บทที่ 2 ทฤษฎีที่เกี่ยวข้องdspace.spu.ac.th/bitstream/123456789/4767/10/บทที่ 2.pdfบทที่ 2...

บทท 2 ทฤษฎทเกยวของ

2.1 ทฤษฎบสตคอนเวอรเตอร ( Boost Converter ) [1] ในบทนจะกลาวถงหลกการท างานของบสตคอนเวอรเตอร ( Boost Converter ) ซงหลกการท างานกคอ การแปลงแรงดนไฟฟากระแสตรงใหสงขนโดยมแรงดนเอาทพทจะสงกวาคาแรงดนอนพทสวนประกอบทส าคญของบสตคอนเวอรเตอร ( Boost Converter )จะประกอบไปดวย

1. บสตคอนเวอรเตอร ( Boost Converter ) 2. ตวเหนยวน า ( Inductor ) 3. วงจรสรางสญญาณ ( Pulse Width Modulation )

2.2 วงจรบสตคอนเวอรเตอร ( Boost Converter ) วงจรบสตคอนเวอรเตอร ( Boost Converter ) เปนวงจรทใชส าหรบการแปลงแรงดนไฟฟาทางดานเอาตพต ( Output ) ใหมคามากกวาแรงดนทางดานอนพต ( Input ) ทปอนเขามาในวงจรหรอเรยกอกอยางหนงวาวงจรทบระดบ ( Step-up Converter ) วงจรบสตคอนเวอรเตอรจะใชมอสเฟสก าลง ( MOSFET ) หรอไอจบท (IGBT)

ภาพท 2.1 วงจรบสตคอนเวอรเตอร จากรปท 2.1 เราสามารถพจารณาการท างานของบสตคอนเวอรเตอร ( Boost Converter ) ในแตละโหมด ( Mode ) การท างานตามการ ปด-เปด ของสวตชไดดงน

5

2.3 โหมด 1 เมอสวตชเปด ( Mode 1 Switch On )

ภาพท 2.2 วงจรสมมลของวงจรบสตคอนเวอรเตอรขณะสวตชเปด ภาพท 2.2 ไดน าเสนอวงจรการท างานของบสตคอนเวอรเตอร ในสภาวะสวตชเปด ( Switch On ) พลงงานไฟฟาจากแหลงจาย (Vs) จะจายใหไปสะสมอยในตวเหนยวน าในระยะเวลาหนงในชวงเวลาทสวตชเปด ( Switch On ) อยโดยแรงดนไฟฟาทตวเหนยวน าจะมคาเทากบแรงดนไฟฟาทแหลงจาย ( Vs ) ตามกฎแรงดนของเคอรชอฟ

2.4 โหมด 2 สวตชปด (Mode 2 Switch Off)

ภาพท 2.3 วงจรสมมลของวงจรบสตคอนเวอรเตอรขณะสวตชเปด การท างานในโหมด ( Mode ) น ซงแสดงในภาพท 2.3 พลงงานไฟฟาจากแหลงจาย (Vs) และพลงงานไฟฟาทสะสมอยในตวเหนยวน าจะถกสงมาใหยงโหลดโดยพลงงานไฟฟาทไดรบจากตว

6

เหนยวน าเกดจากการคายพลงงานไฟฟาของตวเหนยวน าหลงจากทไดสะสมพลงงานไวในชวงเวลาทท างานในโหมดสวตชเปด ( Mode Switch On ) และจากการทโหลดไดรบพลงงานไฟฟาทแหลงจายและการคายพลงงานของตวเหนยวน านเองสงผลตอแรงดนไฟฟาทางดานเอาตพต(Output)มคาสงกวาแรงดนไฟฟาทางดานอนพต (In put) จากการท างานของวงจรทง 2 โหมดนท าใหเหนไดชดวาวงจรบสตคอนเวอรเตอร (Boost Converter) จะมการจายพลงงานไฟฟาใหกบโหลดอยตลอดเวลาถงแมวาจะมบางสวนทสวตชไมไดท างานกตามและจากความสมพนธของการท างานของวงจรบสตคอนเวอรเตอร (Boost Converter) ทง 2 โหมดน เราสามารถหาคาแรงดนไฟฟาขาออกไดจากสมการ

( 2.1)

โดยท = แรงดนของแหลงจายไฟฟากระแสตรง (Dc) = ดวตไซเคล (Duty Cycle) = แรงดนเอาตพต(Output) 2.4.1 การหาคาความเหนยวน าทเลกทสดของวงจรบสตคอนเวอรเตอร สมมตการสญเสยภายในวงจรบสตคอนเวอรเตอรมคาเทากบศนยก าลงไฟฟาทออกจากแหลงจายก าลงไฟฟากระแสตรงจะเทากบก าลงไฟฟาทโหลดได

