Digital Photography   Audio & Video   Computer Accessories   Software Applications | Miscellaneous | Home
....

Hybrid Off-Grid Pure Sine Wave Solar Power System
 (Using Li-Ion Battery Packs)
  ระบบ Solar Charge Control สำหรับใช้กับแผง Solar Cells ได้ทดลองสร้างขึ้นมาหลายรุ่น สำหรับบทความนี้ อธิบายระบบล่าสุดที่ผู้เขียนได้ประกอบขึ้นในเดือน พ.ค. 2561 (ตามรูปที่ 1) สำหรับใช้กับแผง Solar Panels รวมกำลังผลิต 110 วัตต์ (สามารถขยายได้ถึง 250 วัตต์) โดยมีรายละเอียดของอุปกรณ์ที่ใช้ดังนี้
1) Solar Charge Controller เป็นแบบที่ใช้สำหรับ Li-Ion Battery โดยเฉพาะ จ่ายกระแสไฟฟ้าได้ 20 A
2) Power Inverter ใช้แบบ Pure Sine Wave ขนาด 300 W
3) แบตเตอรี่สำหรับเก็บประจุไฟฟ้า ใช้ Li-Ion Power Pack แรงดันไฟฟ้า 12.6 V ขนาด 7.8 Ah และ 6.2 Ah ขนานกัน รวมความจุ 14 Ah

1.  Features ของระบบ

1) สามารถจ่ายโหลดได้ทั้ง 220 V และ 12 V หรือจ่ายพร้อมกันก็ได้
2) ใช้ Power Inverter แบบ Pure Sine Wave สามารถใช้ไฟกับอุปกรณ์ประเภทมอเตอร์ เช่น พัดลม สว่านไฟฟ้า ได้ดี
3) มี Digital Wh Meters สำหรับวัดค่าต่างๆทางไฟฟ้าทั้ง Input และ Output
4) เป็นระบบ Hybrid Off-Grid โดยต่อเข้ากับอุปกรณ์ ATS (Automatic Transfer Switch) หรือ Automatic Charging Device
5) แผงควบคุมมีขนาดเล็ก (34 x 23 ซม.) เดินสายไฟฟ้าเก็บไว้ด้านหลังและมีฝาไม้ปิด ติดตั้งได้ง่าย
6) ระบบต่อกับแบตเตอรี่แบบ 12 V Li-Ion Battery Pack ที่มีขนาดเล็ก เบา สวยงามและสามารถเพิ่มความจุของแบตเตอรี่ได้
7) Enhancement : ระบบต่อกับ Adjustable Voltage Automatic Charging Device เพื่อช่วยในการชาร์จไฟเข้าแบตเตอรี่ได้โดยอัตโนมัติในกรณีที่ไฟฟ้าที่เก้บประจุไว้ไม่เพียงพอต่อการใช้งาน
 		  
 


รูปที่ 1  ระบบควบคุมการทำงานของ Solar Power System ที่ใช้ Li-Ion Battery และ Pure Sine Wave Power Inverter
 


รูปที่ 2  ระบบควบคุมการทำงานของ Solar Power ติดตั้งใช้งานร่วมกับ Li-Ion Battery Pack

 

2.  การควบคุมแรงดันไฟฟ้าของ Li-Ion Battery Pack
Battery Pack เป็นแบบที่ใช้ Li-Ion 18650 Cells ซึ่งแต่ละ Cells มีแรงดันไฟฟ้าปกติ 3.7 V และสูงสุดได้ถึง 4.2 V ส่วนแรงดันไฟฟ้าต่ำสุดมักจะใช้ 3 V ดังนั้นเมื่อนำเอา Cells ต่างๆมาต่ออนุกรมกัน จึงควบคุมแรงดันไฟฟ้าไว้ที่สูงสุด = 3 x 4.2 = 12.6 V และต่ำสุด 3 x 3 = 9 V การควบคุมแรงดันไฟฟ้าทำโดย Solar Charge Controller และภายใน Battery Pack ก็จะมีแผงวงจร BMS (Battery Management System) ด้วยเช่นกัน

