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

เซลล์แสงอาทิตย์ไม่เป็นที่แพร่หลายในประเทศไทย

เซลล์แสงอาทิตย์ไม่เป็นที่แพร่หลายในประเทศไทย

จุดอ่อนที่ทำให้ระบบผลิตไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์ไม่แพร่หลายในประเทศไทยนั้น  มีหลายปัจจัยผสมกันที่พอจะลองลำดับมาให้ได้เห็นกัน อย่างนี้

  1. ราคาสูงจึงใช้เงินลงทุนสูง
    ราคาของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ที่เป็นอุปกรณ์หลักของระบบที่แม้จะผลิตได้ในประเทศแล้วแต่ก็ยังต้องพึ่งพิงวัตถุดิบนำเข้าจากต่างประเทศซึ่งมีอยู่น้อยรายในขณะที่ความต้องการในตลาดมีอยู่มากเพราะนำไปใช้ได้ในอุตสาหกรรมหลายแขนงจึงมีราคาสูงและทำให้ราคาของระบบสุดท้ายสูงตามขึ้นไปด้วย
  2. ข้อจำกัดทางเทคนิคของระบบมีอยู่ค่อนข้างมาก
    ระบบผลิตไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์มีข้อจำกัดทางเทคนิคอยู่หลายประการที่เป็นเสมือนจุดอ่อนซึ่งทำให้ไม่เหมาะสมนักที่จะเป็นระบบหลักในการผลิตไฟฟ้าแบบที่จะคาดหวังได้ว่าจะพึ่งตัวเองได้อย่างเบ็ดเสร็จและสนองความต้องการได้ทุกประการ
  3. มีสินค้าและผลิตภัณฑ์ทางเลือกอื่นๆอยู่แล้วรวมทั้งสินค้าทดแทนใหม่อื่นๆ
    ไฟฟ้าเป็นสาธารณูปโภคจำเป็น จึงมีการลงทุนและขยายงานด้านนี้โดยภาครัฐผ่านการไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทยและฝ่ายจำหน่าย คือการไฟฟ้านครหลวงและการไฟฟ้าส่วนภูมิภาคอย่างกว้างขวาง มีการกระจายระบบจำหน่ายไฟฟ้าออกไปค่อนข้างทั่วถึง กล่าวคืออยู่ในระดับสูงกว่า 99 เปอร์เซ็นต์ของผู้ต้องการใช้ไฟ  สำหรับพื้นที่ที่ไฟฟ้าเข้าไม่ถึงก็ใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าหรือเครื่องปั่นไฟมาผลิตไฟฟ้าทั้งโดยรัฐหรือผู้ใช้แต่ละรายเอง  เป็นส่วนใหญ่  เว้นแต่บางพื้นที่ที่มีความเหมาะสมอย่างอื่นสูงกว่า
  4. พฤติกรรมผู้บริโภคไม่สอดรับกับระบบผลิตไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์
    ในส่วนพฤติกรรมของผู้บริโภคที่มีผลต่อการที่จะทำให้ระบบผลิตไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์แพร่หลายในประเทศไทยหรือไม่นั้น
  5. ความไม่พร้อมของอุปกรณ์ควบคุมระบบ
    การผลิตไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์จำเป็นที่จะต้องมีอุปกรณ์ควบคุมระบบที่สำคัญขึ้นอยู่กับรูปแบบหรือลักษณะการติดตั้ง หากเป็นชนิดติดตั้งอิสระ ซึ่งจะมีอุปกรณ์ควบคุมระบบ 3 รายการ คือ เครื่องควบคุมการประจุแบตเตอรี่แบตเตอรี่ ชนิดที่มีความสามารถในการคายประจุสูง และ เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าจากไฟฟ้ากระแสตรงเป็นไฟฟ้ากระแสสลับ แต่หากเป็นชนิดติดตั้งแบบเชื่อมโยงกับระบบผลิตไฟฟ้าปกติ จะเหลืออุปกรณ์ควบคุมระบบเฉพาะเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าคืออินเวอร์เตอร์ เท่านั้น
  6. ลักษณะเฉพาะของอุปกรณ์ไฟฟ้าบางชนิดที่ไม่สอดคล้องกับระบบผลิตไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์
    โดยที่กล่าวแล้วว่าระบบผลิตไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์เป็นระบบผลิตไฟฟ้าขนาดเล็ก ดังนั้นจึงย่อมไม่เหมาะกับอุปกรณ์ไฟฟ้าขนาดใหญ่ที่กินกระแสสูง โดยเฉพาะกระแสในขณะเริ่มเดินเครื่อง เครื่องใช้ไฟฟ้าดังกล่าวเช่น เครื่องปรับอากาศ ปั๊มน้ำ หรือมอเตอร์ในลักษณะต่างๆ
  7. การพัฒนาเป็นผลิตภัณฑ์ต่อเนื่องหรือประยุกต์ใช้งานลักษณะอื่นๆยังมีน้อย
    ผลิตภัณฑ์ต่อเนื่องที่พบเห็นค่อนข้างมากคือชุดโคมไฟส่องสว่าง ไฟสัญญาณ ซึ่งคล่องตัวในการติดตั้ง เคลื่อนย้าย แต่มักจะมีจุดอ่อนในด้านความสวยงาม ขนาดและน้ำหนัก และประโยชน์ใช้สอยที่ยังไม่เสถียรนักอันเนื่องจากอุปกรณ์ควบคุมระบบที่หากมีการพัฒนายิ่งขึ้น ความนิยมก็น่าจะเพิ่มขึ้นได้ไม่ยาก
  8. ความรู้จักแพร่หลายของระบบผลิตไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์และผลิตภัณฑ์ต่อเนื่องมีอยู่น้อยมาก
    อาจกล่าวได้ว่าความรู้ความเข้าใจถึงคุณลักษณะและประโยชน์ใช้สอยของเซลล์หรือแผงเซลล์แสงอาทิตย์ตลอดจนหลักการผลิตไฟฟ้าโดยระบบนี้มีอยู่น้อยมาก แทบไม่มีการเรียนการสอนไม่ว่าในระดับใดๆทั้งสิ้น คนที่พอรู้และเข้าใจการทำงานของระบบผลิตไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์กระจุกตัวอยู่ในวงแคบๆ
  9. การขาดนโยบายสนับสนุนจากภาครัฐ ที่มีความเป็นไปได้ ชัดเจน  มั่นคง  และต่อเนื่อง
    ทิศทางในด้านพลังงานทดแทนในประเทศไทยแทบจะเป็นไปในเชิงรับไปตามแต่ละสถานการณ์   ความที่ติดอยู่ในกับดักของปัญหาเฉพาะหน้าด้านน้ำมันที่เป็นปัญหาพลังงานในภาคเชื้อเพลิงและขนส่ง  จึงอาจลืมคิดถึงปัญหาของพลังงานภาคไฟฟ้าที่ได้เกิดขึ้นแล้วและจะทวีความรุนแรงยิ่งขึ้นในอนาคต
    ต้นทุนในการผลิตไฟฟ้าด้วยพลังงานทดแทนโดยเทคโนโลยี่ใหม่ๆส่วนใหญ่จะมีต้นทุนสูงกว่าระบบผลิตไฟฟ้าปกติ  อาจทั้งเพราะขนาดในการผลิตไม่ถึงเกณฑ์ที่จะทำให้ต้นทุนถูกลงไปถึงขั้นที่ถูกที่สุดด้วยข้อจำกัดที่เป็นเรื่องใหม่หรือสินค้าใหม่ของตลาด  และค่าใช้จ่ายในการวิจัยและพัฒนาที่ยังต้องถมลงไปอีกมากมาย และนานาประการ  ก้าวเดินของพลังงานทดแทนทั่วโลกจึงมีวิวัฒนาการคล้ายๆกันที่ภาครัฐจะต้องก้าวลงมาผลักดันและสร้างแรงจูงใจในระยะเริ่มต้น   จนกว่าอุตสาหกรรมจะปรับตนเองโดยกลไกตลาดให้เดินได้ด้วยตนเองได้แล้ว   จึงจะค่อยๆถอยออกไป