( 2.2 )

( 2.3 )

7

( 2.4 )

กระแสไฟฟาทไหลผานตวเหนยวน าสงสดและต าสดหาไดจากคาเฉลยและการเปลยนแปลงของกระแสไฟฟาในชวงทสวตชน ากระแส

( 2.5 )

( 2.6 )

สมมตใหกระแสไฟฟาทไหลผานตวเหนยวน าเปนแบบตอเนองและมคาเปนบวกดงนน จะหาคาตวเหนยวน าทเลกสดทท าใหวงจรบสตคอนเวอรเตอรท างานไดในขอบเขตระหวางโหมดกระแสไฟฟาทไหลผานตวเหนยวน าแบบตอเนอง( สมการท 2.8 )

8

= 0 ( 2.7 )

=

( 2.8 )

โดยท = ชวงการน ากระแส = กระแสทไหนผานตวเหนยวน าสงสด = กระแสทไหนผานตวเหนยวน าต าสด = คาบเวลาคงท = ก าลงสญเสยขณะเรมน ากระแสของเพาเวอรมอสเฟต = คาเฉลยของกระแสทไหลผานตวเกบประจ

2.5 มอสเฟทก าลง มอสเฟทก าลงสามารถท างานไดดทความถสงตงแต 50 กโลเฮรตซไปจนถงประมาณ 200-400 กโลเฮรตซ เนองจากมนใชเวลาในการเปลยนสถานะคอนขางสนมอสเฟทเปนอปกรณทควบคมดวยแรงดนและตองการกระแสอนพทต ามากๆความเรวในการสวตชงสงเวลาในการสวตชงต ามากเปนนาโนวนาทมอสเฟทก าลงไดถกน าไปประยกตใชในงานดานคอนเวอรเตอรทก าลงต าความถสงเมอตองการใหมอสเฟทก าลงน ากระแสอยางตอเนองจะตองมการปอนแรงดนไฟฟาระหวางขาเกตกบขาซอรส ( V ) อยางตอเนองความตานทานระหวางขาเดรนกบขาซอรสจะขนอยกบพกดการท างานของแรงดนไฟฟาหากทนแรงดนไฟฟาไดสงกยงท าใหคาความตานทานขาเดรนกบขาซอสมคามากขนซงจะมผลตอก าลงสญเสยจากการน ากระแส ( Conduction Losses ) โครงสรางของมอสเฟทก าลงมทงชนด N-Channel และ P-Channel

9

ภาพท 2.4 มอสเฟทก าลงชนด N-Channel

ภาพท 2.5 มอสเฟทก าลงชนด P-Channel มอสเฟทมดวยกน 2 ชนดคอ Depletion Mosfet และ Enhancement Mosfet Depletion Mosfet ชนด N-Channel จะมโครงสรางทเปนชนสารซลคอนชนด P-Type ดงภาพท 2.4 และซลคอนแบบ ซงมความตานทานต าเกทจะถกแยกทางไฟฟาออกจากChannelดวยชนของออกไซดบางๆขาทงสามของมอสเฟทมชอเรยกวา เกท (Gate) เดรน (Drain) และซอรส (Source) แรงดนทเกทกบซอส นนจะเปนบวกหรอลบกไดถา เปนลบอเลกตรอนบางสวนในพนทของ N-Channel จะถกผลกออกไปและบรเวณปลอดพาหะจะถกสรางขนทดานลางของชนของออกไซดเปนผลท าให Channel แคบลงความตานทานระหวางเดรนและซอรส จะสงขนถา มคาเปนลบมากพอทจะท าให Channel ปลอดพาหะอยางสมบรณซงท าให มคาสงขนจนไมมกระแสไหลจากเดรนไปยงซอรสม = 0 แลวแรงดน ดงกลาวเรยกวา Pinch-Off Voltage, เมอ มคาเปนบวก Channel จะเรมกวางมากขน เพมขนเนองจาก ลดลงส าหรบใน Depletion Mosfet แบบ P-Channel จะมขวของ และ ทตรงกนขามกบ N-Channel ใน Enhancement Mosfet แบบ N-Channel นนจะไมม Channel ดงภาพท 2.4 ถา เปนบวกอเลกตรอนจะถกดดจาก

