บทท 1

บทน ำ 1.1 ควำมเปนมำและควำมส ำคญของโครงงำน ในปจจบนไดมการน าพลงงานทางเลอกคอ พลงงานแสงอาทตย ซงเปนพลงงานทสะอาดมาใชประโยชนและทส าคญพลงงานนนไมมวนหมดสน ในการแปลงพลงงานแสงอาทตยใหเปนพลงงานไฟฟาอาศยเซลลแสงอาทตยทอยในรปแบบของแผงเซลลแสงอาทตย Photovoltaic (PV) มขบวนการผลตไฟฟาจากการตกกระทบของแสงบนวตถทมความสามารถในการเปลยนพลงงานแสงเปนพลงงานไฟฟาไดโดยตรง แตเนองจากตว PV นนมราคาสงและขนาดโครงสรางทใหญจงไมสะดวกในการน ามาใชงานในสวนทมพนทใชงานทจ ากด เชน หองปฏบตการทดลอง เปนตน จากเหตผลดงกลาว จงไดน ามาประยกตใชในการท า PV-Simulator เพราะเนองจากตว PV ทมคาก าลงงานสงมราคาแพงจงไดคดท าโครงงาน PV-Simulator ขน เพอเพมขดความสามารถโดยการขยายก าลงงานของ PV ขนาดเลกเพอใหมความสามารถในการท างานเสมอนเทากบตว PV ขนาดใหญ ทใหก าลงงานสง ท าใหประหยดคาใชจายในการลงทนซอตว PV ทมราคาสง

1.2 วตถประสงคของโครงงำน

1. สามารถใชในการทดลองในพนทไมมแสง 2.สามารถใชในการทดลองในพนทจ ากดและสะดวกขน 3.สามารถเลอกใชคาแสงทตองการ โดยเลอกคานนๆ 4.ประหยดคาใชจายในการใชPV

2

1.3 ขอบเขตของโครงงำน

1.คอนเวอรเตอรทใหคาก าลงงาน 100 W 2.ใชไมโครคอนโทรลเลอรเปนตวควบคมคณสมบตของคอนเวอรเตอร 3.ใชไมโครคอนโทรลเลอร MSC-51 ค านวณผลคาแรงดน

1.4 ประโยชนของโครงงำน

1.มความรความเขาใจในหลกการท างานของโครงสรางของระบบ Photovoltaic (PV) 2.มความรความเขาใจในวงจรคอนเวอรเตอรเพมมากขน 3.มความรความเขาใจและสามารถประยกตใชไมโครคอนโทรลเลอรในการควบคมการท างาน 4.สามารถพฒนาใหไดแหลงจายทเสมอนกบตว PV ขนาดใหญ 5.สามารถประยกตใชงานใหเปนแหลงจายก าลงงานใหกบอปกรณอนได

3

1.6 โครงสรำงของโครงงำน

ภาพท 1.1 โครงสรางของโครงงาน จากภาพท 1.1 ไมโครคอนโทรลเลอรจะรบคากรแส(I)มาคาคาหนงมาจากบคคอนเวอรเตอร เพอค านวณหาคาแรงดน(V) เมอไดคาแรงดน(V) จากไมโครคอนโทรลเลอรจะน าคาทไดสงไปยงIC PWM จาก IC PWM จะไปสงใหบคคอนเวอรเตอรท างาน จะไดคากระแสมาหนงคาและแรงดนมาหนงคา

บทท 2

ทฤษฏทเกยวของ

ในโครงงานนเปนการสรางชดจ าลองเซลแสงอาทตย ( PV Simulator ) โดยใชวงจรบคคอนเวอรเตอร ทท างานโดยการลดแรงดน DC ใหไดคาทตองการใชงาน โดยม IC PWM ท าหนาทควบคมแรงดนใหคงท และไมโครคอนเทอรเลอร ทเปนตวประมวลผลจากการก าหนดคาแสงในการท างาน จงจ าเปนตองรทฤษฏตางๆ เพอใหไดคาก าลงงานตามทตองการ

2.1 บคคอนเวอรเตอร [1] วงจรบคคอนเวอรเตอร (Buck Converter)เปนวงจรทลดแรงดนไฟฟาใหต าลงเพอเหมาะสมกบการใชงาน โดยโครงสรางของวงจรจะประกอบดวยสวทชทสามารถสงให “NO” หรอ “OFF”ไดทกขณะตามทเราตองการในทางปฏบตสวทชทใชในวงจรจรงคออปกรณสวทชงนอกจากนยงมสวนประกอบอนๆอกคอC ตวเกบประจ,L ตวเหนยวน า,D ไดโอดดงแสดงในภาพท2.1

ภาพท 2.1 วงจร Buck Converter เมอวงจรประกอบดวยสวทชทมการ “ON” หรอ “OFF” คาของแรงดนและกระแสทตกครอมบนอปกรณทกตวของทง 2 สภาวะน จะตองมทศทางเดยวกนเสมอ มฉะนนของแรงดนและกระแสจะไมถกตอง จากภาพท 2.2 และภาพท 2.3 แสดงในสภาวะON และ OFF

5

ภาพท 2.2 Switch ทสภาวะ ON

ภาพท 2.3 Switch ทสภาวะ OFF หลกการท างาน เมอ SW ปดวงจร (ภาพท 2.2 ) กระแสจะไหลผานขดลวด L และโหลด RL ตามทศทางดงรป สงเกตไดโอด D ขณะนไดรบไบแอสกลบ จนกระทง SW เปดวงจร (ภาพท 2.3 ) เกดการยบตวของสนามแมเหลก เกดพลงงานท าใหไดโอด D ไดรบไบแอสตรงน ากระแสในทศทางเดมเกดแรงดนตกครอม RL โดยมขวเหมอนกบอนพท จากการท างานของวงจรจะพบวาถา SW มการปด-เปดวงจรอยางตอเนอง จะท าใหกระแสทเอาทพทมแนวโนมทจะไหลไดตอเนอง

2.1.1 กำรวเครำะหบคคอนเวอรเตอรในสภำวะคงตว

ในการวเคราะหวงจรนนเราสามารถหาคาดวยการค านวณไดเชนเดยวกบการทดลองในวงจร เมออยทสภาวะท างานในวงจรตางกน และหากตองการทราบคาตางๆของวงจรบคคอนเวอรเตอร วามแรงดนและกระแสเทาไร ทต าแหนงตางๆของวงจรบคคอนเวอรเตอร ไดภาพท 2.4 ดงน