ผลตอบแทนคุ้มค่าด้วยเครื่องทำน้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์

การออกแบบเครื่องทำน้ำร้อนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์

มีส่วนประกอบหลัก คือ ตัวรับรังสีดวงอาทิตย์และถังเก็บน้ำร้อน การออกแบบจะขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของการใช้ ความต้องการของผู้ใช้ และข้อกำหนดจะเป็นแบบระบบ Thermosiphon แบบราคาต้นทุน ซึ่งเครื่องทำน้ำร้อนราคาถูกรับความร้อนโดยตรงจากตัวรับรังสี ซึ่งเป็นแบบการไหลเวียนของน้ำร้อนอย่างอิสระเนื่องจากความแตกต่างของอุณหภูมิ จึงไม่ต้องใช้ปั๊มน้ำช่วยในการไหลเวียน ส่วนเครื่องทำน้ำร้อนแบบโดยอ้อมเป็นแบบใช้ของเหลวบางชนิด รับความร้อนจากตัวรับรังสีแล้วมีตัวแลกเปลี่ยนความร้อน ทำให้น้ำร้อนขึ้น เครื่องทำน้ำร้อนระบบนี้มีข้อดีหลายประการ แต่จะมีราคาแพง

หลักการทำงานของเครื่องทำน้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์จะใช้แผ่นรับรังสีแบบแผ่นเรียบใช้ระบบหมุนวนแรงดันน้ำแบบทางอ้อม มีการทำงานกับสื่อการไหลเวียนแรงดันน้ำชนิดแบบห่อหุ้มด้านนอก พื้นผิวที่รับแสงจะรับแสงอาทิตย์โดยตรงเพื่อดูดซับความร้อนจากแสงอาทิตย์ และดูดซับพลังงานแสงอาทิตย์ส่งไปยังท่อด้านบนส่วนหัวของแผ่นเรียบ หลังจากนั้นสื่อความร้อนก็จะไหลเข้าไปภายในด้านนอกของถังน้ำผ่านท่อหมุนวนนำน้ำเข้าที่เชื่อมต่อกับท่อส่วนหัวด้านบนและแลกเปลี่ยนความร้อนกับน้ำในกระบอกสูบผ่านผนังของกระบอกสูบ เกิดการแลกเปลี่ยนความร้อนขึ้น เมื่อมันถูกทำให้ร้อนและไหลไปตามท่ออีกครั้ง วงจรการทำงานดังกล่าวสามารถนำความร้อนจากพลังงานแสงอาทิตย์ที่ได้ไปเก็บไว้ในถังน้ำสแตนเลส

ระบบผลิตน้ำร้อนจากพลังงานแสงอาทิตย์ยังสามารถนำมาใช้ร่วมกับระบบผลิตน้ำร้อนจากเครื่องปรับอากาศ ระบบผลิตน้ำร้อนจากปล่องควันบอยเลอร์ ซึ่งเป็นระบบที่สามารถนำพลังงานฟรีจากแสงอาทิตย์มาใช้ร่วมกับพลังงานความร้อนเหลือทิ้งจากเครื่องปรับอากาศหรือบอยเลอร์จึงเป็นระบบที่มีระยะเวลาคืนทุนที่เร็วที่สุด ระบบนี้จึงเป็นอีกทางเลือกเพื่อประหยัดพลังงานในการผลิตน้ำร้อนในโรงแรม, โรงงานอุตสาหกรรม, โรงเรียน, อพาร์ทเม้นท์, รีสอร์ท , สปาร์, ภัตตาคาร, ร้านเสริมสวย, บ้านพักอาศัย

ข้อดีของการใช้งานเครื่องทำน้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์

1.ให้ผลตอบแทนอย่างคุ้มค่า เพียงลงทุนครั้งเดียว
2.ใช้พลังงานจากแสงอาทิตย์ ลดการใช้ทรัพยากรธรรมชาติและสามารถลดค่าใช้จ่ายในการใช้ไฟฟ้าจากการใช้น้ำร้อนทุกจุดภายในบ้าน
3.สามารถทำให้น้ำร้อนมีอุณหภูมิไม่ต่ำกว่า 55-60 องศาเซลเซียส
4.ลดการใช้ไฟฟ้าและทรัพยากรธรรมชาติอย่างเช่นน้ำมันและแก๊ส

พลังงานจากดวงอาทิตย์ ถูกนำมาใช้เป็นพลังงานที่สำคัญต่อโลก

ความร้อนจากดวงอาทิตย์ถูกนำมาใช้เป็นพลังงานที่สำคัญต่อโลก มีประโยชน์อย่างมากในการผลิตพลังงานหากมีการใช้อย่างคุ้มค่า พลังงานแสงอาทิตย์สามารถใช้โดยตรงเพื่อผลิตไฟฟ้าหรือสำหรับทำความร้อน หรือแม้แต่ทำความเย็น มีอยู่หลายวิธีการในการนำความร้อนจากดวงอาทิตย์มาใช้

