I-V Curve...

เครองวด I-V Curve ของแผงเซลลแสงอาทตย

นางสาวชนกนนท เสนาธรรม

ปรญญานพนธนเปนสวนหนงของการศกษาตามหลกสตรวศวกรรมศาสตรบณฑต สาขาวชาวศวกรรมไฟฟา คณะวศวกรรมศาสตร

มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลลานนาเขตพนทภาคพายพ ปการศกษา 2557

THE PORTABLE MEASUMENT I-V CURVE OF SOLAR CELL PANEL

MISS. CHANOKNUNT SENATAM

A PROJECT REPORT SUBMITTED IN PARTIAL FULFILLMENT OF THE REQUIREMENTS FOR THE DEGREE OF BACHELOR OF ENGINEERING

PROGRAM OF ELECTRICAL ENGINEERING FACULTY OF ENGINEERING RAJAMANGALA UNIVERSITY OF TECHNOLOGY LANNA

ACADEMIC YEAR 2014

ปรญญานพนธเรอง เครองวด I-V Curve ของแสงเซลลแสงอาทตย ชอ นางสาวชนกนนท เสนาธรรม หลกสตร วศวกรรมศาสตรบณฑต สาขาวชา วศวกรรมไฟฟา คณะ วศวกรรมศาสตร อาจารยทปรกษา ดร.จตตฤทธ ทองปรอน อาจารยทปรกษารวม อ.วรจกร เมองใจ ปการศกษา 2557

คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลลานนา อนมตใหนบปรญญานพนธนเปนสวนหนงของการศกษาตามหลกสตรวศวกรรมศาสตรบณฑต สาขาวศวกรรมไฟฟา

………………………………………… หวหนาสาขาวชา วศ.บวศวกรรมไฟฟา

(นายสาคร ปนตา)

คณะกรรมการสอบปรญญานพนธ

………………………………………… ประธานกรรมการปรญญานพนธ (ดร.จตตฤทธ ทองปรอน)

………………………………………… กรรมการ (ดร.ธระศกด สมศกด)

………………………………………… กรรมการ (อ.วรจกร เมองใจ) ลขสทธของคณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลลานนา

ง

ปรญญานพนธเรอง เครองวด I-V Curve ของแผงเซลลแสงอาทตย ชอนกศกษา นางสาวชนกนนท เสนาธรรม อาจารยทปรกษา ดร. จตตฤทธ ทองปรอน อาจารยวรจกร เมองใจ หลกสตร วศวกรรมศาสตรบณฑต สาขาวชา วศวกรรมไฟฟา ปการศกษา 2557

บทคดยอ โครงงานนมวตถประสงคในการสรางเครองตนแบบของเครองวดคณลกษณะแรงดนและกระแสของแผงเซลลแสงอาทตย โดยไดออกแบบใหสามารถทดสอบกบแผงเซลลแสงอาทตยทมพกดแรงดนเปดวงจรตงแต 0-60 โวลต และมพกดกระแสลดวงจรตงแต 0-10 แอมป เพอใชในการทดสอบหาคาประสทธภาพของแผงเซลลแสงอาทตย มาเปนขอมลในการใชงาน และการตดตงแผงเซลลอาทตย ทงยงสามารถใชทดแทนเครองวดคณลกษณะแรงดนและกระแสของแผงเซลลแสงอาทตยจากตางประเทศทมราคาสงไดอกดวย หลกการท างานของเครองวดดงกลาวน เปนการวดคาแรงดนและกระแสของแผงเซลลแสงอาทตย ณ ทคาความตานทานของอเลกทรอนกสตงแตคาอนนตลดลงจนถงคาใกลเคยงศนย และเลอกใชมอสเฟตเปนอเลกทรอนกสโหลด ซงการเลอกมอสเฟตทเหมาะสมทสดนนไดใชวธการทดลองน ามอสเฟตมาเปนอเลกทรอนกสโหลด และใชงานจรง ดวยเงอนไขมอสเฟตแตละเบอร มคาความตานทาน

( )DS onR ทแตกตางกน ส าหรบชดควบคมอเลกทรอนกสโหลด ไดเลอกใชไมโครคอนโทรเลอร PIC18F458 และไมโครคอนโทรเลอร PIC18F458 นยงควบคมการวดคา การเกบคาแรงดน และกระแสของแผงเซลลแสงอาทตย ตลอดจนการสงคาขอมลไปยงเครองคอมพวเตอรผานพอรตการเชอมตอแบบ RS-232 ผลการทดสอบการเลอกใชมอสเฟต พบวา คาแรงดนและกระแสของแผงเซลลแสงอาทตยทวดได จาการเลอกใชมอสเฟตแตละเบอร มคาใกลเคยงกน แตมอสเฟตทมคาความตานทาน

( )DS onR

มาก จะมชวงเวลาการเปลยนแปลงแรงดนและกระแสของแผงเซลลแสงอาทตย เมอแรงดนทขาเกตเพมขนอยางคงท นานกวามอสเฟตทมคาความตานทาน

( )DS onR นอย จงเลอกใชมอสเฟตเบอร IRF460 ทมความตานทาน ( )DS onR สงทสด ส าหรบการทดสอบเครองตนแบบของเครองวดคณลกษณะแรงดนและกระแสของแผงเซลลแสงอาทตย พบวา เมอท าการทดสอบกบแผงเซลลแสงอาทตยพกด 50 วตต มความคาดเคลอนอยในชวงทยอมรบได และคากระแสวดวงจรของแผงเซลลแสงอาทตย มคาความคาดเคลอนสงทสดอยท 9.84 % เมอเทยบกบคาทวดไดจากเครอง PROVA 210 Solar Module Analyzer ค าส าคญ : อเลกทรอนกสโหลด, คาความตานทาน ( )DS onR , มอสเฟต, เครองวดคณลกษณะแรงดนและกระแสของแผงเซลลแสงอาทตย

จ

Project Title The Portable Measurement I-V Curve of solar cell panel Student Miss. Chanoknunt Senatam Project Advisor Dr. Jutturit Thongpron Mr. Worrajuk Muengjai Curriculum Faculty of Engineering Major Field Electrical Engineering Rajamangala University of Technology Lanna Academic Year 2014

Abstract This project aims to create the prototype of I-V characteristic curve analyzer

for photovoltaic panel by the design to be able to test the photovoltaic panel with the open circuit voltage rated since 0-60 volts and the short current rated since 0-10 amps to apply for the testing the efficiency of photovoltaic panel and gives the information for the installation and other applications, and can be replaced the foreign I-V characteristic curve analyzer that is expensive.

The operating principle of this device is measurement the voltage and current of photovoltaic panel on the each resistance value of electronic load from infinity value until to zero value. This project used mosfet as electronic load by using the reality performance testing for finding the optimal choice of the mosfet under the difference value of the Drain-Source On-State Resistance (RDS(on)) condition. In electronic load controller, the PIC18F458 microcontroller is applied. A PIC18F458 microcontroller controls the measurement value, of recorded voltage and current value, including the data transfer from the device to computer by using RS-232 communication bus.

The experimental result of the selecting mosfet was found that the using of each mosfet had not effect on the measured voltage and current values. But the mosfet that had high value of RDS(on), it makes spend time on the change of voltage and current to be longer than the mosfet that had low value of RDS(on). The more duration help to increase the order of value recording and resolution. Therefore, the IRF460 mosfet was selected to be the electronic load because it had the highest value of RDS(on). The experimental result of the device was found that the device had an error in the tolerance range and the maximum error was the short circuit current value that was 9.84 %. When this device was tested with a photovoltaic panel that had 50 watt rated and compared with the PROVA 210 Solar Module Analyzer. Keywords: Electronic Load, Drain-Source On-State Resistance (RDS(on)), Mosfet, I-V Characteristic Curve Analyzer.

ฉ

กตตกรรมประกาศ

ปรญญานพนธฉบบนส าเรจลลวงไดดวยความชวงเหลอจาก ดร.จตตฤทธ ทองปรอน ซงเปนอาจารยทปรกษาปรญญานพนธ และอาจารยวรจกร เมองใจ ซงเปนอาจารยทปรกษารวม ทานไดใหค าแนะน า ใหค าปรกษาในสงทเปนประโยชนเกยวกบปรญญานพนธ อกทงยงไดเออเฟอในการใหยม หรอใชงานอปกรณอเลกทรอนกสตางๆ ในการท า และทดสอบโครงงาน เพอใหปรญญานพนธส าเรจลลวงไปไดดวยด ขอบคณอาจารยแผนกไฟฟาก าลงทกทานทไดใหความกรณาใหค าแนะน าความรตางๆ ขอบ คณเจาหนาททใหความสะดวกในการจดท าปรญญานพนธ ขอบคณเพอนๆ โดยเฉพาะอยางยง นายหาญชย ธวอง ทไดชวยเหลอใหค าปรกษาใหค าแนะน า และเขยนโปรแกรมควบคมการท างานใหกบปรญญานพนธจนส าเรจลลวงตามวตถประสงค รวมไปถงหองคมภรและหองปฏบตการอเลกทรอนกสก าลงทไดใหความชวยเหลอในเรองสถานทในการคนควาหาขอมล และใหยมอปกรณในการทดลองมาโดยตลอด ทายนใครขอกราบขอบพระคณ บดา มารดา และครอบครว ทไดใหค าแนะน าและสนบสนนทงในดานการเงน และการศกษาแกผจดท าเสมอมาจบส าเรจการศกษา และอกหลายๆ ทานทไมสามารถจะกลาวไวในทนไดหมด คณประโยชนอนใดทเกดจากปรญญานพนธฉบบน ยอมเปนผลมาจากความกรณาของทานทงหมดทไดกลาวไวขางตน ผจดท าจงใครขอขอบพระคณมา ณ โอกาสน

ผจดท า

นางสาวชนกนนท เสนาธรรม

ช

สารบญ หนา

บทคดยอภาษาไทย ง บทคดยอภาษาองกฤษ จ กตตกรรมประกาศ ฉ สารบญ ช สารบญรป ญ สารบญตาราง ฏ บทท 1 บทน า 1 1.1 หลกการและเหตผล 1 1.2 วตถประสงค 2 1.3 ขอบเขตของโครงงาน 2 1.4 ขนตอนการด าเนนงาน 2 1.5 ประโยชนทคาดวาจะไดรบ 2 บทท 2 ทฤษฎและงานวจยทเกยวของ 3 2.1 เซลลแสงอาทตย (Solar Cell) 3 2.1.1 ลกษณะของเซลลแสงอาทตย 3 2.1.2 ประเภทของเซลลแสงอาทตย 4 2.1.3 วงจรสมมลของแผงเซลลแสงอาทตย 8 2.1.4 ปจจยทลดทอนประสทธภาพของเซลลแสงอาทตย 10 2.1.5 การลดลงของประสทธภาพในการผลตไฟฟาของแผงเซลลแสงอาทตย 11 ทเกดขนจากตวเซลลของแผงเซลลแสงอาทตย 2.2 มอสเฟต (MOSFET) 11 2.2.1 กรณท และ ; (Cutoff : ยานไมน ากระแส) 12 2.2.2 กรณท GS TV V และ DSV มคานอย ; (Ohmic Region: ยานไมอมตว) 12

2.2.3 กรณท GS TV V และ ( )GS DS TV V V หรอ ( )DS DS SetV V 14

2.2.4 กรณท GS TV V และ ( )DS DS SetV V (Pinch off Point : จดพนชออฟ) 15

ซ

สารบญ(ตอ) หนา

2.1.5 กรณท GS TV V และ ( )DS DS SetV V ; 16

(Saturation Region : ยานน ากระแสอมตว) 2.3 ไมโครคอนโทรลเลอร (Microcontroller) 18 2.4 คาความคลาดเคลอน (Error) 18 2.4.1 ความคลาดเคลอนเชงบคคล (Personal Errors) 19 2.4.2 ความคลาดเคลอนเชงระบบ (Symantic’s Error) 19 2.4.3 ความคลาดเคลอนเชงสถต (Statistical Error) 19 2.5 เปอรเซนตความคลาดเคลอน (Percentage Error) 19 2.6 งานวจยทเกยวของ (Literature Review) 20 2.7 สรปทฤษฎ และงานวจยทเกยวของ 20 บทท 3 ขนตอนการด าเนนงาน 21 3.1 บลอกไดอะแกรมโครงสรางของระบบ 21 3.2 มอสเฟต 21 3.2.1 ยานการท างานของมอสเฟต 21 3.2.2 วงจรพนฐานของมอสเฟต 22 3.2.3 วงจรหนวงเวลาการจายแรงดน GSV 23

3.2.4 วงจรรวมทดสอบมอสเฟต 23 3.3 ไมโครคอนโทรเลอร 24 3.4 สรปขนตอนการด าเนนงาน 25 บทท 4 ผลการด าเนนงาน 26 4.1 การทดลองหาชวงเวลาและชวงของแรงดนทมอสเฟตท างาน 26 4.2 การทดลองเปรยบเทยบมอสเฟต 28 4.3 การทดลองหาคาความคลาดเคลอน 30 บทท 5 ขอสรปและขอเสนอแนะ 33 5.1 สรปผลการทดลอง 33 5.2 อปสรรคในการท างาน 33

ฌ

สารบญ(ตอ) หนา

5.3 ปญหา 33 5.4 ขอเสนอแนะ 34 บรรณานกรม 35 ภาคผนวก 36 ภาคผนวก ก. โครงสรางและการใชงาน 37 ภาคผนวก ข. รวมตารางผลการทดลอง 47 ประวตผเขยน 62

ญ

สารบญรป หนา

รปท 1.1 การเกดไฟฟาจากเซลลแสงอาทตย 1 รปท 2.1 โครงสรางรอยตอ P-N ของสารกงตวน าซลกอน 3 รปท 2.2 การเคลอนทของอเลกตรอน และโฮลของสารกงตวน าซลกอน 4 รปท 2.3 ตวอยางเซลลชนดผลก 5 รปท 2.4 การตอเซลลแบบตางๆ 6 รปท 2.5 ตวอยางเซลลแสงอาทตยชนดฟลมบาง 7 รปท 2.6 เซลลแสงอาทตยชนดอะมอรฟสซลกอน (a-Si) 7 รปท 2.7 ตวอยางเซลลแสงอาทตยทพฒนาขนมา 8 รปท 2.8 แบบจ าลองคณลกษณะทางสถตของเซลลแสงอาทตย 8 รปท 2.9 กราฟแสดงความสมพนธระหวางกระแสและแรงดนของแผงเซลลแสงอาทตย 9 รปท 2.10 กราฟแสดงความสมพนธระหวาง กระแสและแรงดนตออณหภม 10 รปท 2.11 กราฟแสดงความสมพนธระหวาง กระแสและแรงดนตอความตานทานอนกรม 10 รปท 2.12 กราฟแสดงความสมพนธระหวาง กระแสลดและแรงดนตอความตานทาน Shunt 11 รปท 2.13 คณสมบต D DSI V ของมอสเฟต กรณ 0GSV และ 0DSV 12

