พลังงานแสงอาทิตย์ แผงโซล่าเซลล์ เครื่องทำน้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์ ระบบเครื่องทำน้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์ Water System & Service Co.,Ltd.

พลังงานแสงอาทิตย์

ประวัติความเป็นมาของการใช้พลังงานแสงอาทิตย์

การใฃ้พลังงานแสงอาทิตย์ มีมานานตั้งแต่สมัยดึกดำบรรพ์ มนุษย์นอกจากจะใช้พลังงานแสงอาทิตย์ให้เป็นประโยชน์เพื่อให้แสงสว่างแล้ว ยังใช้ความร้อนจากพลังงานแสงอาทิตย์ในการตากหรือผึ่งแห้งอาหาร และเครื่องใช้ต่างๆ มาตั้งแต่เริ่มโลก

ชนชาวกรีกสมัยโบราณรู้จักใช้พลังงานแสงอาทิตย์์ เพื่อทำความอบอุ่นและให้ความเย็นภายในตัวอาคารบ้านเรือนด้วยวิธี ธรรมชาติ กล่าวคือในการสร้างที่พักอาศัยห้องที่ต้องการความอบอุ่นมากที่สุดจะออกแบบให้หันไปทางทิศใต้ ส่วนทางด้านเหนือของบ้านจะต้องหันเหหรือมีส่วนปกปิดจากทิศทางและความหนาวเย็นของลม

ชนชาวโรมันรู้จักวิธีผลิตกระจกเมื่อต้น ค. ศ.100 และได้ใช้กระจกให้เป็นประโยชน์ต่างๆ โดยเฉพาะชาวโรมันรู้ว่า ถ้าให้พลังงานแสงอาทิตย์ส่องทะลุกระจกจะเกิดความอบอุ่นขึ้นภายใต้ห้องที่บุด้วยกระจกนั้น ในฤดูหนาวห้องที่อยู่ทางทิศใต้จะได้รับ ความอบอุ่นจากพลังงานแสงอาทิตย์์มากที่สุด

การทดลองและค้นคว้าเกี่ยวกับการใช้ประโยชน์จากพลังงานแสงอาทิตย์ได้ถูกพัฒนามาเรื่อยจนถึงปลายศตวรรษที่ 18 เมื่อ SAMUEL PIERPOINT LANGLEY ( ค . ศ . 1881) นักฟิสิกส์ชาวอเมริกันได้ทดลองสร้างกล่องทำด้วยทองแดง มีกระจกปิดหน้าขนาด 16.5 x 16.5 x 4 ซม . หุ้มฉนวนด้วยใยสำลีรอบๆ กล่องทองแดง แล้วบุด้วยไม้ไว้อีกชั้นหนึ่ง ปรากฎว่าเมื่อเอากล่องทองแดงตากแดดไว้ใช้ปรอดวัดอุณหภูมิในกล่องวัดได้อุณหภูมิสูงถึง 113.3 ° C การทดลองนี้เป็นจุดเริ่มต้นของแผงโซล่าเซลล์์แบบแผ่นราบ (FLAT PLATE SOLAR COLLECTOR) ซึ่งเป็นอุปกรณ์สำคัญส่วนหนึ่งของเครื่องทำน้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์

พลังงานฟรีส่วนมากที่เราได้จากพลังงานแสงอาทิตย์มาในรูปแบบของแสงแดด หรือการแผ่รังสีคลื่นสั้น (SHORT WAVE REDIATION) เมื่อแสงแดดตกกระทบของแข็งหรือของเหลวใดๆก็ตามมันจะถูกดูดซึม และเปลี่ยนแปลงเป็นพลังงานความร้อน วัสดุที่ถูกแสงแดดนั้นจะเริ่มอุ่นขึ้น และเก็บพลังงานไว้แล้วถ่ายทอดให้วัสดุใกล้เคียงรอบๆ ตัว เช่น อากาศ , น้ำ , ของแข็งหรือของเหลว หรือแผ่รังสีต่อให้แก่วัสดุอื่นที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าการแผ่รังสีต่อ (RERADIA-TION) นี้เป็นการแผ่รังสีคลื่นยาว

