เรื่อง พลังงานทดแทน

เอกสารประกอบการบรรยาย รายวิชาเพ่มิ เตมิ วิทยาศาสตร์ พลังงานทดแทน กับการใชป้ ระโยชน์

1. ทดลองและเขียนสรุปหลักการทางวิทยาศาสตร์ในการนา้ พลังงานน้าไปใช้ ประโยชน์ 2. ทดลองและเขียนหลกั การการน้าพลังงานน้าไปใช้ผลติ ไฟฟ้า 3. เขยี นสรุปขอ้ ดี ข้อจ้ากัดและแนวทางการพัฒนาในการน้าพลังงานน้าไปใช้ เปน็ พลงั งานทดแทน

 น้าเป็นทรัพยากรธรรมชาติที่เกิดขึนหมุนเวียนใน ธรรมชาติ โดยนา้ จะไหลจากทส่ี งู ลงสู่ทีต่ า้่ เสมอ  เม่ือไหลปะทะกับวัตถุใดๆ สามารถท้าให้วัตถุนัน เคล่อื นท่หี รือหมนุ ได้  มนุษย์มีการน้าพลังงานน้ามาใช้ประโยชน์ในการ ดา้ รงชีวิตในอดตี เชน่ ระหดั วดิ น้า หรือ กงั หนั นา้  พลังงานน้าเป็นพลังงานหมุนเวียนในธรรมชาติ น้า บนผิวโลฏมีการเปลี่ยนสถานะตลอดเวลา เรียกว่า วัฎจกั รของน้า (Water Cycles)

1.1 พลงั งานน้า  พลงั งานนา้ (Hydropower) เปน็ พลังงานทดแทน ประเภทพลงั งานหมนุ เวยี น กิจกรรมท่ี 1.1 มหศั จรรย์พลังงานน้า 1. ให้นักเรียนประดิษฐ์กังหันและชุดการท้ากิจกรรม ตามขันตอนในหนังสอื เรยี น หน้า 10 - 11 2. เตรียมแก้วน้า จ้านวน 1 ใบ จากนันคว่้าแก้วน้าลงและ ติดชุดกังหันที่ประดิษฐ์เสร็จแล้วไปที่บริเวณฐานของแก้ว ดว้ ยกระดาษกาว ดังภาพ

กิจกรรมที่ 1.1 มหศั จรรยพ์ ลงั งานน้า 3. บรรจนุ ้า 5,000 cm3 ลงในถงั น้า จากนันให้ยกถงั น้าขึน ให้ ระดับน้าท่ีจะปล่อยอยู่สูงกว่าระดับแกนกังหัน 15 cm และ ปล่อยน้าจากถังลงไปที่ปลายใบพัดของกังหัน ให้สังเกตการ หมุนของกังหันและจับเวลาตังแต่คลิปหนีบกระดาษเริ่ม เคลอ่ื นท่จี นกระทั่งเคลือ่ นท่ีมาสินสุดทแี่ กนกงั หนั 4. ท้ากจิ กรรมขอ้ ท่ี 3 ซ้าอกี 2 ครงั และบนั ทึกผล 5. ท้ากิจกรรมตามขันตอนในข้อที่ 3 แต่ใหเ้ ปลยี่ นระดับความสูง ของนา้ ที่ปล่อยลงมา (50 cm)

1.1 พลังงานน้า  พลังงานน้าสามารถท้าให้วัตถุหมุนหรือเคลื่อนท่ีได้ เน่ืองจากพลังงานศักย์ของน้าในถัง จะถา่ ยโอนให้กบั กงั หนั ทา้ ให้กังหนั เคลอ่ื นทีไ่ ด้  หากระยะห่างตามแนวดิ่งระหว่างน้ากับกังหันมากขึน น้าก็จะมีพลังงานศักย์มากขึน จะ ท้าให้กงั หนั หมุนไดเ้ ร็วขึน

1.2 การใช้ประโยชน์จากพลังงานน้า  ประเทศไทยมสี ภาพท่เี หมาะสมในการนา้ พลงั งานนา้ มาใชป้ ระโยชน์  ปัจจุบันประเทศไทยมีเขื่อนหลายแห่ง ซึ่งมีจุดประสงค์หลักเพ่ือกักเก็บน้าไว้ใช้ใน การเกษตร อุปโภค บริโภค บรรเทาอทุ กภยั ใช้แกภ้ ัยแลง้  เม่ือมีการกักเก็บน้าไว้ในเขื่อนจึงมีการน้ามาใช้ประโยชน์ในการผลิตไฟฟ้า โดยการปล่อย น้าจากเข่ือนให้ไหลจากที่สูงลงสู่ที่ต่้า และน้าพลังงานน้าไปหมุนกังหันของเครื่องก้าเนิด ไฟฟา้ เพ่อื ผลติ ไฟฟา้

