การใช้งาน Sower V1 กล่องจ่ายไฟพลังงานแสงอาทิตย์สำหรับอุปกรณ์ IoT

Sower V1 เป็นหนึ่งในสินค้าที่ บริษัทฯ อาร์ทรอน ชอป พัฒนาขึ้นเพื่อแก้ปัญหางานด้านระบบ IoT ที่มักใช้พลังงานน้อย มีพื้นที่ติดตั้งเล็ก แต่ยังไม่มีระบบจัดการพลังงานแสงอาทิตย์ใด ๆ เลยที่ออกแบบมาเพื่อระบบ IoT โดยเฉพาะ ตัวกล่อง Sower V1 ถูกพัฒนาสำหรับใช้งานกับระบบ IoT โดยเฉพาะ โดยรองรับโซล่าเซลล์ได้ทั้ง 12V / 18V / 24V จ่ายไฟปรับได้ 5V ถึง 16V และช่องจ่ายไฟคงที่ 5V ที่ช่อง USB ทำงานด้วยระบบ MTTP มาพร้อมวงจรป้องกันต่อโซล่าเซลล์ผิดขั้ว ป้องกันแบตเตอรี่ ป้องกันลัดวงจร ป้องกันกระแสเกิน มีไฟแสดงสถานะการทำงาน กล่องพลาสติกติดตั้งบนรางปีกนกได้

ตารางที่ 1 คุณสมบัติทางเทคนิค

1) ขาต่อใช้งาน

1.1) ตำแหน่งขาต่อใช้งานและส่วนประกอบ

รูปที่ 1 ตำแหน่งขาต่อใช้งาน Sower V1

1.2) รายละเอียดขาต่อใช้งาน

ตารางที่ 2 รายละเอียดขาต่อใช้งาน

2) ฟังก์ชั่นการใช้งาน

2.1) โซล่าเซลล์

โซล่าเซลล์เป็นแหล่งพลังงานขาเข้าที่ใช้ชาร์ดแบตเตอรี่ 18650 และใช้จ่ายไฟให้อุปกรณ์ปลายทาง โดยโซล่าเซลล์ที่ใช้งานได้ต้องมีแรงดันไม่ต่ำกว่า 12V และไม่สูงกว่า 28V (open circuit) โดยกำลังวัตต์ที่แนะนำคือ 10W ถึง 20W อย่างไรก็ตามกำลังวัตต์ของโซล่าเซลล์ที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับโหลด ว่าใช้กระแสไฟฟ้ามากเพียงใด หากใช้โซล่าเซลล์ที่มีกำลังวัตต์ต่ำ แต่อุปกรณ์ใช้กระแสสูง อาจทำให้ไฟที่ได้จากโซล่าเซลล์ถูกดึงไปจ่ายให้อุปกรณ์จนไม่เหลือเก็บลงแบตเตอรี่ ซึ่งจะส่งผลให้ในเวลากลางคืนแบตเตอรี่ไม่มีพลังงานไฟฟ้าเพียงพอที่จะจ่ายให้โหลดอยู่ได้ตลอดทั้งคืน

อย่างไรก็ตาม การใช้โซล่าเซลล์กำลังวัตต์ที่สูงเกินไปไม่ได้ทำให้ชาร์จแบตเตอรี่ได้เร็วขึ้น หรือต่อโหลดที่ใช้กระแสมาก ๆ ได้ เนื่องจากวงจรจัดการแบตเตอรี่จะควบคุมการจ่ายกระแสชาร์จแบตเตอรี่และจ่ายให้อุปกรณ์รวมกันไม่เกิน 2A เท่านั้น ดังนั้นหากใช้โซล่าเซลล์แผงใหญ่ สุดท้ายวงจรจะจำกัดไว้ที่ 2A อยู่ดี

2.2) แบตเตอรี่

ใช้แบตเตอรี่ 18650 ในการเก็บพลังงานที่ใช้จ่ายให้โหลดในตอนกลางคืน โดยแบตเตอรี่รองรับชนิด 18650 เท่านั้น และกระแสชาร์จแบตเตอรี่สูงสุด 2A ดังนั้นหากเลือกแบตเตอรี่ที่มีความจุต่ำกว่า 2000mAh (2Ah) อาจจะทำให้แบตเตอรี่เสื่อมอย่างรวดเร็ว แบตเตอรี่ที่ใช้จึงควรเลือกที่มีขนาดไม่ต่ำกว่า 3000mAh โดยแนะนำให้เลือกแบตเตอรี่ที่ไม่มีวงจรป้องกันมาในตัว เนื่องจากบนบอร์ดของ Sower มีวงจรป้องกันแบตเตอรี่อยู่แล้ว และแนะนำให้เลือกแบตเตอรี่เป็นชนิดหัวแบน เนื่องจากรางถ่านถูกออกแบบมาให้ใช้ใส่แบตเตอรี่ 18650 ชนิดหัวแบน

2.3) เอาต์พุต (โหลด)