กระบวนการของเซลล์แสงอาทิตย์คือการผลิตไฟฟ้าจากแสง ความลับของกระบวนการนี้คือการใช้สารกึ่งตัวนำที่สามารถปรับเปลี่ยนให้เหมาะสมเพื่อปล่อยประจุไฟฟ้า ซึ่งเป็นอนุภาคที่ถูกชาร์จที่ขั้วลบ สิ่งนี้เป็นพื้นฐานของไฟฟ้า ซิลิกอนเป็นสารที่ใช้ในการนำแสงอาทิตย์ เมื่อแสงส่องมายังสารกึ่งตัวนำ ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าสลับ ยิ่งแสงส่องมากเท่าไรไฟฟ้าก็ยิ่งมากขึ้น ดังนั้นหากใช้สารตัวนำก็ยังสามารถผลิตไฟฟ้าในวันที่มีเมฆมากได้อีกด้วย เนื่องจากผลิตไฟฟ้าได้สัดส่วนกับความหนาแน่นของเมฆ
อุปกรณ์ขนาดเล็กหลายชนิดมีการทำงานโดยใช้เซลล์แสงอาทิตย์ เช่น เครื่องคิดเลข นอกจากนี้เซลล์แสงอาทิตย์ยังใช้เพื่อผลิตไฟฟ้าในพื้นที่ที่ไม่มีสายส่งไฟฟ้า นอกจากนี้ยังมีตู้เย็นที่สามารถปฏิบัติงานโดยใช้พลังงานแสงอาทิตย์ และยังถูกนำไปใช้เพื่อรักษาความเย็นของอาหารในพื้นที่ที่ไม่มีไฟฟ้าใช้

นอกจากนี้ยังมีบ้านพลังงานแสงอาทิตย์ซึ่งถูกออกแบบขึ้นโดยการใช้หินชนวนติดเซลล์แสงอาทิตย์บนหลังคา ฟิล์มแบบบางที่ยืดหยุ่นสามารถนำไปประกอบเข้ากับหลังคารูปโค้งได้ ตัวสะสมแสงเป็นกล่องที่มีฝาเป็นกระจก ที่ตั้งอยู่บนหลังคาเหมือนหน้าต่างบนหลังคา ในกล่องนี้มีชุดท่อทองแดงที่มีปีกทองแดงติดอยู่ โครงสร้างทั้งหมดถูกเคลือบด้วยสารสีดำที่ออกแบบมาเพื่อดูดลำแสงอาทิตย์ ในขณะที่ฟิล์มกึ่งโปร่งแสงทำให้เกิดการผสมผสานแสงเงาเข้ากับแสงในตอนกลางวัน ละผลิตพลังงานแสงอาทิตย์ให้กับอุปกรณ์จำนวนมาก ตั้งแต่น้ำร้อนและการทำความร้อนในอาคารพักอาศัยและอาคารพาณิชย์ ไปจนถึงการทำความร้อนในสระว่ายน้ำ การทำความเย็นโดยใช้แสงอาทิตย์ การทำความร้อนในกระบวนการอุตสาหกรรม และ การกำจัดความเค็มของน้ำดื่ม การผลิตน้ำร้อนในครัวเรือนเป็นสิ่งที่นิยมมากที่สุด สามารถตอบสนองความต้องการในการใช้ได้มากที่สุดขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมและระบบ ซึ่งช่วยลดค่าใช้จ่ายจากไฟฟ้าได้มากขึ้น

การขยายฐานการผลิตโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์

ประเทศไทยเริ่มให้ความสำคัญกับพลังงานทางเลือกอื่นๆนอกจากพลังงานจากฟอสซิล ในนโยบายแผนพัฒนาพลังงานทดแทน 15 ปีของกระทรวงพลังงานที่มุ่งเน้นให้ประเทศไทยใช้พลังงานทางเลือกเพื่อทดแทนการนำเข้าพลังงานจากต่างประเทศ จึงมีแผนธุรกิจที่มุ่งไปในด้านเทคโนโลยีการอนุรักษ์พลังงานและผลิตพลังงานทดแทน ประเทศไทยได้เริ่มมีการบุกเบิกพลังงานทดแทนที่เป็นพลังงานสะอาดอย่างเป็นจริงเป็นจัง เป็นการสร้างความมั่นคงด้านพลังงาน ช่วยรักษาสิ่งแวดล้อม และบรรเทาปัญหาภาวะโลกร้อนด้วย เนื่องจากสามารถลดปริมาณการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์สู่ชั้นบรรยากาศได้มากถึง 6,270-7,200 ตันต่อปี

ประเทศไทยมีศักยภาพการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ได้มากกว่า 10,000 เมกะวัตต์

ขณะที่ปัจจุบันมีโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์จ่ายไฟฟ้าเข้าระบบแล้วยังไม่ถึง 400 เมกะวัตต์ ดังนั้นโอกาสในการเติบโตของการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ยังมีอีกมาก และกล่าวได้ว่าเกินกว่าเป้าหมายที่กำหนดไว้ในแผนพัฒนาพลังงานทดแทน 10 ปีที่กำหนดไว้เพียง 2,000 เมกะวัตต์ การลงทุนในโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์จะเดินหน้าต่อไปได้หรือไม่นั้นหลังจากกระทรวงพลังงานหยุดรับซื้อไฟฟ้าไปเมื่อช่วงกลางปี 2553 เพื่อศึกษารูปแบบการรับซื้อไฟฟ้าใหม่ เป็นระยะเวลา 10 ปี เปลี่ยนมาเป็นรูปแบบการรับซื้อไฟฟ้าตามต้นทุนจริงหรือ Feed-in Tariff ในระยะเวลา 25 ปี ซึ่งขณะนี้อยู่ระหว่างการเจรจาของหลายฝ่ายว่าจะอยู่ในอัตราใด

อีกไม่เกิน 10 ปีข้างหน้า พลังงานแสงอาทิตย์จะเข้ามามีบทบาทและใช้กันอย่างแพร่หลายในสังคมไทย จนทำให้สังคมเปลี่ยนแปลงไปจากเดิม ตามบ้านเรือนจะมีแผงโซล่าเซลล์ เพื่อผลิตไฟฟ้าใช้เอง แต่ละครัวเรือนมากขึ้น ซึ่งอาจจะมาใกล้เคียงกับรถเสียบปั๊ก และอาจมีทีเก็บพลังงานไว้ใช้ในอนาคตเทคโนโลยีจะทันสมัยมากยิ่งขึ้น และราคาต้นทุนอุปกรณ์ที่ใช้ผลิตพลังงานจะลดต่ำลงมาก ทั้งนี้พลังงานแสงอาทิตย์ถือว่าเหมาะกับประเทศไทย แต่ปัจจุบันยังไม่ได้นำมาใช้อย่างเต็มที่ ดังนั้นรัฐควรส่งเสริม เนื่องเพราะกระบวนการผลิตพลังงานจากแสงอาทิตย์ไม่ยุ่งยาก ไม่จำเป็นต้องมีฐานการผลิตอย่างอื่นก็สามารถทำได้ เพียงมีพื้นที่ที่เหมาะสม และยังไม่ต้องพึ่งทรัพยากร อย่างถ่านหิน, ก๊าซธรรมชาติ ฯลฯ

