกวา Front Electrode ท าหนาทเปนตวรบอเลกตรอ นสวน p-type ซลคอนซงอยดานหลงของเซลลโครงสรางสวนใหญเปนโฮล แตยงคงมอเลกตรอนปะปนบางเลกนอย ดานหลงของ p-type ซลคอนจะมแถบโลหะเรยกวา Back Electrode ท าหนาทเปนตวรวบรวมโฮล

ภาพท 2.5หลกการท างานของแบตเตอร n-type และ p-type 2. เมอมแสงอาทตยตกกระทบ แสงอาทตยจะถายเทพลงงานใหกบอเลกตรอนและโฮลท าใหเกดการเคลอนไหวเมอพลงสงพอทงอเลกตรอนและโฮลจะวงเขาหาเพอจบคกน อเลกตรอนจะวงไปยงชนn-type และโฮลจะวงไปยงชน p-type

ภาพท 2.6หลกการท างานของแบตเตอรเมอมแสงมาตกกระทบและเกดการ ถายเทใหกบอเลกตรอน

11

3.อเลกตรอนวงไปรวมกนท Front Electrode และโฮลวงไปรวมกนท Back Electrode เมอมการตอวงจรไฟฟาจาก Front Electrode และ Back Electrode ใหครบวงจร กจะเกดกระแสไฟฟาขน เนองจากทงอเลกตรอนและโฮลจะวงเพอจบคกน

ภาพท 2.7หลกการท างานของแบตเตอรเมอมอเลกตรอนมารวมกน ทFront Electrode และโฮล

แผงเซลลแสงอาทตย (Solar Modules) คณลกษณะของเซลลแสงอาทตยจะขนอยกบวสดก งตวน าโดยทวไปซลคอนจะมคาความตางศกยประมาณ 0.5 โวลตซงคาความตางศกยจะไมขนกบการแผรงสของแสง เซลลแสงอาทตยทท ามาจากซลคอนขนาด 100 ตารางเซนตเมตร จะสามารถผลตกระแสไฟฟาไดถง 2 แอมแปรเม อมการแผรงส 1000 วตตตอตารางเมตร ดงแสดงในภาพท 2.8ในขณะทกระแสไฟฟาจะขนอยกบการแผรงสของแสง ก าลงทไดจากเซลลแสงอาทตยไดจากผลคณของกระแสไฟฟาและความตางศกยไฟฟาโดยขนอยกบอณหภม ถาอณหภมสงจะท าใหไดก าลงต า ซงจะท าใหประสทธภาพต าดวย

12

ภาพท 2.8 กระแสไฟฟาและความตางศกยไฟฟาของเซลลแสงอาทตยทท าจากซลคอน

โดยปกตแรงเคลอนไฟฟาและก าลงเอาตพตทเกดขนจากเซลลแสงอาทตยเพยงเซลลเดยวจะมคาต ามากดงนน การน าเซลลแสงอาทตยมาประยกตใชงานจรงจงจ าเปนตองน าเซลลแสงอาทตยหลายๆ เซลลมาตอเขาดวยกน เพอเพมความตางศกยใหมากขนตามความเหมาะสม เซลลทน ามาตอเรยงกนจะเรยกวาแผงเซลลแสงอาทตย (Solar Modules) โดยเซลลทตออนกรมกนจะมวสดทปองกนความชนทท าจาก Ethyl-Vinyl-Acetate ซงหมอยในกรอบทท าจากสเตนเลส และมกระจกโปรงแสงทดานหนา เซลลแสงอาทตยตวหนงๆ จะท าใหเกดแรงเคลอนไฟฟา 0.5 โวลตสวนกระแสไฟฟาทผลตไดจะขนอยกบขนาดของเซลล ในกรณทตองการแรงเคลอนไฟฟาสงๆ ก สามารถท าไดโดยการตอเซลลแบบอนกรม และถาตองการกระแสไฟฟาสงๆ กสามารถกระท าไดโดยการตอเซลลแบบขนาน ดงแสดงในภาพท 2.9

ภาพท 2.9 แผงเซลลแสงอาทตย

13

2.2.4ประสทธภาพของเซลลแสงอาทตย [5] แสงอาทตยเปนปจจยส าคญทท าใหเซลลแสงอาทตยท างานอยางมประสทธภาพ เพอใหเขาใจปฏสมพนธระหวางแสงกบเซลลแสงอาทตย จะกลาวถงค าจ ากดความตางๆ อยางคราวๆ ดงน -ความยาวคลน ความถ และพลงงาน แสงอาทตยเปนสงทมความส าคญตอสงมชวตบนโลกนทงทางตรงและทางออม แสงอาทตยเปนตวก าหนดอณหภมของผวโลก และเปนแหลงพลงงานของระบบธรรมชาตและวฏจกรตางๆ ดวงอาทตยจะแผรงสทมความคลนตางๆจาก 2 x10-7

ถง 4 x 10-6เมตร ซงพลงงานของดวงอาทตยจะอยในชวงทตามองเหนได โดยความยาวคลนจะแปรผกผนกบความถดงนน ถาความยาวคลนต ากจะมความถสง และใหพลงงานมาก ซงพล งงานจะมหนวยเปนอเลกตรอนโวล ต(ev) แสงสแดงทมความยาวคลนสงจะมความถและพลงงานต าในขณะทแสงสมวงจะมความยาวคลนสน แตจะมความถและพลงงานมาก เนองจากเซลลแสงอาทตยจะตอบสนองกบแสงทมความยาวคลนตางๆ ทแตกตางกน ดงนน เซลลแสงอาทตยทท าจากผลกซลคอนในชวงแสงอนฟาเรดซงมพลงงานต าจะท าใหไดกระแสไฟฟาในเซลลต า ในขณะทชวงแสงทมพลงงานสงเกนไปกไมเหมาะสมในการใชประโยชนเชนกน - มวลอากาศ (Air Mass) แมวาดวงอาทตยจะเปนแหลงก าเนดพลงงานทใหญทสดในระบบสรยะจกรวาล แตพลงงานจ านวนนอยมากเทานนทจะถกดดซบโดยโลก ชนบรรยากาศภายนอกโลกจะไดรบพลงงานประมาณ 1,367 วตตตอตารางเมตร พลงงานในแสงอาทตยจะเกดการสญเสยไปในอากาศ ดงนนถาอากาศมความหนาแนนมากพลงงานของแสงอาทตยกยงสญเสยมากขน -แสงแบบตรงและแบบกระจาย (Direct and Diffuse Light) นอกจากพลงงานในแสงอาทตยจะสญเสยไปในอากาศแลวไอน าหรอเมฆกยงดดซบ สะทอน และท าใหเกดการกระจายตวของรงสจากดวงอาทตย รงสจากดว งอาทตยจงแบงไดเปน 2 ประเภทคอ แบบตรงและแบบกระจาย ซงเซลลแสงอาทตยแบบแผนเรยบ (Flat Plate System) จะใชประโยชนจากแสงทงสองประเภท สวนเซลลแสงอาทตยแบบรวม (Concentrator System)จะใชประโยชนจากแสงแบบตรงเทานน - ความลาดเอยงของเซลลแสงอาทตย ซงจะตองมความเหมาะสมในการรบแสงมากทสดโดยท ามมเอยงจากแนวราบประมาณ 15 องศา การเอยงของแผงเซลลนอกจากจะชวยในการรบแสงแลว ยงเปนการชวยช าระสงสกปรกในขณะทฝนตก ส าหรบประเทศไทย แผงรบแสงอาทตยควรหนไปทางทศใตนอกจากนแผงเซลลแสงอาทตยยงเปนระบบท สามารถปรบแผงตามการโคจรของดวงอาทตย(Tracking Cell) ได สงผลใหเซลลแสงอาทตยท างานไดอยางมประสทธภาพสงสด แตเซลลชนดนจะมราคาแพง

14

- ปรมาณพลงงานแสงอาทตยทสองมายงโลก (Insolation) จะขนอยกบต าแหนงทตงทางภมศาสตรของแผงเซลลแสงอาทตยแ ละมมทแผงเบนจากทศใตอตราการตกกระทบของรงสจากดวงอาทตยจะมคาสงสดคอ 1000 วตตตอตารางเมตร ทอณหภม 25 องศาเซลเซยส ซงเปนคามาตรฐานเราสามารถน าคานมาคณกบจ านวนชวโมงทใชจะใหผลลพธคอ จ านวนกโลวตต- ชวโมงตอตารางเมตรตอวน - อณหภมของเซลลแสงอาทตย โดยทวไปเซลลแสงอาทตยจะมประสทธภาพลดลง 0.4% เมออณหภมเพมขน 1 องศาเซลเซยส เนองจากความตางศกยจะขนกบอณหภม นอกจากนชนดของเซลลยงมผลใหประสทธภาพลดลงตางกนในชวงอณหภมเดยวกน - ประสทธภาพของระบบ(Electrical Conversion Efficiency) ระบบเซลลแสงอาทตยประกอบดวยชดแผงเซลลแสงอาทตย อปกรณตอเชอม รวมถงเครองแปลงไฟฟากระแสสลบอปกรณเหลานกท าใหเกดการสญเสยขน สงผลตอประสทธภาพโดยรวมของระบบเซลลแสงอาทตย ขอดของการใชงานเซลลแสงอาทตยมหลายประการดวยกนคอ 1. แหลงพลงงานไดจากดวงอาทตยเปนแหลงพลงงานทไมมวนหมดและ ไมเสยคาใชจาย 2. เปนแหลงพลงงานทสะอาดไมกอใหเกดมลภาวะแกสงแวดลอม 3. สรางไฟฟาไดทกขนาดตงแตเครองคดเลขไปจนถงโรงไฟฟาขนาดใหญ

4. ผลตทไหนใชทนนซงระบบไฟฟาปกตแหลงผลตไฟฟากบจดทใชงานจะอยคนละท และจะตองมระบบน าสงแตเซลแสงอาทตยสามารถผลตไฟฟาในบรเวณทใชงานได

5. ลงทนเพยงครงเดยวแตมอายการใชงานยาวนานถง 20-25 ป 2.2.5 การผลตไฟฟาดวยเซลลแสงอาทตยมหลายแบบดงตอไปน[6]

- การผลตกระแสไฟฟาดวยเซลลแสงอาทตยแบบอสระ (PVStand alone system)เปนระบบผลตไฟฟาทไดรบการออกแบบส าหรบใชงานในพนทชนบททไมมระบบสายสงไฟฟาอปกรณระบบทส าคญประกอบดวย แผงเซลลแสงอาทตย อปกรณควบคมการประจแบตเตอรและอปกรณเปลยนระบบไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสสลบแบบอสระ

15

ภาพท 2.10การผลตกระแสไฟฟาดวยเซลลแสงอาทตยแบบอสระ - การผลตกระแสไฟฟาดวยเซลลแสงอาทตยแบบตอกบระบบจ าหนาย (PV Grid connected system) เปนระบบผลตไฟฟาทถกออกแบบส าหรบผลตไฟฟาผานอปกรณเปลยนระบบไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสสลบเขาสระบบสายสงไฟฟาโดยตรงใชผลตไฟฟาในเขตเมองหรอพนททมระบบจ าหนายไฟฟาเขาถงอปกรณระบบทส าคญประกอบดวยแผงเซลลแสงอาทตยอปกรณเปลยนระบบไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสสลบชนดตอกบระบบจ าหนายไฟฟา

ภาพท 2.11 การผลตกระแสไฟฟาดวยเซลลแสงอาทตยแบบตอกบระบบจ าหนาย - การผลตกระแสไฟฟาดวยเซลลแสงอาทตยแบบผสมผสาน (PV Hybrid system) เปนระบบผลตไฟฟาทถกออกแบบส าหรบท างานรวมกบอปกรณผลตไฟฟาอนๆ เชน ระบบเซลลแสงอาทตยกบพลงงานลม และเครองยนตดเซล ระบบเซลลแสงอาทตยกบพลงงานลม และไฟฟาพลงน าเปนตน โดยรปแบบระบบจะขนอยกบการออกแบบตามวตถประสงคโครงการเปนกรณเฉพาะ

