เปลี่ยนรถเก่าให้เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าทรงพลัง
(blog.arduino.cc)- โปรเจกต์นี้นำ Toyota Sienna มินิแวน ที่แทบไม่มีมูลค่าสำหรับการขับบนถนนแล้ว แต่เครื่องยนต์ยังสมบูรณ์ มาดัดแปลงรถที่กำลังจะถูกทิ้งให้เป็นแหล่งพลังงานนอกโครงข่ายไฟฟ้า
- เครื่องกำเนิดไฟฟ้าคุณภาพสูงอาจมีราคาตั้งแต่หลายพันจนถึงหลายหมื่นดอลลาร์ ทำให้ เครื่องยนต์รถเก่าที่ยังทำงานได้ปกติ อาจเป็นทางเลือกต้นทุนต่ำกว่า
- Jake von Slatt พยายามสร้าง เอาต์พุต AC 60Hz โดยนำอัลเทอร์เนเตอร์จากเครื่องกำเนิดไฟฟ้า Harbor Freight ที่เสียแล้วมาจับคู่กับเครื่องยนต์ของ Sienna
- Arduino Nano Every และ H-bridge ใช้ขยับแอคชูเอเตอร์ของระบบควบคุมความเร็วคงที่ เพื่อทำให้เครื่องยนต์คงที่อยู่ใกล้ 3600rpm
- เป็นแนวทางสร้างเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ใช้งานได้จริงสำหรับการใช้นอกโครงข่ายไฟฟ้า โดยนำรถระดับซากและชิ้นส่วนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเก่ากลับมาใช้ใหม่
ใช้รถที่ใกล้ปลดระวางเป็นเครื่องยนต์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
- เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์ราคาแพง
- รุ่นเล็กคุณภาพต่ำอาจซื้อได้ในราคาหลายร้อยดอลลาร์
- เครื่องกำเนิดไฟฟ้าคุณภาพสูงมีราคาตั้งแต่หลายพันไปจนถึงหลายหมื่นดอลลาร์
- รถเก่าอาจมีราคาถูกมาก โดยเฉพาะเมื่ออยู่ในสภาพที่ แทบขับบนถนนไม่ได้แล้ว
- Jake von Slatt เผยแพร่วิดีโอเป็นชุด แสดงขั้นตอนการเปลี่ยนรถระดับซากที่ยังมีเครื่องยนต์ใช้งานได้ให้กลายเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากำลังสูง
- เครื่องยนต์ของโปรเจกต์นี้นำมาจาก Toyota Sienna มินิแวน
- ตัวรถเองแทบไม่มีมูลค่าพอจะเก็บไว้ใช้งานบนถนนต่อ
- แต่เครื่องยนต์ยังทำงานได้ดี
- และมีกำลังเพียงพอสำหรับใช้เป็นต้นกำลังของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
- อัลเทอร์เนเตอร์นำมาจาก เครื่องกำเนิดไฟฟ้า Harbor Freight ที่เครื่องยนต์พังแล้ว
รักษาเอาต์พุต 60Hz ด้วย Arduino
- หากต้องการใช้อุปกรณ์ไฟฟ้าภายในบ้านและเครื่องมือช่าง เอาต์พุตแรงดัน AC จำเป็นต้องรักษาความถี่ 60Hz ที่เสถียร
- ระบบควบคุมความเร็วคงที่ของ Sienna เดิมถูกออกแบบมาเพื่อขยับคันเร่งให้ความเร็วล้อคงที่
- ในโปรเจกต์นี้ ระบบเดียวกันถูกนำมาใช้เพื่อคงรอบเครื่องยนต์ไว้ที่ 3600rpm เพื่อรักษา 60Hz
- วงจรควบคุมสร้างขึ้นโดยมี Arduino Nano Every board และ H-bridge เป็นแกนหลัก
- Arduino ควบคุมเซอร์โวมอเตอร์ของแอคชูเอเตอร์ระบบควบคุมความเร็วคงที่ผ่าน H-bridge
