Maximum Power Point Tracking Control of Battery...

86 บทความวจย วารสารวชาการ วศวกรรมศาสตร ม.อบ. ปท 8 ฉบบท 2 กรกฎาคม - ธนวาคม 2558

ตอสมาชกทงหมด โดยในกรณนคอผรบเหมายอยทกกลมในโครงการกอสราง การน างานวจยไปใชประโยชน อาจท าไดโดยก าหนดขอบงคบในสญญาวาจางระหวางผรบเหมาหลกและผรบเหมายอย ซงมขอตกลงรวมกนทจะยอมรบในการรบผดชอบในการจายคาปรบดวยกน หากโครงการลาชา และตองอธบายถงการค านวณการจดสรรคาปรบจากทฤษฎเกมดวย จงจะเกดการยอมรบในความเปนธรรมของสญญาและลดความขดแยงได แนวคดการแกปญหาโดยทฤษฎเกมนนเนน การรวมมอรวมใจกนท างานแบงปนกนเพอความส าเรจโดยสวนรวมอยางยงยน แทนทจะเปนการเอาตวรอด หรอแขงขนกนชงดชงเดนกนเทานน เพราะอยางไรกดมความเปนไปไดสงมากทสมาชกในเกมหรอผรบเหมาตางๆในโครงการเหลานจะไดกลบมาท างานรวมกนอกในอนาคต ดงนนจงจะเปนการดกวาททกฝายในโครงการกอสรางจะมความสามคคกลมเกลยวตอกนในการท างาน เอกสารอางอง [1] San Cristobal, J.R. 2014.Cost allocation between

activities that have caused delay in project using game theory. CENTRIS 2 0 1 4 Conference on Enterprise International Conference on Project Management / HCIST2014 - International Conference on Health and Social Care Information Systems and Technologies :1 0 1 7 -1026.

[2] Estevez-Fernandez, A. 2012. A game theoretical approach to sharing penalties and reward in projects. European Journal of Operation Research 216: 647-657.

[3] Koster, M. 1999. Cost sharing in production. Situation and Network Exploitation, Ph.D. Thesis, Tilburg University.

[4] Von Neumann, J., and Morgenstern, O. 1944 Theory of Games and Economic Behavior. Princeton University Press, Princeton, USA.

[5] Drechsel, J. 2010. Cooperative lot sizing game in supply chains. Lecture Note in Economics and

Mathematical Systems. Springer-Verlag Berlin Heidelberg.

[6] คมสน สรยะ. 2542. ทฤษฎเศรษฐศาสตรจลภาค 2.เอ ก ส า ร ก า ร ส อ น ใ น ค ณ ะ เศ ร ษ ฐ ศ า ส ต รมหาวทยาลยเชยงใหม :91-132.

[7] Hougaard, J.L. 2009. An introduction to Allocation Rules, Springer Dordrecht Heidelberg London New York.

[ 8] Nash, J.F. 1950. The Bargaining Problem, Econometrica 18, 1950b : 155-162.

[9] Myeson, R.B. 1991. Game Theory. Cambridge, Massachusetts, Harvard University Press.

[10] Branzei, R., Ferrari, G., Fragnelli, V. and Tijs. S. 2002. Two approaches to the problem of

sharing delay costs in joint projects. Annals of Operations Research 109 : 359-374.

[11] Bergantinoz, R. and Sanchez, G. 2002. How to Distribute costs associated with a Delayed Project., Annals of Operations Research 109 : 159-17.

การควบคมก าลงไฟฟาสงสดของวงจรประจแบตเตอรส าหรบเซลลแสงอาทตยดวยการควบคมกระแสไฟฟาประจรวมกบการควบคมแรงดนไฟฟาแบบคงท

Maximum Power Point Tracking Control of Battery Charging Circuit for Photovoltaic Modules based on Current Control Combination with

Constant Voltage Control

มนฑล นาวงษ ภาควชาวศวกรรมไฟฟา คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยธรกจบณฑตย

110/1-4 ถนนประชาชน หลกส กรงเทพมหานคร 10210 โทรศพท 0-2954-7300 ตอ 585

Monthon Nawong Electrical Engineering Department, Dhurakij Pundit University

110/1-4 Prachachuen, Laksi, Bangkok 10210, Tel : 02-9547-300 Ext: 585 e-mail: [email protected]

บทคดยอ บทความนน าเสนอวธการประจแบตเตอรโดยใชพลง ง านไฟฟาจากแผง เซลลแสงอาทตย ร ะบบประกอบดวยแผงเซลลแสงอาทตยขนาดพกด 20W, 17.6V, 1.14A จ านวนสองแผงตอแบบอนกรม แบตเตอรตะกวกรดพกด 12V, 7.2Ah และวงจรบคคอนเวอรเตอรทควบคมดวยไมโครคอนโทรลเลอร โดยวธการควบคมก าลงไฟฟาสงสดของวงจรประจแบตเตอรดวยการควบค ม ก ร ะ แส ไฟ ฟ าป ระ จ ร ว ม กบก า รควบค มแรงดนไฟฟาแบบคงท วธการควบคมกระแสไฟฟาประจท าใหไดก าลงไฟฟาสงสดของแผงเซลลแสงอาทตยทใชในการประจแบตเตอร ชวงเวลาดงกลาวท าใหระดบแรงดนไฟฟาของแบตเตอรมคาเพมขนจนถงระดบแรงดนไฟฟาทก าหนด วงจรควบคมเปลยนเปนชนดการควบคมแบบแรงดนไฟฟาคงทท าใหกระแสไฟฟาของแบตเตอรมคาลดลงอยางตอเน องจนถงศนย ผลการทดลองท าใหไดวธการประจแบตเตอรโดยใชก าลงไฟฟาสงสดของแผงเซลลแสงอาทตยเมอมการเปลยนแปลงของความเขมแสงและสามารถควบคมแรงดนไฟฟาทใชในการประจแบตเตอร ค าหลก วธการประจแบตเตอร บคคอนเวอรเตอร การควบคมก าลงไฟฟาทจดสงสด

Abstract This paper presents the battery charging

method for photovoltaic modules. The system consists of two PV modules in series connected and each module has a 20W, 17.6V and 1.14A. The PV modules are connected with a 12V, 7.2Ah lead-acid battery and buck converter that controls with microcontroller. This battery charging circuit based on maximum power point tracking controls the charging current and voltage to be constant value. The current mode control charging method can obtain maximum power of PV modules. During charging time, battery voltage has increased its’ level until it reaches the rated value. The charging continues at the constant voltage level until the current reduces to zero. Study and doing experiment could obtain the battery charging method based on PV maximum power with changing solar irradiance. This method can also control battery charging voltage. Keywords: battery charging method, buck converter, maximum power point tracking.

87บทความวจย วารสารวชาการ วศวกรรมศาสตร ม.อบ. ปท 8 ฉบบท ฉบบท 2 กรกฎาคม - ธนวาคม 2558

ตอสมาชกทงหมด โดยในกรณนคอผรบเหมายอยทกกลมในโครงการกอสราง การน างานวจยไปใชประโยชน อาจท าไดโดยก าหนดขอบงคบในสญญาวาจางระหวางผรบเหมาหลกและผรบเหมายอย ซงมขอตกลงรวมกนทจะยอมรบในการรบผดชอบในการจายคาปรบดวยกน หากโครงการลาชา และตองอธบายถงการค านวณการจดสรรคาปรบจากทฤษฎเกมดวย จงจะเกดการยอมรบในความเปนธรรมของสญญาและลดความขดแยงได แนวคดการแกปญหาโดยทฤษฎเกมนนเนน การรวมมอรวมใจกนท างานแบงปนกนเพอความส าเรจโดยสวนรวมอยางยงยน แทนทจะเปนการเอาตวรอด หรอแขงขนกนชงดชงเดนกนเทานน เพราะอยางไรกดมความเปนไปไดสงมากทสมาชกในเกมหรอผรบเหมาตางๆในโครงการเหลานจะไดกลบมาท างานรวมกนอกในอนาคต ดงนนจงจะเปนการดกวาททกฝายในโครงการกอสรางจะมความสามคคกลมเกลยวตอกนในการท างาน เอกสารอางอง [1] San Cristobal, J.R. 2014.Cost allocation between

activities that have caused delay in project using game theory. CENTRIS 2 0 1 4 Conference on Enterprise International Conference on Project Management / HCIST2014 - International Conference on Health and Social Care Information Systems and Technologies :1 0 1 7 -1026.

