Back

เครื่องบันทึกค่ากำลังไฟฟ้าอย่างต่อเนื่องแบบไร้สาย สำหรับระบบเซลล์แสงอาทิตย์ Wireless Power Recorder For Solar Cell System

ปัจจุบันการใช้พลังงานไฟฟ้ามีมากขึ้นและต่อเนื่องทำให้พลังงานทดแทนเข้ามามีบทบาทในสังคม เรื่องนโยบายของรัฐบาลสนับสนุนให้หน่วยงานหันมาใช้พลังงานทดแทนพลังงานทดแทน อย่างนึงที่หน่วยงานและประชาชนส่วนใหญ่ให้ความสนใจ คือ การติดตั้งเซลล์แสงอาทิตย์เพื่อใช้พลังงานจากแสงอาทิตย์มาผลิตกระแสไฟฟ้า เพื่อหวังว่าลดค่าไฟฟ้าลง โดยพลังงานแสงอาทิตย์ถือว่าเป็นพลังงานที่สะอาด สะดวกและภูมิประเทศของไทยที่อยู่ในเขตร้อนชื้นก็เหมาะสมกับการใช้พลังงานจากแสงอาทิตย์เป็นอย่างมาก แต่อีกปัจจัยนึงที่ผู้ผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์หน่วยงานและประชาชนที่ติดตั้งควรให้ความสนใจคือเรื่องของพลังงาน ผู้ผลิตอาจจะต้องการดูว่ากำลังการผลิตไฟฟ้าจากแผงเซลล์อาทิตย์เพียงพอต่อการใช้งานที่จ่ายให้กับโหลด หน่วยงานและประชาชนต้องการรู้ว่าการใช้พลังงานที่ได้จากเซลล์แสงอาทิตย์เป็นอย่างไรมีความคุ้มค่าเมื่อเทียบกับการลงทุนไหม หรือ ณ ปัจจุบันกำลังการผลิตที่ได้จากเซลล์แสงอาทิตย์เป็นอย่างไร การที่จะรู้ข้อมูลเหล่านี้ ในอดีตจำเป็นต้องใช้แรงงานจากคนเข้าไปเก็บข้อมูลตลอดเวลาเพื่อนำมาวิเคราะห์ แต่ปัจจุบันเทคโนโลยีต่างๆเข้ามามีบทบาททำให้การเข้าถึงข้อมูลมีความสะดวกสบายขึ้น อย่างนึงของเทคโนโลยีคือเรื่องของการสื่อสารไร้สาย จึงเป็นที่มาของปริญญานิพนธ์ฉบับนี้ที่ต้องการออกแบบเครื่องบันทึกค่ากำลังไฟฟ้าอย่างต่อเนื่องแบบไร้สายสำหรับระบบเซลล์แสงอาทิตย์ โดยจะใช้บอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ 1 ทำการวัดค่าข้อมูลทางไฟฟ้าส่งข้อมูลอย่างต่อเนื่องผ่านระบบหน่วยประมวลผลกลุ่มเมฆ (Cloud) ให้กับไมโครคอนโทรลเลอร์ 2 ที่ทำตัวเป็น Web server เก็บบันทึกข้อมูลลงในฐานข้อมูลเพื่อดูข้อมูลย้อนหลัง ดึงข้อมูลมาแสดงผลและสามารถนำข้อมูลไปวิเคราะห์ในด้านอื่นๆ ในขั้นต่อไปได้อีก

 

ภาพรวมของโครงงานวิศวกรรม


ตัวอย่างการเก็บข้อมูลอย่างต่อเนื่อง


ตัวอย่างการหาพื้นที่ใต้กราฟเพื่อดูพลังงานภายในหนึ่งวัน

ทฤษฎีที่เกี่ยวข้อง

ทฤษฎีที่เกี่ยวข้องหลักคือเรื่องของการวัดทางด้านไฟฟ้าและพลังงาน โดยในโครงงานวิศวกรรมนี้ จะสนใจเฉพาะการวัดไฟฟ้ากระแสตรงเนื่องจากเราเจาะจงในส่วนของไฟฟ้าที่ได้จากเซลล์แสงอาทิตย์เท่านั้น การวัดทางไฟฟ้าจะแบ่งเป็นสองส่วน กระแสไฟฟ้าและแรงดันไฟฟ้า โดยการวัดกระแสไฟฟ้าจะนำปรากฎการณ์ ฮอลล์ (Hall effect) ที่เกิดขึ้นเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็ก ซึ่งกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านผ่านตัวนำหรือสายไฟฟ้าจะแปรผันกับความเข้มของสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นรอบตัวนำเป็นแบบเชิงเส้นและการวัดแรงดันไฟฟ้าจะนำเทคนิควงจรแบ่งแรงดันไฟฟ้า (Voltage divider) โดยมีพื้นฐานความต้านทานอนุกรมกฎของโอห์มเข้ามาใช้ เพื่อลดระดับแรงดันไฟฟ้าด้านขาเข้าหรือไฟแรงสูงลงและนำแรงดันไฟฟ้าหรือสัญญาณขาออกที่ถูกลดทอนไปใช้งาน สัญญาณที่ออกมาจากหลักการวัดทั้งสองจะนำไปเข้าบอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ เพื่อประมวลผลหาค่ากำลังงานที่ผลิตได้และส่งข้อมูลผ่านระบบหน่วยประมวลผลกลุ่มเมฆต่อไป

   