กจิ กรรมที่ 1.2 การเปลี่ยนพลงั งานน้าเป็นพลังงานไฟฟ้า 1. ต่อสายยางจากถังน้าเข้ากับชุดกังหัน และต่อวงจรไฟฟ้าจากเครื่อง ก้าเนิดไฟฟ้าขนาดเล็กท่ีอยู่กับชุดกังหันเข้ากับโวลต์มิเตอร์ จากนัน สังเกตตา้ แหน่งของโวลต์มิเตอร์และบนั ทกึ ผล 2. บรรจุน้า 7,500 cm3 ลงในถังน้า จากนันยกถังน้าขึน ให้ระดับ ของน้าท่ีจะปล่อยอยู่สูงกว่าระดับแกนกังหัน 80 cm ปล่อยน้าให้ ไหลไปตามสายยางลงไปที่กังหัน จากนันสังเกตต้าแหน่งเข็มของ โวลต์มิเตอรจ์ นกระท่งั น้าในถังหมด บนั ทึกค่าความต่างศกั ย์ที่เกิดขึน และขอ้ 2 ซา้ อีก 2 ครัง 3. ท้ากิจกรรมตามช้อ 2 แต่เปลี่ยนระดับความสูงของน้าท่ีปล่อยลงมา ให้อย่สู ูงกวา่ ระดบั แกนกังหนั 1 m หรือมากกว่าเลก็ นอ้ ย

กิจกรรมที่ 1.2 การเปลย่ี นพลังงานนา้ เป็นพลงั งานไฟฟ้า  เมื่อปล่อยนา้ ลงไปทกี่ ังหนั เข็มของโวลตม์ ิเตอรม์ กี ารเปลย่ี นแปลงหรอื ไม่ อยา่ งไร  เม่ือเพิ่มระยะห่างตามแนวด่ิงระหว่างต้าแหน่งของน้าท่ีปล่อยลงมากับต้าแหน่งของ แกนกังหนั ใหม้ ีระยะห่างมากขนึ มีผลตอ่ ค่าความตา่ งศักยท์ ีเ่ กิดขึนหรือไม่ อย่างไร  จากกจิ กรรม มพี ลังงานไฟฟา้ เกดิ ขนึ หรอื ไม่ อย่างไร  จากกจิ กรรม ถา้ ตอ้ งการให้พลงั งานไฟฟ้าเกิดขึนอย่างตอ่ เน่ือง นักเรียนควรทา้ อยา่ งไร  การเปล่ยี นพลังงานน้าเป็นพลังงานไฟฟา้ ในกิจกรรมนี มีข้อจ้ากดั หรือไม่ อย่างไร

กจิ กรรมท่ี 1.2 การเปลีย่ นพลังงานน้าเปน็ พลังงานไฟฟ้า  จากกจิ กรรม เม่ือปล่อยน้าออกจากถังที่อยู่ระดับสูงกวา่ ลงมากระทบกังหันท่ีอยู่ระดับต้่า กวา่ พลงั งานศักย์ของน้า กังหนั เคลอ่ื นที่ พลงั งานจลน์ พลังงานไฟฟา้  ระยะห่างตามแนวด่ิงระหว่างต้าแหน่งของน้ากับต้าแหน่งของกังหันมีผลต่อ คา่ ความต่างศักย์ที่เกดิ ขนึ ระยะหา่ งแนวด่ิงมากขนึ พลงั งานศักยข์ องนา้ ก็มากขนึ ปัจจุบันมีการสร้างโรงไฟฟ้าพลังน้า เพื่อน้าพลังงานน้ามาผลิตไฟฟ้า นักเรียนทราบหรือไม่ว่า การผลิตไฟฟ้าในโรงไฟฟ้าพลังน้ามีหลักการท้างาน อยา่ งไร

การผลติ ไฟฟา้ ในโรงไฟฟา้ พลังน้า  หลักการการผลติ ไฟฟ้าในโรงไฟฟ้าพลังนา้  น้าทไ่ี หลผา่ นกงั หันแล้วจะไหลลงสู่แหล่งนา้ ตามธรรมชาตติ ่อไป

โรงไฟฟ้าพลงั น้าขนาดใหญ่  โรงไฟฟา้ พลงั งานนา้ ขนาดใหญ่ มกี า้ ลงั ผลิตไฟฟา้ มากกวา่ 15 เมกะวัตต์ จะใชน้ า้ ใน แม่น้าหรอื ในลา้ น้ามาเปน็ แหล่งผลติ ไฟฟ้า โดยจะสรา้ งเขอ่ื นกนั น้าไว้ 2 แบบ 1. ลักษณะของฝายกันน้า 2. ลกั ษณะของอา่ งเก็บนา้