[2] Estevez-Fernandez, A. 2012. A game theoretical approach to sharing penalties and reward in projects. European Journal of Operation Research 216: 647-657.

[3] Koster, M. 1999. Cost sharing in production. Situation and Network Exploitation, Ph.D. Thesis, Tilburg University.

[4] Von Neumann, J., and Morgenstern, O. 1944 Theory of Games and Economic Behavior. Princeton University Press, Princeton, USA.

[5] Drechsel, J. 2010. Cooperative lot sizing game in supply chains. Lecture Note in Economics and

Mathematical Systems. Springer-Verlag Berlin Heidelberg.

[6] คมสน สรยะ. 2542. ทฤษฎเศรษฐศาสตรจลภาค 2.เอ ก ส า ร ก า ร ส อ น ใ น ค ณ ะ เศ ร ษ ฐ ศ า ส ต รมหาวทยาลยเชยงใหม :91-132.

[7] Hougaard, J.L. 2009. An introduction to Allocation Rules, Springer Dordrecht Heidelberg London New York.

[ 8] Nash, J.F. 1950. The Bargaining Problem, Econometrica 18, 1950b : 155-162.

[9] Myeson, R.B. 1991. Game Theory. Cambridge, Massachusetts, Harvard University Press.

[10] Branzei, R., Ferrari, G., Fragnelli, V. and Tijs. S. 2002. Two approaches to the problem of

sharing delay costs in joint projects. Annals of Operations Research 109 : 359-374.

[11] Bergantinoz, R. and Sanchez, G. 2002. How to Distribute costs associated with a Delayed Project., Annals of Operations Research 109 : 159-17.

การควบคมก าลงไฟฟาสงสดของวงจรประจแบตเตอรส าหรบเซลลแสงอาทตยดวยการควบคมกระแสไฟฟาประจรวมกบการควบคมแรงดนไฟฟาแบบคงท

Maximum Power Point Tracking Control of Battery Charging Circuit for Photovoltaic Modules based on Current Control Combination with

Constant Voltage Control

มนฑล นาวงษ ภาควชาวศวกรรมไฟฟา คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยธรกจบณฑตย

110/1-4 ถนนประชาชน หลกส กรงเทพมหานคร 10210 โทรศพท 0-2954-7300 ตอ 585

Monthon Nawong Electrical Engineering Department, Dhurakij Pundit University

110/1-4 Prachachuen, Laksi, Bangkok 10210, Tel : 02-9547-300 Ext: 585 e-mail: [email protected]

บทคดยอ บทความนน าเสนอวธการประจแบตเตอรโดยใชพลง ง านไฟฟาจากแผง เซลลแสงอาทตย ร ะบบประกอบดวยแผงเซลลแสงอาทตยขนาดพกด 20W, 17.6V, 1.14A จ านวนสองแผงตอแบบอนกรม แบตเตอรตะกวกรดพกด 12V, 7.2Ah และวงจรบคคอนเวอรเตอรทควบคมดวยไมโครคอนโทรลเลอร โดยวธการควบคมก าลงไฟฟาสงสดของวงจรประจแบตเตอรดวยการควบค ม ก ร ะ แส ไฟ ฟ าป ระ จ ร ว ม กบก า รควบค มแรงดนไฟฟาแบบคงท วธการควบคมกระแสไฟฟาประจท าใหไดก าลงไฟฟาสงสดของแผงเซลลแสงอาทตยทใชในการประจแบตเตอร ชวงเวลาดงกลาวท าใหระดบแรงดนไฟฟาของแบตเตอรมคาเพมขนจนถงระดบแรงดนไฟฟาทก าหนด วงจรควบคมเปลยนเปนชนดการควบคมแบบแรงดนไฟฟาคงทท าใหกระแสไฟฟาของแบตเตอรมคาลดลงอยางตอเน องจนถงศนย ผลการทดลองท าใหไดวธการประจแบตเตอรโดยใชก าลงไฟฟาสงสดของแผงเซลลแสงอาทตยเมอมการเปลยนแปลงของความเขมแสงและสามารถควบคมแรงดนไฟฟาทใชในการประจแบตเตอร ค าหลก วธการประจแบตเตอร บคคอนเวอรเตอร การควบคมก าลงไฟฟาทจดสงสด

Abstract This paper presents the battery charging

method for photovoltaic modules. The system consists of two PV modules in series connected and each module has a 20W, 17.6V and 1.14A. The PV modules are connected with a 12V, 7.2Ah lead-acid battery and buck converter that controls with microcontroller. This battery charging circuit based on maximum power point tracking controls the charging current and voltage to be constant value. The current mode control charging method can obtain maximum power of PV modules. During charging time, battery voltage has increased its’ level until it reaches the rated value. The charging continues at the constant voltage level until the current reduces to zero. Study and doing experiment could obtain the battery charging method based on PV maximum power with changing solar irradiance. This method can also control battery charging voltage. Keywords: battery charging method, buck converter, maximum power point tracking.


1. บทน า ในปจจบนนมความตองการในการใชพลงงานไฟฟาเพมมากขน พลงงานไฟฟาทผลตจากฟอสซลก าลงเรมหมดไปนอกจากนนแลวการใชพลงงานจากฟอสซลท าใหเกดภาวะโลกรอน ดงนนพลงงานทดแทนจงเปนทางเลอกทนาสนใจในการน ามาใชทดแทนพลงงานไฟฟาทผลตไดจากฟอสซล เชน พลงง านลม และพลงง านจากแสงอาทตย เปนตน การใชพลงงานจากแสงอาทตยตองใชสงประดษฐทเรยกวาเซลลแสงอาทตย (Photovoltaic cell: PV cell) ซงท าหนาทเปลยนพลงงานจากแสงอาทตยเปนพลงงานไฟฟาไดโดยตรง พลงงานไฟฟาทผลตไดจากเซลลแสงอาทตยเปนไฟฟากระแสตรงและมคาต ามาก ดงนนเมอตองการพลงงานไฟฟาทสงขนจงน า เซลลแสงอาทตยมาเชอมตอแบบอนกรมเพอท าใหแรงดนไฟฟาสงขนหรอแบบขนานเพอท าใหกระแสไฟฟาสงขน เรยกวาแผงเซลลแสงอาทตย (PV module or PV panel) การน าแผงเซลลแสงอาทตยไปใชงานในระบบผลตพลงงานไฟฟาสามารถแบงออกเปน 2 ระบบคอระบบผลตพลงงานไฟฟาดวยแผงเซลลแสงอาทตยแบบอสระ (PV Stand-alone system) [1] ซงเปนการน าพลงงานไฟฟาทผลตไดมาใชงานโดยตรง เชนน ามาใชงานกบโหลดกระแสตรงและการประจแบตเตอรเพอสะสมพลงงานไวใชในเวลาทแผงเซลลแสงอาทตยไมสามารถผลตพลงไฟฟาหรอเวลาทไมมแสงอาทตยเปนตน และระบบผลตพลงงานไฟฟาดวยแผงเซลลแสงอาทตยแบบเชอมตอกบกรดการไฟฟา (PV grid connected system) [2-3] คอการน าพลงงานไฟฟาทผลตไดในรปของแรงดนไฟฟากระแสตรงมาเปลยนเปนแรงดนไฟฟากระแสสลบโดยใชอปกรณทางดานอเลกทรอนกสก าลงคออนเวอรเตอร (inverter)[4] เพอเชอมตอกบกรดการไฟฟา ในการประจแบตเตอรของระบบผลตพลงงานไฟฟาดวยแผงเซลลแสงอาทตยแบบอสระใหมประสทธภาพสงขนตองใชอปกรณทางดานอเลกทรอนกสก าลงคอวงจรดซดซคอนเวอรเตอร (DC-DC converter) [5-7] ทท าหนาทในการเชอมตอระหวางแผงเซลลแสงอาทตยและแบตเตอร เพอควบคมกระแสไฟฟาและแรงดนไฟฟาใหเหมาะสมกบการประจแบตเตอร เนองจากกระแสไฟฟาและแรงดนไฟฟาทผลตไดจากแผงเซลลแสงอาทตยมคาไมคงทขนอยกบสภาพแวดลอมคอความเขมแสง (solar

