| บทคัดย่อ(ไทย) |
การนำแบตเตอรี่มาใช้เป็นระบบสะสมพลังงาน ทำให้ราคาระบบผลิตไฟฟ้าด้วยโซล่าเซลล์ เพิ่มสูงขึ้น เนื่องจากแบตเตอรี่ชนิดที่ออกแบบและผลิตใช้งานสำหรับระบบโซล่าเซลล์โดยตรง มีราคาสูงเมื่อเปรียบเทียบกับเงินลงทุนทั้งระบบ แม้ว่าจะมีความเหมาะสมทางด้านเทคนิค ก็ตาม การศึกษาและพัฒนาแบตเตอรี่รถยนต์ที่มีจำหน่ายทั่วไป ซึ่งมีราคาต่ำกว่ามากแต่ยัง ไม่เหมาะสำหรับใช้งานในลักษณะดังกล่าว จึงเป็นทางเลือกหนึ่งที่ควรดำเนินการเพื่อให้ สามารถนำมาใช้กับระบบโซล่าเซลล์ต่อไป งานวิจัยนี้เป็นการศึกษาพารามิเตอร์ที่มีผลต่อการทำงานของแบตเตอรี่ เพื่อเป็น ประโยชน์ในการเลือกใช้หรือปรับปรุงแบตเตอรี่ให้เหมาะสมกับระบบเซลล์แสงอาทิตย์ ในงาน วิจัยนี้ได้ทำการทดสอบกับแผ่นธาตุของแบตเตอรี่รถยนต์ชนิด ตะกั่ว-กรด Model N ขององค์การ แบตเตอรี่ สังกัดกระทรวงกลาโหม โดยแผ่นธาตุมีขนาด 11 X 13 ตารางเซนติเมตร ความจุ 7 แอมแปร์ - ชั่วโมง ที่ 20 ชั่วโมงต่อคู่เซลล์ พารามิเตอร์ที่ทำการศึกษาแบ่งเป็น สองกลุ่ม คือพารามิเตอร์ภายในและพารามิเตอร์ภายนอก พารามิเตอร์ภายในที่ทำการศึกษา คือ ค่าความถ่วงจำเพาะเริ่มต้นของสารละลายกรด ปริมาตรของสารละลายกรด ขนาดพื้นที่ผิวของแผ่นธาตุ และจำนวนคู่เซลล์ของแผ่นธาตุ โดย ค่าความถ่วงจำเพาะเริ่มต้นของสารละลายกรด ที่ทำการทดสอบมี 3 ค่า คือ 1.210, 1,240 และ 1.280 พบว่าค่าแรงดันเฉลี่ยของเซลล์แบตเตอรี่ทั้งสภาวะประจุและคายประจุ จะแปรผัน ตรงกับค่าความถ่วงจำเพาะเริ่มต้น เมื่อจ่ายกระแสเท่ากัน สำหรับการทดสอบผลของปริมาตร ของสารละลายกรดต่อ 1 คู่เซลล์ ได้ทำการทดสอบกับปริมาตรสารละลายกรด 3 ค่าคือ 160, 300 และ 450 ลูกบาศเซนติเมตร พบว่า ปริมาตรสารละลายกรดมีผลต่อการรักษาระดับแรงดัน ตลอดช่วงทำงาน โดยเซลล์แบตเตอรี่ที่มีปริมาตรสารละลายกรดสูงจะรักษาระดับแรงดันได้ดีกว่า เซลล์แบตเตอรี่ที่มีปริมาตรสารละลายต่ำ การทดสอบขนาดพื้นที่ผิวของแผ่นธาตุ ทำการทดสอบ กับแผ่นธาตุ 3 ขนาดคือ 50, 88 และ 143 ตารางเซนติเมตร และจำนวนคู่เซลล์ของแผ่นธาตุ ทำการทดสอบ 3 ค่าคือ 1 คู่เซลล์ 2 คู่เซลล์ และ 3 คู่เซลล์ จากผลการทดสอบพบว่า พารามิเตอร์ทั้งสองมีผลต่อค่าความต้านทานภายในของเซลล์แบตเตอรี่ โดยค่าความต้านทาน ภายในของเซลล์แบตเตอรี่จะแปรผกผันกับขนาดพื้นที่ผิวและจำนวนคู่เซลล์ของแผ่นธาตุ จากผลการทดสอบผลกระทบของพารามิเตอร์ภายใน ทำให้ทราบว่าแบตเตอรี่ที่เหมาะสมกับระบบ เซลล์แสงอาทิตย์ ควรเป็นแบตเตอรี่ที่มีปริมาตรสารละลายมาก แต่ค่าความถ่วงจำเพาะเริ่มต้นต่ำ และมีขนาดหรือจำนวนแผ่นธาตุมาก พารามิเตอร์ภายนอกที่ทำการศึกษาคือ กระแสทำงานและอุณหภูมิสารละลาย ในการทดสอบ ผลของกระแสทำงาน ทำการทดสอบที่ 4 ค่ากระแสทั้งสภาวะประจุและคายประจุ โดยกระแสที่ ทำการทดสอบคือ 0.5, 1, 2 และ 3 แอมแปร์ พบว่า ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่แปรผกผันกับ กระแสทำงาน ส่วนในการทดสอบผลของอุณหภูมิทำการทดสอบ 3 ค่าอุณหภูมิคือ 15, 25 และ 40 องศาเซลเซียส พบว่า ประสิทธิภาพ วัตต์-ชั่วโมง และแอมแปร์-ชั่วโมง แปรผันตรงกับ อุณหภูมิสารละลาย นอกจากนี้ยังได้พัฒนาแบบจำลองทางคณิตศาสตร์เพื่อทำนายแรงดันของแบตเตอรี่ในช่วง อุณหภูมิ 15 - 40 องศาเซลเซียส โดยขอบเขตของช่วงกระแสทำงาน 0.5 - 3 แอมแปร์ ทั้งกรณี คายประจุและประจุ โดยแบบจำลองนี้แยกเป็น 2 เทอม คือเทอมของแรงดันปฏิกิริยาและความ ต้านทานภายในของเซลล์แบตเตอรี่ ในกรณีคายประจุได้ทำนายค่าแรงดันถึง DOD = 95 เปอร์เซ็นต์ โดยความคลาดเคลื่อนของแบบจำลองแสดงด้วยค่า RMSE มีค่าเท่ากับ 0.0355 ส่วนในกรณีการประจุ ทำนายครอบคลุมไปถึงสภาวะเกิดแก๊ส โดยในช่วงเกิดแก๊สจะทำนายด้วยแบบจำลองสำหรับสภาวะ เกิดแก๊สโดยเฉพาะ ได้ค่า RMSE เท่ากับ 0.039 |
| บทคัดย่อ(English) |
