3163_บทที่ 5 พลังงานแสงอาทิตย์

แผนบริหารการสอนประจาบทท่ี 5 เนื้อหาประจาบท บทที่ 5 พลังงานแสงอาทิตย์ ดวงอาทิตย์ การใชป้ ระโยชน์จากพลังงานแสงอาทิตย์ เทคโนโลยีการใช้ประโยชน์จากพลังงานแสงอาทิตย์ ประเทศไทยกับการใชพ้ ลังงานแสงอาทิตย์ ผลกระทบจากการใชพ้ ลังงานแสงอาทิตย์ บทสรุป คาถามประจาบท เอกสารอ้างองิ วัตถุประสงค์เชิงพฤติกรรม 1. เพือ่ ให้นักศึกษาสามารถบอกความหมายของพลังงานแสงอาทิตย์ได้ 2. เพื่อให้นักศึกษาสามารถอธิบายประโยชน์และความสาคญั ของพลงั งานแสงอาทิตย์ได้ 3. เพื่อให้นกั ศึกษาสามารถอธิบายถึงเทคโนโลยีการใช้ประโยชน์จากพลงั งานแสงอาทิตย์ได้ 4. เพื่อให้นกั ศึกษาสามารถอธิบายถึงศักยภาพการใชพ้ ลังงานแสงอาทิตย์ในประเทศไทย และ ผลกระทบจากการใช้พลังงานแสงอาทิตย์ได้ วิธีการสอนและกิจกรรมการเรียนการสอน 1. ให้นกั ศึกษาศกึ ษาเอกสารประกอบการสอนบทที่ 5 2. อาจารย์ผู้สอนบรรยาย และกาหนดหัวข้อให้นกั ศกึ ษาร่วมอภิปรายในชน้ั เรียน 3. ให้นักศึกษาค้นคว้าเนือ้ หาเพิม่ เติมเกี่ยวกับพลงั งานแสงอาทิตย์ 4. มอบหมายงานการทารายงานและฝกึ ตอบคาถามท้ายบท สือ่ การสอน 1. แผ่นโปร่งใส หรอื PowerPoint Presentation 2. สไลด์ และ/หรอื วีดีทศั น์ 3. เอกสารประกอบการสอนวิชาพลงั งานกบั สิ่งแวดล้อม 4. สือ่ อเิ ลก็ ทรอนิกส์/เวปไซต์ 5. เครือ่ งคอมพวิ เตอร์/โปรเจคเตอร/์ โทรทัศน์/เครื่องฉายวีซีดี 6. ข่าว/บทความ/งานวิจยั ทีเ่ กี่ยวกบั เรื่องพลงั งานแสงอาทิตย์ 5-1

การวัดผลและประเมินผล 1. การทดสอบก่อนเรียนและหลงั เรยี น 2. การตรวจรายงาน 3. การตอบคาถามท้ายบท 4. การรว่ มกิจกรรมในชน้ั เรียน 5-2

บทท่ี 5 พลงั งานแสงอาทติ ย์ พลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานแผ่รังสีจากดวงอาทิตย์ พลงั งานนเี้ ปน็ ต้นกาเนิดของวัฏจักร ของส่งิ มชี ีวติ ทาให้เกิดการหมุนเวียนของนา้ และธาตุตา่ งๆ เชน่ คารบ์ อน พลังงานแสงอาทิตย์จัดเป็น หน่งึ ในพลงั งานทดแทนทีม่ ศี ักยภาพสูง เป็นพลังงานสะอาด ไม่ทาปฏิกิรยิ าใด ๆ ที่จะทาให้สิง่ แวดล้อม เปน็ พิษ สามารถเกิดใหมไ่ ด้ไม่ส้ินสุด พลงั งานแสงอาทิตย์เปน็ แหล่งกาเนิดพลงั งานของพลังงานรูปแบบ ต่าง ๆ บนโลก เช่น พลงั งานลม พลงั งานน้า พลงั งานคลืน่ พลงั งานชีวมวล ฯลฯ พลังงานแสงอาทิตย์ที่ ตกกระทบบนผิวโลกมีคา่ มหาศาล จากค่าคงที่สรุ ิยะ ( Solar Constant) พ้ืนที่ 1 ตารางเมตร จะได้รบั ความเข้มรงั สอี าทิตย์เฉลีย่ ประมาณ 1,000 วัตต์ ดังนั้นหากในแตล่ ะวันพ้ืนที่ตา่ ง ๆ บนโลก ได้รบั พลังงานแสงอาทิตย์เฉลีย่ 4-5 ชวั่ โมง ความเข้มรังสอี าทิตย์เฉลี่ยทีไ่ ด้รับมีค่า 4-5 กิโลวัตต์-ชวั่ โมงต่อ ตารางเมตรตอ่ วัน ปจั จุบันเริม่ มีการตื่นตัวกนั มากเกี่ยวกบั วิกฤตการณด์ ้านพลงั งาน พลังงานแสงอาทิตย์จึงเปน็ อีกหน่งึ แหล่งพลงั งานที่ได้รับความสนใจมาก โดยในหลายประเทศได้เริ่มโครงการวจิ ยั อย่างจรงิ จังเพื่อ หาทางนาพลังงานแสงอาทิตย์มาใช้ประโยชน์กันให้แพรห่ ลายขึ้น การนาพลงั งานแสงอาทิตย์ไปใช้ ประโยชน์สามารถนาไปใช้ได้โดยตรงในรปู ของพลังงานแสงสว่างและพลังงานความร้อน เชน่ เครื่องอบแหง้ พลงั แสงอาทิตย์ เครือ่ งทาน้าร้อนพลงั แสงอาทิตย์ เปน็ ต้น และใชท้ างออ้ มโดยเปลี่ยน พลังงานแสงอาทิตย์เปน็ พลังงานไฟฟ้า 5.1 ดวงอาทิตย์ ดวงอาทิตย์ เปน็ กลุ่มก๊าซร้อนรูปทรงกลมที่มคี วามหนาแนน่ สงู มีเส้นผา่ นศนู ย์กลางประมาณ 1.39 x 109 เมตร มีความหนาแนน่ ประมาณ 100 เท่าของความหนาแนน่ ของ น้า และมีระยะหา่ งเฉลีย่ จากโลกประมาณ 1.5 x 1011 เมตร (วรนชุ สว่างแจง้ , 2551) พลงั งานแสงอาทิตย์ทีส่ ่องมาถึงบรรยากาศ ของโลกนั้นอยู่ในรูปของพลงั งานรังสี (Radiant Energy) พลังงานบางสว่ นจะกระจายตัวและบางส่วนจะ ถูกดูดซบั โดยชน้ั ของบรรยากาศต่าง ๆ การแผ่รังสีจากการสะท้อนและกระจายส่วนต่าง ๆ ใน บรรยากาศจะเรียกว่ารงั สกี ระจาย ( Diffuse หรอื Scattered Radiation) ซึ่งทาให้รงั สีบางส่วนสะท้อน กลับไปในอวกาศและบางส่วนเดินทางมายงั โลกได้ การแผ่รงั สีอกี ชนิดหนึง่ คือรงั สีตรง ( Direct หรอื Beam Radiation) ซึง่ เกิดจากการแผ่รงั สีจากดวงอาทิตย์โดยตรง ไม่มีการเปลี่ยนทิศ ใชใ้ นการออกแบบ อปุ กรณ์รวมแสงประเภทต่าง ๆ สัดส่วนการแผร่ งั สจี ากดวงอาทิตย์มายงั ผวิ โลก ดงั แสดงในรปู ที่ 5.1 5-3

รูปท่ี 5.1 การแผ่รังสีจากดวงอาทิตย์มายังผวิ โลก ทีม่ า: ไกรพัฒน์ จนี ขจร, 2551 5.2 การใชป้ ระโยชนจ์ ากพลงั งานแสงอาทติ ย์ พลงั งานทีเ่ กิดจากการแผ่รังสีของดวงอาทิตย์มายังโลกมีการใชป้ ระโยชน์ได้หลายแบบ พลังงาน แสงอาทิตย์จะกระตนุ้ ให้บรรยากาศของโลกเกิดปรากฎการณ์ตา่ ง ๆ โดยพลังงานจากแสงอาทิตย์จะถกู ดูดซบั โดยโมเลกลุ ต่าง ๆ บนโลก และเปลี่ยนพลงั งานความร้อนทีอ่ ุณหภมู ิตา่ หลักการน้อี าจถกู เรียกว่า กระบวนการเพิ่มขนึ้ ของเอนโทรปีธรรมชาติ ( The Entropy Increasing of Nature) ดงั น้ันจึงจาเปน็ ที่ จะต้องใช้โฟตอนจากดวงอาทิตย์ซึ่งมีพลังงานสงู ก่อนที่จะสลายตัวไปเป็นเอนโทรปี การใชป้ ระโยชน์จาก พลงั งานจากดวงอาทิตย์มีทั้งแบบธรรมชาติและแบบเทียม ในแบบธรรมชาติ ได้แก่ การใชพ้ ลงั งานจาก ดวงอาทิตย์ในการดารงชีวติ ของส่งิ มชี ีวติ เช่น การสงั เคราะหแ์ สง รวมถึงปรากฏการณต์ ามธรรมชาติ การใชป้ ระโยชน์จากพลังงานจากดวงอาทิตย์ในแบบเทียมนนั้ ได้แก่ การใชพ้ ลงั งานจากแสงอาทิตย์ใน การใชโ้ ฟตอนเพื่อการผลิตกระแสไฟฟ้าและการนาความรอ้ นจากดวงอาทิตย์มาใช้ใหเ้ กิดประโยชน์ เชน่ การทาความร้อน การทาความเย็น เป็นต้น (ไกรพฒั น์ จนี ขจร, 2551) 5-4

รูปท่ี 5.2 การใชป้ ระโยชน์จากความร้อนจากดวงอาทิตย์ ที่มา: ไกรพฒั น์ จีนขจร, 2551 พลังงานแสงอาทิตย์จัดเป็นแหล่งพลังงานธรรมชาติทีส่ าคญั มนุษย์ได้นาพลังงานแสงอาทิตย์ มาใช้ประโยชน์ในด้านต่าง ๆ มากมาย ทั้งในการนาพลังงานแสงอาทิตย์มาใช้ประโยชน์โดยตรงเปน็ พลังงานปฐมภูมิ ในรปู ของพลงั งานความร้อน พลงั งานไฟฟ้า และพลงั งานแสงสว่าง และในทางออ้ ม ของพลังงานทตุ ิยภูมิ เชน่ พลงั งานลม พลงั งานชีวมวล พลงั งานน้า และพลังงานคลืน่ เปน็ ต้น ซึ่งหาก พิจารณาจากผลสุดท้ายของการนาพลงั งานแสงอาทิตย์ไปใช้ประโยชน์ สามารถจาแนกการประยุกต์ได้ เปน็ 2 แนวทาง คือ การประยุกต์ในทางความร้อน และการประยกุ ต์ในทางไฟฟ้า กระบวนการเปลีย่ น พลังงานแสงอาทิตย์ตามแนวทางอณุ หพลศาสตร์ สามารถแบ่งได้เป็น 8 กระบวนการ ดงั ตารางที่ 5.1 5-5

