ระบบหมุนตามแสงสำหรับโซลาร์เซลล์ Ver.2

ชื่อนักเรียนผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

ศิวราช เหลาพรม, อนันดา ใจสุข, วชิรวิทย์ หอมอ่อน

อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์

ศิลปกรณ์ จันทไชย

โรงเรียนที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์

โรงเรียนปิยะมหาราชาลัย

ปีที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

พ.ศ. 2560

บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์

โครงงานเรื่องชุดควบคุมการหมุนตามแสงสำหรับโซลาร์เซลล์โดยใช้ arduino มีวัตถุประสงค์เพื่อสร้างระบบหมุนสำหรับแผงโซลาร์เซลล์ในโซลาร์ฟาร์มให้ทำมุม 90 องศา กับแสงอาทิตย์ เพื่อเพิ่มค่ากระแสไฟฟ้า (A) เนื่องจากกระแสไฟฟ้าจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเข้มของแสง เมื่อแผงโซลาร์เซลล์รับแสงที่มีความเข้มแสงคงที่ตลอดเวลาในตอนกลางวันค่ากระแสไฟฟ้าก็จะคงที่ด้วย โดยแบ่งพื้นที่ของแผงโซลาร์เซลล์ออกเป็น 2 ส่วน อัตราส่วน 2 : 3 จากนั้นหาจุดศูนย์กลางมวลของแผงโซลาร์เซลล์ทั้งสองข้าง (x และ y ) เพื่อคำนวณระยะระหว่างจุดหมุนของแผงโซลาร์เซลล์กับจุดศูนย์กลางมวลของท่อน้ำ (d) จากสูตร (mgท่อน้ำ x d) + (m2g x y) = (m1g x x) ได้ค่าระยะ d = 32.26 เซนติเมตร นั่นหมายความว่าหากวางตำแหน่งท่อน้ำที่ระยะ 32.26 เซนติเมตร จากจุดหมุน จะทำให้แผงโซลาร์เซลล์ทั้งสองข้างมีโมเมนต์เท่ากัน แต่หากวางตำแหน่งท่อน้ำที่ระยะ 25 เซนติเมตร จะทำให้ด้านที่มีท่อน้ำมีโมเมนต์น้อยกว่า เมื่อเติมน้ำให้เต็มท่อเก็บน้ำ ทำให้โมเมนต์รวมของแผงโซลาร์เซลล์ทั้งสองข้างเท่ากัน จากนั้นปล่อยให้น้ำไหลออก จะทำให้จุดศูนย์กลางมวลของแผงโซลาร์เซลล์ด้านที่มีท่อน้ำ (ระยะ y) เพิ่มขึ้น แต่มวลของน้ำในท่อน้อยลง จึงทำให้แผงโซลาร์เซลล์หมุนไปทางทิศตะวันตก แต่โมเมนต์รวมของแผงโซลาร์เซลล์ทั้งสองข้างยังเท่ากัน ดังนั้นเมื่อน้ำหยุดไหล แผงโซลาร์เซลล์จึงหยุดหมุนด้วย พร้อมมีอุปกรณ์ตรวจสอบองศาการหมุนโดยใช้เซ็นเซอร์วัดความเอียง (Accelerometer Module) ที่สามารถตรวจจับแสงและหมุนตามแสงได้อย่างแม่นยำ จากนั้นจะสื่อสารผ่านคอมพิวเตอร์และส่งข้อมูลไปยังเซ็นเซอร์วัดความเอียงเพื่อประมวลผลทำให้แผงโซลาร์เซลล์หมุนตามแกน Z นอกจากนี้ยังมีระบบตรวจจับองศาการหมุนในแกน Y เมื่อพบว่ามีองศาการหมุนที่ผิดพลาดไประบบตัวปรับให้มีการปั้มน้ำเข้าและปล่อยออกมาในอัตราส่วนที่คำนวณบันทึกไว้