10

P-Type Substrate ไปสะสมทบรเวณผวของออกไซดดงภาพท 2.5 ถา มคามากกวาหรอเทากบ Threshold Voltage, แลวอเลกตรอนทสะสมจะมปรมาณมากพอทจะท าใหเกด N-Channel 2.5.1 พารามเตอรในการทางานของมอสเฟทก าลง จากกราฟของ เทยบกบ ทคา ตางๆ กนดงภาพท 2.6 จากกราฟแรงดน Threshold Voltage , VT จะมคาเทากบ 4 V และในการทาใหแรงดน มคาคงทไวท าใหกระแส มคาเกอบจะคงทบรเวณ Pinch-Off เนองจากความตานทานในขณะท างาน

ภาพท 2.6 ลกษณะสมบตทางเอาทพทของมอสเฟท Transfer Characteristic เปนกราฟของ เทยบกบ ซงแสดงดงภาพท 2.7

ภาพท 2.7 ลกษณะสมบตโอนยายของมอสเฟท

11

Transconductance gfs. เปนคาทไดจาก Transfer Characteristic ดงภาพท 2.8

ภาพท 2.8 คาทรานสคอนดกแตนซเทยบกบกระแสเดรน

คณสมบตเชงเสน Linear Characteristic เปนลกษณะสมบตทางเอาทพททคา ตางๆซงเปนสงส าคญส าหรบน าไปใชในงานสวตชงจากการท มคาต าในบรเวณเชงเสนจงมกจะก าหนดเปนลกษณะสมบตอมตว Saturation Characteristic ดงภาพท 2.9

ภาพท 2.9 คณสมบตอมตวของมอสเฟท ความตานทานขณะท างาน On-State Resistance, คา เปนการแสดงถงการสนเปลองก าลงไฟฟาในขณะทมอสเฟทน ากระแส จะเพมขนอยางเปนเชงเสนเมออณหภม ทรอยตอ

12

เพมขนดงภาพท 2.8 การเพมขนของ ทคา และ ตางๆกนดงภาพท 2.9 จะไมเปนเชงเสนก าลงไฟฟาสนเปลอง =

= ซงจะมคาลดลงเมออณหภมทตวถงเพมขน ดงภาพท 2.10

ภาพท 2.10 คาความตานทานขณะท างานเทยบกบอณหภมทรอยตอ พนทการท างานทปลอดภย Safe Operating Area, SOA แสดงดงภาพท 2.11 ซงจะแสดงถงคาของ สงสดกบคาของ สงสด ในขณะทมอสเฟทสวตชปดวงจรและสวตชเปดวงจร โดยจะเปนขดจ ากดทางอณหภม ส าหรบมอสเฟทจะไมมปรากฏการณ Second Breakdown แตจะมขอจ ากดของกระแส ทคา ต าๆเนองจากความตานทานในขณะท างานเพมขน ส าหรบการท างานในชวงสนๆ ขอบเขตของ SOA จะกวางขนคอ กบ มคามากขนนนเองโดยปกต SOA จะก าหนดไวท T = 150 C

ภาพท 2.11 พนทการท างานทปลอดภยทสด

13

2.5.2 เงอนไขของวงจรขบมอสเฟทก าลง การขบมอสเฟทกาลงใหน ากระแสนนแตกตางจากการขบกระแสในทรานซสเตอรก าลงเนองจากมเงอนไขการไบแอสทแตกตางกนสาหรบไบโพลารทรานซสเตอรก าลงกระแสจะไหลผานคอลเลกเตอรและอมตเตอรไดตอเมอมกระแสไบแอสผานทเบสและอมตเตอรแตมอสเฟทก าลงจะมกระแสไหลผานเดรนและซอรสไดตอเมอแรงดนตกครอมทขาเกตและซอรสมคาอยางต าเทากบคาแรงดนขดเรม (Threshold Voltage) ของมอสเฟทแตใชกระแสต าดงนนการขบมอสเฟทก าลงใหน ากระแสจงสามารถท าไดงาย 2.5.3 คาความจไฟฟาดานอนพท ลกษณะโครงสรางภายในของมอสเฟทก าลงเหมอนกบมตวเกบประจตออยรอบๆขาของมอสเฟทตามภาพท 2.12