1. ลกั ษณะของฝายกนั นา้ รูปท่ี 1.5

2. ลกั ษณะของอา่ งเกบ็ นา้ รูปท่ี 1.6

โรงไฟฟา้ พลังนา้ ขนาดเลก็  โรงไฟฟ้าพลังงานน้าขนาดเล็กเป็นแหล่งผลิตไฟฟ้าท่ีส้าคัญของประเทศไทย จุดประสงค์ หลักของโรงไฟฟ้าขนาดเลก็ คอื เพ่ือใหช้ ุมชนทอ่ี ยหู่ า่ งไกลจากระบบสายส่งไฟฟ้ามีพลังงาน ไฟฟ้าใช้ในครัวเรือน และช่วยแก้ปัญหาข้อจ้ากัดของโรงไฟฟ้าพลังน้าขนาดใหญ่ท่ีต้องใช้ พืนทใ่ี นการกักเกบ็ นา้ เปน็ บริเวณกว้าง โรงไฟฟ้าพลังน้าขนาดเล็กมีก้าลังผลิตไฟฟ้าตังแต่ รปู 1.8 หนา้ 21 200 กิโลวัตต์ จนถึง 15 เมกะวัตต์ ใช้ล้าน้า เป็นแหล่งในการผลิตไฟฟ้า โดยกันน้าไว้ใน ลักษณะของฝายกันน้าให้อยู่ในระดับที่สูงกว่า ระดบั ของโรงไฟฟ้า

โรงไฟฟา้ พลังนา้ ขนาดเลก็

องค์ประกอบของโรงไฟฟา้ พลงั น้าขนาดเลก็

1.2 การใชป้ ระโยชนจ์ ากพลังงานน้า ในทอ้ งถ่ินของนกั เรยี นมีโรงไฟฟ้าพลังน้าหรอื ไม่ ถ้ามี ตังอยู่ทใี่ ด ใช้แหลง่ นา้ ใดในการผลิตไฟฟ้า และมีก้าลังผลติ ไฟฟ้าเทา่ ใด

1.3 ข้อดี ขอ้ จ้ากัดและแนวทางการพฒั นาในการน้าพลงั งานนา้ ไปใช้ ประโยชน์ พลังงานใชอ้ ย่างต่อเน่อื ง นา้ ในธรรมชาตจิ ะเกิดหมนุ เวยี นเป็นวฎั จักร ไม่มีตน้ ทุนคา่ เชอื เพลงิ ไม่ตอ้ งขนส่งเชือเพลิง น้ามาผลิตไฟฟ้าได้ และสามารถผลิตไฟฟ้าในช่วงที่มีความต้องการใช้พลังงานไฟฟ้า สูงสุดไดท้ ันที พลังงานน้ามาใช้ประโยชน์ ช่วยทดแทนเชือเพลิงจากน้ามันดิบ ก๊าซธรรมชาติและ ถา่ นหิน ไมก่ อ่ ใหเ้ กดิ มลพิษต่อสง่ิ มีชวี ติ และสิง่ แวดลอ้ ม ปัญหาคือต้องการพืนที่ในการกักเก็บน้าของโรงไฟฟ้าพลังงานน้าขนาดใหญ่ และการ อนรุ กั ษ์แหลง่ นา้ และปา่ ไม้

1. ทดลองและเขียนสรุปหลักการทางวิทยาศาสตร์ในการน้าพลังงานลมไปใช้ ประโยชน์ 2. ทดลองและเขยี นหลกั การการน้าพลงั งานลมไปใช้ผลติ ไฟฟ้า 3. เขียนสรุปข้อดี ข้อจ้ากัดและแนวทางการพัฒนาในการน้าพลังงานลมไปใช้ เป็นพลังงานทดแทน

 ลมเปน็ อากาศทีเ่ คลอื่ นทอี่ ยูร่ อบตัว เม่อื ลมปะทะกบั วัตถใุ ดๆ สามารถทา้ ให้ วตั ถุนนั เคลอ่ื นไหวได้  มนษุ ยไ์ ด้ใช้ประโยชนจ์ ากพลงั งานลมทสี่ ามารถท้าให้ วตั ถตุ ่างๆ เคลอ่ื นที่ไดม้ าตังแตอ่ ดีต

2.1 พลังงานลม พลงั งานลม (Wind Energy) เป็นพลังงานทดแทน ประเภทพลังงานหมุนเวียนที่มอี ยู่ รอบตัวเรา กิจกรรมท่ี 2.1 มหศั จรรย์พลังงานลม 1. ให้นกั เรียนประดิษฐก์ งั หันและชดุ การทา้ กิจกรรม ตามขันตอนในหนังสอื เรยี น หนา้ 30 - 31 2. เตรียมแก้วน้า จา้ นวน 1 ใบ จากนนั คว่า้ แก้วนา้ ลง และตดิ ชดุ กังหนั ทีป่ ระดิษฐ์เสร็จแลว้ ไปท่ีบริเวณฐาน ของแก้วดว้ ยกระดาษกาว ดงั ภาพ

กจิ กรรมท่ี 2.1 มหัศจรรยพ์ ลังงานลม 3. นา้ กังหนั ไปทดสอบการหมนุ ด้วยแรงลม สงั เกตการหมุนของกังหันและการเคล่ือนที่ ของคลปิ หนบี กระดาษ 4. ทา้ กจิ กรรมขอ้ ท่ี 3 ซา้ อกี 2 ครังและ บันทกึ ผล