 
  3.  ระบบ Hybrid Off-Grid แบบที่ใช้อุปกรณ์ ATS
ATS เป็นอุปกรณ์ที่ใช้สลับการใช้ไฟจาก Solar Power ไปเป็นไฟจากระบบ 220 V หรือกลับกัน โดยทั่วไป ไฟฟ้าที่ผลิตได้จาก Solar Panels จะถูกใช้ไปพร้อมๆกันและถ้ามีไฟเหลือก็จะเก็บประจุไว้ในแบตเตอรี่ ในกรณีทีมีการใช้ไฟฟ้าจากแบตเตอรี เช่นในตอนกลางคืน หากแรงดันไฟฟ้าต่ำลงถึง 9 V Solar Charge Controller ก็จะตัดการจ่ายโหลด และ ATS จะทำหน้าที่สลับไปใช้ไฟฟ้าจากระบบแทน ซึ่งในระหว่างการสลับแหล่งจ่ายไฟฟ้านี้ จะมีไฟกระพริบสั้นๆ		  
 


รูปที่ 3  อุปกรณ์ Automatic Transfer Switch (ATS)

  4.  Adjustable Voltage Automatic Charging Device
ผู้เขียนได้นำอุปกรณ์ Charging - Discharge Switch Control Module มาประกอบเข้ากับ Li-Ion Battery Charger ขนาดเล็ก 12 V 1 A เพื่อใช้เป็น Automatic Charging Device ตามที่แสดงในรูปที่ 4  ซึ่งสามารถใช้แทนอุปกรณ์ ATS ได้ ถ้าใช้ไฟไม่มากนัก อุปกรณ์ Automatic Charging สามารถตั้งค่าแรงดันไฟฟ้าต่ำสุดที่รีเลย์จะต่อวงจรให้ชาร์จไฟเข้าแบตเตอรี่และตั้งค่าแรงดันไฟฟ้าสูงสุดเพื่อหยุดการชาร์จ ดังนั้น อุปกรณ์นี้ทำให้สามารถใช้ไฟฟ้าจากระบบ 220 V มาช่วยเสริมการประจุไฟฟ้าเข้าแบตเตอรี่ของระบบ Solar Power ได้ ถ้าหากไฟที่ใช้ไม่พอหรือแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วของ แบตเตอรี่ต่ำกว่าค่าที่ตั้งไว้ ก็ถือว่าเป็นระบบ Hybrid Off-Grid อีกแบบหนึ่ง สำหรับการชาร์จไฟเสริมนั้น สามารถเพิ่ม Capacity ของตัว Charger ให้ชาร์จด้วยกระแสที่มากขึ้นได้ เช่น 2 A ก็จะทำให้ชาร์จไฟได้เร็วขึ้น
หมายเหตุ : จากการทดลอง Li-Ion Battery Charger ขนาด 2A จะจ่ายไฟฟ้าเข้าแบตเตอรี่ได้ประมาณ 1.8 A
 
 


รูปที่ 4  Adjustable Voltage Automatic Charging Device ที่ประกอบขึ้น (ขนาดกล่อง 9 x 11 ซม.)

รูปที่ 4A  Circuit Diagram ของ Adjustable Voltage Automatic Charging Device (Updated 18/9/2018)

  5.  ระบบ Hybrid Off-Grid Pure Sine Wave Solar Power System พร้อม Automatic Charging Device
รูปที่ 5 แสดงการติดตั้งใช้งานจริงของระบบควบคุมการทำงานเพื่อผลิตไฟฟ้าจาก Solar Panels ที่ใช้ Li-Ion Battery Pack และต่อพ่วงกับ Automatic Charging Device โดยไม่ต้องใช้อุปกรณ์ ATS
 
 


รูปที่ 5  ระบบ Hybrid Off-Grid Solar Power System พร้อม Automatic Charging Device

 