ภาพท 2.12 คาเกบประจแฝงทตออยทขาตางๆภายในมอสเฟทก าลง

ตวเกบประจเหลานบงคบใหมอสเฟทกาลงตองชารจประจเขาไปทตวเกบประจเสยกอนเพอใหแรงดนตกครอมทขาเกต มคาเพมขนถงขดเรมมอสเฟทกาลงจงจะเรมน ากระแสในทางกลบกนการหยดน ากระแสของมอสเฟทกาลงจะตองท าใหตวเกบประจคายประจออกไปจนแรงดนตกครอมทขาเกต มคาลดลงต ากวาคาขดแรงดนเรมมอสเฟทก าลงจงจะหยดน ากระแส โดยทวไปแลวคาความจของตวเกบประจในมอสเฟทก าลงจะเปนตวก าหนดความเรวในการเปลยนสถานะของมอสเฟทเมอมอสเฟทก าลงเรมชารจประจทขาเกตจนกระทงพนชวงเวลาหนวงกอนเรมนากระแส

14

เมอแรงดนทขาเกตมากกวาแรงดนขดเรม จงจะเรมมกระแสไหลผานเดรนและซอรสทเวลา คาของแรงดนจะยงไมลดลงจนกวาจะผานเวลาเทากบ แรงดนตกครอมทเดรนและซอรส จงมคาลดลงอยางรวดเรวจากคาแรงดนทประมาณ 90 เปอรเซนตจนเหลอเพยง 10 เปอรเซนตของคาแรงดนตกครอม สงสด มอสเฟทก าลงจะน ากระแสตอเนองไดอยางเตมทในชวงเวลาเรมนากระแส ถง และแรงดนตกครอมทขาเกต จะคงทจนกวามอสเฟทก าลงจะสามารถน ากระแสไดอยางเตมทตามภาพท 2.13 ในชวงเวลาสะสมประจสวนเกนนนคาความตานทานระหวางเดรนกบซอรสจะมคาลดลงเรอยๆถาปลอยใหมการสะสมประจตอไปในชวงเวลาถงแตประจสะสมทเพมขนจะท าใหเกดการหนวงขณะเรมหยดน ากระแสเนองจากมอสเฟทก าลงจะตองใชเวลามากในการคายประจสวนเกนทงไปดงนนการขบมอสเฟทดวยแรงดนสงเกนความจ าเปนจะท าใหชวงเวลาเรมหยดน ากระแสเพมขน

ก. สภาวะน ากระแส ข. สภาวะหยดน ากระแส

ภาพท 2.13 คณสมบตการประจทขาเกตตามเวลา

15

2.4 วงจรขบเกต การขบน าเกตดวยไอซเบอร TLP250 ปจจบนมอสเฟตก าลงเปนทนยมมากในการใชเปนสวตชก าลง ในระบบการควบคมทงอนเวอรเตอร (Inverter) และคอนเวอรเตอร (Converter) การควบคมมอเตอร (Motor Control) และระบบจายก าลงส ารอง (UPS)และมอสเฟตกตองการแรงดนขบเกตเพอใหสามารถท างานในสภาวะน ากระแส (ON)และหยดน ากระแส (OFF) ได ซงไอซขบน าเกตเบอร TLP250 เปนไอซขบน าเกตของบรษทโตชบาไดถกออกแบบมาส าหรบขบน าเกตของเพาเวอรมอสเฟตและไอจบทซงลกษณะโดยรวมเปนวงจรส าเรจรปรวมอยในชปเดยวโดยไอซเบอร TLP250 1 ตวนนสามารถขบน าเกตใหมอสเฟตได 1ตว และไฟเลยงของ TLP250 เปนแบบ Single supply คอสญญาณอนพตกบเอาตพตถกแยกออกจากกนดวย Optocoupler ซงอยภายในตวไอซท าใหชวยลดปญหาเรองสญญาณรบกวน และTLP250 ยงสามารถท างานในยานความถสงได