- แรงดันเอาต์พุตจากอัลเทอร์เนเตอร์ถูกลดลงเหลือ 5V เพื่อใช้ตรวจสอบความถี่
- หากความถี่ต่ำ Arduino จะสั่งหมุนแอคชูเอเตอร์เพื่อเพิ่มรอบเครื่องยนต์และปรับให้กลับมาที่ 60Hz
- ผลลัพธ์คือสามารถนำรถที่กำลังจะถูกทิ้งและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเก่ากลับมาใช้ใหม่เป็นอุปกรณ์จ่าย พลังงานนอกโครงข่ายไฟฟ้า ได้ แทนที่จะปล่อยให้กลายเป็นขยะ
1 ความคิดเห็น
ความคิดเห็นบน Hacker News
ถ้าจะทำแบบนี้ น่าจะดีกว่าถ้าใส่ เกียร์บ็อกซ์ ไว้ระหว่างเครื่องยนต์กับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
เครื่องยนต์รถยนต์หมุนที่ 3600rpm ได้ก็จริง แต่โดยทั่วไปภายใต้โหลดสูง จุดที่ประหยัดเชื้อเพลิงที่สุดมักอยู่แถว ๆ 2000rpm ที่โหลดต่ำ รอบที่ต่ำกว่านั้นจะมีประสิทธิภาพกว่า แต่ระบบระบายความร้อนของรถยนต์อาจไม่ได้ใหญ่พอจะรับโหลดสูงต่อเนื่องนาน ๆ ดังนั้นการให้เครื่องยนต์หมุนที่ 1800rpm แล้วใช้เกียร์บ็อกซ์อัตราทด 1:2 เพื่อสร้างรอบที่เหมาะกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ดูเป็นการออกแบบที่เรียบง่ายและ “ใกล้เคียงพอ”
เครื่องยนต์สมัยใหม่กว่าอาจมีประสิทธิภาพสูงสุดแถว ๆ 3000rpm จากการปรับปรุงเทคโนโลยี อย่างไรก็ตาม ในกรณีนี้ความต่างระหว่างกำลังเครื่องยนต์กับกำลังสูงสุดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ามากเกินไป จึงอาจไม่มีความหมายมากนัก เครื่องกำเนิดไฟฟ้าตัวนี้ 5500W หรือประมาณ 7.4 แรงม้า และแม้คิดประสิทธิภาพของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแล้ว โหลดสูงสุดก็น่าจะราว 8 แรงม้า เครื่องยนต์ Toyota Sienna มีกำลังสูงสุดประมาณ 200 แรงม้า เมื่อเทียบกับแอร์รถยนต์ที่กินกำลังราว 4 แรงม้า เครื่องกำเนิดไฟฟ้าก็ยังเป็นโหลดไม่ถึงสองเท่าของแอร์ด้วยซ้ำ สุดท้ายแล้ว การจัดชุดพูลเลย์ให้หมุนใกล้ระดับเดินเบาเพื่อลด การสูญเสียภายในเครื่องยนต์ ดูจะเหมาะกว่า
วางทั้งหมดบนพาเลตที่เสริมความแข็งแรงก็จบแล้ว โครงแบบนี้คงยากที่จะจ่ายไฟให้ความต้องการใช้ไฟของบ้านทั่วไปในอเมริกาเหนือได้อย่างเสถียรเป็นเวลาหลายเดือน แต่มีโอกาสสูงว่าจะทำงานได้อย่างน้อยเท่ากับสิ่งที่เครื่องยนต์ 150cc น่าสงสัยของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าราคาถูกเคยทำก่อนที่มันจะพัง
เป็นชุดประกอบที่เจ๋งดี ผมเคยใช้ชีวิตบนเรือยอชต์อยู่ช่วงหนึ่ง ถ้าฟ้าครึ้มหลายวัน ก็ชาร์จแบตเตอรี่ด้วยโซลาร์ได้ยาก