6

ภาพท 2.4 แสดงการวเคราะหในวงจรและกราฟแสดงผลทสภาวะคงตว ก.วงจรบคตวแปลผน ข.วงจรสมมลในโหมดตางๆ ค.รปคลนแรงดนและกระแส จากภาพท 2.4 ท าใหเราทราบถงการท างานและน ามาเขยนเปนสมการในการค านวณหาคาตางๆ จงไดสมการในการค านวณดงน

titi

DIDII

IVIV

R

VII

TDL

VDT

L

VVi

DVVV

rippleLC

OLin

OOinin

OOL

SO

SOin

L

inAO

,

1

7

2.2 IC PWM (Pulse Width Modulated) [1] ในการควบคมระดบแรงดนใหคงทของแหลงจายไฟสวตชง โดยทวไปจะใชเทคนคการควบคมความกวางพลส (PWM) ซงเปนการควบคมโดยเปลยนแปลงชวงเวลาทอปกรณสวตชอเลกทรอนกส เชน ทรานชสเตอร,มอสเฟท หรออนๆ นนน ากระแส เปนผลใหเกดการควบคมแรงดนทเอาทพทใหไดคาทตองการ ซงขอดของการควบคมแรงดนแบบ PWM คอ สามารถรกษาระดบแรงดนใหมความคงทสง เพราะมการปอนกลบระดบแรงดนจากเอาทพทมาใชในการควบคมดวย รวมทงท าใหเกดความสญเสยก าลงงานในการควบคมแรงดนต าสงผลใหมเสถยรภาพตอการเปลยนแปลงของอณหภมขณะใชงานสง 2.2.1 วธกำรมอดเลชนทำงควำมกวำงของพลส (PWM) การมอดเลชนทางความกวางของพลส PWM (Pulse Width Modulation) จะเปนการปรบเปลยนทสดสวน และความกวางของสญญาณพลส โดยความถของสญญาณพลสจะไมมการเปลยนแปลง หรอเปนการเปลยนแปลงทคาของดวตไซเคล (Duty Cycle) นนเอง ซงคาของดวตไซเคล คอชวงความกวางของพลสทมสถานะลอจกสง โดยคดสดสวนเปนเปอรเซนตจากความกวางของพลสทงหมด ยกตวอยางเชน ถาหากคาดวตไซเคลมคาเทากบเทากบ 50% กหมายถงใน 1 รปสญญาณพลสจะมชวงของสญญาณทเปนสถานะลอจกสงอยครงหนง และสถานะลอจกต าอยอกครงหนง และในท านองเดยวกนถาหากคาดวตไซเคลมคามาก หมายความวาความกวางของพลสทเปนสถานะลอจกสงจะมความกวางมากขน หากคาดวตไซเคลมคาเทากบ 100% กหมายความวาจะไมมสถานะลอจกต าเลย ซงคาดวตไซเคลสามารถ จะหาไดจากคาความสมพนธดงน คาดวตไซเคล = (ชวงเวลาของสญญาณพลล/คาบเวลาทงหมดของสญญาณ) x 100 เปอรเซนต

8

ภาพท 2.5 แสดงความกวางของพลสขนาดตางๆและคาดวตไซเคลของชวงพลสทมความถคงท ก.ความกวางของพลส ข.การเปลยนแปลงคาดวตไซเคล

2.2.2 วงจรควบคมในโหมดควบคมจำกแรงดน การท างานของวงจรควบคมในโหมดแรงดน (Voltage Mode Control) จะอาศยการตรวจจบการเปลยนแปลงคาของแรงดนทเอาตพตมาควบคมชวงเวลาน ากระแสของเพาเวอรทรานซสเตอร เพอการคงคาแรงดนเอาตพตเปนหลก วงจรพนฐานเปนดงรป

ภาพท 2.6 วงจรพนฐานควบคมในโหมดแรงดน

9

จากภาพท 2.6 วงจรควบคมจะอาศยการปอนกลบคาแรงดนทเอาตพตและเปรยบเทยบกบแรงดนอางอง Vref ของวงจร เพอตรวจจบการเปลยนแปลงของแรงดนทเอาตพต คาความแตกตางทไดจะถกขยายโดยวงจรขยายความแตกตาง E/A กอนทจะสงตอไปยงวงจร PWM โดยคาแรงดนทไดจากวงจรขยายความแตกตาง E/A ทต าแหนง A จะถกเปรยบเทยบกบแรงดนรปฟนเลอยทต าแหนง B ของ PWM อกครงหนง เอาตพตทไดจากวงจร PWM จะมลกษณะเปนพลสสเหลยม ซงมคาบเวลาคงทเทากบคาบเวลาของแรงดนรปฟนเลอยและมความกวางของพลสซงเปลยนแปลงไปตามผลมอดเลชนของคาแรงดนทต าแหนง A และ B คาความกวางของพลสนเองทจะเปนตวก าหนดชวงเวลาน ากระแสของเพาเวอรทรานซสเตอรในคอนเวอรเตอร เนองจากคาแรงดนปอนกลบจะถกสงมายงวงจรขยายความแตกตาง E/A ทขาอนเวอรตง ผลตางของแรงดนเอาตพต และแรงดนอางองทจด A จงมลกษณะกลบเฟสอย 180 องศา กลาวคอ เมอแรงดนเอาตพตมคามากขน แรงดนทจด A จะมคาลดลง ความกวางของพลสทเอาตพตของวงจร PWM จงมคาลดลงดวย และชวงเวลาน ากระแสของเพาเวอรทรานซสเตอร T-ON กจะมคาลดลง ถาแรงดนเอาตพตมคาลดลง แรงดนทจด A จะมคาเพมขน ความกวางพลสทเอาตพตของวงจร PWM จงมคาเพมขน T-ON กจะมคาเพมขน ท าใหคอนเวอรเตอรสามารถคงคาแรงดนเอาตพตไวได ลกษณะรปคลนแรงดนขณะวงจรท างานจะเปนดงภาพท 2.7

ภาพท 2.7 รปคลนแรงดนขณะวงจรท างาน

10

2.3 ไมโครคอนโทรลเลอร MCS-51 [2] ไมโครคอนโทรลเลอร MCS-51 เปนไมโครคอนโทรลเลอรขนาด 8 บตทมอปกรณสนบสนนประกอบอยภายในหลายอยางไดแก หนวยความจ าส าหรบเกบขอมล หนวยความจ าส าหรบเกบโปรแกรม ตวตงเวลา/ตวนบ อปกรณรบสงขอมลแบบอนกรม เนองจากโครงสรางของไมโครคอนโทรลเลอรมอปกรณสนบสนนประกอบอยภายใน นเอง ท าใหการใชงานงายขนและมประสทธภาพมากขนโดยไมตองมการเชอมตอ อปกรณภายนอกเพมเตมมากเหมอนกบ ตวไมโคร-โปรเซสเซอรทวไป นอกจากนหากเราตองการใชงานไมโครคอนโทรลเลอรรวมกบ อปกรณอนเพมเตมเชน ไอซ 8255 หรอหนวยความจ าภายนอก เรายงสามารถน ามาเชอมตอเพมเตมเขากบไมโครคอนโทรลเลอรไดอกดวย 2.3.1 โครงสรำงภำยในของไมโครคอนโทรลเลอร MCS-51 โครงสรางภายในพนฐานของไมโครคอนโทรลเลอร MCS-51 แสดงในภาพท 2.8 ประกอบดวยอปกรณตางๆ ดงน - หนวยประมวลผลกลางขนาด 8 บต - หนวยประมวลผลส าหรบขอมลแบบบต (BOOLEAN PROCRSSOR) - ความสามารถในการอางต าแหนงของหนวยความจ าโปรแกรม 64 กโลไบต - ความสามารถในการอางต าแหนงของหนวยความจ าขอมล 64 กโลไบต - หนวยความจ าโปรแกรมภายในขนาด 4 กโลไบต แบบ อพรอม (เบอร 8451) - หนวยความจ าแบบ แรม ภายในจ านวน 128 ไบต - พอรตอนพต/เอาตพตแบบขนานจ านวน 32 เสน ซงสามารถแยกท างานไดอยางอสระ - วงจรนบ/จบเวลาขนาด 16 บต จ านวนสองวงจร - วงจรสอสารแบบอนกรมแบบดเพลกเตม(FULL DUPLEX) - วงจรควบคมการอนเตอรรปตจากแหลงก าเนดสญญาณ 6 ประเภท พรอมก าหนดล าดบ -วงจรผลตสญญาณนาฬกาภายในซงโครงสรางการท างานทงหมดไมโครคอนโทรลเลอรจะ อาศยหลกการท างานทเกยวของกนโดยอาศยหลกการท างานทเปนไปตามโครงสราง