 คลปิ หนบี กระดาษท่ปี ลายเสน้ ด้าย มกี ารเคลื่อนทหี่ รอื ไม่ ถ้ามี การเคลือ่ นท่ี นักเรยี นคิดว่าเป็นเพราะเหตใุ ด  แรงลม มีผลต่อการหมนุ ของกังหันและการเคลื่อนทข่ี องคลิปหนบี กระดาษหรอื ไม่ นกั เรยี นจะมีวธิ ีการทดสอบอยา่ งไร  การนา้ พลังงานลมมาใชห้ มุนกังหนั ในกจิ กรรมนี มขี อ้ จา้ กดั หรือไม่อยา่ งไร

2.1 พลงั งานลม  พลังงานลมสามารถท้าให้วัตถุหมุนหรือเคล่ือนที่ได้ เน่ืองจาก พลังงานจลน์ของลมจะถ่ายโอนให้กับกังหัน ท้าให้กังหัน เคลือ่ นท่ีได้  แรงลมท่ีปะทะกับกังหันแรงขึน ก็จะมีพลังงานจลน์มากขึน จะทา้ ใหก้ ังหันหมุนไดเ้ ร็วขนึ จากแนวคดิ ท่ีไดจ้ ากกจิ กรรมที่ 2.1 สามารถน้า พลงั งานลมไปใชป้ ระโยชน์อย่างไรได้บา้ ง

2.2 การใช้ประโยชนจ์ ากพลงั งานลม  พลงั งานลมสามารถท้าให้วัตถุต่างๆ หมุนหรือเคล่ือนท่ไี ด้  อุปกรณ์หรือเคร่อื งมอื เพอ่ื เปลย่ี นพลังงานลมเป็นพลังงานไฟฟา้ กจิ กรรมท่ี 2.2 การเปลย่ี นพลังงานลมเป็นพลังงานไฟฟา้ 1. ให้นักเรียนน้าใบพัดส้าเร็จรูปต่อเข้ากับแกนของเครื่อง ก้ า เ นิ ด ไ ฟ ฟ้ า ข น า ด เ ล็ ก แ ล ะ ต่ อ ไ ด โ อ ด เ ป ล่ ง แ ส ง (Light-Emitting Diode: LED) เข้ากับเครื่องก้าเนิดไฟฟ้า ขนาดเล็ก และสังเกตว่าไดโอดเปล่งแสงมีการติดสว่าง หรอื ไม่ และ บันทกึ ผล 2. น้าชุดกิจกรรมข้อที่ 1 ไปทดสอบแรงลม และสังเกตการ ตดิ สว่างของไดโอดเปล่งแสง และบันทึกผล 3. ทา้ กจิ กรรมข้อท่ี 2 ซา้ อกี 2 ครัง และบนั ทึกผล

กจิ กรรมที่ 2.2 การเปลี่ยนพลังงานลมเป็นพลังงานไฟฟ้า จากกจิ กรรม มีพลงั งานไฟฟา้ เกดิ ขนึ หรอื ไม่ อย่างไร? แรงลม มผี ลต่อการตดิ สวา่ งของไดโอดเปลง่ แสงหรอื ไม่ นกั เรียนจะมีวิธีการทดสอบอย่างไร ถ้าตอ้ งการใหไ้ ดโอดเปลง่ แสงติดสวา่ งตอ่ เนอื่ ง นกั เรียนควรท้าอยา่ งไร

2.2 การใชป้ ระโยชนจ์ ากพลงั งานลม  ปัจจุบันมีการน้าหลักการการเปล่ียน พลังงานลมเป็นพลังงานไฟฟ้าดังกล่าวมา ใชป้ ระโยชน์  กงั หันลมรว่ มกับเคร่อื งก้าเนดิ ไฟฟ้า เพอ่ื ผลติ ไฟฟา้ การนา้ พลังงานลมมาใชก้ ารผลติ ไฟฟ้า ตอ้ งพจิ ารณาถึงปัจจัย ของพลงั งานลมในดา้ นใดบ้าง

ศักยภาพพลงั งานลมกบั การผลิตไฟฟา้  ศักยภาพพลังงานลม ไดแ้ ก่ ความเรว็ ลม ความสม้า่ เสมอของความเร็วลม และความ ยาวนานของการเกิดลม  ปจั จัยตา่ งๆ มผี ลตอ่ การทา้ งานของกงั หนั ลมเพื่อผลติ ไฟฟ้า  ดงั นันการตดิ ตงั กงั หันลมเพื่อผลติ ไฟฟา้ ต้องพิจารณาถึงปจั จัยตา่ งๆ  รูปแบบของใบพดั วัสดุท่ใี ช้ท้าใบพดั ความสูงของเสาท่ีติดตังกงั หัน ขนาดของเครอื่ ง ก้าเนิดไฟฟา้ และระบบควบคุมตา่ งๆ ต้องใหส้ อดคล้องกับศกั ยภาพพลงั งานลมในพืนท่ี นนั ๆ ความเร็วลมในพืนทตี่ ่างๆ ของ ประเทศไทย มีคา่ แตกต่างกนั หรอื ไม่