ภาพท 2.14 วงจรภายในและตวอปกรณไอซขบน าเกตเบอร TLP250

16

โดยสามารถน า TLP250 มาตอใชงานไดดงภาพท 2.15

ภาพท 2.15 การตอใชงาน TLP250

2.6 เซลลแสงอาทตย [2][3] เซลลแสงอาทตย คอ สงประดษฐทท าจากสารกงตวน าเชน ซลคอน (Silicon) แกลเลยม อารเซไนด (Gallium Arsenide) อนเดยม ฟอสไฟด (Indium Phosphide) แคดเมยม เทลเลอไรด (Cadmium Telluride) และคอปเปอร อนเดยม ไดเซเลไนด (Copper Indium Diselenide) เปนตน ซงเมอไดรบแสงอาทตยโดยตรงกจะเปลยนเปนพาหะน าไฟฟาและจะถกแยกเปนประจไฟฟาบวกและลบเพอใหเกดแรงดนไฟฟาทขวทงสองของเซลลแสงอาทตย เมอน าขวไฟฟาของเซลลแสงอาทตยตอเขากบอปกรณไฟฟากระแสตรง กระแสไฟฟาจะไหลเขาสอปกรณเหลานนท าใหสามารถท างานได 2.6.1 ลกษณะของแผงเซลลแสงอาทตย เซลลแสงอาทตยน าไปใชงานในรปของแผงเซลล(Module)การเพมก าลงไฟฟาใหสงขนโดยน าแผงเซลลมาเชอมตอกนในรปแบบของสตง (String) หรอ อะเรย (Array) ภาพท 2.16 แสดงลกษณะทวไปของการเชอมตอเซลลชนดผลกกระแสไฟฟาทผลตไดจะถกดงไปทตวน าไฟฟาดานหนาและหลงของเซลลโดยดานหนามตวน าเรยกวา ฟวเกอร (Fingers) ท าหนาทน าแสงสงตอไปบสบาร (Busbar) และไหลผานไปยงเซลลทเชอถงกนฟวเกอรและบสบารจะตองบงเซลลนอยทสดและรบกระแสไฟฟาไดสงเพอใหเซลลรบแสงไดมากทสดและดานรบแสงของเซลลจะตองเคลอบสารลด

17

การสะทอนแสงสวนของกลองตอสายไฟและบายพาสไดโอดท าหนาทเชอตอทางไฟฟาระหวางแผงเซลลและปองกนการเกดโหลดทตวเซลลลกษณะทางไฟฟาของแผงเซลลจะเปลยนแปลงตามแสงแดดและอณหภมมลกษณะเดยวกนกบเซลลแตกตางกนทขนาดแรงดนและกระแสไฟฟา

ภาพท 2.16 ลกษณะทวไปของเซลลแสงอาทตยทถกน ามาประกอบเปนแผงเซลล 2.6.2 หลกการท างานเซลลแสงอาทตย การท างานของเซลลแสงอาทตยเปนขบวนการเปลยนพลงงานแสงเปนกระแสไฟฟาไดโดยตรงโดยเมอแสงซงเปนคลนแมเหลกไฟฟาและมพลงงานกระทบกบสารกงตวน าจะเกดการถายทอดพลงงานระหวางกนพลงงานจากแสงจะท าใหเกดการเคลอนทของกระแสไฟฟา(อเลกตรอน) ขนในสารกงตวน าจงสามารถตอกระแสไฟฟาดงกลาวไปใชงานได

ก. สภาวะเมอแสงอาทตยตกกระทบลงบนแผงโซลาเซลล ข.การเกดปฏกรยาทางเคม ภาพท 2.17 หลกการท างานเซลลแสงอาทตย

18

ภาพท 2.17 เซลลแสงอาทตยทประกอบดวยซลกอนบางๆ 2 ชนประกอบกน ชนหนงจะมฟอสฟอรสจ านวนหนงเจอปน เรยกวา n-type (ขวลบ) และอกชนหนงจะมโบรอนเจอปน เรยกวา p-type (ขวบวก) เมอมแสงมาตกกระทบบนเซลลแสงอาทตย จะท าใหจ านวนอเลคตรอนในชน n มมากกวาในชน p และมความตางศกยทางไฟฟาเกดขนท p-n junction ถามการตอวงจรภายนอกอเลคตรอนจะไหลจากดาน n-type ผาน Loadไปยงดาน p-type เกดการไหลของกระแสไฟฟาผาน Load เกดขน

ภาพท 2.18 กระแสและแรงดนไฟฟาทไดจากเซลสแสงอาทตย เดยวทระดบรงสอาทตยตางๆ

เซลลแสงอาทตยมอย 2 ลกษณะ คอ แบบผลก มทงแบบผลกเดยว (Single crystalline solar cell) และผลกรวม (Poly crystalline solar cell) และแบบอะมอรฟส (Amorphous solar cell) มลกษณะเปนฟลมบางๆ ทงสองแบบนสรางมาจากซลคอน แตจะตางกนตรงทวธการผลตเทานนไฟฟาทผลตไดจากเซลลแสงอาทตยเปนไฟฟากระแสตรงจงใชไดเฉพาะกบอปกรณไฟฟากระแสตรงเทานน หากจะน าไปใชกบอปกรณไฟฟากระแสสลบหรอตองการเกบพลงงานไวกตองใชรวมกบอปกรณอนๆ

