ระบบติดตามและเปรียบเทียบประสิทธิภาพแผงโซลาร์เซลล์แบบเรียลไทม์

คณะวิศวกรรมศาสตร์ / สาขาวิศวกรรมคอมพิวเตอร์ / โครงงานวิชาเรียน
ตุลาคม 7, 2025

ผู้เขียนบทความ

1.นางสาวอัญชลี ชาตรีวงศ์

คณะวิศวกรรมศาสตร์ สาขาวิศวกรรมคอมพิวเตอร์
วิชา : 04-513-201 การโปรแกรมคอมพิวเตอร์ขั้นสูง 1/2568

1.ความเป็นมา

การใช้พลังงานแสงอาทิตย์ที่เพิ่มมากขึ้นในฐานะแหล่งพลังงานหมุนเวียนที่ยั่งยืน ส่งผลให้มีความต้องการระบบตรวจสอบที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น เพื่อรับประกันการบำรุงรักษาและประสิทธิภาพสูงสุด บทความนี้อธิบายการออกแบบและการใช้งานระบบตรวจสอบแผงโซลาร์เซลล์ที่ใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ ESP32 ร่วมกับแพลตฟอร์ม Home Assistant และเทคโนโลยี Internet of Things (IoT) ระบบตรวจสอบที่นำเสนอใช้เซนเซอร์ BH1750 สำหรับตรวจวัดค่าความเข้มแสง และ Tuya clamp meter สำหรับตรวจวัดค่าพลังงานไฟฟ้า โดยดึงข้อมูลผ่านแอปพลิเคชัน Tuya และประมวลผลภายในระบบ Home Assistant นอกจากนี้ยังมีการเชื่อมต่อกับบริการ OpenWeather เพื่อรวบรวมข้อมูลสภาพอากาศ ณ พื้นที่ติดตั้งจริง เพื่อใช้ประกอบการวิเคราะห์ประสิทธิภาพของแผงโซลาร์เซลล์ข้อมูลทั้งหมดถูกสื่อสารผ่านโปรโตคอล MQTT เพื่อส่งต่อระหว่าง ESP32, Home Assistant และระบบคลาวด์อย่างมีประสิทธิภาพ ระบบตรวจสอบนี้ช่วยให้ผู้ใช้งานสามารถเข้าถึงและจัดการพารามิเตอร์ที่สำคัญของแผงโซลาร์เซลล์จากระยะไกลได้อย่างสะดวก เช่น ความเข้มแสง สภาพอากาศ และกำลังไฟฟ้าที่ผลิตได้แบบเรียลไทม์ ระบบตรวจสอบแผงโซลาร์เซลล์ดังกล่าวจึงเป็นโซลูชันทางเทคโนโลยีที่ออกแบบมาเพื่อเพิ่มความสามารถในการวิเคราะห์ ติดตาม และจัดการประสิทธิภาพของแผงโซลาร์เซลล์อย่างชาญฉลาด

2. วัตถุประสงค์

1.เพื่อติดตามประสิทธิภาพของแผงโซลาร์เซลล์แบบเรียลไทม์

2.เพื่อเปรียบเทียบข้อมูลการทำงานของแผงโซลาร์เซลล์แต่ละแผง

3.เพื่อวิเคราะห์และปรับปรุงการทำงานให้มีประสิทธิภาพสูงสุด

3. ขอบเขต

1.ระบบสามารถวัดค่าความเข้มแสงแบบเรียลไทม์

2.ระบบสามารถดึงข้อมูลพลังงานมาใช้เปรียบเทียบประสิทธิภาพในแต่ละวันและแต่ละสภาพอากาศ

3.ข้อมูลที่วัดและดึงมาได้จะแสดงผลผ่านแดชบอร์ดหรือเว็บอินเทอร์เฟซ

4.เก็บข้อมูลในฐานข้อมูลเพื่อใช้วิเคราะห์ย้อนหลัง

4. ประโยชน์ที่คาดว่าจะได้รับ

1.ทราบประสิทธิภาพการทำงานของแผงโซลาร์เซลล์ในแต่ละวันและแต่ละสภาพอากาศ

2.สามารถใช้ข้อมูลที่ได้ในการวางแผนดูแลและปรับปรุงการทำงานของแผงโซลาร์เซลล์

3.ช่วยให้ทราบสาเหตุที่ทำให้ประสิทธิภาพลดลง เช่น ฝุ่นหรืออุณหภูมิสูง

5.ความรู้ที่เกี่ยวข้อง

1.ส่วนของฮาร์ดแวร์และเซ็นเซอร์ (ESP32 และ BH1750)