ตารางที่ 5.1 กระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ที่เปลี่ยนพลงั งานแสงอาทิตย์เปน็ พลงั งานรปู ต่าง ๆ กระบวนการ พลังงานในรูปต่าง ๆ 1. เปลีย่ นพลงั งานแสงอาทิตย์เปน็ พลังงานแสงอาทิตย์  พลังงานความร้อน พลงั งานความร้อน (Solar Thermal Conversion) 2. เปลีย่ นพลังงานแสงอาทิตย์ เปน็ พลงั งานแสงอาทิตย์  พลงั งานความร้อน  พลงั งานจลน์ พลังงานจลน์ (Solar Thermomechanical Conversion) 3. เปลี่ยนพลงั งานแสงอาทิตย์ เป็น พลังงานแสงอาทิตย์  พลงั งานความร้อน  พลงั งานจลน์ พลังงานไฟฟ้า (Solar Thermal  พลังงานไฟฟ้า Electric Conversion; STEC) 4. เปลีย่ นพลงั งานแสงอาทิตย์เปน็ พลังงานแสงอาทิตย์  พลังงานความร้อน  พลังงานจลน์ พลงั งานเคมี (STEC + Electrolysis)  พลงั งานไฟฟ้า  พลังงานเคมี 5. เปลีย่ นพลงั งานแสงอาทิตย์เปน็ พลงั งานแสงอาทิตย์  พลังงานความร้อน  พลงั งานเคมี พลงั งานเคมี (Solar Thermochemical Conversion) 6. เปลีย่ นพลงั งานแสงอาทิตย์ เป็น พลงั งานแสงอาทิตย์  พลงั งานไฟฟ้า พลังงานไฟฟ้า (Solar Electric Conversion) 7. เปลีย่ นพลงั งานแสงอาทิตย์เปน็ พลงั งานแสงอาทิตย์  พลงั งานเคมี พลงั งานเคมี (Solar Chemical Conversion) 8. เปลีย่ นพลังงานแสงอาทิตย์เปน็ พลงั งานแสงอาทิตย์  พลังงานไฟฟ้า  พลงั งานเคมี พลังงานเคมี (Solar Electrochemical Conversion) 5-6

5.3 เทคโนโลยีการใชป้ ระโยชนจ์ ากพลังงานแสงอาทติ ย์ 5.3.1 การประยุกตพ์ ลังงานแสงอาทติ ย์ในทางความรอ้ น (1) เครื่องหุงต้มแสงอาทิตย์ (Solar Cookers) การสรา้ งเครือ่ งหุงต้มด้วยแสงอาทิตย์ โดยใช้หลกั ของเรอื นกระจกปลกู ต้นไม้ (Greenhouse Effect) ในระยะแรกเครือ่ งหงุ ต้มด้วยแสงอาทิตย์ทาข้นึ จากกล่องไม้มะฮอกกานี ปิดด้วย แผ่นแก้วและฝังไว้ในทรายเรียกว่า Hot Box เมือ่ แสงอาทิตย์ผ่านผิวแก้วเข้ามาในกล่องไม้ซึง่ มีอาหาร ความรอ้ นทีเ่ กิดข้ึนในกล่องสามารถทาให้อาหารสุกได้ แตจ่ ุดอ่อนของเตาชนิดน้คี อื ไม่สะดวกสาหรับ การเคลือ่ นย้าย แมจ้ ะฝงั ได้ง่ายตามริมฝ่ังทะเลแตน่ าไปใช้ในแถบภูเขาหรอื บริเวณที่มีดนิ แขง็ ๆ จะมี ปัญหาเกิดขึน้ ตอ่ มาเตา Hot Box ได้ถูกพฒั นาใหด้ ีข้ึนโดยใช้ฉนวนป้องกันความร้อนแทนการฝังลงไปใน ดิน และได้ปรบั ปรงุ แก้ไขให้ดีข้ึนเร่อื ยๆ มีประสิทธิภาพดีกว่าเดิม เชน่ ใช้กระจกหลายๆ บานรวม แสงอาทิตย์ใหส้ ่องเข้ามาในกล่องเพื่อให้มคี วามรอ้ นเพิ่มมากขึ้น และยงั ได้เพิ่มเครือ่ งกักเกบ็ ความรอ้ น ให้สามารถหงุ ตม้ ได้ตลอดเวลา 24 ชัว่ โมง นอกจากนีน้ กั วิจยั ได้ออกแบบเตาหุงตม้ สุริยะให้มโี ลหะ สะท้อนแสงอาทิตย์ไปโฟกสั ที่ภายในกล่องมี Glauber's Salt สาหรบั ดูดความรอ้ นเกบ็ สะสมไว้ใชไ้ ด้หลัง ดวงอาทิตย์ตกแลว้ โดยใหค้ วามรอ้ นสูงถึง 200 องศาเซลเซียส ต่อมามีการสร้างเตาหุงต้มแสงอาทิตย์ใหม้ ีรูปแบบแตกต่างไปจากเดิม โดยใช้หลกั การ สะท้อนแสงอาทิตย์ใหไ้ ปรวมกันทีจ่ ดุ เลก็ ๆ แทนการกักเก็บความรอ้ นไว้ภายในกล่องปิด ญี่ปุ่นซึ่ง รับประทานข้าวเป็นอาหารหลัก บริษัท Goto Company of Japan ได้สรา้ งเตาแสงอาทิตย์ชนิดน้ีข้นึ ประกอบด้วยกระจกแบน ๆ เลก็ ๆ จานวนมากวางเรียงบนโครงไม้ทีเ่ ปน็ รปู กรวย แสงอาทิตย์ทีส่ ะท้อน จากกระจกเหล่านีจ้ ะไปรวมกนั ที่ตาแหน่งวางหมอ้ หุงข้าวไว้และหมอ้ หงุ ข้าวถกู ออกแบบให้มสี ีดาเพื่อ ดดู กลืนความรอ้ น เตาน้ีสามารถต้มนา้ 1 ควอท ให้เดือดภายใน 30 นาที เตาหงุ ตม้ แสงอาทิตย์จึงจะมี ประโยชน์มากโดยเฉพาะในประเทศที่เช้ือเพลิงหายากอย่างญี่ปุ่น (สมาคมส่งเสรมิ เทคโนโลยีไทยญี่ปุ่น และสถาบนั เทคโนโลยีพระจอมเกล้า, 2521) การคานวณเพือ่ หาจดุ เล็กๆ จุดหน่งึ เพือ่ รวมแสงอาทิตย์อาศัยหลักการ ทางคณิตศาสตร์ ตัวสะท้อนแสงควรจะเปน็ รูปพาราโบลา ซึ่งจะทาให้ได้จุดที่มีอุณหภมู สิ งู มาก เตาชนิดนี้สร้างให้มีความชนั ประมาณ 15-20 องศา เพื่อให้ตัวสะท้อนแสงทามุมฉากกบั ลาแสงอาทิตย์ (มมุ จะต่างกัน ณ สถานที่ต่างกนั บนโลก ) มีหลักปกั ไว้ตรงกลาง และต้ังฐานเป็นตะแกรงสาหรับวาง ภาชนะ หงุ ตม้ ทีจ่ ุดโฟกสั พอดี เตาชนิดน้ีใชห้ งุ อาหารได้เฉพาะในเวลากลางวันเท่าน้ันและตอ้ งปรบั ให้ ตัวสะท้อนแสงหมุนตามตาแหน่งของดวงอาทิตย์ไปเพื่อให้จดุ ที่รวมแสงตกทีก่ ้นภาชนะ ดงั นน้ั ทุกๆ 15 นาทีจะต้องทาการขยับตัวสะท้อนแสงไปตามดวงอาทิตย์เลก็ น้อยและใชห้ งุ ต้มได้ตงั้ แต่ดวงอาทิตย์ 5-7

ขนึ้ จนถึงดวงอาทิตย์ตกดงั ได้กล่าวมาแล้ว ภาชนะสาหรบั หุงตม้ ควรใช้สดี าเพราะดูดกลืนความรอ้ นได้ดี และไม่สะท้อนความรอ้ นออกไป ทาให้มปี ระสิทธิภาพดี นอกจากนหี้ ากใช้หม้อความดนั จะทาให้มี ประสิทธิภาพดียิ่งข้ึนเพราะจะสามารถกักเก็บความรอ้ นไว้ได้ดีกว่า เตาหงุ ตม้ แสงอาทิตย์บางชนิดทา เป็นรม่ พับได้ทาให้สะดวกในการขนย้าย เหมาะสาหรับการไปพกั ผอ่ นท่องเที่ยวตามที่ตา่ งๆ เชน่ บน ภเู ขาสูงๆ ปัจจุบนั ได้มีการปรบั ปรงุ การสร้างเตาหงุ ต้มและแสงอาทิตย์ ให้นามาใช้ประโยชน์ได้อย่างมี ประสิทธิภาพ เป็นการนาพลงั งานแสงอาทิตย์มาใช้เปน็ ประโยชน์โดยตรง นับว่าเป็นอีกหน่งึ ทางเลือกใน การนาเอาพลงั งานธรรมชาติมาทดแทนเชือ้ เพลิงฟอสซิลทีก่ าลังจะขาดแคลน (a) แบบกล่อง Box Cookers (b) Panel Cookers (c) แบบพาราโบร่า Curved Concentrator Cookers, or “Parabolic” รูปท่ี 5.3 เครื่องหุงตม้ แสงอาทิตย์ ทีม่ า: Solar Cookers International, 2009 (2) เตาหลอมแสงอาทิตย์ (Solar Furnace) เตาหลอมแสงอาทิตย์ใชห้ ลักการรวมแสงอาทิตย์เช่นเดียวกบั เตาหงุ ตม้ สรุ ิยะ โดยทา กระจกโค้งเปน็ รูปพาราโบลาซึ่งจะโฟกัสความรอ้ นไปรวมไว้ที่จุดที่เลก็ ที่สุดทาให้มอี ุณหภูมิสงู มาก สงู กว่าความรอ้ นที่ได้จาก Oxy-Actlene คือ อาจสูงถึง 4,000 องศาเซลเซียส เมื่อ 200 ปีมาแล้ว เตาหลอมแสงอาทิตย์ได้ถูกใช้เพือ่ หลอมเหลก็ เงิน เพชร ประเทศเยอรมันได้ปรบั ปรงุ เตาหลอมให้ดขี นึ้ โดยใช้กระจกฉาบเงินเป็นตวั สะท้อนแสงอาทิตย์ซึ่งจะทาหนา้ ทีส่ ะท้อนแสงได้ดี ได้อุณหภมู สิ งู มากกว่า 3,000 องศาเซลเซียส เตาหลอมนยี้ ังมีกระจกชว่ ยสะท้อนแสงอาทิตย์ใหต้ กลงบนตัวสะท้อนแสงซึง่ เปน็ รปู พาราโบลา ตัวสะท้อนแสงติดแน่นอยู่กับทีแ่ ต่กระจกชว่ ยสะท้อนแสงที่เรียกว่า Heliostat จะหมนุ ตาม ดวงอาทิตย์ไปตลอดเวลา มีการใชเ้ ตาหลอมแสงอาทิตย์ในทางอุตสาหกรรมเป็นคร้ังแรกใน ปี ค.ศ. 1940 โดยใช้กระจกสงู ถึง 10 ฟุต สร้างโดยบริษทั General Motors แตใ่ นระหวา่ งสงครามโลก คร้ังที่ 2 กระจกหายากมาก จงึ เปลีย่ นมาใช้แผน่ อลูมิเนยี มหนา 1 นวิ้ และขัดมันแทน รวมท้ังสรา้ งเครื่อง ควบคุมอุณหภูมิที่จดุ โฟกสั ของเตาด้วย ปจั จบุ นั เตาน้เี ปน็ เตาที่ใหญ่ที่สดุ ในประเทศเยอรมนั และใช้ ทาวิจยั ทางดา้ นวัสดุสาหรบั เครื่องบินที่ทนต่ออณุ หภมู ิสงู 5-8

