แสงสว่างจากพลังงานแสงอาทิตย์

%e0%b9%84%e0%b8%9f%e0%b8%9e%e0%b8%a5%e0%b8%b1%e0%b8%87%e0%b8%87%e0%b8%b2%e0%b8%99%e0%b9%81%e0%b8%aa%e0%b8%87%e0%b8%ad%e0%b8%b2%e0%b8%97%e0%b8%b4%e0%b8%95%e0%b8%a2%e0%b9%8c

พลังงานแสงอาทิตย์ เป็นพลังงานของแสงและพลังงานของความร้อนที่แผ่รังสีมาจากดวงอาทิตย์พลังงานแสงอาทิตย์แบ่งออกเป็น 2 ส่วนใหญ่ๆ คือ พลังงานที่เกิดจากแสงและพลังงานที่เกิดจากความร้อน  พลังงานที่เกิดจากแสง รูปแบบการนำพลังงานของแสงอาทิตย์มาใช้งาน แบ่งอย่างกว้าง ๆ เป็น 2 รูปแบบ ขึ้นอยู่กับวิธีการในการจับพลังงานแสง การแปรรูปให้เป็นพลังงานอีกรูปหนึ่ง และการแจกจ่ายพลังงานที่ได้ใหม่นั้น รูปแบบแรกเรียกว่า แอคทีพโซลาร์ เป็นการใช้วิธืการของ โฟโตโวลตาอิคส์ หรือ solar thermal เพื่อจับและเปลี่ยนพลังงานของแสงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานไฟฟ้าหรือพลังงานความร้อนโดยตรง อีกรูปแบบหนึ่งก็คือ พาสซีฟโซลาร์ เป็นวิธีการใช้ประโยชน์ทางอ้อม ได้แก่ การออกแบบอาคารในประเทศหนาวให้รับแสงแดดได้เต็มที่ หรือ การติดตั้งวัสดุที่ไวต่ออุณหภูมิ thermal mass เพื่อปรับสมดุลของอากาศในอาคาร หรือติดตั้งวัสดุที่มีคุณสมบัติกระจายแสง หรือการออกแบบพื้นที่ว่างให้ อากาศหมุนเวียนโดยธรรมชาติ พลังงานที่เกิดจากความร้อน เช่นพลังงานลม พลังงานน้ำ พลังงานคลื่น เป็นต้น

   ในระบบไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ แผงโซล่าเซลล์ หรือ แผงเซลล์แสงอาทิตย์ ถือเป็นส่วนประกอบหลัก เพราะเป็นต้นกำเนิดพลังงาน  ที่เปลี่ยนพลังงานจากพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้า

%e0%b9%84%e0%b8%9f%e0%b8%9e%e0%b8%a5%e0%b8%b1%e0%b8%87%e0%b8%87%e0%b8%b2%e0%b8%99%e0%b9%81%e0%b8%aa%e0%b8%87%e0%b8%ad%e0%b8%b2%e0%b8%97%e0%b8%b4%e0%b8%95%e0%b8%a2%e0%b9%8c-2

รู้หรือไม่ว่าพลังงานแสงอาทิตย์ถูกใช้งานอย่างมากแล้วในหลายส่วนของโลก และมีศักยภาพในการผลิตพลังงานมากกว่าการบริโภคพลังงานของโลกในปัจจุบันหลายเท่าหากใช้ประโยชน์อย่างเหมาะสม พลังงานแสงอาทิตย์สามารถใช้โดยตรงเพื่อผลิตไฟฟ้าหรือสำหรับทำความร้อน หรือแม้แต่ทำความเย็น  นี้คือประโยชน์ที่เราได้จากพลังงานแสงอาทิตย์

ไม่ว่าจะเป็นถนนสาธารณะ บ้าน หรือ สวน ก็มีการนำหลอดไฟพลังงานแสงอาทิตย์ไปใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน

มีการใช้ประโยชน์ในหลากหลายส่วนด้วยกันยักตัวอย่างเช่น

  1. โคมไฟขั้นบันไดพลังงานแสงอาทิตย์
  2. โคมไฟพลังงานแสงอาทิตย์
  3. ไฟตกแต่งสวนพลังงานแสงอาทิตย์