16

ภาพท 2.12การผลตกระแสไฟฟาดวยเซลลแสงอาทตยแบบผสมผสาน

2.2.6 พารามเตอรทมผลตอคณสมบตทางไฟฟาของเซลลแสงอาทตย ในการวเคราะหคณสมบตทางไฟฟาจะตองค านงถงพารามเตอรทมผลตอการเปลยนแปลงของกระแสไฟฟาและแรงดนไฟฟาของเซลลแสงอาทตยดงน - ความเขมของแสงตอกระแสไฟ(Current) จะเปนสดสวนโดยตรงกบความเขมของแสงหมายความวาเมอความเขมของแสงสง กระแสทไดจากเซลลแสงอาทตยกจะสงขน ในขณะทแรงดนไฟฟาหรอโวลตแทบจะไมแปรไปตามความเขมของแสงมากนก ความเขมของแสงทใชวดเปนมาตรฐานคอ ความเขม ของแสงทวดบนพนโลกในสภาพอากาศปลอดโปรง และวดระดบน าทะเลในสภาพทแสงอาทตยตงฉากกบพนโลก ซงความเขมของแสงจะมคาเทากบ 100 มลลวตตตอตารางเซนตเมตร หรอ 1,000 วตตตอตารางเมตร ซงมคาเทากบ 1.5(มวลอากาศ )และถาแสงอาทตยท ามม 60 องศากบพ นโลกความเขมของแสง จะมคาเทากบประมาณ 75 มลลวตตตอตารางเซนตเมตรหรอ 750 วตตตอตารางเมตร ซงมคาเทากบ 2 กรณของแผงเซลลแสงอาทตยนนจะใชคา 1.5 เปนมาตรฐานในการวดประสทธภาพของแผง -อณหภมกระแสไฟจะไมแปรตามอณหภมทเปลยนแปลงไป ในขณะท แรงดนไฟฟา จะลดลงเมออณหภมสงขน ซงโดยเฉลยแลวทกๆ 1 องศาทเพมขน จะท าใหแรงดนไฟฟาลดลง 0.5เปอรเซนตและในกรณของแผงเซลลแสงอาทตยมาตรฐานทใชก าหนดประสทธภาพของแผงเซลลแสงอาทตยคอ 1.5 ณ อณหภม 25 องศาเซลเซยส เชน ก าหนดไววาแผงเซลล แสงอาทตยมแรงดนไฟฟาทวงจรเปด (Open Circuit Voltage) ท 21 โวลตณอณหภม 25 องศาเซลเซยสกจะหมายความวา แรงดนไฟฟาทจะไดจากแผงเซลลแสงอาทตย เมอยงไมไดตอกบอปกรณไฟฟา ณ อณหภม 25 องศาเซลเซยสจะเทากบ 21 โวลตถาอณหภมสงกวา 25 องศาเซ ลเซยสเชน อณหภม 30 องศาเซลเซยสจะท าใหแรงดนไฟฟาของแผงเซลลแสงอาทตยลดลง 2.5 เปอรเซนต นนคอแรงดน

17

ของแผงเซลลแสงอาทตยทแรงดนไฟฟาทวงจรเปดจะลดลง 0.525 โวลตเหลอเพยง 20.4750 โวลตสรปไดวาเมออณหภมสงขนแรงดนไฟฟากจะลดลง ซงมผลท าใหก าลงไฟฟาสงสดของแผงแสงอาทตยลดลงดวยจากขอก าหนดดงกลาวขางตน กอนทผใชจะเลอกใชแผงเซลลแสงอาทตย จะตองค านงถงคณสมบตของแผงทระบไวในแผงแตละชนดดวยวาใชมาตรฐานอะไรหรอมาตรฐานทใชวดแตกตางกนหรอไม เชนแผงชนดหนงระบวา ใหก าลงไฟฟาสงสดได 80 วตตทความเขมแสง 1,200 วตตตอ ตารางเมตร ณ อณหภม 20 องศาเซลเซยสขณะทอกชนดหนงระบวาใหก าลงไฟฟาสงสดได 75 วตต ทความเขมแสง 1,000 วตตตอ ตารางเมตร และอ ณหภมมาตรฐาน 25 องศาเซลเซยสแลวจะพบวาแผงทระบวาใหก าลงไฟฟา 80 วตตจะใหก าลงไฟฟาต ากวา จากสาเหตดงกลาวผทจะใชแผงจงตองค านงถงขอก าหนดเหลานในการเลอกใชแผงแตละชนดดวย - จ านวนเซลล โดยปกตเซลลแสงอาทตยทผลตขนจากซลคอนนนจะมแร งดนไฟฟาประมาณ 0.5 โวลตตอเซลล ในการน าเซลลไปใชงานจะตองน าเซลลมาตอกนในลกษณะอนกรมเพอเพมแรงดนไฟฟาวงจรเปดใหสงขน โดยจะมผลตอกระแสไฟฟาลดวงจรของเซลลนอยมาก - พนทเซลล กระแสไฟฟาทผลตไดจากเซลลแสงอาทตยนอกจากขนอยกบความเขมรง สอาทตยแลว ยงขนอยกบพนทของเซลลทมแสงตกกระทบอกดวยเซลลแสงอาทตยทมพนทในการรบแสงนอยกวา 25 เปอรเซนต - ประเภทของเซลลแสงอาทตย แตละประเภททมใชงานในปจจบน มคณสมบตทางไฟฟาตางกนไปทความเขมรงสอาทตยและอณหภมเดยวก น เซลลแสงอาทตยแบบผลกเดยวจะผลตกระแสไฟฟาไดสงกวาเซลลแสงอาทตยแบบแผนบาง แตแรงดนไฟฟาวงจรเปดของเซลลแสงอาทตยแบบผลกเดยวจะนอยกวาเซลลแสงอาทตยแบบแผนบางนอกจากตวแปลดงกลาวแลวยงมตวแปลอนๆทใชในการแสดงคณสมบตทางไฟฟาของเซลลแสงอาทตยดงน - แรงดนไฟฟาวงจรเปด (Open Circuit Voltage :Voc) เปนแรงดนไฟฟาทวดไดขณะทเซลลแสงอาทตยถกเปดวงจร เมอรอยตอระหวางซลคอนชนดพกบซลคอนชนดเอนไดรบแสงกระแสไฟฟาทไหลในวงจรขณะนนเปนศนย - กระแสไฟฟาลดวงจร(Short Circuit Current :Isc) เปนกระแสไฟฟาทวดไดขณะทเซลลแสงอาทตยถกลดวงจร เมอเซลลแสงอาทตยไดรบแสงจะท าใหเกดกระแสไฟฟาไหลจากเซลลแสงอาทตยผานไปยงวงจรภายนอก ในสภาวะนกระแสไฟฟาจะมคาสงสด - ก าลงไฟฟาสงสด (Maximum Power :Pmax) เปนผลคณของแรงดนกบ กระแสไฟฟาทเซลลแสงอาทตยจายออกมามคาสงสด สามารถวดไดขณะทตอภาระทางไฟฟาทมคาเหมาะสมคาหนง

18

- คาฟลดแฟกเตอร(Fill Factor : FF) เปนคาทใชก าหนดคณภาพของเซลลแสงอาทตยเปนอตราสวนระหวางคาก าลงไฟฟาสงสดทเซลลแสงอาทตยจายไดจรงกบผลคณกระแสไฟฟาลดวงจรกบแรงดนไฟฟาวงจรเปด ส าหรบการทดสอบทสภาวะมาตรฐานคาฟลดแฟกเตอรจะมคาอยระหวาง 0.6-0.8 - ประสทธภาพในการเปลยนพลงงานเปนอตราสวนของก าลงไฟฟาสงสด ทเซลลแสงอาทตยผลตไดกบพลงงานความเขมรงสทตกกระทบบนเซลลแสงอาทตย 2.2.7 แนวโนมในดานราคาของเซลลแสงอาทตย

ราคาตนทนคาไฟฟาเฉลยของประเทศมราคาประมาณ 1.05 บาทตอหนวย ในขณะทราคาตนทนคาไฟฟาทผลตไดจากโรงไฟฟาของการไฟฟาสวนภมภาค ทใชดเซลเปนเชอเพลงซงตงอยในจงหวดแมฮองสอนนน มราคาประมาณ 9.8 บาทตอหนวย เนองจากเปนระบบการผลตและจายกระแสไฟฟา เพอสนองตอบตอความตองการใชของประชาชนในพ นทหางไกลทไมคมกบการใชสายสง จงมคาการลงทนคอนขางสง ดงนน หากน ามลคาการลงทนกอสรางโรงไฟฟาพลงดเซลเปรยบเทยบกบราคาตนทนไฟฟา ทผลตจากเซลลแสงอาทตย ซงมราคาประมาณ 8 บาทตอหนวยแลว จะเหนไดวาราคาตนทนการผลตมคาใกลเคยงกนมาก ทงนยงไมรวมถงคาใชจายในการลงทนท การไฟฟาสวนภมภาค จะตองใชในการจดการกบมลภาวะทเกดจากกระบวนการผลตไฟฟาดวยดเซล ราคาตนทนของการผลตไฟฟาทใชพลงงานจากฟอสซลนน มแนวโนมทจะสงขนดวยปจจยตางๆ ตามสถานการณทางเศรษฐกจทสงผลกร ะทบใหราคาเชอเพลงสงขน ในทางตรงขามราคาตนทนของการผลตไฟฟาดวยพลงแสงอาทตยมปจจยแปรผนหลกทราคาเซลลแสงอาทตย ซงเมอพจารณาจากราคาตลาดของเซลลแสงอาทตยโดยเฉลยแลว จะเหนวามแนวโนมทจะลดราคาลงอยางรวดเรว กลาวคอ จากราคาตนทนการผลต เมอป พ .ศ.2533 เซลลแสงอาทตยมราคาประมาณ 175-190 บาท ปจจบนมราคาทนอยทระดบ 110-130 บาท ซงคาดวาภายใน 10 ปขางหนา ราคาตนทนจะลดลงเหลอเพยง 50-70 บาท ดวยสมมตฐานดงน - ราคาคาเชอเพลงทไดจากฟอสซลจะสงขน และกระแสตอตานการท าลายส งแวดลอมเพมมากขน สงผลใหมการใชพลงงานทผลตไดจากเซลลแสงอาทตยเพมปรมาณมากขน เนองจากแสงอาทตย เปนแหลงพลงงานทเสถยรและกระบวนการแปรรปเปนพลงงานไฟฟาทไรมลภาวะ จงพยากรณไดวา จากปจจบนททวโลกมการใชพลงงานเซลลแสงอาทตยประมา ณ 760 เมกกะวตตตอปจะมอตราการใชเซลลแสงอาทตยเพมขนในอตรารอยละ 20 ตอป ทงนภายใตเงอนไขทภาวะการณ ดงกลาวหากรฐมนโยบายทจะใหการสงเสรม และสนบสนนการใชพลงงานหมนเวยนในแตละประเทศแลว คาดวาในป พ.ศ.2553 โลกจะมปรมาณการใชเซลลแสงอาทตยสงถง 4,000 เมกกะวตต