นอกจากงานทางดา้ นเครือ่ งบินแล้วยังมกี ารใชเ้ ตาหลอมแสงอาทิตย์กบั งานด้านอืน่ ๆ โดยบริษัท General Electric ได้ใชเ้ ตาหลอมแสงอาทิตย์ในการทาฟอสฟอรสั ใหบ้ ริสทุ ธิเ์ พื่อนามาทาเปน็ เครือ่ งมือในการสอ่ื สาร เตาหลอมแสงอาทิตย์ในอลั จเี รียขนาดเส้นผ่าศนู ย์กลาง 26 ฟตุ ใช้ทาการวิจัย เกีย่ วกบั อณุ หภมู ิสูงและยงั ใช้ทาปุ๋ยโดยกระบวนการแยกไนโตรเจนออกจากบรรยากาศ ดังนน้ั ดวงอาทิตย์จึงไม่ใช่แค่ช่วยใหต้ ้นไมเ้ จริญเติบโตเท่านั้นยังสามารถผลิตปุ๋ยได้อกี ด้วย รัสเซียมีเตาหลอม แสงอาทิตย์เส้นผ่าศูนย์กลาง 30 ฟตุ สร้างข้นึ เพือ่ ทาคอนกรีตและผลิตไฟฟ้าพลงั ไอน้า ทีฝ่ ร่ังเศสมี เตาหลอมแสงอาทิตย์ใหญ่ทีส่ ุดในโลกตั้งอยู่บนภเู ขา Pyrenees มีตัวสะท้อนแสงใหญ่ประกอบด้วย กระจกถึง 3,500 แผ่นแต่ละแผ่นโค้งเลก็ น้อยปรับความโค้งด้วยสกรู ให้กาลังไฟฟ้าในเตาได้ถึง 75 กิโลวัตต์ และสามารถหลอมโลหะคราวหนึง่ ๆ ได้มากกว่าร้อยกิโลกรมั เป็นเตาหลอมแสงอาทิตย์ ทางอตุ สาหกรรมโดยแท้จรงิ ปีหนง่ึ ๆ ใช้ผลิตโลหะและสารที่ไม่ไหมไ้ ฟให้กบั โรงงานของฝรัง่ เศสได้ถึง 30 วนั อุณหภูมิมากกว่า 3,000 องศาเซลเซียสที่จุดโฟกัส ซึง่ มีขนาดค่อนข้างกว้างขนาด เส้นผ่าศนู ย์กลาง 4.5 นิว้ จากผลของการวจิ ัยพบว่าเตาหลอมแสงอาทิตย์ทีเ่ หมาะสาหรับงานดา้ น อตุ สาหกรรมเหล็กและเหล็กกล้า ควรมีขนาด 50 - 100 ฟุต การสรา้ งเตาหลอมแสงอาทิตย์ข้นึ น้ที าให้ ได้อุณหภมู สิ ูงในราคาถกู เปน็ ผลดีในงานด้านการหลอมเหลวแมว้ ่าค่าลงทนุ ในการก่อสรา้ งจะสูงมาก แตก่ ็ทนทานดี แผ่นแก้วทนต่ออากาศหนาวเย็นได้ แตท่ ีส่ าคัญที่สุดพลังงานจากดวงอาทิตย์เปน็ พลังงาน ทีไ่ ด้เปล่าและร้อนแรงทีส่ ดุ รูปท่ี 5.4 เตาหลอมแสงอาทิตย์และหลกั การทางาน ทีม่ า: University of Strathclyde, N.D. และ David A. Dietzler, 2008 (3) เครือ่ งกลน่ั นา้ แสงอาทติ ย์ (Solar Stills) เป็นเครือ่ งทาการกล่นั น้ากร่อยหรือน้าทะเลใหเ้ ปน็ น้าจดื ตามปกติในเรือใหญ่ๆ ที่ เดินทางไปในทะเลเปน็ เวลานาน ๆ มักมีเครื่องกลนั่ น้าแสงอาทิตย์ไว้สาหรบั กลนั่ น้าทะเลใหเ้ ปน็ น้าจดื ไว้ ใช้ด่มื ในยามขาดแคลน การใชเ้ ครือ่ งกลั่นน้าแสงอาทิตย์น้เี ร่มิ ใชก้ นั ต้ังแต่สงครามโลกคร้ังที่ 2 ปกติ แสงอาทิตย์เผาน้าในทะเล มหาสมทุ ร แมน่ ้า ลาคลอง ให้เปน็ ไอแล้วไอน้าจึงกล่ันตัวเปน็ หยดน้าตกลง 5-9

มาเปน็ ฝนเปน็ น้าจดื บริสทุ ธิ์ที่ปราศจากแร่ธาตุใดๆ เจือปน หลักการกล่นั น้าด้วยแสงอาทิตย์กใ็ ช้ หลักการเดียวกนั นี้ โดยการให้นา้ กร่อยหรือน้าทะเลผ่านเข้าไปในภาชนะซึง่ ทาสีดา และปิดสนิทด้วย วัสดใุ ส เชน่ กระจก แผ่นกระจกจะเอียงเปน็ มุมทีพ่ อเหมาะ ให้แสงอาทิตย์สอ่ งผ่านลงไปได้ เมื่อ แสงอาทิตย์ผ่านกระจกลงไปยงั ภาชนะทาสีดาซึง่ ดดู กลืนความรอ้ นได้ดี น้าทีบ่ รรจุไว้ในภาชนะนจี้ ะ ระเหยเปน็ ไอลอยขึน้ ไปกระทบกบั แผ่นกระจกซึง่ มีอณุ หภมู ติ ่ากว่า จะมีการคายความร้อนกลายเปน็ หยดน้าเกาะทีแ่ ผน่ กระจกนั้น เนอ่ื งจากแผน่ กระจกน้ันเอียงทามุมทีเ่ หมาะสม หยดน้าจะค่อย ๆ ไหลลง สู่รางซึ่งอยู่ดา้ นล่างของกระจก อตั ราการกลัน่ น้าโดยวิธีน้จี ะขึน้ อยู่กับพลงั งานแสงอาทิตย์ที่ตกลงมา และประสิทธิภาพของตัวดดู กลืนแสงอาทิตย์ตลอดจนสภาพการถ่ายเทของอากาศเนอ่ื งจากมีการคาย ความรอ้ นออกของน้าที่แผน่ กระจก ดังนนั้ ในที่ทีม่ ลี มพัดจะช่วยถ่ายเทความรอ้ นไปได้ จะทาให้การกล่ัน น้ามีประสิทธิภาพสงู ขึน้ การกลัน่ น้าด้วยแสงอาทิตย์ทีม่ คี วามเข้มสูงอาจจะสามารถกลน่ั น้าได้ อย่างนอ้ ยประมาณ 2-3 ลิตรข้นึ ไปสาหรบั พืน้ ที่ของภาชนะรบั แสงอาทิตย์ขนาด 1 ตารางเมตร โรงกล่ัน น้าแสงอาทิตย์ทีช่ ิลใี ช้พ้ืนทีป่ ระมาณ 4,600 ตารางเมตร สามารถผลิตน้าได้ 6,000 แกลลอนต่อวนั จะ เหน็ ว่าการกลน่ั น้าด้วยเครื่องกลน่ั น้าแสงอาทิตย์น้โี รงกลั่นต้องมีอาณาบริเวณกว้างขวาง ซึ่งควรทีจ่ ะ เป็นพืน้ ดินทีว่ ่างเปล่าที่ไม่อาจทาประโยชน์ได้และมีแสงอาทิตย์สอ่ งเกือบตลอดปี ได้มกี ารทาการวจิ ยั เพื่อใหก้ ารผลิตนา้ จดื ด้วยเครือ่ งกลน่ั น้าแสงอาทิตย์น้มี รี าคาผลิต ต่าลง ปจั จุบนั การกล่ันน้าจดื โดยใช้เชอื้ เพลิงฟอสซิลผลิตนา้ จดื ได้ในราคา 6 บาทต่อ 1,000 แกลลอน แตร่ าคาจากเครือ่ งกล่ันน้าแสงอาทิตย์ประมาณ 24 บาท ต่อ 1,000 แกลลอน คิดเป็น 4 เท่าของ การผลิตโดยใช้เชอื้ เพลิงที่มอี ยู่ แตใ่ นอนาคตการกล่นั น้าด้วยเชือ้ เพลิงฟอสซิลจะมีราคาสงู มากขึ้น เนือ่ งจากเชือ้ เพลิงฟอสซิลเริม่ จะหายากและมีแนวโน้มว่าจะหมดไปในอนาคต เครือ่ งกล่ันน้า แสงอาทิตย์จึงเปน็ ที่สนใจกนั อย่างกว้างขวาง แมว้ ่าขณะนรี้ าคาค่าก่อสร้างโรงกลั่นจะแพงมาก (20 ล้าน บาท) เพราะต้องใช้อาณาบริเวณการสรา้ งโรงกลั่นกว้างใหญ่มากเม่อื เทียบกบั โรงกล่ันน้าจดื ปัจจุบนั แตก่ ็สามารถใช้ได้นานและราคาค่าบารุงรกั ษาไม่สูงมากนัก นักวิจัยมีความพยายามที่จะหาวิธีการผลิต ให้ดีข้ึนและราคาผลิตตา่ ลง เพือ่ ให้สามารถนามาทดแทนการผลิตนา้ จดื ด้วยเชือ้ เพลิงฟอสซิลทีใ่ ช้กนั ใน ปัจจุบนั 5-10

รปู ท่ี 5.5 เครือ่ งกล่นั น้าแสงอาทิตย์ ทีม่ า: A Fresh Way To Take The Salt Out Of Seawater, 2009 (4) เครือ่ งอบแห้งแสงอาทติ ย์ (Solar Dryer) ใช้ในการตากแห้งผลผลิตทางการเกษตรและการประมง การใชแ้ สงอาทิตย์มาทา ประโยชน์ในการตากแห้งสิ่งต่างๆ นี้ มนษุ ย์รจู้ ักใช้มาตั้งแตส่ มัยประวัติศาสตร์ เครือ่ งอบแหง้ แสงอาทิตย์ นเี้ หมาะสาหรับการตากแห้งในปริมาณมาก ๆ ที่ตอ้ งการใหส้ าเรจ็ ก่อนทีจ่ ะถึงฤดูฝน เพื่ออบใหผ้ ลติ ผล นั้นไมเ่ สียหาย หลักการของเคร่อื งอบแหง้ แสงอาทิตย์น้คี ล้ายคลึงกับ Hot Box แสงอาทิตย์ทีผ่ ่านแผ่น แก้วเข้าไปในตู้ที่ใส่ผลิตผลทีจ่ ะทาให้แห้งจะกลายเป็นความร้อนถูกกักเก็บไว้ในตู้นน้ั รูปท่ี 5.6 เครือ่ งอบแหง้ แสงอาทิตย์ ทีม่ า: Blue Planet On Line, N.D. และ Food and Agriculture Organization of the United Nations, 1995 5-11

