Solar thermal heat system ระบบทำความร้อนจากแสงอาทิตย์ระบบเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ในช่วงรังสีคลื่นสั้น (short wave radiation) ให้เป็นพลังงานความร้อนผ่านตัวเก็บรังสีอาทิตย์ (solar collector) โดยอาศัยหลักการเบื้องต้นของแสง ซึ่งเมื่อตกกระทบวัตถุใดๆ จะเกิดปรากฏการณ์เชิงแสง 4 รูปแบบ ได้แก่ การดูดกลืนแสง (absorption) การเปล่งแสง (emission) การสะท้อนแสง (reflection) และการส่องผ่าน (transmission) โดยวัสดุต่างชนิดกันจะมีสมบัติเชิงแสงต่างกัน การเลือกวัสดุที่มีสมบัติเชิงแสงที่เหมาะสมมาสร้างเป็นระบบทำความร้อน ทำให้ใช้ประโยชน์ได้ในหลากหลายลักษณะ เช่น การผลิตน้ำร้อน การสร้างความอบอุ่นในอาคารบ้านเรือนในเขตหนาว กระบวนการอบแห้ง หรือการผลิตกระแสไฟฟ้า เป็นต้น การใช้ประโยชน์จากพลังงานแสงอาทิตย์เพื่อทำความร้อนเริ่มมีบันทึกเป็นหลักฐานครั้งแรกในปี ค.ศ. 1774 โดยนักเคมีชาวฝรั่งเศสชื่อ อังตวน ลาวัวซิเย (Antoine Lavoisier) ผู้ประดิษฐ์เครื่องจักรที่ใช้รวมแสงอาทิตย์เพื่อให้ความร้อนในการทดลองทางเคมี เตาแสงอาทิตย์ (Solar Furnace) ประดิษฐ์ขึ้นโดย อังตวล ลาวัวซิเย (Antoine Lavoisier) Solar collector ตัวเก็บรังสีอาทิตย์อุปกรณ์ที่ประดิษฐ์ขึ้นเพื่อใช้ในการดูดซับและสะสมพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์และถ่ายเทความร้อนไปให้ตัวกลาง (medium) ที่ลำเลียงไปตามระบบท่อ ส่วนประกอบหลักของตัวเก็บรังสีอาทิตย์ได้แก่
เก็บรังสีอาทิตย์ที่ใช้ผลิตนํ้าอุ่นใช้ในอาคารบ้านเรือนประกอบด้วย (1) ตัวดูดกลืนติดตั้งบนหลังคาเพื่อรับแสงอาทิตย์ (2) อุปกรณ์นำความร้อน ได้แก่ ระบบท่อนํ้าร้อน (3) อุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อน (heat exchanger) และ (4) อุปกรณ์เก็บความร้อน ได้แก่ ถังนํ้าร้อน รวมถึงระบบทำความร้อนเสริม ในกรณีไม่มีแสงแดดหรือแสงแดดไม่เพียงพอ Flat plate collector ตัวเก็บรังสีแบบแผ่นเรียบตัวเก็บรังสีอาทิตย์ที่มีลักษณะเป็นแผงโลหะ ประกอบด้วยตัวดูดกลืนที่เป็นแผ่นเรียบรับแสงทำด้วยทองแดงหรืออลูมิเนียม และมีระบบท่อ (riser tube) เชื่อมติดอยู่ด้านบนของแผ่นรับแสง ปิดทับด้วยกระจกหรือพลาสติกด้านบน (glazing) แผ่นรับแสงเคลือบด้วยสารพิเศษที่มีคุณสมบัติเลือกรังสี (selective coating) ช่วยเพิ่มการดูดกลืนแสงอาทิตย์ (absorption) ทั้งจากรังสีตรง (direct radiation) และรังสีกระจาย (diffuse radiation) และลดอัตราการปลดปล่อยพลังงานในรูปของแสง (emission) ตัวแผงโลหะและขอบทั้งสี่ด้านหุ้มด้วยฉนวน เพื่อลดการสูญเสียพลังงานจากการนำความร้อน (conductive heat loss) เมื่อแสงอาทิตย์ส่องเข้ามาในแผงโลหะ พลังงานความร้อนที่เกิดขึ้นจากแผ่นดูดกลืนจะส่งผ่านให้ตัวกลาง (medium) ที่ไหลอยู่ภายในท่อ เช่น นํ้าหรือของเหลวชนิดอื่น โดยทั่วไปตัวเก็บรังสีอาทิตย์แบบแผ่นเรียบสามารถนำมาใช้ผลิตนํ้าร้อนเพื่อใช้ประโยชน์ในช่วงอุณหภูมิไม่เกิน 100 องศาเซลเซียส เช่น