19

ตอป หรอในทางสภาวะทตรงขามหากราคาเชอเพลงทไดจากฟอสซลมราคาต าลง แมจะไมมสนบสนนการใชพลงงานหมนเวยนจากภาครฐของประเทศตางๆกตาม ปรมาณการใชเซลลแสงอาทตยของโลกกจะอยในระดบ 600 เมกกะวตตตอป จ านวนความตอง การทเพมขนนเองทท าใหตนทนการผลตเซลแสงอาทตยมราคาลดลง -การพฒนาทางดานเทคโนโลยของเซลลแสงอาทตย ทเรมมการพฒนาจากเทคโนโลยแบบผลก (Crystalline) ซงมประสทธภาพเทากบ 16 เปอรเซนตมาเปนเทคโนโลยแบบ Thin Filmซงมประสทธภาพเทากบ 10 เปอรเซนตโดยปจจบนเซลลแสงอาทตยแบบ Thin Film อยในระหวางการทดสอบเทคโนโลย เพอพฒนาประสทธภาพใหสงกวา 16 เปอรเซนตรวมถงความพยายามพฒนากระบวนการผลตเซลลแสงอาทตย เพอทจะลดราคาตนทนการผลตลง - การใชเซลลแสงอาทตยในประเทศไทย ประเทศไท ยไดเรมมการใชงานจากเซลลแสงอาทตย เมอป พ.ศ.2519 โดยหนวยงานกระทรวงสาธารณสข และมลนธแพทยอาสาฯ มจ านวนประมาณ 300 แผง แตละแผงจะมขนาด 159/30 วตต และนบเปนครงแรกทไดมนโยบายและแผนระดบชาตดานเซลลแสงอาทตย บรรจลงในแผนพฒนาฯ ฉบบท 4 (พ.ศ.2520-2524) การตดตงแผงเซลลแสงอาทตยไดตดตงใชงานอยางจรงจงในปลายปของแผนพฒนาฯ ฉบบท 6 (พ.ศ.2530-2534)โดยมกรมพฒนาและสงเสรมพลงงานกรมโยธาธการ การไฟฟาสวนภมภาค และการไฟฟาฝายผลตแหงประเทศไทย ทเปนหนวยงานหลกในการน าเซลลแสงอาทตยใ ชผลตพลงงานไฟฟาเพอใชงานในดานแสงสวาง ระบบโทรคมนาคม และเครองสบน า ขอมลของการตดตงเซลลแสงอาทตย เพอใชงานในประเทศไทย จนถงป พ.ศ. 2540 มหนวยงานตางๆ ไดตดตงเซลลแสงอาทตยขนสาธตใชงานในลกษณะตางๆ รวมกนแลวประมาณ 3,734 กโลวตต ล กษณะการใชงานจะเปนการตดตงใชงานในพนททหางไกลเปนสถานเตมประจแบตเตอร 39 เปอรเซนตระบบสอสารหรอสถานทวนสญญาณ ขององคการโทรศพทแหงประเทศไทยประมาณ 28 เปอรเซนตระบบสบน าดวยพลงงานแสงอาทตย 22 เปอรเซนตระบบไฟฟาหมบานทหางไกล 5 เปอรเซนตและสดสวนทเหลอจะตดตงในโรงเรยนประถมศกษา สาธารณสข และไฟสญญาณไฟกระพรบ การไฟฟาฝายผลตแหงประเทศไทย ไดตดตงเซลลแสงอาทตยมาตงแตป พ.ศ.2521 เพอใชงานในกจการตางๆของการไฟฟาฝายผลตแหงประเทศไทย ปจจบนตดตงใชงานไปแลวประมาณ 70 กโลวตต โดยการไฟฟาฝายผลตแหงประเทศไทยไดท าการสาธตการผลตไฟฟาโดยใชเซลลแสงอาทตยรวมกบพลงงานชนดอนๆ เชน พลงน า พลงงานลม แลวสงพลงงานทผลตไดเขาระบบจ าหนายของการไฟฟาภมภาคตอไป การไฟฟาฝายผลตแหงประเทศไทยยงไดสาธตการผลตไฟฟาจากเซลลแสงอาทตย โดยไมใชแบตเตอร ในระบบบานแสงอาทตย เปนหลงแรกของประเทศไทย

20

ตงอยในบรเวณสถานพลงงานแสงอาทตยสนก าแพง หมบานสหกรณ 2 อ.สนก าแพง จ .เชยงใหมโดยท าการตดตงแผงเซลลแสงอาทตยจ านวน 44 แผง รวมก าลงการผลต 2.5 กโลวตต 2.2.8 การก าหนดจ านวนแผงของเซลลแสงอาทตย จ านวนแผงของเซลลแสงอาทตยค านวณได โดยใชก าลงไฟฟาของระบบหารดวยก าลงไฟฟาทเซลลหนงแผงผลตไดเมอทราบคาจ านวนแผงแลวขนตอนตอไป คอจะตองค านวณวาจะตองน าเซลลมาตออนกรมหรอขนานกนอยางไรจงจะได แรงดนไฟฟาทเพยงพอตอการใชงานจ านวนแผงเซลลทจะตองตออนกรมกน หาไดโดยการใชคาแรงดนไฟฟาทตองการหารดวยแรงดนเอาตพตของหนงแผงหลงจากทราบวาจะตองตดตงเซลลแสงอาทตยเทากบ 2.9 กโลวตตและแรงดนไฟฟากระแสตรงทตองปอนใหอนเวอรเตอรคอ 200 โวลตถามวาจะตองใชแผงเซลลแสงอาทตยก แผงและควรต อเรยงกนอยางไร โดยสมมตวาแผงเซลลแสงอาทตยนใหก าลงไฟฟาสงสดถง 50 วตตแรงดนไฟฟาสงสด 17 โวลตกระแสไฟฟาสงสด 2.94 แอมแปร แรงดนไฟฟาวงจรเปด 21.3 โวลตและกระแสไฟฟาลดวงจร 3.15 แอมแปร

2.2.9 การเลอกใชงานเครองควบคมการประจกระแสไฟฟา เครองควบคมการประจกระแสไฟฟานนเปนอปกรณทตองตอเขากบแผงเซลลแสงอาทตยทางดานเขาเพอรบพลงงานจากแผงเซลลแสงอาทตยและตอเขากบแบตเตอรทางดานออกเพอน ากระแสไฟฟาจากแผงเซลลแสงอาทตยไปประจลงแบตเตอร ดงนนการเลอกใชเครองควบคมการประจ กระแสไฟฟาจงตองค านงถงแผงเซลลแสงอาทตยทเลอกใช และแบตเตอรทเลอกใช เราสามารถพจารณาการเลอกใชเครองควบคมการประจกระแสไฟฟาไดดงน 2.2.10 การพจารณาคณสมบตของเครองควบคมการประจกระแสไฟ ฟาในสวนท

เกยวของกบแผงเซลลแสงอาทตยนนเราตองพจารณาคอ - แรงดนทรบไดของเครองควบคมการประจกระแสไฟฟาตองเหมาะกบแรงดนของแผงเซลลแสงอาทตย เชน ถาเราใชแผงแบบอะมอรฟสซลคอนแบบ 40 วตตซงมแรงดน 44 โวลตดงนนเครองควบคมการประจกระแสไฟฟาตองสามารถท างานไดดวยแรงดนเขา 44 โวลตหรอถาใชแผงแบบโพลซลกอน ซงมแรงดน 12 โวลตเครองควบคมการประจกระแสไฟฟาทเราจะเลอกใชกตองท างานไดทแรงดน 12โวลต - จ านวนก าลงไฟฟา เปนวตตทเครองควบคมการประจกระแสไฟฟาสามารถรบไดสงสดเชน เครองควบคมการประจกระแสไฟฟา สามารถรบก าลงไฟฟาจากเซลลแสงอาทตยได 80 วตต

21

ดงนน จ านวนแผงเซลลแสงอาทตยทสามารถตอไดสงสด กบเครองควบคมการประจกระแสไฟฟาตวนตองมก าลงไฟฟาไมเกน 80 วตต

2.3แบตเตอร[7]

2.3.1 แบตเตอรแหง(Dry Cell)

ภาพท2.13โครงสรางแบตเตอรแหง

วตถดบทใชในการผสมเปนสารขวบวกไดแก

- แมงกานสไดออกไซด (Manganese Dioxide) ท าหนาทใหเกดกระแสไฟฟาขน - แอมโมเนยมคลอไรด (Ammonium Chloride) ท าใหกระแสไฟฟาทเกดขนมความสวาง

(ขาวนวล) - เมอรควรคคลอไรด (Mercuric Chloride) ท าหนาทปองกนไมใหแผนสงกะสเกดการกด

กรอนเรวเกนไป - อะเซททลนแบลค(Acetylene Black) ท าหนาทเพมความดนและความเขมของกระแสไฟฟา

แทงคารบอน(Carbon Rod)มลกษณะเปนแทงกลม ท าหนาทเปนขวบวก - ซงค คลอไรด(Zinc Chloride) - คารบอน แบลค (Carbon Black) กราไฟท(Graphite) วตถดบทใชเปนขวลบ คอ กระบอก

สงกะส ใชสงกะสกอนมาท าการหลอมละลายผานเครองรดใหเปนสงกะสแผนน าไปผาน

22

เครองตดใหไดสงกะสตามขนาดทตองการและน าไปปมใหขนรปเปนกระบอกสงกะสใชเปนขวลบวตถดบทใชในการประกอบเขาเปนกอนถานไฟฉายขนอยกบการเลอกใช

- ยางมะตอย (Asphalt) ท าหนาทปองกนการรวของกระแสไฟฟา - แปงสาล หรอ แปงมน ผสมแลวมลกษณะคลายกาวท าหนาทเปนตวยดใหกอนขวบวก ตดแนนอยกบกระบอกสงกะส - กระดาษ มหลายประเภท เชนกระดาษเคลอบน ายาใชแทนแปง หรอกระดาษบาง กระดาษ

หนาใชรองกนและปดกระบอกไฟฉาย - เซลลแบบแหง ไดแกเซลแบบสงกะส-อากาศ (Zinc Air Cell) เปนเซลกระดมทมรให

อากาศเขาทดานลางซงจะใชออกซเจนในการออกซไดซผงสงกะสผสมอลคาไลนอเล กทรอไลทซงเปนขวลบ

- เซลลแบบลเธยม (Lithium Cell) ขวลบเปนลเธยมขวบวกเปนแมงกานสไดออกไซดผสมกบซลเฟอรไดออกไซดหรอไธโอนลคลอไรด ใชกบงานหนกทตองการแรงดนสงกวาปกต

2.3.2 แบตเตอรน า (Storage Battery)

มสวนประกอบคอเปลอกนอกซงท าดวยพลาสตกหรอยางแขงฝาครอบสวนบนของแบตเตอร ขวของแบตเตอร สะพานไฟ แผนธาตบวก และแผนธาตลบแผนก นซงท าจากไฟเบอรกลาสทเจาะรพรน ปจจบนแบตเตอรรถยนตม 2 แบบคอแบบทตองคอยตรวจดระดบน ากรดในแบตเตอรกบแบบทไมตองตรวจดระดบน ากรดเลยตลอดอายการใชงาน

ภาพท2.14โครงสรางแบตเตอรน า

23

- แผนธาต (Plates)ในแบตเตอรม2ชนด คอ แผนธาตบวก และแผนธาตลบแผนธาตบวกท าจากตะก วเปอรออกไซด (PbO2) และแผนธาตลบท าจากตะก ว (Pb) วางเรยงสลบกน จนเตมพอดในแตละเซลล แลวก นไมใหแตะกน ดวยแผนก น - แผนก น (Separaters)ท าหนาทปองกนไมใหแผนธาตบวกและแผนธาตลบแตะกน ซง จะท าใหเกดการลดวงจรขนซงแผนก นนท าจากไฟเบอรกลาสหรอยางแขง เจาะรพรนเพอใหน ากรดสามารถไหลถายเทไปมาได และมขนาดความกวางยาวเทากบแผนธาตบวกและแผนธาตลบ - น ากรดหรอน ายาอเลกโตรไลต (Electrolyte)น ากรดในแบตเตอรรถยนตเปนน ากรดก ามะ ถนเจอจางคอจะมกรดก ามะถน (H2SO4) ประมาณ 38 เปอรเซนต ความถวงจ าเพาะของน ากรด 1.260 - 1.280 ทอณหภม 20 องศาเซลเซยสน ากรดในแบตเตอรเปนตวทท าใหแผนธาตลบเกดปฏกรยาทางเคมจนเกดกระแสไฟฟาและแรงเคลอนไฟฟาขนมาได - เซลล (Cell)คอชองทบรรจแผนธาตบวก แผนธาตลบ ทวางสลบกน ก นดวยแผนก นแลวจมในน ากรด ในชองหนงจะมแรงเคลอนไฟฟา 2.1 โวลต กจะมเซลล 6 เซลลและในแตละเซลลกจะมสวนบนเปนทเตมน ากรดและมฝาปดปองกนน ากรดกระเดนออกมาและทฝาปดกจะมรระบายกาซไฮโดรเจนทเกดจากปฏกรยาทางเคมใหระบายออกไปได - ฝาปดเซลล (Battery Cell Plug)หรอฝาปดชองเตมน ากรดฝานจะมรระบายกาซไฮโดรเจนทเกดจากปฏกรยาทางเคมภายในแบตเตอรใหสามารถระบายออกไปไดถาไมมฝาระบายน เมอเกดปฏกรยาเคมกาซไฮโดรเจนจะไมสามารถระบายออกไปไดท าใหเกดแรงดน ดนจนแบตเตอรเกดระเบดขนได 2.3.3 การตอเซลลแบตเตอร

การตอเซลลแบตเตอรเพอเปนแหลงจายไฟทถกตองและมาตรฐานจะนยมตอกน 2 แบบคอ - การตอแบบอนกรม การตอ แบบนเพอจะเพมระดบโวล ทเตจรวมใหสงพอโดยการน าเอาขวลบของเซลลท 1ตอกบขวบวกของเซลลท 2ไปเรอยๆจนมระดบโวล ตเตจสงพอตามทตองการ และสดทายจะเลอกขวบวกของเซลลท 1 และขวลบของเซลลสดทาย ซงทงสองขวนจะเปนขวทน าพลงงานของแบตเตอรไปใชงาน - การตอแบบขนาน การตอแบบนเพอจะเพมอตราในการจายกระแสในชดของแบตเตอรนนใหมการจายกระแสสงขน โดยการตอแบบน าเอาเซลลแบตเตอรตงแตจ านวน 2 เซลลขนไปมาตอในลกษณะขนานกนคอขวบวกตอขวบวกขวลบตอขวลบ

