KMITL Expo 2026 LogoKMITL 66th Anniversary Logo

DESIGN OF HIGH-POWER CONVERTER FOR ELECTROLYZER APPLICATION INTERFACING WITH PV SYSTEM

Abstract

This research focuses on the design and development of a high-power converter to regulate energy supply from solar cells (Photovoltaic: PV) to a hydrogen production unit (Electrolyzer), which is a crucial component in advancing renewable energy in alignment with the RE100 initiative. Specifically, this study targets Green Hydrogen, which is generated through the water electrolysis process using clean energy from solar cells, ensuring zero emissions and environmental sustainability. The proposed converter includes of a Three-Level NPC Inverter, transformer, Full-Bridge Rectifier, and LC filter to enhance the power quality supplied to the electrolyzer. The system's design and simulation were conducted using MATLAB and Simulink to evaluate circuit performance and analyze operational efficiency. Simulation was conducted using MATLAB and Simulink to evaluate circuit performance and analyze operational efficiency. Additionally, a microcontroller-based control system is integrated with a gate driver circuit to optimize the electrolysis process by reducing power losses. This proposed converter effectively converts PV energy into suitable voltage and current levels for the electrolyzer while maintaining high hydrogen production efficiency.

Objective

ปัจจุบัน โลกกำลังเผชิญกับปัญหาการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศและภาวะโลกร้อน ซึ่งเกิดจากการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) และก๊าซเรือนกระจกจากภาคอุตสาหกรรม การคมนาคม และการผลิตไฟฟ้าจากเชื้อเพลิงฟอสซิล เพื่อแก้ไขปัญหานี้ หลายประเทศได้ร่วมมือกันภายใต้ COP25 ซึ่งเป็นการประชุมด้านสภาพภูมิอากาศของสหประชาชาติ โดยมีเป้าหมายลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกให้เป็นศูนย์ภายในปี 2050 หนึ่งในแนวทางสำคัญที่ช่วยลดการพึ่งพาพลังงานฟอสซิลคือ พลังงานหมุนเวียน (Renewable Energy) เช่น พลังงานลม (Wind Energy) และพลังงานน้ำ (Hydropower) ซึ่งสามารถลดการปล่อย CO₂ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยเฉพาะ โซล่าร์เซลล์ (Photovoltaic: PV) ที่ได้รับความนิยมเนื่องจากติดตั้งง่าย ราคาถูกลง และเหมาะกับการใช้งานทั้งระดับครัวเรือนและภาคอุตสาหกรรม อย่างไรก็ตาม พลังงานหมุนเวียนมีข้อจำกัดเรื่องความไม่เสถียร เนื่องจากแสงแดดและลมมีความผันผวน จึงจำเป็นต้องมี Energy Storage System (ESS) เพื่อกักเก็บพลังงานส่วนเกินและนำมาใช้ในช่วงที่แหล่งพลังงานไม่สามารถผลิตไฟฟ้าได้ Green Hydrogen เป็นอีกแนวทางสำคัญในการลดการปล่อย CO₂ โดยผลิตจากกระบวนการ Electrolysis ของน้ำ ซึ่งใช้พลังงานหมุนเวียนในการแยกไฮโดรเจนออกจากออกซิเจน ทำให้เป็นกระบวนการผลิตพลังงานที่ปราศจากมลพิษ ไฮโดรเจนที่ได้สามารถใช้เป็นแหล่งพลังงานสะอาดผ่าน Fuel Cell เพื่อเปลี่ยนกลับเป็นไฟฟ้าได้ โครงงานนี้มุ่งเน้นการออกแบบและพัฒนา Converter สำหรับทำงานร่วมกับ Photovoltaic Cell และ Hydrogen Electrolyzer เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการผลิต Green Hydrogen และส่งเสริมการใช้พลังงานสะอาดในระบบกักเก็บพลังงาน ซึ่งจะช่วยลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกและสนับสนุนเป้าหมายของ RE100 และ COP25 ในการสร้างโลกที่ยั่งยืน

Other Innovations

C(4)ulture Adventure Board Game

คณะศิลปศาสตร์

C(4)ulture Adventure Board Game

Board games are becoming a popular way to connect people, especially in cafés and social spaces. Meanwhile, Thailand’s diverse tourism—rich in nature, culture, and regional charm—attracts visitors worldwide. We combine the thrill of travel with board games to showcase hidden gems in a fun and educational way, leading to the creation of “C(4)ulture Adventure Board Game.”

Read more
Analysis of Factors Affecting Productivity Improvement in Sugarcane Processing Plants.

คณะวิทยาศาสตร์

Analysis of Factors Affecting Productivity Improvement in Sugarcane Processing Plants.

Sugar production from sugarcane is a complex process that requires precise control. One of the major issues is sugar loss, which can result from various factors, particularly "burnt cane," before being sent to the mill. This affects the quality of the sugarcane and the efficiency of sugar extraction, along with the performance of the machinery and the properties of the cane, which impact the amount of sugar extracted. This study aims to analyze the factors that influence sugar loss in the sugar production process, using quantitative data from a sugar factory. Nine variables were examined, including mechanical efficiency, machine downtime per day, cane waiting time per day, sand content in cane juice, pol extraction efficiency, overall working time efficiency, cane juice purity, cane sugar content (C.C.S.), and burnt cane. The data were analyzed using correlation analysis to examine relationships between variables and regression modeling to predict sugar loss. The results showed that mechanical efficiency, cane sugar content, and the amount of sand or impurities in the cane juice were significantly correlated with sugar loss. Mechanical efficiency had a direct relationship with the amount of cane milled, which improved sugar production. On the other hand, burnt cane, or cane that was burnt before harvesting, resulted in reduced sugar extraction and impacted the quality of the sugar. Therefore, reducing sugar loss in the production process can be achieved by improving machine efficiency, reducing impurities in cane juice, and managing burnt cane, which will improve sugar production efficiency in the future.

Read more
Smart Cat House

คณะวิทยาศาสตร์

Smart Cat House

This project presents the development of a "Smart Cat House" using Internet of Things (IoT) and image processing technology to facilitate and enhance the safety of cat care for owners. The infrastructure of the smart cat house consists of an ESP8266 board connected to an ESP32 CAM camera for cat monitoring, and an Arduino board that controls various sensors such as a motion sensor in the litter box, a DHT22 temperature and humidity sensor, an ultrasonic water and food level sensor, including a water supply system for cats, an automatic feeding system, and a ventilation system controlled by a DC FAN that adjusts its operation according to the measured temperature to maintain a suitable environment. There is also an IR sensor to detect the cat's entry into the litter box and an automatic sand changing system with a SERVO MOTOR. All systems are connected and controlled through the Blynk application, which can be used on mobile phones, allowing owners to monitor and care for their pets remotely. Cat detection and identification uses image processing technology from the ESP32 CAM camera in conjunction with YOLO (You Only Look Once), a high-performance object detection algorithm, to detect and distinguish between cats and people. Data from various sensors are sent to the Arduino board to control the operation of various devices in the smart cat house, such as turning lights on and off, automatically changing sand, adjusting temperature and humidity, feeding food and water at scheduled times, or ventilation. The use of a connection system via ESP8266 and the Blynk application makes it easy and convenient to control various devices. Owners can monitor and control the operation of the entire system from anywhere with internet access.

Read more