การสร้างโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ยังได้พลังงานไม่แน่นอน

ขึ้นกับความเข้มของแสงแดดซึ่งควบคุมไม่ได้ และถ้าต้องการผลิตไฟฟ้ามากๆก็จำเป็นต้องใช้ที่ดินมาก ดังนั้นนับว่าเป็นเรื่องค่อนข้างยากที่เราจะใช้แต่พลังงานแสงอาทิตย์อย่างเดียว คงต้องผสมผสานกับการผลิตไฟฟ้าจากเชื้อเพลิงประเภทอื่นด้วย เพื่อที่เราจะสามารถผสมผสานการใช้พลังงานจากเชื้อเพลิงต่างๆ ซึ่งจะช่วยสร้างความมั่นคงให้กับระบบไฟฟ้าของประเทศได้มากที่สุด เนื่องจากพลังงานแสงอาทิตย์นับเป็นพลังงานหนึ่งที่ได้รับความนิยมในการนำมาแปลงให้เป็นพลังงานไฟฟ้า โดยมองว่าเป็นพลังงานทดแทนที่สะอาด ใช้แล้วไม่หมดไป จึงไม่แปลกที่พลังงานแสงอาทิตย์จะเป็นที่นิยมให้บริษัทต่างๆด้านพลังงานหันมาลงทุนก่อสร้างโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์

มีการคิดค้นเทคโนโลยีนำความร้อนจากแสงอาทิตย์มาผลิตไฟฟ้า

16

การนำพลังงานแสงอาทิตย์มาผลิตกระแสไฟฟ้า นอกจากนิยมนำมาใช้ในรูปแบบเซลล์แสงอาทิตย์เป็นส่วนใหญ่แล้ว ยังมีการคิดค้นเทคโนโลยีนำความร้อนจากแสงอาทิตย์ มาผลิตไฟฟ้าด้วย ซึ่งมีลักษณะการทำงานคล้ายแว่นขยาย โดยใช้อุปกรณ์รับแสง เช่น กระจกหรือวัสดุสะท้อนแสงและหมุนตามดวงอาทิตย์ เพื่อรวบรวมความร้อนจากแสงอาทิตย์มาไว้ที่จุดเดียวกัน หรือที่เรียกว่า ระบบความร้อนรวมศูนย์ ทำให้เกิดความร้อนสูง ส่งผ่านไปยังตัวกลาง เช่น น้ำหรือน้ำมัน แล้วนำน้ำหรือน้ำมันที่ร้อนไปหมุนกังหันเครื่องกำเนิดไฟฟ้า และผลิตกระแสไฟฟ้าต่อไประบบความร้อนแบบรวมศูนย์นี้ ปัจจุบันยังไม่มีการใช้กันอย่างแพร่หลายมากนัก เนื่องจากต้นทุนการผลิตไฟฟ้าจะสูงกว่าการใช้เซลล์แสงอาทิตย์ นอกจากนี้ ยังสามารถผลิตไฟฟ้าได้จากรังสีตรงเท่านั้น เช่น แสงอาทิตย์จากทะเลทราย ดังนั้น ระบบผลิตไฟฟ้าจากความร้อนแสงอาทิตย์จึงไม่เหมาะกับประเทศไทย เพราะแสงอาทิตย์ส่วนใหญ่เป็นรังสีกระจายและมีเมฆมากการผลิตไฟฟ้าจากความร้อนแสงอาทิตย์สามารถแบ่งได้ 3 ประเภทหลักๆ ตามกระบวนการรวบรวมความร้อนให้กับตัวกลาง ก่อนนำไปหมุนกังหันเพื่อผลิตไฟฟ้า ได้แก่

ระบบรางพาราโบลิค ประกอบด้วยรางยาว โค้งมิติเดียวเป็นตัวรับแสง ติดตั้งอยู่บนระบบหมุนตามดวงอาทิตย์แกนเดียว ทำหน้าที่รวมแสงอาทิตย์ให้สะท้อนไปยังท่อที่ขนานกับแนวราง เพื่อถ่ายเทความร้อนให้ของเหลว (น้ำหรือน้ำมัน) ที่ไหลผ่านท่อ ทำให้ของเหลวนั้นกลายเป็นไอและไปขับเคลื่อนกังหันเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า หากในช่วงที่ไม่มีแสงอาทิตย์ การผลิตไอน้ำจะใช้พลังงานจากก๊าซธรรมชาติเข้ามาช่วยเสริม

ระบบหอคอยประกอบด้วยตัวรับความร้อนที่ติดตั้งอยู่กับที่ตั้งบนหอคอย ที่ล้อมรอบด้วยแผงกระจกขนาดใหญ่จำนวนมาก เรียกว่า “โฮลิโอสเตท” ซึ่งจะหมุนตามดวงอาทิตย์และสะท้อนแสงไปยังตัวรับความร้อน เพื่อให้ของเหลวที่อยู่ภายในได้รับความร้อนจนระเหยเป็นไอและไปขับเคลื่อนกังหัน เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า ซึ่งระบบนี้ส่วนใหญ่ยังอยู่ในขั้นตอนการวิจัยและกำลังจะนำมาใช้ในเชิงพาณิชย์ เช่น โรงไฟฟ้า Gemasolar ในเมือง Seville ทางตอนใต้ของประเทศสเปน เป็นต้น

ระบบจานพาราโบลิค ร่วมกับเครื่องยนต์สเตอร์ลิงจะใช้หลักการแปลงความร้อนจากรังสีดวงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานกลเพื่อนำไปผลิตไฟฟ้า โดยจะประกอบด้วยจานรวมแสงแบบพาราโบลิคและเครื่องยนต์สเตอร์ลิงกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า โดยทำงานด้วยการส่งผ่านความร้อนของแสงอาทิตย์ ให้กับลูกสูบของเครื่องยนต์สเตอร์ลิง ที่ติดตั้งบนจุดโฟกัสของจานพาราโบลิค เมื่ออากาศภายในลูกสูบมีอุณหภูมิสูงขึ้นและขยายตัวจนทำให้เครื่องยนต์ทำงานอย่างต่อเนื่อง ส่วนตัวรวมแสงแบบจานพาราโบลิคจะมีผิวสะท้อน โดยประกอบด้วยแผ่นสะท้อนแสงหลายชิ้นประกอบกัน และมีระบบขับเคลื่อนแบบ 2 แกน หมุนตามดวงอาทิตย์ตลอดทั้งวัน