(5) เครือ่ งทานา้ ร้อนแสงอาทติ ย์ (Solar Water Heater) ปัจจบุ ันได้มีผู้สรา้ งเครื่องทาน้าร้อนแสงอาทิตย์เพือ่ ใช้ในบ้านเรือนและโรงแรมจาหนา่ ย บ้างแล้ว ในประเทศตา่ งๆ รวมทั้งในประเทศไทย อุณหภูมิของน้าร้อนที่ใชก้ ันในบ้านสาหรับการอาบ หรอื การใชอ้ ื่นๆ ต่ากว่า 100 องศาเซลเซียส คือ ต่ากว่าจุดเดือด อุปกรณ์ประกอบด้วยตวั รบั แสงอาทิตย์เป็นแผน่ ราบวางเอียงเป็นมมุ ใหเ้ หมาะเพือ่ รบั แสงอาทิตย์ และมีถงั นา้ ร้อนต้ังไว้เหนอื ตวั รบั แสงอาทิตย์ น้าเย็นที่ไหลเข้ามาสู่ถงั นจี้ ะไหลผา่ นไปทีต่ วั รบั แสงอาทิตย์เป็นเหตุให้น้าร้อนขึน้ ไหลกลับมา สู่ถัง โดยธรรมชาตินา้ ร้อนจะไหลขึ้นสเู่ บอื้ งบนและน้าเย็นกว่าจะไหลลงมาข้างลา่ งโดยการหมุนเวียน ของนา้ ร้อนจะได้นา้ ร้อนไปใช้ตอ่ ไป รูปท่ี 5.7 เครื่องทาน้าร้อนแสงอาทิตย์ ทีม่ า: A Solar Powered Water Heater, 2009 และ Richard Thomas, N.D. (6) เครือ่ งทาความอุน่ ภายในอาคาร (Solar Heater) การใชแ้ สงอาทิตย์ทาใหภ้ ายในอาคารบ้านเรือนอบอุ่นข้ึนนน้ั ทาได้โดยนาตวั รับ แสงอาทิตย์ไปติดไว้บนหลังคาบ้านส่วนทีจ่ ะได้รบั แสงอาทิตย์ตลอดเวลา ใต้ตวั รับแสงอาทิตย์มีถงั นา้ ร้อนไว้สาหรับทาน้าร้อนใช้ภายในบ้านเรอื นได้ด้วย ในระบบเครื่องทาความอุ่นภายในอาคารนตี้ ้องมี ถงั เกบ็ ความรอ้ น โดยการใชเ้ ครือ่ งสูบน้าให้นา้ เย็นไหลขึ้นไปสู่ตวั รบั แสงอาทิตย์นา้ ร้อน ที่ได้จะไหลลงมา สู่ถงั เก็บความรอ้ น จากนั้นจะมีการถ่ายเทความรอ้ นจากถังเก็บความรอ้ นไปสู่ภายในอาคารบ้านเรือน ต่อไป เนอ่ื งจากแสงอาทิตย์สอ่ งไม่สม่าเสมอตลอดวัน จงึ จาเป็นต้องมีแหล่งพลังงานความร้อนอน่ื ๆ มา เป็นระบบเสริม เชน่ ระบบให้ความร้อนดว้ ยกระแสไฟฟ้าหรอื ก๊าซเพื่อช่วยใหอ้ าคารอบอุ่นอย่างตอ่ เนื่อง ตลอดเวลาท้ังกลางวนั และกลางคนื 5-12

รูปท่ี 5.8 เครือ่ งทาความอุ่นภายในอาคาร ที่มา: Home Made Solar Heaters, 2009 (7) เครือ่ งทาความเย็นด้วยแสงอาทติ ย์ (Solar Refrigerator) เครือ่ งทาความเย็นประกอบด้วยเครื่องระเหย เครื่องควบแน่นและล้นิ ขยายตัวโดย อาศัยสมบัติของสารที่จะใช้ทางานคู่หนึง่ ทีเ่ หมาะสม คือ สารหน่งึ เปน็ สารทาความเยน็ และอีกสารหนึง่ เปน็ สารดดู กลืนซึ่งจะดดู กลืนสารทาความเย็นได้ดีที่อณุ หภูมติ า่ เชน่ แอมโมเนีย-น้า แอมโมเนียเปน็ สารทาความเย็น ส่วนนา้ เป็นสารดดู กลืน เมื่อแสงอาทิตย์ผ่านแผ่นตวั รับแสงอาทิตย์เข้ามายังสาร ท้ังสองซึง่ ใส่ไว้ในภาชนะที่เครือ่ งกาเนดิ สารทาความเยน็ (แอมโมเนีย)จะเดือดเป็นไอเหลอื แตส่ ารดูดกลืน ซึ่งจะถกู ดูดกลืนไปยงั ภาชนะสาหรบั การดูดกลืน ไอของสารทาความเยน็ จะไหลเข้าสู่เครื่องควบแนน่ และถ่ายเทความรอ้ นออกแล้วควบแนน่ เป็นสารทาความเยน็ เหลว แล้วจึงผา่ นลิน้ ขยายตวั ไปสู่เครื่อง ระเหยและมกี ารระเหยของสารทาความเยน็ ทีเ่ คร่อื งน้ี ไอระเหยของสารทาความเย็นจะไหลลงสู่ภาชนะ สาหรับการดูดกลืน ไอสารทาความเย็นจะถูกดูดกลืนกลายเป็นสารละลายภายในภาชนะนี้ หลังจากน้ัน สารละลายทั้งสองจะถูกดดู กลืนสเู่ ครือ่ งกาเนิดอีกครั้ง เครื่องทาความเย็นลักษณะดงั ได้กล่าวนี้ เปน็ เครือ่ งทาความเยน็ แบบดดู กลืนเหมาะ สาหรับการนาไปใช้เปน็ เครื่องทาความเย็นภายในอาคาร หรอื เครือ่ งปรับอากาศซึ่งบางประเทศได้มี การผลิตออกใช้แล้ว แตโ่ ดยหลกั การที่กล่าวมาการทางานของเคร่ืองทาความเย็นจะมีประสิทธิภาพต่า ต้องมีการเพิ่มเติมสว่ นประกอบอืน่ ๆ เชน่ ตวั แลกเปลีย่ นความรอ้ น เพือ่ ให้มปี ระสิทธิภาพดีขนึ้ และยัง ต้องมีถังเก็บความรอ้ นเพื่อสะสมพลงั งานความร้อนในช่วงที่ไม่มแี สงอาทิตย์เพียงพอ (จฬุ าลงกรณ์ มหาวิทยาลัย, 2521) 5-13

รปู ท่ี 5.9 เครือ่ งทาความเย็นด้วยแสงอาทิตย์ ทีม่ า: World Health Organization, N.D. 5.3.2 การประยกุ ต์ผลิตพลังงานแสงอาทติ ยใ์ นทางไฟฟ้า (1) เซลล์สรุ ิยะหรอื เซลลแ์ สงอาทติ ย์(Solar Cell) เซลล์แสงอาทิตย์ถูกสร้างข้ึนมาคร้ังแรกในปี ค.ศ. 1954 โดย แชปปิน (Chapin) ฟลู เลอร์ ( Fuller) และเพียร์สัน ( Pearson) แหง่ เบลล์เทลเลโฟน ( Bell Telephon) โดยท้ัง 3 ท่านนี้ ได้ค้นพบเทคโนโลยีการสร้างรอยต่อ พี-เอ็น ( P-N) แบบใหม่ โดยวิธีการแพร่สารเข้าไปในผลึกของ ซิลกิ อน จนได้เซลล์แสงอาทิตย์อันแรกของโลกซึ่งมีประสิทธิภาพเพียง 6% ปัจจุบนั นีเ้ ซลล์แสงอาทิตย์ ได้ถูกพฒั นาข้นึ จนมปี ระสิทธิภาพสงู กว่า 15% แล้ว ในระยะแรกเซลล์แสงอาทิตย์สว่ นใหญ่จะใช้สาหรับ โครงการด้านอวกาศ ดาวเทียม หรอื ยานอวกาศทีส่ ่งจากพืน้ โลกไปโคจรในอวกาศโดยใช้แผงเซลล์ แสงอาทิตย์เปน็ แหล่งกาเนิดพลังไฟฟ้า ต่อมาจงึ ได้มกี ารนาเอาแผงเซลล์แสงอาทิตย์มาใช้บนพืน้ โลก เชน่ ในปจั จุบันนี้ เซลล์แสงอาทิตย์ในยุคแรกๆ ส่วนใหญ่จะมีสเี ทาดา แตใ่ นปจั จุบันนไี้ ด้มกี ารพฒั นาให้ เซลล์แสงอาทิตย์มีสตี ่างๆ กันไป เช่น แดง น้าเงิน เขียว ทอง เปน็ ต้น เพือ่ ความสวยงาม (การไฟฟ้า ฝา่ ยผลิตแหง่ ประเทศไทย, ม.ป.ป.) เซลล์แสงอาทิตย์ เป็นสิ่งประดิษฐ์กรรมทางอิเลคทรอนิกส์ทีส่ ร้างข้ึนเพื่อเปน็ อปุ กรณ์ สาหรับเปลีย่ นพลังงานแสงอาทิตย์ใหเ้ ปน็ พลังงานไฟฟ้า โดยการนาสารกึง่ ตวั นา เช่น ซิลกิ อน ซึง่ มี ราคาถูกทีส่ ดุ และมีมากที่สุดบนพืน้ โลกมาผา่ นกระบวนการทางวทิ ยาศาสตร์เพื่อผลิตให้เปน็ แผน่ บาง บริสุทธิ์ และทันทีทีแ่ สงตกกระทบบนแผ่นเซลล์ รังสขี องแสงทีม่ ีอนุภาคของพลงั งานประกอบทีเ่ รยี กว่า โปรตอน ( Proton) จะถ่ายเทพลงั งานให้กับอิเล็กตรอน ( Electron) ในสารกึง่ ตัวนาจนมพี ลงั งานมาก พอทีจ่ ะกระโดดออกมาจากแรงดึงดูดของอะตอม ( Atom) และเคลื่อนทีไ่ ด้อย่างอสิ ระ ดงั นนั้ เมื่อ 5-14