รปท 2.14 คณสมบต D DSI V ของมอสเฟต กรณ 0T GSV V และ 0DSV 12 รปท 2.15 คณสมบต D DSI V ของมอสเฟต กรณ GS TV V และ DSV มคานอยมาก 14 รปท 2.16 คณสมบต D DSI V ของมอสเฟตกรณ GS TV V และ ( )GS DS TV V V 15

หรอ ( )DS DS SetV V

รปท 2.17 คณสมบต D DSI V ของมอสเฟต กรณ GS TV V และ ( )DS DS SetV V 16

หรอ ( )( )GS DS Set TV V V รปท 2.18 คณสมบต D DSI V ของมอสเฟต กรณ GS TV V และ

( )DS DS SetV V 16 รปท 2.19 ความสมพนธของกระแสทขา Drain และแรงดนทขา Drain-Source 17 รปท 2.20 การจดเรยงขอสญญาณของ PIC18F458 18 รปท 3.1 โครงสรางของระบบเครองวด I-V Curve ของแผงเซลลแสงอาทตย 21 รปท 3.2 ความสมพนธระหวางกระแส DI และแรงดนขาเกต GSV และขาเดรนขาซอรส DSV 22 รปท 3.3 วงจรพนฐานของมอสเฟต ตอรวมกบแผงเซลลแสงอาทตย 23 รปท 3.4 วงจรหนวงเวลา 1 วนาทโดยใช Op-amp 23 รปท 3.5 วงจรหนวงเวลา Op-amp ทใชในการควบคมมอสเฟต 24 รปท 3.6 Flow Chart Diagram ของโปรแกรมไมโครคอนโทรเลอร 24 รปท 4.1 วงจรการทดลองหาชวงเวลาและชวงของแรงดนทมอสเฟตท างาน 25

ฎ

สารบญรป(ตอ) หนา

รปท 4.2 ตวอยางผลการทดลองโดยวดจากออสซลโลสโคป 26 รปท 4.3 กราฟคณลกษณะของ I-V Curve ของแผงเซลลแสงอาทตย 27 การทดสอบในสภาวะแผงเซลลแสงอาทตยไมมการบงเงา รปท 4.4 ตวอยางการทดสอบในสภาวะแผงเซลลแสงอาทตยโดยมการบงเงา 28 รปท 4.5 กราฟคณลกษณะของ I-V Curve ของแผงเซลลแสงอาทตย 28 การทดสอบในสภาวะแผงเซลลแสงอาทตยโดยมการบงเงาในแนวยาว รปท 4.6 กราฟคณลกษณะของ I-V Curve ของแผงเซลลแสงอาทตย 29 การทดสอบในสภาวะแผงเซลลแสงอาทตยโดยมการบงเงาในแนวขวาง รปท 4.7 กราฟ I-V Curve และ P-V Curve ทวดจากเครองวด I-V Curve 30 ของแผงเซลลแสงอาทตย รปท 4.8 กราฟ I-V Curve และ P-V Curve ทวดจากเครอง PROVA 210 30 รปท ก.1 แผนลายวงจรรวมทงหมดของเครองวด I-V Curve ของแผงเซลลแสงอาทตย 59 รปท ก.2 ลายแผนปรนของเครองวด I-V Curve ของแผงเซลลแสงอาทตย 59 รปท ก.3 จ าลองใชอปกรณลงบนลายแผนปรนของเครองวด 40 I-V Curve ของแผงเซลลแสงอาทตย รปท ก.4 เมอใชอปกรณลงบนลายวงจรของเครองวด I-V Curve ของแผงเซลลแสงอาทตย 40 รปท ก.5 ของเครองวด I-V Curve ของแผงเซลลแสงอาทตย 41 รปท ก.6 สวทซเรมท างาน 41 รปท ก.7 หนาจอ LED เรมท างาน 42 รปท ก.8 ตอสายจากแผงเซลลแสงอาทตยเขาเครองวด 42 รปท ก.9 หนาจอ LED แสดงคาเมอกดปม Show 43 รปท ก.10 หนาจอ LED แสดงคาเมอกดปม Start 43 รปท ก.11 เชอมตอเครองวดเขากบคอมพวเตอรเพออานขอมล 44 รปท ก.12 เรมตนการเชอมตอเครองวดโดยโปรแกรม PuTTy 44 รปท ก.13 เมอเชอมตอเครองวดเขากบคอมพวเตอรไดแลว 45 รปท ก.14 ค าสงชวยเหลอใชส าหรบการตงคา หรออานขอมล 45 รปท ก.15 เมอกดค าสง “G” เพออานคาทเกบมาได โปรแกรมจะแสดงจ านวน Groups 46 รปท ก.16 (ก) เรมตนแสดงคาทเกบได (ข) สนสดการแสดงคาทเกบได 47 รปท ก.17 น าคาทเกบไดไปแสดงเปนกราฟในโปรแกรม Microsoft Excel 47

ฏ

สารบญตาราง หนา

ตารางท 4.1 ผลการทดลองหาชวงเวลาและชวงของแรงดนทมอสเฟตท างาน 26 ตารางท 4.2 ผลการทดลองหาคาความคลาดเคลอน 31 ตารางท ข.1 ผลการทดลองมอตเฟสเบอร IRF840 49 ตารางท ข.2 ผลการทดลองมอตเฟสเบอร IRFP460 49 ตารางท ข.3 ผลการทดลองมอตเฟสเบอร IRFP640N 49 ตารางท ข.4 ผลการทดลองมอตเฟสเบอร IRF540N 50 ตารางท ข.5 ผลการทดลองมอตเฟสเบอร IRFP3710 50 ตารางท ข.6 ผลการทดลองมอตเฟสเบอร L2203N 50 ตารางท ข.7 ผลการเกบคาของเครองวด V-I Curve ของแผงเซลลแสงอาทตย 51 ตารางท ข.8 ผลการเกบคาของเครองวด PROVA 210 57

บทท 1 บทน ำ

1.1 หลกกำรและเหตผล เนองจากปจจบนม ความตองการในการใชพลงงานไฟฟามอยางตอเนองและเพมมากขน ซงสวนทางกบปรมาณเชอเพลงทก าลงจะประสบกบสภาวะขาดแคลนในอนาคต และรวมกบสภาวะโลกรอนในปจจบน จงตองการพลงงานทดแทนทเปนพลงงานทสะอาด ไมสรางมลพษตอสงแวดลอม ซงมอยหลายประเภท เชน พลงงานน า พลงงานลม และ พลงงานแสงอาทตย เปนตน พลงงานจากแสงอาทตยเปนทนยมมากขนในประเทศไทย และมหลายหนวยงานใหความสนใจศกษาคนควาดานนอยางจรงจง ซงอปกรณส าคญทจะสามารถท าใหผลตพลงงานไฟฟาจากแสงอาทตยไดนนคอ เซลลแสงอาทตย (Solar Cell) เปนสงประดษฐทางอเลกทรอนกสทสรางจากสารกงตวน า (Semi-Conductors) 2 ชนด มาตอกน ซงเรยกวา “P-N Junction” เมอไดรบแสงจากดวงอาทตยหรอแสงจากหลอดไฟ เซลลแสงอาทตยจะเปลยนพลงงานแสงเปนพลงงานไฟฟากระแสตรง (Direct Current : DC) อายการใชงานของเซลลแสงอาทตยนนโดยทวไปจะก าหนดอยท 20 ป ขนไปหรอตามทบรษทระบไว

- -

- -

-

-

+

+

+

+

+

+

-

+

N-TYPE SILICON

P-N TYPE JUNCTION

P-TYPE SILICON

รปท 1.1 การเกดไฟฟาจากเซลลแสงอาทตย

การทดสอบการท างานเซลลแสงอาทตยจะกระท าในหองทดสอบโดยท าการก าหนดความเขมแสง 1000 2/W m ทอณหภม 25 องศาเซลเซยส เพอใหไดคาของเสนโคงกระแสและแรงดน (I-V Curve) เพอใชเปนคาอางองในการหาคาของพลงงานทไดรบจากระบบ เพอใชค านวณหาประสทธภาพและหาจดคมทนในการตดตงระบบ แตสถานทตดตงแผงเซลลแสงอาทตยในประเทศไทยนนอณหภมสงกวา 25 องศาเซลเซยส และความเขมแสงกมคาเฉลยนอยกวา 1000 2/W m สงผลใหประสทธภาพของแผงเซลลแสงอาทตยลดลง ท าใหการค านวณจะตองมการเผอคาทค านวณ

2

ได และในกรณทไดมการตดตงแผงเซลลแสงอาทตยไปแลวเมอมการเสอมสภาพของแผงเซลลแสงอาทตยจะท าการตรวจสอบไดยาก เนองจากเครองมอทใชการทดสอบมราคาแพงและขนาดใหญ ดงนนจงมแนวคดทจะสรางเครองวด ทดสอบหาคา I-V Curve ของแผงเซลลแสงอาทตย เพอใชในทดสอบแผงเซลลแสงอาทตยในสภาพแวดลอมทจะท าการตดตงจรงได เปนการตรวจสอบคณภาพของแผงเซลลแสงอาทตยทจะใชตดตง และลดการน าเขาเครองตรวจสอบแผงเซลลแสงอาทตยทมราคาแพงจากตางประเทศ โดยการประยกตใชงานมอสเฟตในการหาชวงเวลาทเหมาะสม ใชเปนอเลกทรอนกสโหลดหาคณลกษณะกระแส และแรงดนของแผงเซลลแสงอาทตย โดยใชไมโครคอนโทรลเลอร PIC18F458 ในการควบคมการท างาน 1.2 วตถประสงค 1) เพอออกแบบและสราง เครองวดหาคา I-V curve ของแผงเซลลแสงอาทตยทมราคาถกและใชงานไดจรง 2) เพอลดการน าเขาเครองวด I-V Curve ของแผงเซลลแสงอาทตยทมราคาแพง 1.3 ขอบเขตของโครงงำน 1) เครองวด I-V curve สามารถวดคากระแสไฟฟาท 0–10 A และแรงดนไฟฟาท 0-60V ทก าลงไฟฟา 250 W ของแผงเซลลแสงอาทตย 1.4 ขนตอนกำรด ำเนนงำน 1) ศกษาพาวเวอรมอสเฟต เพอเลอกมอสเฟตทจะน ามาทดลอง 2) น ามอสเฟตทเลอกมาท าการทดลองหาแรงดน และชวงเวลาทมอสเฟตท างาน 3) หาคาเฉลยของแรงดน และชวงเวลาทมอสเฟตท างาน 4) ศกษาวธหาคา I-V Curve ของแผงเซลลแสงอาทตย 5) ออกแบบเครองวด I-V Curve ของแผงเซลลอาทตย 6) สรางตนแบบเครองวด I-V Curve ของแผงเซลลอาทตย 7) เขยนโปรแกรมควบคมการท างาน 8) ทดลอง และปรบปรงแกไขเครองตนแบบ 9) ทดลอง วเคราะห เปรยบเทยบ และสรปผล 10) จดท ารปเลมปรญญานพนธ และน าเสนอผลการวจย 1.5 ประโยชนทคำดวำจะไดรบ 1) ไดรบความรเกยวกบการวดคากระแสและแรงดนของแผงเซลลแสงอาทตย 2) สามารถออกแบบเครองวด I-V Curve ทมราคาถก สามารถใชงานไดงาย และสะดวก 3) ไดเรยนรหลกการทางานของแผงเซลลแสงอาทตย รวมไปถงปจจยตางๆทมผลตอ ประสทธภาพ 4) ไดรจกถงประโยชน และการท างานของมอสเฟต 5) ไดเรยนรการควบการท างานดวยไมโครคอนโทรลเลอร

บทท 2 ทฤษฎและงานวจยทเกยวของ

การสรางเครองวด I-V Curve ของแผงเซลลแสงอาทตยนนจ าเปนตองทราบถงลกษณะของแผงแตละชนด วงจรการท างานของแผง ปจจยทท าใหประสทธภาพของแผงเซลลแสงอาทตยลดลง ทราบถงลกษณะการท างานงานของมอสเฟต ชวงการท างานของมอสเฟตทจ าเปนตองใชงาน ทราบถงการใชไมโครคอนโทรลเลอร PIC18F458 ในการควบคมการท างาน และทราบถงการหาคาความคลาดเคลอนเพอใชในการทดสอบประสทธภาพของเครองวด เพอน าไปใชในการออกแบบ และสรางเครองวด I-V Curve ของแผงเซลลแสงอาทตย 2.1 เซลลแสงอาทตย (Solar Cell) 2.1.1 ลกษณะของเซลลแสงอาทตย เซลลแสงอาทตยเปนอปกรณทางไฟฟาท าจากสารกงตวน า ท าหนาทเปลยนพลงงานแสงเปนพลงงานไฟฟาไดโดยตรง อาศยกระบวนการโฟโตโวตาอก (Photovoltaic Effect) ซงเกดจากความตางศกยไฟฟาภายในสารกงตวน ามคาแตกตางกน เมอไดรบแสงทมพลงงานมากพอท าใหเกดการเคลอนทของอเลกตรอนอสระ โครงสรางทส าคญของเซลลแสงอาทตยมลกษณะเหมอนกบไดโอดทวไปประกอบดวยรอยตอระหวางวสดสารกงตวน าตางชนดกนสองชน ไดแก สารกงตวน าชนด P เปนขวบวก และสารกงตวน าชนด N เปนขวลบสารกงตวน าทน ามาใชงานลกษณะดงกลาวสวนมากเปนซลกอน และเพอใหเขาใจไดงาย โดยสวนใหญจะใชการอธบายสารกงตวน าทท าจากซลกอน แม วาปจจบนจะมสารกงตวน าทท าจากวสดชนดอนกตาม เซลลแสงอาทตยชนดซลกอน ประกอบดวยสารกงตวน าชนด P ผลตขนจากผลกของซลกอนใชสารเจอปน คอ โบรอน เพอท าใหวสดขาดอเลกตรอนอสระ ทงนการขาดอเลกตรอนท าใหเกดชองวางเรยกวา โฮล (Hole) และการขาดอเลกตรอนทเปนประจลบ ท าใหสวนนเทยบไดกบอนภาคประจบวก สวนสารกงตวน าชนด N ผานการเตมสารเจอปน คอ ฟอสฟอรส เพอท าใหเกดอเลกตรอนสวนเกน ซงจดเชอมตอเรยกวารอยตอ P-N

