เตาพลังงานแสงอาทิตย์ พลังงานฟรี จากค่ายเยาวชนสะแกราช

เตาพลังงานแสงอาทิตย์ พลังงานฟรี จากค่ายเยาวชนสะแกราช

>>>>> โดย วัชรีวรรณ ทรัพย์รุ่งเรือง <<<<<

          “ไข่ต้มพลังงานแสงอาทิตย์ของเด็กๆ พร้อมทานแล้วค่ะ”

           ไม่น่าเชื่อว่า เพียงระยะเวลาแค่ 3 – 4 ชั่วโมง กับแสงแดดจ้าในฤดูร้อนกลางป่าดิบแล้งสะแกราช จะทำให้เยาวชนสมาชิกค่ายเยาวชนวิทยาศาสตร์ ของ วว. ได้รับประทานไข่ไก่ที่สุกทั่วถึงกัน

          เราได้ให้น้องๆ เยาวชนทำการทดลอง ประดิษฐ์เตาพลังงานแสงอาทิตย์ เลียบแบบตามหลักการทำเตาพลังงานแสงอาทิตย์แบบกล่อง (Solar Box Cooker) ของมูลนิธิศูนย์สื่อเพื่อการพัฒนา ด้วยหลักการง่ายๆ อันได้แก่ การใช้พื้นผิวโลหะที่รองรับและสะสมพลังงานแสงอาทิตย์ และเปลี่ยนไปเป็นพลังงานความร้อน ก่อนที่จะถ่ายเทไปสู่พื้นผิวภาชนะที่รองรับอาหารที่ต้องการปรุงให้สุก

image001image003

 

          ด้วยหลักการดังนี้ จะได้ เตาพลังงานแสงอาทิตย์แบบกล่อง (Solar Box Cooker) ที่มีลักษณะเป็นกล่องสี่เหลี่ยม ภายในกล่องสี่เหลี่ยมมีผนัง 4 ด้าน และพื้น 1 ด้านที่เป็นฉนวนกันความร้อนที่สามารถกักเก็บความร้อน ส่วนด้านบนของกล่องปิดด้วยกระจกใส เมื่อแสงแดดส่องผ่านกระจกเข้าไปในกล่อง จะถูกดูดซับไว้ด้วย แผ่นรองรับแสงสีดำและภาชนะใส่อาหารสีดำ พลังงานแสงที่ถูกดูดซับเอาไว้จะเปลี่ยนไปเป็นพลังงานความร้อนสะสมอยู่ภายในกล่อง

       น้องๆ เยาวชน แบ่งกลุ่มกันออกไปเป็น 5 กลุ่ม แต่ละกลุ่มช่วยกันสร้างเตาเลียนแบบเตาพลังงานแสงอาทิตย์แบบกล่อง (Solar Box Cooker) ด้วยหลักการเดียวกัน จากวัสดุ อุปกรณ์ที่พอหาได้ ได้แก่ ลังกระดาษ A4 กระดาษอะลูมิเนียมฟอยล์ ปกเอกสารแผ่นใส กระดาษโปสเตอร์สีดำ กรรไกร คัตเตอร์ แลกซิน ฯลฯ

         จากการสังเกตการณ์ของทีมงาน และพี่เลี้ยง พบว่าเยาวชนทุกคนตื่นเต้นมาก และร่วมมือร่วมใจช่วยกันประดิษฐ์เตาพลังงานแสงอาทิตย์ เป็นอย่างดี หลายกลุ่มทำได้เหนือความคาดหมายว่าเยาวชนชั้นประถมศึกษาตอนปลายจะสามารถทำได้ น้องๆ ใช้หลักการสังเกต พยายามประดิษฐ์เลียนแบบเตาต้นแบบให้ใกล้เคียงได้มากที่สุด มีการใช้หลักการดูดซับแสง-โดยใช้กระดาษสีดำ หลักการสะท้อนของแสง-ใช้อะลูมิ
เนียมฟอยล์ หลักการกักเก็บความร้อน-ใช้แผ่นใสปิดหน้ากล่อง จนทำให้หลายกลุ่มประสบความสำเร็จในการทำไข่ให้สุก

 

image008image004image006

 

          กิจกรรมนี้ ถือว่าประสบผลสำเร็จเป็นอย่างดี เยาวชนชื่นชอบเป็นอย่างมาก เพราะเป็นกิจกรรมที่น้องๆ ได้ลงมือทำเอง ประดิษฐ์สิ่งของ และทำการทดลองเรื่องพลังงานแสงอาทิตย์ (solar energy) ด้วยตัวเอง สร้างความรู้ (knowledge) ความภาคภูมิใจ (proudly) ให้กับเยาวชน และยังก่อให้เกิดความตระหนัก (awareness) ด้านการอนุรักษ์พลังงาน ส่งผลให้เยาวชนมีทัศนคติ (attitude) ที่ดีต่อการรักษาทรัพยากรธรรมชาติ เพื่อโลกที่น่าอยู่มากยิ่งขึ้น

ระบบสูบน้ำประปาบาดาลด้วยระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์

 