irradiance) และอณหภม (temperature) วธการประจแบตเตอรโดยใชพลงงานไฟฟาจากแผงเซลลแสงอาทตยคอการควบคมการท างานของวงจรดซดซคอนเวอรเตอรใหมการท างานตามรปแบบทก าหนด เชนแบบการควบคมกระแสไฟฟา และแบบการควบคมแรงดนไฟฟา [8-9] แตวธดงกลาวไมสามารถใชก าลงไฟฟาสงสดจากแผงเซลลแสงอาทตยได วธการควบคมก าลงไฟฟาทจดสงสด (Maximum Power Point Tracking: MPPT) [10-13] ถกน ามาใชในการเพมประสทธภาพการท างานของแผงเซลลแสงอาทตย โดยมวธการท างานคอการน าแรงดนไฟฟา (vPV) และกระแสไฟฟา (iPV) ของแผงเซลลแสงอาทตยมาตรวจสอบการท างานและน าไปควบคมสญญาณขบสวตชในวงจรดซดซคอนเวอรเตอรเพอใหไดก าลงไฟฟาทจดสงสด แตเมอน าวธดงกลาวมาประจแบตเตอรเพอตองมการควบคมแรงดนไฟฟา (vb) และกระแสไฟฟา (ib) ของแบตเตอรดวย [14-15] ท าวงจรทซบซอนขน โดยตองใชเซนเซอรในการตรวจสอบการท างานทงทางดานแผงเซลลแสงอาทตยและทางดานแบตเตอร ดงนนในงานวจยนน าเสนอการประจแบตเตอรดวยบคคอนเวอรเตอรโดยใชพลงงานไฟฟาจากแผงเซลลแสงอาทตย ทมวธการควบคมประจแบตเตอรแบบการควบคมก าลงไฟฟาสงสดของวงจรประจแบตเตอรดวยการควบคมกระแสไฟฟาประจและแบบการควบคมแรงดนไฟฟาคงท วธทน าเสนอในงานวจยนสามารถลดอปกรณเซนเซอรทใชในการตรวจสอบการท างานโดยใชเพยงทางดานแบตเตอรเทานน การท างานในชวงเรมตนของการประจแบต เตอร เ ปนแบบวธการควบคมกระแสไฟฟาประจโดยการควบคม ib ใหท างานทคาสงสด (Current Maximum Power Point Tracking: CMPPT) ในชวงเวลาดงกลาวท าใหไดก าลงไฟฟาสงสดส าหรบการประจแบตเตอร ซงท าใหไดประสทธภาพสงสดของแผงเซลลแสงอาทตย ทผลตพลงงานไฟฟาไดในขณะมการเปลยนแปลงของความเขมแสง และการท างานในชวงตอไปเปนแบบวธการควบคม vb ใหคงท (Constant Voltage: CV) วธดงกลาวท าใหแบตเตอรประจไฟฟาทเตมอยตลอดเวลา และลดการคายประจไฟฟาในตวเองกอนการน าไปใชงาน

2. หลกการท างานของแผงเซลลแสงอาทตย แผงเซลลแสงอาทตยซงท าหนาทเปลยนพลงงานแสงอาทตยทอยในรปของพลงงานแสงใหเปนพลงงานไฟฟากระแสตรง เนองจาก vPV และ iPV มคาไมคงทมการเปลยนแปลงตลอดเวลาขนอยกบปจจยไดแกอณหภม (T) และความเขมแสง (G) ซงสามารถน าเสนอโดยใชแบบจ าลองเซลแสงอาทตยดงรปท 1 [16]

DVDICCI

PRSR

PVi

PVv

รปท 1 แบบจ าลองเซลแสงอาทตย ความสมพนธระหวางคาของ vPV และ iPV เปนไปตามดงสมการ (1) ดงน

1 PV S PVq v R i mkT PV S PV

PV CC SP

v R ii I I e

R (1)

เมอ iPV คอกระแสไฟฟาของแผงเซลลแสงอาทตย (A),

vPV คอแรงดนไฟฟาของแผงเซลลแสงอาทตย (V), IS คอกระแสไฟฟาอมตวของไดโอด (A), ICC คอกระแสไฟฟาทผลตไดจากแสงอาทตย (A), k คอคาคงทของโบลมนซ ( 231.381 10 J/K ), q คอคาประจอเลตรอน ( 191.602 10 C ), RS คอความตานทานอนกรม ( ), RP คอความตานทานขนาน ( ), m คอ Ideality factor ของไดโอด (1<m<2)

ความเขมแสงทมผลตอกระแสไฟฟาทผลตไดจากแผงเซลลแสงอาทตยและกระแสไฟฟาขณะลดวงจรเปนไปตามสมการ (2) และ (3) ดงน

( ) ( )CC CC refref

GI G I GG

(2)

( ) ( )SC SC refref

GI G I GG

(3)

อณหภมทมผลตอกระแสไฟฟาขณะลดวงจรและแรงดนไฟฟาขณะเ ปดวงจรดงสมการ (4) และ (5) ตามล าดบ

( ) ( )SC SC ref refI T I T T T (4)

( ) ( )OC OC ref refV T V T T T (5)

เมอ ISC คอกระแสไฟฟาขณะลดวงจร (A), VOC คอแรงดนไฟฟาขณะเปดวงจร (V), G คอคาความเขมแสง (W/m2), Gref คอคาความเขมแสงอางองท (1kW/m2), T คออณหภมของเซลแสงอาทตย ( C ), Tref คออณหภมอางองท ( 25 C ), คอคาสมประสทธอณหภมของกระแสไฟฟา

( A C ) คอคาสมประสทธอณหภมของแรงดนไฟฟา

( V C ) จากสมการท (1-5) ท าใหไดความสมพนธระหวางแรงดนไฟฟาและกระแสไฟฟาทผลตไดจากแผงเซลลแสงอาทตยซงมคาไมคงท มการเปลยนแปลงตามความเขมแสงและอณหภม ในงานวจยนน าเสนอเฉพาะผลกระทบจากการเปลยนแปลงของความเขมแสงเทานน โดยคาพารามเตอรของแผงเซลลแสงอาทตยเปนไปตามตารางท 1 ผลการจ าลองการท างานท าใหความสมพนธระหวาง vPV และ iPV ของแผงเซลลแสงอาทตยทอณหภมคงท ( 25 C ) เมอมการเปลยนแปลงของความเขมแสงตงแต 2200W m ถง 21,000W m ดงรปท 2 ตารางท 1 คาพารามเตอรของแผงเซลลแสงอาทตยขนาด 20W ทดสอบทคาความเขมแสง ( 21kW m ) และอณหภม ( 25 C )