- - -

- - -

- - -

+ + +

+ + +

+ + +

- - -

- - -

- - -

+ + +

+ + +

+ + +

-

-

-

-

-

-

+

+

+

+

+

+

DepletionregionP

P-N conjunction

N

รปท 2.1 โครงสรางรอยตอ P-N ของสารกงตวน าซลกอน

4

การเชอมตอกนของสารกงตวน าทมคณสมบตตางกนจะท าใหสนามไฟฟา (Electrical Field) ในบรเวณรอยตอโดยสนามไฟฟานมลกษณะเหมอนกบสนามไฟฟาสถตอนจะท าใหเกดอนภาคของประจลบเคลอนทไปในทศทางใดทศทางหนง และอนภาคของประจบวกทเคลอนทไปในทางทตรงขาม ตวอยางเชน การใชหวแปลงกบเสอขนสตว เปนตน

�

รปท 2.2 การเคลอนทของอเลกตรอน และโฮลของสารกงตวน าซลกอน

การเคลอนทของอเลกตรอนไปยงบรเวณผลกชนด N ท าใหเกดกระแสไฟฟาไดดงรปท 2.2 เมอตอเขากบวงจรภายนอกจะท าใหเกดการไหลของกระแสไฟฟาผานตลอดวงจร การเคลอนทไปยง วงจรภายนอกของอเลกตรอนในกรณของสารกงตวน าโดยผานวสดตวน าทตดอยกบผวดานหนาของเซลล ในเวลาเดยวกนโฮลจะเคลอนทไปในทศทางตรงขามผานเนอเซลลจนไปถงวสดตวน าอกสวนหนงทยดตดอยกบทางดานลางของเซลล ท าใหครบวงจรโดยรวมกบอเลกตรอนทอยอกดานหนงของวงจรภายนอก แตในทางตรงกนขาม การไหลของอเลกตรอนจะไมเกดขนหากไมสามารถท าใหครบวงจร ก าลงไฟฟาของเซลลแสงอาทตยตองอาศยทงแรงดน และกระแสไฟฟา โดยทกระแสไฟฟาเกดขนเมอมการไหลของอเลกตรอน และแรงดนไฟฟาเปนผลมาจากสนามไฟฟาภายในบรเวณรอยตอ P-N โดยทวไปเซลลแสงอาทตยซลกอนแบบผลกเดยวจะออกแบบใหมแรงดนไฟฟาประมาน 0.5 โวลต ทกระแสไฟฟาประมาน 2.5 แอมแปร ดงนนจะเกดก าลงไฟฟาสงสดประมาน 1.25 วตต (ขนอยกบรายละเอยดในการออกแบบ ซงเซลลแสงอาทตยแบบอนๆ อาจมแรงดน หรอกระแสไฟฟาสงหรอต ากวาน)

5

2.1.2 ประเภทของเซลลแสงอาทตย เทคโนโลยเซลลแสงอาทตยมการพฒนาอยางตอเนอง เพอลดตนทนดานวสดของเซลลแสงอาทตยจะท าใหราคาเซลลแสงอาทตยลดลง และมประสทธภาพสงขน การแบงประเภทเทคโนโลยเซลลแสงอาทตยตามการผลตแบงไดเปน 3 กลม ดงน 2.1.2.1 เซลลแสงอาทตยชนดผลก (Crystalline Solar Calls) มความแตกตางกนตามชนดของสารกงตวน าต งต น (Semiconductor Material) เชน ซลกอน (Si) และแกเลยม อารเซไนด (GaAs) เปนตน เซลลแสงอาทตยผลกซลกอนมกรรมวธในการผลตหลายวธ จงมใหเลอกใชงานตามความเหามะสม ขนกบราคา และวตถประสงคการใชงาน ไดแก แบบผลกเดยว (Monocrystalline silicon cells, Single Crystalline) แบบแผนฟลมบาง (Silicon ribbon cells) แบบหลายผลก (Polycrystalline silicon cells) แบบแผนบางหลายผลก (Polycrystalline thin film silicon cells) เปนตน เซลลแสงอาทตยในกลมนไดรบการยอมรบในเชงพาณชย และมประสทธภาพ 10-15 เปอรเซนต แตตนทนคอนขางสง

(Single Crystal)

(Poly Crystal)

(Amorphous)

รปท 2.3 ตวอยางเซลลชนดผลก

ลกษณะของแผงเซลลแสงอาทตยชนดผลก มรปแบบการเชอมตอเซลลเพอท าเปนแผงเซลลอย 3 แบบคอ 1) แบบอนกรม คอ น าแตละเซลลมาตออนกรมเปน 1 แถว หรอ 1 สตรงใน 1 แผง ดงรป ท 2.4 (ก) เพอเพมแรงดนไฟฟา หากแตละเซลลมแรงดนวงจรเปด ( )OCV ประมาน 0.6 โวลตเทากน

6

ทกเซลล และกระแสเทากน แผงเซลลจะมแรงดน OCV เทากบจ านวนเซลลทตออนกรมคณกบแรงดน

OCV ของเซลล กรณนเทากบ 9.6 โวลต สวนกระแสทไหลผานจะไหลเทากบกระแสของหนงเซลลเทานน 2) แบบอนกรม-ขนาน คอ น าแตละสตรงทเซลลตออนกรม เพอเพมแรงดนไฟฟา แลวน ามาตอขนานเพอเพมกระแสไฟฟา ดงรปท 2.4 (ข) แตละสตรงมเซลลตออนกรม 4 เซลล ซงท าใหมแรงดนทแตละสตรงเทากบ 2.4 โวลต สมมตใหกะแสแตละสตรงเทากบ 5 แอมป ท าใหกระแสทไดจากแผงนมคาเทากบผลรวมคากระแสของทกสตรงทตอขนานกน ในทนเทากบ 20 แอมป 3) แบบอนกรม-ขนาน-อนกรม คอ น าแตละกลมทเชอมตอกนตามแบบทเชอมตอกนแบบท 2 มาตออนกรม ดงรปท 2.4 (ค) เพอเพมทงแรงดนและกระแสไฟฟา

+ -+ -

-+

( ) ( )

( ) รปท 2.4 การตอเซลลแบบตางๆ (ก) แบบอนกรม (ข) แบบอนกรม-ขนาน

(ค) แบบอนกรม-ขนาน-อนกรม

2.1.2.2 เซลลแสงอาทตยชนดฟลมบาง (Thin film Solar cells) ประกอบดวย เซลลทผลตจากอะมอฟสซลกอน เซลลทผลตจากแคดเมยมเทลลไลด (CdTe) และเซลลทผลตจากคอปเปอรอนเดยทไดเซเลเนยม (CIGS) มการใชงานในเชงพาณชย และประสทธภาพท 6-10 เปอรเซนต ถงแมวาประสทธภาพจะนอยกวาเซลลชนดผลก แตมขอดของราคาถกกวา สวนการตดตงใชงานในสภาวะจรง อายการใชงาน และการเสอมสภาพของแผงเซลลในระยะยาวยงอยระหวางการศกษาวจย

7

รปท 2.5 ตวอยางเซลลแสงอาทตยชนดฟลมบาง

ลกษณะของแผงเซลลชนดฟลมบาง แบงได 2 แบบ คอ 1) แบบโครงสรางแขง เซลลถกสรางลงบนกระจกโดยตรง จากนนท าการเชอมตอทางไฟฟา แลวจงน าไปลามเนตดวยวสดหอหมทงดานหนา และดานหลง รปท 2.6 (ก) แสดงสวนประกอบของเซลลชนดอะมอรฟสซลกอน (a-Si) ซงกระจกท าหนาทเปนซบสเตรท เทคโนโลยของเซลลทใชกระบวนการผลตแบบนคอ CdTe, a-Si, เซลลแสงอาทตยชนดฟลมบางซลกอน แบบเซลลซอนระหวางอะมอรฟสซลกอน/อะมอรฟสซลกอน หรอ อะมอรฟสซลกอน/ไมโครครสตลไลนซลกอน หรอเรยกวา Tandem, และ CIGS เปนตน รปท 2.6 (ข) แสงการประกอบแผงเซลลชนดอะมอรฟสซลกอน (a-Si) แบบ Glass-Glass โดยท EVA หมเฉพาะดานหลง

(substrate)

Tin OxideAmorphous SiliconAluminum

EVA

(ก) โครงสรางเซลลบนกระจก (ข) สวนประกอบแผงเซลล แบบ Glass-Glass

รปท 2.6 เซลลแสงอาทตยชนดอะมอรฟสซลกอน (a-Si)

2) แบบโครงสรางออนตว มลกษณะของการเกาะตด (Deposit) บนซบสเตรททออนตว สวนการเชอมตอทางไฟฟาขนกบชนดของสเตรท ถาวสดจ าพวกฉนวนไฟฟา เชน Polyester หรอ Polyimide สามารถใชวธเดยวกบซบสเตรททเปนกระจก แตวสดจ าพวกตวน าไฟฟาตองใชวธอนจากนนกจะถกน าไปลามเนตดวยวสดพอลเมอรทไมมส และยอมใหแสงผานได เชน ETFE หรอ FEP 2.1.2.3 เซลลแสงอาทตยทพฒนาขนมา เซลลแสงอาทตยท พฒนาจากชนดผลก และชนดฟลมบางเ พอเ พมประสทธภาพ ลดการสรางมลพษ และเพมอายการใชงาน แบงตามการพฒนาเทคโนโลยเซลลแสงอาทตยได 3 แบบ ไดแก ทรงกลม (Spherical Micro Solar Cells) ดายเซนซไทซ (Dye-sensitized Solar Cells) และควอนตมดอต (Quantum Dot Solar Cells)

8

แบบทรงกลม แบบดายเซนซไทซ แแบบควอนตมดอต

รปท 2.7 ตวอยางเซลลแสงอาทตยทพฒนาขนมา

เซลลแสงอาทตยทรงกลมจะสามารถรบแสงไดสามมต จงเพมประสทธภาพในการรบแสง และมน าหนกเบากวาแบบแผนราบ เมอประกอบเปนแผงเซลลแสงอาทตย จงลดตนทนลงได มการใชเชงพาณชยแตยงไมแพรหลาย ดายเซนซไทซมจดเดนในความเปนมตรกบสงแวดลอม โดยการออกแบบเซลลใชแนวคดเดยวกบกระบวนการสงเคราะหแสงของพช ปจจบนมขายในเชงพาณชย และมประสทธภาพการเปลยนแปลงผลทางเทอรโมไดนามกสของโฟตอนใหมคามากทสด เปนการพฒนาจากขอจ ากดของเซลลชนดผลก โดยเพมประสทธภาพของวสดสารกงตวน าจาก 31-33 เปอรเซนต เปน 66 เปอรเซนต และยงไมมการใชงานเชงพาณชย 2.1.3 วงจรสมมลของแผงเซลลแสงอาทตย เซลลแสงอาทตยสามารถแทนดวยวงจรสมมล (Equivalent Circuit) ดงรปท 2.8 ประกอบดวย แหลงจายกระแสไฟฟาตอขนานกบไดโอด (รอยตอ P-N) และ shR แลวจงตออนกรมกบ sR โดยก าหนดใหแหลงจายกระแสเปนแบบกระแสคงท ซงแปรผนตามความเขมแสงความตานทานอนกรม sR เปนคาความตานทานทเกดขนจากจดเชอมตอ (Wiring Contact) ระหวางตวน าไฟฟากบเซลล สวนความตานทานชนท shR เกดขนเมอใหแรงดนไฟฟาในลกษณะไบอสยอนกลบใหกบไดโอด

Rs

Rsh

I

ID

L

Light

I

V

รปท 2.8 แบบจ าลองคณลกษณะทางสถตของเซลลแสงอาทตย

9

เขยนเปนสมการไดดงสมการท 2.1 นนคอผลลพธของกระแสทไดจากเซลลแสงอาทตยเกดมาจากแหลงพลงงานแสงอาทตยหกลบดวยกระแสทไหลผานไดโอด และผานความตานทาน Shunt ขณะกระแสไฟฟาไหลผานท าใหเกดคาแรงดนไฟฟาแตละจดขน สมการท 2.2 แสดงแรงดนไฟฟา ณ จดใดๆ เทากบแรงดนไฟฟาทขาออกบวกดวยผลคณระหวางกระแสไฟฟากบความตานทานอนกรม L D SHI I L I (2.1)

j SV V IR (2.2) โดยท I = กระแสไฟฟาขาออก มหนวยเปนแอมแปร LI = กระแสไฟฟาทเกดจากแหลงพลงงานแสง มหนวยเปนแอมแปร DI = กระแสไฟฟาทไหลผานไดโอด มหนวยเปนแอมแปร SHI = กระแสไฟฟาทไหลผานความตานทาน Shunt มหนวยเปนแอมแปร V = แรงดนไฟฟาขาออกมหนวยเปนโวลต V = กระแสไฟฟาขาออก มหนวยเปนแอมแปร SR = ความตานทานอนกรม มหนวยเปนโอหม พารามเตอรทบงบอกประสทธภาพของเซลลแสงอาทตยประกอบดวย กระแสลดวงจร ( )SCI แรงดนวงจรเปด ( )OCV และฟลดแฟกเตอร ( )FF รปท 2.9 แสดงกระแสลดวงจรเปด คอ กระแสไฟฟาขณะทแรงดนไฟฟาของเซลลแสงอาทตยมคาเปนศนย เปนคากระแสไฟฟาสงสด และแรงดนไฟฟาขณะไมมกระแสเปนคาแรงดนไฟฟาสงสด สวนฟลดแฟกเตอรเปนสดสวนระหวางผลคณแรงดนกบกระแสทจดท างานสงสด และผลคณของกระแสลดวงจรกบแรงดนวงจรเปดซงมคานอยกวาหนง นอกจากนมพารามเตอรเกยวกบความตานทานในเซลลแสงอาทตยเปนประโยชนตอการตดตามพฤตกรรมของเซลลแสงอาทตย และการพฒนาเซลลแสงอาทตย โดยคดจากสดสวนระหวางคาแรงดนทสดสงสดตอกระแสทสงสด หรออาจใชสดสวนระหวางคาแรงดนวงจรเปดตอกระแสลดวงจร