กระจกเป็นวัสดุที่ยอมให้รังสีคลื่นสั้น ( แสงแดด ) ทะลุผ่านแต่เป็นตัวสกัดกั้นรังสีคลื่นยาว ( พลังงานความร้อน ) ที่ดีเมื่อพลังงานแสงอาทิตย์์ส่องทะลุผ่านกระจกเข้าไป มันจะดูดซึมโดยวัสดุภายใต้กระจก แต่พลังงานความร้อนที่เกิดขึ้นจะไม่สามารถผ่านทะลุกระจกออกมาได้ ฉะนั้นกระจกจึงเป็นตัวดัก (HEAT TRAP) พลังงานความร้อนจากพลังงานแสงอาทิตย์ที่ดีชนิดหนึ่ง

แผงโซล่าเซลล์

แผงโซล่าเซลล์ คือ แผ่นดูดแสงที่มีสัมประสิทธิดูดความร้อนจากพลังงานแสงอาทิตย์์ได้สูงมากถึง 94-96% แต่การสะท้อนกลับออกของพลังงานความร้อนจากแผงโซล่าเซลล์น้อยมากเพียง 10% ทำให้สามารถเก็บพลังงานได้มาก และไม่ทำให้พลังงานความร้อนสะท้อนหนีออกจากแผงโซล่าเซลล์เลย แผงโซล่าเซลล์นี้มีคุณสมบัติที่ดีกว่า ตรงกันข้ามกับแผงโซล่าเซลล์ดูดแสงแบบทั่วไปที่ใช้สีดำทาหรือพ่น

แผงโซล่าเซลล์ ดูดแสงในแผงรับพลังงานแสงอาทิตย์ทุกชนิดถ้าพิจารณาดูมีสีค่อนข้างดำ แผงโซล่าเซลล์ ดูดแสงสีดำทุกชนิดหาใช่แผงโซล่าเซลล์ ดูดแสง- ซีเล็คทีฟไม่ ทั้งนี้เพราะกรรมวิธีการผลิตแผงโซล่าเซลล์ ดูดแสงซีเล็คทีฟนั้น ไม่ใช่การนำสีดำมาทาหรือพ่นดังที่เคยกล่าวมาแล้วข้างต้น นักวิทยาศาสตร์ชาวอิสราเอล และนักวิทยาศาสตร์จากหลายประเทศได้ทำการค้นคว้าเกี่ยวกับการผลิตแผงโซล่าเซลล์ ดูดแสงซีเล็คทีฟนี้นานกว่า 25 ปี แต่ที่มีการผลิตขึ้นเพื่อใช้งานพอที่จะเป็นที่อ้างอิงได้มีน้อย

โครงสร้างโดยทั่วไปของแผงโซล่าเซลล์ ดูดแสงซีเล็คทีฟ

นิเกิ้ลและโครเมี่ยมเป็นวัสดุที่นิยมใช้เคลือบผิวแบบชุบด้วยไฟฟ้า (ELECTROPLATING) บนโลหะใช้ในการชุบเคลือบเพื่อป้องกันสนิมและความสวยงาม สามารถชุบให้ออกคำได้ง่าย ทั้งนิเกิ้ลและโครเมี่ยมเป็นวัสดุคล้ายๆกัน แต่ผิวที่ถูกชุบให้ดูออกดำนั้นเกิดขึ้นโดยการชุบด้วยไฟลงบนผิวที่เคลือบหรือชุบด้วยนิเกิ้ล (NICKEL) อยู่แล้ว ภายใต้สภาวะที่ทำให้โครงสร้างของผิวมีความหยาบจนทำให้ตาดูออกเป็นสีดำ แต่ความจริงแล้วหาเป็นเช่นนั้นไม่