รูปที่ 6  ชุด Li-Ion Battery Pack 3 กล่อง รวมความจุ 21.8 Ah
(หมายเลข 1 สั่งจากประเทศจีน หมายเลข 2 และ 3 ประกอบขึ้นเอง)

 


รูปที่ 7  Li-Ion Battery Pack ความจุ 5.2 Ah (3S 2P)

  6.  สรุป
การสร้างระบบ Solar Charge Control ที่อธิบายในบทความนี้เป็น Version ที่ 3 ซึ่งได้มีการพัฒนาเพิ่มขึ้นจนน่าจะสมบูรณ์แบบและทดสอบการใช้งานจริงได้เป็นอย่างดี และสรุปได้ดังนี้
1)  ระบบที่ออกแบบใช้กับ Solar Panels รวมกำลังผลิต 110 W เนื่องจากติดตั้งที่ระเบียงบ้าน จึงรับแสงแดดได้น้อยกว่าติดบนหลังคา และสามารถผลิตไฟฟ้าได้สูงสุดประมาณ 75 W แต่เพียงพอในการใช้งาน
2)  การนำ Li-Ion Battery Pack มาใช้เก็บประจุไฟฟ้าได้ผลดีและแทบจะไม่มีการบำรุงรักษาแต่ต้องใช้ Solar Charge Controller ที่ออกแบบมาสำหรับใช้กับ Li-Ion Battery เท่านั้น ส่วน Li-Ion Battery Pack นั้นสามารถสั่งซื้อหรือนำ Cells 18650 มาประกอบเองได้
3)  อุปกรณ์ Automatic Charging Device ช่วยในการชาร์จไฟเข้าแบตเตอรี่ได้โดยอัตโนมัติ ในกรณีที่ไฟฟ้าจากแบตเตอรี่ไม่เพียงพอ ทำให้การจ่ายไฟฟ้าเป็นไปอย่างต่อเนื่อง ไม่สะดุด
 		 
 

Related Video

 
  7.  แหล่งที่มาของอุปกรณ์ต่างๆ
1)  Solar Charge Controller สำหรับ Li-Ion Battery .... จาก eBay
2)  Pure Sine Wave Power Inverter 300 W .... จาก Ali Express
3)  Wh Meters 220 และ 12 V .... จาก Ali Express
4)  Digital Voltmeter 12 V .... จาก Ali Express
5)  12 V Li-Ion Battery Pack 7.8 Ah .... จาก Ali Express
6)  12 V Li-Ion Battery Pack 5.8 และ 8.8 Ah .... ประกอบขึ้นเอง
7)  Li-Ion Battery 18650 ขนาด 3400 mAh .... จาก eBay ขนาด 2600 mAh จาก AliExpress
8)  Pilot Lamp 220 และ 12 V .... จาก Ali Express
9)  Charger 220/12 V สำหรับ Li-Ion Battery .... จาก Ali Express
10)  Charging - Discharge Switch Module .... จาก Ali Express
11)  อุปกรณ์ Citcuit Breaker, Switch และ Outlet .... จาก Home Pro
12)  กล่องพลาสติก ABS สั่งจากเว็บไซต์ในประเทศ (ขอนแก่น)
13)  อุปกรณ์ ATS .... สั่งจากเว็บในประเทศ (เป็นของที่ผลิตในประเทศจีน)
.............................
  หมายเหตุ:

ผู้เขียนไม่ได้ขายหรือมีส่วนเกี่ยวข้องกับการขายผลิตภัณฑ์ต่างๆที่นำมาแสดงและทดสอบในบทความนี้ วัตถุประสงค์ของบทความเขียนขึ้นเพื่อเผยแพร่ข้อมูลทางเทคนิคและประสบการณ์ในการใช้งาน เพื่อเป็นความรู้สำหรับผู้ที่สนใจ อาจจะนำไปใช้ประโยชน์ได้ต่อไป
 

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


จากวันที่  15 มิ.ย. 2561
ปรับปรุงล่าสุด : 18 ก.ย. 2561