(� )

(

)

R =V

Imp

mpCH

IscV Imp mp( , )

รปท 2.9 กราฟแสดงความสมพนธระหวางกระแสและแรงดนของแผงเซลลแสงอาทตย (I-V Curve)

10

2.1.4 ปจจยทลดทอนประสทธภาพของเซลลแสงอาทตย ประสทธภาพของเซลลแสงอาทตยขนกบทงปจจยภายนอก และสมบตของเซลล ไดแก อณหภม ความเขมรงสอาทตย ความตานทาน Shunt และความตานทานอนกรม เปนตน โดยทประสทธภาพลดลงเมออณหภมสงขน นนคอ สภาวะทอณหภมสงระยะหางของแถบพลงงานจะลดลงเปนผลใหแรงดนขาออกของเซลลแสงอาทตยมคานอยลงแตไมท าใหกระแสเปลยนแปลงนก ดงรปท 2.10 ทงน กระแสลดวงจรหรอกระแสสงสดจะลดลงเมอความเขมรงสอาทตยมคานอย เชน ในวนททองฟามดครม มเมฆบดบง การบงเงาเนองจากตนไม เปนตน

(� )

(

)

4.0

3.0

2.0

1.0

0.5

3.5

2.5

1.5

0.00.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

T=60°C

45°C

25°C

รปท 2.10 กราฟแสดงความสมพนธระหวาง กระแสและแรงดนตออณหภม

ความตานทานอนกรมเพมขนจะท าใหแรงดนขาออกมคาลดลงแตไมมคาแรงดนวงจรเปด หรอกลาวไดวา ความตานทานอนกรมท าใหคาฟลดแฟกเตอรลดลง หากคานมมากๆ จะท าใหกระแสลดวงจรลดลง และ I-V Curve เปนเสนตรง ดงรปท 2.11 คาความตานทาน Shunt ลดลงมากเปนผลท าใหแรงดนวงจรเปด และกระแสลดวงจรมคาลดลง ดงรปท 2.12 และคาฟลดแฟกเตอรลดลงเชนเดยวกบกรณของความตานทานอนกรม

(� )

(

)

4.0

3.0

2.0

1.0

0.5

3.5

2.5

1.5

0.00.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

Rs = 20 Ω·cm2

2 Ω·cm2

1 Ω·cm2

รปท 2.11 กราฟแสดงความสมพนธระหวาง กระแสและแรงดนตอความตานทานอนกรม

11

(� )

(

)

4.0

3.0

2.0

1.0

0.5

3.5

2.5

1.5

0.00.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

RSH = 20 Ω·cm2

150 Ω·cm2

1000 Ω·cm2

รปท 2.12 กราฟแสดงความสมพนธระหวาง กระแสลดและแรงดนตอความตานทาน Shunt

2.1.5 การลดลงของประสทธภาพในการผลตไฟฟาของแผงเซลลแสงอาทตยทเกดขนจากตวเซลลของแผงเซลลแสงอาทตย 2.1.5.1 เกดจากการสกกรอนของรอยตอหรอเกดจากการลดลงของแรงยดเหนยวโครงสรางเซลลของแผงเซลลแสงอาทตย คาความตานทานอนกรมของแผงเซลลแสงอาทตย 2.1.5.2 เกดจากการเสอมของโลหะผสมทอยระหวางรอยตอ P-N ท าใหคาความตานทาน Shunt ลดลง ความตานทาน Shunt เกดจากการรวของกระแสไฟฟาทขอบของเซลลแสงอาทตย หรอเกดจากความไมสมบรณของผลก 2.2 มอสเฟต (MOSFET) การท างานของมอสเฟต คอ การใหแรงดนไบอสแกมอสเฟต ท าไดโดยแรงดนทขา Gate ( )GSV จะถกไบอสเพอควบคมใหมการเหนยวน าประจพาหะชนดเดยวกบสวนขา Source และขา Drain นนคอการควบคมใหเกดแชนแนลระหวางขา Source และขา Drain ขวของขา Source และฐานรองจะถกตอลงกราวด และสวนขา Drain ไดรบศกดาซงท าใหรอยตอ P-N ทสวนขา Drain เปนไบอสยอนกลบ (Reverse Bias) ดงนน ในกรณของเอนแชนแนลศกดาทขา Gate และขา Drain จงมคาเปนบวก ในท านองเดยวกนกรณของพแชนแนล ศกดาทขา Gate และขา Drain จงมคาเปนลบ ในกรณทไมมแรงดนไบอสท Gate-Source หรอแรงดนท Gate-Source เปนศนย ท าใหไมมสนามไฟฟาในชนของออกไซด ดงนนทผวสมผสระหวาง 2SiO Si ในสารกงตวน าจะไมมการเปลยนแปลงใด ๆ เกดขน ท าใหไมมบรเวณปลอดพาหะและแชนแนลในยานน คงมแตบรเวณปลอดพาหะทอยรอบ ๆ รอยตอ P-N ของสวนขา Source กบฐานรอง และสวนขา Drain กบฐานรองนอกจากนโครงสรางทเกดขนระหวางขา Source และขา Drain มลกษณะเปน n p n ดงภาพท 2.13 ทงยงไดรบไบอสแบบยอนกลบ (Reverse Bias) จงท าใหมกระแสทขา Drain มคานอยมาก และอาจจะประมาณคาไดเปนศนยหรอ 0DI แมวาแรงดน Drain-Source จะเพมขนกตาม กราฟของ D DSI V จงแสดงไดดงภาพท 2.13 ในขณะนมอสเฟตจะอยในสภาวะ Cutoff หรอเปนสถานะ OFF ของมอสเฟต แตถาชนฐานรองถกตอเขากบขา Source และแรงดนขา Drain มคาเปนลบ จะท า

12

ใหรอยตอ P-N ระหวางขา Drain กบฐานรองไดรบการไบอสตรง (Forward Bias) และมกระแสทขา Drain ได อยางไรกดในสภาพปกตทใชงานมอสเฟต จะไมใหแรงดนทขา Drain มคาเปนลบ

รปท 2.13 คณสมบต D DSI V ของมอสเฟต กรณ 0GSV และ 0DSV

ดงนนกระแสทขา Drain จงไมสามารถไหลได ส าหรบคณสมบตและการท างานของมอสเฟต ในขณะทมการใหแรงดนไบอสท Gate-Source คาคงทตาง ๆ โดย 0GSV และแรงดน Drain-Source มคาเปลยนแปลงไป จะท าใหมอสเฟตท างานในยานตาง ๆ ซงอาจจะพจารณาแบงออกเปนยานตาง ๆ ไดดงตอไปน 2.2.1 กรณท 0T GSV V และ 0DSV ; (Cutoff : ยานไมน ากระแส) เมอปอนแรงดนคาบวกเขาทขา Gate เทยบกบขา Source ทมคาบวกคาหนง แตนอยกวาแรงดนขดเรม ( TV : Threshold Voltage) หรอ 0T GSV V สนามไฟฟาในชนออกไซดทเกดจากแรงดน Gate-Source จะผลกใหโฮลในสารกงตวน าทผวสมผส 2SiO Si เคลอนทหางออกไปความหนาแนนของโฮลในบรเวณดงกลาวจงมคาลดลงจากเดม ผลดงกลาวท าใหเกดบรเวณปลอดพาหะ (Depletion Region) ขนในสารกงตวน าทอยใตสวนขา Gate ดงแสดงในภาพท 2.14 ดงนนในกรณนขา Source และขา Drain ยงคงถกแยกจากกนดวยชนของบรเวณปลอดพาหะทเกดขนใตสวนขา Gate และเปนชนทมความน าไฟฟาต า ดงนนเมอแรงดน Drain-Source มคาเพมขนกระแสทขาDrain กจะมการไหลแตวามคานอยมากประมาณวาเปนศนย 0DI ในสภาวะนมอสเฟตยงคงอยในสภาวะ Cutoff หรอสถานะ OFF เชนเดม

รปท 2.14 คณสมบต D DSI V ของมอสเฟต กรณ 0T GSV V และ 0DSV

13

2.2.2 กรณท GS TV V และ DSV มคานอย ; (Ohmic Region: ยานไมอมตว) เมอแรงดน Gate-Source GSV มคาเปนบวกเพมขน ในทสดแรงดน Gate –Source จะเทากบแรงดนขดเรม TV หรอมคาสงกวาแรงดนขดเรม GS TV V ในขณะนสนามไฟฟา ในชนฉนวนออกไซดทเกดขนเนองจากแรงดน Gate-Source จะมคามากพอทจะเหนยวน าใหเกดชนกลบชนดเอน (N-Inversion Layer) หรอแชนแนลชนดเอนในสารกงตวน าทผวสมผสระหวาง 2SiO Si บรเวณใตสวนขา Gate ดงภาพท 2.15 แชนแนลนจะมลกษณะเปนแผนประจบาง ๆ (Sheet of Charge) ภายในแชนแนลนจะมอเลกตรอนซงถกเหนยวน าอยในแชนแนลและจะมคาขนอยกบสนามไฟฟาในชนออกไซด หรอแรงดนทตกครอมชนออกไซด เมอแรงดน Gate-Source คงท และแรงดนทขา Drain เปนศนยมคาเทากบแรงดนทขา Source แรงดนทตกครอมของออกไซดจะมคาเทา ๆ กนทกจดในแชนแนล แตเมอแรงดน Drain-Source ( DSV ) มคาเปนบวก สนามไฟฟาในชนออกไซดทจดตาง ๆ ทหางออกมาจากดานขา Source จะมคาลดลง เพราะแรงดนตกครอมชนออกไซดทจดใกลดานขา Drain จะมคาลดลงผลดงกลาวท าใหความหนาแนนของอเลกตรอนในแชนแนลทเขาใกลมาทางดานขา Drain มคาลดลงดวย และจะมคานอยทสดทปลายดานขา Drain อยางไรกด กรณทแรงดน Drain-Source มคาในชวงต า ๆ อาจประมาณไดวาสนามไฟฟาทกจดมคาเทากน ดงนนความหนาแนนของอเลกตรอนในแชนแนล ประมาณไดวามคายาวเทากนตลอดจากปลายขา Source ถงปลายขา Drain ถดจากแชนแนลออกไปจะเปนบรเวณปลอดพาหะ ซงแรงดน DV จะท าใหรอยตอ P-N ทอยรอบ ๆ สวนขา Drain ไดรบไบอสยอนกลบ ท าใหบรเวณปลอดพาหะทางดานขา Drain ขยายกวางมากกวาทางดานขา Source เลกนอย แชนแนลชนดเอนทเกดขนนเสมอนกบเปนแทงสารกงตวน าชนดเอน ทมความยาวเทากบ L โดยมขวปลายทงสองดาน คอ สวนขา Source และสวนขา Drain ( )n เมอแรงดนขา Drain เรมมคาเพมขนเลกนอย สนามไฟฟาในแชนแนลจะท าใหอเลกตรอนในแชนแนลเกดการ ดรฟท (Drift) หรอเคลอนทในทศทางจากดานขา Source ไปยงดานขา Drain ดงนนท าใหมกระแส DI เกดขน โดยมทศทางพงเขาทขวขา Drain ขนาดของกระแสทขา

Drain ในขณะน จะถกจ ากดดวยคาความตานทานของแชนแนล หรอกคอ 1D

n ch

IR

และเปนไป

ตามกฎของโอหมคอ

DD

n ch

VI

R

(2.3)

โดยท n chR คอ ความตานทานของแชนแนล (Channel Resistance) และเทากบ 1

n chG

n chG คอ ความน าไฟฟาของแชนแนล (Channel Conductance) ดงนนขณะทแรงดนเพมขนในชวงต า กระแส Drain ทเพมขนกบแรงดนขา Drain ซงเกอบจะเปนเชงเสน ดงภาพท 2.15 เรยกการท างานในยานนวา “ยานเชงเสน” (Ohmic Region หรอLinear Region หรอ Triode Region) ในชวงนมอสเฟตจะมสภาพไมอมตว หรอ (Non-Saturation) กลาวคอ กระแสทขา Drain จะขนอยกบแรงดนทขา Drain และความชนของกราฟ

14

D DI V จะเพมขนกบแรงดนทขา Gate เนองจากแรงดนขา Gate เพมขนจะท าใหความน าของแชนแนลเพมขนดวย

รปท 2.15 คณสมบต D DSI V ของมอสเฟต กรณ GS TV V และ DSV มคานอยมาก

2.2.3 กรณท GS TV V และ ( )GS DS TV V V หรอ

( )DS DS SetV V เมอแรงดนขา Drain มคาสงขนตอไป คาความตางศกยระหวางขา Source และขาDrain จะท าใหทต าแหนงตาง ๆ ในแชนแนลมศกยไมเทากนอยางเหนไดชด ศกยไฟฟาทปลายขาSource ยงคงเปนศนยโวลต แตเมอต าแหนงนนอยหางออกมาจากทางดานขา Source หรอเมอเขาไปใกลทางดานขา Drain ศกยดาไฟฟาจะมคาเปนบวกเพมขน และจะมคาสงสดทปลายดานขา Drain คอ DV ดงนนแรงดนระหวางขวทขา Gate และแชนแนล (แรงดนตกครอมชนออกไซด) ทต าแหนง X ตาง ๆ ตลอดความยาวของแชนแนลจะมคาไมเทากน ทปลายดานขา Source แรงดนตกครอมชนออกไซดจะมคาสงสดเทากบ CV โดยไมเปลยนแปลงกบแรงดนทขา Drain แตทต าแหนง X ทหางจากขา Source หรอใกลเขามาทางดานขา Drain แรงดนตกครอมชนออกไซดจะมคาลดลง และทปลายดานขา Drain แรงดนตกครอมชนออกไซดนจะมคาต าสดและมคาเทากบ GS DSV V กรณทแรงดนขา Drain มคาไมสงมากและท าให ( )GS DS TV V V แสดงวาในชวงนยงมแชนแนลเกดขนไดโดยตลอดตงแตขา Source ไปจนถงขา Drain และแรงดนทขา Gate คงทความหนาแนนของอเลกตรอนทในแชนแนลทปลายดานขา Source จะมคาคงท แมแรงดนทขา Drain จะเพมขน แตความหนาแนนของอเลกตรอนในแชนแนลจะลดลงกบระยะทางทหางออกไปจากดานขา Source และยงจะมคาลดลงเมอแรงดนทขา Drain มคาเพมขน ดงภาพท 2.16 ซงอาจพจารณาไดวาเมอใกลเขาไปทางดานขา Drain ขนาดของแชนแนลจะมคาลดลง ดงนนความตานทานของแชนแนล n chR