11

ภาพท 2.8 แสดงโครงสรางภายในไมโครคอนโทรลเลอร MCS51 โดยมากแลวไมโครคอนโทรลเลอรตระกลนมกจะ มรปรางของไอซเปนแบบขนาด 40 ขา ดงแสดงในภาพท 2.9 ซงแตละขาสญญาณจะมหนาททระบชดเจนตามสญลกษณชอยอ ทก ากบในแตละขา อยางไรกตามจะมบางขาสญญาณทอาจจะมหนาทไดมากกวาหนงอยาง (ซงเขยนก ากบไววา ALTERNATE FUNCTION ในภาพท 2.9) ซงจะไมสามารถใชงานในเวลาเดยวกนได ตวอยางเชนขาสญญาณบต 0 ของพอรต 3 (ใชตวยอเปน P3.0) อาจจะใชเปนขาสญญาณเอาตพต หรออนพตตามปกต ภายในไมโครคอนโทรลเลอร MCS-51 ซงประกอบดวยหนวยการท างานตางๆ ภายในไอซMCS-51 จ านวนมาก โดยแตละบลอกซงเปนวงจรควบคมรจสเตอร (REGISTER) หรอหนวยความจ าภายในของไอซ MCS-51 จะถกเชอมตอเขาดวยกนผานทางเสนสญญาณทเรยกวาบสขอมลภายใน รจสเตอรและหนวยความจ าเหลานจะถกน าไปใชระหวางการประมวลผลค าสง หนาทของโปรแกรมทผใชสรางขนมากเปนการควบคมการรบหรอสงขอมล ระหวางรจสเตอรเหลาน ซงอาจจะมการด าเนนการรวมกบหนวยการด าเนนงานประมวลผลทางคณตศาสตรและ ลอจก หรอเรยกวาARITHMATIC AND LOGIC UNIT :ALU

12

ภาพท 2.9 แสดงรปรางและการจกวางขาตางๆของไมโครคอนโทรลเลอรMCS51

2.3.4 ชดค ำสงของไมโครคอนโทรลเลอรMCS-51

ไมโครคอนโทรลเลอร MCS-51 ประกอบดวยค าสงทงหมดจ านวนมาก ซงน ามาแสดงไวในตารางของชดค าสงตางๆ ซงสามารถจะจดกลมค าสงเหลานตามลกษณะและหนาทการท างานท คลาย คลงกน เพอความสะดวกตอการศกษา ท าความเขาใจและใชงานดงน - กลมการถายเทขอมล คอ กลมค าสงในการโอนยายขอมล ท าหนาทในโอนยายขอมลระหวางรจสเตอร หรอหนวยความจ าภายในแรม โดยมรายละเอยดดงน ชดค าสงในการถายเทแรม ภายในนน แสดงดงตารางท 2.4 ซงเวลาทใชในหนงค าสงนน จะเปนเวลาเมอขณะทความถในการท างานของหนวยประมวลผลกลางทความถ 12 เมกะเฮรตซ และรายละเอยดของแตละค าสงมดงน - MOV :จะท างานในลกษณะเปนการถายเทขอมลทมขนาดเปนไบตหรอบตกได จากแหลง ก าเนดเขาสตวรบขอมลในฟลดโอเปอรแรนด - PUSH:จะท างานโดยเพมคารจสเตอร SP กอนแลวจงท าการถายเทขอมล 1 ไบตจากแหลง ก าเนดไปบรเวณสแตกตามต าแหนงทรจสเตอรSPก าหนด - POP:การถายเทขอมลขนาด 1 ไบตจากบรเวณต าแหนงทรจสเตอร SP ก าหนดไปยง รจสเตอรทโอเปอรแรนด ก าหนดและหลงจากนนรจสเตอรSPจะลดคาลง - XCH:ค าสงแลกเปลยนไบตระหวางแหลงก าเนดโอเปอรแรนดกบรจสเตอร AXCHD ค าสงในการแลกเปลยนขนาดนบเบลทางอนดบต าของแหลงก าเนดโอเปอรแรนดกบนบ เบลอนดบต าลงของแอกควมเลเตอร

13

ตวอยางเชนท าการเลอนขอมลไป 2 ไบตทางขวามอซงจะม 2 วธคอใชค าสง MOV หรอใชค าสง XCH กลมค าสงทางคณตศาสตร เชน การบวก ลบ คณ และหารขอมลภายในตว รจสเตอรตางๆ ชวงเวลาการท างาน ของแตละค าสงนนจะก าหนดทความถของสญญาณนาฬกาท 12 เมกะเฮรตซ ค าสงทางคณตศาสตรสวนใหญใชเวลา 1 ms ยกเวนค าสง INC DPTR ซงใชเวลา 2 ms โดยทค าสงการคณและหารใชเวลา 4 ms โดยมรายละเอยดการใชค าสงมดงน -INC:เปนการบวกหนงกบโอเปอรแรนดและใสคาใหมกลบเขาทตวโอเปอรแรนดน นๆ - DEC:เปนการลบออกจากตวเลขทอยในแหลงก าเนดโอเปอรแรนด และน าผลลพธทไดมา เกบไวทตวโอเปอรแรนดนน - ADD:เปนการบวกในแอกควมเลเตอรเขากบคาในแหลงก าเนดโอเปอรแรนด - ADDC:เปนการบวกคาตางๆ ในแอกควมเลเตอรเขากบคาในแหลงก าเนดโอเปอร-แรนด และบวกกบบตทดดวย - SUBB:เปนการน าเลขทแหลงก าเนดโอเปอรแรนด ลบออกจากตวเลขใน A และน าคาบต ตวทดมาลบออกอกและผลลพธทไดน ามาใสลงในแอกควมเลเตอร A - MUL:เปนการคณแบบไมคดตวเครองหมายของตวเลขทอยใน แอกควมเลเตอรกบเลขใน รจสเตอร B แลวไดผลลพธ 2 ไบต น ามาเกบไวท AB โดย A จะรบอนดบต าสวน B จะรบ อนดบสง - DIV:เปนค าสงในการหารแบบไมคดเครองหมายทอยในแอกควมเลเตอรแลวหารตวเลขในรจสเตอร B แลวน าผลลพธไปเกบในแอกควมเลเตอรและเศษของการหารตวเลขจะเกบไวในรจสเตอร B - DA:ส าหรบการบวกกนทางตวเลข BCD เปนการปรบคารวม ซงเปนผลมาจากการบวก กนทางไบนารของระบบตวเลข BCD ขนาด 2 หลกสองจ านวน การปรบคาตวเลขผลรวม ดวยการใชค าสง DA จะไดผลลพธกลบมาทแอกควมเลเตอร กลมค าสงทางตรรกศาสตรหรอ แบบลอจก ท าหนาทเกยวกบการประมวลผลแบบ ลอจกตางๆ เชน การ AND OR หรอ EX-OR ระหวางขอมลในรจสเตอร A นนเอง โดยมการใชค าสงดงน CPL:เปนการใชค าสงกลบคาหรอคอมพลเมนต ขอมลในแอกควมเลเตอรจะไมมผลใดๆ ตอคาของแฟลก หรอการอางถงต าแหนงแอดเดรสนนตามบตนนๆRL, RLC, RR, RRC, SWAP:ทง 5 ค าสงนเปนค าสงในการท างานการวนบตบนตวของแอกควมเลเตอรซง RL เปนการวนบตทางขวา, RLC เปนการท าการวนทางซายผานบตทด, RRC เปนการวนขวาผานบตทด และ SWAP เปนการวนซายสครงANL:เปนการ ADD กนทางตรรกศาสตร ระหวางแหลงก าเนดสองโอเปอรแรนด ซงจะสงให