โดย ดร. นิกร  แก้วแพรก

         ปัจจุบันการนำพลังงานทางเลือกมาใช้ อาทิ พลังงานความร้อน (thermal energy) พลังงานลม (wind energy) และพลังงานแสงอาทิตย์ (solar energy) ได้รับความนิยมอย่างแพร่หลายในหลายประเทศทั่วโลก เนื่องจากเป็นพลังงานสะอาด มีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมน้อย และไม่มีต้นทุนด้านพลังงาน และจากภาวะขาดแคลนพลังงานที่จะเกิดขึ้นในอนาคตหลายประเทศได้ให้ความสนใจในการลงทุนด้านพลังงานทางเลือกเพื่อลดต้นทุนการใช้พลังงานหลักจากน้ำมันและก๊าซธรรมชาติ อย่างประเทศไทยได้เริ่มมีการใช้พลังงานทดแทนอย่างเช่น แก๊สโซฮอล์ และ  ไบโอดีเชล ที่เห็นเป็นรูปประจักษ์ เมื่อไม่นานมานี้พลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์ได้เป็นที่รู้จักกันมากขึ้นจากโครงการชั่งหัวมันตามพระราชดำริ อำเภอท่ายาง จังหวัดเพชรบุรี โดยการติดตั้งระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานลมเพื่อใช้ประโยชน์ภายในโครงการและติดตั้งระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์เพื่อสูบน้ำขึ้นไปเก็บไว้ยังอ่างเก็บน้ำหนองเสือแล้วปล่อยน้ำลงมาเพื่อใช้ในด้านเกษตรกรรมของโครงการชั่งหัวมัน และยังมีงานที่เกี่ยวข้องกับระบบสูบน้ำบาดาลด้วยโซลาเซลล์อีกมากมาย อาทิ โครงการส่งเสริมและสนับสนุนเทคโนโลยีการผลิตพลังงานทดแทนเพื่อลดต้นทุนการผลิตระบบสูบน้ำพลังงานแสงอาทิตย์ขนาด 3 กิโลวัตต์ ของกลุ่มเกษตรบ้านหางแขยง ตำบลหางน้ำสาคร อำเภอมโนรมย์ จังหวัดชัยนาท เป็นต้น

ในรอบปีที่ผ่านมา ประเทศไทยได้ประสบปัญหาภัยแล้งจากภาวะการขาดแคลนน้ำใช้ในภาคเกษตรกรรมอย่างมาก ระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ได้มีส่วนช่วยเหลืออย่างมากมายในการเป็นแหล่งพลังงานทดแทนด้านกำลังไฟฟ้าที่ใช้ในการสูบน้ำบาดาลขึ้นมาเพื่อช่วยเหลือพี่น้องเกษตรกรในพื้นที่ห่างไกลและประสบปัญหาภัยแล้ง แต่อาจยังไม่คลอบคลุมในหลายๆจังหวัดของประเทศไทย มีการคาดการณ์อีกว่าในปี 2560 อาจจะเกิดภัยแล้งขึ้นอีกครั้ง ระบบสูบน้ำบาดาลด้วยพลังงานแสงอาทิตย์จึงอาจจะเป็นทางเลือกที่ดีของกลุ่มเกษตรกร เนื่องจากปัจจัยด้านราคาของวัสดุและอุปกรณ์มีราคาถูกลงอย่างมากเมื่อเทียบกับอดีตที่ผ่านมา และจากการนำระบบผลิตไฟฟ้ามาใช้กับการสูบน้ำบาดาล บทความนี้จะกล่าวถึงการประยุกต์เทคโนโลยีการผลิตพลังงานทดแทนสำหรับระบบประปาบาดาลเพื่อใช้อุปโภคและบริโภคสำหรับหมู่บ้านและลดต้นทุนด้านกำลังไฟฟ้าด้วยระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ (solar cell) พร้อมระบบสำรองพลังงาน (battery backup)

 

รูปที่ 1 ระบบประปาบาดาลด้วยระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์

หลักการทำงานของระบบ

เทคโนโลยีระบบสูบน้ำประปาบาดาลด้วยระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ (The Photovoltaic Systems) พร้อมระบบสำรองพลังงาน มีหลักการทำงานดังต่อไปนี้