19

ภาพท 2.19 การเกดกระแสไฟฟาของ Solar cell เมอมแสงอาทตยตกกระทบ แสงอาทตยจะถายเทพลงงานใหกบอเลกตรอนและโฮลท าใหเกดการเคลอนไหวเมอพลงสงพอทงอเลกตรอนและโฮลจะวงเขาหาเพอจบคกนอเลกตรอนจะวงไปยงชน n - type และโฮลจะวงไปยงชน p – type

ภาพท 2.20 การเกดกระแสไฟฟาของ Solar cell

อเลกตรอนวงไปรวมกนท Front Electrode และโฮลวงไปรวมกนท Back Electrode เมอมการตอวงจรไฟฟาจาก Front Electrode และ Back Electrode ใหครบวงจรกจะเกดกระแสไฟฟาขนเนองจากทงอเลกตรอนและโฮลจะวงเพอจบคกน

20

ภาพท 2.21 การเกดกระแสไฟฟาของ Solar cell

ภาพท 2.22 การเกดกระแสไฟฟาในเซลลแสงอาทตย

21

นนกคอเกดสภาพเหมอนถายไฟฉายเพราะฉะนนหากตอทงสองขวกจะมกระแสไหลและเอาพลงงาน(ไฟฟา)ออกมาใชไดและตราบใดทมแสงกระทบกจะมไฟฟาใชกระแสไฟฟานจะเหนวาเปนกระแสตรงแตในการใชงานจรงเราสามารถใชอปกรณไฟฟาเปลยนกระแสตรงเปนกระแสสลบเพอใชกบเครองใชไฟฟาทวไปในชวตประจ าวนไดดวย

2.7 แบตเตอร (Battery) [4] เมอกลาวถงเซลล แบบสงกะส-ถานแบบอลคาล แมงกานส แบบปรอทแบบซลเวอรแบบสงกะส อากาศ และแบบลเธยม ซงเซลลตางๆ ทกลาวมาน ถกจดอยในเซลลแบบปฐมภมเมอพลงงานเคมในตวมนเปลยนเปนพลงงานไฟฟาหมดแลวกหมดสภาพการเปนแหลงจายไฟอกตอไปแตยงมเซลลอกแบบหนง เรยกวาเซลลแบบทตยภม (Secondary Cell) สามารถทจะประจไฟฟกลบใหมไดโดยทปฎกรยาเคมซงจายเปนพลงงานไฟฟาออกมานนเปนปฎกรยาทผนกลบไดการใชเซลลแบบทตยภมนท าใหเหมาะสมทจะใชเปน แหลงจายไฟมาก เนองจากถกเซลลถกใชไปจนหมดแลวสามารถทจะประจกลบใหมเพอจะไดใชตอไปไดเซลลแบบทตยภมจะมราคาแพงกวาเซลลแบบปฐมภมในการลากลงทนมาตอนแรกเนองจากจ าเปนทจะตองซอเครองประจไฟมาดวยแตเมอคดในระยะยาวแลวเซลลแบบทตยภมนจะมคาใชจายถกกวาซงกขนอยกบผใชวาจะเลอกใชเซลลชนดใด

2.7.1 ประเภทปฐมภม (Primary Battery) หรอโดยทวไปเรยกวาแบตเตอรแหง ( Dry Cell ) มคณสมบตในการใหก าเนดพลงงานไฟฟาชนดกระแสตรงทไดจากการแปรผนพลงงานโดยกระบวนการทางเคมแบตเตอรประเภทใชงานครงเดยวเมอจายหมดแลวตองทง ไมสามารถอดไฟกลบเขาไปใชงานใหมไดอก สวนมากท าขนจากสงกะส - คารบอน ปรอทและลเทยม ใชงานกบเครองไฟฟาขนาดเลกประเภทกระเปาหว มราคาไมแพง อายการใชงานสน เชน ถานไฟฉาย ถานนาฬกา เปนตน วตถดบทใชในการผสมเปนสารขวบวก ไดแก

- แมงกานส ไดออกไซด ( Manganese Dioxide ) ท าหนาทใหเกดกระแสไฟฟาขน

- แอมโมเนยม คลอไรด ( Ammonium Chloride ) ท าใหกระแสไฟฟาทเกดขนมความ สวาง - เมอรควรคคลอไรด ( Mercuric Chloride ) ท าหนาทปองกนไมใหแผนสงกะสเกดการ

22

กดกรอนเรวเกนไป - อะเซททลนแบลค ( Acetylene Black ) ท าหนาทเพมความดนและความเขมของกระแส ไฟฟา - แทงคารบอน ( Carbon Rod ) มลกษณะเปนแทงกลม ท าหนาทเปนขวบวก - ซงค คลอไรด ( Zinc Chloride ) - ซงค ออกไซด ( Zinc Oxide ) - คารบอน แบลค ( Carbon Black ) - กราไฟท ( Graphite )