ศกั ยภาพพลังงานลมกับการผลิตไฟฟา้  ปัจจุบันมีการติดตังเคร่ืองวัดความเร็วลมในพืนที่ ต่างๆ ของประเทศไทย และน้ามาท้าเป็นแผนท่ี แสดงความเร็วลมของประเทศไทย  ความความเร็วลมเฉล่ียของประเทศไทย ปี พ.ศ. 2538-2552 กจ็ ะอยทู่ ตี่ ้า่ กวา่ 4 เมตรตอ่ วินาที  แต่มีบางพืนท่ีมีความเร็วลมสูง โดยจะพิจารณา พืนท่ีท่ีมีความเร็วลมสูงกว่า 6 เมตรต่อวินาที ขึนไป ในท้องถิ่นของนักเรียนมีการตดิ ตังกงั หัน ลมเพ่ือผลติ ไฟฟา้ หรือไม่ ถา้ มี สามารถ ผลิตได้มากนอ้ ยเพียงใด

ศกั ยภาพพลงั งานลมกบั การผลติ ไฟฟา้

2.3 ข้อดี ขอ้ จา้ กดั และแนวทางการพฒั นาในการนา้ พลงั งานลมมาใชป้ ระโยชน์  พลังงานลมเป็นพลังานที่เกิดขันหมุนเวียนในธรรมชาติ มีอยู่รอบตัว ไม่มีต้นทุน คา่ เชือเพลิง ไม่ตอ้ งขนสง่ เชือเพลิง  มาใช้ผลิตไฟฟ้า ช่วยทดแทนเชือเพลิงจากน้ามันดิบ ก๊าซธรรมชาติ และถ่านหิน ทีน่ ้ามาใชผ้ ลติ ไฟฟา้ ลดปญั หาการขาดแคลนไฟฟ้า  พลังงานลมไม่ก่อใหเ้ กิดมลพิษตอ่ สง่ิ มีชีวิตและส่งิ แวดลอ้ ม  ข้อจ้ากัด การติดตังต้องค้านึงถึงศักยภาพพลังงานลม ได้แก่ ความเร็วลม ความสม้่าเสมอของความเร็วลม รวมถึงการติดตังกังหันลมอาจบดบังทัศนียภาพ และการยอมรบั จากชุมชน และการท้างานของกังหันลมอาจท้าให้เกิดมลภาวะทางเสียง จากการหมุนของใบพัดได้

1. นักเรยี นมีความคดิ เหน็ อย่างไร ในการนา้ พลงั งานลมไปใช้ประโยชน์ในการผลติ ไฟฟ้า 2. การน้าพลงั งานลมมาใช้เพ่อื ผลติ ไฟฟ้า ต้อง ค้านึงถงึ ความเหมาะสมด้านใดบ้าง 3. พลังงานลมมีความส้าคญั แก่นกั เรียนอย่างไรบา้ ง

1. ทดลองและเขยี นสรุปหลักการทางวิทยาศาสตรใ์ นการน้าพลงั งานแสงอาทิตย์ไปใช้ ประโยชน์ 2. ทดลองและเขียนหลกั การการน้าพลังงานแสงอาทติ ย์ไปใช้ประโยชน์ โดยการเปลยี่ นเปน็ พลงั งานความร้อน 3. ทดลองและเขียนหลกั การการน้าพลังงานแสงอาทิตย์ไปผลติ ไฟฟ้า 4. เขยี นสรปุ ขอ้ ดี ขอ้ จ้ากดั และแนวทางการพัฒนาในการน้าพลังงานแสงอาทิตย์ไปใชเ้ ปน็ พลังงานทดแทน

ดวงอาทิตย์เป็นแหล่งก้าเนิดแสงและพลังงานท่ี ส้าคัญ สิ่งมีชีวิตบนโลกล้วนอาศัยพลังงานจาก ดวงอาทิตยใ์ นการดา้ รงชวี ิต นกั เรยี นได้รับประโยชน์จาก พลงั งานแสงอาทติ ย์ในด้าน ใดบา้ ง

3.1 พลงั งานแสงอาทติ ย์  พลังงานแสงอาทติ ย์ (Solar Energy) เป็นพลงั งานจากดวงอาทิตย์ทส่ี ง่ มายงั โลกโดยการ แผร่ งั สี (Radiation) ซ่ึงมที ัง o รังสีที่มองเหน็ เช่น แสงจากดวงอาทิตย์ และ o รงั สที ม่ี องไมเ่ หน็ เชน่ รงั สอี ตั ราไวโอเลต รังสีอนิ ฟราเรด เป็นตน้ พลังงานแสงอาทติ ย์จัดเป็นพลงั งานทดแทน รปู 3.3 หนา้ 46 ประเภทพลังงานหมนุ เวียน ท่ีมปี รมิ าณมหาศาล