  • ขณะสูบน้ำขึ้นหอถัง
    • ในกรณีพลังงานแสงอาทิตย์มีเพียงพอ พลังงานไฟฟ้าจะถูกจ่ายไปยังเครื่องสูบน้ำผ่านเครื่องควบคุมหรืออินเวอร์เตอร์ และประจุสะสมเข้าแบตเตอรีสำรองไฟฟ้า
    • ในกรณีพลังงานแสงอาทิตย์มีไม่พอสำหรับเครื่องสูบน้ำ พลังงานไฟฟ้าที่ถูกสะสมไว้ในแบตเตอรีจะถูกนำมาเสริมกับพลังงานไฟฟ้าที่ผลิตได้จากแสงอาทิตย์เพื่อให้ระบบเกิดการทำงานสมดุลแบบอัตโนมัติ
    • และในกรณีฉุกเฉิน เช่นพลังงานไฟฟ้าทั้งจากแสงอาทิตย์และไฟฟ้าจากแบตเตอรีสำรองมีไม่เพียงพอ หากมีไฟฟ้าจากการไฟฟ้าหรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเชื่อมเข้ากับเครื่องควบคุม ไฟฟ้าจากการไฟฟ้าหรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะจ่ายพลังงานให้กับเครื่องสูบน้ำและสามารถประจุแบตเตอรีในเวลาเดียวกัน (เช่น ในช่วงเวลาที่มีฝนตกต่อเนื่อง)
    • พลังงานที่ถูกสะสมในแบตเตอรี ยังสามารถนำไปใช้กับเครื่องใช้ไฟฟ้าอื่นๆ ได้ ในขณะเครื่องสูบน้ำทำงาน เช่น ระบบแสงสว่าง กล้องวงจรปิด หรืออื่นๆ ขึ้นอยู่กับการออกแบบเพิ่มเติมตามความต้องการ

การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีพลังงานทดแทนด้วยระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ข้างต้นให้เข้ากับระบบสูบน้ำประปาบาดาลในปัจจุบัน

ระบบสูบน้ำบาดาลสามารถพิจารณาได้จากเครื่องสูบน้ำในแต่ละรุ่นประกอบไปด้วยประสิทธิภาพโดยเฉลี่ยของมอเตอร์อยู่ที่ประมาณ 55% ของประสิทธิภาพโดยรวมและเมื่อชดเชยกับค่าการสูญเสียทางไฟฟ้า 5% ดังนั้นกำลังไฟฟ้าที่ต้องใช้ในการขับมอเตอร์แต่ละรุ่นจึงมีขนาดดังแสดงในตารางที่ 1

ตารางที่ 1 กำลังไฟฟ้าที่ต้องใช้ในการขับมอเตอร์

 

การนำพลังงานไฟฟ้าแสงอาทิตย์มาใช้ในระบบสูบน้ำประปาบาดาลจะต้องมีความสัมพันธ์กับอัตราการสูบที่กำหนดไว้นั้น เพื่อให้ระบบทำงานได้อย่างต่อเนื่อง หากคำนวณเฉพาะแหล่งพลังงานแสงอาทิตย์ที่จะนำมาประยุกต์ใช้ สามารถสรุปได้ดังแสดงในตารางที่ 2

 

 ตารางที่ 2 การเปรียบเทียบอัตราการสูบกับกำลังไฟฟ้าที่ต้องการ

 

จากข้อมูลเชิงพฤติกรรมของกลุ่มผู้ใช้น้ำบาดาล ซึ่งส่วนใหญ่อยู่ในพื้นที่ชนบทพบว่า ระบบมีความต้องการใช้น้ำสูงสุด (peak demand) 2 ช่วงเวลา คือ ช่วงเช้า 06.00-08.00 น. และช่วงเย็น 16.00-18.00 น. ทั้งในกรณีประปาเพื่อการเกษตรและประปาหมู่บ้าน (ทั้งนี้เวลาอาจแตกต่างกันขึ้นกับปัจจัยที่แตกต่างกันในแต่ละภูมิภาค) ซึ่งเป็นช่วงเวลาที่แหล่งพลังงานแสงอาทิตย์เพียงอย่างเดียวไม่สามารถตอบสนองความต้องการ (peak demand) ได้

ตารางที่ 3 การเปรียบเทียบขนาดเครื่องสูบน้ำกับกำลังไฟฟ้าที่ต้องการจากแผงเซลล์แสงอาทิตย์

 

อย่างไรก็ตาม ระยะเวลานอกเหนือจากที่กล่าวมาข้างต้น นั่นคือเวลา 08.00-16.00 น. จะเป็นระยะเวลาที่พลังงานแสงอาทิตย์ที่ความเข้มของแสงเหมาะสมที่จะนำมาใช้ประโยชน์ได้สูงสุด และยังเป็นช่วงเวลาที่ระบบประปาบาดาลสามารถสูบน้ำเข้าหอถังพักน้ำจนเต็ม จนกระทั่งระบบหยุดการทำงานโดยอัตโนมัติในท้ายที่สุด หากนำปัจจัยด้านเวลามาพิจารณาจะพบว่า ระบบสูบน้ำจำเป็นจะต้องมีพลังงานส่วนเกิน (06.00-08.00 น. และ 16.00-18.00 น. รวม 4 ชั่วโมง) ที่สามารถชดเชยและนำมาประจุสะสมเข้าแบตเตอรีเพื่อนำไปใช้กับเครื่องใช้ไฟฟ้าอื่นๆ ที่จำเป็น

การประยุกต์เทคโนโลยีด้านพลังงานทดแทนอย่างระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ร่วมกับระบบประปาบาดาลทำให้เราสามารถลดต้นทุนด้านพลังงานไฟฟ้าลงไปได้อย่างมากมาย มีอายุการใช้งานไม่น้อยกว่า 10 ปี และเป็นประโยชน์สำหรับกลุ่มเกษตรกรที่ต้องการใช้ทรัพยากรน้ำยามขาดแคลนในช่วงหน้าแล้ง