ESP32 ทำหน้าที่เป็นหน่วยประมวลผลกลาง โดยจะทำการอ่านข้อมูลจากเซ็นเซอร์ BH1750 ซึ่งเชื่อมต่อผ่านบัส I²C ข้อมูลที่ได้คือค่าความเข้มแสงในหน่วย ลักซ์ (Lux) นอกจากนี้ ESP32 ยังรับผิดชอบการเชื่อมต่อเครือข่ายไร้สาย (Wi-Fi) เพื่อดึงข้อมูลสภาพอากาศจากภายนอก

2. ส่วนการรับข้อมูลสภาพอากาศ (OpenWeatherMap)

ESP32 จะมีการเรียกใช้บริการ OpenWeatherMap API เพื่อดึงข้อมูลสภาพอากาศแบบเรียลไทม์ตามตำแหน่งที่ตั้งที่กำหนด (เช่น อุณหภูมิ ความชื้น) การดำเนินการนี้ต้องมีการลงทะเบียนเพื่อขอ API Key เพื่อยืนยันตัวตนในการเรียกใช้บริการ

3. ส่วนการสื่อสาร (MQTT Protocol)

โปรโตคอล MQTT ทำหน้าที่เป็นตัวกลางในการส่งข้อมูลระหว่าง ESP32 และ Home Assistant โดยใช้หลักการ Publish/Subscribe ผ่าน MQTT Broker (เช่น Mosquitto):

Publish (การส่งข้อมูล): ESP32 ทำการ Publish ข้อมูลที่อ่านได้จาก BH1750 และข้อมูลที่ดึงมาจาก OpenWeatherMap ไปยัง Topic ที่กำหนดไว้ล่วงหน้า
Subscribe (การรับข้อมูล): Home Assistant ทำการ Subscribe ไปยัง Topic เหล่านั้น ข้อมูลใหม่ที่ถูก Publish จะถูกรับเข้าสู่ระบบทันที

4. ส่วนการควบคุมและแสดงผล (Home Assistant)

Home Assistant ทำหน้าที่รวบรวมและแสดงผลข้อมูลทั้งหมด:

การเชื่อมต่อ: ติดตั้งและกำหนดค่า MQTT Integration เพื่อเชื่อมต่อกับ Broker
การแสดงผล: กำหนดค่า Sensor Entities ใน Home Assistant เพื่อรับค่าจาก Topic ของ MQTT ทำให้สามารถแสดงค่าความเข้มแสงและข้อมูลสภาพอากาศบน Dashboard ได้ทันที
การใช้งานอัตโนมัติ: ข้อมูลที่ได้รับมาสามารถถูกนำไปใช้ในการสร้าง Automation เช่น การปรับความสว่างของหลอดไฟอัจฉริยะตามค่า Lux ที่วัดได้ หรือการแจ้งเตือนหากอุณหภูมิภายนอกเกินขีดจำกัด

5. OLED Displays

โมดูลที่สามารถนำมาใช้ในการแสดงผลเป็นข้อความหรือเชิงกราฟิก สำหรับบอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ มีให้เลือกใช้หลายแบบ ประเภทที่ได้รับความนิยมประเภทหนึ่งคือ จอแสดงผล OLED (Organic Light-Emitting Diode) แบบ Dot-Matrix Display ที่ใช้พลังงานต่ำและให้ภาพคมชัดกว่าจอ LCD ทั่วไป และมาพร้อมกับชิปควบคุม (Display Controller Chip)

การเลือกจอแสดงผล OLED ขนาดเล็ก มีข้อดีคือ ราคาถูกกว่า และใช้หน่วยความจำของไมโครคอนโทรลเลอร์ในการประมวลผลน้อยกว่า สามารถโปรแกรมเลือกสี (Display Colors) แต่ละพิกเซลได้เพียงหนึ่งหรือสองสีเท่านั้น เช่น สีขาวหรือสีน้ำเงินและมีพื้นหลังเป็นสีดำ หรือบางกรณีเป็นแบบสองสี (Bi-color) เช่น สีน้ำเงิน-เหลือง โดยแบ่ง 1/4 ของความสูงบนหน้าจอเป็นสีเหลือง และอีก 3/4 เป็นสีน้ำเงิน

6. การดำเนินงาน

1. Diagram การทำงานของระบบ

ผังการทำงาน (Flowchart) ของระบบ

7. การทดลอง

1. การเก็บข้อมูล

ทำการวัดค่าความเข้มแสง (Lux) ของแสงแดดในแต่ละช่วงเวลา
บันทึกกำลังไฟฟ้าที่แผงโซลาร์เซลล์ผลิตได้แบบเรียลไทม์
ดำเนินการสังเกตในช่วงเวลาที่มีสภาพอากาศแตกต่างกัน เช่น แดดจัด, ครึ้มเมฆ, ช่วงเช้า-บ่าย