พารามเตอร พกด ก าลงไฟฟา 20W แรงดนไฟฟาทจดก าลงไฟฟาสงสด ( mpV ) 17.6V กระแสไฟฟาทจดก าลงไฟฟาสงสด ( mpI ) 1.14A แรงดนไฟฟาขณะเปดวงจร ( OCV ) 21.6V กระแสไฟฟาขณะลดวงจร ( SCI ) 1.31A



irradiance) และอณหภม (temperature) วธการประจแบตเตอรโดยใชพลงงานไฟฟาจากแผงเซลลแสงอาทตยคอการควบคมการท างานของวงจรดซดซคอนเวอรเตอรใหมการท างานตามรปแบบทก าหนด เชนแบบการควบคมกระแสไฟฟา และแบบการควบคมแรงดนไฟฟา [8-9] แตวธดงกลาวไมสามารถใชก าลงไฟฟาสงสดจากแผงเซลลแสงอาทตยได วธการควบคมก าลงไฟฟาทจดสงสด (Maximum Power Point Tracking: MPPT) [10-13] ถกน ามาใชในการเพมประสทธภาพการท างานของแผงเซลลแสงอาทตย โดยมวธการท างานคอการน าแรงดนไฟฟา (vPV) และกระแสไฟฟา (iPV) ของแผงเซลลแสงอาทตยมาตรวจสอบการท างานและน าไปควบคมสญญาณขบสวตชในวงจรดซดซคอนเวอรเตอรเพอใหไดก าลงไฟฟาทจดสงสด แตเมอน าวธดงกลาวมาประจแบตเตอรเพอตองมการควบคมแรงดนไฟฟา (vb) และกระแสไฟฟา (ib) ของแบตเตอรดวย [14-15] ท าวงจรทซบซอนขน โดยตองใชเซนเซอรในการตรวจสอบการท างานทงทางดานแผงเซลลแสงอาทตยและทางดานแบตเตอร ดงนนในงานวจยนน าเสนอการประจแบตเตอรดวยบคคอนเวอรเตอรโดยใชพลงงานไฟฟาจากแผงเซลลแสงอาทตย ทมวธการควบคมประจแบตเตอรแบบการควบคมก าลงไฟฟาสงสดของวงจรประจแบตเตอรดวยการควบคมกระแสไฟฟาประจและแบบการควบคมแรงดนไฟฟาคงท วธทน าเสนอในงานวจยนสามารถลดอปกรณเซนเซอรทใชในการตรวจสอบการท างานโดยใชเพยงทางดานแบตเตอรเทานน การท างานในชวงเรมตนของการประจแบต เตอร เ ปนแบบวธการควบ คมกระแสไฟฟาประจโดยการควบคม ib ใหท างานทคาสงสด (Current Maximum Power Point Tracking: CMPPT) ในชวงเวลาดงกลาวท าใหไดก าลงไฟฟาสงสดส าหรบการประจแบตเตอร ซงท าใหไดประสทธภาพสงสดของแผงเซลลแสงอาทตย ทผลตพลงงานไฟฟาไดในขณะมการเปลยนแปลงของความเขมแสง และการท างานในชวงตอไปเปนแบบวธการควบคม vb ใหคงท (Constant Voltage: CV) วธดงกลาวท าใหแบตเตอรประจไฟฟาทเตมอยตลอดเวลา และลดการคายประจไฟฟาในตวเองกอนการน าไปใชงาน


DVDICCI

PRSR

PVi

PVv



PV CC SP

v R ii I I e

R (1)




( ) ( )CC CC refref

GI G I GG

(2)

( ) ( )SC SC refref

GI G I GG

(3)










irradiance) และอณหภม (temperature) วธการประจแบตเตอรโดยใชพลงงานไฟฟาจากแผงเซลลแสงอาทตยคอการควบคมการท างานของวงจรดซดซคอนเวอรเตอรใหมการท างานตามรปแบบทก าหนด เชนแบบการควบคมกระแสไฟฟา และแบบการควบคมแรงดนไฟฟา [8-9] แตวธดงกลาวไมสามารถใชก าลงไฟฟาสงสดจากแผงเซลลแสงอาทตยได วธการควบคมก าลงไฟฟาทจดสงสด (Maximum Power Point Tracking: MPPT) [10-13] ถกน ามาใชในการเพมประสทธภาพการท างานของแผงเซลลแสงอาทตย โดยมวธการท างานคอการน าแรงดนไฟฟา (vPV) และกระแสไฟฟา (iPV) ของแผงเซลลแสงอาทตยมาตรวจสอบการท างานและน าไปควบคมสญญาณขบสวตชในวงจรดซดซคอนเวอรเตอรเพอใหไดก าลงไฟฟาทจดสงสด แตเมอน าวธดงกลาวมาประจแบตเตอรเพอตองมการควบคมแรงดนไฟฟา (vb) และกระแสไฟฟา (ib) ของแบตเตอรดวย [14-15] ท าวงจรทซบซอนขน โดยตองใชเซนเซอรในการตรวจสอบการท างานทงทางดานแผงเซลลแสงอาทตยและทางดานแบตเตอร ดงนนในงานวจยนน าเสนอการประจแบตเตอรดวยบคคอนเวอรเตอรโดยใชพลงงานไฟฟาจากแผงเซลลแสงอาทตย ทมวธการควบคมประจแบตเตอรแบบการควบคมก าลงไฟฟาสงสดของวงจรประจแบตเตอรดวยการควบคมกระแสไฟฟาประจและแบบการควบคมแรงดนไฟฟาคงท วธทน าเสนอในงานวจยนสามารถลดอปกรณเซนเซอรทใชในการตรวจสอบการท างานโดยใชเพยงทางดานแบตเตอรเทานน การท างานในชวงเรมตนของการประจแบต เตอร เ ปนแบบวธการควบ คมกระแสไฟฟาประจโดยการควบคม ib ใหท างานทคาสงสด (Current Maximum Power Point Tracking: CMPPT) ในชวงเวลาดงกลาวท าใหไดก าลงไฟฟาสงสดส าหรบการประจแบตเตอร ซงท าใหไดประสทธภาพสงสดของแผงเซลลแสงอาทตย ทผลตพลงงานไฟฟาไดในขณะมการเปลยนแปลงของความเขมแสง และการท างานในชวงตอไปเปนแบบวธการควบคม vb ใหคงท (Constant Voltage: CV) วธดงกลาวท าใหแบตเตอรประจไฟฟาทเตมอยตลอดเวลา และลดการคายประจไฟฟาในตวเองกอนการน าไปใชงาน


DVDICCI

PRSR

PVi

PVv



PV CC SP

v R ii I I e

R (1)




( ) ( )CC CC refref

GI G I GG

(2)

( ) ( )SC SC refref

GI G I GG

(3)









0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 220

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

Voltage (V)

Curr

ent (

A)

1,000W/m2

800W/m2

400W/m2

200W/m2

600W/m2

รปท 2 กราฟการท างานของ I-V Curve เมอมการเปลยนแปลงของ ความเขมแสง แผงเซลแสงอาทตยผลตก าลงไฟฟาไดเมอมการเปลยนแปลงของความเขมแสงตงแต 2200W m ถง

21,000W m ดงรปท 3 เมอพจารณาเฉพาะความเขมแสงคงท 21,000W m ท าใหไดแรงดนไฟฟา (Vmp) และกระแสไฟฟา (Imp) และก าลงไฟฟา (Pmp) ทจดสงสดของแผงเซลแสงอาทตยดงรปท 4