การผลิตนํ้าร้อนเพื่อใช้ในอาคารบ้านเรือน หรือผลิตนํ้าอุ่นสำหรับสระว่ายนํ้า เป็นต้น ส่วนประกอบและระบบผลิตน้ำร้อนพลังแสงอาทิตย์ที่ใช้เก็บรังสีแบบแผ่นเรียบ Parabolic Trough Collector ตัวเก็บรังสีแบบรางพาราโบลิกตัวเก็บรังสีอาทิตย์ที่มีแผ่นสะท้อนแสง (reflector) รูปทรงพาราโบลาช่วยรวมแสงอาทิตย์ไปยังจุดโฟกัส ณ ตำแหน่งที่ติดตั้งแนวท่อที่มีตัวกลาง (medium) ไหลผ่านทำให้ดูดกลืนความร้อนได้ในปริมาณสูงมาก โดยมีอุณหภูมิสูงถึง 290-400 องศาเซลเซียสกรณีที่ใช้นํ้าเป็นตัวกลาง ถ้าติดตั้งตัวเก็บรังสีแบบรางพาราโบลิก จำนวนมากพอ ความร้อนที่เกิดขึ้นจะทำให้นํ้ากลายสภาพเป็นไอนํ้าแรงดันสูงป้อนเข้าสู่โรงไฟฟ้าพลังความร้อนจากแสงอาทิตย์เพื่อนำไปผลิตกระแสไฟฟ้าต่อไปตัวเก็บรังสีแบบรางพาราโบลิกยังสามารถออกแบบให้มีระบบติดตามตำแหน่งของดวงอาทิตย์บนท้องฟ้าเพื่อรับแสงอาทิตย์จากรังสีตรง (direct radiation) ความเข้มสูงได้ตลอดทั้งวัน เป็นการเพิ่มประสิทธิภาพการแปรรูปพลังงานให้สูงขึ้นได้อีกด้วย ส่วนประกอบของตัวเก็บรังสีแบบพาราโบลิก Tubular Collector ตัวเก็บรังสีแบบท่อตัวเก็บรังสีอาทิตย์ที่มีลักษณะเป็นท่อสุญญากาศประกอบด้วย หลอดแก้วชั้นนอก ชนิดโดร์เนีย (Dornier type หรือ heat pipe evacuated tube) และท่อชั้นในทำจากโลหะทองแดงหรืออลูมิเนียม ติดอยู่กับครีบ (fin) ซึ่งเคลือบด้วยสารพิเศษที่มีคุณสมบัติเลือกรังสี (selective coating) ทำหน้าที่เป็นตัวดูดกลืน (absorber) โดยมีตัวกลาง (medium) เป็นของเหลว เช่น นํ้า ไหลเวียนอยู่ภายในท่อชั้นใน ช่องว่างระหว่างหลอดแก้วชั้นนอกกับท่อโลหะชั้นในเป็นสุญญากาศ เพื่อลดการสูญเสียพลังงานจากการนำและการพาความร้อน (conductive และ convective heat losses) ทำให้ประสิทธิภาพการแปรรูปพลังงานสูงกว่าตัวเก็บรังสีแบบแผ่นเรียบ ตัวเก็บรังสีแบบท่ออีกรูปแบบหนึ่งประกอบด้วยหลอดแก้วสองชั้นชนิดเดวาร์ (Dewar type หรือ all glass evacuated tube) ชั้นนอกเป็นหลอดแก้วใส ผิวหลอดแก้วชั้นในเคลือบด้วยสารพิเศษที่มีคุณสมบัติเลือกรังสี ทำหน้าที่เป็นตัวดูดกลืน ช่องว่างระหว่างหลอดแก้วทั้งสองชั้นเป็นสุญญากาศเช่นเดียวกับชนิดโดร์เนีย ตัวเก็บรังสีแบบท่อสามารถผลิตความร้อนเพื่อใช้ประโยชน์ในช่วงอุณหภูมิ 90-200 องศาเซลเซียส ตัวเก็บรังสีแบบท่อในระบบทำความร้อนจากพลังงานแสงอาทิตย์ ส่วนประกอบของตัวเก็บรังสีแบบท่อ ชนิดโดเนียร์ (Dornier) และชนิดเดวาร์ (Dewar) Solar drying การอบแห้งด้วยพลังแสงอาทิตย์การอบแห้งในระบบปิดที่มีการระบายอากาศ (enclosed ventilated area) พัฒนาขึ้นมาจากการตากแห้ง (sun drying) ซึ่งเป็นวิธีไล่ความชื้นในผลผลิตทางการเกษตร เพื่อยืดอายุการเก็บอาหาร ปัจจัยที่มีผลต่อการอบแห้ง ได้แก่ อุณหภูมิและความชื้นของอากาศ รูปแบบการไหลของอากาศภายในอุปกรณ์อบแห้ง และสมบัติทางกายภาพ/เคมีของสิ่งที่ต้องการจะอบ โครงสร้างอุปกรณ์อบแห้ง (solar dryer) มี 3 แบบ ได้แก่ ตู้อบแห้ง (cabinet) กระโจมอบแห้ง (tent) และอุโมงค์อบแห้ง (tunnel) ซึ่งสามารถสร้างเป็นโรงเรือนอบแห้ง (greenhouse) ที่ผสมผสานอุปกรณ์อบแห้งหลายแบบเข้าด้วยกัน ด้านที่รับแสงทำจากวัสดุโปร่งแสง เช่น พอลิเอทีลีนอะครีลิกหรือกระจก ภายในอุปกรณ์อบแห้งได้รับการออกแบบให้มีอากาศร้อนหมุนเวียนอาศัยหลักการพาความร้อนตามธรรมชาติ (passive solar drying) หรือติดตั้งพัดลม เพื่อเหนี่ยวนำให้อากาศเกิดการเคลื่อนที่ (active solar drying) นอกจากนี้ยังสามารถใช้ร่วมกับลมร้อนที่ได้จากเชื้อเพลิงชีวมวลเพื่อการอบแห้งอย่างต่อเนื่องในช่วงเวลาที่แสงอาทิตย์ไม่สมํ่าเสมอ เช่น ช่วงฝนตก หรือเพื่อลดความชื้นในอากาศก่อนป้อนเข้าสู่อุปกรณ์อบแห้ง ทำให้ใช้เวลาอบแห้งน้อยลง ที่มา : http://www.solardryerdede.com/wp-content/uploads/2013/11/IMG_4369.jpg ที่มา : http://www.tsatcr.com/administrator/product/img111.jpg ตู้อบพลังงานแสงอาทิตย์ อุโมงคอบแหง หรือโรงเรือนอบแหงพลังแสงอาทิตย เมืองปากเซ แขวงจําปาสัก ประเทศ สปป.ลาว ออกแบบโดย รศ.ดร.เสริม จันทรฉาย ภาควิชาฟสิกส คณะวิทยาศาสตร ม.ศิลปากร โครงการใหความชวยเหลือทางวิชาการ ดําเนินงานโดยกรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษพลังงาน (พพ.) กระทรวงพลังงาน โรงเรือนอบแห้งพลังแสงอาทิตย์สําหรับอบข้าวแต๋น ของห้างหุ้นส่วนสามัญข้าวแต๋นแม่บัวจันทร์ อ.เมือง จ.ลำปาง ออกแบบโดย รศ.ดร.เสริม จันทร์ฉาย ภาควิชาฟิสิกส์ ม.ศิลปากร Passive solar design การออกแบบอาคารพลังแสงอาทิตย์เชิงรับการออกแบบทางสถาปัตยกรรมที่นำความร้อนจากแสงอาทิตย์มาใช้ปรับอากาศในอาคารบ้านเรือน โดยอาศัยการนำ การพา และการแผ่รังสีความร้อน เพื่อให้ตัวอาคารมีอุณหภูมิพอเหมาะในการทำงานหรืออยู่อาศัยโดยไม่ต้องติดตั้งอุปกรณ์ใดๆ ลดการใช้เครื่องปรับอากาศ และดูแลรักษาง่าย มีองค์ประกอบหลัก คือ ช่องระบายอากาศ (operable window) มวลความร้อน (thermal mass) หรือวัตถุที่เก็บและปลดปล่อยความร้อนอย่างช้าๆ เช่น กำแพงทรอมบ์ (trombe wall) สระนํ้ารับแสงบนหลังคา (roofpond) และปล่องระบายอากาศ (thermal chimney) การปรับแต่งอากาศกระทำได้ใน 3 ลักษณะ ได้แก่ (1) ระบบรับแสงทางตรง (direct gain) โดยความร้อนจากแสงอาทิตย์จะถ่ายเทให้มวลอากาศในอาคารโดยตรง รวมถึงผนังอาคารซึ่งจะแผ่รังสีความร้อนออกมาในเวลากลางคืน (2) ระบบรับแสงทางอ้อม (indirect gain) โดยมวลอุณหภาพซึ่งนำความร้อนอย่างช้าๆ เมื่อรับความร้อนจากแสงอาทิตย์ในเวลากลางวันจะแผ่รังสีความร้อนออกมาในเวลากลางคืน (3) ระบบรับแสงแยกส่วน (isolated gain) จำเป็นต้องมีส่วนต่อเติมจากตัวอาคาร เช่น เรือนกระจก (greenhouse) รับแสงอาทิตย์ ความร้อนจะถ่ายเทจากส่วนต่อเติมของอาคารผ่านมวลอากาศร้อนไหลเวียนเข้ามาในห้องในเวลากลางวัน และการแผ่รังสีจากมวลอุณหภาพในเวลากลางคืน การออกแบบอาคารพลังงานแสงอาทิตย์เชิงรับ (passive solar design) ที่ใช้ประโยชน์จากแสงอาทิตย์ในการปรับอากาศให้เหมาะกับการทำงานหรืออยู่อาศัย Bibliography 0 Reviews |