อิเล็กตรอนเคลื่อนทีค่ รบวงจรจะทาให้เกิดไฟฟ้ากระแสตรงข้ึน เมือ่ พจิ ารณาลักษณะการผลิตไฟฟ้าจาก เซลล์แสงอาทิตย์พบว่า เซลล์แสงอาทิตย์จะมีประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าสงู ที่สุดในช่วงเวลากลางวนั ซึง่ สอดคล้องและเหมาะสมในการนาเซลล์แสงอาทิตย์มาใช้ผลิตไฟฟ้าเพื่อแก้ไขปญั หาการขาดแคลน พลังงานไฟฟ้าในช่วงเวลากลางวัน เซลล์แสงอาทิตย์ที่นยิ มใช้กนั อยู่ในปจั จบุ ันจะแบ่งออกเปน็ 2 กลุ่มใหญ่ๆ คือ - กลุ่มที่ทาจากสารกึ่งตัวนาประเภทซิลคิ อน จะแบ่งตามลักษณะของผลึกที่เกิดขึน้ คือ แบบทีเ่ ป็นรปู ผลกึ ( Crystal) และแบบทีไ่ ม่เปน็ รปู ผลกึ ( Amorphous) แบบที่เปน็ รปู ผลกึ จะแบ่ง ออกเปน็ 2 ชนิด คือ ชนิดผลึกเดีย่ วซิลคิ อน ( Single Crystalline Silicon Solar Cell) และชนิดผลึกรวม ซิลคิ อน (Poly Crystalline Silicon Solar Cell) แบบที่ไม่เปน็ รปู ผลกึ คือ ชนิดฟิลม์ บางอะมอรฟ์ ัสซิลคิ อน (Amorphous Silicon Solar Cell) - กลุ่มที่ทาจากสารประกอบที่ไม่ใชซ่ ิลคิ อน ซึง่ ประเภทนี้จะเป็นเซลล์แสงอาทิตย์ทีม่ ี ประสิทธิภาพสูงถึง 25% ขึน้ ไป แตม่ ีราคาสูงมาก ไม่นิยมนามาใช้บนพืน้ โลก จงึ ใชง้ านสาหรบั ดาวเทียม และระบบรวมแสงเปน็ ส่วนใหญ่ แตก่ ารพฒั นาขบวนการผลิตสมยั ใหม่จะทาให้มรี าคาถูกลง และ นามาใช้มากขึ้นในอนาคต (ปัจจบุ นั นามาใช้เพียง 7% ของปริมาณทีม่ ใี ช้ทั้งหมด) (การไฟฟ้าฝา่ ยผลิต แหง่ ประเทศไทย, ม.ป.ป.) ส่วนประกอบของเซลลแ์ สงอาทติ ย์ แรงเคลือ่ นไฟฟ้าที่ผลิตข้ึนจากเซลล์แสงอาทิตย์เพียงเซลล์เดียวจะมีค่าต่ามาก Solar การนามาใช้งานจะต้องนาเซลล์หลาย ๆ เซลล์มาต่อกันแบบอนกุ รมเพือ่ เพิ่มค่าแรงเคลื่อนไฟฟ้า ให้สงู ข้ึน เซลล์ที่นามาต่อกันในจานวนและขนาดทีเ่ หมาะสม เรยี กว่าแผงเซลล์แสงอาทิตย์ ( Module หรอื Solar Panel) การทาเซลล์แสงอาทิตย์ใหเ้ ปน็ แผงเพื่อความสะดวกในการนาไปใช้งาน ด้านหนา้ ของ แผงเซลล์ประกอบด้วยแผ่นกระจกที่มสี ่วนผสมของเหลก็ ต่า ซึ่งมีคุณสมบตั ิในการยอมใหแ้ สงผ่านได้ดี และยังเป็นเกราะป้องกันแผน่ เซลล์อีกด้วย แผงเซลล์จะต้องมีการป้องกนั ความชืน้ ที่ดีมากเพราะจะต้อง อยู่กลางแดดกลางฝนเปน็ เวลายาวนาน ในการประกอบจะต้องใช้วสั ดทุ ี่มีความคงทนและป้องกัน ความชืน้ ที่ดี เช่น ซิลโิ คนและอีวเี อ ( Ethelele Vinyl Acetate) เปน็ ต้น เพือ่ เป็นการป้องกันแผ่นกระจก ด้านบนของแผงเซลล์ จึงต้องมีการทากรอบด้วยวสั ดทุ ีม่ คี วามแขง็ แรง แตบ่ างครง้ั กไ็ ม่มีความจาเปน็ ถ้ามีการเสริมความแข็งแรงของแผน่ กระจกใหเ้ พียงพอ ซึ่งกส็ ามารถทดแทนการทากรอบได้เช่นกัน ดงั นน้ั แผงเซลล์จงึ มลี กั ษณะเป็นแผ่นเรยี บ (Laminate) ซึง่ สะดวกในการตดิ ตั้ง (การไฟฟ้าฝา่ ยผลิต แหง่ ประเทศไทย, ม.ป.ป.) 5-15

รูปท่ี 5.10 แผงเซลล์แสงอาทิตย์ ที่มา: การไฟฟ้าฝา่ ยผลิตแหง่ ประเทศไทย, ม.ป.ป. กระบวนการผลิตเซลลแ์ สงอาทติ ย์ วสั ดุท่ใี ชท้ าเซลล์แสงอาทติ ย์ วสั ดสุ าคญั ทีใ่ ชท้ าเซลล์แสงอาทิตย์ทีใ่ ชม้ ากที่สดุ ในปัจจุบนั ได้แก่ สารซิลิคอน (Si) ซึง่ เป็นสารชนิดเดียวกับที่ใชท้ าชิพในคอมพิวเตอร์และเคร่อื งอเิ ลก็ ทรอนิกส์ ซิลคิ อนเป็นสารซึ่งไม่เป็นพิษ มีการนามาผลติ เซลล์แสงอาทิตย์ใชก้ ันอย่างแพร่หลายเพราะมีราคาถกู คงทน และเชื่อถอื ได้ นอกจากนยี้ งั มีวสั ดชุ นิดอ่นื ทีส่ ามารถนามาผลติ เซลล์แสงอาทิตย์ได้ เชน่ แกลเลียมอาเซไนด์ และ แคดเมียมเทลเลอไรด์ แตย่ งั มีราคาสงู และบางชนิดยังไม่มกี ารพิสจู น์เร่อื งอายกุ ารใชง้ านว่าสามารถ ใช้งานได้นาน การทาให้ซิลิคอนบริสุทธิแ์ ละอยู่ในรูปสารที่พรอ้ มจะทาเซลล์แสงอาทิตย์ตอ้ งใช้ ต้นทนุ สงู และในกระบวนการผลิตก่อให้เกิดการแตกหักได้ง่าย ขัน้ ตอนการผลิตสารซลิ ิคอนบรสิ ุทธิ์ 1) การผลิต MG-Si จากหินควอทไซต์หรอื ทราย (5.1) SiO2+ 2C ----> Si + 2CO (ปฏิกิรยิ าภายในเตาหลอม) (5.2) ความบริสุทธิ์ของ Si 98 - 99% (5.3) 2) การผลิต SeG-Si จาก MG-Si 2.1) เปลี่ยนสถานะ Si เป็นแก๊ส โดยวิธี Fractional Distillation Si + 3 HCl -------> SiHCl3+ H2 2.2) SiHCl3 ทาปฏิกริยากับ H2 ได้ Si บริสุทธิ์ 99.999% SiHCl3 + H2 -------> Si + HCl เป็นการทา Si ให้บริสทุ ธิ์ ข้ันตอนนีไ้ ด้ Polycrystal 5-16

การผลิตเซลลแ์ สงอาทติ ย์ แบบผลึกเดี่ยว ( Single Crystalline หรอื Mono- Crystalline) การเตรียมสารซิลิคอนชนิดน้ี เริ่มตน้ จากนาสารซิลิคอนซึง่ ผา่ นการทาให้เป็นก้อน ที่มคี วามบริสุทธิส์ งู มาก (99.999%) มาหลอมละลายในเตา Induction Furnace ที่อุณหภมู สิ ูงถึง 1,500 องศาเซลเซียส เพือ่ ทาการสรา้ งแท่งผลกึ เดีย่ วขนาดใหญ่ (เส้นผ่านศนู ย์กลาง 6-8 นวิ้ ) พร้อมกับใส่ สารเจือปน Boron เพือ่ ทาให้เกิด P-type แล้วทาให้เกิดการเย็นตวั จบั ตวั กนั เปน็ ผลึกด้วย Seed ซึ่งจะตก ผลกึ มีขนาดหนา้ ตัดใหญ่ แล้วค่อยๆ ดึงแท่งผลึกนีข้ ึน้ จากเตาหลอมดว้ ยเทคโนโลยี การดึงผลกึ จะได้ แท่งผลึกยาวเป็นรูปทรงกระบอก คุณภาพของผลึกเดีย่ วจะสาคัญมากต่อคุณสมบตั ิของเซลล์ แสงอาทิตย์ จากน้ันนาแท่งผลึกมาตัดใหเ้ ปน็ แผ่นบางๆ ด้วยลวดตัดเพชร ( Wire Cut) เรียกว่าเวเฟอร์ ซึง่ จะได้แผน่ ผลึกมีความหนาประมาณ 300 ไมโครเมตร และขัดความเรียบของผิว จากน้ันนาไป เจือสารทีจ่ าเปน็ ในการทาให้เกิดเป็น p-n junction ขึน้ บนแผน่ เวเฟอร์ด้วยวิธีการ Diffusion ทีอ่ ุณหภมู ิ ระดับ 1,000 องศาเซลเซียส จากน้ันนาไปทาข้ัวไฟฟ้าเพื่อนากระแสไฟออกใช้ ทีผ่ ิวบนจะเป็นข้ัวลบส่วน ผวิ ล่างเป็นขั้วบวก ข้ันตอนสุดท้ายจะเป็นการเคลือบฟิลมผ์ วิ หน้าเพื่อป้องกันการสะท้อนแสงให้นอ้ ย ที่สดุ ขั้นตอนนีจ้ ะได้เซลล์ทีพ่ ร้อมใชง้ าน หลังจากนั้นก็นาไปประกอบเข้าแผงโดยใช้กระจกเป็นเกราะ ป้องกันแผน่ เซลล์ และใชซ้ ิลโิ คนและอีวเี อ ( Ethelele Vinyl Acetate) ช่วยป้องกนั ความชืน้ ในการใชง้ าน จรงิ จะนาเซลล์แตล่ ะเซลล์มาต่ออนกุ รมกนั เพือ่ เพิ่มแรงเคลือ่ นไฟฟ้าให้ได้ตามตอ้ งการ (การไฟฟ้า ฝา่ ยผลิตแหง่ ประเทศไทย, ม.ป.ป.) รูปท่ี 5.11 ขบวนการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ แบบผลกึ เดี่ยว ( Single Crystalline ) ทีม่ า: การไฟฟ้าฝา่ ยผลิตแหง่ ประเทศไทย, ม.ป.ป. 5-17

การผลิตเซลล์แสงอาทติ ย์ แบบผลึกรวม ( Poly Crystalline ) การผลิตเซลล์แสงอาทิตย์โดยวิธีน้ี จะมีคา่ ใช้จ่ายที่ถูกกว่าวิธีแรก คอื การทาแผ่นเซลล์ จะใช้วธิ ีการหลอมสารซิลิคอนให้ละลายพร้อมกับใส่สารเจอื ปน Boron เพื่อทาให้เกิด P-type แล้วเทลง ในแบบพิมพ์ เมือ่ สารละลายซิลคิ อนแข็งตวั ก็จะได้เป็นแท่งซิลคิ อนแบบผลกึ รวม (ตกผลึกไม่พร้อมกนั ) จากนั้นนาไปตดั เป็นแผ่นเช่นเดียวกับแบบผลกึ เดี่ยว ความแตกต่างระหว่างแบบผลกึ เดี่ยวและแบบผลกึ รวมสงั เกตได้จากผิวผลึก ถ้ามีโทนสีที่แตกต่างกันซึ่งเกิดจากผลึกเลก็ q หลายผลึกในแผน่ เซลล์จะเปน็ แบบผลกึ รวม ในขณะทีแ่ บบผลกึ เดีย่ วจะเห็นเป็นผลึกเนื้อเดียว คอื มสี ีเดียวตลอดท้ังแผ่น ส่วนกรรมวิธี การผลิตเซลล์ทีเ่ หลือจะเหมอื นกัน เซลล์แสงอาทิตย์แบบผลกึ รวม ( Poly Crystalline) จะให้ ประสิทธิภาพต่ากว่าแบบผลกึ เดี่ยว ประมาณ 2-3 % อย่างไรก็ตามเซลล์ทั้ง 2 ชนิด มีขอ้ เสียใน การผลิตคอื แตกหักง่ายเช่นกนั (การไฟฟ้าฝา่ ยผลิตแหง่ ประเทศไทย, ม.ป.ป.) รูปท่ี 5.12 ขบวนการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ แบบผลกึ รวม ( Poly Crystalline ) ที่มา: การไฟฟ้าฝา่ ยผลิตแหง่ ประเทศไทย, ม.ป.ป. 5-18