การชุบในลักษณะดังกล่าวทำให้ผิวที่ถูกชุบเกิดเป็นผิวซีเล็คทีฟขึ้นมา ทั้งนี้เนื่องจากโครงสร้างของผิวโลหะนั้น เกิดผิวที่ถูกเตรียมขึ้นมาใหม่อีกชั้นหนึ่ง ความละเอียดของบนผิวพื้นของโครงสร้างใหม่มี ( นิเกิ้ล หรือโครเมี่ยมที่ชุบแล้ว ) ขนาดเล็กและเรียบมากจนไม่สามารถมองได้ด้วยตาเปล่านั้น เมื่อเปรียบเทียบกับความยาวคลื่นของพลังงานความร้อน ( รังสีคลื่นยาว ) ผิวที่ชุบแล้วจะมีความละเอียดมากแต่เมื่อเปรียบเทียบกับแสงแดด ( รังสีคลื่นสั้น ) ผิวที่ชุบจะมีความหยาบกว่าทำให้แสงแดดสามารถทะลุผ่านเข้าไปให้มาก เนื่องจากโครงสร้างที่เป็นซีเล็คทีฟหรืออีกนัยหนึ่งคือผิวที่ถูกชุบแล้วนั้นมีความขรุขระ 1 ไมครอน ระหว่างหลุมถึงหลุม ( หรือนูนถึงนูน ) ถ้าสามารถมองด้วยกล้องจุลทรรศน์ขนาด 10,000 เท่า

ผิวของแผงโซล่าเซลล์ ดูดแสงซีเล็คทีฟนั้น อุปมาก็เหมือนกับตะแกรงเหล็กหนามากที่มีรูลึก ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางเท่าลูกปิงปองเกิดขึ้นอยู่อย่างเป็นระเบียบ ลูกตะกร้อ ( รังสีความร้อน ) ที่ตกกระทบจะกระดอน (HIGH – REFLECTIVE) จากผิวของโลหะ เนื่องจากผิวพื้นมีความละเอียดมากกว่า ( รูเล็กกว่า ) หลังจากการตกระทบลูกตระกร้อจะสูญเสียพลังงานเพียงเล็กน้อย ส่วนลูกแก้วขนาดเล็ก ( รังสีคลื่นสั้น ) จะสามารถทะลุผ่านเข้าไปในรูขนาดลูกปิงปองได้อย่างง่ายดาย หลังจากที่กระดอนอยู่ภายในหลายครั้งจะสูญเสีย และถ่ายพลังงานให้จนหมด

วัสดุที่มีสีดำไม่ใช่ซีเล็คทีฟย่อมมีการดูดซึมพลังงานที่ดี ขณะเดียวกันสะท้อนเอาพลังงานที่เก็บได้ออกไปได้ดีเช่นกัน ส่วนวัสดุที่มีการสะท้อนแสงดี เช่น ของที่มีความมันหรือความเงาทุกชนิด อาทิเช่นแผ่นโลหะชุบมัน ( นิเกิ้ล , โครเมี่ยม ) แผ่น - อลูมิเนียม แผ่นสังกะสี ฯลฯ เหล่านี้ มีการดูดซึมพลังงานความร้อนได้น้อยมาก ทั้งนี้เพราะความเป็นเงาหรือการสะท้อนที่เกิดขึ้นในตัวของมันเอง เนื่องจากมีการสะท้อนแสงออกมา (HIGHLYREFLECTIVE) จึงดูดแสงได้น้อย แต่ลักษณะเด่นที่สำคัญอย่างยิ่งคือ การไม่สะท้อนพลังงานความร้อนออก (LOW MISSIVITY) ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่ต้องการอย่างมากในการผลิตแผงโซล่าเซลล์ ดูดพลังงานแสงอาทิตย์ ซีเล็คทีฟ

เมื่อเราให้ความเงาแก่ผิวโลหะ โดยให้มีความขรุขระขนาดหนึ่งไมครอน (1/u) และชุบผิวโลหะให้ดำตามกรรมวิธีชุบโลหะด้วยไฟฟ้าดังที่กล่าวมาแล้ว เราก็จะได้ทั้งการดูดซึมพลังงาน 94 - 95% และการสะท้อนออกของพลังงานน้อยมากเพียง 10% ทำให้ได้คุณสมบัติตามต้องการทั้ง 2 ชนิด ในเวลาเดียวกันจนเกิดเป็นแผ่นดูดแสงซีเล็คทีฟขึ้น