14

ท างานในรปแบบของตรรกศาสตรทางขอมลขนาดเปนไบตหรอบต กลมค าสงแบบบลนหรอแบบบต ซงเปนความสามารถของไมโครคอนโทรลเลอร MCS-51 ทจะด าเนนการประมวลผลแบบบตแทนทจะเปนขอมลทงไบตเชนปกต โดยมชดค าสงทจดการโดยตรง ทกค าสงจะเขาถงขอมลโดยตรงในระดบบตโดยมการบตแอดเดรสไดตงแต 00H - 7FH ในพนท 128 บต หนวยความจ าขอมลภายในและบตแอดเดรส 80H - FFH ในบรเวณกลมรจสเตอรฟงกชนพเศษ (SFR) กลมค าสงในการกระโดดไปยงต าแหนงตางๆภายในโปรแกรม ซงจะเปลยนล าดบของการประมวลผลภายในโปรแกรมไปยงสวนตางๆแทนทจะด าเนน การไปเปนล าดบ ตอเนองโดยทค าสง JMP จะแบงเปน 3 ลกษณะ คอ SJMP, LJMP, AJMP ซงในแตละค าสง จะมขอแตกตางของการกระโดดไปยงแอดเดรสไกลสดทตางกน ค าสง JMP ซงเปนแบบโมนชก ทสามารถจะใชไดโดยมรายละเอยดการใชงานของค าสงดงตอไปน SMP:จะเปนการกระโดดแบบการยายอนดบต าแหนงของแอดเดรสต าแหนงเดมซงจะสามารถกระโดดได -128 ถง +127 ไบต AJMP:ลกษณะแบบนจะสามารถกระโดดไดไกลสดประมาณ 2 กโลไบต ซงจะใชหนวยความจ าเพยง 2 ไบตเทานนในการก าหนด LJMP:ลกษณะแบบนจะสามารถกระโดดไดไกลสดประมาณ 64 กโลไบต ซงจะใชหนวยความจ าเพยง 3 ไบตเทานนในการก าหนด 2.3.5 โครงสรำงกำรอนเตอรรปตของไมโครคอนโทรลเลอร MCS-51 จากแผนภาพโครงสรางระบบอนเตอรรปตของ ไมโครคอนโทรลเลอร MCS-51สญญาณทเขามาท าการอนเตอรรปต MCS-51 นนเกดขนไดหาลกษณะ โดยจะเหนไดวาสามารถทจะก าหนดเลอกเพอยนยอม (หรออนาเบล : ENABLE) และหาม (หรอดสเอเบล : DISABLE) ไมใหมการอนเตอรรปตแตละประเภทได โดยการก าหนดบตของขอมลทเกยวของซงมกจะอยภายในรจสเตอร TCON และ SCON นอกจากนยงมต าแหนงบตภายในรจสเตอร IE (INTERRUPT ENABLE REGISTER) ซงท าหนาทเสมอนกบเปนสวตซหลกทเกยวของกบสญญาณอนเตอรรป ตทงหมด หากวาก าหนดไมใหเกดการอนเตอรรปตแลวการก าหนดบตเพอหามหรอยนยอม ของแตละอนเตอรรปตกจะไมมผลใดๆเกดขน ยงแสดงใหเหนวาสญญาณอนเตอรรปตแตละประเภทยงสามารถก าหนดระดบความ ส าคญ (PRIORITY) ของการอนเตอรรปตไดสองลกษณะ คอ ระดบความส าคญสงหรอต า (HIGH

15

OR LOW PRIORITY) กลาวคอขณะทก าลงประมวลผลอยภายในสวนของโปรแกรมยอยบรการอนเตอร รปตของสญญาณทมระดบความส าคญต าอย กอาจจะถกขดจงหวะใหไปประมวลผลของสญญาณอนเตอรรปตทมระดบความ ส าคญสงกวา แตหากวาเปนสญญาณอนเตอรรปตทมระดบความส าคญต าเชนเดยวกนแลว กตองรอใหเสรจสนการประมวลผลท ด าเนนการอยกอน 2.3.6 กำรรเซต โดยความหมายของการรเซตเปนการบงคบใหมการเรมตนใหมอกครงหนง ซง มกจะกระท าโดยการก าหนดสภาวะของสญญาณทขารเซตของไอซ MCS-51 ใหเปนระดบลอจก ทเหมาะสมเทานน การรเซตดวยวธนถอวาเปนการอนเตอรรปตอยางหนงได แตจะมลกษณะตางออกไปจากการอนเตอรรปตของสญญาณนได ซงมศพทเฉพาะเรยกวา NON-MASKABLE INTERRUPT นอกจากนการด าเนนการของโปรแกรมกแตกตางออกไปดวย โดยจะไมมการเกบคาของค าสงทก าลงจะไปท าในล าดบตอไปภายในรจสเตอร PC เมอมการรเซตเกดขนโปรแกรม จะถกสงใหกระโดดไปยงแอดเดรส 0000 ทนท ซงต าแหนงนจะเปนต าแหนงเรมตนของการท างานของไมโคร-คอนโทรลเลอร MCS-51 เมอเรมจายไฟใหกบระบบเมอใดกตามทมการรเซตเกดขนคาสภาวะตางๆ ภายในไมโครคอนโทรลเลอรจะถกก าหนดกลบไปเปนคาเรมตนใหมอกครง

2.4 กำรค ำนวณหำพลงงำนไฟฟำทผลตไดจำกแผงโซลำเซลล [3] [4]

การค านวณหาพลงงานไฟฟาทผลตไดจากแผงโซลาเซลล เกดจากแสงสวางไปท าใหเซลลแสงอาทตยสรางประจพาหะอสระใหไหลผานโหลดทตออยเปนสดสวนตรงกบความเขมแสงทตกกระทบรอยตอ PN Junction ซงจะเขยนแทนดวยไดโอดและแหลงจายกระแสในสมการท 2.1 แสดงถงคณลกษณะทางกระแสและแรงดนของเซลลแสงอาทตยซงจะเขยนอยในรปของฟงกชนเอกโพเนนเชยล (Exponential Equation)

q V+IRs -1(V+IR )sNcs×Gamma×k×TcI=I -I ×exp -ph 0

Rsh

(2.1)

โดยท

16

Iph คอกระแสลดวงจรของเซลลท 25 °C ; A I คอกระแสไฟฟาทเซลลแสงอาทตยสรางขน ; A I0 คอกระแสไบอสอมตวยอนกลบของไดโอด; A q คอประจอเลกตรอนมคาเทากบ 1.602×10-19 C Ncs คอจ านวนเซลลในชด K คอคาคงทของBoltzmanมคาเทากบ 1.3806504×10-23 J/Kevin -1 Tc คออณหภมทรอยตอขณะท างานของเซลล; Kevin V คอแรงดนทตกครอมไดโอด; V RS คอคาความตานทานอนกรมของเซลล; Ω Rsh คอคาความตานทานขนานของเซลล; Ω โดยทวไปความตานทานขนานของโซลาเซลลสมยใหมจะมคาสงมาก ดงนนเทอมสดทาย