จะมคาเพมขนกบแรงดนทขา Drain โดยเมอแรงดนทขา Drain มคาเพมขน การเพมขนของกระแสจะชะลอตวลงดงสงเกตไดจากกราฟ D DI V ซงความชนของกราฟจะมคาลดลง (โคงมากขน) เมอแรงดนทขา Drain เพมขน แตยงคงอยในเงอนไข ( )GS DS TV V V หรอ ( )DS DS SetV V โดยท

( )DS SetV หมายถง แรงดน Drain-Source ทอมตว

15

รปท 2.16 คณสมบต D DSI V ของมอสเฟตกรณ GS TV V

และ ( )GS DS TV V V หรอ ( )DS DS SetV V

2.2.4 กรณท GS TV V และ

( )DS DS SetV V (Pinch off Point : จดพนชออฟ) เมอแรงดน DV ยงคงเพมขนกระทงมคามาก จนท าใหแรงดนทตกครอมชนออกไซดทต าแหนงปลายดานขา Drain มคาเทากบแรงดนขดเรมพอด หรอ

( )( )GS DS Set TV V V แชนแนลทปลายดานขา Drain จะมขนาดลดลงเปนศนยหรอกคอ แชนแนลขาดออกพอดทขา Drain ดงภาพท 2.17 ซงเรยกสภาวะนวา “สภาวะพนชออฟ” (Pinch off) และจดทแชนแนลขาดออกพอดนเรยกวา“จดพนชออฟ” (Pinch off Point) บรเวณปลอดพาหะตรงสวนขา Drain จะมขนาดกวางมากกวาดานSourceอยางเหนไดชด คาของแรงดน Drain-Source ทพอดทท าใหเรมเกดสภาวะพนชออฟ ถกเรยกวา “แรงดนDrainซสอมตว” (Saturation Drain Source Voltage:

( )DS SetV ) หรอบางกรณเรยกวา “แรงดนพนชออฟ” (Pinch off Voltage: PV ) ในขณะนพจารณาไดวา แชนแนลทขาดออกพอดทต าแหนงปลายดานขา Drain การท างานของมอสเฟตในสภาวะนจงคลายกบสภวะพนชออฟของ (N-Channel JFET) กลาวคอ เมออเลกตรอนในแชนแนลถกดรฟท (Drift) โดยสนามไฟฟาจากดานขา Source มาทางดานขา Drain และเมอมาถงปลายแชนแนลทจดพนชออฟ สนามไฟฟาคาสงสดทตกครอมในชวงแคบ ๆ ของบรเวณปลอดพาหะระหวางปลายของแชนแนล และสวนขา Drain จะดงใหอเลกตรอนทสวนปลายแชนแนลขามบรเวณปลอดพาหะเขาไปยงสวนขา Drain ดงนนกระแสทขา Drain ยงคงไหลไดแตขนาดของกระแสจะถกจ ากดดวยปรมาณของอเลกตรอน ทถกดงหรอฉดขามบรเวณปลอดพาหะดงกลาวและอาจจะพจารณาไดวากระแสทขา Drain ถกจ ากดดวยคาความตานทานประสทธผล (Effective Resistance) ของแชนแนล ดงนนเมอแรงดน Drain-Source เพมขน กระแส DI จะมคาเพมขนดวย (อยางชะลอตว) กระทงเมอถงคา ( )DS SetV กระแสทขา Drain จะมคาสงสดเรยกวา “กระแสDrainอมตว” (Saturation Drain Current) และเขยนแทนดวย ( )D SatI ดงภาพท 2.17

16

รปท 2.17 คณสมบต D DSI V ของมอสเฟต กรณ GS TV V

และ ( )DS DS SetV V หรอ

( )( )GS DS Set TV V V 2.1.5 กรณท GS TV V และ

( )DS DS SetV V ; (Saturation Region : ยานน ากระแสอมตว) เมอแรงดนท Drain–Source มคามากกวาแรงดนอมตวหรอ

( )DS DS SetV V ท าใหแรงดนทตกครอมชนออกไซดทบร เวณใกลปลายดานขา Drain มคานอยกวาแรงดนขดเรม ( )GS DS TV V V ดงนนในบรเวณดงกลาวจะไมมแชนแนลเกดขน จงคลายกบวาจดพนชออฟเกดขน เลอนไปจากจด Drain เขาไปทางดานจดขา Source และทต าแหนง X ใด ๆ ทเปนจดพนชออฟ ตามเงอนไขของสมการ ( ( ))GS DS TV V X V ยงคงไมเปลยนแปลง ดงนนเมอแรงดนขา Drain มคาสงกวา

( )DS SetV จดพนชออฟจะเลอนเขาไปใกลดานขา Source ดงภาพท 2.18 ท าใหเกดบรเวณปลอดพาหะระหวางจดพนชออฟกบสวนขา Drain ซงมระยะกวางเทากบ L หากพจารณาวา มอสเฟตนเปนชนด Long Channel และ L L ดงนนความยาวของแชนแนลจงมขนาดสนลงจากเดมนอยมาก กระทง ประมาณวามขนาดความยาวเทาเดมไมเปลยนแปลง

รปท 2.18 คณสมบต D DSI V ของมอสเฟต กรณ GS TV V และ

( )DS DS SetV V ดงนนความตานทานของแชนแนล n chR จะมคาประมาณเทาเดม แมวาแรงดนทขา Drain จะมคาเพมขนกตาม และแรงดนทตกครอมระหวางขา Source ถงจดพนชออฟจะมคาคงทเสมอ โดยไมเปลยนแปลงกบแรงดน Drain-Source และเมอแรงดนท Drain-Source เพมขนสงกวา

17

( )DS SetV กระแสทขา Drain จะประมาณไดวามคาคงท และเทากบคาของ ( )DS SetI ซงเปนกระแสทขา

Drain อมตว หาไดจากสมการ

;

D Set

D DSD Sat DS Sat

eff n ch

VI I V V

R

(2.4)

ซงมอสเฟตถกพจารณาวาท างานในยานอมตวหรอ (Saturation Region) กลาวคอกระแสทขา Drain จะมคาคงท โดยไมเปลยนแปลงกบแรงดนทขา Drain

รปท 2.19 ความสมพนธของกระแสทขา Drain และแรงดนทขา Drain-Source

ความสมพนธของแรงดน GV กบกระแส DI ในขณะทแรงดนทขา Gate คงทและมอสเฟตท างานในยานอมตวสามารถเขยนไดดงภาพท 2.19 ซงแสดงกราฟความสมพนธระหวาง กระแสท ขา Drain และแรงดนท ขา Drain-Source โดยเปลยนคา GV โดยท

1 2 3 4G G G GV V V V …….. การท างานของมอสเฟตจะเปนลกษณะของการใชแรงดนไฟฟา ควบคมปรมาณการไหลของกระแส สมการกระแสทขา Drain ของมอสเฟตถกคดขนโดย Sah , H. Shichman และ D. Hodges ดงสมการท (2.5) แสดงคณสมบตการท างานของมอสเฟต

' ; 2

DD GS T DS GS T

VWI K V V V V V

L

(2.5)

โดยท 'K = คาทรานสคอนดกแตนซ (Transconductance) มคาเทากบ o OXC o = คาความคลองโฮล หรออเลกตรอน (Surface Mobility of Carrier)

18

OXC = คาความจตอพนทของGateออกไซด (Capacitance Per Unit Area of The Gate Oxide) W = ความกวางของแชนแนล (Channel width) L = ความยาวของแชนแนล (Channel Length) GSV = แรงดนระหวางขา Gate กบขา Source

TV = แรงดนขดเรม (Threshold Voltage) DSV = แรงดนระหวางขา Drain กบขา Source DI = กระแสทขา Drain 2.3 ไมโครคอนโทรลเลอร (Microcontroller) ไมโครคอนโทรลเลอร PIC18F ผลตโดยบรษท Microchip Inc. จดวามประสทธภาพสงสดในกลมไมโครคอนโทรลเลอรขนาด 8 บตทงหมด โดยประกอบไปดวยโมดลทจ าเปนตอการใชงานครบถวนนอกจากจะมประสทธภาพในการควบคมอปกรณภายนอกแลว ยงสามารถน าไปใชงานทางดานการประมวลผลสญญาณดจตอลไดเปนอยางด ภายในประกอบดวยวงจรอนๆ หลายวงจรและท าหนาทรวมกน และยงเหมาะสมตอการพฒนาดวยโปรแกรมภาษา C ภายในตวของไมโครคอนโทรลเลอร PIC18F458 มโมดลแปลงสญญาณอนาลอกเปนดจตอลทมความละเอยด 10 บต จ านวน 8 ชองสญญาณใชการแปลงแบบประมาณคา (Successive Approximation) มหนวยความจ าขอมลออพรอม (EEPROM) 256 ไบต

รปท 2.20 การจดเรยงขอสญญาณของ PIC18F458

2.4 คาความคลาดเคลอน (Error) ความคลาดเคลอน หมายถง ปรมาณหรอตวเลขทแสดงแตกตางระหวางคาทแทจรงของสงทเราวด (Expected Value) และคาทอานไดจากเครองวด (Measured Value) ความคลาดเคลอนจ าแนกได 3 ประเภท คอ

19

2.4.1 ความคลาดเคลอนเชงบคคล (Personal Errors) เปนความคลาดเคลอนทเกดจากความบกพรองของผวด หรอผทดลอง ซงสามารถลดความคลาดเคลอนชนดนไดถาถกผทดลองใชความระมดระวงในการอานขอมลจากเครองมอวดพรอมทงระมดระวงหนวยของปรมาณทวด นอกจากนนตองบนทกขอมลใหเปนระเบยนแบบแผน มรายละเอยดทสามารถสอความหมายของขอมลดบ จนสามารถน าขอมลไปวเคราะหหรอค านวณหาค าตอบไดโดยไมผดพลาด การแกไขท าไดโดยพฒนานสยผวดใหมลกษณะนสยมความละเอยดรอบคอบ 2.4.2 ความคลาดเคลอนเชงระบบ (Symantic’s Error) เปนความคลาดเคลอนเกดจากเครองมอทใชทดลอง สามารถลดใหนอยลงไดโดยใชเครองมอทมคณภาพ ความคลาดเคลอนชนดนเกดขนเสมอไมขนกบผทดลอง ผทดลองจงตองเลอกอปกรณ หรอเครองมอทดลองใหเหมาะสม โดยมสงควรค านงถงดงน 1) ความแมนย า (Precision) หมายถง เครองมอนนสามารถวดคาไดเทาเดม แมวาจะวดซ ากนหลายๆครง 2) ความถกตอง (Accuracy) หมายถง เครองมอนนสามารถวดคาไดเทากบ หรอใกลเคยงคามาตรฐาน 3) ความไว (Sensitivity) หมายถง เครองมอนนสามารถวดคาได แมวาสงนน หรอปรมาณฟสกสปรมาณนนจะมคานอยมากๆ 2.4.3 ความคลาดเคลอนเชงสถต (Statistical Error) เรยกอกอยางวา ความคลาดเคลอนแบบสม (Random Error) เปนความคลาดเคลอนในลกษณะทขอมล หรอตวเลขทวดไดมคาตางๆ กนกระจายออกไปจากตวเลขทเปนไปไดมากทสดคาหนง ซงเปนคาเฉลยของขอมลตวเลขนน ความคลาดเคลอนชนดนเปนความคลาดเคลอนท เราไมสามารถก าหนด หรอคาดคะเนไดแมจะพยายาม และระมดระวงอยางดทสดแลวกตาม เชน การอานขอมลตวเลขจากเครองมอวดทตองอาศยการประมานคาในหลงสดทายของสเกลจะมขนาดไมเทากน และมการกระจายแบบสม (Random distribution) หมายวามวา แมวาจะพยายามวดหลายๆ ครง จะพบวาตวเลขการวดแตละครงจะไมเทากน แตตวเลขทวดไดมแนวโนมจะเทา หรอใกลเคยงคาๆ หนง ซงคาๆ นเราหาไดโดยใชการวเคราะหทางสถต (Statistical analysis) 2.5 เปอรเซนตความคลาดเคลอน (Percentage Error) ความถกตองและความเชอถอของการทดลองพจารณาไดจากเปอรเซนตความคลาดเคลอน ทงนตองมปรมาณทเปนจรง และถกตองไวเปรยบเทยบดวย ซงความคลาดเคลอนสามารถค านวณไดโดย ก าหนดให E คอ คาทวดได S คอ คาจรง

20

จะได เปอรเซนตความคลาดเคลอน 100%E S

xS

(2.6)

แตกรณทไมสามารถหา หรอก าหนดปรมาณมาตรฐานเพอใชเปรยบเทยบกบการทดลองได แตมผลการทดลอง 2 ชดทมคาแตกตางกน เราสามารถหาคาความคลาดเคลอนทเปนเปอรเซนตความแตกตางของการทดลองทงสองชด โดยใชคาเฉลยของผลการทดลองทงสองชดเปนปรมาณทใชเปลยนเทยบกน กลาวคอ ถาให 1E และ 2E เปนผลการทดลอง 2 ชด

จะได เปอรเซนตความแตกตาง 1 2100%

E Ex

E

(2.7)

2.6 งานวจยทเกยวของ (Literature Review) ในระบบผลตพลงงานไฟฟาจากเซลลแสงอาทตย จะเปนจะตองใชคาพารามเตอรพนฐานซงประกอบไปดวย กระแสไฟฟา แรงดนไฟฟา อณหภม และความเขมแสงอาทตย ในสวนของกระแสไฟฟา และแรงดนไฟฟา จะถกพลอตอยในรปของกราฟ I-V Curve ซงใชในการประเมนระบบ เชน การเปลยนแปลงความตานทานภายในตอประสทธภาพของเซลลแสงอาทตย เปนตน และมงานวจยทเกยวของกบการวดคาพารามเตอรพนฐานดงตอไปน อนรกษ เกษวฒนากล วจยเรองการประยกตใชไมโครคอนโทรลเลอรวดคาพารามเตอรของเซลลแสงอาทตย และศกษาคณสมบตของอปกรณอเลกทรอนกสเชงแสง โดยในงานวจยนจะเนนในเรองการใชไมโครคอนโทรลเลอรในการวดคาและบนทกผล สามารถวดคา กระแสไฟฟา แรงดนไฟฟา อณหภม และความเขมแสงอาทตย 2.7 สรปทฤษฎ และงานวจยทเกยวของ จากการศกษาทฤษฎ และงานวจยทเกยวของพบวา ในการทจะผลตพลงงานจากเซลลแสงอาทตยนน จะตองมการค านวณคาของพลงงานทผลตได เชคความเสอมสภาพของเซลลแสงอาทตย และระบบตางๆ หาจดคมทนในการตดตง ซงการทจะหาตางๆเหลานตองมสวนของการหาคา กระแสไฟฟา และแรงดนไฟฟา ในการค านวณทงสน