24

2.4 พลงงานลม [8]

ลมเปนแหลงพลงงานสะอาดชนดหนงทสามารถใชไดอยางไมมวนหมด ในปจจบนไดมการใชประโยชนจากพลงงานลมเพอผลตพลงงานไฟฟา ทดแทนการผลตดวยพลงงานจากซากดกด าบรรพ โดยเฉพาะอยางยงในแถบประเทศยโรปไดมการพฒนาเทคโนโลยกงหนลมเพอผลตไฟฟาในเชงพาณชย ซงกงหนลมขนาดใหญแตละตวสามารถผลตไฟฟาได 4-5 เมกะวตต และนบวนจะยงไดรบการพฒนาใหมขนาดใหญขนและมประสทธภาพสงขน ส าหรบประเทศไทยการวจยและพฒนาเทคโนโลยทางดานพลงงานลมยงมคอนขางนอยมาก อาจเปนเพราะศกยภาพพลงงานลมในประเทศเราไมสงมากนกเมอเทยบกบประเทศอน ๆ

2.4.1 การเกดและประเภทของลม [9]

ลม (wind)สาเหตหลกของการเกดลมคอดวงอาทตย ซงเมอมการแผรงสความรอนของดวงอาทตยมายงโลก แตละต าแหนงบนพนโล กไดรบปรมาณความรอนไมเทากน ท าใหเกดความแตกตางของอณหภมและความกดอากาศในแตละต าแหนง บรเวณใดทมอณหภมสงหรอความกดอากาศต าอากาศในบรเวณนนกจะลอยตวขนสง อากาศจากบรเวณทเยนกวาหรอมความกดอากาศสงกวาจะเคลอนทเขามาแทนท การเคลอนทของมวลอากาศนคอการท าใหเกดลมน นเอง และจากการเคลอนทของมวลอากาศนท าใหเกดเปนพลงงานจลนทสามารถน ามาประยกตใชประโยชนได ลมสามารถจ าแนกออกไดหลายชนดตามสถานททเกดความแตกตางของอณหภมดงน - ลมบกและลมทะเล (land and sea breeze)เกดจากความแตกตางของอณหภมของบรเวณทะเลกบฝง โดยลมทะเลจะเกดในตอนกลางวน เพราะบนฝงมอณหภมสงกวาบรเวณในทะเลจงท าใหเกดลมจากทะเลพดเขาสฝง สวนลมบกเกดในเวลากลางคนเพราะบรเวณในทะเลจะมอณหภมสงกวาบนฝง ท าใหเกดลมจากฝงออกสทะเล

- ลมภเขาและ ลมหบเขา (mountain and valley winds)เกดจากความแตกตางของอณหภมระหวางสนเขาและหบเขา โดยลมภเขา จะพดจากสนเขา ลงไปสหบเขา ในตอนกลางคน เนองจากบรเวณสนเขาอยในทสงกวาจงเยนเรวกวาหบเขา ดงนน จงมลมพดลงจากยอดเขาสหบเขา สวนลมหบเขาจะพดจากหบเขาขนไปสสนเขาโดยเกดขนในตอนกลางวนเนองจากบรเวณหบเขาเบองลางจะมอณหภมต ากวายอดเขาจงมลมพด ขนไปตามความสงของสนเขา นอกจากนยงมการเรยกชอ ลมตามทศการเคลอนทในแตละฤดกาล เชน ลมมรสมซงหมายถงลมทพดเปลยนทศทางกบการเปลยนฤดคอฤดรอนจะพดอยในทศทางหนงและจะพดเปลยนทศทางเปนตรงกนขามในฤดหนาว

25

2.4.2 หลกการท างานของกงหนลม

ลมทเกดขนถกใชประโยชนจากสวนทอยใกลผวโลกหรอทเรยกวาลมผวพนซงหมายถงลมทพดในบรเวณผวพนโลกภายใตความสงประมาณ 1 กโลเมตรเหนอพนดนเป นบรเวณทมการผสมผสานของอากาศกบอนภาคอนๆ และมแรงเสยดทานในระดบต า โดยเรมตน ทระดบความสงมากกวา 10 เมตรขนไปแรงเสยดทาน จะลดลง ท าให ความเรวลมจะเพมขน ดงแสดงใน ภาพท2.15จนกระทงทระดบความสงใกล 1 กโลเมตรเกอบไม มแรง เสยดทาน ความเรวลม มการ เปลยนแปลงขนอยกบระดบความสงและสภาพภมประเทศเชนเดยวกนกบทศทางของลมจากประสบการณทผานมาพบวากงหนลมจะท างานไดดหรอไมนนจะขนอยกบตวแปรทงสองนทความเรวลมเทาๆกนแตมทศทางลมทแตกตางกนเมอ ลมเคลอนท พงเขาหาแกนหมนของกงหนลมแลวจะสงผลตอแรงบดข องกงหนลมเปนอยางมากผลคอแรงลพธทไดออกมาจากกงหนลมแตกตางกน ดงนนจงสามารถสรปไดวาปจจยเบองตนทเปนตวก าหนดในการใชพลงงานลมคอความเรวและทศทางของลมนนเอง

ภาพท2.15 ลกษณะของความเรวลมภายใตชนบรรยากาศ

พลงงานทไดรบจากกงหนลมจะมเปลยนแปลงขนอยกบความเรวลมแตความสมพนธนไมเปนสดสวนโดยตรงทความเรวลมต า ในชวง 1–3 เมตรตอวนาทกงหนลมจะยงไมท างาน จงยงไมสามารถผลตไฟฟาออกมาไดทความเรวลมระหวาง 2.5–5 เมตรตอวนาทกงหนลมจะเรมท างานเรยกชวงนวา ชวงเรมความเรวลม (cut in wind speed) และท ความเรวลมชวงประมาณ 12–15 เมตร ตอวนาทเปนชวงทเรยกวา ชวงความเรวลม (nominal หรอ rate wind speed) ซงเปนชวงทกงหนลมท างานอยบนพกดก าลงสงสดของตวมนเองในชวงทความเรวลมไตระดบไปสชวงความเรวล มเปน

Heig

ht

Windspeed

Gradient wind

Bo

un

dary

layer

26

การท างานของกงหนลมดวยประสทธภาพสงสด (maximum rotor efficiency) ดงแสดงใน ภาพท2.16ซงคานขนอยกบอตราการกระตนความเรว (tip speed ratio) และในชวงเลยความเรวลม (cut out wind speed) เปนชวงทความเรวลมสงกวา 25 เมตรตอวนาทกงหนลมจะหยดท างานเนองจากความเรวลมสงเกนไปซงอาจท าใหเกดความเสยหายตอกลไกของกงหนลมได

การหาก าลงของลมทเคลอนทดวยความเรว vผานพนทหนาตดAหาไดจาก

PW = 1

2ρAv3 (2.1)

โดยท PW คอ ก าลงงานจากขนาดใบพด (W)

ρ คอ ความหนาแนนของอากาศมคาเทากบ 1.225 kg/m3

A คอ พนทหนาตด (m2) v คอ ความเรวลม (m/s)

ภาพท2.16แผนภมแสดงก าลงไฟฟาและชวงการท างานของกงหนลมแบบตาง ๆ

ส าหรบหลกการทวไปในการน าพลงงานลมมาใชคอ เมอมลมพดมาปะทะกบใบพดของกงหนลม กงหนลมจะท าหนาทเปลยนพลงงานลมทอยในรปของพลงงานจลนไปเปนพลงงานกลโดยการหมนของใบพด แรงจากการหมนของใบพดนจะถกสงผานแกนหมนท าใหเฟองเกยรทตดอยกบแกนหมนเกดการหมนตามไปดวย พลงงานกลทไดจากการหมนของเฟองเกยรนเองทถกประยกตใชประโยชนตามความตองการเชน ในกรณทตองการใชกงหนลมเพอการผลตไฟฟาจะตอ

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

5 10 15 20

Cut in

wind speed

Cut out

wind speed

No g

enera

tion

25 30

No g

enera

tion

Maximum

rotor efficiency

Nominal power,

reduced rotor

efficiency

Rate/Nominal

wind speed

Active p

ow

er

(p.u

.)

Wind speed (m/s)

27

เครองก าเนดไฟฟาเขาไป ซงเมอเฟองเกยรของกงหนลมเกดการหมนจะไปขบเคลอนใหแกนหมนของเครองก าเนดไฟฟาหมนตามไปดวยดวยหลกการนเครองก าเนดไฟฟากสามารถผลตกระแสไฟฟา ออกมาได สวนในกรณของการใชกงหนลมในการสบน าหรอสขา วสามารถน าเอาพลงงานกลจากการหมนของเฟองเกยรนไปประยกตใชไดโดยตรง

2.5 กงหนลม

กงหนลมชนดตางๆ ทน ามาใชงานโดยทวไป มหลายแบบหลายชนด และมคณสมบตทแตกตางกน

ออกไปตามแตผผลตกงหนลมสวนใหญจะเปนเทคโนโลยจากตางประเทศ เปนสวนใหญ เนองจาก

ไดมการคดคนมาเปนเวลาหลายศตวรรษ โดยเรมมาจากป ระเทศแถบยโรป เชน สหรฐอเมรกา ,

เยอรมน, สหราชอาณาจก, ออสเตรเลย, และประเทศรสเซย กงหนลมสวนมากจะน ามาใชในการสบ

น าและการผลตไฟฟา ในประเทศสหรฐอเมรกา ถอไดวา การตงกงหนลมแสดงใหเหนวาเปน

ต าแหนงพนทการเกษตรการเพาะปลก และการเล ยงสตว มหาวทยาลยนวเมกซโกไ ดประมาณ

ตวเลขของการใชพลงงานลมโดยกงหนลมมาถง 175 ,000 เครอง และคาดวาย งมอยประมาณ

ครงหนงของจ านวนทยงใชงานไดอยส าหรบใชกงหน ลมหลายโครงการ รวมทงมการผลตไฟฟา

จากกงหนลมขนาดเลกๆ อกดวย การ ใชพลงลมในการผลตไฟฟาโดยทวไป อาจท าได เพอเปน

แหลงจายพลงงานไฟฟาทอสระในพนทชนบทหางไกลความเจรญ หรอการท าเพ อเพมเสรมระบบ

ไฟฟาใหแกระบบสายสง

การจ าแนกกงหนทเดนชดมากทสดคอ การจ าแนกตามลกษณะการวางตวของแกนหมน

(เพลา) และการจ าแนกตามลกษณะของอากาศพลศาสตร นนคอ

28

2.5.1การจ าแนกกงหนตามลกษณะการวางตวของแกนหมน

กงหนลมแบบนมการหมนของแกนเพลาอย 2 แบบ คอ

2.5.1.1 กงหนทมแกนหมนทางแนวนอน ( Herizontal Axis Windmill )

กงหนลมแบบนสวนมาไดมการออกแบบใหมแรงขบกระท าทบนใบของกงหนและม

ระบบควบคมทางกลไกกงหนลมหมนรบกบกระแสลมซงไดแก กงหนลม แบบพรอพเพลเลอร ,

กงหนลมแบบหลายใบ , กงหนลมแบบไซวง , กงหนลมแบบกงลอจกรยาน , กงหนลมแบบซาโว

เนยส ชนดแกนนอน , และกงหนลมแบบดฟแฟคเตอร , กงหนลมแบบซนไลท และกงหนลมแบบ

แวนทร เปนตน

ภาพท 2.17 กงหนลมชนดแนวแกนนอนและแนวแกนตง

2.5.1.2 กงหนลมทมแกนหมนในแนวตง ( Vertical Axis Windmill )

กงหนลมแบบนมความพเศษคอ สามารถทจะรบกระแสลมทพดมาไดทกทศทกทาง ดงนน

จงไมมเครองควบคมทางกลใหกงหนลมรบกระแสลมทพดมา ซงไดแกกงหนลมแบบซาโวเนยส

ชนดแกนตง , กงหนลมแบบดารเรยส และกงหนลมแบบลกถวย เปนตน

29

(ก) กงหนลม Savonius (ข) กงหนลม Darrieus

(ค)กงหนลม Cycrotor (ง) กงหนลม Giromill

ภาพท 2.18 กงหนลมชนดแนวแกนตง

ตารางท 2.3การเปรยบเทยบกงหนลมประเภทแกนนอนและแกนตง

กงหนลมทมแกนหมนในแนวนอน กงหนลมทมแกนหมนในแนวตง 1. แรงบดทคอนขางไดอยางสม าเสมอ 2. สามารถออกแบบใหเหมาะสมกบหลก พลศาสตรไดงาย 3.สามารถควบคมก าลงงานของกงหนลมได โดยการปรบมมของใบ