ของสมการท 2.1 สามารถตดออกไปได ดงนนความสมพนธของกระแสและแรงดนไฟฟาทผลตได จากโซลาเซลลดงทสมการท 2.2

q V+IRs-1

Ncs×Gamma×k×TcI=I -I ×exp

ph 0

(2.2)

วงจรสมมลของเซลลแสงอาทตย เซลลแสงอาทตยสามารถน ามาเขยนเปนวงจรสมมลอยางงาย ซงประกอบไปดวยแหลงจายกระแสตอรวมกบไดโอด D ตวตานทาน Rsและตวตานทาน Rshมความเขมแสง G และอณหภม Tcเปนตวแปรอนพท โดยตวแปรเอาตพตเปนกระแสไฟฟาI และ แรงดนไฟฟาV ขณะไมมแสงอาทตยตกกระทบเซลลแสงอาทตยจะมพฤตกรรมเหมอนไดโอดทางอดมคตตวหนง เมอมแสงอาทตยมาตกกระทบเซลลแสงอาทตยจะผลตกระแสไฟฟาจ านวนหนง เมอแสงทตกกระทบมปรมาณมากพอทท าใหเกดแรงดนดานเอาตพตสงกวาแรงดนไบอสตรงของไดโอด ท าใหไอโอดดงกลาวน ากระแสไฟฟาและจากสมการท 2.1 สามารถเขยนเปนวงจรสมมลของเซลลแสงอาทตยไดดงแสดงในภาพท 2.10

17

ภาพท 2.10 วงจรสมมลของเซลลแสงอาทตย

จากวงจรสมมลของเซลลแสงอาทตยในรปท 2.5 จะเหนวาม 5 ตวแปรทมผลตอกระแสและแรงดนขาออกของเซลลแสงอาทตยคอ I , N เปนผลของไดโอด ,คาIphเปนผลของแสงทตกกระทบและคาRs, Rshเปนคาความตานทานซงถอเปนการสญเสยทเซลลแสงอาทตย

2.4.1ผลกระทบจำกระดบของแสงอำทตย

ความเขมแสงอาทตย (Radiation) กระแสไฟฟาทผลตไดจากเซลลแสงอาทตยเปนสดสวนโดยตรงกบความเขมของแสงอาทตย หมายความวาเมอความเขมแสงสง กระแสไฟฟากจะสงขน ในขณะทแรงดนไฟฟาแทบจะไมแปรไปตามความเขมของแสงมากนก ความเขมแสงทใชวดเปนมาตรฐานคอ ความเขมของแสงทวดบนพนโลกในสภาพอากาศปลอดโปรง ปราศจากเมฆหมอกและวดทระดบน าทะเลในสภาพทแสงอาทตยตงฉากกบพนโลกซงมคาเทากบ 1000 W/m2 หรอ AM 1.5 (Airmass 1.5 = 1/cosα)

เมอเซลลแสงอาทตยท างานทสภาวะแวดลอมตางๆจะท าใหได I-V Curve ทระดบตางๆไดจากเซลลแสงอาทตยทอณหภมแวดลอมคาเดยวกนแตความเขมแสงมคาทระดบตางๆเปนกรณทความเขมแสงอาทตยคงทแตอณหภมเพมขนมผลท าใหแรงดนของเซลลแสงอาทตยลดลงแตกระแสไฟฟาทเซลลกลบมคาสงขน คาIphเปนกระแสทสรางขนจากเซลลแสงอาทตยโดยใชแสงในการเปลยนรปพลงงานซงคากระแสทสรางขนเปนสดสวนโดยตรงกบความเขมแสง (Radiation Intensity) และอณหภมตามสมการท 2.2

G

I = × I + muISC(T -T )ph c cref refph Gref

(2.3)

18

โดยท

G คอ ความเขมรงสอาทตย (วตต/ตารางเมตร) ; kW/m2 Gref คอ ความเขมรงสอาทตยทสภาวะทดสอบมาตรฐาน1000 วตต/ตารางเมตร; kW/m2

Iphref คอ กระแสไฟฟาจากแสงอาทตยทสภาวะทดสอบมาตรฐาน (แอมแปร) muISC คอสมประสทธอณหภมของกระแสไฟฟาทไดจากการทดสอบหรอจากบรษทผผลต Tc คอ อณหภมแผงโซลาเซลล (องศาเคลวน)

Tc ref คออณหภมอางองของเซลล ; Kevin Iph คอกระแสลดวงจรของเซลลท 25 °C ; A

ภาพท 2.11 ผลกระทบของความเขมแสงอาทตยทมตอกราฟ I-V Curve 2.4.2ผลกระทบของอณหภม

อณหภม (Temperature) กระแสไฟฟาจะไมแปรตามอณหภมทเปลยนแปลงไป ในขณะทแรงดนไฟฟาจะลดลงเมออณหภมสงขนโดยเฉลยแลวทกๆ 1 C ทเพมขน จะท าใหแรงดนไฟฟาลดลงประมาณ 0.5%อณหภมทใชเปนมาตรฐานในการทดสอบประสทธภาพของเซลลแสงอาทตยมคาเทากบ 25 ˚Cคามาตรฐานของคาความเขมแสง และคาอณหภมนจะเรยกวาStandard Test Conditions (STC)

19

กรณทคาความเขมแสงเทากนแตอณหภมแวดลอมมคาทระดบตางๆจะได I-V Curve เมอความเขมแสงเพมขนโดยทอณหภมไม เปลยนแปลงจะท าใหกระแสและแรงดนของเซลลแสงอาทตยมคาสงขน หากก าหนดใหความเขมแสงมคาคงทจากสมการท 2.3 คาอณหภมมผลกระทบตอก าลงไฟฟาขาออกของเซลลแสงอาทตยเนองจากคากระแสลดวงจรสมพนธอณหภมอกท งอณหภมยงมผลกระทบตอกระแสไบอสอมตวยอนกลบของไดโอดทเรยกวา Reverse Saturation Current Of Diode ( Io ) ดงสมการท 2.4

q(Egap) 1 1× -

Gamma×k T Tc cref

3TcI = I ×exp

0 0ref Tcref

(2.4)

โดยท

I0,ref คอ กระแสอมตวยอนกลบของไดโอดทสภาวะมาตรฐาน (แอมแปร) Egap คอ Material Band Gap Energy ส าหรบเซลลแบบซลกอนมคา 1.12 V

ภาพท 2.12 กราฟแสดงผลกระทบของอณหภมทมตอ I-V Curve 2.4.3กรำฟคณลกษณะกระแส-แรงดนของเซลลแสงอำทตย ( I-V Curve )