3.1 พลงั งานแสงอาทติ ย์  อุณหภูมิอากาศในแต่ละช่วงของวันและในแต่ละวัน มีค่าไม่คงท่ี เพราะมีผลมาจากความ เข้มรงั สดี วงอาทติ ย์ (Solar Irradiance)  ถ้าความเขม้ รงั สดี วงอาทติ ยม์ ีค่าสงู จะท้าให้อณุ หภมู ิอากาศบรเิ วณนันสูงตามไปดว้ ย  ความเข้มรังสีดวงอาทิตย์ คือ ปริมาณพลังงานแสงอาทิตย์ท่ีตกกระทบพืนที่ต่างๆ ตอ่ ช่วงเวลาหน่งึ ๆ มีหนว่ ยเปน็ กโิ ลวัตต์ต่อตารางเมตร (kW/m2)  ความเข้มรังสีดวงอาทิตย์จะมีค่าเปลี่ยนแปลงไปตามเส้นละติดจูด ช่วงเวลาของวัน ฤดกู าล สภาพอากาศ  เคร่ืองมอื ท่ใี ชว้ ดั ความเขม้ รังสีดวงอาทิตย์ เรยี กวา่ ไพราโนมิเตอร์ (Pyranometer) นักเรียนคดิ ว่าพลงั งานแสงอาทติ ย์มผี ลตอ่ อณุ หภูมิอากาศหรอื ไม่

แผนท่แี สดงความเขม้ รังสีดวงอาทติ ย์ ของประเทศไทย จากรูปที่ 3.5 มีบรเิ วณใดบา้ งที่ มีคา่ ความเข้มรงั สดี วงอาทติ ย์สงู

แผนที่แสดงความเขม้ รงั สีดวงอาทติ ย์ ของประเทศไทย จากรปู ท่ี 3.6 ในแต่ละเดือน ประเทศไทยได้รบั ความเข้มรงั สี ดวงอาทติ ย์แตกต่างกนั หรือไม่ อยา่ งไร จากรปู ที่ 3.6 เดอื นใดทป่ี ระเทศ ไทยได้รับความเข้มรังสดี วง อาทิตยส์ ูงท่สี ุดและตา้่ ที่สุด สูงสดุ เฉล่ยี 19-20 MJ/m2-day

แผนที่แสดงความเข้มรังสีดวงอาทติ ย์ ของประเทศไทย  บางบริเวณของโลกที่เป็นเขตร้อนชืน ความชืนในบรรยากาศจะท้าให้ความเข้มรังสี ดวงอาทิตย์ ลดลง  บางพนื ทเี่ ป็นทะเลทราย (ถึงแม้จะไม่ตรงกับแนวเส้นศูนย์สูตร) แต่มีความเข้มรังสีสูง เช่นกนั เพราะมีความชืนในอากาศตา้่ เพราะเหตุใดบางบริเวณของโลก ถึงแม้ว่าจะ ไม่ได้มีต้าแหน่งอยู่ตรงบริเวณเส้นศูนย์สูตรของ โลก แต่ก็มีค่าความเข้มรังสีดวงอาทิตย์สูง เชน่ กนั

3.2 การใชป้ ระโยชนจ์ ากพลังงานแสงอาทติ ย์  มนุษย์รู้จักใช้ประโยชน์จากพลังงาน แสงอาทิตย์มาตังแต่อดีต โดยเป็นการใช้ ประโยชน์โดยตรง เช่นการถนอมอาหาร โดยการตากแหง้ การทา้ นาเกลอื  ปัจจบุ นั มีการนา้ พลังงานแสงอาทติ ยม์ า ใช้ประโยชนไ์ ดม้ ากขึน

3.2 การใชป้ ระโยชนจ์ ากพลงั งานแสงอาทิตย์ โดยการเปล่ยี นเป็นพลงั งานความรอ้ น กิจกรรมท่ี 3.1 การใชป้ ระโยชนจ์ ากตวั เก็บรงั สอี าทิตย์ ตอนที่ 1 ประโยชนจ์ ากตวั เกบ็ รังสีอาทติ ย์ 1. จัดเตรียมชุดอุปกรณ์เพ่ือตรวจวัดอุณหภูมิอากาศ จ้านวน 2 ชุด การจัดเตรียม ชุดอปุ กรณ์ชดุ ที่ 1 ใหต้ ิดตังเทอรม์ อมิเตอรก์ บั ขาตงั เหล็ก 2. การจัดเตรียมชุดอุปกรณ์ชุดที่ 2 ให้เตรียมแก้วน้าพลาสติกหรือแก้วน้ากระดาษ จ้านวน 1 ใบ จากนันให้ติดตังเทอร์มอมิเตอร์เข้าไปด้านในของแก้วน้า โดยจัดวาง ให้ปลายของเทอร์มอมิเตอร์อยู่ห่างจากพืนแก้วน้า ประมาณคร่ึงหนึ่งของความสูง ของแกว้ 3. น้าอุปกรณ์ทัง 2 ชุดไปวางไว้กลางแดด ในบริเวณเดียวกัน ตังทิงไว้ 20 นาที แลว้ วดั อุณหภมู ิอากาศจากเทอร์มอมเิ ตอร์ทงั 2 อนั และ บันทึกผล 4. ทา้ กิจกรรมขอ้ ที่ 3 ซา้ อีก 2 ครงั