ปัจจุบันมีการผลิตแผงโซล่าเซลล์ ดูดแสงซีเล็คทีฟในหลายประเทศมีหลายชนิดได้แก่ แบล็คนิเกิ้ล (BLACK NICKLE) แบล็ค-โครม (BLACK CHROME) คอปเปอร์อ๊อกไซด์ (COPPER OXIDE) และเมททัลลิคอ๊อกไซด์ (METTALLIC OXIDE) ชนิดต่างๆ ซึ่งล้วนแต่มีคุณภาพและประสิทธิภาพดีและความทนทานดีเยี่ยม เนื่องจากไม่ใช้สีพ่นจึงมีความคงทนดีกว่า ไม่ลอกและไม่หลุดร่อน การทำงานของแผงโซลาเซลล์มีอายุมากกว่า 10-15 ปีขึ้นไป

ท่อน้ำภายในแผงโซล่าเซลล์ (TUBE)

ท่อน้ำภายในแผงโซล่าเซลล์์ ส่วนมากมักใช้ท่อทองแดง (COPPER), ท่อประปา (GALVANIZED), สแตนเลส (STAINLESS STEEL) วัสดุที่เป็นสื่อไฟฟ้าที่ดีมักจะเป็นตัวนำ ความร้อนที่ดีด้วย เช่น เงินและทองแดง ฯลฯ ทองแดงเป็นวัสดุ ที่ดีที่สุดในการนำความร้อนดีกว่าอลูมิเนียม 2 เท่า ดีกว่าเหล็ก 8 เท่า และดีกว่าสแตนเลส 10 เท่า นอกจากนั้นทองแดงยังมีความทนทานทนแรงอัด และทนต่อการกัดกร่อนของสนิมและการเกาะของหินปูนได้ดีมากอีกด้วย จากประสบการณ์การทำประปาสำหรับอาคารบ้านเรือนในอดีตของสหรัฐอเมริกาและยุโรปจะเห็นได้ว่าทองแดงเป็นที่นิยมใช้เพื่อประปา ใช้ทำเครื่อง ให้ความร้อนและความเย็นต่างๆ มีความทนทานที่ได้พิสูจน์มาแล้วนานนับศตวรรษ ไม่มีข้อข้องใจในการเลือกใช้ทองแดงในแผงโซล่าเซลล์ รับพลังงานแสงอาทิตย์ในประเทศอิสราเอลและอเมริกามีการใช้ทองแดง เพื่อทำแผงโซล่าเซลล์ รับพลังงานแสงอาทิตย์มากที่สุด

พลังงานแสงอาทิตย์ ถือว่าเป็นอภิพลังงานโดยแท้ความพยายามที่จะนำพลังงานแสงอาทิตย์มาใช้ประโยชน์ จำเป็นที่จะต้องเริ่มต้น เข้าใจถึงแหล่งกำเนิดพลังงาน คือ ดวงอาทิตย์ และเมื่อพลังงานแสงอาทิตย์เดินทางมาถึงโลกแล้ว ก็ต้องเข้าใจถึงการเปลี่ยนแปลงของพลังงานแสงอาทิตย์ เมื่อผ่านบรรยากาศของผิวโลก เนื่องจากสภาพอากาศจะมีความแปรปรวนมาก ซึ่งเป็นผลจากความหลากหลายของลักษณะภูมิประเทศที่ประกอบกันเป็นผิวโลก ความหลากหลายของภูมิอากาศ รวมถึงความหลากหลายของกิจกรรมของมนุษย์ที่สร้างผลกระทบต่อบรรยากาศโลก