หลักการทางานของเซลล์แสงอาทติ ย์ การทางานของเซลล์แสงอาทิตย์ เปน็ ขบวนการเปลี่ยนพลงั งานแสงเป็นกระแสไฟฟ้าได้ โดยตรง โดยเม่อื แสงซึ่งเปน็ คลื่นแมเ่ หลก็ ไฟฟ้าและมีพลงั งานกระทบกับสารกึง่ ตัวนา จะเกิด การถ่ายทอดพลงั งานระหว่างกัน พลังงานจากแสงจะทาให้เกิดการเคลื่อนที่ของกระแสไฟฟ้า (อิเล็กตรอน) ขึน้ ในสารกึ่งตวั นา จึงสามารถต่อกระแสไฟฟ้าดงั กล่าวไปใช้งานได้ รปู ท่ี 5.13 องค์ประกอบของเซลล์แสงอาทิตย์ ทมี่ า: การไฟฟ้าฝา่ ยผลิตแหง่ ประเทศไทย, ม.ป.ป. ระบบการผลิตไฟฟ้าของเซลล์แสงอาทิตย์มีขนั้ ตอน ดังน้ี 1) n-type ซิลคิ อน ซึ่งอยู่ด้านหนา้ ของเซลล์ คอื สารกึ่งตวั นาทีไ่ ด้การโดปปิง้ ดว้ ย สารฟอสฟอรสั มีคุณสมบัติเป็นตัวให้อิเล็กตรอนเมื่อรับพลงั งานจากแสงอาทิตย์ p-type ซิลคิ อน คือ สารกึง่ ตัวนาทีไ่ ด้การโดปปิ้งดว้ ยสารโบรอน ทาให้โครงสร้างของอะตอมสูญเสียอิเล็กตรอน (โฮล) เมื่อ รบั พลังงานจากแสงอาทิตย์จะทาหนา้ ทีเ่ ปน็ ตวั รับอิเลก็ ตรอน เม่อื นาซิลคิ อนท้ัง 2 ชนิดมาประกบต่อกนั ด้วย p-n junction จงึ ทาให้เกิดเป็นเซลล์แสงอาทิตย์ ในสภาวะที่ยังไม่มแี สงแดด n-type ซิลคิ อนซึ่งอยู่ ด้านหนา้ ของเซลล์ ส่วนประกอบส่วนใหญ่พร้อมจะให้อิเล็กตรอน แต่กย็ ังมีโฮลปะปนอยู่บ้างเล็กน้อย ด้านหนา้ ของ n-type จะมีแถบโลหะเรียกว่า Front Electrode ทาหนา้ ที่เป็นตวั รบั อิเล็กตรอน ส่วน p- type ซิลคิ อนซึ่งอยู่ด้านหลังของเซลล ์ โครงสรา้ งสว่ นใหญ่เปน็ โฮล แตย่ งั คงมอี ิเลก็ ตรอนปะปนบ้าง เลก็ น้อย ดา้ นหลังของ p-type ซิลคิ อนจะมีแถบโลหะเรียกว่า Back Electrode ทาหนา้ ที่เป็นตวั รวบรวม โฮล 2) เมือ่ มีแสงอาทิตย์ตกกระทบ แสงอาทิตย์จะถ่ายเทพลงั งานให้กับอิเล็กตรอน และโฮล ทาให้เกิดการเคลื่อนไหว เมือ่ พลังสงู พอทั้งอิเลก็ ตรอนและโฮลจะว่งิ เข้าหาเพื่อจบั คู่กนั อิเลก็ ตรอนจะวิง่ ไปยังช้ัน n-type และโฮลจะวิง่ ไปยังชั้น p-type 5-19

3) อิเล็กตรอนวิ่งไปรวมกนั ที่ Front Electrode และโฮลวิ่งไปรวมกนั ที่ Back Electrode เมือ่ มีการต่อวงจรไฟฟ้าจาก Front Electrode และ Back Electrode ให้ครบวงจร ก็จะเกิด กระแสไฟฟ้าข้ึน เนื่องจากท้ังอิเล็กตรอนและโฮลจะวง่ิ เพือ่ จับคู่กนั รูปท่ี 5.14 การทางานของเซลล์แสงอาทิตย์ ทีม่ า: การไฟฟ้าฝา่ ยผลิตแหง่ ประเทศไทย, ม.ป.ป. การผลิตกระแสไฟฟา้ ด้วยเซลล์แสงอาทติ ย์ แบ่งออกเปน็ 3 ระบบ คอื 1) การผลิตกระแสไฟฟา้ ด้วยเซลล์แสงอาทติ ยแ์ บบอิสระ (PV Stand Alone System) เปน็ ระบบผลิตไฟฟ้าทไี่ ด้รบั การออกแบบสาหรบั ใช้งานในพื้นทชี่ นบททไี่ ม่มีระบบ สายส่งไฟฟ้า อปุ กรณ์ระบบทีส่ าคัญประกอบด้วยแผงเซลล์แสงอาทิตย์ อุปกรณ์ควบคุมการประจุ แบตเตอรี่ แบตเตอรี่ และอุปกรณ์เปลีย่ นระบบไฟฟ้ากระแสตรงเปน็ ไฟฟ้ากระแสสลับแบบอิสระ 5-20

รปู ท่ี 5.15 Stand-Alone System ที่มา: การไฟฟ้าฝา่ ยผลิตแหง่ ประเทศไทย, ม.ป.ป. 2) การผลิตกระแสไฟฟ้าด้วยเซลล์แสงอาทติ ย์แบบต่อกับระบบจาหนา่ ย ( PV Grid Connected System) เปน็ ระบบผลิตไฟฟ้าทถี่ กู ออกแบบสาหรบั ผลิตไฟฟ้าผ่านอปุ กรณ์เปลี่ยนระบบ ไฟฟ้ากระแสตรงเป็นไฟฟ้ากระแสสลบั เข้าสู่ระบบสายส่งไฟฟ้าโดยตรง ใช้ผลิตไฟฟ้าในเขตเมือง หรอื พืน้ ทีท่ ี่มรี ะบบจาหนา่ ยไฟฟ้าเขา้ ถึง อุปกรณ์ระบบทีส่ าคญั ประกอบด้วยแผงเซลล์แสงอาทิตย์ อปุ กรณ์ เปลี่ยนระบบไฟฟ้ากระแสตรงเปน็ ไฟฟ้ากระแสสลบั ชนิดตอ่ กับระบบจาหนา่ ยไฟฟ้า รปู ท่ี 5.16 Grid Connected System ที่มา: การไฟฟ้าฝา่ ยผลิตแหง่ ประเทศไทย, ม.ป.ป. 5-21

3) การผลิตกระแสไฟฟ้าดว้ ยเซลลแ์ สงอาทติ ย์แบบผสมผสาน ( PV Hybrid System) เปน็ ระบบผลิตไฟฟ้าทถี่ กู ออกแบบสาหรบั ทางานร่วมกบั อุปกรณ์ผลิตไฟฟ้าอนื่ ๆ เชน่ ระบบเซลล์แสงอาทิตย์กบั พลังงานลม และเครอ่ื งยนต์ดเี ซล ระบบเซลล์แสงอาทิตย์กับพลังงานลม และไฟฟ้าพลังน้า เป็นต้น โดยรปู แบบระบบจะขนึ้ อยู่กบั การออกแบบตามวตั ถุประสงค์โครงการเปน็ กรณีเฉพาะ รูปท่ี 5.17 PV Hybrid System ทีม่ า: การไฟฟ้าฝา่ ยผลิตแหง่ ประเทศไทย, ม.ป.ป. คณุ สมบัติและตัวแปรทีส่ าคญั ของเซลลแ์ สงอาทติ ย์ ตัวแปรที่สาคัญทีม่ สี ่วนทาให้เซลล์แสงอาทิตย์มีประสทิ ธิภาพการทางานในแต่ละพืน้ ที่ ต่างกันและมีความสาคญั ในการพิจารณานาไปใช้ในแตล่ ะพ้ืนที่ ตลอดจนการนาไปคานวณระบบหรอื คานวณจานวนแผงแสงอาทิตย์ที่ตอ้ งใชใ้ นแต่ละพืน้ ที่ มีดังนี้ 1) ความเขม้ ของแสง กระแสไฟ (Current) จะเปน็ สัดส่วนโดยตรงกับความเข้มของแสง หมายความ ว่าเมือ่ ความเข้มของแสงสงู กระแสทีไ่ ด้จากเซลล์แสงอาทิตย์กจ็ ะสงู ข้ึน ในขณะที่แรงดนั ไฟฟ้าหรอื โวลต์ แทบจะไม่แปรไปตามความเขม้ ของแสงมากนกั ความเข้มของแสงที่ใช้วัดเปน็ มาตรฐาน คอื ความเข้ม ของแสงทีว่ ดั บนพืน้ โลกในสภาพอากาศปลอดโปร่งปราศจากเมฆหมอก และวดั ทีร่ ะดบั น้าทะเลใน สภาพที่แสงอาทิตย์ตงั้ ฉากกับพืน้ โลก ซึ่งความเข้มของแสงจะมีคา่ เท่ากับ 100 mW ต่อ ตร.ซม. หรอื 1,000 W ต่อ ตร.เมตร ซึ่งมีคา่ เท่ากบั AM 1.5 (Air Mass 1.5) และถ้าแสงอาทิตย์ทามมุ 60 องศากับพืน้ โลกความเข้มของแสงจะมีคา่ เท่ากับประมาณ 75 mW ต่อ ตร.ซม. หรอื 750 W ต่อ ตร.เมตร ซึง่ มีค่า 5-22