เครื่องยนต์ดีเซล M35 Universal ขนาดเล็กที่ผมใช้มีแรงบิดเยอะ และใช้แรงบิดนั้นหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า 110V 120A มันชาร์จแบตเตอรี่เหมือนไดชาร์จรถยนต์ แต่ในกรณีของผมคือชาร์จแบตเตอรี่ลิเธียมไอรอนฟอสเฟต 12V 200Ah จำนวน 6 ลูก แบตเตอรี่เหล่านี้ใช้เดินอุปกรณ์ “บ้าน” อย่างอินเวอร์เตอร์ 120V 3000W, แอร์, ตู้เย็น, เครื่องชงกาแฟ, เครื่องทำน้ำจืด, เตาไฟฟ้า, ไฟส่องสว่าง, อุปกรณ์นำทาง, วิทยุสื่อสาร, Starlink, Xbox ได้หลายวัน ถ้าไม่อยากให้มีตัวรถเกะกะ ก็ยกเฉพาะเครื่องยนต์ขึ้นแท่นแล้วเดินสายเหมือนในวิดีโอได้ สิ่งที่จำเป็นต่อการเดินเครื่องยนต์มีแค่ท่อน้ำมันเชื้อเพลิง, การจุดระเบิด และกำลังอัดเท่านั้น
เพราะหลังไฟเขียวเปลี่ยน กว่าจะเร่งถึงความเร็วใช้เวลาเพียงไม่กี่วินาที จากนั้นก็ต้องใช้กำลังน้อยกว่านั้นมาก เรือยอชต์สามารถระบายความร้อนด้วยน้ำทะเลที่แทบไม่จำกัดได้ และเครื่องยนต์ก็น่าจะต้องมีคอมพิวเตอร์ด้วย ซึ่งถ้าเป็นแบบนั้นก็ต้องมีระบบไฟฟ้าตามมา
ในแวดวงเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากึ่ง DIY เครื่องยนต์ Lister และสำเนาอย่าง Listeroid ก็น่าดู
ถ้าเดินด้วยดีเซล มันจะเป็นเครื่องยนต์ที่ค่อนข้างมีประสิทธิภาพสำหรับขับระบบสายพานตามต้องการ และยังเปลี่ยนจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าไปต่อกับโรงสีหรือปั๊มน้ำได้ด้วย เชื้อเพลิงทางเลือกอย่างไบโอดีเซลหรือน้ำมันใช้แล้วก็ใช้ได้เป็นส่วนใหญ่ โครงสร้างเรียบง่ายรอบต่ำจึงทนทานและซ่อมบำรุงง่าย
http://www.justliveoffgrid.com/InstallationGuide.html
https://diesel-bike.com/Lister_Gen/Lister1.html
ไม่ค่อยแน่ใจว่าการดัดแปลงนี้สมเหตุสมผลแค่ไหน เดิมทีเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ทิ้งแล้วเพราะเครื่องยนต์เดิมพัง และสามารถเอา เครื่องยนต์ 4 จังหวะ สำเร็จรูปมาติดได้ในราคาต่ำกว่า 1000 ดอลลาร์
แต่กลับเอารถที่แม้เป็นรถซากก็น่าจะมีมูลค่าราวครึ่งหนึ่งของราคาเครื่องยนต์ใหม่มาใช้ แถมยังต้องเสียพื้นที่ที่รถกินไป ค่าอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และค่าประกอบ สุดท้ายคือเอาเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ใช้ได้สูงสุดแค่ประมาณ 10 แรงม้า ไปหมุนด้วยเครื่องยนต์รถซากเกือบ 200 แรงม้า งานประดิษฐ์เฉพาะหน้างานนี้ยอดเยี่ยมก็จริง แต่ยากจะจินตนาการว่ามีเหตุผลอะไรให้ทำแบบเดียวกันเป็นครั้งที่สอง
ถ้าปลดคลัตช์ครูซคอนโทรล รถก็ยังขับได้อยู่ และเขาว่ายังใช้ขนของหรือเชื่อมงานได้ด้วย
อาจเป็นคำถามโง่ ๆ แต่ไฮบริดอย่าง Prius เป็นรถที่ออกแบบมาให้ใช้เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าได้แบบหนึ่งอยู่แล้ว เลยคิดว่า Prius เก่า ๆ น่าจะเป็นตัวเลือกที่ดีกว่าสำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบอยู่กับที่หรือเปล่า