ข้อมูลของพลังงานแสงอาทิตย์เมื่อเดินทางถึงโลก

เมื่อแสงอาทิตย์เดินทางโดยการแผ่ของคลื่น มายังโลกผ่านชั้นบรรยากาศที่มีคุณสมบัติทางกายภาพต่าง ๆ กัน กว่าที่แสงจะตกกระทบพื้นโลกซึ่งมีลักษณะภูมิศาสตร์ที่หลากหลายด้วย พื้นน้ำในมหาสมุทร เทือกเขา ที่ราบสูง หุบเขา เป็นต้น แสงอาทิตย์ย่อมมีปฏิสัมพันธ์กับก๊าซหลากชนิด ไอน้ำ หรือ อนุภาคของแข็ง ไม่ว่าเป็นฝุ่นละออง หมอกควัน (Smog) ทำให้เกิดการดูดกลืน หักเห และสะท้อนกลับออกนอกบรรยากาศ มีผลทำให้แสงอาทิตย์ที่ตกกระทบพื้นโลกถูกลดทอนและเปลี่ยนทิศทาง เกิดการกระจัดกระจายของพลังงานแสงอาทิตย์บางส่วน ดังนั้น เมื่อพิจารณาพลังงานแสงอาทิตย์ที่มีอยู่บนพื้นโลก จะพบว่า ณ ตำแหน่งใด ๆ จะมีพลังงานแสงอาทิตย์ 2 แบบ คือ

1. พลังงานแสงอาทิตย์แบบตรง (Direct Radiation)

มาจากการเดินทางของคลื่นที่นำพลังงานแสงอาทิตย์จากดวงอาทิตย์ตกกระทบ ณ ตำแหน่งนั้น ๆ โดยตรง ดังจะปรากฏเงาขึ้นเมื่อมีการบังแสง

2. พลังงานแสงอาทิตย์แบบกระจาย (Diffuse Radiation)

เกิดจากพลังงานแสงอาทิตย์แนวตรงที่ถูกเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติโดยสภาพบรรยากาศและสภาพภูมิศาสตร์ ทำให้พลังงานแสงอาทิตย์กระจัดกระจายทุกทิศทุกทาง ยกตัวอย่าง เช่น ขณะที่อยู่ในที่ร่มก็ยังรับรู้ความร้อนและมีความสว่างมองเห็นได้ ก็เป็นผลจากพลังงานแสงอาทิตย์แบบกระจายนี้เอง
ผลรวมของพลังงานแสงอาทิตย์แบบตรง และแบบกระจายจะเรียกว่าพลังงานแสงอาทิตย์รวม (Total Radiation หรือ Global Radiation) ดังนั้น ในวันที่ท้องฟ้ามีเมฆปกคลุมทั่วบริเวณ องค์กระกอบของพลังงานแสงอาทิตย์แบบตรงจะมีค่าเป็นศูนย์ มีแต่องค์ประกอบของพลังงานแสงอาทิตย์แบบกระจาย

พลังงานแสงอาทิตย์จะเดินทางออกจากดวงอาทิตย์ด้วยความเร็ว 300 ล้านเมตร/วินาที ในลักษณะของการแผ่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic Wave Propagation) ที่มีทุกขนาดความยาวคลื่นตั้งแต่ความยาวคลื่นสูงสุดในย่านคลื่นวิทยุ จนถึงความยาวคลื่นต่ำสุดในย่านรังสีคอสมิก ตลอดทั้งสเปกตรัม แต่ในบรรดาความยาวคลื่นที่มีในแสงอาทิตย์ อันได้แก่ ช่วงคลื่นอัลตราไวโอเลต (Ultraviolet) ช่วงแสงสีที่มองเห็นด้วยตา (Visible Light) และคลื่นอินฟราเรด (Infrared) ถือว่ามีพลังงานสูงกว่าพลังงานของคลื่นช่วงอื่น ๆ มาก