การทดลองแบ่งออกเป็น 3 ตอน คือ ตอนที่ 1 การทดสอบระบบควบคุมการหมุนโดยใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ arduino กับแผงโซลาร์เซลล์ที่มีน้ำหนัก 1,395, 3,584 และ 27,000 กรัม ตอนที่ 2 การทดสอบประสิทธิภาพของระบบรับแสง (Master) ในการรักษาระบบการหมุนของแผงโซลาร์เซลล์ (Slave) ให้อยู่ในระดับปกติตามค่าที่ตั้งไว้ ตอนที่ 3 เปรียบเทียบค่ากระแสของระบบควบคุมการหมุนโดยใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ arduino กับแผงโซลาร์เซลล์แบบติดตั้งกับแท่นยึดแผงทำมุม 55 องศากับพื้นดิน ตอนที่ 4 การนำระบบควบคุมการหมุนโดยใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ arduino ไปใช้กับแผงโซลาร์เซลล์ที่มีขนาด 196.60 x 99.20 x 5.00 เซนติเมตร มีน้ำหนักแผง 2,700 กรัม ซึ่งเป็นขนาดเดียวกับที่ในโซลาร์ฟาร์ม ผลปรากฏว่า ผลการทดลอง ตอนที่ 1 ระบบควบคุมการหมุนโดยใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ arduino สามารถหมุนแผงโซลาร์เซลล์ที่มีน้ำหนัก 1,395, 4,748 และ 27,000 กรัม ได้ ตอนที่ 2 ระบบรับแสง (Master) สามารถรักษาระบบการหมุนของแผงโซลาร์เซลล์ (Slave) ให้ทำมุม 90 องศา กับแสงอาทิตย์ ให้ค่ากระแส 0.58 แอมแปร์และความต่างศักย์ 19.82 โวลต์ กำลังไฟสูงสุดที่ 11.50 W ตอนที่ 3 แผงโซลาร์เซลล์ระบบควบคุมการหมุนโดยใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ arduino มีประสิทธิภาพสูงสุด ได้ค่ากระแสต่ำสุด 0.48 แอมแปร์ มีค่าสูงสุด 0.58 แอมแปร์ มีค่าความต่างศักย์ต่ำสุด 18.40 โวลต์ ค่าสูงสุด 19.82 โวลต์ มีค่ากำลังไฟเฉลี่ย 8.53 วัตต์ ซึ่งมากกว่าแผงโซลาร์เซลล์แบบยึดติดกับแท่นซึ่งได้ค่ากระแสต่ำสุด 0.16 แอมแปร์ ค่าสูงสุด 0.54 แอมแปร์ มีค่าความต่างศักย์ต่ำสุด 16.80 โวลต์ ค่าสูงสุด 19.20 โวลต์ มีค่ากำลังไฟเฉลี่ย 5.34 วัตต์ แสดงว่าถ้าทำให้แผงโซลาร์เซลล์หมุนตามแสงอาทิตย์จะให้ค่ากำลังไฟเพิ่มขึ้น 3.19 วัตต์ ได้กำลังไฟเพิ่มขึ้น 37.39 % และตอนที่ 4 เมื่อแผงโซลาร์เซลล์ที่ใช้ในโซลาร์ฟาร์มหมุนตามแสงอาทิตย์ได้ค่ากระแสต่ำสุด 7.00 แอมแปร์ ค่าสูงสุด 9.05 แอมแปร์ มีค่าความต่างศักย์ต่ำสุด 38.60 โวลต์ ค่าสูงสุด 39.30 โวลต์ ในขณะที่แผงโซลาร์เซลล์ที่ติดตั้งกับพื้นไม่หมุนตามแสงได้ค่ากระแสต่ำสุด 1.44 แอมแปร์ ค่าสูงสุด 9.03 แอมแปร์ มีค่าความต่างศักย์ต่ำสุด 34.00 โวลต์ ค่าสูงสุด 38.50 โวลต์