รักษ์พลังงาน รักษ์โลก

ภาวะโลกร้อน เป็นสิ่งที่พวกเราทุกคนต้องช่วยกันร่วมแก้ปัญหา เรารวบรวมข้อมูลในการอนุรักษ์พลังงาน เพื่อเป็นส่วนหนึ่งในการรักษาโลกของเรา

Line

เครื่องทำน้ำร้อน แบบใหม่ “Solar Heater”

ข่าวและสาระน่ารู้ / รักษ์พลังงาน รักษ์โลก

Line
เครื่องทำน้ำร้อน ที่ใช้กันตามบ้านเรือนทั่วไป ส่วนใหญ่มักจะเป็นแบบใช้ไฟฟ้ากันแทบทั้งสิ้น เพราะเครื่องทำน้ำร้อนไฟฟ้าเหล่านี้ใช้งานได้สะดวกและรวดเร็วแต่ก็สิ้นเปลืองค่าไฟฟ้าอยู่ไม่น้อยในแต่ละปี ดังนั้น เราจึงควรที่จะหันมาใช้พลังงานชนิดอื่นที่ประหยัดกว่าทดแทน โดยเฉพาะพลังงานจากธรรมชาติที่มีอยู่มากมาย และไม่ก่อให้เกิดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม 

แนวความคิดเครื่องทำน้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์ 
แนวความคิดที่จะนำพลังงานจากแสงอาทิตย์มา ใช้งานได้ริเริ่มและพัฒนาขึ้นมาเป็นลำดับอย่างต่อเนื่อง นับจากการใช้ความร้อนจากแสงอาทิตย์ในการเกษตร เช่น การอบใบยา หรือเมล็ดพืช เป็นต้น จนกระทั่ง ปัจจุบันนี้ ได้มีการพัฒนามาเป็นเครื่องอำนวยความสะดวกที่ใช้ในชีวิตประจำวันได้มากมาย อาทิเช่น เครื่องทำน้ำร้อน หรือเครื่องอบแห้งผลิตภัณฑ์เกษตรเป็นต้น 

เครื่องทำน้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์แบบเดิมจะ ทำน้ำร้อนได้เพียงอย่างเดียว 
เครื่องทำน้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์ในระยะแรก จะออกแบบอย่างง่ายๆ โดยใช้แผ่นโลหะทาสีดำมาทำเป็นแผงรับความร้อนวางอยู่บนท่อน้ำ (รูปที่ 1) แล้วตั้งไว้บนหลังคาเพื่อให้รับแสงอาทิตย์ได้อย่างเต็มที่ ซึ่งประสิทธิภาพการทำน้ำร้อนจะยังไม่ดีนัก ต่อมาได้มีการพัฒนาวัสดุที่นำมาเคลือบแผงรับแสงให้ มีประสิทธิภาพดีขึ้นมาเป็นลำดับ เช่น การใช้ Black Chrome ซึ่งเป็นวัสดุที่มีความคงทนสูง ดูดความร้อน ได้มาก แต่การลงทุนค่อนข้างจะแพง เพราะกรรมวิธีการผลิตที่ยุ่งยาก น้ำยาที่ใช้มีราคาแพง และอุปกรณ์การผลิตต้องใช้กระแสไฟฟ้ามาก เช่น ถ้าต้องการชุบแผงแสงอาทิตย์ขนาด 2 ตร.ม. ที่แรงเคลื่อนไฟฟ้า 12 V จะต้องใช้กระแสไฟฟ้าถึง 4000 แอมแปร์ ดังนั้น ผลผลิตจึงต้องมีปริมาณมาก เช่น 5,000 ตร.ม.ต่อเดือนจึงจะคุ้มทุน ฉะนั้นในประเทศไทยจึงยังไม่มีผู้ผลิตแผงรับแสงอาทิตย์ชนิดนี้ เนื่องจากความต้องการของตลาดยังไม่สูงพอ อีกทั้ง อุตสาหกรรมทางด้านการชุบโลหะด้วยไฟฟ้า (Electroplating) ยังไม่เจริญก้าวหน้า ดังนั้น จะต้องสั่งจากต่างประเทศ ทำให้แผงมีราคาสูงประ--มาณ 10,000 บาทต่อ ตร.ม. ขึ้นไป ซึ่งทำให้ต้นทุนของเครื่องทำน้ำร้อนมีราคาสูง ทั้งนี้ เพราะแผงรับแสงอาทิตย์มีราคาประมาณ 60% ของราคาทั้งระบบ 
 