เท่ากบั AM2 กรณีของแผงเซลล์แสงอาทิตย์นน้ั จะใช้คา่ AM 1.5 เปน็ มาตรฐานในการวัดประสิทธิภาพ ของแผง 2) อณุ หภูมิ กระแสไฟ ( Current) จะไม่แปรตามอณุ หภูมิที่เปลีย่ นแปลงไป ในขณะที่ แรงดันไฟฟ้า (โวลต์) จะลดลงเมื่ออุณหภมู สิ ูงข้ึน ซึง่ โดยเฉลีย่ แล้วทุกๆ 1 องศาทีเ่ พิม่ ข้ึนจะทาให้ แรงดันไฟฟ้าลดลง 0.5% และในกรณีของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ มาตรฐานทีใ่ ชก้ าหนดประสทิ ธิภาพ ของแผงแสงอาทิตย์คอื ณ อณุ หภูมิ 25 องศาเซลเซียส เชน่ กาหนดไว้วา่ แผงแสงอาทิตย์มี แรงดนั ไฟฟ้าที่วงจรเปิด ( Open Circuit Voltage หรอื VOC) ที่ 21 V ณ อุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียส ก็จะหมายความว่า แรงดันไฟฟ้าที่จะได้จากแผงแสงอาทิตย์ เมื่อยังไม่ได้ตอ่ กับอปุ กรณ์ไฟฟ้า ณ อุณหภมู ิ 25 องศาเซลเซียส จะเท่ากบั 21 V ถ้าอุณหภมู สิ ูงกว่า 25 องศาเซลเซียส เชน่ อณุ หภูมิ 30 องศาเซลเซียส จะทาให้แรงดนั ไฟฟ้าของแผงแสงอาทิตย์ลดลง 2.5% (0.5% x 5 องศาเซลเซียส) นนั่ คือ แรงดนั ของแผงแสงอาทิตย์ที่ VOC จะลดลง 0.525 V (21 V x 2.5%) เหลือเพียง 20.475 V (21V – 0.525V) สรุปได้วา่ เม่อื อุณหภูมิสูงขนึ้ แรงดนั ไฟฟ้าก็จะลดลง ซึ่งมีผลทาให้กาลังไฟฟ้าสงู สุด ของแผงแสงอาทิตย์ลดลงดว้ ย จากข้อกาหนดดังกล่าวข้างตน้ ก่อนทีผ่ ู้ใชจ้ ะเลือกใช้แผงแสงอาทิตย์ จะต้องคานงึ ถึง คุณสมบัติของแผงที่ระบไุ ว้ในแผงแต่ละชนิดดว้ ยว่าใช้มาตรฐานอะไร หรอื มาตรฐานทีใ่ ชว้ ัดแตกต่างกัน หรอื ไม่ เช่น แผงชนิดหนึ่งระบวุ ่าให้กาลังไฟฟ้าสูงสุดได้ 80 วตั ต์ ทีค่ วามเข้มแสง 1,200 W ต่อตร.เมตร ณ อณุ หภมู ิ 20 องศาเซลเซียส ขณะทีอ่ กี ชนิดหนึง่ ระบวุ ่าให้กาลังไฟฟ้าสูงสุดได้ 75 วตั ต์ ที่ความเข้ม แสง 1,000 W ต่อตร.เมตร และอุณหภมู มิ าตรฐาน 25 องศาเซลเซียสแล้ว จะพบว่าแผงที่ระบุว่าให้ กาลงั ไฟฟ้า 80 W จะให้กาลังไฟฟ้าตา่ กว่า จากสาเหตุดังกล่าวผทู้ ี่จะใช้แผงจงึ ตอ้ งคานึงถึงขอ้ กาหนด เหล่านีใ้ นการเลือกใช้แผงแตล่ ะชนิดดว้ ย (การไฟฟ้าฝา่ ยผลิตแหง่ ประเทศไทย, ม.ป.ป.) 5.3.3 โดยการเปลี่ยนความร้อนจากพลังงานแสงอาทติ ยใ์ ห้เป็นพลงั งานไฟฟ้า เป็นการเปลีย่ นพลงั งานแสงอาทิตย์ใหเ้ ปน็ พลงั งานความร้อนแล้วจงึ เปลี่ยนไปเปน็ พลงั งานไฟฟ้า ซึ่งได้มกี ารพัฒนานามาสร้างเปน็ โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ มีอยู่ดว้ ยกนั 2 แบบ คือ โรงไฟฟ้ากระจายตัวรบั แสง (Solar Thermal Distributed Power Plants) และโรงไฟฟ้าหอพลัง แสงอาทิตย์ (Solar Tower Power Plants) โรงไฟฟ้ากระจายตวั รับแสง ใช้ตัวรบั แสงอาทิตย์แบบรวมแสง ประกอบด้วยจานสะท้อนแสงลกั ษณะรูปทรงกระบอกพาราโบลา สาหรับสะท้อนแสงอาทิตย์ทีต่ ก กระทบไปยังส่วนรบั ตวั รับแสงแบบรวมแสงนแี้ บ่งออกเปน็ 2 ลกั ษณะ คือ แบบรวมแสงเปน็ เส้นและ แบบรวมแสงเปน็ จุด ตัวรับแสงแบบรวมแสงสามารถเพิม่ ความเข้มแสงอาทิตย์บนส่วนรับขึ้นอกี หลาย ร้อยเท่าและจะให้อุณหภูมิสงู กว่า 500 องศาเซลเซียส ซึ่งสูงพอทีจ่ ะต้มน้าให้เดือดกลายเป็นไอแห้งสนิท 5-23

มีความดนั สูงนาไปขบั ดันกังหนั เพื่อหมนุ เครือ่ งกาเนิดไฟฟ้า ได้มกี ารค้นคว้าวิจัยและพัฒนาระบบ การกระจายตัวรับแสงเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าเป็นไปอย่างกว้างขวางทั้งในประเทศและต่างประเทศ หลกั การของระบบนีป้ ระกอบด้วยชดุ ของตัวรับแสงแบบรวมแสงอย่างใดอย่างหนึ่งจานวนหลายชดุ กับชดุ ตามแสงอาทิตย์ที่ควบคุมให้แสงสะท้อนรวมกนั ตรงส่วนรับเพื่อให้สว่ นรบั ได้รับความรอ้ นสูงสดุ ตลอดเวลา ไอแห้งสนิททีไ่ ด้จากส่วนรับจะผา่ นไปยังชดุ เกบ็ สะสมพลงั งานในรูปต่าง ๆ กัน ปกติจะอยู่ ในรปู ของการเก็บสะสมพลงั งานงานความร้อนจากชุดนี้ น้าที่ผ่านเข้าไปจะรับความร้อนและกลาย เปน็ ไอ (Superheated Steam) ที่มคี วามดันและอณุ หภมู สิ งู ผา่ นไปยงั กังหนั ไอน้าทีจ่ ะหมนุ เคร่อื งกาเนดิ ไฟฟ้าจา่ ยกระแสไฟฟ้าออกมาได้ ปจั จุบนั บริษทั Alsaldo แหง่ ประเทศอิตาลีได้ผลิตโรงไฟฟ้ากระจายตัวรับแสง ขนาดต่างๆ กันตามความตอ้ งการของผซู้ อื้ ขนาดทีส่ ามารถจ่ายกระแสไฟฟ้าได้ 35 กิโลวัตต์ ราคา ประมาณ 17 ล้านบาท โรงไฟฟ้าแบบหอรวมพลังงานแสงอาทิตย์เป็นระบบหนง่ึ ทีผ่ ลิตไอแหง้ สนทิ โดยใช้ พลังงานแสงอาทิตย์เป็นต้นกาเนิดความรอ้ น โรงไฟฟ้าชนิดน้ีประกอบด้วยกระจกหลายๆ บานรบั แสงอาทิตย์แล้วสะท้อนไปรวมกนั ณ จุด ๆ หน่งึ ซึง่ จะเป็นจดุ ที่มคี วามรอ้ นสูงมาก อุณหภมู ิสงู กว่า 400 องศาเซลเซียส ตัวกระจกทีส่ ะท้อนแสงจะออกแบบให้ตามแสงอาทิตย์ตลอดท้ังวนั โดยอตั โนมัติ เรียกว่า เฮลิโอสเตท (Heliostat) จากเฮลิโอสเตทจะสะท้อนแสงอาทิตย์ไปรวมกนั ทีต่ วั รบั ซึ่งจะทาหนา้ ทีเ่ ป็น หมอ้ น้าทีม่ ชี ุดอุ่นนา้ (Preheater) และชุดผลติ ไอแห้งสนิท (Superheater) ไอแห้งสนิททีไ่ ด้จากโรงไฟฟ้า หอพลังแสงอาทิตย์น้จี ะมีอณุ หภมู แิ ละความดันสูงสามารถนาไปขบั กังหนั และหมุนเคร่อื งกาเนดิ ไฟฟ้า เพือ่ ผลิตกระแสไฟฟ้าต่อไป โรงไฟฟ้าแบบนีไ้ ด้มกี ารสรา้ งข้ึนแล้วในหลายประเทศ เชน่ อิตาลี สหรฐั อเมริกา ฝรงั่ เศส และญ่ปี ุ่น กบั ท้ังประเทศอุตสาหกรรมท่วั โลกได้ค้นคว้าวิจยั และพัฒนาระบบหอ พลังงานแสงอาทิตย์เพื่อผลิตไฟฟ้าอย่างกว้างขวาง ตั้งแตป่ ี พ.ศ. 2490 โดยนาหลกั การซึง่ เปน็ ความคดิ ของชาวรัสเซียที่เขียนแบบไว้มาพฒั นาที่ศนู ย์วิจัยวิทยาศาสตร์แหง่ ฝรงั่ เศส ทีมวจิ ยั ของศาสตราจารย์ เลอโบ(Lebeau) ได้ทดลองสร้างหอพลังแสงอาทิตย์ตน้ แบบขนาด 50 กิโลวัตต์ ในปีพ.ศ. 2495 หลังจาก ศกึ ษาและปรับปรงุ พฒั นาจนถึง พ.ศ. 2513 ได้สรา้ งหอพลังแสงอาทิตย์ขนาด 1,000 กิโลวตั ต์ เพื่อใช้ เปน็ เตาหลอมโลหะ สามารถใหอ้ ณุ หภูมิถึง 3,800 องศาเซลเซียส โดยร่วมมอื กบั สถาบันค้นคว้าวิจัย และพฒั นาพลงั งานของสหรัฐอเมรกิ า โครงการตอ่ ไปที่จะดาเนนิ การคอื หอแสงอาทิตย์ที่มี ความสามารถจ่ายกระแสไฟฟ้าได้ 3,5000 กิโลวตั ต์ ซึ่งจะประกอบด้วยเฮลิโอสเตท 500 ชุด ต้ังบน พืน้ ที่ 22,000 ตารางเมตร ตวั รบั แสงอยู่บนหอคอยสูง 100 เมตร มีพ้ืนที่รับแสงสะท้อน 50 ตารางเมตร สามารถผลิตไอแห้งอุณหภมู ิ 357 องศาเซลเซียส ความดนั 180 บรรยากาศ ปจั จบุ ันโรงไฟฟ้าหอพลัง แสงอาทิตย์ขนาดใหญ่ทีส่ ุดตั้งอยู่ที่ห้องปฏิบตั ิการแซนเดีย (Sandia Laboratoaies) มลรฐั นิวเมก็ ซิโก สหรัฐอเมริกาขนาด 5,000 กิโลวตั ต์ ประกอบด้วยเฮลิโอสเตท 366 ชุด โครงการต่อไปจะสร้างให้ใหญ่ ขึน้ ขนาด 10,000 กิโลวตั ต์ ณ เมืองบาร์สโตว มลรฐั แคลิฟอร์เนยี ในแถบภูมภิ าคเอเชีย ประเทศญีป่ ุ่นได้ 5-24