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 220

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

Voltage (V)

Pow

er (W

att)

400W/m2

200W/m2

800W/m2

1,000W/m2

600W/m2

รปท 3 กราฟการท างานของ P-V Curve เมอมการเปลยนแปลง

ของความเขมแสง

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 220

0.20.40.60.8

11.21.41.5

Voltage (V)

Curr

ent (

A)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 220

5

10

15

20

25

Pow

er (W

)

Pmp

Vmp

Imp

รปท 4 จดแรงดนไฟฟา ( mpV ) และกระแสไฟฟา ( mpI ) ทจดสงสด ของก าลงไฟฟาทเซลแสงอาทตยผลตได ( mpP )

3. วงจรบคคอนเวอเตอร ว ง จ รบค คอน เว อร เ ตอ รท าห น าท ลด ร ะดบแรงดนไฟฟาจากแหลงจายแรงดนไฟฟากระแสตรงและสามารถรกษาระดบของแรงดนไฟฟาททางออกใหคงท วงจรประกอบดวยอปกรณสวตช (SW) ไดโอด (D) ตวเหนยวน า (L) และตวเกบประจ (C) ดงวงจรในรปท 5

LSW

RC bv

pvvCi

OiLi

D

Lv

DriverGV

Cv

DV

รปท 5 วงจรบคคอนเวอรเตอร การออกแบบวงจรบคคอนเวอรเตอรเพอประจแบตเตอรโดยใชแหลงพลงงานจากแผงเซลแสงอาทตยทมการเปลยนแปลงของระดบแรงดนไฟฟาทผลตได vPV มคา 20V ถง 40V และแรงดนไฟฟาทางดานออก vb มคา 14.4V กระแสไฟฟาทางดานออก ib มคา 1A ความถทใชในการสวตช fS มคา 20 kHz การออกแบบการท างานของวงจรในโหมดกระแสไฟฟาตอเนอง ดงนนคาดวตไซเคล (D) เปนไปตามสมการ (6) ดงน

pvb

pv b

ivD

v i (6)

ก าหนดใหคาระลอกคลนของตวเหนยวน า ( Li ) มคาเทากบ 0.5 A ดงนนคาของตวเหนยวน าสามารถค านวณไดตามสมการ (7) ดงน

(max)

40V 14.4V (0.36)(50 s) 922 H

0.5A

pv bs

L

v vL DT

i

(7)

ดงนนเลอกใชคาของตวเหนยวน า 922 HL

ก าหนดใหคาระลอกคลนของแรงดนไฟฟาทางดานออกมคาไมเกน 1% ดงนนการคาตวเกบประจตามสมการท (8)


0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 220

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

Voltage (V)

Curr

ent (

A)

1,000W/m2

800W/m2

400W/m2

200W/m2

600W/m2



0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 220

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

Voltage (V)

Pow

er (W

att)

400W/m2

200W/m2

800W/m2

1,000W/m2

600W/m2



0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 220

0.20.40.60.8

11.21.41.5

Voltage (V)

Curr

ent (

A)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 220

5

10

15

20

25

Pow

er (W

)

Pmp

Vmp

Imp



LSW

RC bv

pvvCi

OiLi

D

Lv

DriverGV

Cv

DV


pvb

pv b

ivD

v i (6)


(max)

40V 14.4V (0.36)(50 s) 922 H

0.5A

pv bs

L

v vL DT

i

(7)




0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 220

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

Voltage (V)

Curr

ent (

A)

1,000W/m2

800W/m2

400W/m2

200W/m2

600W/m2



0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 220

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

Voltage (V)

Pow

er (W

att)

400W/m2

200W/m2

800W/m2

1,000W/m2

600W/m2



0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 220

0.20.40.60.8

11.21.41.5

Voltage (V)

Curr

ent (

A)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 220

5

10

15

20

25

Pow

er (W

)

Pmp

Vmp

Imp



LSW

RC bv

pvvCi

OiLi

D

Lv

DriverGV

Cv

DV


pvb

pv b

ivD

v i (6)


(max)

40V 14.4V (0.36)(50 s) 922 H

0.5A

pv bs

L

v vL DT

i

(7)



2min

2

18

1 0.36 (50 s) 21.69 F

8 922 H 0.01

s

b b

D TC

L v v

(8)

ดงน นเลอกใชคาตวเกบประจ 50 FC และคาพารามเตอรของวงจรบคคอนเวอรเตอรเปนไปตามตารางท 2 ตารางท 2 คาพารามเตอรของวงจรบคคอนเวอรเตอร

พารามเตอร พกด แรงดนไฟฟาทางดานเขา ( pvv ) 20V - 40V แรงดนไฟฟาทางดานออก ( bv ) 14.4V ความถทใชในการสวตช ( Sf ) 20 kHz ตวเหนยวน า ( L ) 922 H ตวเกบประจ ( C ) 50 F

4. วธการควบคมกระแสไฟฟาประจรวมกบการ

ควบคมแรงดนไฟฟาแบบคงท วงจรประจแบตเตอรโดยใชพลงงานจากแผงเซลลแสงอาทตย ประกอบดวยแผงเซลลแสงอาทตยซงท าหนาทเปลยนพลงงานแสงอาทตยทอยในรปของพลงงานแสงใหเปนพลงงานไฟฟากระแสตรง วงจรบคคอนเวอรเตอรซงท าหนาทลดระดบและควบคมแรงดนไฟฟากระแสตรงทแผงเซลลแสงอาทตยผลตได ไปใชงาน และแบตเตอรซงมหนาทสะสมพลงงานทไดผลตจากแผงเซลลแสงอาทตยและใชในเวลาทแผงเซลลแสงอาทตยไมผลตพลงไฟฟาหรอเวลาทไมมแสงอาทตยดงรปท 6

922 H

R470 F

PVv

biLi

LvIRFP460

bv

Driver

Cv

PVi

50 FMUR160

12V

-7.2

AH

ba

ttery1R

2RGV

A DPWM

Microcontroller

Li

bvd

refv

MPPTControl

A D

CVControl

รปท 6 วงจรประจแบตเตอรโดยใชพลงงานจากแผงเซลล แสงอาทตย

การควบคมการท างานของการประจแบตเตอรตามรปแบบทน าเสนอใชไมโครคอนโทรลเลอรในการก าหนด

เงอนใขการท างาน โดยแบงการท างานออกเปนการควบคมกระแสไฟฟาประจของแบตเตอรใหมคาสงสดเมอแผงเซลลแสงอาทตยผลตกระแสไฟฟาได ต าแหนงดงกลาวท าใหแผงเซลลแสงอาทตยผลตก าลงไฟฟาไดสงสด (MPP) และการควบคมแรงดนไฟฟาทใชในการประจแบตเตอรใหมคาคงท (CV) โดยมขนตอนการท างานตามรปท 7 เรมตนดวยไมโครคอนโทรลเลอรรบคาของแรงดนไฟฟา vb [n] และกระแสไฟฟา ib [n] ของแบตเตอร เพอท าการก าหนดเงอนใขและควบคมคา D ของวงจรบคคอนเวอรเตอร จากนนน าคาของ vb [n] มาเปรยบเทยบกบคาของของแรงดนไฟฟาทก าหนด (Vref) ซงก าหนดใหมคาเทากบรอยละ 20 ของแรงดนไฟฟาทใชงานของแบตเตอรคอ 14.4V ถาคาของ vb [n] มคานอยกวา Vref การท างานเขาสการประจแบตเตอรดวยวธควบคมกระแสไฟฟาสงสด ตามเงอนใขของการท างานในรปท 8 โดยท าการเปรยบเทยบคาของ ib [n] กบคาของ ib [n-1] ถามคาเทากนใหกลบไปรบคาเรมตนใหม แตถามคาไมเทากนก าหนดใหมเงอนใขของการท างานดงน