เครื่องทำน้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์แบบใหม่สามารถผลิตได้ทั้งน้ำร้อนและไฟฟ้า 
ต่อมาได้มีความคิดที่จะนำแผงเซลล์แสงอาทิตย์ (Solar Cell) มารับรังสีแทนแผ่นโลหะสีดำแบบเดิมเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าไปด้วยพร้อมๆ กับการทำน้ำร้อน เนื่องจากเซลล์แสงอาทิตย์มีคุณสมบัติเป็นสารกึ่งตัวนำ เมื่อมีแสง กระทบจะผลิตกระแสไฟฟ้าออกมาได้ด้วย  

เซลล์แสงอาทิตย์ทำน้ำร้อนพร้อมกับผลิตไฟฟ้าได้อย่างไร
เซลล์แสงอาทิตย์เป็นส่วนที่ใช้รับรังสีดวงอาทิตย์ โดยตรง จึงเรียกว่า “แผงรับรังสีดวงอาทิตย์ (Solar absorber)” เมื่อมีแสงอาทิตย์ตกลงบนแผงรับรังสี เซลล์แสงอาทิตย์ในแผงจะรับพลังงานแสงเอาไว้ส่วนหนึ่งแล้วเปลี่ยนไปเป็นพลังงานไฟฟ้า  ส่วนแผ่นโลหะจะดูดกลืนแสงส่วนที่เหลือ และร้อนขึ้น ความร้อนที่ได้จะส่งต่อไปให้กับ  น้ำที่ไหลอยู่ในท่อที่วาง อยู่ใต้แผงรับรังสี (รูปที่ 2) ส่วนไฟฟ้าที่ผลิตได้ จะต้องแปลงจากกระแสตรงให้เป็นกระแสสลับเสียก่อน แล้วต่อเข้ากับระบบจำหน่ายไฟฟ้าที่มีอยู่ในปัจจุบันได้ทันที

เซลล์แสงอาทิตย์มีอยู่ด้วยกันกี่แบบ
เซลล์แสงอาทิตย์มีอยู่ด้วยกัน 2 แบบคือ แบบผลึก และแบบอะมอร์ฟัส ซึ่งเซลล์ทั้งสองแบบนี้ล้วนสร้างมาจาก ธาตุซิลิกอนเหมือนกัน แต่ต่างกันอยู่ที่วิธีการผลิตเท่านั้นเอง

เซลล์แสงอาทิตย์แบบผลึกสร้างอย่างไรการสร้างเซลล์แสงอาทิตย์แบบผลึก จะเริ่มจากการนำเอาซิลิกอนที่มีความบริสุทธิ์สูงมากไปหลอมละลายด้วยอุณหภูมิสูงถึง 1,500 องศาเซลเซียส เพื่อสร้างแท่งผลึกเดี่ยวขนาดใหญ่ และจะนำแท่งผลึกนี้ไปตัดเป็นแผ่นๆ เรียกว่า เวเฟอร์หนาประมาณ300 ไมโครเมตร ขัดผิวให้เรียบ จากนั้นก็จะนำไปเจือสารบางชนิดที่อุณหภูมิระดับ1,000 องศา--เซลเซียส เพื่อทำให้เกิดเป็นขั้วบวก-ลบ (p-n junction) ขึ้น บนแผ่นเวเฟอร์ หลังจากนั้น ก็จะเป็นขั้นตอนของการทำขั้วไฟฟ้าเพื่อนำกระแสไฟออกไปใช้ และขั้นสุดท้ายก็จะเป็นการเคลือบฟิล์มผิวหน้าเพื่อป้องกันการสะท้อนแสงให้น้อยที่สุด

