โมดูล 3/5 · สัปดาห์ 7–9 · 27 ชม.

ระบบพลังงาน

UAT 362 เทคโนโลยีระบบอากาศยานไร้คนขับเพื่ออุตสาหกรรม พลังงาน และโครงสร้างพื้นฐาน

เวลาเรียนประมาณ 90 นาทีร่าง รอตรวจปรับปรุงล่าสุด 27 กันยายน 2569

บทเรียน

เมื่อเรียนจบโมดูลนี้ ผู้เรียนจะสามารถ

  1. อ่านรูปแบบความร้อนของแผงโซลาร์ แยกความผิดปกติระดับแผงกับระดับสตริง
  2. ระบุวิธีตรวจสายส่ง กังหันลม และท่อส่ง ด้วยเซนเซอร์ที่เหมาะสม
  3. วางแผนรอบลาดตระเวนท่อส่งตามชั้นพื้นที่
  4. อธิบายขอบเขตของมาตรฐานและสิ่งที่ยังต้องยืนยันด้วยการตรวจภาคพื้น

ความรู้พื้นฐานที่ควรมี: UAT 362 โมดูล 1–2

ทำไมต้องรู้

ระบบพลังงานแต่ละชนิดเสียในรูปแบบของตัวเอง แผงโซลาร์ที่ร้อนทั้งสตริงกับร้อนแผงเดียวมีสาเหตุต่างกัน ข้อต่อสายไฟร้อนขึ้นตามกระแส ใบพัดกังหันลมสึกกร่อนที่ขอบนำ และท่อก๊าซรั่วเป็นก๊าซที่ตามองไม่เห็น การอ่านรูปแบบได้ถูกต้องทำให้ส่งทีมซ่อมไปถูกจุดด้วยอุปกรณ์ที่ถูกต้อง

โซลาร์ฟาร์ม

การถ่ายภาพความร้อนแผงโซลาร์กลางแจ้งมีข้อกำหนดทางเทคนิค IEC TS 62446-3:2017 ซึ่งมีหัวข้อการจัด ระดับความผิดปกติ (classes of abnormalities) และตารางรูปแบบความร้อนของแผง รายละเอียดเกณฑ์อยู่ในตัวมาตรฐาน ซึ่งต้องจัดหามาใช้ในงานจริง บทนี้ฝึกหลักการเปรียบเทียบที่ใช้ร่วมกันได้ คือเทียบแผงกับแผงชนิดเดียวกันในสภาพเดียวกัน

กริดสี่สตริง S1 ถึง S4 สตริงละสิบแผง แต่ละช่องมีอุณหภูมิ แผงส่วนใหญ่ 45 องศาสีฟ้า สตริง S4 ทั้งแถวอุ่น 49 องศาสีส้ม และแผงหนึ่งใน S2 ร้อน 57 องศาสีชมพู
ภาพที่ 1 อุณหภูมิแผงโซลาร์สี่สตริง (°C)

ตัวอย่างที่ 1 แยกความผิดปกติระดับสตริงกับระดับแผง

เทียบสองชั้น: ค่ากลางของแต่ละสตริงเทียบกับทั้งแถว และแต่ละแผงเทียบกับค่ากลางของสตริงตัวเอง เกณฑ์ 2 K และ 5 K เป็นเกณฑ์ของทีมสำหรับฝึก

from statistics import median

temps = [[45.0 + 0.1 * ((i * 7 + j * 3) % 5) for j in range(10)] for i in range(4)]
temps[1][6] += 12.0                     # แผงเดียวร้อน
temps[3] = [t + 4.0 for t in temps[3]]  # ทั้งสตริงอุ่น

array_median = median(t for row in temps for t in row)
for s, row in enumerate(temps, 1):
    s_median = median(row)
    string_flag = "string warm" if s_median - array_median >= 2 else ""
    hot = [f"module {m} +{t - s_median:.1f} K" for m, t in enumerate(row, 1) if t - s_median >= 5]
    print(f"S{s}: median {s_median:.2f} °C ({s_median - array_median:+.2f} K) {string_flag} {' '.join(hot)}")
S1: median 45.20 °C (-0.10 K)
S2: median 45.25 °C (-0.05 K)  module 7 +11.8 K
S3: median 45.20 °C (-0.10 K)
S4: median 49.20 °C (+3.90 K) string warm

S2 มีแผงเดียวร้อนผิดปกติ ต้องตรวจแผงนั้น ส่วน S4 อุ่นทั้งสตริงแต่ไม่มีแผงใดโดดเด่นในสตริง รูปแบบนี้ชี้ไปที่ปัญหาระดับสตริง เช่น สตริงที่ไม่จ่ายกระแสออก ทีมต้องตรวจการเชื่อมต่อและอินเวอร์เตอร์ ไม่ใช่เปลี่ยนแผงทั้งสิบ การเทียบกับค่าเฉลี่ยทั้งแถวอย่างเดียวจะมองไม่เห็นความต่างนี้