1. สามารถรบลมไดทกทศ 2. การออกแบบใบและสรางไดงายประหยด 3. การสรางเสากงหนลมไดงายและประหยด 4. ตอเขากบอปกรณตางๆ ในระบบไดงาย 5. การซอมบ ารงรกษาห รอการควบคม อปกรณตางๆ ท าไดงาย เพราะสามารถ ตดตงกบพนดน

30

2.5.2 การจ าแนกกงหนลมตามลกษณะของอากาศพลศาสตร

กงหนลมแบบนมหลกการหมนอย 3 ลกษณะ คอ

2.5.2.1 กงหนลมทมการหมนดวยแรงหนวง ( Drag Force )

กงหนลมแบบนใชแรงหนวงเปนแรงขบของใบกงหนลม เชน กงหนแบบซาโวเนยส ,

กงหนลมแบบลกถวย เปนตน กงหนลมแบบนจะมแรงขบมากทสดกตอเมอ ใบของกงหนลมวางใน

ลกษณะทตงฉากกบทศทางของกระแสลมทมากระท า เมอกงหนลมมความเรวสงสดตามทได

ออกแบบก จะไดคาก าลงมากทสดเชนกน เมออตราสวนความเรวทใบกงหนแทนดวย แทนดวย

สญลกษณ “ λ”มคาประมาณ 0.5-1.0

2.5.2.2 กงหนลมทมการหมนดวยแรงยก (Life Force) กงหนลมแบบนใชแรงยกเปนแรงขบใบพดของกงหนลม เชน กงหนลมแบบดาเรยส ,

กงหนลมแบบพรอพเพลเลอร,กงหนลมแบบกงลอจกรยาน ,กงหนลมแบบดท ,กงหนลมแบบหลายใบ และกงหนลมแบบทใชในนาเกลอเปนตน 2.5.2.3 กงหนลมทมการหมนดวยแรงหนวงและแรงยก

กงหนลมแบบนเปนการผสมของกงหนลมแบบแรกอละแบบทสองเขาดวยกน เพอชวยกนขบใบกงหนลมใหหมน ซงเปนการเสรมคณลกษณของกนและกน กงหนลมแบบนไดแก กงหนลมแบบดารเรยส, และกงหนลมแบบซาโวเนยส เปนตน

2.6หลกการเบองตนของเครองก าเนดไฟฟา [9][10]

เครองก าเนดไฟฟา (Generator) เปนเครองกลไฟฟาทเปลยนพลงงานกลเปนพลงงานไฟฟา จากกฎของฟาราเดย ถาเกดการเปลยนแปลงฟลกซแมเหลกจะเกดแรงดนเหนยวน าขน

e = nd∅

dt(2.2)

31

โดยท e= แรงเคลอนไฟฟา (v) n = จ านวนรอบของขดลวด (รอบ)

∅= เสนแรงแมเหลก (Wb) t =เวลา (s)

ภาพท2.19แรงเคลอนไฟฟาเหนยวน ากฎของฟาราเดย

2.6.1 เครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ [11] เมอแรงเคลอนไฟฟากระแสสลบไหลมาถงวงแหวนลน (slip ring) แรงเคลอนไฟฟา

กระแสสลบนไหลออกสวงจรภายนอกโดยผานแปรงถาน (brushes)

ภาพท 2.20 หลกการเบองตนของเครองก าเนดไฟฟา กระแสสลบ

32

2.6.2 หลกการก าเนดไฟฟากระแสสลบ [12]

หลกการท างานเบองตนของเครองก าเนดไฟฟาในทนอาศยหลกการเหนยวน าไฟฟาของฟาราเดยซงไดสรปไวเปนกฎของฟาราเดย (Faraday’s Law) ดงนคอ “เมอสนามแมเหลกซงตดกบขดลวดตวน าเกดการเปลยนแปลงจะท าใหมแรงเคลอนไฟฟาเหนยวน าเกดขนในขดลวดตวน านน ” หรอกลาวไดอกในหนงวา “ถาเสนลวดตวน าเคลอนทตดกบสนามแมเหลกจะมแรงเคลอนไฟฟาเหนยวน าเกดขนในขดลวดตวน านน ” จงสรปไดวาการเห นยวน าใหเกดแรงเคลอนไฟฟาท าได 2 วธคอ - โดยใหขดลวดตวน าเคลอนทตดผานสนามแมเหลก หลกการนน าไปใชในการออกแบบเครองก าเนดไฟฟากระแสตรงและเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบแบบอารเมเจอรหมน - โดยใหสนามแมเหลกเคลอนทตดขดลวดตวน า หลกการนน าไปใชในการออกแบบเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบแบบขวแมเหลกหมนซงเปนเครองก าเนดไฟฟาในโครงงาน

ภาพท 2.21หลกการเบองตนของเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ

ภาพท 2.22 ลกษณะการเคลอนทตดเสนแรงแมเหลกของขดลวด

33

เมอใหขดลวดตวน าหมนตดกบสนามแมเหลกหรอใหสนามแมเหลกหมนตดกบขดลวดก จะท าใหเกดการเหนยวน าของกระแสไฟฟาขนภายในขดลวดนนซงการทขดลวดหมนตดกบสนามแมเหลกคอเครองก าเนดไฟฟากระแสตรงและสนามแมเหลกหมนตดขดลวดคอเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบ เจนเรเตอรจะประกอบดวยขว N และขว S และขดลวดตวน าทาง ไฟฟาหรอขดลวดสเตเตอรเมอโรเตอรหมนตดขดลวดสเตเตอรครบ 1 รอบขณะมแรงเคลอนไฟฟา เกดขนทงคลนบวกและคลนลบกระแสไฟฟาทเกดขนเรยกวา “ไฟฟากระแสสลบ”

2.7 แมเหลกและคณสมบต[13] แมเหลก (Magnet) คอสารทมโมเลกลเรยงตวกนอยางเปนระเบยบ ทสามารถดดสารแมเหลกบางชนดไดซงแมเหลกแบงตามลกษณะการเกด ได 2 ประเภท 2.7.1 แมเหลกธรรมชาต

แมเหลกธรรมชาต (Natural Magnet) หมายถงแมเหลกทเกดขนเองตามธรรมชาต สวนใหญจะเปนออกไซดของเหลก (Fe3 O4)มลกษณะสด า โดยแมเหลกธรรมชาตจะมรปรางไมแนนอน 2.7.2 แมเหลกประดษฐ แมเหลกประดษฐ (Artificial Magnet) ท าจากเหลก นกเกล โคบอลต หรอโลหะผสมบางอยางทมสมบตทางแมเหลก ซงจะมรปรางแตกตางกนไปตามลกษณะของงานทใช ซงแมเหลกทมนษยไดสรางขนสามารถจ าแนกออกเปน 2 ชนด คอ แมเหลกถาวรและแมเหลกชวคราว

- แมเหลกถาวรหมายถง แมเหลกทไมเสยอ านาจแมเหลกงาย หลงถกท าใหเปนแมเหลกแลว รปรางลกษณะแลวแตลกษณะการใชงาน เชน แทงสเหลยม แทงทรงกระบอก หรอรปเกอกมา เปนตน

- แมเหลกชวคราวหมายถงแมเหลกทไมสามารถรกษาอ านาจแมเหลกไดนานหลงจากท าใหเปนแมเหลกแลว เชน แมเหลกทเกดจากการเหนยวน ากระแสไฟฟาตวอยางแมเหลกไฟฟาทใชในชวตประจ าวน เชน หลอดไฟฟา ไมโครโฟนมอเตอร เปนตน โดยแมเหลกทหลงเหลออยในสา รแมเหลกชวคราวเรยกวา แมเหลกตกคาง

34

2.7.3 คณสมบตของแมเหลก

ขวแมเหลกคอบรเวณของปลายแทงแมเหลกทเมอน าไปดดผงตะไบเหลกจะมผงตะไบเหลกตดมากทสด นนคอ ทปลายทงสองของแทงแมเหลกจะมอ านาจแมเหลกมากทสด

- ชนดของขวแมเหลกถาแขวนแทงแมเหลกใหหมนไดอสระ แทงแมเหลกจะวางตวในแนวเหนอใตเสมอโดยปลายทชไป ทางทศเหนอ คอ ขวเหนอ (ขว N) ปลายทใชไปทางทศใต คอขวใต (ขว S)

- แรงกระท าระหวางขวแมเหลก ม 2 แบบคอ แรงดดกนเกดจากการน าขวแมเหลกตางชนดกนมาวางใกลกนและแรงผลกกนเกดจากการน าขวแมเหลกชนดเดยวกนมาวางใกลกน

2.7.4 สมบตทางแมเหลกของวสด (Properties Magnet Of Materials) สมบตทางแมเหลกของวสดขนอยกบโครงสรางของอะตอม และลกษณะการจบตวของอะตอมของธาตทประกอบกนขนเปนวสด และวตตกนทผลการตอบสนองของวสดตอสนามแมเหลกทมาเหนยวน าวสด วสดอาจถกแบงออกเปน 3 กลม ตามคาเพอรมบลตสมพนธ

- กลมไดอาแมกเนตก (Diamagnetic) ไดแก วสดทมเพอรมบลตสมพทธนอยกวา 1 - กลมพาราแมกเนตก (Paramagnetic) ไดแก วสดทมเพอรมบลตสมพทธมากกวา 1

เลกนอย - กลมเฟอรโรแมกเนตก (Ferromagnetic) ไดแก วสดทมเพอรมบลต สมพทธมากกวา 1

มาก ๆ - เมอถกเหนยวน าดวยสนามแมเหลก เฟอรโรแมกเนตกกจะแสดงอ านาจแมเหลกขนมา

ทงนธาตทเปนเฟอรโรแมกเนตกไดแก เหลก นกเกล โคบอลต แมเหลกถาวร (Permanent Magnets) แมเหลกถาวรคอ เฟอรโรแมกเนตกทสามารถรกษาส ภาพความเปนแมเหลกไวไดภายหลกจากทสนามแมเหลกทมาเหนยวน าไดหมดไปแลว แมเหลกถาวรมทงพวกทเปนโลหะผสมและพวกทเปนเซรามก พวกหลงนมชอวา (Ceramic Magnets) แมเหลกออน (Soft Magnets) แมเหลกออนไดแก เฟอรโรแมกเนต กทไมสามารถรกษาสภ าพความเปนแมเหลกไวไดภายหลงทสนามแมเหลกทมาเหนยวน าหมดไป ตวอยางแมเหลกทส าคญไดแก เหลกกลาผสมวลคอนเหลกกลาผสมนคเกลหรอทเรยก เปนชอทางการคาวา เพอรมาลลอย (Permalloy) แมเหลกทกชนดมสนามแมเหลกรอบ ๆ แทง และมแรงแมเหลกกระ ท ากนระหวางแมเหลก 2 แทงเนองจากแรงปฎกรยาภายในสนามแมเหลกวตถใด ๆ ทถกท าใหเปนแมเหลกไดกจะกลายเปนแมเหลก และจะกลายเปนแมเหลกเมอวางไวในสนามแมเหลก การเคลอนทของประจ (ปกตคออเลกตรอน ) ท าใหเกดสนามแมเหลกเชนเดยวกน

35

2.8 วงจรบรดสเรคตไฟเออร (Bridge Rectifier) [14] วงจรทใหสญญาณออกเปนรปฟลเวฟ (Full Wave) แตทตางกนคอในวงจรบรดสจะใชไดโอด 4 ตว และหมอแปลงจะเปนแบบไมมเซนเตอรแทป