วตถดบทใชเปนขวลบ คอ กระบอกสงกะส ใชสงกะสกอนมาท าการหลอมละลายผานเครองรดใหเปนสงกะสแผนน าไปผานเครองตดใหไดสงกะสตามขนาดทตองการและน าไปปมใหขนรปเปนกระบอกสงกะสใชเปนขวลบวตถดบทใชในการประกอบเขาเปนกอนถานไฟฉายขนอยกบการเลอกใช

- ยางมะตอย (Asphalt) ท าหนาทปองกนการรวของกระแสไฟฟา - แปงสาล หรอ แปงมน ผสมแลวมลกษณะคลายกาว ท าหนาท เปนตวยดใหกอนขวบวกตดแนนอยกบกระบอกสงกะส - กระดาษ มหลายประเภท เชน กระดาษเคลอบน ายาใชแทนแปง หรอกระดาษบางกระดาษหนาใชรองกอน หรอปดฝา

2.7.2 ประเภททตยภม ( Secondary Battery ) หรอโดยทวไปเรยกวาแบตเตอรน า ( Storage Battery ) ประกอบดวยเซลล 6 เซลลตอกนแบบอนกรม ซงแตละเซลลจะมแรงดน 2 โวลต จงจายแรงดนได 12 โวลตมคณสมบตในการเปลยนพลงงานเคมแลวจายเปนพลงงานไฟฟาชนดกระแสตรงแบตเตอรประเภทนใชงานจนไฟหมดหรอเลกใชงานแลว สามารถน าไปประจไฟเพมเตมปรบสภาพทางเคมใหกลบสภาพพรอมใชงานเหมอนเดมได คอสามารถใชหมนเวยนไดจนกวาแบตเตอรนนจะเสอมสภาพ แบตเตอรชนดนสวนมากท าจากตะกว – กรดใชในรถยนต และในการใชพลงงานไฟฟาส ารองในระบบตางๆ

23

ภาพท 2.23 โครงสรางของแบตเตอร แผนธาต ( Plates ) ในแบตเตอรม 2 ชนดคอ แผนธาตบวก และแผนธาตลบ แผนธาตบวกท าจากตะกวเปอรออกไซด ( PbO2 ) และแผนธาตลบท าจากตะกว ( Pb ) วางเรยงสลบกนจนเตมพอดในแตละเซลล แลวกน ไมใหแตะกนดวยแผนกน ( Separates ) ท าหนาทปองกนไมใหแผนธาตบวกและแผนธาตลบแตะกนซงจะท าใหเกดการลดวงจรขนซงแผนกนนท าจากไฟเบอรกลาสหรอยางแขงเจาะรพรนเพอใหน ากรดสามารถไหลถายเทไปมาไดและมขนาดความกวางยาวเทากบแผนธาตบวกและแผนธาตลบน ากรดหรอน ายาอเลกโตรไลต ( Electrolyte ) น ากรดในแบตเตอรรถยนตเปนน ากรดก ามะถนเจอจางคอจะมกรดก ามะถน (H2SO4) ประมาณ 38 เปอรเซนต ความถวงจ าเพาะของน ากรด 1.260 - 1.280 ทอณหภม 20 องศาเซลเซยส น ากรดในแบตเตอรเปนตวทท าใหแผนธาตลบเกดปฏกรยาทางเคมจนเกดกระแสไฟฟาและแรงเคลอนไฟฟาขนมาได เซลล ( Cell ) คอชองทบรรจแผนธาตบวก แผนธาตลบ ทวางสลบกนกนดวยแผนกนแลวจมในน ากรดในชองหนงจะมแรงเคลอนไฟฟา 2.1 โวลต กจะมเซลล 6 เซลล และในแตละเซลลกจะมสวนบนเปนทเตมน ากรดและมฝาปดปองกนน ากรดกระเดนออกมาและทฝาปดกจะมรระบายกาซไฮโดรเจนทเกดจากปฏกรยาทางเคมใหระบายออกไปไดฝาปดเซลล ( Battery Cell Plug ) หรอฝาปดชองเตมน ากรด ฝานจะมรระบายกาซไฮโดรเจนทเกดจากปฏกรยาทางเคมภายในแบตเตอรใหสามารถระบายออกไปไดถาไมมฝาระบายนเมอเกดปฏกรยาเคมกาซไฮโดรเจนจะไมสามารถระบายออกไปไดท าใหเกดแรงดนดนจนแบตเตอรเกดระเบดขนไดแบตเตอรใหมๆ ทยงไมมน ากรดทฝาปดจะมกระดาษกาวปดไวเพอปองกนความชนเขาไปในแบตเตอรซงจะท าใหแบตเตอรเสอมสภาพเมอเตมน ากรดเขาไป