พลังงานแสงอาทิตย์จัดเป็นพลังงานหมุนเวียนที่สำคัญที่สุดของโลก

พลังงานแสงอาทิตย์จัดเป็นพลังงานหมุนเวียนที่สำคัญที่สุดของโลก และเป็นพลังงานสะอาดไม่ทำปฏิกิริยาใด ๆ อันจะทำให้สิ่งแวดล้อมเป็นพิษ มนุษย์เราจึงได้มีการนำพลังงานแสงอาทิตย์มาใช้ประโยชน์ตั้งแต่โบราณกาล เริ่มแต่การใช้ความร้อนจากแสงอาทิตย์ในการทำให้วัสดุหรืออาหารแห้ง จนกระทั่งมาถึงในยุคปัจจุบันที่มีการนำพลังงานจากแสงอาทิตย์มาใช้อย่างเป็นระบบ เช่น การผลิตไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์ หรือการผลิตน้ำร้อนจากแสงอาทิตย์ เป็นต้น เทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์อาจจำแนกเป็น 2 รูปแบบ โดยคำนึงถึงประโยชน์ที่ได้รับ รูปแบบที่ 1 คือ เทคโนโลยีการผลิตพลังงานความร้อนจากพลังงานแสงอาทิตย์ และรูปแบบที่ 2 คือ เทคโนโลยีการผลิตพลังงานไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์

การนำพลังงานความร้อนไปใช้งานอาจนำไปใช้โดยผ่านตัวกลางก่อน ซึ่งตัวกลางที่เป็นที่นิยม ได้แก่ น้ำ ในลักษณะของอุปกรณ์ผลิตน้ำร้อนและอากาศ ในลักษณะของอุปกรณ์ผลิตอากาศร้อน จากนั้นความร้อนจากตัวกลางจะถูกนำไปใช้ประโยชน์ในรูปแบบต่าง ๆ  น้ำร้อนที่ผลิตได้อาจนำไปใช้งานโดยตรงในการอุปโภคบริโภคในครัวเรือนหรืออาคารใหญ่ เช่น โรงแรมหรือโรงพยาบาล  ขณะที่อากาศร้อนที่ผลิตได้อาจนำไปใช้ในการอบแห้งพืชผลทางการเกษตร หรือพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์อาจถูกนำไปใช้งานโดยตรง เช่น การหุงต้มอาหารด้วยเตาหุงต้มพลังงานแสงอาทิตย์

การผลิตพลังงานความร้อนจากพลังงานแสงอาทิตย์เบื้องต้นการนำพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์ไปใช้ในรูปของพลังงานความร้อนถือเป็นการนำพลังงานแสงอาทิตย์ไปใช้งานโดยตรง โดยอุปกรณ์หลักในการรับพลังงานแสงอาทิตย์ คือแผงรับแสงอาทิตย์ ซึ่งอาจเป็นแบบแผ่นเรียบ แบบแผ่นโค้งพาราโบลาหรือแบบจาน การผลิตพลังงานไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์เบื้องต้นการผลิตไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์ถือเป็นวิวัฒนาการด้านวิศวกรรมที่สำคัญอย่างหนึ่งของมนุษย์ โดยผ่านอุปกรณ์ที่เรียกว่า เซลล์แสงอาทิตย์ ซึ่งเป็นสิ่งประดิษฐ์ทางอิเล็กทรอนิกส์ชนิดหนึ่งที่ถูกนำมาใช้ผลิตไฟฟ้า เนื่องจากสามารถเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานไฟฟ้าได้โดยตรง ส่วนใหญ่เซลล์แสงอาทิตย์จะทำมาจากสารกึ่งตัวนำจำพวกซิลิคอน (อยู่ในประเภทเดียวกับทราย) มีราคาถูกที่สุดและมีมากที่สุดบนพื้นโลก โดยนำมาผ่านกระบวนการทางวิทยาศาสตร์เพื่อผลิตให้เป็นแผ่นบางบริสุทธิ์

การนำพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์มาใช้ประโยชน์

การดำเนินชีวิตประจำวันของคนเราทุกวันนี้ หลีกหนีไม่ได้กับการอาศัยสิ่งอำนวยความสะดวกทั้งหลาย เพื่อทำให้มีความเป็นอยู่ที่สะดวกสบายขึ้น ซึ่งสิ่งที่จะเข้ามาช่วยอำนวยความสะดวกนั้นก็คือ เครื่องมือเครื่องใช้ที่เป็อุปกรณ์ไฟฟ้า ไม่ว่าจะใช้สำหรับอำนวยความสะดวกภายในที่พักอาศัย สถานที่ทำงาน โรงงานอุตสาหกรรม หรือ อาคารต่างๆ จึงทำให้อุปกรณ์ไฟฟ้ามีความสำคัญเป็นอย่างมาก และส่งผลให้พลังงานไฟฟ้ามีความสำคัญอย่างยิ่ง ซึ่งในการกำเนิดแหล่งพลังงานไฟฟ้ามีด้วยกันดังนี้ การใช้เครื่องปั่นไฟโดยทำให้ใบพัดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหมุน จะสามารถผลิตไฟฟ้าได้ และการทำให้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าหมุน โดยใช้แรงน้ำและ แรงลม

นอกจากนั้นยังพบว่ามีการใช้พลังงานไฟฟ้าอย่างต่อเนื่องและเพิ่มมากขึ้น ฉะนั้นแล้วตราบใดที่มีความต้องการใช้พลังงานกันอยู่ ก็จำเป็นต้องแสวงหาแหล่งพลังงานทดแทนเพื่อผลิตพลังงานไฟฟ้า โดยเฉพาะอย่างยิ่งต้องเป็นพลังงานที่สะอาด ไม่สร้างมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม อย่างพลังงานแสงอาทิตย์ ที่ได้รับความนิยมและเป็นที่น่าสนใจจากหน่วยงานต่างๆจะเห็นได้จากประโยชน์ที่ได้มาจากพลังงานแสงอาทิตย์ที่มีอยู่มากมาย เพราะเป็นพลังงานที่ได้มาฟรีและมีปริมาณมากเพียงพอต่อความต้องการทั้งยังสะอาดบริสุทธิ์ด้วย และอีกอย่างหนึ่งคือพลังงานแสงอาทิตย์นั้นสามารถผลิตไฟฟ้าได้ทุกแห่งหนที่มีแสงอาทิตย์ ในปัจจุบันมีการนำเซลล์แสงอาทิตย์มาใช้งานด้านต่างๆ อย่างเช่น สถานีถ่ายทอดวิทยุโคมไฟถนนระบบสูบน้ำเพื่อการชลประทาน และดาวเทียม