แสงอาทิตย์เป็นแหล่งพลังงานธรรมชาติที่มีขนาดใหญ่ที่สุด

5แสงอาทิตย์เป็นพลังงานสะอาดและมีอยู่ทั่วไปแต่การนำมาใช้ประโยชน์อาจยังมีข้อจำกัดอยู่บ้าง เนื่องจากแสงอาทิตย์มีเฉพาะในตอนกลางวันตลอดจนมีความเข้มของแสงที่ไม่แน่นอน เพราะขึ้นอยู่กับสภาพอากาศและฤดูกาลที่เปลี่ยนไปแสงอาทิตย์เกิดจากปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ในดวงอาทิตย์ เมื่อแสงอาทิตย์เดินทางมาถึงนอกชั้นบรรยากาศของโลกจะมีความเข้มของแสงโดยเฉลี่ยประมาณ 1,350 วัตต์/ตารางเมตร แต่กว่าจะลงมาถึงพื้นโลกพลังงานบางส่วนต้องสูญเสียไปเมื่อผ่านชั้นบรรยากาศต่างๆ ที่ห่อหุ้มโลก เช่น ชั้นโอโซน ชั้นไอน้ำ ชั้นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ทำให้ความเข้มของแสงลดลงเหลือประมาณ 1,000 วัตต์/ตารางเมตร

ปริมาณแสงอาทิตย์ที่ได้รับบนพื้นที่ใดพื้นที่หนึ่งจะมีปริมาณสูงสุดเมื่อพื้นที่นั้นทำมุมตั้งฉากกับแสงอาทิตย์ ดังนั้นหากต้องการให้พื้นที่ใดรับแสงอาทิตย์ได้มากที่สุดต่อวัน ก็จะต้องปรับพื้นที่รับแสงนั้นๆ ตามการเคลื่อนที่ของแสงอาทิตย์ ซึ่งจะเคลื่อนที่จากทิศตะวันออกไปสู่ทิศตะวันตกเสมอนอกจากนั้นจากการที่โลกเอียง ทำให้ซีกโลกเหนือหันหน้าเข้าหาดวงอาทิตย์ในฤดูร้อน และเอียงซีกโลกใต้หันหน้าเข้าหาดวงอาทิตย์ในฤดูหนาว ดังนั้นเราจึงต้องปรับมุมพื้นที่รับแสงนั้นๆ ในแนวเหนือใต้ให้สอดคล้องตามฤดูกาลด้วย เพื่อให้พื้นที่นั้นๆ รับแสงอาทิตย์ได้มากที่สุดตลอดทั้งปี

ประเทศไทยตั้งอยู่ระหว่างเส้นขนานที่ 6-10 องศาเหนือจะได้รับแสงอาทิตย์เฉลี่ยทั้งปี ประมาณ 4-5 กิโลวัตต์-ชั่วโมง/ตารางเมตร/วัน ซึ่งหากสามารถปรับพื้นที่รับแสงให้ติดตามแสงอาทิตย์ได้ตลอดเวลาแล้ว คาดว่าจะสามารถรับแสงได้เพิ่มขึ้นอีกประมาณ 1.3-1.5 เท่า เซลล์แสงอาทิตย์เป็นสิ่งประดิษฐ์ที่สร้างขึ้นเพื่อเป็นอุปกรณ์สำหรับการเปลี่ยนพลังงานแสงให้เป็นพลังงานไฟฟ้า โดยการนำสารกึ่งตัวนำ เช่น ซิลิคอน ซึ่งมีราคาถูกที่สุดและมีมากที่สุดบนพื้นโลก นำมาผ่านกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ผลิตให้เป็นแผ่นบางบริสุทธิ์ และในทันทีที่มีแสงตกกระทบบนแผ่นเซลล์ รังสีของแสงที่มีอนุภาคของพลังงานประกอบ ที่เรียกว่า Photon จะถ่ายเทพลังงานให้กับ Electron ในสารกึ่งตัวนำ จนมีพลังงานมากพอที่จะกระโดดออกมาจากแรงดึงดูดของ Atom และสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ ดังนั้นเมื่อ Electron มีการเคลื่อนที่ครบวงจร ก็จะทำให้เกิดไฟฟ้ากระแสตรงขึ้น

ผลิตความร้อนจากแสงอาทิตย์ (Solar thermal)