3.2 การใช้ประโยชนจ์ ากพลังงานแสงอาทิตย์ โดยการเปลี่ยนเปน็ พลงั งานความรอ้ น ตอนท่ี 2 สีของตัวเกบ็ รงั สอี าทติ ยก์ ับอณุ หภมู อิ ากาศ 1. จัดเตรียมชดุ อุปกรณ์เพอ่ื ตรวจวัดอุณหภูมอิ ากาศ จานวน 2 ชุด 2. การจัดเตรียมชุดอุปกรณ์ชุดที่ 1ให้เตรียมแก้วนาพลาสติกหรือแก้วนากระดาษ จานวน 1 ใบ บุแกว้ นาทงั ด้านในและดา้ นนอก ด้วยกระดาษสีดา จากนันนาแผ่นพลาสติกโปร่งใสชนิดบางคลุม ให้ทวั่ บรเิ วณปากแกว้ นา และใชย้ างรดั ของ รัดพลาสตกิ ตรงบรเิ วณปากแก้วนาให้แน่น 3. เสียบเทอรม์ อมเิ ตอร์ผา่ นแผน่ พลาสตกิ เขา้ ไปด้านในของแกว้ นา โดยจัดวางให้ปลาย ของเทอร์มอมเิ ตอร์อยหู่ ่างจากพนื แก้วนาประมาณครึง่ หนงึ่ ของความสงู ของแกว้ 4. การจดั เตรียมชุดอุปกรณ์ชุดท่ี 2 ให้ทาตามขนั ตอนในขอ้ ที่ 2 และ 3 แตเ่ ปล่ยี น สีกระดาษท่ีใช้บแุ กว้ นา จากสดี าเปน็ สีขาว 5. นาอปุ กรณ์ทงั 2 ชดุ ไปวางไวก้ ลางแดดในบรเิ วณเดียวกัน ตังทงิ ไว้ 20 นาที แลว้ วัดอณุ หภมู ิ อากาศจากเทอร์มอมเิ ตอร์ทงั 2 อนั และ บนั ทกึ ผล 6. ทากิจกรรมข้อท่ี 5 ซาอีก 2 ครัง

3.2 การใชป้ ระโยชนจ์ ากพลงั งานแสงอาทิตย์ โดยการเปลย่ี นเปน็ พลงั งานความร้อน ตอนที่ 1 ประโยชน์จากตัวเกบ็ รังสอี าทิตย์ • อุณหภูมอิ ากาศทีต่ รวจวัดได้จากอปุ กรณท์ ัง 2 ชุด มีคา่ แตกตา่ งกนั หรอื ไม่ อยา่ งไร • อุปกรณ์ทงั 2 ชดุ ประกอบดว้ ยวัตถหุ รือสิง่ ใดบ้าง องค์ประกอบเหล่านันมีผลต่ออุณหภูมิ อากาศอยา่ งไร ตอนที่ 2 สขี องตัวเกบ็ รงั สีอาทิตยก์ ับอณุ หภมู ิอากาศ • อณุ หภูมอิ ากาศท่ีตรวจวัดได้จากอุปกรณ์ทัง 2 ชุด มคี า่ แตกต่างกนั หรือไม่ อยา่ งไร • ถา้ อุณหภูมิอากาศท่ีตรวจวดั ได้จากอปุ กรณท์ ัง 2 ชดุ มีคา่ แตกตา่ งกัน นักเรียนคิดวา่ เป็น เพราะเหตใุ ด

3.2 การใช้ประโยชน์จากพลังงานแสงอาทิตย์ โดยการเปล่ียนเป็นพลงั งานความรอ้ น ถ้านักเรยี นจะสร้างสิง่ ประดิษฐ์ ปัจจุบนั มีสง่ิ ประดษิ ฐ์ใดบ้าง เพื่อน้าพลังานแสงอาทติ ย์มาใช้ ท่มี ีการน้าพลงั งานความร้อน ประโยชน์ ควรทาหรอื ทา้ จากแสงอาทติ ย์ไปใชป้ ระโยชน์ ส่งิ ประดิษฐด์ ว้ ยสใี ด จึงจะได้ พลงั งานความรอ้ นดีท่สี ุด

