ยานพาหนะไฟฟ้าขับเคลื่อนด้วยซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ กรณีศึกษาความเป็นไปได้ในการลงทุนกับสถานประกอบการ

Abstract

การวิจัยในครั้งนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อ 1) เพื่อสร้างเครื่องอัดประจุไฟฟ้าประสิทธิภาพสูงสำหรับพาหนะไฟฟ้า 2) เพื่อหาประสิทธิภาพของซุปเปอร์คาปาซิเตอร์สำหรับการขับเคลื่อนยานพาหนะไฟฟ้าและ 3) เพื่อศึกษาความเป็นไปได้ทางด้านเศรษฐศาสตร์วิศวกรรมในการใช้ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์สำหรับยานพาหนะไฟฟ้า ผู้วิจัยได้ออกแบบระบบขับเคลื่อนยานพาหนะไฟฟ้า รูปแบบการทำงานของระบบการเก็บพลังงานและจ่ายพลังงานของซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ให้กับยานพาหนะไฟฟ้า เพื่อใช้เป็นตัวส่งกำลังไปที่ล้อยานพาหนะไฟฟ้า และถูกต่อเข้ากับไดชาร์จ โดยในช่วงเบรกหรือชะลอเบรกไดชาร์จจะเป็นตัวชาร์จประจุไฟฟ้าให้กับซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ การหาขนาดความจุของซุปเปอร์คาปาซิสเตอร์ให้สามารถใช้กับยานพาหนะไฟฟ้าขนาด 4 ที่นั่ง เพื่อนำมาใช้วิ่งบริการนักศึกษาระหว่างอาคารเรียนรวม 4 ถึงอาคารหอสมุด มหาวิทยาลัยราชภัฏธนบุรี สมุทรปราการ ซึ่งมีระยะทาง 505 เมตร ต่อเที่ยว และระยะทางไป กลับรวม 1010 เมตร ผลการวิเคราะห์การเก็บประจุและคายประจุที่พิกัดแรงดัน 48V กระแส 10A ได้ประสิทธิภาพสูงสุด 98.88% แต่เมื่อการประจุและปล่อยประจุที่กระแสไฟฟ้าสูง 100A ทำให้ประสิทธิภาพลดลง 91.74% ถ้าซุปเปอร์คาปาซิเตอร์จ่ายพลังงานให้กับโหลดที่มีกระแสเกิน 20A จะทำให้ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ ไม่สามารถจ่ายพลังงานได้หมดโดยวงจรภายในของซุปเปอร์คาปาซิเตอร์จะตัดการจ่ายพลังงานที่แรงดันเฉลี่ย 37.74V ซึ่งทำให้มีพลังงานภายในซุปเปอร์คาปาซิเตอร์เหลืออยู่มาก การขับเคลื่อนยานพาหนะไฟฟ้าด้วยซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ ที่น้ำหนักรวมบรรทุก 405 kg สามารถขับเคลื่อนยานพาหนะไฟฟ้าได้ไกลสุด 1150 เมตร 381 วินาที (6 นาที 21 วินาที) ความเร็ว เฉลี่ย 10.86 กิโลเมตรต่อชั่วโมง การใช้ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์เป็นแหล่งจ่ายพลังงานเพื่อขับเคลื่อนยานพาหนะไฟฟ้า ที่น้ำหนักรวมบรรทุก 480 kg กระแสชาร์จ 20.33A ใช้เวลาชาร์จ 447 วินาที (7 นาที 27 วินาที) ใช้พลังงานในการชาร์จ 798.29 W ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์สามารถขับเคลื่อนยานพาหนะไฟฟ้าได้ระยะทาง 1010 เมตร ใช้เวลา 315 วินาที (5 นาที 15 นาที) ความเร็วเฉลี่ย 192 เมตรต่อนาที หรือ 11.54 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ใช้พลังงานขับเคลื่อน 822.47W ได้ประสิทธิภาพสูงสุด 97.06% การวิเคราะห์ช่วงเบรกหรือชะลอเบรกพบว่าซุปเปอร์คาปาซิเตอร์จะได้รับการประจุที่แรงดัน 31.06V จากไดชาร์จ ทำให้ยานพาหนะไฟฟ้าวิ่งได้ระยะทางเพิ่มมากขึ้นและมีประสิทธิภาพสูง การชาร์จที่กระแสคงที่ ส่วนแรงดันไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นแบบทรานเซียนโดยใช้เวลาชาร์จ 4 นาที 45 นาที เมื่อชาร์จประจุจนเต็มพิกัดที่ 50 โวลต์ หลังจากนั้นทดลองวิ่งในสภาพถนนรอบมหาวิทยาลัยราชภัฏธนบุรี สมุทรปราการ โดยมีน้ำหนักผู้ทดสอบ 2 คน 130 กิโลกรัม นำหนักรถ 300 กิโลกรัม น้ำหนักรวมเป็น 430 กิโลกรัม พบว่าระยะที่วิ่งได้ 1256 เมตร ใช้เวลา 5.34 นาที ความเร็ว 253.21 เมตรต่อนาที หลังจากนั้นนำรถเข้าชาร์จประจุใหม่อีกครั้ง ซึ่งผลการทดลองเป็นที่น่าพอใจเป็นอย่างยิ่ง จุดคุ้มค่าและคุ้มทุนจากการใช้ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์แทนแบตเตอรี่ จากจำนวนเงินที่ลงทุน ซื้อวัสดุอุปกรณ์รวมจ้างทำเป็นจำนวนเงินโดยประมาณ 89,000 บาท มีอายุการใช้งาน 10 ปี คิดเป็นเงินลงทุน 8,900 บาทต่อปี ซึ่งถือเป็นเงินลงทุนและต้นทุนแปรผัน 1,000 บาท เมื่อนำไปเทียบกับแบตเตอรี่ยี่ห้อ TROJAN รุ่น T-1275 ขนาด 12V, 150A ราคา 7,800 บาทต่อลูก รวมทั้งหมด 6 ลูก เป็นเงิน 46,800 บาท มีอายุการใช้งาน 2 ปี คิดเป็นเงินลงทุน 23,400 บาทต่อปี และต้นทุนแปรผัน 1,000 บาท พบว่าจุดคุ้มทุนใช้แบตเตอรี่เป็นเงิน 7,900 บาท จุดคุ้มทุนใช้ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ 22,400 บาท และเมื่อพิจารณาเปรียบเทียบจุดคุ้มทุนใช้แบตเตอรี่กับจุดคุ้มทุนใช้ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์จะทำให้จุดคุ้มทุนเป็นดังนี้ 4 เดือน 7 วัน หรือ 127 วัน ดังนั้นจุดคุ้มทุนสำหรับการใช้ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ คือ 371 วัน จึงจะคุ้มทุนเมื่อเทียบกับการใช้แบตเตอรี่ทั่วไป