ดาเนนิ การก่อสรา้ งโรงไฟฟ้าหอรวมพลงั แสงอาทิตย์กาลงั ผลติ ไฟฟ้าขนาด 1,000 กิโลวัตต์ข้ึน (สมาคม ส่งเสริมเทคโนโลยีไทยญี่ปุ่นและสถาบนั เทคโนโลยีพระจอมเกล้า, 2521) สาหรับประเทศไทย คณะวศิ วกรรมศาสตร์ จฬุ าลงกรณ์มหาวิทยาลัย ได้ทดลองสร้างโรงไฟฟ้าพลงั งานแสงอาทิตย์ข้ึน ณ บริเวณเกาะสีชัง ปจั จบุ ันใช้สาหรบั การจดั การเรยี นการสอน (จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลยั , 2521) การผลิตไฟฟ้าระบบหอพลงั แสงอาทิตย์ นับว่าเป็นแบบที่จะสามารถแข่งขันกับ โรงไฟฟ้าชนิดอน่ื ๆ ในอนาคตอนั ใกล้น้ี เนื่องจากเป็นระบบทีไ่ ม่ยุ่งยากซบั ซ้อนเกินไป และต้นทุน การผลิตไฟฟ้าสงู กว่าการผลิตไฟฟ้าจากโรงงานที่ใช้ปัจจบุ นั ไม่มากนัก กล่าวคือโรงไฟฟ้าหอพลัง แสงอาทิตย์ราคา 40,000 บาทต่อกิโลวัตต์ ในขณะที่โรงไฟฟ้าน้ามันราคา 10,000 บาทต่อกิโลวัตต์ และในอนาคตอนั ใกล้น้ีคาดว่าโรงไฟฟ้าหอพลังแสงอาทิตย์จะมีราคาก่อสรา้ งใกล้เคียงกบั โรงไฟฟ้า น้ามัน 5.4 ประเทศไทยกบั การใชพ้ ลงั งานแสงอาทติ ย์ ศกั ยภาพพลงั งานแสงอาทิตย์ที่จะนามาใช้ประโยชน์ของพืน้ ที่แหง่ หนึ่งจะสูงหรือตา่ ขนึ้ อยู่กบั ปริมาณรงั สดี วงอาทิตย์ที่ตกกระทบพืน้ ที่น้ัน โดยบริเวณทีไ่ ด้รับรงั สีดวงอาทิตย์มากจะมศี ักยภาพใน การนาพลงั งานแสงอาทิตย์มาใช้งานสงู จากแผนที่ศกั ยภาพพลงั งานแสงอาทิตย์ของประเทศไทย (พ.ศ. 2542) พบว่าการกระจายของความเข้มรังสดี วงอาทิตย์ตามบริเวณต่างๆ ในแต่ละเดือน ของประเทศได้รบั อิทธิพลสาคญั จากลมมรสุมตะวนั ออกเฉียงเหนอื และลมมรสมุ ตะวันตกเฉียงใต้ และ พืน้ ทีส่ ่วนใหญ่ของประเทศได้รับรงั สีดวงอาทิตย์สูงสุดระหว่างเดือนเมษายนและพฤษภาคม โดยมีคา่ อยู่ในช่วง 20 ถึง 24 เมกะจูล/ตารางเมตร-วนั เมือ่ พจิ ารณาแผนที่ศักยภาพพลังงานแสงอาทิตย์รายวนั เฉลี่ยต่อปีพบว่าบริเวณที่ได้รบั รังสีดวงอาทิตย์สูงสุดเฉลีย่ ทั้งปีอยู่ที่ภาคตะวันออกเฉียงเหนอื โดยครอบคลมุ บางสว่ นของจงั หวดั นครราชสีมา บรุ ีรมั ย์ สรุ ินทร์ ศรสี ะเกษ รอ้ ยเอด็ ยโสธร อุบลราชธานี และอดุ รธานี และบางสว่ นของภาคกลางที่จังหวัดสุพรรณบรุ ี ชยั นาท อยธุ ยา และลพบุรี โดยได้รบั รังสีดวงอาทิตย์เฉลีย่ ท้ังปี 19 ถึง 20 เมกะจลู /ตารางเมตร-วนั พื้นที่ดังกล่าวคิดเปน็ 14.3% ของพ้ืนทีท่ ้ังหมดของประเทศ นอกจากนีย้ งั พบว่า 50.2% ของพื้นที่ทั้งหมดได้รบั รังสดี วงอาทิตย์เฉลี่ย ทั้งปี ในช่วง 18-19 เมกะจลู /ตารางเมตร-วัน จากการคานวณรงั สีรวมของดวงอาทิตย์รายวนั เฉลีย่ ต่อปีของพ้ืนที่ท่ัวประเทศ พบว่ามีคา่ เท่ากับ 18.2 เมกะจูล/ตารางเมตร-วนั จากผลที่ได้น้ีแสดงให้เห็นว่าประเทศไทยมีศกั ยภาพพลงั งาน แสงอาทิตย์คอ่ นข้างสงู (การไฟฟ้าฝา่ ยผลิตแหง่ ประเทศไทย, ม.ป.ป.) 5-25

รูปท่ี 5.18 แผนทีศ่ ักยภาพพลังงานแสงอาทิตย์ของประเทศไทย พ.ศ. 2542 ทีม่ า: การไฟฟ้าฝา่ ยผลิตแหง่ ประเทศไทย, ม.ป.ป. 5.5 ผลกระทบจากการใช้พลงั งานแสงอาทติ ย์ ข้อดีของการใชพ้ ลังงานแสงอาทติ ย์ สาหรับข้อดีของการประยุกต์ใช้พลังงานแสงอาทิตย์ สรปุ ได้ดงั นี้ 1. เป็นแหล่งพลังงานที่มีอย่างตอ่ เนื่อง ดงั นนั้ เราจึงสามารถนามาใช้เป็นแหล่งพลงั งาน ได้ตลอดไปไม่มสี ิน้ สุด 5-26

2. ไม่ก่อให้เกิดมลภาวะ เนื่องจากพลังงานแสงอาทิตย์เปน็ พลังงานสะอาดไม่ทา ปฏิกิรยิ าใดๆ อนั จะทาให้สิ่งแวดล้อมเปน็ พิษ 3. มีความเหมาะสมในการผลิตไฟฟ้าขนาดเล็ก และในการพัฒนาเทคโนโลยีตา่ งๆ ที่ ต้องการใชพ้ ลังงานจากแสงอาทิตย์ เชน่ ดาวเทียม ขอ้ เสียของการใช้พลังงานแสงอาทติ ย์ สาหรับข้อเสียของการประยกุ ต์ใชพ้ ลังงานแสงอาทิตย์ สรปุ ได้ ดงั น้ี 1. ต้องการเนื้อที่ในการวางแผงรบั แสงอาทิตย์ 2. การให้ความรอ้ นหรอื พลงั งานมเี วลาจากดั 3. ต้องมีแหล่งเก็บสะสมพลังงาน 4. ยงั มีราคาแพงมากในปัจจุบนั 5.6 บทสรุป แสงอาทิตย์เป็นพลงั งานตามธรรมชาติทีม่ ใี ช้หมนุ เวียนอย่างไม่มวี นั หมด เราสามารถใช้ ประโยชน์จากพลงั งานแสงอาทิตย์ซึง่ อยู่ในรูปรังสีแม่เหลก็ ไฟฟ้าสามารถโดยการเปลี่ยนให้เปน็ กระแสไฟฟ้าโดยตรงหรอื โดยการเปลีย่ นความรอ้ นจากพลังงานแสงอาทิตย์ใหเ้ ป็นพลังงานไฟฟ้า การเปลี่ยนพลงั งานแสงอาทิตย์ใหเ้ ป็นกระแสไฟฟ้าโดยตรงต้องอาศัยเซลล์สุริยะหรอื เซลล์แสงอาทิตย์ ซึ่งทามาจากสารกึง่ ตัวนาประเภทซิลคิ อนและสารประกอบทีไ่ ม่ใชซ่ ิลคิ อน สาหรบั โรงไฟฟ้าพลงั งาน แสงอาทิตย์โดยอาศยั กระบวนการเปลี่ยนความรอ้ นจากพลงั งานแสงอาทิตย์ใหเ้ ปน็ พลงั งานไฟฟ้า ปัจจุบันมกี ารพัฒนา 2 แบบด้วยกันคือ แบบโรงไฟฟ้ากระจายตวั รบั แสง และโรงไฟฟ้า หอพลังแสงอาทิตย์ นอกจากนีย้ งั มีการพัฒนาการใชป้ ระโยชน์จากความร้อนของดวงอาทิตย์โดยตรง อีกด้วย อาทิ เครือ่ งหงุ ตม้ แสงอาทิตย์ เตาหลอมแสงอาทิตย์ เครื่องกลัน่ น้าแสงอาทิตย์ เครื่องอบแหง้ แสงอาทิตย์ เครื่องทาน้าร้อนแสงอาทิตย์ เครือ่ งทาความอุ่นภายในอาคาร และเครือ่ งทาความเยน็ ด้วย แสงอาทิตย์ 5-27

เอกสารอา้ งอิง การไฟฟ้าฝา่ ยผลิตแหง่ ประเทศไทย. (ม.ป.ป.). พลงั งานทดแทน. [ออนไลน์]. สบื ค้นจาก http://www2.egat.co.th /re/index.html ไกรพฒั น์ จีนขจร (2551) พลงั งานหมนุ เวียน. สานกั พิมพ์สมาคมส่งเสรมิ เทคโนโลยี (ไทย-ญี่ปุ่น). กรงุ เทพฯ จฬุ าลงกรณ์มหาวิทยาลยั (2521) เอกสารประกอบการประชุมเชงิ ปฏิบตั ิการเร่อื ง การใชป้ ระโยชน์ พลงั งานจากแสงอาทิตย์. อัดสาเนา วรนุช สว่างแจง้ . (2551). พลงั งานหมนุ เวียน. สานักพิมพ์แหง่ จฬุ าลงกรณ์มหาวิทยาลยั กรุงเทพฯ สมาคมส่งเสรมิ เทคโนโลยีไทย-ญีป่ ุ่นและสถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้า (2521) เอกสารประกอบการ ประชมุ ทางวชิ าการคร้ังที่ 2 เร่อื ง พลังงานหมุนเวียนและการประยุกต์. อัดสาเนา A fresh way to take the salt out of seawater. (2009). [Online]. Available on : http://current.com /items/91364316_a-fresh-way-to-take-the-salt-out-of-seawater.htm A Solar Powered Water Heater. (2009). [Online]. Available on : www.solar-for-energy.com Blue Planet On Line. (N.D.) Several instruments for exploiting solar energy. [Online]. Available on : http://www.catpress.com/bplanet9/esolemac.htm David A. Dietzler.( 2008). Luar Magnesium Production. [Online]. Available on : http://www.moonminer.com/Magnesium_production.html Food and Agriculture Organization of the United Nations. (1995). Fruit and Vegetable Processing. [Online]. Available on : http://www.fao.org/docrep/V5030E/ V5030E00. htm#Contents Home Made Solar Heaters. (2009). [Online]. Available on : http://solar-part.blogspot.com/2009/ 11/home-made-solar-heaters.html Richard Thomas. (N.D.). How Does a Solar Thermosiphon Water Heater Work [Online]. Available on : http://www.ehow.com/how-does_4926522_solar-thermosiphon-water- heater-work.html Solar Cookers International. (2009). How Solar Cookers Work. [Online]. Available on : http://solarcookers.org/basics/how.html University of Strathclyde. (N.D.) Energy and the Environment. [Online]. Available on : http://www.esru.strath.ac.uk/Courseware/Class-16110/ World Health Organization (N.D.) 2 Degrees 24 Hours–Nigeria [Online]. Available on : http://www.tve.org/ho/series6/01_africa_works_reports/kxn_nigeria.htm 5-28

5-29