ตอนนี้มีของเยอะและราคาก็ถูกลงพอสมควรแล้ว หลังพายุ derecho ที่ไอโอวาในเดือนสิงหาคม 2020 ผมอยู่แบบไฟดับ 5 วัน จึงเข้าใจอย่างถ่องแท้ว่แหล่งไฟสำรองฉุกเฉินสำคัญแค่ไหน เครื่องกำเนิดไฟฟ้าหาซื้อไม่ได้ แม้แต่ศูนย์พักพิงสัตว์ก็ยังถูกขโมยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจากลานบ้าน น้ำมันเบนซินกับน้ำแข็งก็หายาก และเพราะใช้เตาไฟฟ้าเลยทำอาหารลำบาก เตาย่างแบบ pellet ก็เป็นไฟฟ้าเลยใช้ไม่ได้ และหลังจาก 3 วันก็ต้องทิ้งอาหารในตู้เย็นกับตู้แช่แข็งทั้งหมด
มอเตอร์-เจเนอเรเตอร์ของ Prius น่าจะใกล้หรือเกิน 90% มอเตอร์-เจเนอเรเตอร์อาจไม่สามารถหมุนต่อเนื่องที่ duty cycle 100% ได้ แต่กำลังสูงสุดอยู่ที่หลายสิบ kW จึงต้องมีโหลดค่อนข้างใหญ่ อัลเทอร์เนเตอร์รถยนต์จำนวนมากทนโหลดสูงสุดเป็นเวลานานไม่ได้ และจ่ายได้แค่ราว 2kW จึงมีความเสี่ยง ขดลวดหรือเรกูเลเตอร์แรงดันอาจร้อนเกินไป บางรุ่นมีการป้องกันความร้อน แต่ก็ไม่เสมอไป ถ้าเพิ่มการระบายความร้อนแบบบังคับเพื่อช่วยพัดลมแรงเหวี่ยง ก็พอแก้ขัดได้
https://fridge0.branchable.com/
https://fridge0.branchable.com/thermal_mass/
กำลังจ่ายจำกัด แต่ตอนพายุฤดูหนาวทำให้ไฟดับ มันช่วยให้ใช้ระบบทำความร้อนน้ำมันและอินเทอร์เน็ตได้หลายวัน เครื่องยนต์จะติดเฉพาะตอนต้องชาร์จแบตเตอรี่ไฮบริด จึงมีประสิทธิภาพกว่ากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าทั่วไปมาก ถ้าติดอินเวอร์เตอร์ที่เข้ากับแบตเตอรี่ไฮบริด 140V ก็น่าจะดึงไฟได้มากกว่านี้ แต่วิธีนี้เร็วและง่าย ผมลองจะต่อ ตู้เย็นแทนระบบทำความร้อน แต่เพราะปัญหากราวด์ อินเวอร์เตอร์เลยตัด โชคดีที่ข้างนอกหนาวเลยพอเอาตัวรอดได้ แผนกู้คืนจากภัยพิบัติ ยังไม่ถือว่าเสร็จจนกว่าจะทดสอบจนจบจริง ๆ
แบตเตอรี่ขับเคลื่อนไม่ได้ใหญ่เป็นพิเศษ ถ้าไม่ผูกเข้ากับแพ็กที่ใหญ่กว่า เครื่องยนต์คงติดบ่อย ๆ มีคนดัดแปลงหลอกระบบไฮบริด NiMH ให้ใช้เซลล์ LiFePO4 ด้วย โดยติดคอนโทรลเลอร์ชาร์จแยกให้แต่ละเซลล์ สุดท้ายสิ่งที่ระบบควบคุมรถเห็นก็มีแค่แรงดันของเซลล์เท่านั้น
อัลกอริทึมควบคุมพื้นฐานของเขาดูมีพื้นที่ให้ปรับปรุงอีกมาก แค่ใช้ PID controller ง่าย ๆ ก็น่าจะตอบสนองต่อการเปลี่ยนโหลดได้เร็วกว่ามาก และลู่เข้าสู่ตำแหน่งคันเร่งที่เหมาะสมได้
ดูคอนโทรลเลอร์ค่อย ๆ คลานไปแล้วค่อนข้างหงุดหงิด
“ผมเคยคิดเรื่องนั้นแล้ว และเห็นว่าเป็นไอเดียที่ดีครับ ถ้าทักษะเขียนโค้ดดีขึ้น ก็คงกลับมาทำโปรเจกต์นี้อีก ผมเสียบสาย USB ไว้กับ Arduino แล้ว ดังนั้นการอัปเดตโค้ดน่าจะง่ายมาก!”