เซลล์แสงอาทิตย์แบบอะมอร์ฟัสสร้างอย่างไร
ส่วนเซลล์แสงอาทิตย์แบบอะมอร์ฟัสมีวิธีการผลิต ที่ต่างจากแบบผลึกโดยสิ้นเชิงเพราะจะเป็นลักษณะของแผ่นฟิล์มบางไม่ใช่เวเฟอร์ เราจะสร้างแผ่นฟิล์มบางของซิลิกอนลงบนฐานรองโดยใช้เทคนิคที่เรียกว่า CVD (Chemical Vapor Deposition) ซึ่งจะนำก๊าซที่มีซิลิกอนติดอยู่ เช่น ก๊าซไซเรน (SiH4) ผ่านเข้าไปตรงบริเวณที่วางแผ่นฐานรองที่มีการกระตุ้นด้วยพลาสมาเพื่อส่งพลังงานให้ซิลิกอนแยกตัวออกจากก๊าซ แล้วเข้าไปจับตัวกันบนแผ่นฐานรอง ซึ่งส่วนใหญ่จะเป็นแก้ว สเตนเลส หรือพลาสติก ซึ่งได้เคลือบชั้นตัวนำโปร่งแสงไว้ก่อนแล้ว อุณหภูมิบนแผ่นฐานรองจะอยู่ที่200-300 องศาเซลเซียสเท่านั้น ในตอนนี้หากเราใส่ก๊าซที่มีโบรอน เช่น B2H6 เข้า--ไปด้วย ก็จะได้แผ่นฟิล์มที่เป็นบวก (p) แต่ถ้าใส่ก๊าซที่มี ฟอสเฟตเช่น PH3 ก็จะได้แผ่นฟิล์มที่เป็นลบ(n) หลังจาก--นั้นก็จะสร้างส่วนของขั้วไฟฟ้าให้เสร็จเป็นเซลล์แสงอาทิต

เซลล์แสงอาทิตย์แบบไหนดีกว่ากัน
ถ้าจะเปรียบเทียบเซลล์แสงอาทิตย์ทั้งสองแบบนี้ นอกจากกรรมวิธีการผลิตที่แตกต่างกันแล้วคุณสมบัติเฉพาะตัวอื่นๆ ก็ยังแตกต่างกันด้วย ฉะนั้นการจะเลือกใช้เซลล์แบบใด ก็ต้องคำนึงถึงประโยชน์ใช้สอยเป็นหลัก แต่ถ้าจะดูกันจริงๆ แล้วเซลล์แสงอาทิตย์แบบอะมอร์ฟัสจะมีข้อดีกว่า แบบผลึกอยู่หลายประการอาทิเช่น
     1. ใช้พลังงานในการผลิตน้อยกว่า
     2. ขั้นตอนการผลิตไม่ซับซ้อน
     3. แผ่นฟิล์มบางกว่า ทำให้ประหยัดซิลิกอนได้มากกว่า
     4. ทำเป็นแผ่นขนาดใหญ่ได้ง่ายกว่า
     5. ฟิล์มอะมอร์ฟัสสามารถเคลือบลงไปบนแผ่นโลหะได้โดยตรง
     6. ประสิทธิภาพแทบจะไม่ลดลงตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น (รูปที่ 3)

กล่าวโดยสรุปแล้ว เซลล์แบบอะมอร์ฟัสซิลิกอน จะมีราคาถูกกว่า และมีประสิทธิภาพสูงกว่า แม้ในขณะใช้งานที่อุณหภูมิสูง จึงเหมาะที่จะใช้เป็นแผงรับรังสีในเครื่องทำน้ำร้อนมากกว่าเซลล์แบบผลึก ที่ผ่านมาได้มีการนำเซลล์แสงอาทิตย์ประเภทซิลิกอนผลึกเดี่ยวมาประยุกต์ใช้เป็นตัวรับรังสีแสงอาทิตย์ (Solar absorber)กันแล้วในหลายประเทศ เช่น ในประเทศญี่ปุ่นมีบริษัทชื่อ “Hybrid Technology Develop- ment”ได้พัฒนาระบบผสมผสานดังกล่าวนี้ซึ่งมีขนาด 4.6 กิโลวัตต์ เพื่อติดตั้งบนหลังคาบ้านโดยระบุว่าประสิทธิภาพการนำพลังงานแสงอาทิตย์มาใช้จะเพิ่มเป็น 3 เท่า โดย คาดว่าราคาของระบบดังกล่าว จะอยู่ที่ 1,500,000 เยน หรือ450,000 บาท และในประเทศอิสราเอล บริษัท SOLOR ได้พัฒนาระบบเซลล์แสงอาทิตย์แบบผสมผสานที่สามารถผลิตไฟฟ้าได้ประมาณ 2-4 กิโลวัตต์-ชม. และน้ำร้อนขนาด 6,000 กิโลคาลอรี่ แต่ระบบดังกล่าวประสบอุปสรรคที่ว่า ตัวเซลล์แสงอาทิตย์เองจะมีอุณหภูมิสูงตามไปด้วย ทำให้ประสิทธิ--ภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ลดลงเป็นอย่างมาก และเซลล์แสงอาทิตย์เป็นแบบผลึกเดี่ยวก็ยังมีราคาสูงอยู่

โครงสร้างแผงเซลล์แสงอาทิตย์ที่นำมาใช้งาน
การประกอบแผงเซลล์แสงอาทิตย์เพื่อการใช้งาน นั้น มีส่วนประกอบและวิธีการที่ค่อนข้างจะซับซ้อนอยู่มาก ที่เปรียบเทียบให้เห็นถึงส่วนประกอบต่างๆ ของแผงเซลล์แสงอาทิตย์แบบธรรมดา (Normal Photo- voltaic) ที่จะเป็นเซลล์แสงอาทิตย์ประกอบเสร็จสมบูรณ์พร้อมใช้งาน และแผงเซลล์แบบผสมผสาน (Hybrid) ที่ได้มาจากการตัดส่วนประกอบที่ไม่จำเป็นในการผลิตกระแสไฟฟ้า ออกไปจากแผงเซลล์แบบธรรมดา ได้แก่ กรอบอลูมิเนียม Tefzel ไฟเบอร์กลาส EVA และเหล็กไร้สนิม คงเหลือเอา ไว้แต่ส่วนประกอบหลักๆ ที่ใช้ผลิตไฟฟ้าเท่านั้น

เครื่องทำน้ำร้อนแบบใหม่มีราคาถูกลง
การตัดส่วนประกอบที่ไม่จำเป็นออกไปเพื่อผลิตเครื่องทำน้ำร้อนโดยใช้เซลล์แบบไฮบริด (Hybrid) นี้ เองที่ทำให้สามารถประหยัดต้นทุนค่าใช้จ่ายลงไปได้มาก เมื่อเทียบกับการใช้เครื่องทำน้ำร้อนแบบเดิมร่วมกับเซลล์ แสงอาทิตย์ (Thermal+ PV) เพราะลำพังตัวเครื่องทำน้ำ--ร้อนอย่างเดียว (Thermal) ก็มีราคาสูงกว่าเครื่องแบบไฮบริด แล้ว โดยเฉพาะเครื่องที่ใช้แผ่นดูดแสงอาทิตย์แบบเคลือบ ผิวเลือกรังสี เพราะจะมีต้นทุนการผลิตที่ต่อนข้างสูง ตามที่ได้กล่าวไปแล้ว และในอนาคตราคาเซลล์ก็มีแนวโน้มที่จะถูกลงไปกว่านี้อีก ถ้าเราสามารถผลิตและใช้วัสดุที่หาได้ภายในประเทศ ซึ่งมีหลายหน่วยงานกำลังค้นคว้าวิจัยกันอยู่ในขณะนเซลล์แสงอาทิตย์ที่ใช้จะเป็นอะมอร์ฟัสซิลิกอน แบบไฮบริด วางบนท่อน้ำที่ออกแบบให้น้ำไหลขนานกันจากด้านล่างขึ้นด้านบน เมื่อแผงเซลล์ได้รับแสงอาทิตย์ก็จะเกิดความร้อนและผลิตกระแสไฟฟ้าได้ ตามที่กล่าวไปแล้วในตอนต้น ในส่วนของพลังงานความร้อน จะส่งไปให้น้ำเย็นในท่อทองแดง ทำให้น้ำร้อนขึ้น แล้วน้ำร้อนจะไหลขึ้นไปเก็บไว้ในถังเก็บน้ำด้านบนได้เอง เพราะความหนาแน่นของน้ำร้อนจะน้อยกว่าน้ำเย็น และยังทำให้น้ำร้อนที่ไหลขึ้นไปในถังเก็บน้ำแยกชั้นกับน้ำเย็นที่มีอยู่เดิมได้อีกด้วย(น้ำร้อนอยู่ชั้นบน น้ำเย็นอยู่ชั้นล่าง) เมื่อได้น้ำร้อนตามปริมาณที่ต้องการแล้วจึงเปิดเอาออกไปใช้ น้ำเย็นใหม่ก็จะไหลเข้ามาแทนหมุนเวียนกันอยู่เช่นนี้เรื่อยไปตลอดเวลาที่ ยังมีแสงอาทิตย์อยู่ การติดตั้งอุปกรณ์ที่เหมาะสม ควรจัดให้ส่วนบนของอุปกรณ์ยกขึ้นสูงกว่าส่วนล่างเล็กน้อย เพื่อให้การไหลเวียนของน้ำในท่อทองแดงสะดวกยิ่งขึ้น จึงเหมาะอย่างยิ่งที่จะติดตั้งบนหลังคาที่มีความลาดเอียงเซลล์แสงอาทิตย์ที่ใช้จะเป็นอะมอร์ฟัสซิลิกอน แบบไฮบริด วางบนท่อน้ำที่ออกแบบให้น้ำไหลขนานกันจากด้านล่างขึ้นด้านบน เมื่อแผงเซลล์ได้รับแสงอาทิตย์ก็จะเกิดความร้อนและผลิตกระแสไฟฟ้าได้ ตามที่กล่าวไปแล้วในตอนต้น ในส่วนของพลังงานความร้อน จะส่งไปให้น้ำเย็นในท่อทองแดง ทำให้น้ำร้อนขึ้น แล้วน้ำร้อนจะไหลขึ้นไปเก็บไว้ในถังเก็บน้ำด้านบนได้เอง เพราะความหนาแน่นของน้ำร้อนจะน้อยกว่าน้ำเย็น และยังทำให้น้ำร้อนที่ไหลขึ้นไปในถังเก็บน้ำแยกชั้นกับน้ำเย็นที่มีอยู่เดิมได้อีกด้วย (น้ำร้อนอยู่ชั้นบน น้ำเย็นอยู่ชั้นล่าง) เมื่อได้น้ำร้อนตามปริมาณที่ต้องการแล้วจึงเปิดเอาออกไปใช้ น้ำเย็นใหม่ก็จะไหลเข้ามาแทนหมุนเวียนกันอยู่เช่นนี้เรื่อยไปตลอดเวลาที่ ยังมีแสงอาทิตย์อยู่ การติดตั้งอุปกรณ์ที่เหมาะสม ควรจัดให้ส่วนบนของอุปกรณ์ยกขึ้นสูงกว่าส่วนล่างเล็กน้อย เพื่อให้การไหลเวียนของน้ำในท่อทองแดงสะดวกยิ่งขึ้น จึงเหมาะอย่างยิ่งที่จะติดตั้งบนหลังคาที่มีความลาดเอียง

จะนำกระแสไฟฟ้าออกไปใช้ได้อย่างไร
ในขณะที่กำลังทำน้ำร้อนอยู่นั้น เซลล์ก็จะผลิตไฟฟ้าไปด้วยพร้อมๆ กัน และจะจ่ายไปให้โหลดต่างๆ ผ่าน ทางลวดตัวนำที่ต่ออยู่กับขั้วทั้งสองของเซลล์แสงอาทิตย์  และยังสามารถถ่ายเทประจุไปเก็บไว้ในแบตเตอรี่เอาไว้ใช้ตอนที่ไม่มีแสงได้อีกด้วย โดยการต่อแบตเตอรี่ขนานเข้ากับวงจรมีไดโอดต่อคร่อม เพื่อป้องกันการชาร์ตเซลล์เวลาไม่มีแสง เพราะถ้าเซลล์ถูกชาร์ตจะเกิดความเสียหายได้ แต่อย่าลืมว่าไฟฟ้าที่ได้จากเซลล์แสงอาทิตย์จะเป็นไฟฟ้า กระแสตรง ฉะนั้นถ้าต้องการนำไปใช้กับเครื่องใช้ไฟฟ้าที่ใช้ไฟกระแสสลับ หรือต่อเข้ากับระบบสายส่งของการไฟฟ้า ก็ต้องติดอุปกรณ์แปลงสัญญาณจากกระแสตรงเป็นกระแส สลับ (Inverter) เสียก่อน