บทท 3 ขนตอนการด าเนนงาน

ในการด าเนนงานวจยเรอง การท าเครองวด I-V Curve ของแผงเซลลแสงอาทตยนน เปนการศกษาวจยเชงวศวกรรมเพอออกแบบสราง และทดสอบเปรยบเทยบคาการประยกตใชมอสเฟตในการท าเปนอเลกทรอนกสโหลด หรอโหลดปรบคาอตโนมตเพอใชในการวดคา I-V Curve และใชไมโครคอนโทรเลอร PIC18F458 ในการควบคม โดยสามารถแสดงขนตอน และวธการด าเนนงานไดดงตอไปน 3.1 บลอกไดอะแกรมโครงสรางของระบบ โครงสรางของระบบเครองวด I-V Curve ของแผงเซลลแสงอาทตย โดยใชมอสเฟตเปนอเลกทรอนกสโหลด และใชไมโครคอนโทรเลอร PIC18F458 ในการควบคม

� �

� �

EEPROM

I-V Curve

�

รปท 3.1 โครงสรางของระบบเครองวด I-V Curve ของแผงเซลลแสงอาทตย 3.2 มอสเฟต 3.2.1 ยานการท างานของมอสเฟต การตดตามก าลงไฟฟาโดยประยกตใชคณสมบตของมอสเฟตอาศยคณสมบตยานการท างานในยาน Linear Region หรอยาน Ohmic Region ของมอสเฟต ลกษณะกราฟจะเปนดงรปท 3.2 ทแสดงความสมพนธระหวางกระแส และแรงดนของขาเดรนทแรงดนขาเกตแตกตางกน ซงจากรปจะเหนวากระแสทขาเดรนกบกระแสของแผงเซลลแสงอาทตยจะเทากน ดงสมการท (3-1) และ (3-2)

22

Ohmicreg

ion

รปท 3.2 ความสมพนธระหวางกระแส DI และแรงดนขาเกต GSV และขาเดรนขาซอรส DSV

22 2D GS th DS DS GS thI K V V V V K V V (3-1)

2

1D GS th DSI K V V V (3-2) และกระแสทแผงเซลลแสงอาทตยดงสมการ PV L diodeI I I (3-3) เมอ

1PV

T

VnV

diode OI I e

(3-4)

สมการท (3-1) และ (3-2) เปนยานของชวง Ohmic region เมอ DS GS thV V V และ ยาน Active region เมอ ตามล าดบ K และ เปนคาพารามเตอร และ thV เปนแรงดนขดเรม คอ กระแสทแสงผลตได ( )SCI และ diodeI สมการท (3-4) OI คอ กระแสเมออมตว n คอคาของไดโอด (มคาอยระหวาง 1-2) คอคาแรงดนทอณหภม การตดตามกระแส และแรงดนตองค านงถงยานการท างานทปลอดภยของมอสเฟตดวยงานวจยนเลอกมอสเฟตทนยมน ามาใชงานในหองปฎบตการทดลองอเลกทรอนกสก าลง ทมความแตกตางของคา ( )DS onR จ านวน 6 เบอร ไดแก เบอร IRFP460, IRFP3710, IRF540N, IRF640N, IRF840 และ L2203N 3.2.2 วงจรพนฐานของมอสเฟต ในการทดสอบหาคาคณลกษณะของกระแส และแรงดน ของแผงเซลลแสงอาทตย โดยการใชมอสเฟตเปนอเลกทรอนกสโหลด ใชในการปรบคาการไหลของกระแสระหวางขา Drain

23

และขา Source จะตองวดหาคาชวงเวลา และคาชวงแรงดนทมอสเฟตเรมท างาน เพอทจะไดน าชวงเวลา และคาชวงแรงดนทมอสเฟตเรมท างาน ไปท าการเขยนโปรแกรมควบคมการท างานดวยไมโครคอนโทรเลอรตอไป ซงวงจรพนฐานของมอสเฟตจะเปน ดงรปท 3.3 โดยการวดหาคาชวงเวลา และคาชวงแรงดนทมอสเฟตเรมท างานนนจะใชออสซลโลสโคปในการดกราฟ และเกบคา

dummyR

PV

DSVGSV

PVI DI

รปท 3.3 วงจรพนฐานของมอสเฟต ตอรวมกบแผงเซลลแสงอาทตย

3.2.3 วงจรหนวงเวลาการจายแรงดน GSV การหนวงเวลาเพอจายแรงดน GSV ยาน linear region หรอ Ohmic Region ของมอสเฟตใชวงจรหนวงเวลาจาก op-amp ค านวณเวลาจากสมการ (3-5) คาเวลาทใชทดลอง 1 วนาท คาความตานทาน 1 k คาตวเกบประจ 1000 F R C (3-5)

1R k

1000C uF

inVGSV

1sec.

15V

15V รปท 3.4 วงจรหนวงเวลา 1 วนาทโดยใช Op-amp

3.2.4 วงจรรวมทดสอบมอสเฟต การวดแรงดนไฟฟาจากแผงเซลลแสงอาทตยออกแบบใหสามารถวดแรงดนไดสงสด 60 V และวดกระแสไดสงสด 10 A โดยใชมอสเฟต เปนอเลกทรอนกสโหลดทปรบคาการไหลของกระแสระหวางขา Drain และขา Source ของมอสเฟต ไดโดยการควบคมแรงดนไฟฟาทขา Gate และขา Source ( )GSV ใหเกดการไหลของกระแสไฟฟา DI จากคานอยๆ แลวเพมมากขนอตโนมต

24

ในยานคณสมบต Ohmic Region ควบคมการท างานดวยไมโครคอนโทรลเลอร PIC18F458 และวงจรหนวงเวลา Op-amp ดงรปท 3.4

Enable

U5B65

7

R204.7K

-

TL074CN

C13

R171K+

1000uF/35V

D121

GND GND

GND

GND

GND

GND

GND

GND

U5C9

108-

TL074CN+

U5D1312

14-

TL074CN+

R181K

R151K

R19180 R21

10K R220.01

R231K

R1620K

IRFP460Q1

P6

DC Input From PV

12

Enable

I-Load V-Load

รปท 3.5 วงจรหนวงเวลา Op-amp ทใชในการควบคมมอสเฟต

3.3 ไมโครคอนโทรเลอร เครองวด I-V Curve ของแผงเซลลแสงอาทตยนนจะตองมการควบคมการท างานของระบบในการ สงงาน รบสงขอมล และบนทกคา จงไดเลอกใชไมโครคอนโทรเลอร PIC18F458 ระบบม ขนตอนในการท างานดงรปท 3.5

EEPROM

10 ms 200

100 ms

รปท 3.5 Flow Chart Diagram ของโปรแกรมไมโครคอนโทรเลอร

25

3.4 สรปขนตอนการด าเนนงาน ในบทนอธบายไดอะแกรมโครงสรางของเครองวด I-V Curve ของแผงเซลลแสงอาทตย และน าเสนอการออกแบบ การจ าลองการท างาน การสรางวงจรทใชในการทดสอบมอสเฟต และวงจรหนวงแรงดน GSV รวมไปถงการออกแบบควบคมระบบการท างานของไมโครคอนโทรเลอร ซงจะน าสวนตางๆ ดงกลาวไปท าการทดสอบในบทตอไป

บทท 4 ผลการด าเนนงาน

ในการทดลองเครองวด I-V Curve ของแผงเซลลแสงอาทตยมหวขอในการทดสอบดงน การทดลองหาชวงเวลาและชวงของแรงดนทมอสเฟตท างานเพอหามอสเฟตทมความเหมาะสมในการน าไปจ าลองเปนอเลกทรอนกสโหลดของเครองวด I-V Curve ของแผงเซลลแสงอาทตย การทดลองเปรยบเทยบมอสเฟตทคดเลอกมาเพอหามอสเฟตท เหมาะสมทสด การทดลองหาคาความคลาดเคลอนของเครองวด I-V Curve ของแผงเซลลแสงอาทตยเมอเทยบกบเครอง PROVA 210 4.1 การทดลองหาชวงเวลาและชวงของแรงดนทมอสเฟตท างาน การทดลองหาชวงเวลาและชวงของแรงดนทมอสเฟตท างานท าขนเพอหามอสเฟตทมความเหมาะสมในการน าไปจ าลองเปนอเลกทรอนกสโหลดของเครองวด I-V Curve ของแผงเซลลแสงอาทตย โดยท าการทดลองโดยเลอกมอสเฟตทนยมใชงานในหองปฏบตการทดลองอเลกทรอนกสก าลงทมความแตกตางของ

( )DS ONR จ านวน 6 เบอร ไดแก เบอร IRFP460, IRFP3710, IRF540N,

IRF640N, IRF840 และ L2203N โดยจายไฟกระแสตรงท 25 , 2oc scV V I A ในแตละเบอรจะ

ทดลองทงหมด 5 ครงแลวหาคาเฉลย

}senseRVsenseR{GSV

MOSFET

DC

ramp

scope

0.01

senseR

sense

VI

R

} MOSFETV

รปท 4.1 วงจรการทดลองหาชวงเวลาและชวงของแรงดนทมอสเฟตท างาน

27

1.5sec.

GSSlopV4.0

startV

V

4.8

stopV

V

0V

10V

รปท 4.2 สญญาณแรงดน และชวงเวลาการหนวงเวลา

ก) การทดสอบแผงเซลลแสงอาทตย ข) ตนแบบวงจรขบอเลกทรอนกสโหลด

รปท 4.3 แสดงการทดสอบตนแบบวงจรขบอเลกทรอนกสโหลด

ตารางท 4.1 ผลการทดลองหาชวงเวลาและชวงของแรงดนทมอสเฟตท างาน

ล าดบ เบอรมอสเฟต ,D GSI V คา ( )DS ONR คา GSV

เรมท างาน

เวลา GSV เรมน ากระแส DI

t

1 IRF840 8A , 500V 850 m 4.2 V 140 ms 2 IRFP460 20A , 500V 270 m 3.8 V 180 ms 3 IRFP640N 18A , 200V 150 m 4.2 V 90 ms 4 IRF540N 33A , 100V 44 m 3.8 V 60 ms 5 IRFP3710 57A , 100V 25 m 4.0 V 120 ms 6 L2203N 116A , 30V 7 m 2.5 V 40 ms

28

สรปผลการทดลอง การทดสอบมอสเฟต จ านวน 6 เบอร และไดผลการทดสอบหาคา GSV เรมท างาน ชวงเวลาการน า กระแสยาน Linear Region ดงในตารางท 4.1 จากการทดลองไดแบงมอสเฟตออกเปน 2 กลม โดยแบงจากคา

( )DS ONR ของมอสเฟตในแตละเบอร เนองจากคา ( )DS ONR

มความความส าคญในการปรบกระแสทขาDrain โดยเมอถามคา ( )DS ONR มากชวงเวลาในการปรบ

กระแสทขาDrain กจะมคามากตามไปดวย ซงในการเกบคา I-V Curve ถาหากมชวงเวลาทมากกจะสามารถเกบคาไดระเอยดมากขน ดงนนจงแบงกลมไดดงน ล าดบท 1, 2 และ 3 เปนกลมทมคา

( )DS ONR มาก คอมคา ( )DS ONR มากกวา 100 m และล าดบท 4, 5 และ 6 เปนกลมทมคา

( )DS ONR นอย คอมคา ( )DS ONR ต ากวา 100 m

GSV

DI

PVV

4.2startV V

112t mS 4.8stopV V

SCIOCV

รปท 4.4 สญญาณแรงดน GSV ชวงเวลาน ากระแส DI แรงดน PVV

จากชวงเวลาการท างาน OCV จนถง SCI ของมอสเฟตเบอร IRFP3710

GSV

DI

PVV

4.0startV V

158t mS 4.8stopV V

SCIOCV

รปท 4.5 สญญาณแรงดน GSV ชวงเวลาน ากระแส DI แรงดน PVV จากชวงเวลาการท างาน OCV จนถง SCI ของมอสเฟตเบอร IRFP460

29

4.2 การทดลองเปรยบเทยบมอสเฟต จากการทดลองหาชวงเวลาและชวงของแรงดนทมอสเฟตท างานไดเลอกมอสเฟตทมชวงเวลา

GSV เรมน ากระแส DI มากทสดมา 2 เบอร โดยแบงเปนกลมทมคา ( )DS ONR มาก จะไดมอสเฟต

เบอร IRFP460 มคณสมบต DI = 20A และ GSV = 500V กลมทมคา

( )DS ONR นอย จะไดมอสเฟตเบอร IRF3710 มคณสมบต DI = 57A และ GSV = 100V ซงในการทดลองนจะทดสอบสญญาณ กระแส DI แรงดน DSV ใชแผงเซลลแสงอาทตยของ SHARP (ND-130T1J) ขนาด 130 Watt แบบหลายผลก (Polycrystalline silicon cells) มคณลกษณะดงน

OCV = 22V,

SCI = 8.09A, mmpV =17.04V และ

mmpI = 7.48A โดยวางแผงราบท ามม ศนยองศา เมอเทยบกบแนวระดบ สามารถน ามาสรางกราฟ I-V Curve ททดสอบไดในสภาวะแผงเซลลแสงอาทตยไมมการบงเงา โดยสรางรปสญญาณโดยการใชคณสมบต XY Plot ของออสซลโลสโคป ดงรปท 4.6

(ก) มอสเฟตเบอร IRFP460 (ข) มอสเฟตเบอร IRFP3710

รปท 4.6 กราฟคณลกษณะของ I-V Curve ของแผงเซลลแสงอาทตย การทดสอบในสภาวะแผงเซลลแสงอาทตยไมมการบงเงา

และทดสอบในสภาวะแผงเซลลแสงอาทตยเกดสภาวะบงเงาโดยใชแผงชนดเดยวกนกบสภาวะไมบงเงา สรางรปสญญาณโดยใชคณสมบต XY Plot ของออสซลโลสโคป โดยจะมการบงเงาในสองลกษณะ คอ แนวยาว คอจะน าแผนฟวเจอรบอรดมาวางในดานยาวของแผงเซลลแสงอาทตย และแนวขวาง คอจะน าแผนฟวเจอรบอรดมาวางในดานกวางของแผงเซลลแสงอาทตย ดงรปท 4.7