20

ลกษณะของกระแสและแรงดนไฟฟาของแผงเซลลแสงอาทตยไฟฟาทเซลลแสงอาทตยผลตไดเปนไฟฟากระแสตรงปรมาณแรงดนและกระแสไฟฟาทผลตไดขนอยกบความเขมแสงอาทตยและ อณหภมภาพท 2.8 แสดงกราฟกระแสกบแรงดนไฟฟาของเซลลแสงอาทตยเมอตอกบโหลดทแปรคาตงแตสภาวะวงจรลด (Short Circuit) ถงสภาวะวงจรเปด (Open Circuit) โดยตดแกนทแรงดนเปนศนยจะไดคากระแสทสภาวะวงจรลด (Short Circuit Current: ISC) สวนจดตดแกนทกระแสเทากบศนยจะไดคาแรงดนขณะวงจรเปด (Open Circuit Voltage: VOC) เมอน าคากระแสคณกบแรงดนกจะไดก าลงของเซลลแสงอาทตยซงในกราฟตองเพยงมจดเดยวทมคาก าลงไฟฟาสงสดเราเรยกวาก าลงไฟฟาทจดสงสด (Power at maximum point: PMP) สวนกระแสกบแรงดนทจดก าลงไฟฟาสงสดคอกระแสทจดก าลงไฟฟาสงสด (Current At Maximum Power Point: IMP)กบแรงดนทจดก าลงไฟฟาสงสด (Voltage At Maximum Power Point: VMP) ตามล าดบคาสมรรถนะทางไฟฟาของแผงเซลลถกระบภายใตเปนผลทไดจากการทดสอบวดคณลกษณะกระแสและแรงดนไฟฟา (I-V curve) โดยตอภาระทางไฟฟาทสามารถแปรคาไดตงแตสภาวะวงจรเปดไปจนถงสภาวะวงจรลดเขากบแผงแลวฉายแสงใหกบแผงเซลลตามรปท 2.12 โดยมการควบคมสภาวะแวดลอมทสภาวะการทดสอบมาตรฐาน (Standard Test Condition, STC) คอความเขมแสงอาทตยท1,000 วตตตอตารางเมตรโดยมสเปกตรมของแสงท Air Mass (AM) 1.5 และอณหภมดานหลงแผงเทากบ 25 องศาเซลเซยส คณสมบตทางไฟฟาของเซลลแสงอาทตยสามารถแสดงไดโดยใช I-V Curve ซงใชตรวจสอบก าลงผลตสงสดของเซลลแสงอาทตยหากอณหภมของเซลลและปรมาณความเขมแสงทตกกระทบแผงเซลลแสงอาทตยมคาคงทสามารถสราง I-V Curve ไดดงภาพท 2.13

ภาพท 2.13 กราฟแสดงคณลกษณะกระแส-แรงดนของเซลลแสงอาทตย

21

ภาพท 2.14 กราฟแสดงคา Fill Factor ของเซลลแสงอาทตย ในการพจารณาคณลกษณะทางกระแสและแรงดนของเซลลแสงอาทตยจะมพารามเตอรทส าคญทจะตองเกยวของดงตอไปนแรงดนไฟฟาขณะเปดวงจร (Open Circuit Voltage ;VOC),กระแสขณะลดวงจร (Short Circuit Current; ISC), ก าลงไฟฟาสงสด (Maximum Power Point; MPP) , กระแสไฟฟาสงสด (Maximum Power Current; Imp ) และแรงดนไฟฟาสงสด (Maximum Power Voltage; Vmp ) นอกจากนนยงมคาทเกยวของกบคณภาพของเซลลแสงอาทตยไดแก อตราสวนของก าลงไฟฟาสงสดตอผลคณระหวางกระแสขณะลดวงจรกบคาแรงดนขณะเปดวงจรเรยกวาคาฟลลแฟคเตอร (Fill Factor ;FF) ดงภาพท 2.14 เปนคาทแสดงถงคณภาพของโซลารเซลลสามารถเขยนเปนสมการท 2.5

V ×Imp mp

FF=V ×Ioc sc

(2.5)

โดยท FF คอ คาฟลลแฟคเตอร

Vmp คอ แรงดนไฟฟาขณะทเซลลแสงอาทตยใหก าลงไฟฟาสงสด Imp คอ กระแสไฟฟาขณะเซลลแสงอาทตยใหก าลงไฟฟาสงสด Voc คอ แรงดนไฟฟาขณะเปดวงจร Isc คอ กระแสไฟฟาขณะลดวงจร

22

คาพารามเตอรทงหมดนสามารถหาไดจากขอมลจากผผลตเซลลแสงอาทตยของแตละบรษทเมอ FF คอ คา Fill Factor เปนคาบอกถง คณภาพของรอยตอ (ความตานทาน) การรวไหลของกระแสทรอยตอ เปนตน ถาคา FF มคามากและใกลเคยงหนง หมายถง PV นนมคณภาพสง ซงสงผลกบประสทธภาพดงสมการท 2.6

FF×V ×Ioc scη =

Pin (2.6)

2.5 ปจจยทลดทอนประสทธภำพของเซลลแสงอำทตย [5] การท างานและประสทธภาพของเซลลแสงอาทตยขนกบทงปจจยภายนอกและสมบตของเซลลแสงอาทตย ไดแก อณหภม ความเขมแสงอาทตย ความตานทาน Shunt และความตานทานอนกรมเปนตนเซลลแสงอาทตยมสมบตเหมอนกบอปกรณอเลกทรอนกสทวๆไป ซงจะมประสทธภาพการท างานลดลงเมออณหภมสงขน นนคอ ในสภาวะทอณหภมสงระยะหางของแถบพลงงานจะลดลงเปนผลใหแรงดนขาออกของเซลลแสงอาทตยมคานอยลงแตไมท าใหกระแสลดวงจรเปลยนแปลงทงน กระแสลดวงจรหรอกระแสสงสดของเซลลแสงอาทตยจะลดลงเมอความเขมแสงอาทตยมคานอย อาจเนองจาก เชน ในวนททองฟามดครมมเมฆบดบง การบงเงาเนองจากเงาตนไม เปนตน นอกจากน คาความตานทานอนกรมทเพมขนจะท าใหแรงดนขาออกมคาลดลงแตจะไมมผลท าใหคาแรงดนวงจรเปดลดลง หรอกลาวไดวา ความตานทานอนกรมท าใหคาฟลดแฟคเตอรลดลง และหากคาความตานทานนมมากๆ จะท าใหกระแสลดวงจรลดลงลกษณะกระแสและแรงดนจะเปนเสนตรง สวนความตานทาน Shunt หากมคานอยลงเลกนอยจะไมมผลตอแรงดนวงจรเปดและกระแสลดวงจร แตหากคาความตานทาน Shunt มคาลดลงมากจะเปนผลท าใหแรงดนวงจรเปดและกระแสลดวงจรมคาลดลง และจะมผลตอคาฟลดแฟคเตอรลดลงเชนเดยวกบ

บทท 3

กำรออกแบบโครงงำน

ในบทนจะกลาวถงการวเคราะหคาพารามเตอรทส าคญ และ วธการออกแบบวงจรสวนตางๆ ของวงจรบคคอนเวอรเตอร ทใช IC PWM รวมในวงจร ทรบคาแสงจากแผงเซลลแสงอาทตย สงไปยงตวไมโครคอนโทลเลอรเพอใชเปนตวควบคมแรงดนทไมโครคอนโทลเลอรสงไปยงไอซ PWM

3.1 ขนตอนกำรออกแบบชดจ ำลองเซลแสงอำทตย ( PV Simulator ) [5] ในการออกแบบชดจ าลองเซลแสงอาทตย ( PV Simulator )ไดเอารายละเอยดแผงโซลาเซลล

รน BS 40ของบรษทบางกอกโซลาร จ ากดขนาด47W ในตารางท3.1ก าลงไฟฟาสงสด : Pmpps= 47 W กระแสลดวงจร: Iscs=1.203 A แรงดนเปดวงจร: Vocs = 61.94 V มาท าการออกแบบเพอไดขนาด100W โดยน าแผงโชลารเซลลขนาด47W มาตอขนานกนจะไดคาโดยประมาณ100W ตามตารางท3.1

ตารางท 3.1 แสดงรายละเอยดแผงโซลาเซลลรนBS40ของบรษทบางกอกโซลาร

ขอมลเฉพาะภายใตมาตรฐานการทดสอบ (STC)