Y N

[ 1] [ ][ 1] [ ]

b bi n i nD n D n

[ ] [ 1]b bi n i n

D[n]+k

Gate Drives ( )Gv

[ ] [ 1]D n D n

[ ] [ 1]D n D n

D[n]-k D[n]-k D[n]+k

[ ] [ 1]b bi n i n Y

N

Y N NY

Read [ ], [ ]b bv n i n

Start

[ ]b refv n v Y

N CV

min[ ]bi n i

Stop Y

N

รปท 7 แผนผงการท างานของการประจแบตเตอร


1. ถาคาของ ib [n] มคามากกวาคา ib [n-1] ใหตรวจสอบคาของ D [n] วามคามากกวาคา D [n-1] หรอไม ถามคามากกวากก าหนดใหเพมคาของ D [n] โดยการบวกกบคา k ถามคานอยกวากก าหนดใหลดคาของ D [n] โดยการลบกบคา k 2. ถาคาของ ib [n] มคานอยกวาคา ib [n-1] ใหตรวจสอบคาของ D [n] วามคามากกวาคา D [n-1] หรอไม ถามคามากกวากก าหนดใหลดคาของ D [n] ถามคานอยกวากก าหนดใหบวกคาของ D [n] กบคาของ k หลงจากนนท าการเกบคาของ ib [n] และคาของ D [n] เพอใชในการตรวจสอบคาในรอบตอไป วธควบคมก าลงไฟฟาสงสดท าให vb มคาเพมมากขนจนถงคาของ vb มคามากกวา Vref การท างานเขาสวธการประจแบตเตอรดวยวธควบคมแรงดนไฟฟาคงท (CV) ดวยการรกษาระดบของแรงดนไฟฟาทใชในการประจแบตเตอรใหมคาคงทตลอดเวลา วธควบคมดงกลาวนท าให ib มคาลดลงจนกระทง ib มคานอยกวาคาของ imin ซงมคาเทากบรอยละ 1 ของกระแสไฟฟาพกดแบตเตอร การประจแบตเตอรหยดการท างาน

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

Cur

rent

(A)

Duty Cycle

,b mpI

รปท 8 เงอนใขการท างานของวธควบคมก าลงไฟฟาสงสด

5. ผลการทดลองการท างาน การทดสอบการท างานของการประจแบตเตอรโดยใชพลงงานจากแผงเซลลแสงอาทตยโดยวธการควบคมก าลงไฟฟาสงสดของวงจรประจแบตเตอรดวยการควบค ม ก ร ะ แส ไฟ ฟ าป ระ จ ร ว มกบ ก า รควบค มแรงดนไฟฟาแบบคงท อปกรณทใช ในการทดลองประกอบดวย แผงเซลลแสงอาทตยพกด 20W จ านวนสองแผงตอแบบอนกรมกนซงสามารถผลตแรงดนไฟฟาไดประมาณ 34V และกระแสไฟฟา 1.14A ดงรปท 9 ก) มคาพารามเตอรดงตารางท 1 และวงจรบคคอนเวอรเตอร

มคาพารามเตอรดงตารางท 2 ใชไมโครคอนโทรลเลอร dspic30f10101 ของบรษทไมโครชพในการควบคมการท างานของการประจแบตเตอรประเภทตะกว-กรดพกด 12V-7.2AH จ านวนหนงลกดงรปท 9 ข)

ก)

ข)

รปท 9 อปกรณทใชการการทดลอง ก) แผงเซลลแสงอาทตย ข) วงจรบคคอนเวอรเตอรและแบตเตอรประเภทตะกว-กรด

5.1 ผลการท างานของวงจรบคคอนเวอรเตอร การท างานของวงจรบคคอนเวอรเตอรในการประจแบตเตอรโดยใชพลงงานจากแผงเซลลแสงอาทตยเมอทดสอบการท างานทคาของ D มคาคงท สญญาณทใชในการขบเกตของมอสเฟส กระแสไฟฟาทตวเหนยวน าและแรงดนไฟฟาท ใชในการประจแบตเตอร ในโหมดกระแสไฟฟาตอเนอง มการท างานเปนไปตามรปท 10 เมอพจารณาก าลงงานไฟฟาดานเขา (Pin) และก าลงงานไฟฟาดานออก (POut) ของวงจรบคคอนเวอรเตอร มประสทธภาพ ( ) การท างานเฉลยอยท 88.34 เปอรเซนตดงรปท 11

bv

Li

Gv

รปท 10 ผลการท างานของวงจรบคคอนเวอรเตอร (CH1) แสดง vb (2V/div), (CH 2) แสดง iL (1A/div), (CH 3) แสดง vG (2V/div) และแกนของเวลา (50us/Div)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

05

101520253035404550

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40

Pow

er (W

)

Efficiency(%)

Time (min)

OutP

inP

รปท 11 ผลการท างานของก าลงงานไฟฟาดานเขา (Pin) ก าลงงาน ไฟฟาดานออก (POut) และประสทธภาพ ( ) ของวงจร บคคอนเวอรเตอร การท างานของวงจรบคคอนเวอรเตอรเมอน ามาประจแบตเตอรโดยใชพลงงานจากแผงเซลลแสงอาทตย และท าการปรบคาของ D ใหมคาจาก 0 ถง 1 สงผลท าใหคาของ ib มคาเพมขนจาก 0 A ทคา D เทากบ 0 จนถงคาของกระแสไฟฟาทจดสงสด Imp เทากบ 1.92 A ทคา D ประมาณ 0.52 และมคาลดลงจนถงคาของ ISC เทากบ 1.14 A ทคา D เทากบ 1 ดงรปท 12 ก) และจากผลการปรบคา D ของวงจรบคคอนเวอรเตอรท าใหก าลงไฟฟาดานเขา Pin คอก าลงไฟฟาของแผงเซลแสงอาทตยมคาเปลยนแปลงดงรปท 12 ข) ก าลงไฟฟาสงสดทจด Pmp มคา 30.2 W ทคา D เทากบ 0.52 ทจด Imp

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

Cur

rent

(A)

Duty Cycle

mpI

bi

ก)

0

5

10

15

20

25

30

35

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

Pow

er (W

)

Duty Cycle

mpP

inP

ข)

รปท 12 ผลการปรบคาดวตไซเคล ก) กระแสไฟฟา (ib) ข) ก าลงไฟฟาดานเขา (Pin) 5.2 การทดสอบการประจแบตเตอรดวยการควบคม

กระแสไฟฟาประจ ผลการท างานของวงจรบคคอนเวอรเตอรทมการปรบคา D ตามรปท 12 เมอควบคมคาของ ib ใหท างานทจดสงสดตลอดเวลา โดยใชไมโครคอนโทรลเลอรในการควบคมคา D ของวงจรบคคอนเวอรเตอรใหท างานตามรปแบบทน าเสนอ และท าการทดสอบการท างานทระดบของความเขมแสงคอนขางคงท สงผลท าใหก าลงไฟฟาของแผงเซลลแสงอาทตยมคาคงท โดยใชเวลาในการท าสอบ 45 นาท เมอพจารณาผลการท างานทางดานแผงเซลลแสงอาทตยการควบคมการท างานดงกลาวท าใหแรงดนไฟฟาทจดสงสดมคาเฉลย 28.53V กระแสไฟฟาทจดสงสดมคาเฉลย 1.04A และก าลงไฟฟาทจดสงสดมคาเฉลย 29.58W ซงมผลการท างานใกลเคยงกบจดก าลงไฟฟาสงสด (จดสแดง) เมอเทยบกบผลการท างานของกราฟ I-V Curve และ P-V Curve ของแผงเซลลแสงอาทตยดงรปท 13