เป็นเทคโนโลยีที่ใช้พลังงานความร้อนจากดวงอาทิตย์มาใช้ประโยชน์ โดยอาศัยพื้นผิวหรือของเหลวที่สามารถดูดกลืนแสงอาทิตย์และเปลี่ยนเป็นความร้อน จากนั้นกักเก็บไว้และนำความร้อนที่ผลิตได้เพื่อใช้ต่อไป สำหรับการผลิตไฟฟ้า ความร้อนที่อุณหภูมิสูงจะถูกทำให้กลายเป็นไอเพื่อจ่ายให้เครื่องจักรหรือจ่ายความร้อนโดยตรงเพื่อทำให้เครื่องจักรร้อนและทำการผลิตไฟฟ้า เทคโนโลยีนี้จะให้กำลังไฟฟ้าสูงมาก แต่ต้องใช้พื้นที่มากในการติดตั้ง reflector แล้วยังขึ้นอยู่กับแสงอาทิตย์ที่ส่องตรงยังตัวรับพลังงานด้วย

ระบบผลิตความร้อนจากแสงอาทิตย์ มีส่วนประกอบดังนี้

Solar collector ถือเป็นหัวใจสำคัญของระบบ เพราะเป็นตัวรวบรวมพลังงานจากดวงอาทิตย์และแปลงเป็นความร้อนที่สามารถนำไปใช้ในงานอื่นๆ ต่อไป Solar collector มีหลายชนิดด้วยกัน เช่น Flat-plate collector – เป็นชนิดที่ใช้มากที่สุดสำหรับระบบทำน้ำร้อนที่ใช้ในบ้านเรือน และจะให้ความร้อนได้ดีแก่ของเหลวหรืออากาศที่อุณหภูมิต่ำกว่า 180 °F, Evacuated-tube collector – ในภาวะที่อุณหภูมิสูงจะมีประสิทธิภาพสูงกว่าชนิดแรก นิยมใช้มากที่สุดในเชิงพาณิชย์และอุตสาหกรรม เพราะทำงานได้ที่อุณหภูมิสูงถึง 170-350 °F และ Concentrating collector – ใช้เป็นตัวรับพลังงานภายใต้สภาวะความเข้มของแสงอาทิตย์สูงกว่าปกติ 6 เท่า มักนำมาใช้ในเชิงพาณิชย์และอุตสาหกรรม เป็นต้น

ถังเก็บน้ำ (Water storage) เป็นส่วนประกอบในระบบส่วนมาก ยกเว้นระบบผลิตความร้อนสำหรับสระว่ายน้ำ
นอกจากนี้แล้วอุปกรณ์อื่นที่จำเป็น เช่น ปั๊มน้ำ, วาล์วและตัวควบคุมเพื่อหมุนเวียนน้ำหรือของเหลวที่เป็นตัวกลางถ่ายเทความร้อนให้ไหลผ่าน collector

ความร้อนที่ผลิตได้สามารถนำไปทำน้ำร้อนใช้ภายในบ้าน สระว่ายน้ำ สปา ตลอดจนประยุกต์ใช้ในอาคาร งานในเชิงพาณิชย์และอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ เช่น ระบบทำความร้อน ระบบทำความเย็นและใช้แทนที่ในงานที่ใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล การใช้ประโยชน์นอกเหนือจากที่กล่าวมาก็คือการผลิตไฟฟ้า

ปัจจุบันเทคโนโลยีเหล่านี้ยังถือว่ามีต้นทุนสูงในการนำมาใช้ผลิตไฟฟ้า แต่จะมีผลในระยะยาวเพราะมีระยะเวลาการคืนทุนที่ยาวนาน แต่ในทางกลับกันหากพิจารณาถึงข้อดีที่มีอยู่มากมาย เช่น เป็นการใช้พลังงานจากแหล่งธรรมชาติที่ไม่มีวันหมด, ช่วยลดปัญหาการสะสมของก๊าซพิษต่างๆ ที่จะส่งผลต่อสิ่งแวดล้อม, สามารถนำอุปกรณ์รองรับแสงอาทิตย์ไปติดตั้งบนหลังคาหรือสถานที่อื่นได้ รวมถึงต้องการการบำรุงรักษาน้อยมาก เป็นต้น