สมประสทธอณหภม

ก าลงไฟฟาสงสด : Pmpps= 47 W กระแสลดวงจร : Iscs= 1.203 A แรงดนเปดวงจร : Vocs = 61.94 V แรงดนทใหกาลงสงสด : Vmpps = 41.18 V

จ านวนเซลลทตออนกรม : Ns = 39 จ านวนเซลลทตอขนาน : Np = 1

ก าลงไฟฟาทสงสดทเปลยนแปลงตาม อณหภม : ∆ Pmpp= -0.19 % / °C แรงดนไฟฟาทสงสดทเปลยนแปลง ตามอณหภม : ∆ Vmpp= -153 mV/°C แรงดนเปดวงจรทเปลยนแปลงตาม อณหภม : ∆ Voc= -170 mV/°C กระแสลดวงจรทเปลยนแปลงตาม อณหภม : ∆ Isc = +1.6 mA/°C

24

ภาพท 3.1 แสดงการน าแผงโซลาเซลลเซลลรนBS40ของบรษทบางกอกโซลารจ ากดมาตอขนานกน

ภาพท 3.2 ผลกระทบของความเขมแสงอาทตยทมตอกราฟ I-V Curve

25

เมอน าแผงโซลาเซลลมาตอขนานกนสองแผงกจะไดผลของไฟฟาจะตองไดออกมาเหมอนกบPV แผนจรงตามแผงโซลาเซลล รน BS 40 ของบรษท บางกอกโซลาร จ ากดขนาด47Wเพอจะใหไดกระแสลดวงจร: Iscs= 1.203 A แรงดนเปดวงจร: Vocs = 61.94 V เนองจากชดจ าลองแสงอาทตยตองการกระแส2A แรงดน50Vน ามาค านวณในสมการท(2.2) ซงน ามาพลอตกราฟความสมพนธระหวาง V,A จะเปนไปตามภาพท 3.3

3.2 กำรใช CA3524 ในงำนเรกกเลเตอรแบบ Step-Down (Buck Converter) [1] ในการท างานของวงจรบคคอนเวอรเตอร ไดเลอกใช IC เบอร CA3524 ซงเปนไอซทควบคมแบบ PWM (Pulse Width Modulation) โดยไอซ จะรบไฟเลยง VDD = 8-40 V ทขา 15 จากนนจะสวตชแรงดนอางองออกมาทขา 16 แรงดนประมาณ 5V เพอจายแรงดนใหตวตานทาน RT ทขา 6 และ CT ทขา 7 เพอท าการสรางสญญาณออสซลเลเตอรใหกบวงจรขบ ขาท 4และ5 เปนขาทมตวตานทานท าหนาทจ ากดกระแสในวงจร ขาท 9 ใชส าหรบเปนตวชดเชย มการตอตวตานทานและตวเกบประจอนกรมกน ขา 1 จะเปนขาอนพตท าหนาทรบสญญาณเอาตพตเขามาควบคมสญญาณขบใหเหมาะสม เพอตอบสนองตอโหลด คอ ภายในตวไอซจะมแรงดนคอ ภายในตวไอซจะมแรงดนอางองภายในประมาณ 5 V และสญญาณเอาทพททรบเขามานนจะถกน าไปเปรยบเทยบกบแรงดนอางองน ซงคาสญญาณเอาทพทมากกวา 5 V กจะท าใหวงจรปรบลดสญญาณขบใหนอยลงและในทางตรงกนขามถาสญญาณเอาทพทนอยกวา 5 V วงจรจะปรบสญญาณ Out Put เพมมากขน ทงนกเพอควบคมระดบของแรงดนเอาทพทใหคงท แตถาตองการคากระแสท Out Put มากกวา 200mV ใหใชทรานซสเตอรชนด PNP โดยมตวตานทานเพมมา RB1,RB2 เพอใหทรานซสเตอรภายนอกน ากระแสนนเอง

ภาพท 3.3 บลอกไดอะแกรมของ CA3524

26

ภาพท 3.4 สถานะการท างานของแตละขาของ CA3524

3.1.1 กำรออกแบบวงจรและกำรท ำงำนของวงจร วงจรบคคอนเวอรเตอรทควบคมดวย CA3524 นจะรบคาแรงดนจากไมโครคอนโทลเลอรทท างานโดยการประมวลผลจากการก าหนดคาแสง เพอใหไดคาก าลงงานทเอาทพทตามทตองการ ตามสเปคทไดออกแบบ ตารางท 3.2 คาทออกแบบจากวงจรบคคอนเวอรเตอร

เมอก าหนดคาทตองการน าไปออกแบบไดแลวจะเปนการค านวณหาคาตางๆทจะน ามาตอ

รวมกบวงจรทจะออกแบบ เพอน าไปใชในการทดลองในวงจรจรงตอไปเมอ f = 100 kHz

คำทออกแบบ Units Vin 80 V

Vout 65 V Iout 3 A Pout 195 W

F 100 kHz

27

SKHf

TZ

10100

11

ชวงสถานะ ON , OFF

SSSt

SS

t

Stt

Ttt

tt

VVV

VV

t

t

on

off

offoff

offon

offon

OSin

DO

off

on

9.61.310

1.327.3

10

1027.2

27.2

27.250180

8.065

ค านวณหาพลสทใชในการสวตชง จะจาก TR และ TC ทตอกบขา 6 และขา 7 ของ CA3524 nFtC offT 4.1101.310451045 655

k

nFkHCfR

ZT

T 74.1100

11

ค านวณหาคาตวเหนยวน าและตวเกบประจ

FFKHmVfV

IC

HKHVAfVI

VVVL

Zoscripple

out

Zoscinout

outinout

100088410010

50017681.0017681.0

34.152100802

6580655.25.2

(คาของ rippleV สามารถดไดจาก Data Sheet ของตวไอซทเลอกมาใชในวงจร) ค านวณหาคา R3และR4 ทจะรบแรงดนอางอง Vref จากตวไอซ CA3524 นนคอ 5V ดงนนแรงดน NON-INV,INPUT (ขา 1) ของ ERROR AMPLIFIER กจะเกดการแบงแรงดน จงก าหนดให R3และR4 = K10 ดงนน Vref จะมคาเทากบ 2.5V แลวน าไปตอเขาขา1 ของไอซ CA3524

KR

KKR

RRRR

KKRRV

VR

KRR

ref

out

2.5

130

1

5

11

//

111

13055.2

65//

5//

2

2

4321

431

43

28

ไอซ CA3524 นนจะควบคมความกวางพลสเพอใหแรงดนปอนกลบนมขนาดเทากบแรงดน Vref แรงดนเอาทพททปอนกลบมานนจะเกดจากการแบงแรงดนของตว R1 และ R2มาเขาทขา2 ของไอซ CA3524 และในขา 9 ใชส าหรบในการชดเชย (COMPENSATION) ในทางปฏบตจะตอ R อนกรมกบ C ตอลงกราวนด

FCKR CC 001.0,47 เมอตองการกระแสทเอาทพทมากกวา 200mV ตองตอทรานซสเตอรชนด PNP เพอใหทรานซสเตอรภายในมาขบทรานซสเตอรภายนอกใหน ากระแสขา12และขา13จงตอกบขาเบสของทรานซสเตอรภายนอกจงตองค านวณคา 1BR และ 2BR ทตอรวมกบขาเบสของทรานซสเตอรภายนอก