ก. วงจรบรดสเรคตไฟเออรข.สญญาณของวงจร

ภาพท 2.23วงจรเรกตไฟเออร เตมคลนแบบบรดจ

บรดจ มไดโอด D1-D4 เปนวงจรเรกตไฟเออรหมอแปลง T1 เปนชนดธรรมดาไมม แทปกลาง (CT) วดสญญาณทจด 1 และจด 2 ออกมาไดเหมอนกบเรกตไฟเออรเตมคลนใชหมอแปลงแทปกลางทกประการการท างานของวงจรตามรปท 2.17 อธบายไดดงน ทจด 1 เมอมแรงดนไฟสลบซกบวกต าแหนง A ปอนเขามา ไดโอด D2, D4 ไดรบไบอสตรงน ากระแสมกระแสไหลผาน D2, RL และผาน D4 ครบวงจร ไดแรงดนตกครอม RL ตามจด 2 ทต าแหนง A สวนไดโอด D1, D3 ไดรบไบอสกลบไมน ากระแสเมอมแรงดนไฟสลบซกลบต าแหนง B ของจด 1 ปอนเขามาไดโอด D1, D3 ไดรบไบอสตรงน ากระแสมกระแสไหลผาน D3, RL และผาน D1 ครบวงจร ไดแรงดนตกครอม RL ตามจด 2 ทต าแหนง B สวนไดโอด D2, D4 ไดรบไบอสกลบไมน ากระแสเมอมแรงดนไฟสลบซกบวกต าแหนง C ของจด 1 ปอนเขามาอกครง ไดโอด D2, D4 ไดรบไบอสตรงน ากระแส เปนการท างานซ าเหมอนกบทต าแหนง A ทกประการไดแรงดนตกครอม RL ตามจด 2 ทต าแหนง C และเมอมแรงดนไฟสลบซกลบต าแหนง D ของจด 1 ปอนเขามาอกครง ไดโอด D1, D3 ไดรบไบอสตรงน ากระแสเปนการท างานซ าเหมอนกบทต าแหนง B ทกประการ ไดแรงดนตกครอม RL ตามจด 2 ทต าแหนง D

36

บทท3 การออกแบบโครงงาน

ในสวนของการออกแบบนนเราจะน าทฤษฎทเกยวของในบทท2มาท าการออกแบบโครงงานโดยมขนตอนในการออกแบบตางๆดงน

3.1 การค านวณหากระแสของโหลด

ขนาดโหลด LED 30 W ใชระบบแรงดน 12 V จากสมการ

I = P

V (3.1)

โดยท I คอ กระแสไฟฟา P คอ ก าลงไฟฟา V คอ ความตางศกยไฟฟา

= 30

12

= 2.5 A

ก.โคมไฟLED แบบเสรจสมบรณ ข. โครงสรางโคมไฟ LED

ภาพท 3.1 ภาพแสดงดวงโคมLED

37

ตารางท 3.1 รายละเอยดดวงโคม LED

Product model ML 018 20W

Input Voltage AC 85~265V

Power Frequency Range 47~63Hz

Chip Power Factor (PF) >0.95

Total Harminic Distortion <3%

Lamp Power Factor >0.88

Working Voltage DC20V

LED Power Consmption 21W

System Consumption 22.7W

LED Luminous Efficiency ≥ 80Lm/w

LED Initial Flux ≥ 1600Lm

Lamp'sLuminousEfficiency(%) ≥ 95%

Average

4 M Height 25.63Lux

6 M Height 13.56Lux

8 M Height 6.72Lux

Effective 4 M Height 4.8*14m2

IIIumination (E) 6 M Height 7.2*21m2

8 M Height 9.6*28m2

Color Temperature

3500K~7000K

38

3.2 การค านวณหาขนาดของแบตเตอร

จากสมการ

Battery = Pload ×ชวโมงทใชงาน

ประสทธภาพแบตเตอร ×แรงดนแบตเตอร (3.2)

= 30w × 8 ชวโมง

0.6 × 12 V

= 33.33 Ah

ในระบบโคมไฟ LED นจะตองใชแบตเตอรขนาด 33.33Ahและแบตเตอรในทองตลาดมจ าหนายอยทขนาด 30 – 40 Ah

โครงงานนเลอกแบตเตอรทใชในระบบเทากบ 40 Ah

3.3 การค านวณหาขนาดของโซลาเซลล

จากสมการ

Psolar = Pload ×ชวโมงทใชงาน

จ านวนชวโมงในการชารจ (3.3)

=30w × 8

5

= 48W

ในโครงงานนไดรบค าแนะน าจากวศวกรบรษทเนาวรตนพฒนาการ จ ากด มหาชน คอ ใชขนาดของโซลาเซลลเทากบขนาดของแบตเตอร คอ 40W

39

3.4 ตวควบคมการประจไฟฟาขนาด12 V / 10 A

ภาพท 3.2 ชดควบคมการประจไฟฟา

ตารางท 3.2คณลกษณะของตวควบคมการประจ

Model EPIP

System 12 V / 10 A

Input Voltage 0 – 21 V

Special Function DC Output (Auto)

รายละเอยด : ชดควบคมชารจไฟ ขนาด 12V/10A Control Charger ท าหนาทควบคมการประจกระแสไฟฟาทมาจากแผงเซลลแสงอาทตยเขาแบตเตอร ซงจะควบคมการประจกระแสไฟฟาใหมปรมาณทเหมาะสมและมประสทธภาพ เพอชวยยดอายการใชงานของแบตเตอร

คณสมบต :

- ประสทธภาพสง สามารถชวยในการเพมหรอลดและชดเชยระดบกระแสไฟฟาจากแผงโซลาเซลลเขาแบตเตอร จงท าใหชวยยดอายการใชงานของแบตเตอร

- มระบบปองกนหากมอณหภม สงเกน - มระบบการปองกนความเสยหายจากการลดวงจร ,Over load และการตออปกรณกลบ

ขว - ตดไฟเมอระบบชารจเตม และเรมชารจใหมเมอแรงดนต าลง

40

3.5 คณสมบตของโซลาเซลลทใช

ภาพท 3.3 โซลาเซลลแบบโมโน

ตารางท 3.3คณลกษณะทางไฟฟาของแผงเซลลแสงอาทตย รน NF 40M

ก าลงสงสด 40 วตต

แรงดนไฟฟาทก าลงสงสด 17.1 โวลต

กระแสไฟฟาทก าลงสงสด 2.34 แอมป

กระแสไฟฟาทลดวงจร 2.67 แอมป

แรงดนไฟฟาเมอเปดวงจร 21.42 โวลต

จ านวนชนเซลล 36(4*9) ชน

ขนาดแผง 626*540*30 มลลเมตร

น าหนก 4 กโลกรม

41

3.6 การออกแบบกงหนลม 3.6.1การวดระดบความเรวลม ในการวดความเรวลมจากการวดแสดงใหเหนวาระดบความเรวลมทวดไดในแตละชวงเวลานนจะไดคาทแตกตางกนไปดงภาพท 3.4 จากสาเหตดงกลาวทางกลมเลอกใชความเรวลมในการออกแบบกงหนลมทระดบความเรวลม 4.5 m/s

ภาพท 3.4 การวดระดบความเรวลม

3.6.2การหาก าลงงานจากขนาดของใบพด จากขนาด ของใบกงหน มเสนผานศนยกลาง 50 ซม.ยาว 70 ซม. ความหนา 1 มม. ทความเรวลม 4.5 m/s หาก าลงงานทใบกงหนได

จากสมการ PW =

1

2ρAv3 (3.4)

โดยท PW คอ ก าลงงานจากขนาดใบพด (W)

ρ คอ ความหนาแนนของอากาศมคาเทากบ 1.225 kg/m3

A คอ พนทหนาตด (m2) v คอ ความเรวลม (m/s)

42

PW =1

2 (1.225)(3.14)(0.35)(4.53)

= 63 w ซงก าลงทไดรบนเปนก าลงทไดรบจากลมไมใชก าลงไฟฟาทใชได ซงจะตองขนอยกบประสทธภาพของใบพด ประมาณ 45% และประสทธภาพของเครองก าเนดประมาณ 85% ซง จะไดเปนก าลงไฟฟา PW = (63)(0.45)(0.85) = 24 w 3.6.3 การค านวณหาความเรวรอบ ในเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบนน ความถของแรงดนไฟฟาเหนยวน าทเกดขนนนจะมความสมพนธกบความเรวรอบในการหมนของโรเตอรและจ านวนขวแมเหลก ความเรวรอบของใบพดกงหนลมก จะหมนดวยความเรวเดยวกน กบโรเตอรและจ านวนขวแมเหลก การค านวณหาความเรวรอบของใบพดกงหนลมนน กงหนลมจะหมนดวยความเรวรอบเทาไรขนอยกบปจจยสามอยางคอ ความเรวลมจ านวนใบพด และความโตของใบพด เราสามารถค านวณความเรวรอบได จากสมการ

rpm= wind speed × tsr × 60 / (D × π) (3.5) โดยท rpm คอ ความเรวรอบ (รอบ/นาท) wind speed คอ ความเรวลม (m/s)

tsr คอ อตราสวนความเรว ณ.ปลายใบพด (Tip Speed Ratio)

D คอ ขนาดเสนผานศนยกลางของใบพด (m) π คอ คาคงท หา tsr =

ωR

V∞

43

tsr = 2πR

V∞

=2×3.14×(25×10−2)

4.5

= 0.35 ดงนน rpm = 4.5 × 0.35 × 60/((0.50) × 3.14)

= 60 รอบ / นาท

3.7การออกแบบเครองก าเนดไฟฟา การออกแบบเครองก าเนดไฟฟาแมเหลก ถาวรตามแนวแกน(Axial Flux Permanent-Magnet Generator)ชนด 1 เฟสแบบ 8 คอลย 8โพล แรงดน 20โวลต ทพกด20 วตต

3.7.1 การค านวณหากระแส จากสมการ

I = P

V (3.6)

โดยท I คอ กระแสไฟฟา P คอ ก าลงไฟฟา V คอ ความตางศกยไฟฟา

= 20

20

= 1.00 A ดงนน ใชลวดทองแดงเบอร 27เพราะทนกระแสได 1.7 A ตามตารางลวดทองแดงท 3.3

3.7.2 การค านวณหาชวงของขวแมเหลก (Pole Pitch)

จากสมการ

Pole Pitch = 360°

P (3.7)

มมทางกล m = 360°

P (3.8)

มมทางไฟฟา e๐ = m × P

2 (3.9)

44

Pole Pitch = 360°

P

= 360°

8

= 45 องศาทางกล

e๐ = Pole Pitch xP

2

=45 x8

2

= 180 องศาทางไฟฟา ดงนน จะตองวางขดลวด 8 ขด และวางหางกน 45 องศาทางกล

มมทางกล = มมทางกลของโรเตอร - มมทางกลของสเตเตอร

= 45 - 45 = 0 องศาทางกล มมทางไฟฟา = มมทางไฟฟาของโรเตอร - มมทางไฟฟาของสเตเตอร = 180 - 180 = 0 องศาทางไฟฟา

3.7.3การค านวณหาความถ (Hz) จากการค านวณความเรวรอบของกงหนลมอยท 60 รอบ / นาท

จากสมการ N = 120f

P (3.10)

โดยท f คอ ความถของระบบไฟฟาทตองการ (Hz) P คอ จ านวนขวแมเหลก

N คอ ความเรวรอบของเครองก าเนดไฟฟา (rpm)

f = 60×8

120

= 4 Hz

3.7.4 การค านวณหาจ านวนรอบตวน า - แรงดนทตองการประมาณ 20 V

45

- ลวดตวน า A.W.G. เบอร 27 ทนกระแสได 1.7A - พนขดลวดแบบเตมชวง (Full Pitch) ซงมระยะคอลยเทากบ 180 องศาไฟฟา

- แมเหลกถาวร 8 คของขวแมเหลกขนาด กวาง 25mm ยาว 40mm หนา 10 mm - ความหนาแนนของเสนแรงแมเหลกสงสด 4000เกาต (1 เกาต) (G)

0.08 เทสลา (T) เพราะฉะนน 4000×0.0001 0.4T

จากสมการ n = Erms /p h

4.44∅fKp Kd (3.11)

โดยท Erms/phคอ แรงดนทตองการตอเฟส

∅คอ เสนแรงแมเหลก(wb) f คอ ความถ (Hz) nคอ จ านวนรอบตวน า (รอบ) Kp คอ ตวประกอบระยะขดลวด(Pith Factor) Kd คอ Distribution Factor

Pith Factor Kp = cos

β

2 (3.12)

= cos 0

2

= 1

Kd = sin mα

2

m sinα2 (3.13)

m = slot/pole/phase

แตเนองเปนการพนขดลวดแบบการพนรวม(Concentric) m จงเทากบ 1 α =

180

8 (3.14)

= 22.5

46

Kd =sin 1 22.5

2

1 sin 22.52

= 1

Magnetic flux ∅ = BA (3.15)

โดยท ∅ คอ เสนแรงแมเหลก(Wb)

B คอ ความหนาแนนของเสนแรงแมเหลก 0.4 เทสลา A คอพนทของแมเหลก(mm2)

= ((0.4)(0.025×0.04×0.01) = 0.4 mWb

ดงนน n = Erms /p h

4.44 ∅ f kp kd (3.16)

= 20

(4.44)( 0.4mWb )(4Hz )(1)(1)