2. การประเมินประสิทธิภาพแผงโซลาร์เซลล์

ประสิทธิภาพสูง (High):
หากค่าความเข้มแสงสูงกว่า 30,000 Lux และกำลังไฟฟ้าที่ผลิตได้มากกว่าครึ่งหนึ่งของกำลังไฟสูงสุด (P_max)
ประสิทธิภาพปานกลาง (Medium):
หากความเข้มแสงต่ำและกำลังไฟฟ้าที่ผลิตได้ต่ำ
มีปัญหา/ต้องเตือน:
หากกำลังไฟฟ้าได้น้อยแม้ความเข้มแสงสูง แสดงว่าแผงอาจมีฝุ่นหรือสิ่งสกปรกบดบัง

3. การบันทึกและวิเคราะห์ผล

จัดทำตารางหรือกราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างความเข้มแสงและกำลังไฟฟ้าที่ผลิตได้
วิเคราะห์แนวโน้มของประสิทธิภาพแผงโซลาร์เซลล์ตามค่าความเข้มแสง
สรุปข้อสังเกตเกี่ยวกับการทำงานของแผงและปัจจัยที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพ

8. สรุปผลการทดลอง

จากการทดลองติดตามการทำงานของแผงโซลาร์เซลล์ในช่วงเวลาที่มีสภาพแสงต่างกัน พบว่าแผงโซลาร์เซลล์สามารถผลิตพลังงานได้สัมพันธ์กับค่าความเข้มแสง (Lux) อย่างชัดเจน ในช่วงเวลาที่แดดจัดและค่าความเข้มแสงสูงกว่า 30,000 Lux แผงสามารถผลิตกำลังไฟฟ้าได้มากกว่าครึ่งหนึ่งของกำลังไฟสูงสุด (P_max) ซึ่งจัดอยู่ในเกณฑ์ ประสิทธิภาพสูง (High) แสดงให้เห็นว่าภายใต้สภาพแวดล้อมที่เหมาะสม แผงสามารถทำงานเต็มประสิทธิภาพได้อย่างต่อเนื่อง

ในทางตรงกันข้าม เมื่อความเข้มแสงต่ำหรือสภาพอากาศไม่เอื้ออำนวย เช่น ครึ้มเมฆหรือช่วงเช้า-เย็น แผงผลิตไฟฟ้าได้น้อยลง ส่งผลให้ประสิทธิภาพอยู่ในระดับ ปานกลาง (Medium) การสังเกตพบว่าแม้ว่าความเข้มแสงจะต่ำ แต่แผงยังสามารถผลิตไฟฟ้าได้บางส่วน ทำให้เห็นว่าแผงยังสามารถทำงานได้ แต่ไม่เต็มศักยภาพ

นอกจากนี้ ในบางช่วงเวลาที่ค่าความเข้มแสงสูง แต่กำลังไฟฟ้าที่ผลิตได้กลับน้อยกว่าที่คาดการณ์ไว้ ระบบได้ให้สัญญาณเตือนว่ามีความเป็นไปได้ที่แผงมีฝุ่นหรือสิ่งสกปรกบดบังแสง การสังเกตนี้ชี้ให้เห็นความสำคัญของการทำความสะอาดและบำรุงรักษาแผงโซลาร์เซลล์เพื่อให้สามารถผลิตไฟฟ้าได้เต็มประสิทธิภาพ

เมื่อพิจารณาผลรวมจากทุกช่วงเวลา พบว่าประสิทธิภาพของแผงโซลาร์เซลล์มีความสัมพันธ์โดยตรงกับความเข้มแสง การวิเคราะห์กราฟและตารางข้อมูลแสดงให้เห็นแนวโน้มชัดเจนว่า ยิ่งความเข้มแสงสูง ยิ่งสามารถผลิตกำลังไฟฟ้าได้มาก การทดลองนี้จึงสามารถยืนยันได้ว่า การติดตามค่าความเข้มแสงร่วมกับกำลังไฟฟ้าที่ผลิตได้เป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพในการประเมินสมรรถนะของแผงโซลาร์เซลล์

สรุปได้ว่า แผงโซลาร์เซลล์สามารถแบ่งระดับประสิทธิภาพได้ 3 ระดับ ได้แก่ สูง (High) ปานกลาง (Medium) และมีปัญหา/ต้องเตือน การทดลองครั้งนี้ยังชี้ให้เห็นถึงความสำคัญของการตรวจสอบและบำรุงรักษาแผงเพื่อป้องกันฝุ่นหรือสิ่งสกปรกที่อาจลดประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้า ทั้งนี้ การวิเคราะห์ข้อมูลเชิงปริมาณร่วมกับการสังเกตสภาพแวดล้อมช่วยให้สามารถประเมินประสิทธิภาพแผงได้อย่างแม่นยำและเป็นระบบ