สายส่ง กังหันลม และท่อส่ง

สี่แถว โซลาร์ฟาร์มใช้ภาพความร้อนเมื่อแดดแรงเทียบแผง สตริง และอินเวอร์เตอร์ สายส่งใช้ความร้อนที่ข้อต่อ UV โคโรนา และ LiDAR ระยะต้นไม้ กังหันลมใช้ภาพละเอียดรอบใบพัดหาการสึกกร่อนขอบนำ ท่อส่งใช้การลาดตระเวนแนวท่อและกล้องตรวจก๊าซ OGI
ภาพที่ 2 สินทรัพย์พลังงานและวิธีตรวจ
  • สายส่ง ข้อต่อที่หลวมหรือสกปรกมีความต้านทานสูงขึ้นและร้อนขึ้นตามกระแสที่ไหล จึงควรตรวจช่วงที่มีโหลดสูงและบันทึกกระแสขณะถ่าย โคโรนาตรวจด้วยกล้อง UV (โมดูล 2)
  • กังหันลม บทความทบทวนของ Memari และคณะ (2024) สรุปการใช้โดรนร่วมกับ deep learning ตรวจรอยแตก การสึกกร่อนที่ขอบนำ และการแยกชั้นของใบพัด ต้องหยุดกังหันและล็อกใบพัดก่อนบินใกล้
  • ท่อส่งก๊าซ กล้องตรวจก๊าซด้วยแสง (optical gas imaging, OGI) มีเกณฑ์ในกฎ EPA 40 CFR 60 Appendix K (2024) เช่น ช่วงคลื่นของกล้องต้องตรงกับช่วงที่ก๊าซเป้าหมายดูดกลืน ส่วนเซนเซอร์ TDLAS ใช้เลเซอร์ที่ปรับความยาวคลื่นผ่านเส้นการดูดกลืนของก๊าซ แล้วคำนวณความเข้มข้นจากกฎของ Beer–Lambert (Lin และคณะ, 2022)

รอบลาดตระเวนท่อ

49 CFR 192.705 ของสหรัฐฯ เป็นตัวอย่างการกำหนดรอบตาม ชั้นพื้นที่ (class location) ซึ่งขึ้นกับความหนาแน่นของอาคารใกล้ท่อ ยิ่งมีคนมากยิ่งต้องตรวจบ่อย และจุดตัดถนนหรือทางรถไฟต้องตรวจบ่อยกว่าที่อื่น

ตัวอย่างที่ 2 จำนวนรอบลาดตระเวนขั้นต่ำต่อปี (ตามตัวอย่างกฎสหรัฐฯ)

ท่อ 3 km สมมติแบ่งเป็นช่วงชั้น 1 ยาว 2.4 km และชั้น 3 ยาว 0.6 km ที่มีจุดตัดถนน

MIN_PER_YEAR = {  # ชั้นพื้นที่: (ที่จุดตัดถนน/ทางรถไฟ, ที่อื่น) ครั้งต่อปีขั้นต่ำ
    1: (2, 1), 2: (2, 1), 3: (4, 2), 4: (4, 4),
}
segments = [("A", 1, 2.4, False), ("B", 3, 0.6, True)]   # ชื่อ, ชั้น, km, มีจุดตัดถนน
for name, cls, km, crossing in segments:
    crossing_n, elsewhere_n = MIN_PER_YEAR[cls]
    n = max(crossing_n if crossing else 0, elsewhere_n)
    print(f"segment {name}: class {cls}, {km} km -> at least {n} patrols/year")
plan = max(max(MIN_PER_YEAR[c][0] if x else 0, MIN_PER_YEAR[c][1]) for _, c, _, x in segments)
print(f"one patrol plan covering the whole route: {plan} times/year")
segment A: class 1, 2.4 km -> at least 1 patrols/year
segment B: class 3, 0.6 km -> at least 4 patrols/year
one patrol plan covering the whole route: 4 times/year

การบินครอบคลุมทั้งแนวในรอบเดียวง่ายกว่าแยกตารางตามช่วง จึงใช้ความถี่ของช่วงที่เข้มที่สุด ตัวเลขนี้เป็นตัวอย่างจากกฎหมายสหรัฐฯ งานในไทยต้องใช้ข้อกำหนดของหน่วยงานกำกับและเจ้าของท่อ

ปฏิบัติการประจำโมดูล

ปฏิบัติการ: อ่านรูปแบบความร้อนของแผงโซลาร์

  1. ถ่ายภาพความร้อนแผงโซลาร์ของมหาวิทยาลัยในวันแดดแรง บันทึกความเข้มแสง อุณหภูมิอากาศ และลม
  2. ทำตารางอุณหภูมิรายแผงตามผังสตริงจริง (ขอผังจากผู้ดูแลระบบ)
  3. ใช้โค้ดตัวอย่างที่ 1 แยกความผิดปกติระดับแผงและระดับสตริง ด้วยเกณฑ์ที่ตั้งก่อนดูผล
  4. ยืนยันจุดที่พบด้วยภาพสีและข้อมูลกระแสจากอินเวอร์เตอร์
  5. เขียนรายการสิ่งที่พบพร้อมตำแหน่งแผง สาเหตุที่เป็นไปได้ และสิ่งที่ต้องตรวจต่อ