WA

mV

I

geSenseVoltaR

WKKmAmAII

VVVR

mAI

VR

mAI

I

out

sens

bleeder

SATBEDCSUBPPLYB

bleeder

BEB

C

51.02

200

58.115.2333.3

17.080

2402123.3

7.0

3.3360

2

max

min

2

1

min

maxmin

min คอ คากระแสทขาเบสของทรานซสเตอรนอยทสดหาไดจาก Data Sheet ของทราน- ซสเตอรทเลอกใช

bleederI คอ คากระแสประมาณคา 1ใน10 ของกระแส min

sensR คอ เปนตวจ ากดคากระแสของไอซ CA3524

(เลอกใชคาตามมาตรฐาน)

29

ภาพท 3.5 วงจรบคคอนเวอรเตอรทออกแบบ เมอไดคาตางๆตามทตองการของแตละตวทน าไปตอรวมกบวงจรบคคอนเวอรเตอรในการเลอกคาของอปกรณทจะน าไปตอรวมวงจรนนในทางปฏบตอาจจะใชคาทมากกวาคาทไดจากการค านวณหรอเลอกใชคาทมตามมาตรฐานของอปกรณอเลกทรอนกส

3.3 ไมโครคอนโทรลเลอร MCS-51 ในสวนของ MCS-51 จะแบงเปน 3 สวน ดงน 1. สวน Input - รบคากระแส ( คา I ) มาจาก Buck Converter ( ) - รบคาความเขมแสง ( คา G ) มาจากปมกดเพม-ลดความเขมแสงตงแต 0 – 1200 ⁄ โดยเพม-ลดคาครงละ 100 ⁄ และคาความเขมแสงทเลอกจะแสดงบนจอ LCD 16 bit 2 แถว 2. สวน MCS-51 จะท าการค านวณหาแรงดน ( คา V ) จากสตร

V = [ (

) x ( ln (

) ) ] + I

Input

MCS-51 Output

30

3. สวน Output จะน าคาแรงดน ( คา V ) ทค านวณไดจาก MCS-51 สงไปยง PWM Flow chart การท างานของไมโครคอนโทรลเลอร

While (1)

LCD

PWM

F

T

ภาพท 3.6 Flow Chart การท างานของไมโครคอนโทรลเลอร

บทท 4

กำรทดลองและผลกำรทดลอง

จากการท างานของชดจ าลองเซลลแสงอาทตยสามารถแบงการท างานไดเปน 2 ภาคการท างานใหญๆ คอภาควงจรก าลงและภาคไมโครคอนโทรลเลอรซงผลการทดลองทไดจะแสดงใหเหนถงการท างานในแตละภาค

4.1 ภำควงจรก ำลง (บคคอนเวอเตอร)

บคคอนเวอเตอรท าหนาทโดยการลดแรงดนไฟฟากระแสตรง และรกษาแรงดนนนไว โดยผลการทดลองจะแสดงใหเหนดงตาราง ตารางท 4.1 ผลการทดลองวงจรบคคอนเวอเตอร

Input Output ประสทธภาพ

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

80 3 240 65.9 0 0 0% 79.5 2.97 236 65.85 0.5 32.9 14% 79 2.95 233 65.85 1 65.85 28%

78.5 2.92 229 65.65 1.5 98.5 43% 78 2.87 224 65.5 2 131 59%

77.5 2.86 222 65.3 2.5 163.25 74% 77 2.82 217 65.25 3 195.75 90%

32

รปสญญาณทวดไดจากบคคอนเวอเตอร ดงน

ภาพท 4.1 สญญาณซอทสทขาท 7 ของIC SG3524

ภาพท 4.2 สญญาณสเหลยมทPWMระหวางแรงดนเอาพทกบสญญาณซอทส

ภาพท 4.3 สญญาณซอทสเทยบกบแรงดนเอาทพท

33

4.2 ภำคไมโครคอนโทรลเลอร ไมโครคอนโทรลเลอรจะท าหนาค านวณคาแรงดน(V) จากสมการ

V = [ (

) x ( ln (

) ) ] + I

ผลการทดลองโดยน าโซลาเซลลบางกอกโซลารนBS40มาเปรยบเทยบกบไมโครคอนโทรลเลอรโดยคาความเขมแสงเทากบ1000 ⁄ อณหภม 24 และเพมคากระแส ( I ) ทละ0.1A ตารางท 4.2 ผลการทดลองจากโซลาเซลลบางกอกโซลารนBS40เปรยบเทยบกไมโครคอนโทรเลอร

คากระแส (A) คา V จาก BS40 (V) คา V จากไมโครคอนโทรลเลอร (V) 0 62.2 62.39

0.1 61.5 62 0.2 60.6 61 0.3 60.3 60.5 0.4 58.5 59 0.5 57.2 57.8 0.6 55.2 56 0.7 53.5 53.6 0.8 51.6 51.2 0.9 44.8 45 1 40 40.8

1.16 0 0 ความคาดเคลอนเฉลย 0.64 %

34

ภาพท 4.4 I-V CurveของบางกอกโซลารรนBS40

ภาพท 4.5 I-V Curveจากไมโครคอนโทรลเลอร

บทท 5

สรปและขอเสนอแนะ

จากโครงงานชดจ าลองเซลลแสงอาทตย จากผลการศกษาและทดลองพบวาความเขมแสงอาทตยและอณหภมจะมผลตอกระแสและแรงดนของโซลาเซลล โดยคาความเขมแสงอาทตยจะมผลตอคากระแสของโซลาเซลลยงความเขมสงกระแสจะสง และอณหภมจะมผลตอแรงดนของโซลาเซลล โดยแรงดนจะลดลงเมออณหภมสงขนโดยเฉลยแลวทก 1 องศา ทเพมขนจะท าใหแรงดนลดประมาณ 0.5% จากการทดลองวงจรบคคอนเวอรเตอรพบวาบคคอนเวอรเตอรจะท าการลดแรงดนทไดจากแหลงจายโดยทดลองปรบคาแหลงจายตง 80 V ลดลงไปเรอยๆจนถง 77 V พบวาบคคอนเวอรสามารถรกษาแรงดนใหอยในชวงแรงดน 65 V ได และท าการทดลองโดยน าโซลาเซลลของบางกอกโซลารนBS40มาเปรยบเทยบกบไมโครคอนโทรลเลอรโดยคาความเขมแสงเทากบ 1000 ⁄ อณหภม 24 และเพมคากระแส ( I ) ทละ0.1A จากการทดลองดงกลาวไดคาความคาดเคลอนเฉลยเทากบ 0.64%

36

เอกสำรอำงอง

[1] รศ.ดร.วระเชษฐ ขนเงน , วฒพล ธาราธรเศรษฐม, “ อเลกทรอนกสก าลง ” , 2553 [2] ดชฤทธ มณธรรม และคณะ, “ คมภรไมโครคอนโทรลเลอรMCS-51 ”, 2553 [3] เดชนตธร อมปรดา, วนชย ทรพยสงห, “แผงเซลลแสงอาทตยจาลองดวยโปรแกรม

MATLAB/Simulink แบบทนเวลา”, การประชมสมมนาเชงวชาการรปแบบพลงงาน ทดแทนสชมชนแหงประเทศไทย ครงท 4 มหาวทยาลยราชภฏล าปาง, 2554.

[4] Tom Markvart, Luis Castaner, Practical Handbook of Photovoltaics Fundamentals and Applications, 2003. [5] กรมพฒนาพลงงานทดแทนและอนรกษพลงงาน, มหาวทยาลยเทคโนโลยพระจอมเกลา ธนบร, “หลกสตรการอบรมดานเทคนคการประยกตใชเซลลแสงอาทตยส าหรบผออกแบบ ระบบ”, 2552.