(ก) ลกษณะการบงเงาในแนวยาว (ข) ลกษณะการบงเงาในแนวขวาง

รปท 4.7 ตวอยางการทดสอบในสภาวะแผงเซลลแสงอาทตยโดยมการบงเงา

I V Characteristics

I

VI V Characteristics

I

V

30

จะไดกราฟคณลกษณะของ I-V Curve ของแผงเซลลแสงอาทตยจากการทดสอบการเกดสภาวะบงเงาในแนวยาว โดยสรางรปสญญาณโดยใชคณสมบต XY Plot ของออสซลโลสโคป ดงรปท 4.5

(ก) มอสเฟตเบอร IRFP460 (ข) มอสเฟตเบอร IRFP3710 รปท 4.8 กราฟคณลกษณะของ I-V Curve ของแผงเซลลแสงอาทตย การทดสอบในสภาวะแผงเซลลแสงอาทตยโดยมการบงเงาในแนวยาว

จะไดกราฟคณลกษณะของ I-V Curve ของแผงเซลลแสงอาทตยจากการทดสอบการเกดสภาวะบงเงาในแนวขวาง สรางรปสญญาณโดยใชคณสมบต XY Plot ของออสซลโลสโคปดงรปท 4.6

(ก) มอสเฟตเบอร IRFP460 (ข) มอสเฟตเบอร IRFP3710 รปท 4.9 กราฟคณลกษณะของ I-V Curve ของแผงเซลลแสงอาทตย การทดสอบในสภาวะแผงเซลลแสงอาทตยโดยมการบงเงาในแนวขวาง

สรปผลการทดลอง จากการทดสอบในสภาวะตางๆ ของแผงโซลาเซลลจะเหนวามอสเฟตทงสองเบอรไดกราฟคาทใกลเคยงกน มลกษณะทแตกตางกนนอยมาก ดงนนแสดงใหเหนวาคา ( )DS ONR

I V Characteristics

I


I

V

I V Characteristics

I


I

V

31

ไมไดสงผลในการแสดงกราฟคณลกษณะ I-V Curve ของแผงเซลลแสงอาทตย แตทคา ( )DS ONR มาก

เวลาการท างาน t ของมอสเฟตจะมคามาก เมอ t มากจงท าใหมเวลาในการเกบคาไดมากขน

ดงนนจงท าใหสามารถเกบคาไดไดละเอยดมากขน ดงนน จงเลอกใชมอสเฟตกลม

( )DS ONR คามาก เบอร IRFP460 มคา ( )DS ONR = 270 m

มชวงเวลาในการท างานของมอตเฟต 180 ms มคณสมบต DI = 20A และทนแรงดน GSV =

500V. แรงดน เรมท างานท 4.0V ดงนนหากตองการเกบขอมลคาคณลกษณะ I-V Curve ของแผงเซลลแสงอาทตยจะใหไมโครคอนโทรลเลอรควบคมการท างานของวงจรหนวงเวลา (Enable) Op-amp และหลงจากนนอก 100 ms ใหเรมบนทกคาขอมลทก ๆ 10 ms ไปจนครบ 200 คา และหยดการบนทกคา 4.3 การทดลองหาคาความคลาดเคลอน การทดลองหาคาความคลาดเคลอนของเครองวด I-V Curve ของแผงเซลลแสงอาทตยทไดสรางขน เทยบกบเครอง PROVA 210 Solar Module Analyzer เครองวด I-V Curve ทมขายในตางประเทศ โดยใชแผงเซลลแสงอาทตยของ Solartron Solar Module SP50 ขนาด 50 Watt แบบหลายผลก (Polycrystalline silicon cells) มคณลกษณะดงน OCV = 21.50V, SCI = 3.25A,

mmpV = 17.00V และ mmpI = 2.95A โดยวางแผงราบท ามม ศนยองศา เมอเทยบกบแนวระดบ

แลวเกบคาท คาพลงงานแสงอาทตย และ เวลาเดยวกน จากการทดลองหาคาความคลาดเคลอนของเครองวด I-V Curve ของแผงเซลลแสงอาทตยทไดสรางขน เทยบกบเครอง PROVA 210 Solar Module Analyzer ทเวลา 11.58 น. คาพลงงานแสง 642 2/W m จะไดกราฟ I-V Curve และ P-V Curve ดงรปท 4.10 และ 4.11

รปท 4.10 กราฟ I-V Curve และP-V Curve ทวดจากเครองวด I-V Curve ของแผงเซลลแสงอาทตย

0102030405060

00.5

11.5

22.5

33.5

44.5

0 5 10 15 20

Powe

r (W

)

Curre

nt (I

)

Volt (V)

I-V

P-V

32

รปท 4.11 กราฟ I-V Curve และ P-V Curve ทวดจากเครอง PROVA 210

ตารางท 4.2 ผลการทดลองหาคาความคลาดเคลอน

เครองวด I-V Curve เครอง PROVA 210 เปอรเซนตความคลาดเคลอน OCV 18.99 V OCV 18.83 V OCV 0.84970791 % SCI 4.163 A SCI 3.79 A SCI 9.84168865 % mmpP 49.936 W mmpP 49.81 W mmpP 0.25296125 % mmpV 13.26 V mmpV 13.45 V mmpV 1.41263940 % mmpI 3.71 A mmpI 3.691 A mmpI 0.51476564 %

สรปผลการทดลอง จากการทดลองพบวาเครองวด I-V Curve ทสรางขนสามารถเกบคา I-V Curve ของแผงเซลลแสงอาทตยได และเมอเทยบกบเครอง PROVA 210 Solar Module Analyzer ทความเขมแสงเดยวกน คาความคลาดเคลอนของเครองวด I-V Curve ทสรางขนอยในชวงทยอมรบได และพบวาคา SCI มความคลาดเคลอนมากทสดอยท 9.84 %

0

10

20

30

40

50

60

0

1

2

3

4

0 5 10 15 20

Powe

r (W

)

Currr

nt (I

)

Volt (V)

I-V

P-V

บทท 5 ขอสรปและขอเสนอแนะ

ปรญญานพนธฉบบนไดน าเสนอ การศกษาและการท าเครองวด I-V Curve ของแผงเซลลแสงอาทตย โดยตองการใหมความสะดวกในการใชงาน มราคาถก และลดการน าเขาเครองวด I-V Curve จากตางประเทศซงมราคาสง โดยไดน ามอสเฟตมาจ าลองเปนอเลกทรอนกสโหลด หรอโหลดปรบคาอตโนมตเพอใชในการวดคา I-V Curve และใชไมโครคอนโทรลเลอรในการควบคมระบบการท างานของเครองวด ซงไดก าหนดใหสามารถวดคากระแสได 0 - 10 A และวดคาแรงดน 0 – 60 V หรอทก าลงไฟฟา 250 W 5.1 สรปผลการทดลอง ไดเลอกใชมอสเฟตเบอร IRFP460 เนองจากมอสเฟตเบอรนมคา

( )DS ONR มากเวลาการท างาน t ของมอสเฟตจะมคามาก เมอ t มากจงท าใหมเวลาในการเกบคาไดมากขนดงนนจงท าใหสามารถเกบคาไดไดละเอยดมากขน การทดลองเครองวด I-V Curve ของแผงเซลลแสงอาทตยสามารถวด และเกบคากระแส แรงดน และเวลา ได มความคลาดเคลอนอยในชวงทยอมรบได แตคาทมความคลาดเคลอนทสดคอคาของกระแสลดวงจร SCI มคาเทากบ 9.84 % ซงจากการตรวจสอบพบวา คาความผดพลาดของคากระแสทวดไดเกดจากคาความตานทานโหลด ซงคลาดเคลอนจากทออกแบบไวเนองจากตวตานทานโหลดตองแบกรบก าลงไฟฟาขณะท าการวดท าใหตวตานทานโหลดเกดความรอน ท าใหเสอมสภาพเรวขน จงท าใหมคาความตานทานเปลยนไป เครองวด I-V Curve ทไดสรางขนใชงบประมานไปทงหมดประมาน 2,000 บาท ซงเมอเทยบกบเครองวด PROVA 210 ราคา 52,900 บาท จงไดทราบวาเครองวด I-V Curve ทสรางขนนตอบสนองกบวตถประสงคทลดการน าเขาเครองวดทมราคาแพง 5.2 อปสรรคในการท างาน 1) ผจดท าขาดความรในการเขยนโปรแกรมไมโครคอนโทรเลอร ตองใชเวลาในการศกษาคอนขางนาน จงท าใหเกดความลาชาในการท างาน 2) ในบางครงสภาพอากาศมความแปรปรวน มเมฆปกคลมมาก ท าใหคาพลงแสงอาทตยมความเปลยนแปลงอยางรวดเรว ท าใหไมสามารถเกบคา I-V Curve ไดอยางเตมประสทธภาพ 5.3 ปญหา 1) คาความตานทานของตวตานทานตรวจจบกระแสมคาทผดพลาด จงท าใหการตรวจวดกระแสมความผดพลาด 2) ความเรวในการท างานของไมโครคอนโทรลเลอร จงใชเวลานานในการเกบขอมล

34

3) ในการวดการแสใชความตานทานตรวจจบทมคาความตานทานต า สงผลใหคาแรงดนทวดไดมขนาดเลก เมอน ามาขยายแรงดนดวยวงจร Op-amp จงมสญญาณรบกวนประปนมาดวย คากระแสทวดไดจงเกดความคลาดเคลอน 5.4 ขอเสนอแนะ 1) เครองวด I-V Curve ของแผงเซลลแสงอาทตย มพกดกระแสเทากบ 10 A และแรงดน 60 V 2) เครองวด I-V Curve ของแผงเซลลแสงอาทตย สามารถเกบคากระแส และแรงดน จากการวดไดทงหมด 10 ครง 3) จอ LCD ทใชแสดงคาตางๆ ของเครองวดมขนาดทเลกไมสามารถแสดงคาไดครบ และไมสามารถแสดงกราฟ I-V Curve และ P-V Curve ได ควรเปลยนเปนจอ LCD ทมขนาดใหญขน เพอทจะสามารถแสดงคามากขน และแสดงกราฟคณลกษณะไดทนท 4) หนวยความจ าของไมโครคอนโทรลเลอรมพนทนอย จงท าใหสามารถเกบคาทวดได มจ านวนครงทนอยตามไปดวย จงควรเพมหนวยความจ า เชน Memory Card ใหกบเครองวด 5) เครองวด I-V Curve ของแผงเซลลแสงอาทตย ยงไมสามารถใชงานไดหากไมไดตอกบเตารบ จงควรเพมแบตเตอรใหกบเครองวด เพอทจะสามารถใชงานไดสะดวกขน 6) เครองวด I-V Curve ของแผงเซลลแสงอาทตย ไดเพมวงจรส าหรบการวดคาความเขมแสงแลว แตยงไมมอปกรณอเลกทรอนกสทประยกตใชวดคาความเขมแสง จงควรเพมเขาไปในเครองวดเพอการหาคาประสทธภาพทมความแมนย ามากขน โดยจากการศกษาหาอปกรณอเลกทรอนกสทประยกตใชวดคาความเขมแสงพบวา ไพราโนมเตอรจากเซลลแสงขนาดเลกใหผลไดใกลเคยงกบเครองวดความเขมแสงมากทสด

35

บรรณานกรม

[1] กรมพฒนาพลงงานทดแทนและอนรกษพลงงาน กระทรวงพลงงาน. การประยกตใชเซลล แสงอาทตย. [2] การวด เลขนยส าคญ ความคลาดเคลอน และการวเคราะหเชงสถต . (Online). 4 กมภาพนธ 2558. www.chanthaburi.buu.ac.th/~physics/.../การวด%20เลขนยส าคญ.pdf [3] เทคโนโลยของซมอสและทฤษฎของมอสเฟท . (Online). 12 พฤศจกายน 2557. www. research-system.siam.edu/...of.../6งานวจย49_บทท_2_.pdf [4] อนรกษ เกษวฒนากล. การประยกตใชไมโครคอนโทรลเลอรวดคาพารามเตอรของเซลล แสงอาทตย และศกษาคณสมบตของอปกรณอเลกทรอนกสเชงแสง. วทยานพนธ ปรญญา วศวกรรมมหาบณฑต สาขาวศวกรรมไฟฟา ภาควศวกรรมไฟฟา คณะวศวกรรมไฟฟา . มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลธญบร; 2553. [5] Martin S. Roden. Gordon L. Carpenter. Electronic Design. 1st ed. CA: Discovery Pess, 1997. [6] Vicente Leite. Faustino Chenlo. (2010) An Improved Electronic Circuit for Tracing the I-V Characteristics of Photovoltaic Modules and Strings. [7] Vicente Leite. Faustino Chenlo. Joao L. Afonso (2010) Low-Cost Instrument for Tracing Current-Voltage Characteristics of Photovoltaic Modules.

http://www.research-/

http://www.research-/

ภาคผนวก

ภาคผนวก ก.