วงจรจัดการพลังงานส่วนเอาต์พุต OUT1 และ OUT2 เป็นวงจร Step-up จ่ายกระแสได้สูงสุด 2A สำหรับช่อง OUT1 ปรับแรงดันออกได้จากทริมพอต 25 รอบ โดยปรับได้ 5V ถึง 16V สำหรับช่อง OUT2 จ่ายแรงดันคงที่ 5V ออกช่อง USB Type-A female

2.4) ระบบป้องกัน

ไฟเข้าจากแผงโซล่าเซลล์มีวงจรป้องกันการต่อกลับขั้ว ดังนั้นหากต่อสายโซล่าเซลล์กลับขั้ว จะไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลเข้าวงจร และไม่มีกระแสไฟฟ้าไปชาร์จแบตเตอรี่ ไม่มีไฟออกช่องเอาต์พุต ไฟแสดงผลสถานะไม่ติดสว่างทั้ง 2 ดวง หากต่อถูกขั้ว ไฟแสดงผลสถานะดวงใดดวงหนึ่งจะติดสว่าง มีไฟไหลไปชาร์จแบตเตอรี่ มีไฟออกช่องเอาต์พุตปกติ

แบตเตอรี่มีวงจรป้องกัน short circuit, overcharge, overdischarge ดังนั้นหากเกิดความผิดพลาดใด ๆ ขึ้น วงจรจะตัดไฟเข้า-ออกแบตเตอรี่ทันที มั่นใจได้ว่าแบตเตอรี่จะไม่พังเสียหาย

เอาต์พุตมีระบบป้องกัน short circuit, overload โดยหากเกินเหตุการณ์ใด ๆ ขึ้น วงจรจะหยุดการจ่ายไฟทันที

2.5) การปลดระบบป้องกัน

หากมีเหตุการณ์ใด ๆ ที่ทำให้ระบบป้องกันทำงาน จะทำให้เอาต์พุตไม่มีไฟออก ต้องดำเนินการตามขั้นตอนดังนี้เพื่อปลดระบบ

1. ปลดไฟเข้าจากแผงโซล่าเซลล์ โดยถอดเทอมินัลปลั๊กออกจากกล่อง Sower
   
2. ถอดแบตเตอรี่ โดยต้องถอดออกทุกก้อนเพื่อหยุดการจ่ายไฟให้ระบบป้องกัน
   
3. รอประมาณ 5 วินาที ให้ตัวเก็บประจุในวงจรคลายประจุจนหมด เพื่อให้ไม่มีไฟเลี้ยงในวงจรป้องกัน
4. ต่อไฟเข้าจากแผงโซล่าเซลล์ เพื่อจ่ายไฟเข้าอีกครั้ง โดยหลังต่อไฟเข้า จะต้องมีไฟออกจากช่องเอาต์พุตแล้ว
5. ใส่แบตเตอรี่

เมื่อดำเนินการตามขั้นตอนจนครบแล้ว จะมีไฟออกมาจากช่องเอาต์พุตอีกครั้ง

2.6) การติดตั้งแบตเตอรี่

แบตเตอรี่ 18650 มีขั้นตอนการติดตั้งดังนี้

1. เปิดกล่อง Sower V1 โดยขันสกรูทั้ง 4 มุมของกล่องออก
   
2. ใส่แบตเตอรี่ 18650 โดยสังเกตขั้วบวก ต้องตรงกับรูปเครื่องหมายบวกบนแผ่นวงจรพิมพ์ หากใส่ผิดขั้วอาจทำให้อุปกรณ์พังเสียหายได้
   
3. ใส่แบตเตอรี่ 18650 ให้ครบ 2 ก้อน หรือกรณีต้องการใช้ก้อนเดียว ก็สามารถใส่ก้อนเดียวได้
4. ปิดฝากล่อง ขันสกรูทที่มุมกล่องทั้ง 4 ด้านกลับเข้าที่เดิม

รูปที่ 2 การติดตั้งแบตเตอรี่ลงกล่อง Sower V1

3) วงจรภายใน

รูปที่ 3 วงจรกล่อง Sower ส่วนวงจรป้องกันแบตเตอรี่
รูปที่ 4 วงจรกล่อง Sower ส่วนวงจรวัดแรงดันแบตเตอรี่
รูปที่ 5 วงจรกล่อง Sower ส่วนวงจรชาร์จแบตเตอรี่
รูปที่ 6 วงจรกล่อง Sower ส่วนวงจร Step-up

4) ตัวอย่างการต่อใช้งานจริง

4.1) การต่อใช้งานร่วมกับกล่อง Farm1

ใช้ไฟจากช่อง OUT1 ปรับแรงดันเอาต์พุต 12V จ่ายไฟเข้าช่อง Power ของกล่อง Farm1 ดังรูปที่ 6

รูปที่ 7 การจ่ายไฟให้ Farm1 ด้วยกล่อง Sower V1 ผ่านช่อง OUT1

4.2) การต่อใช้งานร่วมกับบอร์ด ESP32

ใช้ไฟจากช่อง USB จ่ายไฟตรงเข้าบอร์ด ESP32 ได้ทันที ดังรูปที่ 7

รูปที่ 8 การจ่ายไฟให้บอร์ด ESP32 ด้วยกล่อง Sower V1 ผ่านช่อง USB Type-A female