ในฉบับหน้า เราจะมาจับตามองที่การใช้ประโยชน์จากแหล่งพลังงานโดยตรงจากดวงอาทิตย์ ขยายความเจาะลึกถึงระบบพลังงานแสงอาทิตย์และระบบผลิตความร้อนจากแสงอาทิตย์ถูกนำไปใช้ในด้านใดและอย่างไรบ้าง

การเลือกระบบพลังงานสำรองทำได้อย่างไร

ระบบพลังงานสำรอง หรือระบบผสมผสานนั้น สามารถใช้งานได้หลากหลาายรูปแบบ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับความจำเป็นทางด้านพื้นฐาน และความคุ้มค่าในการลงทุนเป็นหลักสำคัญ บริํษัทฯ ได้ออกแบบระบบพลังงานสำรองที่สามารถใช้งานได้จริง จนได้รับความไว้วางใจเข้ารวมโครงการสนับสนุนการลงทุนระบบน้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์ กระทรวงพลังงาน เป็นลำดับเรื่อยมา


Hybrid Solar with Heating Elements

การผสมผสานด้วยพลังงานไฟฟ้า (ขดลวดความร้อน) ส่วนใหญ่ถูกออกแบบให้จุ่มอยู่ในถัง โอกาสที่ระบบไฟฟ้าสำรองทำงานมีมากกว่าระบบพลังงานแสงอาทิตย์ ซึ่งเป็นสาเหตุให้การลงทุน ระบบน้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์สูญเปล่า ไม่สามารถลดค่าใช้จ่ายได้จริง บริษัทฯจึงได้พัฒนา ระบบควบคุมการทำงานของขดลวดความร้อน ให้สามารถควบคุมการทำงานได้ เราจึงมั่นใจได้ว่า การลงทุนครั้งนี้ สามารถลดค่าใช้จ่ายได้จริง

Hybrid Solar with Rheem Storage Tanks

ข้อดีของการเลือกระบบพลังงานสำรองแบบหม้อต้มไฟฟ้า คือลงทุนน้อย และยังสามารถออกแบบ ให้ระบบพลังงานแสงอาทิตย์ทำงานได้อย่าเต็มประสิทธิภาพ 100% บริษัทฯ ได้ออกแบบระบบ ควบคุมการทำงานเป็นแบบอนุกรม เสริมพลังงานความร้อนด้านตัวจ่าย ทำให้ลดโอกาสการใช้ พลังงานไฟฟ้า โดยไม่จำเป็นอีกด้วย ยิ่งกว่านั้นหม้อต้มไฟฟ้า Rheem ยังนับได้ว่าเป็น The World largest Water heaters manufacturing ที่วิศวกรทั่วโลกให้การยอบรับในเรื่องคุณภาพ และอายุการใช้งานที่ยาวนาน

Hybrid Solar with Raypak Gas Boiler

การออกแบบเลือกบอยล์เลอร์แก๊ส เป็นพลังงานสำรองนั้น จะสามารถช่วยลดต้นทุนการผลิตน้ำร้อน ได้มากยิ่งขึ้น เพราะเมื่อเปรียบเทียบค่าใช้จ่ายทางด้านพลังงานแก๊ส ถูกกว่า ไฟฟ้า ถึง 2 เท่า สามารถ เลือกระบบ ก๊าซธรรมชาติ NGV หรือ ก๊าซหุงต้ม LPG ได้ การออกแบบพลังงานสำรองโดยใช้ระบบ บอยล์เลอร์แก๊ีสนี้ ระบบจะควบคุมการเสริมพลังงานทางด้ายจ่ายเท่านั้น เพื่อให้การลงทุนของระบบ พลังงานแสงอาทิตย์คุ้มค่าที่สุด

Hybrid solar with ecotech heat pump

เนื่องจากโดยตัวระบบปั๊มความร้อนของ ecotech นี้เอง สามารถช่วยประหยัดพลังงาน ในการผลิต น้ำร้อนได้ มากถึง 4 เท่า เมื่อเปรียบเทียบกับพลังงานด้านอื่นๆ ดังนั้นการออกแบบโดยเลือกกระบบ อีโคเทค ฮีทปั๊ม มาเป็นพลังงานสำรอง กรณีที่มีความจำเป็นในการใช้ปริมาณน้ำร้อนมาก ระบบนี้ จะสามารถช่วยประหยัดค่าใช้จ่ายด้านพลังงาน ได้อย่างมากที่เดียว