ศักยภาพพลังงานแสงอาทิตย์ไทย

ในสภาวะอากาศท้องฟ้าโปร่ง พลังงานทั้งหมดจะเป็นพลังงานแสงอาทิตย์แบบตรง ในสภาวะอากาศเมฆมาก พลังงานแสงอาทิตย์แบบตรงจะลดลง แต่พลังงานแสงอาทิตย์แบบกระจายกลับเพิ่มขึ้น พลังงานแสงอาทิตย์ในประเทศไทย จะได้รับอิทธิพลจากลักษณะภูมิอากาศตามฤดูกาล และลักษณะภูมิประเทศของท้องถิ่น สามารถสรุปได้ว่า ความชื้นสัมพัทธ์ของอากาศมีค่าสูง เนื่องจากมีการก่อตัวของก้อนเมฆตลอดเวลา ทำให้ปริมาณพลังงานแสงอาทิตย์โดยเฉลี่ยไม่สูงนัก เมื่อเทียบกับภูมิภาคตะวันออกกลาง ตอนกลางทวีปออสเตรเลีย ภาคเหนือของทวีปอาฟริกา และพื้นที่ตะวันออกของทะเลสาปแคสเปี้ยน

แต่จากข้อมูลการจัดทำแผนที่ศักยภาพพลังงานแสงอาทิตย์ สำหรับประเทศไทย โดยรองศาสตราจารย์ ดร. เสริม จันทร์ฉาย และคณะ แห่งภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิยาลัยศิลปากร ได้นำข้อมูลจากดาวเทียม GMS 4 และ GMS 5 ตั้งแต่เดือนมกราคม 1993 ถึงธันวาคม 1998 เป็นระยะเวลา 6 ปี พบว่า ความเข้มรังสีดวงอาทิตย์ในประเทศไทยแปรค่าตามพื้นที่และเวลาในรอบปี โดยได้รับอิทธิพลที่สำคัญจากลมมรสุมตะวันออกเฉียงเหนือและลมมรสุมตะวันตกเฉียงใต้ เมื่อพิจารณาจากแผนที่ศักยภาพพลังงานแสงอาทิตย์ เฉลี่ยทั้งปีพบว่าพื้นที่ที่ได้รับพลังงานแสงอาทิตย์สูงสุดแผ่เป็นบริเวณกว้างทางตอนล่างของภาคตะวันออกเฉียงเหนือ ครอบคลุมพื้นที่บางส่วนของจังหวัดนครราชสีมา บุรีรัมย์ สุรินทร์ ศรีสะเกษ ร้อยเอ็ด ยโสธร อุบลราชธานี และตอนบนของภาคตะวันออกเฉียงเหนือที่จังหวัดอุดรธานี รวมทั้งบางส่วนของภาคกลางที่จังหวัดสุพรรณบุรี ชัยนาท อยุธยา และลพบุรี โดยได้รับพลังงานแสงอาทิตย์รายวันเฉลี่ยต่อปีอยู่ในช่วง 19-20 MJ/m2-day พื้นที่ดังกล่าวคิดเป็น 14.3% ของพื้นที่ทั้งหมดของประเทศ นอกจากนี้ยังพบว่า 50.2% ของพื้นที่ทั้งหมด ได้รับพลังงานแสงอาทิตย์ในช่วง 18-19 MJ/m2-day และมีเพียง 0.5 % ของพื้นที่ที่ได้รับพลังงานแสงอาทิตย์น้อยกว่า 16 MJ/m2-day โดยค่าเฉลี่ยของรังสีรวมรายวันเฉลี่ยต่อปีทั่วประเทศมีค่าเท่ากับ 18.2 MJ/m2-day ซึ่งถือได้ว่ามีศักยภาพค่อนข้างสูง

วอเตอร์ ซิสเต็ม แอนด์ เซอร์วิส
50/123 หมู่ 8 ถนนพหลโยธิน แขวงอนุสาวรีย์ เขตบางเขน กรุงเทพฯ 10220
โทร. 02-551-2511-5 , 02-552-3429 , 02-552-3447 , 02-552-6606 แฟ๊กซ์ 02-551-2516
E-mail : Solarultra@loxinfo.co.th Website : www.solar-freeenergy.com