ถึงขั้นอาจแฮ็กตัว cruise control เองให้ปรับ “ความเร็ว” เป็น 60Hz ได้ด้วยซ้ำ
3600rpm ถือว่าสูงพอสมควร อุปกรณ์นี้น่าจะกินเชื้อเพลิงมาก
ต้องคำนวณดูว่าประหยัดเงินจริงเมื่อเทียบกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสำหรับผู้บริโภคที่ทำมาดีหรือไม่ ผมยังกังวลเรื่อง ความน่าเชื่อถือ ของชุดชิ้นส่วนที่ผู้ใช้เอามารวมกัน มากกว่าตัวเครื่องยนต์เองด้วย
เจ้าตัวก็รู้อย่างชัดเจนว่านี่คือวิธีแบบ Mad Max “ทำจากของจุกจิกที่มีอยู่” สำหรับปัญหาที่มีทางแก้เรียบร้อยแล้ว ในเชิงคอนเซปต์มันเท่ แต่การใช้งานแคบมาก และถ้าวัดอย่างเป็นกลางก็ไม่ใช่ไอเดียที่ดี ถ้าใช้เครื่องยนต์ที่มีพัดลมคลัตช์ขนาดใหญ่กับหม้อน้ำที่มีชราวด์ครอบดี ๆ เรื่องระบายความร้อนก็พอแก้ได้ระดับหนึ่ง และถ้าจะประหยัดเชื้อเพลิง ควรใช้ระบบควบคุมรอบเดินเบาของเครื่องยนต์ที่รอบต่ำกว่านี้มากกว่า ถึงอย่างนั้นก็เหมือนทาลิปสติกให้หมูอยู่ดี และถ้าไป Harbour Freight ก็ซื้อหมูที่ดูดีกว่านี้ได้
งานประเภทนี้มักอยู่นอกขอบเขตประสบการณ์หรือความรู้ของผู้อ่าน HN โดยเฉลี่ย แต่ก็น่าสนใจที่ที่นี่กลับมองแบบวิพากษ์มากเป็นพิเศษ
มันไม่ใช่ชุดประกอบในอุดมคติเลย แต่คนที่ชอบงานเครื่องจักรมักชอบงัดแงะอะไรแบบนี้ รวมถึงผมด้วย
งาน DIY เองก็สนุกอยู่แล้ว แต่ถ้าจะคิดในสเกลที่ใหญ่ขึ้น เอกสารนี้ก็น่าดู
https://academiccommons.columbia.edu/doi/10.7916/D81N8CPF
ในบทคัดย่อเน้นถึงคุณค่าของการดัดแปลงเครื่องยนต์ลูกสูบสันดาปภายในขนาดเล็กที่ผลิตจำนวนมากไปใช้ในการออกแบบระบบที่ไม่ใช่รถยนต์ จุดตั้งต้นคือข้อสังเกตว่า เมื่อปรับเทียบตามกำลังขับแล้ว เครื่องยนต์สันดาปภายใน มีราคาถูกกว่าโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่แบบเดิมถึง 100 เท่า และส่วนที่ใหญ่ที่สุดของบทความก็ว่าด้วยการจำลอง ออกแบบ ดัดแปลง และทดสอบเครื่องยนต์ลูกสูบชักให้เป็นคอมเพรสเซอร์ โดยอาศัยข้อเท็จจริงที่ว่าเครื่องยนต์รูปแบบเดิมโดยเนื้อแท้แล้วก็คือคอมเพรสเซอร์แบบลูกสูบชัก เพื่อดูว่าสามารถดัดแปลงให้เป็นคอมเพรสเซอร์ก๊าซขนาดเล็กได้อย่างคุ้มต้นทุนหรือไม่
ถ้าใช้เป็นแบ็กอัปฉุกเฉินหรือเป็น กำลังสำรอง ตามที่บทความพูดถึงก็พอใช้ได้ แต่สำหรับการผลิตไฟฟ้าทั่วไป ต้นทุนการเดินเครื่องจะแพงมาก แนวคิดแบบโมดูลาร์นั้นดี แต่ก็เป็นแนวคิดที่รวมอยู่ในโรงไฟฟ้าเสมือน (VPP) ที่กำลังถูกสร้างอยู่แล้วในตอนนี้
เครื่องกำเนิดไฟฟ้า 2 ขั้ว ตัวนั้นเหมาะกับการให้เครื่องยนต์เบนซินสูบเดียวหมุนแผดเสียงที่ 3600rpm
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดใหญ่กว่าจะเป็นแบบ 4 ขั้ว จึงหมุนได้ที่ 1800rpm สำหรับ 60Hz และ 1500rpm สำหรับ 50Hz กำลัง 5500W ก็ไม่ได้ถือว่าแรงมาก เป็นระดับหัวเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเบนซินพกพามาตรฐาน เครื่องยนต์รถยนต์มีกำลังเกินความจำเป็น และมีโอกาสสูงที่จะไม่ได้ทำงานใกล้จุดที่มีประสิทธิภาพดี ความเร็วของมอเตอร์หรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับคือ RPM = 120f/p โดยที่ f คือ Hz และ p คือจำนวนขั้ว