การใช้ประโยชน์จากพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์มีดังนี้

1.ใช้ประโยชน์จากพลังงานแสงอาทิตย์โดยตรงประกอบด้วย พลังงาน ในรูปของความร้อน โดยการใช้อุปกรณ์รับแสงดูดพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์ และพลังงานแสงอาทิตย์โดยเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้าด้วยเซลล์แสงอาทิตย์
2. ใช้ประโยชน์จากพลังงานแสงอาทิตย์โดยทางอ้อม อย่างการนำเซลล์แสงอาทิตย์เป็นอิเล็กทรอนิกส์ที่สร้างจากสารกึ่งตัวนำ ซึ่งสามารถเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ หรือแสงจากหลอดไฟให้เป็นพลังงานไฟฟ้าโดยตรงซึ่งไฟฟ้าที่ได้นั้นจะเป็นไฟฟ้ากระแสตรง

จะเห็นได้ว่าทุกวันนี้มีการนำพลังงานแสงอาทิตย์มาใช้กันเป็นจำนวนมาก ไม่ว่าจะเป็น หน่วยงานต่างๆ ที่ให้ความสนใจกับพลังงานเหล่านี้ นอกจากนี้แล้วยังช่วยประหยัดพลังงานไฟฟ้าได้เป็นอย่างมากเลยทีเลย

เทคโนโลยีเครื่องทำน้ำร้อนจากพลังงานแสงอาทิตย์


เครื่องทำน้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์คือเครื่องผลิตน้ำร้อนโดยอาศัยหลักการเปลี่ยนพลังงานจากรังสีแสงอาทิตย์มาเพิ่มอุณหภูมิให้น้ำมีอุณหภูมิสูงขึ้นซึ่งสามารถนำมาทดแทนระบบผลิตน้ำร้อนจากฮีทเตอร์ไฟฟ้า,ระบบผลิตน้ำร้อนจากบอยเลอร์โดยน้ำมันดีเซล,น้ำมันเตาหรือแก็ส LPG.ซึ่งมีแนวโน้มที่จะปรับราคาสูงขึ้นไปเรื่อยๆ

ระบบผลิตน้ำร้อนจากพลังงานแสงอาทิตย์ยังสามารถนำมาใช้ร่วมกับระบบผลิตน้ำร้อนจากเครื่องปรับอากาศ,ระบบผลิตน้ำร้อนจากปล่องควันบอยเลอร์ (Economizer) เรียกว่า ระบบผลิตน้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์แบบผสมผสาน ซึ่งเป็นระบบที่สามารถนำพลังงานฟรีจากแสงอาทิตย์มาใช้ร่วมกับพลังงานความร้อนเหลือทิ้งจากเครื่องปรับอากาศหรือบอยเลอร์จึงเป็นระบบที่มีระยะเวลาคืนทุนที่เร็วที่สุด ระบบดังกล่าวจึงได้รับการสนับสนุนเงินลงทุนให้กับสถานประกอบการที่ติดตั้งจาก กระทรวงพลังงานโดยกรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน ภายใต้ชื่อ โครงการส่งเสริมการใช้น้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์ด้วยระบบผสมผสานปี 2555 ระบบนี้จึงเป็นอีกทางเลือกเพื่อประหยัดพลังงานในการผลิตน้ำร้อนในโรงแรม, โรงงานอุตสาหกรรม, โรงเรียน, อพาร์ทเม้นท์, รีสอร์ท&สปาร์, ภัตตาคาร, ร้านเสริมสวย, บ้านพักอาศัย

เทคโนโลยีผลิตน้ำร้อนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์แบ่งออกเป็น 3 ชนิด
1. ชนิดไหลเวียนตามธรรมชาติ
ชนิดไหลเวียนตามธรรมชาติ (Thermosiphon system) เป็นชนิดที่มีถังเก็บอยู่สูงกว่าแผงรับแสงอาทิตย์ ใช้หลักการหมุนเวียนตามธรรมชาติ เมื่อน้ำได้รับความร้อนจากแสงอาทิตย์จะมีความหนาแน่นน้อยลงจึงไหลขึ้นสู่ด้านบนของถังโดยน้ำเย็นจึงไหลเข้ามาแทนที่ เหมาะสำหรับการบ้านพักอาศัยหรือรีสอร์ท
2. ชนิดใช้ปั๊มน้ำหมุนเวียน
ชนิดใช้ปั๊มน้ำหมุนเวียน (Force circulation) เหมาะสำหรับการใช้ผลิตน้ำร้อนที่มีความต้องการใช้งานปริมาณมาก และมีการใช้อย่างต่อเนื่อง เช่น โรงแรม โรงพยาบาล และอุตสาหกรรมบางประเภท
3. ระบบผสมผสาน
ระบบผสมผสาน ได้แก่ ระบบผลิตน้ำร้อนด้วยแสงอาทิตย์แบบผสมผสานซึ่งเป็นการนำเทคโนโลยีการผลิตน้ำร้อนแสงอาทิตย์มาผสมผสานกับความร้อนเหลือทิ้งจากแหล่งต่างๆเช่น การนำความร้อนจากการระบายความร้อนทิ้งของเครื่องทำความเย็นหรือเครื่องปรับอากาศมาใช้งาน (Heat Recovery System) , การนำความร้อนจากปล่องควัน Boiler มาใช้งาน (Economizer System) โดยทั้ง 2 ระบบสามารถนำมาใช้ร่วมกับระบบผลิตน้ำร้อนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ เพื่อลดขนาดพื้นที่แผงรับรังสีความร้อนอีกทั้งยังเป็นการลดปริมาณพลังงานไฟฟ้าหรือพลังงานเชิงพาณิชย์ในการผลิตน้ำร้อนได้อีกด้วยซึ่งจะช่วยลดภาวะโลกร้อนได้อีกทาง

การใช้ประโยชน์จากพลังงานแสงอาทิตย์ในการผลิตสินค้าต่าง ๆ

พลังงานจากแสงอาทิตย์นับว่ามีความสำคัญอย่างมากต่อสิ่งมีชีวิตบนโลก ทั้งมนุษย์และสิ่งมีชีวิตอื่น พลังงานจากแสงอาทิตย์ทำให้เกิดความแตกต่างของสภาพอากาศทั่วโลก ทำให้เกิดการหมุนเวียนของกระแสอากาศ หรือแม้แต่ให้พืช สามารถสังเคราะห์แสงเพื่อผลิตเป็นอาหาร ดังแสดงในรูปที่ 1และยังเป็นพลังงานที่ยั่งยืนของมนุษย์ ปัจจุบัน มนุษย์มีการใช้พลังงานจากแสงอาทิตย์มากมาย ซึ่งสามารถแบ่งได้เป็น 2 กลุ่มหลัก ๆ คือ การผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ และการผลิตความร้อนจากแสงอาทิตย์ และด้วยความก้าวหน้าทางด้านเทคโนโลยี ปัจจุบันมนุษย์ได้ค้นคิดการนำพลังงานแสงอาทิตย์มาใช้ในรูปแบบต่าง ๆ มากมายเพิ่มเติมจากอดีต เพื่อตอบสนองความต้องการของมนุษย์และลดการใช้พลังงานจากฟอสซิลลง เพื่อลดภาวะโลกร้อน เพื่อให้มนุษย์อยู่บนโลกนี้อย่างยั่งยืน พลังงานหมุนเวียนที่เกิดขึ้นบนโลก ไม่ว่าจะเป็น พลังงานลม น้ำขึ้น น้ำลง หรือแม้แต่พลังงานจากชีวมวล ล้วนเกิดจากพลังงานจากดวงอาทิตย์ทั้งสิ้น ซึ่งรูปแบบการเกิดแตกต่างกันออกไป พลังงานแสงอาทิตย์ เป็นพลังงานที่ดวงอาทิตย์ปลดปล่อยออกมาซึ่งดวงอาทิตย์ห่างออกไปจากโลก 149.6 ล้านกิโลเมตร

