ต้นแบบโคมไฟถนนพลังงานแสงอาทิตย์อัจฉริยะสำหรับพื้นที่ห่างไกล
ในปัจจุบัน ระบบไฟถนนแสงอาทิตย์ ถือเป็นเทคโนโลยีที่ประยุกต์ใช้พลังงานจากแสงอาทิตย์ที่มีอยู่อย่างไม่จำกัด (ในกรณีที่มีแสง) มาใช้เพื่อผลิตไฟฟ้าและกักเก็บพลังงานไว้ในแบตเตอรี่ สำหรับในช่วงกลางคืนระบบควบคุมจ่ายไฟให้แก่โคมไฟถนน LED เพื่อส่องสว่าง โดยข้อดีของการประยุกต์เทคโนโลยีนี้ฯ ก่อให้เกิดการลดทรัพยากรด้านบุคคลในการติดตั้ง และการเชื่อมต่อระบบสายส่งไฟฟ้าที่จ่ายให้กับระบบโคมไฟถนนแสงอาทิตย์ อย่างไรก็ตามระบบโคมไฟถนนพลังงานแสงอาทิตย์ในปัจจุบัน ยังมีระบบการจัดการแบบโดดเดียว (Stand Alone) กล่าวคือ เป็นระบบที่ไม่สามารถตรวจสอบสถานะ หรือส่งสัญญาณความผิดปกติต่าง ๆ ให้กับผู้ดูแลรักษาได้ อีกทั้งส่วนมากยังมีการติดตั้งระบบดังกล่าวในพื้นที่ห่างไกล และกระจายในหลายพื้นที่ ทำให้การตรวจสอบสถานะและการบำรุงรักษาเป็นภาระที่สิ้นเปลืองทรัพยากรหลายด้าน ยิ่งไปกว่านั้นหากมีการละเลยต่อการตรวจสอบและซ่อมบำรุง ระบบอาจมีสิ่งปกติที่ไม่สามารถทำงานได้ โดยที่ผู้ดูแลไม่อาจทราบ และก่อให้เกิดความเสี่ยงต่อความเสียหายในชีวิตและทรัพย์สินได้ (รูปที่ 1)
รูปที่ 1 ปัญหาจากการติดตั้งระบบดังกล่าวในพื้นที่ห่างไกล
โดยในการพัฒนาระบบดังกล่าว จะทำการออกแบบและสร้างชุดตรวจวัดสถานภาพการทำงานของโคมไฟถนนพลังงานแสงอาทิตย์ ที่สามารถบ่งบอกการทำงานของแผงวงจรโคมไฟ ระบบกักเก็บและแจกจ่ายพลังงาน (Status Monitoring) ฯลฯ และสามารถสื่อสารข้อมูลแบบสองทางกับระบบควบคุมสถานะที่ศูนย์ควบคุม (Central Platform) พร้อมทั้งพัฒนา Software สำหรับศูนย์ควบคุม (Central Platform) ที่สามารถประยุกต์ใช้ได้ง่าย (Agile Development) เพื่อตอบสนองต่อความต้องการของภาคเอกชน และลูกค้าผู้ใช้งานผลิตภัณฑ์ มีรูปแบบการทำงานแสดงดังรูปที่ 2 และ 3
รูปที่ 2 ลักษณะการสื่อสารของระบบ
รูปที่ 3 ลักษณะโคมไฟถนนพลังงานแสงอาทิตย์อัจฉริยะ
สำหรับการทดสอบอุปกรณ์และคลื่นความถี่ สำหรับออกแบบและใช้งานกับชุดโคมไฟถนนพลังงานแสงอาทิตย์พบว่า ที่คลื่นความถี่ 433 Mhz อัตราการขยายผลของเสา 3 dbi มีความสามารถส่งสัญญาณในระยะรัศมีที่ไม่เกิน 300 m จากจุดที่ Master (Main) ถูกติดตั้งไว้ (ดังตารางที่ 1)
ตารางที่ 1 สรุปผลการทดสอบ
| รายการ | ครั้งที่ 1 | ครั้งที่ 2 | ครั้งที่ 3 | ครั้งที่ 4 | ครั้งที่ 5 |
| Hardware (Main) | ESP32 Lora with OLED 433Mhz | ||||
| Hardware (Node) | ESP32 Lora with OLED 433Mhz | ||||
| อัตราขยายของเสา | 3dBi | ||||
| ระยะที่ได้ (m) | 50 | 100 | 300 | 410 | 420 |
| ค่า RSSI | -85 | -88 | -102 | -110 | -113 |
| คุณภาพข้อมูล | ดีมาก | ดีมาก | ดีมาก | ดี | แย่ |
สำหรับ Platform ของระบบสื่อสาร และระบบควบคุม ข้อมูลของระบบจะเป็นแบบ real time สามารถรับ-ส่งข้อมูลได้ทุกๆ 5 วินาที สามารถรับส่งข้อมูลของอุปกรณ์พร้อมกันได้ 32 อุปกรณ์ต่อนาที ต่อ 1 Gateway และสามารถแสดงสถานะต่าง ๆของอุปกรณ์ โดยเข้าถึงผ่าน web browser ทั้ง Pc Notebook และ smart phone แม้ว่าอยู่ห่างไกลจากพื้นที่ติดตั้งของโคมไฟถนนพลังงานแสงอาทิตย์ ทั้งนี้สามารถสรุปทั้งข้อดี และข้อเสียของระบบได้ดังตารางที่ 2