Hybrid Solar with ecotech heat recovery

ข้อดีของการเลือกระบบแอร์น้ำร้อน หรือ ระบบพลังงานความร้อนเหลือทิ้งจากระบบปรับอากาศ คือ การลดค่าใช้จ่าย และลดการปล่อยก๊าซCO2 ที่เป็นต้นเหตุการเกิดภาวะโลกร้อนในปัจจุบัน หลักการออกแบบระบบพพลังงานสำรองนี้ สามารถทำได้หลากหลาย เช่น การออกแบบเป็นระบบ อุ่นน้ำร้อนในระบบ (Pre-heat) หรือการออกแบบเสริมพลังงานด้านจ่าย ในระบบหลัก ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับ ความเหมาะสม และความจำเป็นขั้นพื้นฐานของการออกแบบแต่ละโครงการ

บ้านพลังงานแสงอาทิตย์ ต้นแบบที่อยู่อาศัยแห่งอนาคต

ในทุกๆ 2 ปี กระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกาจะจัดงาน Solar Decathlon ขึ้น โดยในงานจะคัดเลือกตัวแทน 20 ทีม จากทั่วโลก มาเพื่อร่วมประกวดออกแบบและก่อสร้างบ้านประหยัดพลังงานที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์ โดยทุกทีมจะต้องทำการก่อสร้างบ้านในขนาดเท่าจริงและจะต้องสามารถประหยัดพลังงานได้จริง ซึ่งที่ผ่านมาได้มีบ้านพลังงานแสงอาทิตย์ต้นแบบหลายหลังที่มีการออกแบบที่น่าสนใจ รวมทั้ง UrbanEden หลังนี้

บ้านต้นแบบ UrbanEden หลังนี้ ออกแบบและก่อสร้างโดยทีมนักศึกษาจาก University of North Carolina at Charlotte ซึ่งแนวคิดในการออกแบบโดยรวมนั้นไม่ต่างจากทีมอื่นๆ ตรงที่พยายามใช้พลังงานจากแสงอาทิตย์ให้มากที่สุด เพื่อลดการปล่อยคาร์บอนออกสู่สิ่งแวดล้อม แต่ที่โดดเด่นและแตกต่างไปจากทีมอื่นๆ คือ บ้านหลังนี้มีการคำนึงถึงการผลิตอาหาร และนำมาเป็นองค์ประกอบส่วนหนึ่งของตัวอาคาร

ตัวอาคารออกแบบอย่างเรียบง่าย โดยถูกบรรจุอยู่ในโครงเหล็กรูปทรงสี่เหลี่ยม มีทั้งส่วนที่ปรับอากาศ ซึ่งเป็นส่วนของตัวบ้าน กับส่วนนอกชาน ซึ่งเป็นที่โล่งด้านนอก ซึ่งล้อมรอบด้วยสวนแนวตั้งสำหรับปลูกพืชผักชนิดต่างๆ ไว้สำหรับบริโภค หรือปลูกไม้ประดับเพื่อสร้างความร่มรื่น เพิ่มบรรยากาศที่ดีในการนั่งพักผ่อนนอกชาน นอกจากนี้สวนแนวตั้ง ยังช่วงป้องกันแสงแดดบางส่วนไม่ให้เข้าถึงตัวบ้าน ช่วยลดการใช้พลังงานในการปรับอากาศได้อีกทางหนึ่ง ทั้งส่วนตัวบ้านและส่วนชานจะถูกคลุมด้วยหลังคาที่ทำจากแผงพลังงานแสงอาทิตย์สำหรับบังแดดและผลิตกระแสไฟฟ้าที่ใช้ทั้งหมดภายในบ้าน วัสดุทุกอย่างที่ใช้ล้วนเป็นวัสดุที่มีกระบวนการผลิตที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ผนังและกระจกมีคุณสมบัติในการประหยัดพลังงาน ซึ่งได้รับการพิสูจน์แล้วว่าสามารถใช้งานได้จริงอย่างมีประสิทธิภาพ บ้านหลังนี้จึงถือเป็นต้นแบบสำหรับการอยู่อาศัยในอนาคต ในยุคที่ประเด็นเรื่องสิ่งแวดล้อมและพลังงาน เป็นเรื่องที่ไม่สามารถจะเพิกเฉยและละเลยได้อีกต่อไป