= 2,815.32 รอบ = 2,816 รอบ

ดงนน จ านวนรอบตวน าทงหมดเทากบ 2,816รอบ จ านวนคอลยทตองการ 8 คอลย n=2816

8

=352

=352 รอบ/ขด

ดงนนจ านวนรอบตวน าตอขดเทากบ 352 รอบ/ขด 3.7.5การพนขดลวดและการตอขดลวด

47

ขนาดของคอยลทพนจ านวน352รอบจ านวน8 คอยล การพนตองพนใหเหมอนกนทงชด 250รอบโดยพนรอบแกนไมขนาดเทากบแมเหลก กวาง 25mm ยาว 40mm หนา 10 mmการตอขดลวดใชวธการปลายตอปลายหวตอหวจนครบ 8 ขด

L

N

ภาพท3.5 การตอขวดลวดแบบหนงเฟส8 ขด ในการพนขดลวด เปดตารางเปรยบเทยบขนาดขดลวดตวน า A.W.G. เบอร 27 ทนกระแสได 1.7 A การพนขดลวดอารเมเจอรนเปนการพนแบบกระจก หรอแบบรวม (Concentrated) การพนขดลวดจ านวน 8ขด การพนตองพนใหเหมอนกนทงชด 352รอบโดยพนรอบแกนไมขนาดเทากบแมเหลก เวลาวางขดลวด ตองวางเหมอนกน หงายหรอคว าเหมอนกน

ภาพท3.6ลกษณะโครงสรางสเตเตอร8 ขด เฟสเดยว

48

ภาพท 3.7 การตอขดลวด

การเทเรซนสเตเตอรปรมาณของสารเรงแขง (Catalyst) ทใชขนอยกบอณหภมรอบขาง ปรมาณการใชสารเรงแขงจะเปลยนไปตามชนดของเรซน ถาไมแนใจวาควรจะใชปรมาณเทาใด ควรใชสารเรงแขงแตเพยงนอยๆ แลวคอยใหความรอนกบชนงานทหลงเพอเร งใหเรซนแขงตวอตราสวนการเทเรซน เรซน 1 ลตร ตอ น ายาเรง 2 ฝา ส าหรบการเท จะเทครงละ1 ลตรแลวอกครงชวโมงกเทอกจนกวาจะเตม

3.7.6 การออกแบบตวโรเตอร การวางแมเหลกโดยดจากการลกษณะการหมนของแมเหลก ผานขดลวดตวน าใหไดรศมทเหมาะสมเมอไดรศมกสามารถค านวณหาเสนรอบวงเพอจดวางต าแหนงของแมเหลก

S

S S

S

NN

N

N

SS

SS

N

NN

N

ภาพท3.8 ลกษณะโครงสรางของโรเตอร

ท าการวางแมเหลกหางกน 45 องศา โดยการวางแมเหลกนนใหวางสลบขวเหนอและขวใต

49

ภาพท 3.9ลกษณะการวางแมเหลก

การเทเรซนเราตองท าขอบแผนโรเตอรโดยใชเทปกาวพนขอบโรเตอรสงขนมาเหนอแผนโรเตอรแลวอดกาวอกรอบเผอวามนจะหลดออกมาและตองหาแผนไมวงกลมมาวางตรงกลางเพอท าเบาตรงกลางส าหรบเจาะรยดโดยปรมาณของสารเรงแขง (Catalyst) ทใชขนอยกบอณหภมรอบขางปรมาณการใชสารเรงแขงจะเปลยนไปตามชนดของเรซนถาไมแนใจวาควรจะใชปรมาณเทาใดควรใชสารเรงแขงแตเพยงนอยๆแลวคอยใหความรอนกบชนงานทหลงเพอเรงใหเรซนแขงตวอตราสวนการเทเรซน เรซน 1 ลตร ตอ น ายาเรง 2 ฝา ส าหรบการเท จะเทครงละ 1 ลตร แลวอกครงชวโมงกเทอกจนกวาจะเตม

ภาพท 3.10การท าแผนขอบโรเตอรและการเทเร ซนลงบนแผนโรเตอร

50

ตารางท 3.4จ านวนรอบลวดทองแดงทใชแกนอากาศ1 x 2 x 1/2 นว AWG gauge

Conductor Diameter

Inches

Conductor Diameter

mm

Ohms per

1000 ft

Ohms per mm

Maximum amps

for chassis wiring

Maximum amps for

power transmissi

on

Maximum frequency for

100% skin depth for

solid conductor

copper 0000 0.46 11.684 0.049 0.16072 380 302 125 Hz 000 0.4096 10.40384 0.0618 0.202704 328 239 160 Hz 00 0.3648 9.26592 0.0779 0.255512 283 190 200 Hz 0 0.3249 8.25246 0.0982 0.322424 245 150 250 Hz 1 0.2893 7.34822 0.1239 0.406392 211 119 325 Hz 2 0.2576 6.54304 0.1563 0.512664 181 94 410 Hz 3 0.2294 5.82676 0.197 0.64616 158 75 500 Hz 4 0.2043 5.18922 0.2485 0.81508 135 60 650 Hz 5 0.1819 4.62026 0.3133 1.027624 118 47 810 Hz 6 0.162 4.1148 0.3951 1.295928 101 37 1100 Hz 7 0.1443 3.66522 0.4982 1.634096 89 30 1300 Hz 8 0.1285 3.2639 0.6282 2.060496 73 24 1650 Hz 9 0.1144 2.90576 0.7921 2.598088 64 19 2050 Hz 10 0.1019 2.58826 0.9989 3.276392 55 15 2600 Hz 11 0.0907 2.30378 1.26 4.1328 47 12 3200 Hz 12 0.0808 2.05232 1.588 5.20864 41 9.3 4150 Hz 13 0.072 1.8288 2.003 6.56984 35 7.4 5300 Hz 14 0.0641 1.62814 2.525 8.282 32 5.9 6700 Hz

51

ตารางท 3.4 (ตอ) AWG gauge

Conductor Diameter

Inches

Conductor Diameter

mm

Ohms per

1000 ft

Ohms per mm

Maximum amps for chassis wiring

Maximum amps for

power transmission

Maximum frequency for 100% skin depth for solid

conductor copper

15 0.0571 1.45034 3.184 10.44352 28 4.7 8250 Hz 16 0.0508 1.29032 4.016 13.17248 22 3.7 11 kHz 17 0.0453 1.15062 5.064 16.60992 19 2.9 13 kHz 18 0.0403 1.02362 6.385 2.9428 16 1.3 17 kHz 19 0.0359 0.91186 8.051 26.40728 14 1.8 21 kHz 20 0.032 0.8128 10.15 33.292 11 1.5 27 kHz 21 0.0285 0.7239 12.8 41.984 9 1.2 33 kHz 22 0.0254 0.64516 16.14 52.9392 7 0.92 42 kHz 23 0.0226 0.57404 20.36 66.7808 4.7 0.729 53 kHz 24 0.0201 0.51054 25.67 84.1976 3.5 0.577 68 kHz 25 0.0179 0.45466 32.37 106.1736 2.7 0.457 85 kHz 26 0.0159 0.40386 40.81 133.8568 2.2 0.361 107 kHz 27 0.0142 0.36068 51.47 168.8216 1.7 0.288 130 kHz 28 0.0126 0.32004 64.9 212.872 1.4 0.226 170 kHz 29 0.0113 0.28702 81.83 268.4024 1.2 0.182 210 kHz 30 0.01 0.254 103.2 338.496 0.86 0.142 270 kHz

52

3.8ออกแบบและโครงสราง

0.5m

0.7m

1.3m 3.5m3.3m4.5m

ภาพท 3.11โครงสรางและอปกรณ

การออกแบบโครงสรางโดยใชตวเสาสงขนาด 3.5 เมตรตดตงโคมไฟขนาด 30 วตต สงจากพน 3.5 เมตร ตดตงแผงโซลาเซลขนาด 40 วตต สงจากพน 3.3 เมตร ตดตงเครองก าเนดไฟฟากระแสสลบขนาด 20 วตตบรเวณหวเสา ตดตงใบกงหนขนาดวามกวาง 0.5 เมตร ยาว 0.7 เมตร ทแกนเพลาของเครองก าเนดไฟฟา และตดตงตควบคมสงจากพน 1.3 เมตร

53

3.9 โครงงานทเสรจสมบรณ

ภาพท 3.12 โครงงานทเสรจสมบรณ

54

บทท4 การทดลองและผลการทดลอง

ในสวนของการทดลองโครงงานนนจะมการทดลองและเกบผลของตวโครงงานทงหมดซงมการทดลองดงน

4.1การทดลองการเกบประจและการจายพลงงานของโซลาเซลล

4.1.1วตถประสงค

1. เพอใหทราบวาแผงโซลาเซลลนนสามารถเกบพลงงานไดหรอไม 2. เพอใหทราบวาแผงโซลาเซลลนนมประสทธภาพทเพยงพอตอการจายใหโหลดในแต

ละวนหรอไม

4.1.2 อปกรณในการทดลอง

1. แผงเซลลแสงอาทตยขนาด 40 W 1 ชด 2. Control Charger ขนาด 10 A 3. แบตเตอร 12 V ขนาด 40 Ah แบบแหง 4. โวลตมเตอรไฟฟากระแสตรง 1 ตว 5. แอมมเตอรไฟฟากระแสตรง 1 ตว 6. สายไฟ VSF Size 4.0 SQ. m. m.

55

4.1.3 รปการทดลอง

ภาพท 4.1 โครงสรางและอปกรณ 4.1.4 ขนตอนการทดลอง

1. ท าการตอวงจรการทดลองดงภาพท 4.1 2. วดคาแรงดนและกระแสกอนผาน Control Charger ทกๆชวโมงพรอมบนทกผลการทดลอง 3. วดคาแรงดนและกระแสหลงผาน Control Charger ทกๆชวโมงพรอมบนทกผลการทดลอง

56

4.1.5 ผลการทดลอง

ตารางท 4.1ผลการทดลองการเกบประจและการจายพลงงานของโซลาเซล ล

เวลา

INPUT เปอรเซนตแบตเตอร แรงดน กระแส ก าลงงาน

(V) (A) (W) (%)

08.30 น.-09.30 น. 16.60 1.50 24.90 37

09.30 น.-10.30 น. 17.80 1.80 32.04 41

10.30 น.-11.30 น. 20.00 2.20 44.00 46

11.30 น.-12.30 น. 19.50 2.00 39.00 52

12.30 น.-13.30 น. 20.00 2.50 50.00 58

13.30 น.-14.30 น. 20.10 2.70 54.27 61

14.30 น.-15.30 น. 19.90 2.10 41.79 66

15.30 น.-16.30 น. 17.50 1.70 29.75 71

16.30 น.-17.30 น. 16.00 1.50 24.00 75 4.1.6 สรปผลการทดลอง

พบวาจากกราฟท าใหทราบวาแผงโซลาเซลลนนสามารถผลตไฟฟาไดเพยงพอทจะจายใหกบโหลด

57

ภาพท 4.2การทดลองการจายพลงงานของโซลาเซลลและการเกบประจเขาแบตเตอร

ภาพท 4.3การทดลองการเกบประจและการจายพลงงานของโซลาเซลล

01020304050607080

08.30

น.-09.3

0 น.

09.30

น.-10.3

0 น.

10.30

น.-11.3

0 น.

11.30

น.-12.3

0 น.

12.30

น.-13.3

0 น.

13.30

น.-14.3

0 น.

14.30

น.-15.3

0 น.

15.30

น.-16.3

0 น.

16.30

น.-17.3

0 น.