โครงสรางและการใชงาน

38

รปท ก.1 แผนลายวงจรรวมทงหมดของเครองวด I-V Curve ของแผงเซลลแสงอาทตย

รปท ก.2 ลายแผนปรนของเครองวด I-V Curve ของแผงเซลลแสงอาทตย

39

รปท ก.3 จ าลองใชอปกรณลงบนลายแผนปรนของเครองวด I-V Curve ของแผงเซลลแสงอาทตย

รปท ก.4 เมอใชอปกรณลงบนลายวงจรของเครองวด I-V Curve ของแผงเซลลแสงอาทตย

40

( )

( )( ) รปท ก.2 (ก) ดานหนา (ข) ดานซาย (ค) ดานขวา ของเครองวด I-V Curve ของแผงเซลลแสงอาทตย

ขนาดของตวเครองทสรางขน 1) ความกวาง 19 เซนตเมตร 2) ความยาว 22 เซนตเมตร 3) ความสง 8 เซนตเมตร 4) น าหนกโดยรวมประมาน 1 กโลกรม 5) ใชไฟจากการไฟฟาฟาทแรงดน 220 โวลต วธการใชงาน 1) เสยบปลกเครองวด แลวกดสวทซสเขยวเพอเปดใชงาน เมอเปดแลวจะแสดงไฟสเขยวขนมาทปมสวทซ ดงรปท ก.3

รปท ก.3 สวทซเรมท างาน

41

2) เมอเปดสวทซแลวหนาจอ LED จะแสดงดงรปท ก.4 ซงในหนาจอจะแสดงคาของ Uesdคอ จ านวนครงทไดเกบคาไปแลว คา Free คอจ านวนครงเหลอทมาสารถเกบคาได คาเวลา และวนท

รปท ก.4 หนาจอ LED เรมท างาน

3) ตอสายจากแผงเซลลแสงอาทตยเขาทขวลบ (-) และขวบวก (+) ทางดานซายของเครองวด ดงรปท ก.5

รปท ก.5 ตอสายจากแผงเซลลแสงอาทตยเขาเครองวด

4) เมอกดปม Show คางไวหนาจอจะแสดงคาของแรงดน (V) และกระแส (I) ของแผงเซลลแสงอาทตย คาความเขมแสง (Ir) และคาอณหภมในอากาศ (T) ดงรปท ก.6

42

รปท ก.6 หนาจอ LED แสดงคาเมอกดปม Show

5) กดปม Start เพอท าการเกบคา หนาจอ LED จะแสดงค าวา Logging Data ตามดวยจ านวนครงทไดท าการเกบคา และม Process แสดงเปอรเซนตการท างาน ดงรปท ก.7 เมอครบ 100 เปอรเซนต แสดงวาไดท าการคาเสรจเรยบรอยแลว หนาจอจะกลบมาแสดงดงรปท ก.4 จงเสรจสนการเกบคา

รปท ก.7 หนาจอ LED แสดงคาเมอกดปม Start

6) เชอมตอเครองวดเขากบคอมพวเตอรโดยใชสายตอหว RS232 เปนหว USB ดงรป ก.8 โดยทตวเครองวดใชหว RS232 และหว USB ตอเขากบคอมพวเตอร

43

(ก) สาย RS232 – USB (ข) ตอสาย RS232 เขากบเครองวด

รปท ก.8 เชอมตอเครองวดเขากบคอมพวเตอรเพออานขอมล

7) ใชโปรแกรม PuTTy ในการอานขอมลเมอเปดโปรแกรมออกมาหนาจอจะแสดงโปรแกรมขนมาใหเลอก Serial แลวพมพชอ Serial Line ตามชอชองของ USB ดงรปท ก.9 โดยสามารถเขาไปชอชอง USB ไดใน Control Panel ของคอมพวเตอร

รปท ก.9 เรมตนการเชอมตอเครองวดโดยโปรแกรม PuTTy

44

10) เมอเชอมตอเครองวดเขากบคอมพวเตอรไดแลวหนาจอจะแสดงดงรป ก .10 จากนนกด “H” ทแปนพมพ โปรแกรมจะแสดงเมนขนมา เปนค าสงชวยเหลอในการตงคาหรออานขอมลตางๆ ดงรปท ก.11

รปท ก.10 เมอเชอมตอเครองวดเขากบคอมพวเตอรไดแลว

รปท ก.11 ค าสงชวยเหลอใชส าหรบการตงคา หรออานขอมล

[H] = แสดงค าสงชวยเหลอ [R] = แสดงคาจากตวตรวจวดทงหมด [T] = ตงคาวนและเวลา [G] = แสดงคาทเกบไดจาก EEPROM [M] = ลบความจ าใน EEPROM [L] = ค าสงใหเกบคาและแสดงคาทเกบได

45

11) เมอกดค าสง “G” เพออานคาทเกบมาได โปรแกรมจะแสดงจ านวน Groups คอจ านวนครงทไดเกบคา และกด “y” เพอยนยนใหแสดง Groups ทงหมด ดงรปท ก.12

รปท ก.12 เมอกดค าสง “G” เพออานคาทเกบมาได โปรแกรมจะแสดงจ านวน Groups

12) จากนนสามารถเลอกใหโปรแกรมแสดงคาทเกบมาในแตละ Groups ไดโดยเลอกไดจากการ พมพ “01” คอคาทเกบไดในการทดลองครงท 1 ไปจนถงพมพ “10” คอคาทเกบไดในการทดลองครงท 10 ดงรปท ก.13

(ก)

46

(ข)

รปท ก.13 (ก) เรมตนแสดงคาทเกบได (ข) สนสดการแสดงคาทเกบได

13) โปรแกรมจะแสดงคาทเกบมาไดคาคอ คาแรงดน (V) คากระแส (I) และคาก าลง (P) ตามล าดบจากนนสามารถคดลอกขอมลทเกบไดทงหมดน าไปแสดงเปนกราฟในโปรแกรม Microsoft Excel ดงรปท ก.14

รปท ก.14 น าคาทเกบไดไปแสดงเปนกราฟในโปรแกรม Microsoft Excel

ภาคผนวก ข.

รวมตารางผลการทดสอบ

48

ตารางท ข.1 ผลการทดลองมอตเฟสเบอร IRF840 มคา ( )

850onDSR m โดยจายไฟกระแส

ตรงท 25 , 2oc scV V I A

ครงท t I startV I maxV V 1 172 4.2 5.0 800 2 178 4.0 5.2 1200 3 172 4.2 5.0 800 4 172 4.2 5.2 1000 5 176 4.2 5.2 1000

ตารางท ข.2 ผลการทดลองมอตเฟสเบอร IRFP460 มคา

( ) 270

onDSR m โดยจายไฟกระแส



ตารางท ข.3 ผลการทดลองมอตเฟสเบอร IRFP640N มคา

( ) 150




49

ตารางท ข.4 ผลการทดลองมอตเฟสเบอร IRF540N มคา ( )

44onDSR m โดยจายไฟกระแส



ตารางท ข.5 ผลการทดลองมอตเฟสเบอร IRFP3710 มคา

( ) 25




ตารางท ข.6 ผลการทดลองมอตเฟสเบอร L2203N มคา

( ) 7




50

ตารางท ข.7 ผลการเกบคาของเครองวด V-I Curve ของแผงเซลลแสงอาทตย No. Volt (V) Current (I) Power (P) 1 18.88 0.026 0.49 2 18.88 0.026 0.49 3 18.88 0.026 0.49 4 18.88 0.026 0.49 5 18.88 0.026 0.49 6 18.88 0.026 0.49 7 18.88 0.026 0.49 8 18.88 0.026 0.49 9 18.88 0.025 0.471 10 18.88 0.025 0.471 11 18.88 0.025 0.471 12 18.88 0.025 0.471 13 18.88 0.024 0.453 14 18.88 0.024 0.453 15 18.88 0.024 0.453 16 18.88 0.023 0.434 17 18.88 0.023 0.434 18 18.88 0.023 0.434 19 18.88 0.023 0.434 20 18.88 0.023 0.434 21 18.77 0.02 0.375 22 18.77 0.021 0.394 23 18.51 0.017 0.314 24 18.51 0.016 0.296 25 18.2 0.013 0.236 26 18.2 0.012 0.218 27 17.99 0.012 0.215 28 17.97 0.01 0.179 29 17.95 0.01 0.179 30 17.92 0.009 0.161 31 18.1 0.009 0.162 32 18.06 0.008 0.144 33 18.35 0.01 0.183 34 18.33 0.01 0.183

51

No. Volt (V) Current (I) Power (P) 35 18.6 0.012 0.223 36 18.63 0.014 0.26 37 18.74 0.016 0.299 38 18.77 0.018 0.337 39 18.79 0.018 0.338 40 18.83 0.02 0.376 41 18.84 0.021 0.395 42 18.84 0.021 0.395 43 18.92 0.023 0.435 44 18.92 0.023 0.435 45 18.97 0.025 0.474 46 18.97 0.025 0.474 47 18.99 0.027 0.512 48 18.99 0.027 0.512 49 18.95 0.027 0.511 50 18.95 0.027 0.511 51 18.93 0.027 0.511 52 18.93 0.027 0.511 53 18.93 0.028 0.53 54 18.93 0.029 0.548 55 18.93 0.031 0.586 56 18.93 0.033 0.624 57 18.93 0.036 0.681 58 18.92 0.041 0.775 59 18.92 0.048 0.908 60 18.9 0.056 1.058 61 18.9 0.069 1.304 62 18.88 0.084 1.585 63 18.86 0.103 1.942 64 18.84 0.127 2.392 65 18.83 0.156 2.937 66 18.79 0.191 3.588 67 18.76 0.234 4.389 68 18.7 0.284 5.31 69 18.65 0.343 6.396

52

No. Volt (V) Current (I) Power (P) 70 18.58 0.41 7.617 71 18.51 0.487 9.014 72 18.42 0.574 10.573 73 18.31 0.672 12.304 74 18.2 0.781 14.214 75 18.1 0.902 16.326 76 17.97 1.036 18.616 77 17.81 1.183 21.069 78 17.65 1.343 23.703 79 17.47 1.518 26.519 80 17.19 1.705 29.308 81 16.95 1.912 32.408 82 16.47 2.127 35.031 83 16.21 2.368 38.385 84 15.58 2.617 40.772 85 15.22 2.895 44.061 86 14.56 3.186 46.388 87 14.07 3.465 48.752 88 13.46 3.71 49.936 89 12.64 3.897 49.258 90 11.82 4.045 47.811 91 9.34 4.127 38.546 92 7.31 4.163 30.431 93 5.06 4.163 21.064 94 3.22 4.163 13.404 95 1.4 4.163 5.828 96 0 4.163 0 97 0 4.163 0 98 0 4.163 0 99 0 4.163 0 100 0 4.163 0 101 0 4.163 0 102 0 4.163 0 103 0 4.163 0 104 0 4.163 0

53

No. Volt (V) Current (I) Power (P) 105 0 4.163 0 106 0 4.163 0 107 0 4.163 0 108 0 4.163 0 109 0 4.163 0 110 0 4.163 0 111 0 4.163 0 112 0 4.163 0 113 0 4.163 0 114 0 4.163 0 115 0 4.163 0 116 0 4.163 0 117 0 4.163 0 118 0 4.163 0 119 0 4.163 0 120 0 4.163 0 121 0 4.163 0 122 0 4.163 0 123 0 4.163 0 124 0 4.163 0 125 0 4.163 0 126 0 4.163 0 127 0 4.163 0 128 0 4.163 0 129 0 4.163 0 130 0 4.163 0 131 0 4.163 0 132 0 4.163 0 133 0 4.163 0 134 0 4.163 0 135 0 4.163 0 136 0 4.163 0 137 0 4.163 0 138 0 4.163 0 139 0 4.163 0

54

No. Volt (V) Current (I) Power (P) 140 0 4.163 0 141 0 4.163 0 142 0 4.163 0 143 0 4.163 0 144 0 4.163 0 145 0 4.163 0 146 0 4.163 0 147 0 4.163 0 148 0 4.163 0 149 0 4.163 0 150 0 4.163 0 151 0 4.163 0 152 0 4.163 0 153 0 4.163 0 154 0 4.163 0 155 0 4.163 0 156 0 4.163 0 157 0 4.163 0 158 0 4.163 0 159 0 4.163 0 160 0 4.163 0 161 0 4.163 0 162 0 4.163 0 163 0 4.163 0 164 0 4.163 0 165 0 4.163 0 166 0 4.163 0 167 0 4.163 0 168 0 4.163 0 169 0 4.163 0 170 0 4.163 0 171 0 4.163 0 172 0 4.163 0 173 0 4.163 0 174 0 4.163 0

55

No. Volt (V) Current (I) Power (P) 175 0 4.163 0 176 0 4.163 0 177 0 4.163 0 178 0 4.163 0 179 0 4.163 0 180 0 4.163 0 181 0 4.163 0 182 0 4.163 0 183 0 4.163 0 184 0 4.163 0 185 0 4.163 0 186 0 4.163 0 187 0 4.163 0 188 0 4.163 0 189 0 4.163 0 190 0 4.163 0 191 0 4.163 0 192 0 4.163 0 193 0 4.163 0 194 0 4.163 0 195 0 4.163 0 196 0 4.163 0 197 0 4.163 0 198 0 4.163 0 199 0 4.163 0 200 0 4.163 0

56

ตารางท ข.8 ผลการเกบคาของเครองวด PROVA 210

No. Volt (V) Current (I) Power (P) 1 18.139 0.017 0.308363 2 18.12 0.0342 0.619704 3 18.103 0.0512 0.926874 4 18.084 0.0684 1.236946 5 18.064 0.0856 1.546278 6 18.033 0.1026 1.850186 7 18.012 0.1198 2.157838 8 17.992 0.137 2.464904 9 17.974 0.154 2.767996 10 17.956 0.1712 3.074067 11 17.936 0.1882 3.375555 12 17.914 0.2054 3.679536 13 17.894 0.2226 3.983204 14 17.879 0.2396 4.283808 15 17.856 0.2568 4.585421 16 17.836 0.274 4.887064 17 17.817 0.291 5.184747 18 17.798 0.3082 5.485344 19 17.777 0.3254 5.784636 20 17.749 0.3424 6.077258 21 17.738 0.3596 6.378585 22 17.716 0.3766 6.671846 23 17.695 0.3938 6.968291 24 17.675 0.411 7.264425 25 17.656 0.428 7.556768 26 17.633 0.4452 7.850212 27 17.612 0.4624 8.143789 28 17.594 0.4794 8.434564 29 17.572 0.4966 8.726255

57

No. Volt (V) Current (I) Power (P) 30 17.55 0.5138 9.01719 31 17.531 0.5308 9.305455 32 17.509 0.548 9.594932 33 17.489 0.565 9.881285 34 17.464 0.5822 10.16754 35 17.448 0.5994 10.45833 36 17.424 0.6164 10.74015 37 17.403 0.6336 11.02654 38 17.381 0.6508 11.31155 39 17.359 0.6678 11.59234 40 17.337 0.685 11.87585 41 17.312 0.702 12.15302 42 17.292 0.7192 12.43641 43 17.271 0.7364 12.71836 44 17.248 0.7534 12.99464 45 17.228 0.7706 13.2759 46 17.203 0.7878 13.55252 47 17.172 0.8048 13.82003 48 17.157 0.822 14.10305 49 17.133 0.8392 14.37801 50 17.108 0.8562 14.64787 51 17.086 0.8734 14.92291 52 17.063 0.8904 15.1929 53 17.037 0.9076 15.46278 54 17.016 0.9248 15.7364 55 16.992 0.9418 16.00307 56 16.967 0.959 16.27135 57 16.944 0.9762 16.54073 58 16.92 0.9932 16.80494 59 16.889 1.0104 17.06465

58


59


60


61

No. Volt (V) Current (I) Power (P) 150 0 3.796 0

I-V Curve...

Documents

Transcript of I-V Curve...