The need to store energy in batteries is one of the major contributors to the cost of photovoltaic (PV) power systems, particularly when used in remote applications. Although car batteries are cheap when compared with other battery types normally found in PV applications, they are not entirely suited to this purpose. While normal PV batteries are specifically designed for such duty, they are very expensive to produce. Conversely, car batteries are mass-produced for the motor vehicle industry and thus their costs are much lower. The purpose of this research is to optimize the cost and the performance of a car battery for use as energy storage in PV applications, in order to try and reduce the overall system costs. The approach taken in this study is to characterize the performance of a flooded lead/acid battery to be used as energy storage in PV application. 2V, single cell, 11x13 cm(2)lead/acid battery plates manufactured by the Thai Battery Authority under the Ministry of Defence, with a transparent acrylic box filled with a desirable specific gravity of sulphuric acid were selected for use in this study. Experiments were conducted on charge and discharge tests with respect to battery internal parameters (specific gravity, electrolyte volume, plate surface area and number of plates) and external parameters including current and temperature. In addition, specific tests to measure the battery internal resistance at various state of charge during the charge and discharge process were undertaken for the same batteries and under the same conditions/parameters outlined above. All tests were undertaken with a current-controlled test set that allows constant current charging and discharging. During each test the current and the electrolyte temperature were kept constant. The battery tested was placed in a water bath. Each set of tests was preceded by a discharge to 1.75 V and a complete charge cycle to a set voltage level at the specified rate. In the experiments, various combinations of six parameters were used to test performance. The specific gravities varied from 1.210, 1.240 and 1.280. The four constant charge and discharge currents used were 0.5, 1.0, 2.0 and 3.0A for each test cycle and the electrolyte temperature was kept constant at 15, 25 and 40(+,ฐ)C by use of the water bath control. It was found that the battery voltage is linearly dependent on the specific gravity of electrolyte at the same current operation. Changing the electrolyte volume to 160, 300 and 400 cm(3) results in extending the time to cut off voltage. Plate area and numbers of plates were found to influence the battery internal resistance. Considering the external parameters, battery performance is influenced by charge and discharge current rates, as well as the electrolyte temperature. At low currents, the capacity increases during discharge and the effects of battery cycling at tempered electrolyte temperature seem to indicate increased energy efficiencies. The results enabled verification of the relationship between the battery external parameters (voltage, current, state of charge and temperature), the behavior of internal resistance, and it was possible to develop a model that represents the charge and discharge process, including the overcharge. Finally, a modified model, based on the existing model, in which equations for internal resistance, reaction voltage, capacity correction for the temperature effects in different parameters and an expression for overcharging was developed. (The root mean square error, RMSE, remains in order of 39 mV/cell for all models). Thus it was demonstrated that car batteries can be suitable for PV application provided that the car battery with the high electrolyte volume and numbers of plates would be considered as battery for PV application. |