0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

Cur

rent

(A)

Duty Cycle

,b mpI




ก)

ข)



bv

Li

Gv


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

05

101520253035404550

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40

Pow

er (W

)

Efficiency(%)

Time (min)

OutP

inP


0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

Cur

rent

(A)

Duty Cycle

mpI

bi

ก)

0

5

10

15

20

25

30

35

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

Pow

er (W

)

Duty Cycle

mpP

inP

ข)





0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

Cur

rent

(A)

Duty Cycle

,b mpI




ก)

ข)



bv

Li

Gv


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

05

101520253035404550

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40

Pow

er (W

)

Efficiency(%)

Time (min)

OutP

inP


0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

Cur

rent

(A)

Duty Cycle

mpI

bi

ก)

0

5

10

15

20

25

30

35

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

Pow

er (W

)

Duty Cycle

mpP

inP

ข)




00.20.40.60.811.21.41.61.82

0

5

10

15

20

25

30

35

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40

Pow

er (W

) Current (A

)

Voltage (V)

mpP

mpI

mpV

รปท 13 ผลการท างานของกราฟ I-V Curve , P-V Curve และจด ท างานทก าลงไฟฟาสงสด เมอพจารณาผลการท างานทางดานของการประจแบตเตอรดงรปท 14 ผลของ ib มคาระหวาง 1.7A – 1.9A และมคาเฉลย 1.85A ซงท าให vb มคาเพมขนจาก 13.5V ถง 15.5V ใชเวลา 34 นาทคาของ vb ทเพมขนนอาจท าใหแบตเตอรเกดความเสยหายจากแรงดนไฟฟาทใชประจเกนได ดงนนจงตองมการควบคมแรงดนไฟฟาทใชในการประจรวมดวย

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

13.00

13.50

14.00

14.50

15.00

15.50

16.00

16.50

17.00

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44

Vol

tage

(V) C

urrent (A)

Time (min)

bi

bv

14.4VrefV

รปท 14 ผลการท างานของกระแสไฟฟา (ib) และแรงดนไฟฟา (vb) ของแบตเตอร 5.3 การทดสอบการประจแบตเตอรดวยการควบคม

ก ร ะ แ ส ไ ฟ ฟ า ป ร ะ จ ร ว ม ก บ ก า ร ค ว บ ค มแรงดนไฟฟาแบบคงท

เมอทดสอบการประจแบตเตอรแบบการควบคมกระแสไฟฟาประจรวมกบการควบคมแรงดนไฟฟาแบบคงททระดบของความเขมแสงมคาเปลยนแปลง ชวงเวลาทใชในการทดสอบคอ 08.10AM – 01.00PM ไดผลการทดลองเปนไปดงรปท 15 ซงการท างานเรมตนจากการควบคมคา ib ใหท างานทจดสงสดตลอดเวลาเพอใหไดก าลงไฟฟาสงสดของแผงเซลลแสงอาทตยทใชในการประจแบตเตอรชวงเวลาทใชในการประจดวยวธนคอ

08.10AM – 10.00AM มผลท าให ib มคาเปลยนแปลงตามความเขมแสงระหวาง 0.2A – 1.4A และมคาเฉลย 1A โดยในชวงเวลาของการควบคมกระแสไฟฟาประจ ถาคาเฉลยของ ib มคาสงวงจรใชเวลาประจนอยลงหรอถาคาเฉลยของ ib มคาต าวงจรใชเวลาประจมากขน ในชวงเวลาดงกลาวมผลท าให vb มคาเพมขนอยางตอเนองจาก 12.6V ถง 14.4V การท างานของการประจแบตเตอรเปลยนไปเปนการประจแบตเตอรแบบการควบคมแรงดนไฟฟาแบบคงท ในชวงเวลา 10.00AM – 1.00PM ชวงเวลาดงกลาวแรงดนไฟฟาทใชในการประจแบตเตอรมคาคงทตลอดไมเปลยนแปลงตามความเขมแสง สงผลใหกระแสไฟฟาทใชในการประจแบตเตอรมคาลดลงจนกระทง ib มคานอยกวาคาของ imin การประจแบตเตอรหยดการท างาน

00.20.40.60.811.21.41.61.822.22.42.62.83

1010.5

1111.5

1212.5

1313.5

1414.5

15

8:10 AM 9:10 AM 10:10 AM 11:10 AM 12:10 PM 1:10 PM

Vol

tage

(V) C

urrent (A)

Time (min)

bi

bv

MPPT CV

รปท 15 ผลการท างานของกระแสไฟฟา (ib) และแรงดนไฟฟา (vb) ของแบตเตอร 6. สรป ผลการทดสอบการประจแบตเตอรดวยวงจรบคคอนเวอรเตอรโดยใชพลงงานจากแผงเซลลแสงอาทตยดวยการควบคมกระแสไฟฟาประจ รวมกบการควบคมแรงดนไฟฟาแบบคงท พบวาในชวงเวลาเรมตนของการประจเปนแบบควบคมก าลงไฟฟาสงสดของแผงเซลลแสงอาทตยดวยการควบคมกระแสไฟฟาขณะประจแบตเตอรใหมคาสงสด ท าใหแบตเตอรไดรบการประจดวยพลงงานไฟฟาสงสดจากแผงเซลลแสงอาทตยเมอความเขมแสงมการเปลยนแปลง โดยคาเฉลยของ ib มผลตอชวงเวลาทใชในการประจแบตเตอร คอถากระแสไฟฟาเฉลยของ ib มคาสงวงจรใชเวลาประจนอยลงและถากระแสไฟฟาเฉลยของ ib มคาต าวงจรใชเวลาประจมากขน ส าหรบในชวงเวลาของการควบคมดวยแรงดนไฟฟา

คงท กระแสไฟฟาทใชในการประจแบตเตอรมคาลดลงอยางตอเน อง และท าใหแบตเตอรมการประจ เตมตลอดเวลาเพอปองกนการคายประจในตวเอง (Self-Discharge) กอนน าแบตเตอรไปใชงานตอไป กตตกรรมประกาศ ผวจ ยขอขอบคณมหาวทยาลยธรกจบณฑตยทสนบสนนทนวจย เอกสารอางอง [1] Diary R. Sulaiman, Hilmi F. Amin, and Ismail K.

Said. 2010. Design of high efficiency DC-DC converter for photovoltaic solar home applications. Journal of Energy & Power Engineering, Vol. 4 issue 11, Nov 2010: 43-51.

[2] A.F. Cupertino, J.T. de Resende, H.A. Pereira and S.I. Seleme Junior. 2012. A grid-connected photovoltaic system with a maximum power point tracker using passivity-based control applied in a boost converter. 10th IEEE/IAS International Conference on Industry Applications (INDUSCON), Nov, 5-7, 2012: 1-8.

[3] M. H. Albadia, R. S. Al Abria, M. I. Masouda, K. H. Al Saidib, A. S. Al Busaidic, A. Al Lawatid, K. Al Ajmid and I. Al Farsie. 2014. Design of a 50 kW solar PV rooftop system. International Journal of Smart Grid and Clean Energy, Vol. 3, No. 4, October 2014: 401-409.

[4] R.W. Erickson and D. Maksimovic. 2005. Fundamentals of power electronics. Kluwer Academic Publishers. University of Colorado, USA.

[5] Geoffrey R. Walker. 2004. Cascaded DC-DC converter connection of photovoltaic modules. IEEE Transactions on Power Electronics, Vol.19, No.4, July, 2004: 1130-1139.

[6] Jaouad Tanouti, Mohammed Setti, Abdelhak Aziz and El Mamoun Aziz. 2012. Design and implementation of a digitally controlled

photovoltaic system using series connected buck converters. Journal of Environmental Science and Engineering, 2012: 456 - 464.