INPUT แรงดน (V)

INPUT กระแส (A)

INPUT ก าลงงาน (W)

เปอรเซนตพลงงานในแบตเตอร (%)

58

4.2 การทดลองหาคณสมบตของระบบรวมเมอท าการจายโหลด 10ชวโมง

4.2.1 วตถประสงค

1. เพอตองการทดสอบระบบรวมของโหลด 2. เพอดวาความสวางของหลอด LED นนไดตามมาตรฐานหรอไม 3. เพอหาวาใน 1 วนโหลดกนกระแสไปเทาไหร

4.2.2 อปกรณการทดลอง

1. แบตเตอร 12V ขนาด 40 Ah แบบแหง 2.Control Charger ขนาด 10 A 3.โคมไฟสองทาง LED ขนาด 18 W 4.โวลตมเตอรไฟฟากระแสตรง 1 ตว 5.แอมมเตอรไฟฟากระแสตรง 1 ตว 6. สายไฟ VSF Size 4.0 SQ. m .m 300 V

4.2.3 รปการทดลอง

ภาพท 4.4การทดลองเพอหาคณสมบตของระบบรวมเมอท าการจายโหลด 10 ชวโมง

4.2.4 ขนตอนการทดลอง

1. ตอวงจรการทดลองตามภาพท 4.4 2. ใหโคมไฟสองทาง LED ขนาด 18W เปนโหลด 3. วดคาแรงดนและกระแสผาน Control Charger ทกๆครงชวโมงพรอมบนทกผลการ

ทดลอง

59

4.2.5 ผลการทดลอง

ตารางท 4.2ผลการทดลองการคายประจของแบตเตอรกบดวงโคม LED ทกๆชวโมงในเวลากลางคน

4.2.6 สรปผลการทดลอง

จากการทดลองพบวาเมอท าการใชงานดวงโคม LED เปนระยะเวลา 10 ชวโมงตามวตถประสงค ดวงโคม LED สามารถใหแสงสวางทระยะ 4 m เฉลย 27 Luxlumen จากตารางท 4.2 จะเหนวามการใชกระแสและแรงดนตกลงไมมากนก จงนบไดวาระบบททดลองในโครงงานโคมไฟ LED นสามารถใชงานไดจรงตลอดระยะเวลา 10 ชวโมง

กระแสทหลอด LED

แรงดนทหลอด LED

ก าลงงานทหลอด LED

ความสวางของหลอด LED ทระยะ 4 m

(I) (V) (W) (E)

18.30 - 19.30 0.78 18.25 14.24 29

19.30 - 20.30 0.71 18.09 12.84 28

20.30 - 21.30 0.68 18.04 12.27 28

21.30 - 22.30 0.71 17.97 12.76 27

22.30 - 23.30 0.74 17.9 13.25 27

00.30 - 01.30 0.65 17.88 11.62 25

01.30 - 02.30 0.67 17.89 11.99 25

02.30 - 03.30 0.68 17.88 12.16 24

03.30 - 04.30 0.66 17.84 11.77 24

04.30 - 05.30 0.67 17.85 11.96 23

60

ภาพท 4.5การใชกระแสแรงดน และความสวางของโคมไฟ LED ตลอดเวลา 10 ชวโมง

ภาพท 4.6ความสวางของหลอดไฟทระยะตงแต 1 เมตรถง4 เมตร

0

5

10

15

20

25

30

3518.30

- 19.3

019.30

- 20.3

020.30

- 21.3

021.30

- 22.3

022.30

- 23.3

000.30

- 01.3

001.30

- 02.3

002.30

- 03.3

0 03.30

- 04.3

004.30

- 05.3

0

กระแสทหลอด LED (I)

แรงดนทหลอด LED (V)

ก าลงงานทหลอด LED (W)

ความสวางของหลอด LED ทระยะ 4 เมตร (E)

I,V,W,E

61

4.3การทดลองการวดแรงดนจากเครองก าเนดไฟฟาในขณะทไมมโหลด

4.3.1 วตถประสงค

1.เพอหาแรงดนทไดในแตละรอบการท างานวามคาเทาไหรในขณะทไมมโหลด 2.เพอหาวาแรงดนทไดนนเปนไปตามทไดตงเปาหมายไวหรอไม

4.3.2อปกรณการทดลอง

1. Servo machine 1 เครอง 2. มลตมเตอร 1 ตว 3. Generator 1 ตว

4.3.3 รปการทดลอง

ภาพท 4.7การตอวงจรการทดลองการวดแรงดนจากเครองก าเนดไฟฟาขณะทไมมโหลด

4.3.4 การทดลอง

1. ตอ Generator เขากบเครอง Servo machine 2. เพมความเรวรอบจาก 10ถง 150 รอบแลวบนทกผลแรงดนทไดลงในตาราง

4.3.5 ผลการทดลอง

62

ตารางท 4.3 ผลการทดลองการวดแรงดนจากเครองก าเนดไฟฟาในขณะทไมมโหลด

รอบการท างาน (rpm) แรงดน(V) 10 1.42 20 2.87 30 4.33 40 5.75 50 7.15 60 8.46 70 9.83 80 11.54 90 12.85

100 12.94 110 14.12 120 15.36 130 17.22 140 19.87 150 21.47

4.3.6 สรปผลการทดลอง จากการทดลองพบวารอบการท างานท 80รอบนนแรงดนทไดอยท 11.54 Vซงจากท

ออกแบบไวจะตองได 20 V ท าใหทราบวาจะตองเพมรอบท 150รอบแรงดนถงจะได 20 V ตามทค านวณไว

63

ภาพท 4.8แรงดนจากเครองก าเนดไฟฟาขณะไมมโหลด

ภาพท 4.9การทดลองการท างานของเครองก าเนดไฟฟา

0

50

100

150

200

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

รอบการท างาน (rpm)

แรงดน (V)

64

4.4การทดลองวดระดบแรงดนของกงหนลม

4.4.1วตถประสงค

1. เพอตองการหาวาระดบแรงดนทไดนนเปนไปตามทออกแบบไวหรอไม 2. เพอตองการหาวาแรงดนไฟตรงทไดนนมากพอทจะชารจเขาแบตเตอรหรอไม

4.4.2 อปกรณการทดลอง

1. พดลมขนาดใหญ 1ตว 2. เครองวดระดบความเรวลม 1 เครอง 3. มลตมเตอร 1 ตว

4.4.3 รปการทดลอง

ภาพท 4.10วงจรการทดลองวดระดบแรงดนของกงหนลม

4.4.4 การทดลอง

1.ท าการตอวงจรตามรป 2. ท าการวดคาแรงดนทไดกอนผานบรดจและหลงจากผานบรดจ

3.บนทกผลการทดลอง

65

ตารางท 4.4 ผลการทดลองการวดระดบแรงดนของกงหนลมกบพดลม 4.4.5 ผลการทดลอง

4.4.6 สรปผลการทดลอง

จากการทดลองพบวาแรงดนทไดนนทความเรวลมทไดออกแบบ คอ 4.5m/s จะไดแรงดนอยท 20.8 Vออกมาเปนไฟตรงและทไฟสลบอยท 15.18 V

ภาพท 4.11 แรงดนของกงหนลม

0

10

20

30

40

50

1m 2m 3m

แรงดน

(V)

แรงดน (v) DC

แรงดน (v) AC

ระยะหางของกนหนลมและพดลม

ความเรวลม แรงดน (V)

AC DC 1m 6-7m/s 18.36 22.7 2m 4-5m/s 15.18 20.8 3m 2-3m/s 12.54 17.8

66

4.5 การทดลองวดกระแสในการชารจเขาแบตเตอรของกงหนลม

4.5.1 วตถประสงค

1.เพอหาวากระแสในการชารจเขาแบตเตอรนนไดตามทออกแบบไวหรอไมซงจาก ทออกแบบนนคอ 1A 2.เพอตองการหาวาแรงดนกอนเขาชารจแบตเตอรมคาเปนอยางไรเมอจ านวนรอบเพมขน 3.เพอตองการหาวาแรงดนทไดเมอผานบรดจแลวนนสามารถชารจเขาแบตเตอรหรอไม

4.5.2 อปกรณการทดลอง

1. Servo machine 1เครอง 2. โวลทมเตอร 2 ตว 3. Generator 1 ตว

4.5.3 รปวงจร

ภาพท 4.12วงจรการทดลองวดกระแสในการชารจเขาแบตเตอรของกงหนลม

67

4.5.4 ผลการทดลอง

ตารางท 4.5 ผลการทดลองวดแรงดนทไดกอนชารจเขาแบตเตอร

ความเรวลม (rpm) แรงดน (Vac)

10 1.87 20 3.63 30 5.38 40 7.28 50 9.10 60 10.88 70 12.55 80 14.67 90 16.26

100 17.98 110 19.82 120 21.86 130 23.57 140 25.41 150 27.16 160 28.82 170 30.80

4.5.5 สรปผลการทดลอง จากการทดลองพบวาแรงดนทไดนนสามารถชารจเขาแบตเตอรได

ภาพท4.13แรงดนทไดกอนชารจเขาแบตเตอร

050

100150200

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

ความเรวลม (rpm)

แรงดน (Vac)

68

ตารางท 4.6ผลการทดลองวดกระแสในการชารจเขาแบตเตอรของกงหนลม

4.5.6 สรปผลการทดลอง จากการทดลองพบวากระแสทไดนนมคาทนอยจากทค านวณไวโดยคาทไดค านวณไวคอ

1 A แตแรงดนทไดนนสามารถชารจเขาแบตเตอรได

ภาพท 4.14 การทดลองวดกระแสในการชารจเขาแบตเตอรของกงหนลม

0

50

100

150

200

250

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

กระแส A

แรงดน Vdc

แรงดน Vac

ความเรวรอบ(rpm) แรงดน Vac แรงดน Vdc กระแส A 70 12.30 11.56 0.03 80 12.31 12.02 0.07 90 12.32 12.24 0.11

100 12.35 12.56 0.16 110 12.37 12.62 0.20 120 12.39 12.85 0.25 130 12.41 13.10 0.29 140 12.43 13.15 0.34 150 12.47 13.35 0.39 160 12.52 13.36 0.43 170 12.52 13.50 0.48

69

บทท 5 สรปและขอเสนอแนะ

จากผลการทดลองของโคมไฟสองทางพลงงานลมและพลงงานแสงอาทตยพบวาในสวน

ของพลงงานแสงอาทตยนนทมการน า โซลาเซลลมาใชผลทไดคอประส ทธภาพของโซลาเซลลใน

การเกบพลงงานนนถอวาไดตามเปาหมายทตงไวคอสามารถน าพลงงานนไปใชกบหลอด LEDได

เปนเวลา 8ชวโมงแตในสวนของกงหนลมนนพบวาประสทธภาพทไดยงไมดพอหรอไมเพยงพอตอ

การจายไฟใหกบโหลดซงจากการทดลองครงนท าใหทราบถงปญหาตางๆเหลาน

ปญหาจากทดลองโครงงานนคอ สวนของเครองก าเนดไฟฟาพบวาแรงดนทไดในขณะท

ไดไมมโหลดจากการออกแบบรอบการท างานไวท 70 รอบ พบวาแรงดนทได 11.56V ซงไม เปนไปตามเปาหมายทตงไว สวนของกงหนลมนนประสทธภาพยงไมดพอเนองจากกงหนลมรบลมไดไมดเทาทตองการท าใหแรงดนทไดไดไมเพยงพอทจะชารจแบตเตอรสวนของโครงสรางของเสานนยงไมมนคงและแขงแรงเทาทควร

ขอเสนอแนะทควรค านงถงในท าโครงงานนคอ การท าเครองก าเนดควรระมดระวงในเรองของการพนขดลวด การวางขดลวดและการหลอเรซนในการออกแบบกงหนควรออกแบบใหสามารถรบลมไดอยางมประสทธภาพในการออกแบบในสวนของโครงสรางนนควรมการออกแบบใหแขงแรงขนโดยการท าเสาใหปกลงไปในดนหรอไมกท าฐานใหกวางขนเพอเพมพนทในการรอง รบสวนกงหนทอยดานบน

70

เอกสารอางอง

[1] http://www.maerim.ac.th/present_teach/ebook/anothai/_diode.html [2] http://www.edco.co.th/Index.php?option=com [3] http://industrial.hidofree.com [4] http://www.neutron.rmutphysics.com/news/index.php?option=com_ content&task=view&id=2128&Itemid=3 [5] www.ces.kmutt.ac.th/PV_text/Designer_CH1toCH5.pdf [6] http://www.kmitl.ac.th/~s9010317/solar_cell.htm [7] http://lab.excise.go.th/group3/battery/batstruc.htm [8]http://www.dede.go.th/dede/index.php?option=com_content&view= article&id=98%3A2010-05-04-10-46-05&catid=54&Itemid=68&lang=th [9] ไชยชาญ หนเกด เครองกลไฟฟา2. กรงเทพฯ: สมคมสงเสรมเทคโนโลย (ไทย-ญปน), 2547 [10] พรศกด วรสนทโรสถ เครองจกรไฟฟา 1 วงจรแมเหลก และเครองจกรไฟฟากระแสตรง พมพครงท 1 โรงพมพสถาบนเทคโนโลยพระจอมเกลา 2520

[11] http://www.mmv.ac.th/supphapong/sci%20617.htm [12] http://202.28.94.55/web/322103/2551/work1/g12/page5.html [13]http://www.horhook.com/wbi/ec/5magnet-04.htm [14] http://www.neutron.rmutphysics.com/physicsboard/forum/index.php?topic=689.0