ตารางที่ 2 ข้อดีข้อเสียของโคมไฟถนนพลังงานแสงอาทิตย์อัจฉริยะ
| no | ข้อดี | ข้อเสีย |
| 1 | ต้นทุนของอุปกรณ์มีราคาถูก หาซื้อได้ง่ายสามารถลดต้นทุนในการผลิต | ค่าที่ใช้วัดประสิทธิภาพมีความผิดพลาดมากในกรณีที่วัดหน่วยกระแสที่มีค่าน้อย เนื่องจากตัวเซ็นเซอร์มีค่ากำลังวัดที่สูงเนื่องจากป้องกันการลัดวงจรของอุปกรณ์ |
| 2 | สามารถวัดการทำงานพื้นฐานของอุปกรณ์ได้ ว่าอุปกรณ์ทำงานปกติ หรือชำรุด | ต้องอาศัยความเชี่ยวชาญของผู้ออกแบบทั้งด้าน Software และ Hardware ทำให้ต้องใช้เวลาในการออกแบบวงจร |
| 3 | สามารถส่งข้อมูลไปยัง Server ได้โดยไม่ต้องใช้สายสัญญาณทำให้ง่ายต่อการติดตั้ง | จำเป็นต้องมีการปรับจูนค่าทุกค่าในแต่ละอุปกรณ์เนื่องจากความต้านทานของอุปกรณ์แต่ละตัวมีเปอร์เซ็นต์ความผิดพลาดต่างกัน ทำให้เสียเวลาในการปรับจูนตัวอุปกรณ์ |
| 4 | สามารถปรับเปลี่ยนอุปกรณ์เซ็นต์เซอร์ได้ในอนาคต ไม่ผูกขาดกับเจ้าใดเจ้าหนึ่ง | ตัวอุปกรณ์มีช่องสื่อสาร INPUT/OUTPUT ไม่เพียงพอ เนื่องน้อยต้องใช้ช่องสัญญาณในการสื่อสารอย่างน้อย 8 ช่องทางในการอ่านค่า AMPและVolt 6 ค่า ช่องทางการอ่านค่า Relay 1 ค่า และช่องทางการอ่านค่า Sensor 1 ค่า |
| 5 | ยืดหยุ่นต่อการปรับใช้งานในอนาคต | เนื่องจากวงจรมีการใส่ Capacitor เพื่อกรองสัญญาณความถี่ให้นิ่งขึ้น แต่เนื่องจาก Controller มีการปรับแรงดันจาก 12v เป็น 48v ทำให้ Hz ของกระแสไฟฟ้าสูงขึ้นจากปกติ 50Hz เป็น 100Hz ซึ่งมีผลกระทบต่อการอ่านค่า Volt และ Current ในบางเวลา |
| 6 | สามารถส่งข้อมูลผ่าน Protocol ต่าง ๆ ได้ เช่น MQTT, UTP Server, ผู้ให้บริการ Cloud Server ต่าง ๆ | จำเป็นต้องหลีกเลี่ยงสิ่งรบกวน ที่กีดกันสัญญาณความถี่ LoraWan เช่น เหล็ก, รถ เป็นต้น |
| 7 | มีฟังชันเพิ่มเติมหากต้องการเปิด-เปิดหลอดไฟ และ ฟังชันในการอ่านค่าความเข้มแสง ทำให้ทราบถึงคุณภาพการทำงานของหลอดไฟและสถานะการทำงาน | ระยะของสัญญาณถูกจำกัดอยู่ที่ 10mW ตาม ระเบียบข้อบังคับของสำนักงาน กสทช. บนคลื่นความถี่ 433Mhz ทำให้ระยะส่งสัญญาณน้อยลงอยู่ที่ประมาณ 400 เมตร |
| 8 | อุปกรณ์ส่งสัญญาณตัวลูกสามารถส่งข้อมูลไปยังตัวแม่ข่ายได้ในระยะ 400 เมตร ทำให้ประหยัดการเดินสายสัญญาณ | จำเป็นต้องใช้ Internet ในการส่งสัญญาณไปยัง Server ปลายทางและหากตัว Gateway ชำรุดจะไม่สามารถส่งข้อมูลไปยัง Server ได้ |
ในการขยายผลในอนาคตหากต้นแบบประสบความสำเร็จตามวัตถุประสงค์ จะสามารถเพิ่มมูลค่าของผลิตภัณฑ์โคมไฟถนนพลังงานแสงอาทิตย์ จะเป็นการเปิดตลาดสู่ความต้องการของผู้ใช้งานที่มีข้อจำกัดด้านการตรวจ การบำรุงรักษาได้อีกมาก นับเป็นการเปิดโอกาสในการลงทุนเพื่อเพิ่มมูลค่าทางการตลาดให้สูงขึ้นแก่ผลิตภัณฑ์โคมไฟถนนพลังงานแสงอาทิตย์ในปัจจุบัน