[7] Syafrudin Masri, Norizah Mohamad, Muhammad Hafeez and Mohamed Hariri. 2012. Design and development of DC-DC buck converter for photovoltaic application. IEEE Conference on Power Engineering and Renewable Energy, July. 3-5, 2012: 1-5.

[8] S. Armstrong, M.E. Glavin and W.G. Hurley. 2008. Comparison of battery charging algorithms for stand alone photovoltaic systems. IEEE Power Electronics Specialists Conference, PESC 2008: 1469-1475.

[9] S. Abinaya, A. Sivaranjani and S. Suja. 2011. Methods of battery charging with buck converter using soft-switching techniques. Bonfring International Journal of Power Systems and Integrated Circuits, Vol. 1, special issue, December 2011.

[10] Eftichios Koutroulis and Kostas Kalaitzakis. 2001. Development of a microcontroller-based photovoltaic maximum power point tracking control system. IEEE Transactions on Power Electronics, Vol.16, No.1, January, 2001: 46-54.

[11] de Assis Sobreira, P, Villalva, M.G, Barbosa, P.G, Braga, H.A.C, Gazoli, J.R, Ruppert, E, Ferreira, A.A. 2011. Comparative analysis of current and voltage-controlled photovoltaic maximum power point tracking. Brazilian Power Electronics Conference (COBEP), 11-15 September. 2011: 858-863.

[12] Sang-Keun Ji, Du-Hee Jang and Sung-Soo Hong. 2012. Analog control algorithm for maximum power trackers employed in photovoltaic applications. Journal of Power Electronics, Vol.12, No.3, May, 2012: 503-508.

[13] Mohamed M. Algazar, Hamdy AL-monier, Hamdy Abd EL-halim, Mohamed Ezzat El Kotb Salem. 2012. Maximum power point tracking


00.20.40.60.811.21.41.61.82

0

5

10

15

20

25

30

35

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40

Pow

er (W

) Current (A

)

Voltage (V)

mpP

mpI

mpV


0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

13.00

13.50

14.00

14.50

15.00

15.50

16.00

16.50

17.00

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44

Vol

tage

(V) C

urrent (A)

Time (min)

bi

bv

14.4VrefV





00.20.40.60.811.21.41.61.822.22.42.62.83

1010.5

1111.5

1212.5

1313.5

1414.5

15

8:10 AM 9:10 AM 10:10 AM 11:10 AM 12:10 PM 1:10 PM

Vol

tage

(V) C

urrent (A)

Time (min)

bi

bv

MPPT CV


















00.20.40.60.811.21.41.61.82

0

5

10

15

20

25

30

35

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40

Pow

er (W

) Current (A

)

Voltage (V)

mpP

mpI

mpV


0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

13.00

13.50

14.00

14.50

15.00

15.50

16.00

16.50

17.00

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44

Vol

tage

(V) C

urrent (A)

Time (min)

bi

bv

14.4VrefV





00.20.40.60.811.21.41.61.822.22.42.62.83

1010.5

1111.5

1212.5

1313.5

1414.5

15

8:10 AM 9:10 AM 10:10 AM 11:10 AM 12:10 PM 1:10 PM

Vol

tage

(V) C

urrent (A)

Time (min)

bi

bv

MPPT CV


















using fuzzy logic control. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, Vol.39, issue 1, July 2012: 21–28.

[14] Ahmad H. El Khateb, Nasrudin Abd Rahim and Jeyraj Selvaraj. 2013. Cuk-buck converter for standalone photovoltaic system. Journal of Clean Energy Technologies, Vol.1, No.1, January 2013: 69-74.

[15] Her-Terng Yau, Qin-Cheng Liang and Chin-Tsung Hsie. 2012. Maximum power point tracking and optimal Li-ion battery charging control for photovoltaic charging system. Computers & Mathematics with Applications Vol.64, issue 5, September 2012: 822–832.

[16] A.Chatterjec, A.Keyhani, and D.Kapoor. 2011. Identification of photovoltaic source models. IEEE Trans. Energy Convers, Vol.26, No.3, September 2001: 883-889.

ปจจยทมผลตอการสนสะเทอนแบบดดโคงของแผนวสดเชงประกอบ เรยงชนแบบครอสพาย ขอบสดานรองรบแบบยดแนน

Effective Parameters of Bending-Mode Vibration of Cross-Ply Composite Plate with All Edges Clamped

กลทรพย ผองศรสข* ธนชภค ขาวงาม พสษฐ โขงสนน

Kullasup Phongsrisuk* Thanatchapak Khaongam Phasit Khongsanan

สาขาวชาวศวกรรมเครองกล มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลลานนา เชยงใหม 50300 Department of Mechanical Engineering, Rajamangala University of Technology Lanna, Chiangmai 50300

Tel : 0-5392-1444 E-mail: [email protected]

บทคดยอ งานวจยนเปนการศกษาปจจยทมผลตอคาความถธรรมชาตและรปรางการสนสะเทอนแบบดดโคง ของแผนวสดเชงประกอบเรยงชนแบบครอสพาย ทมการรองรบแบบยดแนนทงสดาน โดยท าการแปรผนลกษณะการเรยงตวของเสนใย ความหนาของแผนวสดเชงประกอบและอตราสวนทางเรขาคณตในวธคนโตโรวชและวธไฟไนตเอลเมนต จากผลการศกษาพบวาลกษณะการเรยงตวของเสนใย ความหนาของแผนวสดเชงประกอบและอตราสวนทางเรขาคณต ไมสงผลตอรปรางการสนสะเทอนแบบดดโคงแตจะสงผลตอคาความถธรรมชาต โดยแผนวสดเชงประกอบทมการเรยงตวของเสนใยเหมอนกนแตมความหนาตางกน จะมคาความถธรรมชาตทเพมขนเมอแผนวสดเชงประกอบมความหนาเพมขน สวนแผนวสดเชงประกอบทมการเรยงตวของเสนใยตางกนแตมความหนาเทากน จะมคาความถธรรมชาตลดลงเมอการเรยงตวของเสนใยขนานกบดานทเพมอตราสวนทางเรขาคณต ค าหลก ปจจย การสนสะเทอนแบบดดโคง ความถธรรมชาต วสดเชงประกอบ ยดแนน Abstract This research was to study the effective parameters of the natural frequencies and bending-mode vibrations of a cross-ply composite plate with all edges clamped. The fiber orientation, composite

plate thickness and geometric ratio were varied in the Kantorovich method and Finite Element Method. The results found that the fiber orientation, composite plate thickness and geometric ratio did not affect the bending-mode vibrations, but did affect the natural frequencies. With regard to a composite plate with the same fiber orientation, but with a different composite plate thickness, the natural frequencies increased when the composite plate thickness increased. For the composite plate with a different fiber orientation but with the same composite plate thickness, the natural frequencies decreased when the fiber orientation was parallel to the increasing geometric ratios. Keyword: parameters, bending-mode vibration, natural frequency, composite material, clamped 1. บทน า

วสดเชงประกอบไดถกน ามาใชในงานวศวกรรมอยางแพรหลาย ดวยคณสมบตทมอตราสวนความแขงแรงตอน าหนกสง ทนตอการกดกรอน ทนตอการสกหรอ วสดเชงประกอบโดยมากถกน ามาใชในรปของแผน บางครงแผนอาจรบภาระแบบสนสะเทอนซงจะเกดความเสยหายอยางมาก ถาคาความถของภาระภายนอกตรงกบคาความถธรรมชาตของแผน ดงนนการศกษาปจจยทม

Maximum Power Point Tracking Control of Battery...

Documents

Transcript of Maximum Power Point Tracking Control of Battery...