การออกแบบ

จากภาพรวมของโครงงานวิศวกรรมจะแบ่งการออกแบบหลักๆ ได้เป็น 3 ส่วน โดยส่วนแรกเครื่องมือวัดจะมีการนำทฤษฎีเกี่ยวกับการวัดที่กล่าวไปมาทำการออกแบบและเลือกอุปกรณ์ที่ใช้ โดยออกแบบระบบการวัดแรงดันไฟฟ้าไม่เกิน 500Vdc และการวัดกระแสไฟฟ้าไม่เกิน 20Adc การวัดแรงดันจะออกแบบให้แรงดันขาเข้าสูงสุด 500V และได้ขนาดแรงดันขาออกขนาด 5V ส่วนกระแสจะนำชิพ ACS712 Hall effect sensor ภายในชิพเองก็จะมีการใช้หลักการของฮอลล์เข้ามาใช้งาน หลังจากเราได้สัญญาณขาออกทั้งสองมาแล้วจะนำสัญญาณไปเข้าวงจร ADC (Analog to digital Converter) เพื่อให้ตัวบอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ 1 อ่านพร้อมแปลงสัญญาณนำมาประมวลผลกำลังไฟฟ้า P=VI เพื่อส่งข้อมูลผ่านตัวระบบหน่วยประมวลผลกลุ่มเมฆให้ส่วนที่สองและสาม ในส่วนที่สองจะเป็นส่วนของการบันทึกข้อมูล จะมีการนำบอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ 2 อีกหนึ่งอันมารับข้อมูลพร้อมทำตัวเป็น Web server มีระบบจัดการฐานข้อมูลภายใน โดยจะรับข้อมูลอย่างต่อเนื่องลงฐานข้อมูลเพื่อสามารถให้ผู้ใช้งานเข้ามาดูข้อมูลการผลิตไฟฟ้าย้อนหลังได้

สุดท้ายส่วนที่สามจะเป็นส่วนสำคัญเพื่อให้ผู้ใช้งานเข้าถึงข้อมูลได้สะดวกและทราบถึงการผลิต การใช้พลังงาน ณ ปัจจุบัน (Real time) พลังงานย้อนหลังในแต่ละวัน โดยจะจัดทำโครงสร้างการแสดงผลข้อมูลผ่านรูปแบบ HTML (รูปแบบเว็บ) ซึ่งในส่วนที่สองและส่วนที่สามจะรันอยู่บนตัวไมโครคอนโทรลเลอร์ 2 ตัวเดียวกัน ทำให้การทำงานแสดงผลก็จะมีการดึงข้อมูลจากระบบฐานข้อมูลภายในมาแสดงด้วย

 

โมเดลจำลองการแสดงผลข้อมูล





ตัวอย่าง Load Profile การใช้พลังงานภายในหนึ่งวัน


 

หลังจากออกแบบจัดการทำระบบทุกอย่างเรียบร้อยแล้ว จากที่กล่าวไปข้างต้นว่าจะมีไมโครคอนโทรลเลอร์ที่ทำตัวเป็น Web server จัดการฐานข้อมูลและมีหน้าต่างการแสดงผล สุดท้ายโครงงานวิศวกรรมนี้ จะทำให้สามารถเข้าถึงตัว server ได้ จากทุกที่ภายนอก โดยการทำForward port ที่ตัว Router ที่ไมโครคอนโทรลเลอร์เชื่อมต่อ


 

สรุปผล

         จากทั้งหมดที่กล่าวมาเป็นภาพรวมที่ได้ดำเนินการสำหรับโครงงานวิศวกรรม 1 หลังจากได้ดูภาพรวมการออกแบบระบบทั้งหมด ทั้งในส่วนของระบบรับส่งข้อมูล ระบบบันทึกข้อมูล และการแสดงผลให้เป็นไปตามที่ต้องการเรียบร้อยแล้วจะทำการจัดซื้อแลสร้างอุปกรณ์พร้อมทดสอบอุปกรณ์และระบบ เพื่อหาข้อผิดพลาดและรีบปรับปรุงแก้ไขให้งานสมบูรณ์ภายในระยะเวลาที่กำหนด ถ้าพูดถึงเรื่องของข้อมูลการแสดงผลที่มีอยู่แล้วในปัจจุบัน เช่น ผู้ใช้งานมีการติดตั้งเซลล์แสงอาทิตย์พร้อมกับตัวแปลงไฟฟ้ากระแสตรงเป็นกระแสสลับ (Inverter) ที่มีฟังก์ชั่นการแสดงผลผ่านอินเทอร์เน็ตได้ โดยในโครงงานวิศวกรรมครั้งนี้ไม่ได้วัตถุประสงค์ที่จะเปรียบเทียบกับอุปกรณ์ที่มีใช้ในปัจจุบันแต่ต้องการที่จะพัฒนาออกแบบอุปกรณ์โดยนำงานหลายๆ สาขาเข้ามาประยุกต์ร่วมกันเพื่อให้เป็นไปตามวัตถุประสงค์ ที่เน้นถึงความสะดวก ราคา การเข้าถึงผู้ใช้งานแต่ละกลุ่ม ที่จะนำอุปกรณ์เข้าไปใช้ในงานวัดไฟฟ้ากระแสตรงได้หลากหลายที่ไม่ได้ เจาะจงเฉพาะเซลล์แสงอาทิตย์และนำแนวคิดไปต่อยอดพัฒนาทำอุปกรณ์รูปแบบอื่น


ตัวอย่างการนำไปประยุกต์ใช้งาน


จัดทำโดย

นายธีรชัย บุญธรรม 

นางสาวชฎาภรณ์ เหรียญพานรอง 

นายเกรียงศักดิ์ พรมนัด

อาจารย์ที่ปรึกษา ; อาจารย์นรงฤทธิ์ เสนาจิตร 

สาขาวิชาวิศวกรรมไฟฟ้ากำลัง คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีมหานคร