บทเรียนบนเครือข่ายอินเตอร์เน็ตเรื่อง การแผ่รังสีความร้อน (Computer Assisted Instruction on Internet : Thermal Radiation) ภาควิชาครุศาสตร์เครื่องกล (Department of Mechanical Technology Education) คณะครุศาสตร์อุตสาหกรรมและเทคโนโลยี (Science Industrial Education and Technologyมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี (King Mongkut’s University of Technology Thonburi)
บทนำ คำแนะนำ แผนการเรียน วัตถุประสงค์ หน่วยการเรียน เว็บไซด์ที่เกี่ยวข้อง เกี่ยวกับผู้จัดทำ

 

  หน่วยการเรียนที่ 2 การแผ่รังสีความร้อนระหว่างพื้นผิว

                              

6. การประยุกต์การแผ่รังสีความร้อนสำหรับงานวิศวกรรม (Thermal radiation and application engineer)

 1. ระบบผลิตไฟฟ้าจากโซล่าเซลระดับครัวเรือน โดยรศ. ดร. อภิชิต เทอดโยธิน   คณะพลังงานและวัสดุมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี

พลังงานจากแสงอาทิตย์เป็นพลังงานได้เปล่าที่มีการใช้กันมานานแล้ว โดยทั่วไปสามารถแบ่งการใช้งานออกเป็น 2 ประเภท คือ แบบการใช้เป็นความร้อน และแบบการนำมาผลิตไฟฟ้า

                การนำมาใช้เป็นความร้อนนั้นมีการใช้อย่างแพร่พลายในหลายๆ รูปแบบ เช่น การอบแห้งการทำน้ำร้อน รวมถึงการทำความเย็น ส่วนการนำแสงอาทิตย์มาผลิตไฟฟ้าส่วนใหญ่มักใช้อุปกรณ์ที่เรียกว่า โซล่าเซล

 

ตัวโซล่าเซลเป็นสารกึ่งตัวนำที่มีคุณสมบัติพิเศษ คือ เมื่อได้รับพลังงานจากแสงอาทิตย์แล้วจะสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าชนิดกระแสตรงออกมาได้ ซึ่งในระยะแรกๆ ที่มีการค้นพบนั้นราคายังสูงมาก จึงถูกนำมาใช้ในงานพิเศษบางลักษณะ เช่น ในยานอวกาศ เป็นต้น แต่การพัฒนาทางเทคโนโลยี และปริมาณการใช้ที่มากขึ้นเรื่อยๆ ทำให้ราคาของโซล่าเซลถูกลงครึ่งหนึ่งในทุกๆ 10ปี ในปัจจุบันราคาของโซล่าเซลถูกลงจนสามารถนำมาใช้ในบ้านเรือนทั่วไปได้ในระดับหนึ่ง จึงมีการนำโซล่าเซลมาใช้ในบ้านเรือนอยู่อาศัยใน 2 ลักษณะด้วยกัน คือ การใช้กับบ้านเรือนในพื้นที่ห่างไกลที่ยังไม่มีไฟฟ้าใช้ และใช้กับบ้านเรือนที่มีไฟฟ้าเข้าถึงแล้วแต่ต้องการลดการซื้อไฟฟ้าลงในบางช่วง (หรือแม้แต่สามารถขายไฟฟ้ากลับให้กับระบบไฟฟ้าได้)

เมื่อย้อนกลับมาพิจารณาถึงการมีไฟฟ้าใช้ของประเทศไทย จะพบว่าครัวเรือนในประเทศไทยนั้นมีไฟฟ้าใช้แล้วถึง 99 % ยังคงเหลืออีก 1 % ที่อาจจะตั้งอยู่ในพื้นที่ห่างไกลมาก หรืออยู่ในเขตสงวน ซึ่งการไฟฟ้าส่วนภูมิภาคไม่สามารถเดินสายไฟฟ้าเข้าไปได้ รัฐจึงมีนโยบายที่จะให้ 1 % ที่เหลือนี้มีไฟฟ้าใช้อย่างทั่วถึง ซึ่งระบบที่เหมาะสมก็คือ ระบบผลิตไฟฟ้าจากโซล่าเซลนี้เอง

แนวคิดดังกล่าวทำให้รัฐวางแผนจะใช้งบประมาณราว 7.6 พันล้านบาท ในการติดตั้งระบบโซล่าเซล ผลิตไฟฟ้าให้กับบ้านเรือนในชนบทห่างไกล จำนวนประมาณ 3 แสนหลังคาเรือนในระยะเวลาประมาณ 2-3 ปี

การวางแผนใช้เงินงบประมาณจำนวนมหาศาลในเรื่องดังกล่าว ทำให้แวดวงวิชาการที่คลุกคลีอยู่กับเรื่องโซล่าเซลมีความกังวลถึงความคุ้มค่า โดยเฉพาะอย่างยิ่งในประเด็นเกี่ยวกับความยั่งยืนของระบบ เพราะประสบการณ์จากหลายๆ ประเทศที่ทำโครงการในลักษณะนี้ พบว่ามีทั้งที่สำเร็จ และที่ล้มเหลว แตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายๆ ประการ

มูลนิธิคลังสมองของชาติได้ให้ทุนแก่คณะพลังงานและวัสดุ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรีทำการศึกษาเรื่องนี้ ซึ่งพอสรุปได้ว่าทั่วโลกได้มีการจัดทำโครงการในลักษณะนี้มาแล้วกว่า 140 โครงการในกว่า 30 ประเทศ โครงการที่ประสบผลสำเร็จระบบสามารถทำงานอยู่ได้ ในระยะยาวนั้นมีปัจจัยร่วมกันสิ่งหนึ่งได้แก่ มีการออกแบบทางวิศวกรรมที่เหมาะสม เลือกใช้อุปกรณ์ที่มีคุณภาพ มีการทดสอบที่ได้มาตรฐาน และที่สำคัญที่สุดก็คือ ใช้กลไกทางการตลาดสร้างความเป็นเจ้าของให้แก่ผู้ใช้ ส่วนกรณีที่ไม่ประสบผลสำเร็จคือ ระบบเสียหายใช้การไม่ได้เมื่อเวลาผ่านไปไม่นานนั้นก็มีลักษณะร่วมกัน ได้แก่ เลือกใช้อุปกรณ์ราคาถูก การทดสอบไม่มีมาตรฐาน ขาดกลไกการบริหารจัดการที่เหมาะสมในการติดตามแก้ไขปัญหา โครงการที่เร่งรัดดำเนินการ และมักเป็นโครงการขนาดใหญ่ที่มีงบประมาณจำนวนมาก

สำหรับโครงการโซล่าเซล เอื้ออาทรของไทยนั้น พอสรุปได้ว่า มีการออกแบบทางวิศวกรรมได้ดี(เมื่อคำนึงถึงระยะเวลาที่จำกัด) การทดสอบทำได้ถึงระดับหนึ่ง เพราะเวลาจำกัดเช่นกัน ระบบที่เลือกใช้เป็นแบบกระแสสลับ 220 โวลท์ ซึ่งคาดว่าจะยากต่อการควบคุมพฤติกรรมผู้ใช้งาน เพราะผู้ใช้อาจซื้อหาอุปกรณ์ไฟฟ้าอื่นๆ มาใช้กับระบบได้ง่ายทำให้ปริมาณไฟฟ้าที่ออกแบบไว้อย่างพอดีในขั้นต้นอาจจะไม่เพียงพอ ส่งผลให้อายุการใช้งานของแบตเตอรี่ที่ใช้เก็บสะสมพลังงานมีอายุสั้นลงได้มาก และจากประสบการณ์ของมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี ที่ได้ทำการติดตามระบบโซล่าเซลสูบน้ำและประจุแบตเตอรี่จำนวนหลายร้อยระบบ พบว่าความยั่งยืนของระบบโซล่าเซลจะสัมพันธ์โดยตรงกับความเข้มแข็งของชุมชน และความรู้สึกเป็นเจ้าของ

 

                ณ นาทีนี้ที่โครงการโซล่าเซลเอื้ออาทรได้เดินหน้าไปมากแล้ว สิ่งหนึ่งที่สามารถทำได้ก็คือ การพยายามจัดระบบการบริหารจัดการที่เป็นรูปธรรมโดยด่วน ส่วนถ้าจะมีโครงการในลักษณะเช่นนี้อีกในอนาคตก็ควรได้มีการทดสอบที่สมบูรณ์แบบ และการเสริมสร้างการมีส่วนร่วมของผู้ใช้อย่างจริงจัง

โครงการโซล่าเซลเอื้ออาทรที่กำลังดำเนินการอยู่จะทำให้ชาวไทยที่อยู่ในชนบทห่างไกล ได้มีโอกาสใช้แสงสว่างจากไฟฟ้า และได้รับข่าวสารผ่านทางโทรทัศน์ อันจะยกระดับความเป็นอยู่ของเขาได้เป็นอย่างดี ความห่วงใยของนักวิชาการก็เพียงอยากให้แน่ใจระบบโซล่าเซลนั้น จะเป็นแสงสว่างให้แก่ชาวบ้านได้ยาวนานตามอายุขัยของระบบที่ควรจะเป็น

2. เครื่องผลิตกระแสไฟฟ้าโดยใช้พลังงานแสงอาทิตย์โดยนักค้นคว้า ห้องทดลองแห่งชาติ  DISHINGITUP

 

                     นักค้นคว้า ห้องทดลองแห่งชาติ DISHINGITUP ได้ผลิต Sandia โดยได้รวบรวมเทคโนโลยีเข้าด้วยกันเพื่อพัฒนา Sandia ซึ่ง Sandia สามารถพลิตกระแสไฟฟ้าโดยใช้พลังงานแสงอาทิตย์ ได้ถึง 10 kW โดยเครื่อง Sandia ได้ถูกติดตั้งอยู่ที่ประเทศอินเดียในทิศตะวันออกเฉียงใต้ เพื่อใช้ในการสูบน้ำ

. ระบบไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ เพื่อใช้ในระบบสื่อสารโทรคมนาคม

                การสื่อสารโทรคมนาคม นับเป็นปัจจัยที่สำคัญ ในการดำรงชีวิตในปัจจุบัน แต่ในประเทศไทย ยังมีหมู่บ้านที่ไม่มีไฟฟ้าใช้ เป็นจำนวนกว่า 2,000 หมู่บ้าน ซึ่งเป็นพื้นที่ๆ อยู่ห่างไกล จากระบบสายส่ง ของการไฟฟ้าฯ เช่น บนภูเขา ตามเกาะแก่ง และบริเวณที่อยู่ห่างไกล ทุรกันดาร

ระบบไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ เพื่อระบบสื่อสาร โทรคมนาคม ได้รับการออกแบบ ให้เหมาะสม ในการติดตั้งใช้งาน ในทุกสภาพของทุกพื้นที่ และทุกสภาพภูมิอากาศ

 

 

ทางบริษัท ได้ทำการติดตั้งระบบไฟฟ้า พลังงานแสงอาทิตย์ เพื่อใช้ในระบบสื่อสาร โทรคมนาคม ทั่วทั้งประเทศ และในประเทศใกล้เคียง มากกว่า 600 ระบบ หรือเป็นกำลังผลิตไฟฟ้า พลังงานแสงอาทิตย์ มากกว่า 1.2 เมกะวัตต์

 

4. เครื่องอบแห้งพลังงานแสงอาทิตย์

วัตถุประสงค์
• เพื่อเป็นโครงการสาธิตต้นแบบการใช้พลังงานแสงอาทิตย์ในอุตสาหกรรมอบแห้ง เพื่อประหยัดพลังงานและลดต้นทุนการผลิต ผลิตภัณฑ์อบแห้งผัก รวมถึงเป็นการลดปัญหาสิ่งแวดล้อมที่เกิดจากการใช้พลังงานจากฟอสซิล
• เพื่อแพร่ขยายให้เอกชนนำเทคโนโลยีพลังงานหมุนเวียนไปใช้ในอุตสาหกรรมอบแห้งได้อย่างกว้างขวาง

ส่วนประกอบหลักของเครื่องอบแห้งประกอบด้วย
• ตัวรับรังสีดวงอาทิตย์ (Solar Collector) เป็น แผ่นเหล็กหลังคาสำเร็จรูปทาสีดำ ขนาด 300 ตารางเมตร ทำหน้าที่เป็นตัวดูดกลืนรังสีดวงอาทิตย์ให้อากาศที่เคลื่อนผ่านใต้แผ่นเหล็ก เพื่อให้ได้อากาศร้อนประมาณ 40-90 องศาเซลเซียส ไปใช้งานอบแห้ง
• พัดลมดูดอากาศ (Blower) เป็นตัวดูดอากาศร้อนจากตัวรับรังสีอวงอาทิตย์ผ่านเข้าไปยังตู้อบแห้ง
• ตัวแลกเปลี่ยนความร้อน (Heat Exchange) เป็นตัวแลกเปลี่ยนความร้อนจาก Steam ไปสู่อากาศจากตัวรับรังสีดวงอาทิตย์ ในกรณีที่อากาศร้อนไม่พอในการอบแห้ง
• ตู้อบแห้ง แบบชั้นบาง (Chamber) ท่ออากาศร้อนจาก Collector ติดตั้งโดยต่อเข้าตู้อบแห้งแบบแผ่นเรียบขวาง มีพัดลมแบบไหลตามแกน ดูดลมจาก Collector ผ่านตัวแลกเปลี่ยนความร้อน ซึ่งมีลักษณะเป็นคอล์ยร้อน มีพลังงานเสริมจากไอน้ำร้อนที่ได้จากการต้มน้ำด้วยเชื้อเพลิงน้ำมันเตา

 

ประสิทธิภาพของเครื่องอบแห้ง
    จากการทดลองอบแห้งผลิตภัณฑ์ที่โรงงานของบริษัทอุตสาหกรรมของเกษตรเขาค้อ จำกัด จังหวัดเพชรบูรณ์ ได้แก่ กระหล่ำดอก กระหล่ำปลี ผักกาดกวางตุ้ง ผักชี ใบหอม หัวหอม ตะไคร้ ใบมะกรูด พริก ฯลฯ พบว่า ประสิทธิภาพของตัวรับรังสีดวงอาทิตย์ มีค่า 53% ใกล้เคียงกับค่าที่ได้ออกแบบไว้ คือ 60% ส่วนประสิทธิภาพของตู้อบแห้งจะมีคาระหว่าง 16 - 66% ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับน้ำหนักและชนิดของวัตถุดิบที่นำมาอบแห้ง แต่โดยภาพรวมนับว่าเป็นเครื่องอบแห้งพลังงานแสงอาทิตย์ที่ดีที่สุดเมื่อเทียบกับเครื่องอบแห้งที่เคยสร้างมา

 

 
 
  สารบัญหน่วยการเรียน   แบบทดสอบระหว่างเรียนครั้งที่ 2