24

แลวท าการประจไฟน ามาใชงานกระดาษกาวทปดนจะตองแกะออกใหหมด เพอไมใหแบตเตอรเกดระเบดขนไดแบตเตอรในระบบเซลลแสงอาทตยในระบบเซลลแสงอาทตยแบตเตอรมหนาทสะสมพลงงานทผลตจากแผงเซลลแสงอาทตยและจดเกบไวใชในเวลาทแผงเซลลแสงอาทตยไมผลตไฟฟาหรอเวลาทไมมแสงอาทตยหรอเวลากลางคนหากเปรยบเทยบกบระบบกกเกบน าฝนกคอถงเกบน านนเองระบบเซลลแสงอาทตยแบบตดตงอสระ ( Stand alone solar system ) ตองใชแบตเตอรทงสน 2.7.3 ชนดของแบตเตอรในระบบเซลลแสงอาทตย ในทางปฏบตแลวแบตเตอรทกชนดสามารถน ามาใชในระบบเซลลแสงอาทตยไดแตทนยมใชมากทสดเปนแบตเตอรชนดตะกว-กรด ( Lead-acid battery ) ดวยเหตผลนานาประการไมวาจะเปนราคาทถกกวาและหาซอไดงายในทกๆทแบตเตอรชนดตะกว-กรดมสวนประกอบส าคญเปนแผนตะกวทเปนขวบวกและลบจมอยในสารละลายกรดซลฟรกหรอเรยกวาสารละลายอเลกโตรไลตเมอเซลลมการจายประจโมเลกลของซลเฟอรจากสารละลายอเลกโตรไลตจะตดอยกบแผนตะกวและปลอยอเลกตรอนออกมามากมายเมอเซลลมการประจไฟฟาเขาไปใหมอเลกตรอนจ านวนมากจะกลบเขาไปในสารละลายอเลกโตรไลตแบตเตอรจงเกดแรงดนไดจากปฏกรยาเคมนเองและไฟฟาเกดขนไดจากการเคลอนทของอเลกตรอนภายในแตละเซลลของแบตเตอรใหแรงดน2โวลต แบตเตอร 12 โวลตจงม 6 เซลลตอกนแบบอนกรมเซลลทงหมดอาจบรรจอยภายในกลองเดยวหรอแยกกลองกได

2.7.4 ตวอดประจแบตเตอร พลงงานไฟฟาทไดจากแผงเซลลแสงอาทตยจะเกบพลงงานส ารองโดยแบตเตอรในการเกบพลงงานส ารองนนตองมการควบคมประจเพอปองกนความเสยหายของแบตเตอรของแบตเตอรเนองจากการดดอดประจกระแสเกนโดยมหลกการเบองตนคอ เมอแรงดนไฟฟาแบตเตอรต าซงหมายถง แบตเตอรมไฟออนวงจรควบคมประจจะประจแบตเตอรจนขวของแบตเตอรมคาสงขนคาแรงดนทสงขนนจะเปนตวแสดงวาแบตเตอรถกประจจนเตมแลววงจรควบคมการประจกจะหยดการท างาน

25

2.8 วงจรประจแบตเตอร ( Charger ) [3]

ภาพท 2.24 วงจรประจแบตเตอร วงจรประจแบตเตอรหลกการท างานเมอแบตเตอรอยในสภาวะต า (ประจมนอย) ความตานทานของแบตเตอรจะต าแรงดนทตกครอมตวตานทาน R9 และ VR1 จะมศกดาแรงดนนอยกวาแรงดนทขา2 ของ IC1และเอาตพทของ IC1 จะมศกดาเปนลบและไบอส Q2 ใหเรมท างานเปนผลท าใหมกระแสจ านวนหนงไปไบอส Q3 ใหเรมท างานซงจะเปนการเรมชารจแบตเตอรโดยผาน D3, D2 และ D3จะเปนตวบลอกกระแสไมใหกระแสจากแบตเตอรไหลยอนกลบเขา Q2 และ Q3 และเมอแบตเตอรถกชารจเตมเอาตพตของ IC1 จะมศกดาเปนบวกท าใหทรานซสเตอรทกตวไมท างานจงเปนการหยดชารจแบตเตอร