กจิ กรรมเสนอแนะ กล่องอบแหง้ พลังงานแสงอาทิตย์

กิจกรรมเสนอแนะ กล่องอบแหง้ พลงั งานแสงอาทิตย์ 1. ใหน้ กั เรยี นประดษิ ฐ์กลอ่ งอบแห้งพลงั งานแสงอาทติ ย์ 2. เตรียมผลไม้ที่มีนาเป็นสว่ นประกอบมากๆ เชน่ กลว้ ยนาวา้ มะเขอื เทศ จากนัน แบ่งผลไมอ้ อกเป็น 2 ชดุ ใหแ้ ต่ละชดุ มีนาหนักเทา่ กนั และหน่ั ผลไม้ให้เปน็ ชนิ บาง 3. นาผลไม้ชุดแรกวางไว้ในกล่องอบแห้งและอีกชุดหนึ่งวางไว้บริเวณด้านนอกของกล่องอบแห้ง นาผลไม้ทัง 2 ชุด ไปวางไวก้ ลางแดดในบริเวณเดียวกนั และหันด้านหน้าของกลอ่ งอบแหง้ ใหอ้ ยู่ในแนวของแสงอาทติ ยต์ ลอดเวลา 4. เตรียมเทอร์มอมิเตอร์อีก 1 อัน เพื่อใช้วัดอุณหภูมิอากาศตรงบริเวณท่ีทากิจกรรม จากนันให้วัดอุณหภูมิอากาศ จากเทอร์มอมิเตอร์ทัง 2 อัน ทุกๆ 30 นาที หรือ ทุกๆ 1 ขั่วโมง ตังแต่เวลา 09.00-15.00 บันทึกอุณหภูมิ อากาศท่ไี ดท้ ุกครัง และเพ่ือให้อาหารแห้งอย่างสม่าเสมอ เมื่อถึงเวลา 12.00 ให้กลับผลไม้ทัง 2 ชุด ให้อีกด้าน หนงึ่ รบั แสงอาทติ ย์ 5. เมอื่ ถึงเวลา 15.00 ให้นาผลไม้ทงั 2 ชุด มาชั่งนาหนัก และ บนั ทึกผล 6. นาข้อมูลอุณหภูมอิ ากาศทไ่ี ดจ้ ากเทอรม์ อมเิ ตอร์ทงั 2 อนั มาเขียนลง ในกราฟเส้นชดุ เดยี วกนั โดยให้แกนนอนแสดงชว่ งเวลา และ แกนตังแสดงคา่ อุณหภมู ิ

กิจกรรมเสนอแนะ กลอ่ งอบแหง้ พลงั งานแสงอาทิตย์ ผลไมช้ ดุ ใด ท่คี วามชืนลดลงมากทส่ี ุด อณุ หภมู ิอากาศที่อ่านได้จากเทอร์มอมเิ ตอรท์ งั 2 อัน แตกต่างกนั หรือไม่ อย่างไร เพราะเหตุใดจงึ ต้องเจาะรตู รงบรเิ วณดา้ นบนและดา้ นลา่ งของกลอ่ งอบแหง้ การใชแ้ ผ่นพลาสติกโปร่งใสชนิดบางคลมุ กลอ่ งอบแหง้ ไว้ มีผลต่ออณุ หภูมิอากาศภายใน กลอ่ งอยา่ งไร เราสามารถพฒั นากล่องอบแห้ง พลงั งานแสงอาทิตย์ ใหม้ ี ประสทิ ธิภาพสูงยิ่งขนึ ได้อยา่ งไร อีกบ้าง

การอบแหง้ อาหารและผลผลิตทางการเกษตร รปู 3.8 หนา้ 60 ด้วยพลงั งานแสงอาทิตย์  ปัจจุบันการอบแห้งด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ มปี ระสิทธภิ าพและมีความทนทานมากขึน  การอบแห้งต้องควบคุมอัตราการระเหยไอ นาและความชนื ภายใน ใหเ้ หมาะสม ถ้าในชุมชนของนักเรียนส่วนใหญ่ประกอบ อ า ชี พ ผ ลิ ต ผ ล ไ ม้ อ บ แ ห้ ง นั ก เ รี ย น จ ะ เ ส น อ แ น ะ ใ ห้ ค น ใ น ชุ ม ช น ใ ช้ ก า ร อ บ แ ห้ ง อาหารรูปแบบใด เพราะเหตใุ ด

การผลิตน้าร้อนดว้ ยพลังงานแสงอาทติ ย์  ประเทศไทยมีแนวโน้มการใช้น้าร้อนเพิ่มสูงขึนอย่างต่อเนื่อง โดยเฉพาะอย่างยิ่งใน หนว่ ยงานต่างๆ เชน่ โรงพยาบาล โรงแรม และภาคอุตสาหกรรม  การผลิตน้าร้อนสามารถท้าได้จากการใช้พลังงานหลายรูปแบบ เช่น ใช้พลังงานไฟฟ้า ใช้พลงั งานจากก๊าซหงุ ต้ม และหน่งึ ในพลงั งานน้ามาใชไ้ ดค้ ือ พลังงานแสงอาทิตย์  การผลิตน้ารอ้ นด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ มีส่วนประกอบที่ส้าคัญคือ ตัวเก็บรังสีอาทิตย์ (Solar Collector) ถังเกบ็ นา้ ร้อน และ ระบบความรอ้ นส้ารอง  ตวั เก็บรังสีอาทิตย์จะดูดกลืนรงั สจี าก ดวงอาทิตย์ แลว้ ถ่ายโอนใหก้ บั น้า ท้าใหอ้ ณุ หภมู สิ งู ขนึ