ข้อผิดพลาดที่พบบ่อย

ระวัง

  • เปลี่ยนแผงทั้งสตริง ทั้งที่ปัญหาอยู่ที่การเชื่อมต่อ
  • เทียบกับค่าเฉลี่ยทั้งแถวอย่างเดียว
  • ตรวจข้อต่อสายไฟตอนโหลดต่ำ จนความร้อนไม่ปรากฏ
  • บินใกล้กังหันลมที่ยังหมุน
  • อ้างเกณฑ์ระดับความผิดปกติของ IEC โดยไม่มีตัวมาตรฐาน

สรุป

  • เทียบแผงกับกลุ่มของตัวเอง แยกความผิดปกติระดับแผงกับระดับสตริงซึ่งมีสาเหตุต่างกัน
  • สายส่งตรวจเมื่อโหลดสูงร่วมกับ UV กังหันลมต้องหยุดก่อนบินใกล้ ท่อก๊าซใช้ OGI หรือ TDLAS
  • รอบลาดตระเวนท่อขึ้นกับชั้นพื้นที่ แผนบินรอบเดียวใช้ความถี่ของช่วงที่เข้มที่สุด
  • เกณฑ์ละเอียดอยู่ในมาตรฐานและข้อกำหนดของเจ้าของสินทรัพย์ ผลจากโดรนต้องยืนยันภาคพื้น

แบบฝึกตรวจความเข้าใจ

  1. สตริงมีค่ากลาง 46 °C แผงหนึ่ง 53 °C ต่างจากค่ากลางเท่าใด
  2. ทั้งสตริงอุ่นกว่าแถวเท่า ๆ กัน ควรตรวจอะไรก่อน
  3. ทำไมควรตรวจข้อต่อสายไฟช่วงโหลดสูง
  4. ท่อช่วงชั้น 3 ที่มีจุดตัดถนน ตามตัวอย่างกฎสหรัฐฯ ต้องลาดตระเวนอย่างน้อยกี่ครั้งต่อปี
  5. OGI ต้องมีคุณสมบัติใดตาม Appendix K
เฉลย
  1. K
  2. การเชื่อมต่อของสตริงและอินเวอร์เตอร์
  3. ความร้อนที่ข้อต่อเพิ่มตามกระแส โหลดต่ำอาจไม่เห็นความผิดปกติ
  4. 4 ครั้ง
  5. ช่วงคลื่นของกล้องต้องตรงกับช่วงที่ก๊าซเป้าหมายดูดกลืน

สรุปสูตรสำคัญ

ความต่างจากค่ากลางของกลุ่ม

แหล่งอ้างอิงหลัก

  1. International Electrotechnical Commission. (2017). Photovoltaic (PV) systems – Requirements for testing, documentation and maintenance – Part 3: Photovoltaic modules and plants – Outdoor infrared thermography (IEC TS 62446-3:2017). link
  2. Jahn, U., Herz, M., Köntges, M., et al. (2018). Review on infrared and electroluminescence imaging for PV field applications (Report IEA-PVPS T13-10:2018). IEA PVPS. link
  3. Memari, M., Shakya, P., Shekaramiz, M., Seibi, A. C., & Masoum, M. A. S. (2024). Review on the advancements in wind turbine blade inspection: Integrating drone and deep learning technologies for enhanced defect detection. IEEE Access, 12, 33236–33282. link
  4. U.S. Environmental Protection Agency. (2024). Appendix K to Part 60 — Determination of volatile organic compound and greenhouse gas leaks using optical gas imaging. 40 C.F.R. Part 60. link
  5. Lin, S., Chang, J., Sun, J., & Xu, P. (2022). Improvement of the detection sensitivity for tunable diode laser absorption spectroscopy: A review. Frontiers in Physics, 10, 853966. link
  6. Transmission lines: Patrolling, 49 C.F.R. § 192.705. link
  7. Wang, Y., & Qian, Y. (2019). Characteristics of the corona discharge of polymer insulators based on solar-blind ultraviolet images. Optical Engineering, 58(11), 113102. link

อ่านเพิ่มเติม

ศึกษาหน่วยความรู้ที่กำหนดล่วงหน้า ดูสื่อประกอบ และทำ quiz ประจำโมดูล

ในชั้นเรียน / ภาคสนาม

ปฏิบัติการเข้มข้นในแล็บและภาคสนาม บันทึกผลลงสมุดปฏิบัติการ

หลักฐานการเรียนรู้: สมุดปฏิบัติการที่อาจารย์ลงนาม

แบบทดสอบประจำโมดูล

แบบทดสอบนี้ใช้ตรวจความเข้าใจ (formative) ไม่ใช่การสอบเก็บคะแนน

โดเมนความรู้: การตรวจสอบ อุตสาหกรรม และการเฝ้าระวัง