ดวงอาทิตย์ เป็นดาวฤกษ์ เป็นจุดศูนย์กลางของระบบสุริยะ โดยมีดาวเคราะห์ทบริวารโคจรอยู่รอบ ๆ มากมาย เช่น ดาวพุธ ดาวศุกร์ และโลก ดวงอาทิตย์มีมวล 1.9891x 1030 กิโลกรัม ความหนาแน่นเฉลี่ย 1,409 กิโลกรัม ต่อลูกบาศก์เมตร ดวงอาทิตย์ประกอบด้วย ไฮโดรเจน ร้อยละ 74 โดยมวล ฮีเลียมร้อยละ 25 โดยมวล และธาตุอื่น ๆ อีกร้อยละ 1 ดวงอาทิตย์ประกอบด้วย 5 ส่วนหลัก ๆ คือ ส่วนแกนปฏิกิริยา หรือใจกลางดวงอาทิตย์ ส่วนการแผ่รังสี ส่วนการพาความร้อน ส่วนโฟโตสเฟียร์ และส่วนสุดท้ายจะเป็นส่วนบรรยากาศของดวงอาทิตย์ ศักยภาพการใช้ประโยชน์จากพลังงานแสงอาทิตย์ขึ้นอยู่กับปริมาณรังสีดวงอาทิตย์ที่ตกกระทบพื้นที่ ถ้าปริมาณรังสีตกกระทบมาก ย่อมหมายถึงการใช้ประโยชน์ได้มากเช่นกัน แต่อย่างไรก็ตาม ปริมาณรังสีอย่างเดียวคงไม่สามารถใช้ประโยชน์ได้ศักยภาพสูงสุด ถ้าอุปกรณ์เครื่องมือในการเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ไปเป็นพลังงานรูปแบบอื่นที่สามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้มีประสิทธิภาพต่ำ ดังนั้น การออกแบบและพัฒนาอุปกรณ์การแปลงพลังงานแสงอาทิตย์ไปเป็นพลังงานที่ใช้ประโยชน์ได้สูงสุด ย่อมเป็นเรื่องสำคัญและควรตระหนักในการพัฒนาอย่างยิ่งยวด

ทางเลือกของพลังงานทดแทนที่สะอาดไม่มีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม

พลังงานหลักที่มนุษย์ใช้เป็นสิ่งอำนวยความสะดวกในชีวิตประจำวัน

คือ พลังงานปิโตรเลียม โดยเฉพาะพลังงานจากน้ำมันเชื้อเพลิง ซึ่งในปัจจุบันมีความต้องการใช้น้ำมันเป็นจำนวนมาก แต่ปริมาณน้ำมันมีจำนวนจำกัดทำให้ราคาน้ำมันดิบสูงขึ้นมาก นอกจากนี้ปริมาณการใช้อาจจะไม่เกิน 40 ปี ดังนั้นจึงจำเป็นจะต้องมีการกระตุ้นการคิดขึ้นพัฒนารูปแบบของพลังงานเชื้อเพลิงต่างๆขึ้นมาทดแทน โดยเฉพาะเชื้อเพลิงทดแทนซึ่งในปัจจุบันเริ่มมีการนำทดแทนใช้เป็นเชื้อเพลิงจากก๊าซชีวภาพ น้ำมันแก๊สโซฮอลล์ น้ำมันไบโอดีเซล ดังนั้นเราสามารถส่งเสริมและสนับสนุนให้มีการใช้น้ำมันพืชในการผลิตไบโอดีเซลแล้วจะมีผลต่อการรักษาเงินตราของประเทศ สร้างความมั่นคงและสามารถพึ่งพาตนเองด้านพลังงานของประเทศ อีกทั้งช่วยสร้างตลาดที่มั่นคงให้กับผลผลิตทางการเกษตรอีกด้วย

ในปัจจุบันประเทศต่างๆได้สนับสนุนและให้ความสำคัญในการพัฒนาพลังงานทดแทนกันมากขึ้นเพื่อช่วยลดสัดส่วนการพึ่งพิงน้ำมันปิโตรเลียมที่มีแนวโน้มว่าราคาจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ซึ่งพลังงานทดแทนที่ทั่วโลกกำลังให้ความสนใจอย่างมากในขณะนี้คือ เชื้อเพลิงชีวภาพ ประเทศไทยมีศักยภาพและความพร้อมในการปลูกพืชพลังงานที่สำคัญโดยเฉพาะอ้อยและมันสำปะหลัง ซึ่งทำให้ไทยสามารถนำมาต่อยอดการผลิตให้เกิดการเชื่อมโยงกันในอุตสาหกรรมเอทานอล เพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์การพัฒนาและส่งเสริมการผลิตและการใช้เอทานอลให้มากขึ้น สำหรับการผลิตไบโอดีเซลจากปาล์มน้ำมันของไทยยังมีศักยภาพการผลิตปาล์มน้ำมันต่ำกว่ามาเลเซียและอินโดนีเซีย ซึ่งเป็นผู้ผลิตรายใหญ่ของโลก

การพัฒนาพลังงานทดแทน

เป็นการศึกษา ค้นคว้า ทดสอบ พัฒนา และสาธิต ตลอดจนส่งเสริมและเผยแพร่พลังงานทดแทน ซึ่งเป็นพลังงานที่สะอาดไม่มีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม และเป็นแหล่งพลังงานที่มีอยู่ในท้องถิ่น เช่น พลังงานลม แสงอาทิตย์ ชีวมวล และอื่นๆ เพื่อให้มีการผลิตและการใช้ประโยชน์อย่างแพร่หลาย มีประสิทธิภาพ และมีความเหมาะสมทั้งทางด้านเทคนิค เศรษฐกิจ และสังคม สำหรับผู้ใช้ในเมือง และชนบท ซึ่งในการศึกษา ค้นคว้า และพัฒนาพลังงานทดแทนดังกล่าว ยังรวมถึงการพัฒนาเครื่องมือ เครื่องใช้ และอุปกรณ์เพื่อการใช้งานมีประสิทธิภาพสูงสุดด้วย งานศึกษา และพัฒนาพลังงานทดแทน เป็นส่วนหนึ่งของแผนงานพัฒนาพลังงานทดแทน