เครื่องทำน้ำร้อนและผลิตกระแสไฟฟ้าด้วยเซลล์ แสงอาทิตย์แบบอะมอร์ฟัสซิลิกอนนี้ เป็นอุปกรณ์ที่สามารถผลิตได้ทั้งน้ำร้อนและกระแสไฟฟ้าในเวลาเดียวกัน โดยใช้พลังงานแสงอาทิตย์ การออกแบบจะใช้แผ่นอลูมิเนียมหรือโลหะชนิดอื่น ที่นำความร้อนได้ดีเหมือนกันมาเคลือบด้วย เซลล์แสงอาทิตย์แบบอะมอร์ฟัสซิลิกอนจนเกิดเป็นฟิล์มบางๆ ขึ้นบนแผ่นอลูมิเนียม ฟิล์มอะมอร์ฟัสซิลิกอนนี้จะเป็นตัวรับแสงอาทิตย์ แล้วจะเปลี่ยนแสงอาทิตย์ส่วนหนึ่งไปเป็นกระแสไฟฟ้า ซึ่งจะสามารถต่อเข้ากับระบบจำหน่ายไฟฟ้าที่มีอยู่ในปัจจุบันได้ ในขณะเดียวกันแผ่นอลูมิเนียมก็จะรับแสงอาทิตย์ส่วนที่เหลือเอาไว้ ทำให้ร้อนขึ้นและจะส่งความร้อนต่อไปให้กับน้ำที่ไหลอยู่ภายในท่อ ซึ่งวางอยู่ใต้แผ่นอลูมิเนียมนี้เพื่อใช้ผลิตน้ำร้อนต่อไปนับเป็นการใช้ประโยชน์จากแสงอาทิตย์อย่างคุ้มค่า อีกทั้งการใช้เซลล์แสงอาทิตย์ที่สามารถเคลือบลงบนโลหะได้เลยอย่างอะมอร์ฟัสซิลิกอน ยังช่วยลดการสูญเสียความร้อนลงได้ และอะมอร์ฟัสซิลิกอนยังมีประสิทธิภาพคงที่ไม่ขึ้นกับอุณหภูมิมากนัก ทำให้เซลล์สามารถใช้งานได้ดีแม้ว่าจะมีอุณหภูมิสูงก็ตาม
 

ข้อมูลจาก www.learn.in.th/sample/energy
 

Save Energy, Love the Earth

งานภูมิทัศน์กับสภาพแวดล้อมสร้างสรรค์เพื่อการประหยัดพลังงาน

งานภูมิทัศน์หรือการจัดสวน (Landscape) นั้น มีความสำคัญกับการสร้างสรรค์สภาพแวดล้อมและบรรยากาศที่ดีให้แก่อาคารหรือสิ่งก่อสร้างต่างๆ

108 วิธีประหยัดพลังงาน อีกหนทางช่วยชาติ ของคนไทย (ตอนที่ 3)

กลับมาพบกับตอนที่ 3 ของ 108 วิธีประหยัดพลังงาน ที่ครั้งที่แล้วเรายังเหลือวิธีประหยัดพลังงานในด้านอื่นๆ จะมีอะไรบ้าง ตามมาอ่านกันเลยค่า

108 วิธีประหยัดพลังงาน อีกหนทางช่วยชาติ ของคนไทย (ตอนที่ 2)

กลับมาพบกับตอนที่ 2 ของ 108 วิธีประหยัดพลังงาน ที่ครั้งที่แล้วเรายังเหลือวิธีประหยัดพลังงานในด้านอื่นๆ

ศูนย์รับสร้างบ้านพีดีเฮ้าส์
เราสร้างบ้านเพื่ออนาคต

Line