ประโยชน์ของพลังงานทดแทน

1.ทางด้านเศรษฐกิจ ทำให้ภาวะของเศรษฐกิจของประเทศดีขึ้น เพราะสามารถใช้ผลิตผลทางธรรมชาติและทางการเกษตรที่ประเทศเราสามารถผลิตได้เองทดแทนการนำรายได้ของประเทศนำเข้าเชื้อเพลิงจากต่างประเทศได้อีกด้วย
2.ผลิตผลทางการเกษตรมีมูลค่าสูงขึ้นและสามารถใช้ประโยชน์มากขึ้นในแง่ต่างๆกัน
3.ด้านการรักษาสิ่งแวดล้อม การลดมลพิษต่างๆที่เกิดจากการใช้เชื้อเพลิงจากปิโตรเลียม เช่น มลพิษทางอากาศ สาเหตุสำคัญที่ทำให้เกิดปรากฎการณ์โลกร้อนขึ้นได้
4.ด้านการสาธารณูปโภค เป็นการส่งเสริมให้ชุมชนหรือเอกชนสามารถใช้พลังงานทดแทน อำนวยความสะดวกด้านสาธารณูปโภคได้

เทคโนโลยีการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานความร้อนแสงอาทิตย์

การนำพลังงานแสงอาทิตย์มาผลิตกระแสไฟฟ้า นอกจากนิยมนำมาใช้ในรูปแบบเซลล์แสงอาทิตย์เป็นส่วนใหญ่แล้ว ยังมีการคิดค้น เทคโนโลยีนำความร้อนจากแสงอาทิตย์ มาผลิตไฟฟ้าด้วย ซึ่งมีลักษณะการทำงานคล้ายแว่นขยาย โดยใช้อุปกรณ์รับแสง เช่น กระจกหรือวัสดุสะท้อนแสงและหมุนตามดวงอาทิตย์ เพื่อรวบรวมความร้อนจากแสงอาทิตย์มาไว้ที่จุดเดียวกัน หรือที่เรียกว่า ระบบความร้อนรวมศูนย์ ทำให้เกิดความร้อนสูง ส่งผ่านไปยังตัวกลาง เช่น น้ำหรือน้ำมัน แล้วนำน้ำหรือน้ำมันที่ร้อนไปหมุนกังหันเครื่องกำเนิดไฟฟ้า และผลิตกระแสไฟฟ้าต่อไป

ระบบความร้อนแบบรวมศูนย์นี้ ปัจจุบันยังไม่มีการใช้กันอย่างแพร่หลายมากนัก เนื่องจากต้นทุนการผลิตไฟฟ้าจะสูงกว่าการใช้เซลล์แสงอาทิตย์ นอกจากนี้ ยังสามารถผลิตไฟฟ้าได้จากรังสีตรงเท่านั้น เช่น แสงอาทิตย์จากทะเลทราย ดังนั้น ระบบผลิตไฟฟ้าจากความร้อนแสงอาทิตย์จึงไม่เหมาะกับประเทศไทย เพราะแสงอาทิตย์ส่วนใหญ่เป็นรังสีกระจายและมีเมฆมาก

การผลิตไฟฟ้าจากความร้อนแสงอาทิตย์สามารถแบ่งได้ 3 ประเภทหลักๆ ตามกระบวนการรวบรวมความร้อนให้กับตัวกลาง ก่อนนำไปหมุนกังหันเพื่อผลิตไฟฟ้า ได้แก่

– ระบบรางพาราโบลิค (Parabolic Through) ประกอบด้วยรางยาว โค้งมิติเดียวเป็นตัวรับแสง ติดตั้งอยู่บนระบบหมุนตามดวงอาทิตย์แกนเดียว ทำหน้าที่รวมแสงอาทิตย์ให้สะท้อนไปยังท่อที่ขนานกับแนวราง เพื่อถ่ายเทความร้อนให้ของเหลว (น้ำหรือน้ำมัน) ที่ไหลผ่านท่อ ทำให้ของเหลวนั้นกลายเป็นไอและไปขับเคลื่อนกังหันเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า หากในช่วงที่ไม่มีแสงอาทิตย์ การผลิตไอน้ำจะใช้พลังงานจากก๊าซธรรมชาติเข้ามาช่วยเสริม

– ระบบหอคอย (Power Tower) ประกอบด้วยตัวรับความร้อนที่ติดตั้งอยู่กับที่ตั้งบนหอคอย ที่ล้อมรอบด้วยแผงกระจกขนาดใหญ่จำนวนมาก เรียกว่า “โฮลิโอสเตท” ซึ่งจะหมุนตามดวงอาทิตย์และสะท้อนแสงไปยังตัวรับความร้อน เพื่อให้ของเหลวที่อยู่ภายในได้รับความร้อนจนระเหยเป็นไอและไปขับเคลื่อนกังหัน เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า ซึ่งระบบนี้ส่วนใหญ่ยังอยู่ในขั้นตอนการวิจัยและกำลังจะนำมาใช้ในเชิงพาณิชย์ เช่น โรงไฟฟ้า Gemasolar ในเมือง Seville ทางตอนใต้ของประเทศสเปน เป็นต้น

– ระบบจานพาราโบลิค (Parabolic Dish) ร่วมกับเครื่องยนต์สเตอร์ลิง (Stirling Engine) จะใช้หลักการแปลงความร้อนจากรังสีดวงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานกลเพื่อนำไปผลิตไฟฟ้า โดยจะประกอบด้วยจานรวมแสงแบบพาราโบลิคและเครื่องยนต์สเตอร์ลิงกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า โดยทำงานด้วยการส่งผ่านความร้อนของแสงอาทิตย์ ให้กับลูกสูบของเครื่องยนต์สเตอร์ลิง ที่ติดตั้งบนจุดโฟกัสของจานพาราโบลิค เมื่ออากาศภายในลูกสูบมีอุณหภูมิสูงขึ้นและขยายตัวจนทำให้เครื่องยนต์ทำงานอย่างต่อเนื่อง ส่วนตัวรวมแสงแบบจานพาราโบลิคจะมีผิวสะท้อน โดยประกอบด้วยแผ่นสะท้อนแสงหลายชิ้นประกอบกัน และมีระบบขับเคลื่อนแบบ 2 แกน หมุนตามดวงอาทิตย์ตลอดทั้งวัน