เนื้อหา

     โลกของเราได้รับรังสีจากดวงอาทิตย์ใน 2 ส่วน คือ รังสีตรง (Direct Radiation) และรังสีกระจาย (Diffuse Radiation) โดยรังสีตรงเป็นรังสีที่ได้รับจากดวงอาทิตย์ในทางตรง มีลักษณะเป็นรังสีขนาน มีทิศทางที่แน่นอน และให้ค่าพลังงานใกล้เคียงกับพลังงานแสงอาทิตย์นอกโลก จึงสามารถรวมรังสีเพื่อให้มีความเข้มรังสีสูงได้ เช่น การนำพลังงานแสงอาทิตย์มาใช้โดยตรงผ่านตัวเก็บรังสีแบบรวมแสงเพื่อผลิตความร้อนแล้วจึงนำไปใช้ประโยชน์ต่อไป ส่วนรังสีกระจายเป็นรังสีที่ได้รับจากดวงอาทิตย์ที่มีการกระจาย เนื่องจากรังสีเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางอื่นที่แสงอาทิตย์ส่งไปกระทบ เช่น ละอองฝุ่น ไอน้ำ และอะตอมของแก็สต่างๆ ที่อยู่ในบรรยากาศของโลก โดยรังสีกระจายไม่สามารถรวมรังสีเพื่อให้มีความเข้มสูงได้ จึงนำพลังงานแสงอาทิตย์มาใช้โดยตรงผ่านเซลล์แสงอาทิตย์เพื่อผลิตไฟฟ้า หรือผ่านตัวเก็บรังสีแบบแผ่นราบเพื่อผลิตความร้อนแล้วจึงนำไปใช้ประโยชน์ต่อไป

การนำพลังงานแสงอาทิตย์มาใช้ประโยชน์ในรูปของพลังงานความร้อน
     การนำพลังงานแสงอาทิตย์มาใช้ประโยชน์ในรูปของพลังงานความร้อนเป็นการนำพลังงานแสงอาทิตย์มาใช้โดยตรง เนื่องจากความเข้มของพลังงานแสงอาทิตย์ที่ตกมาสู่ผิวโลกของเรามีค่าไม่สูงมาก หากต้องการใช้ประโยชน์จากพลังงานแสงอาทิตย์จะต้องมีเครื่องมือหรืออุปกรณ์เพื่อใช้รับหรือรวมพลังงานแสงอาทิตย์ให้มีความเข้มสูงขึ้น เรียกว่า ตัวเก็บรังสี หรืออาจเรียกว่า แผงรับแสงอาทิตย์ (Solar Collector)

ตัวเก็บรังสี แบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือตัวเก็บรังสีแบบแผ่นราบ (Flat Plate Collector or Non-focusing Collector) และ ตัวเก็บรังสีแบบรวมแสง (Focusing Collector) โดยมีการใช้งานและหลักการทำงานดังนี้
     1)ตัวเก็บรังสีแบบแผ่นราบ ที่ใช้งานอยู่ในปัจจุบันมี 2 ชนิด คือ ชนิดแผ่นเรียบ และชนิดหลอดแก้วสุญญากาศ
     ตัวเก็บรังสีชนิดแผ่นเรียบ สามารถรับรังสีได้ทั้ง 2 ชนิด โดยมีส่วนประกอบที่สำคัญ ได้แก่ แผ่นปิดด้านบน แผ่นดูดรังสี ฉนวนกันความร้อน ของไหล

     ตัวเก็บรังสีชนิดแผ่นเรียบมีหลักการทำงาน คือ พลังงานแสงอาทิตย์เมื่อตกกระทบกับแผ่นดูดรังสีจะทำให้แผ่นดูดรังสีมีอุณหภูมิสูงขึ้นและแผ่รังสีความร้อนออกมาในรูปของรังสีอินฟราเรด แต่เนื่องจากรังสีอินฟราเรดเป็นคลื่นยาวไม่สามารถเคลื่อนที่ผ่านวัสดุโปร่งใสจึงสะท้อนกลับไปยังแผ่นดูดรังสี และแผ่นดูดรังสีจะเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานความร้อนแล้วถ่ายเทความร้อนให้กับของไหลเพื่อนำไปใช้ประโยชน์ นั่นเอง ตัวอย่างการนำตัวเก็บรังสีชนิดแผ่นเรียบที่นำไปใช้งาน เช่น เครื่องทำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์แบบแผ่นเรียบ เครื่องอบหรือเตาพลังงานแสงอาทิตย์ เป็นต้น

     ตัวเก็บรังสีชนิดหลอดแก้วสุญญากาศ มีลักษณะเป็นหลอดแก้ว 2 ชั้น เพื่อลดการสูญเสียความร้อน ภายในประกอบด้วยแผ่นดูดรังสีที่เชื่อมต่อกับทองแดงเป็นสุญญากาศหรือมีความดันต่ำใช้บรรจุของเหลว ปลายท่อทองแดงทำหน้าที่เป็นตัวแลกเปลี่ยนความร้อน (Heat Exchanger or Heat Condenser) เชื่อมต่อกับท่อส่งน้ำ ซึ่งตัวเก็บรังสีชนิดหลอดแก้วสุญญากาศมีหลักการทำงาน คือ พลังงานแสงอาทิตย์เมื่อตกกระทบกับหลอดแก้วสุญญากาศ แผ่นดูดรังสีที่อยู่ภายในจะรับพลังงานแสงอาทิตย์และถ่ายเทความร้อนให้กับท่อทองแดงกลายเป็นไอร้อนระเหยไปสู่ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนที่เชื่อมกับท่อส่งน้ำ ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนจะมีอุณหภูมิสูงขึ้น เมื่อมีน้ำไหลผ่านจะเกิดการถ่ายเทความร้อน ทำให้ไอร้อนที่ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนมีอุณหภูมิลดลงแล้วควบแน่นตกลงสู่ด้านล่างของท่อทองแดงเป็นวงจร ตัวอย่างการนำตัวเก็บรังสีชนิดแผ่นเรียบที่นำไปใช้งาน เช่น เครื่องทำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์แบบหลอดแก้วสุญญากาศ เป็นต้น

          2) ตัวเก็บรังสีแบบรวมแสง สามารถเพิ่มความเข้มของพลังงานแสงอาทิตย์ที่ตกลงบนแผ่นดูดรังสีได้มากกว่าสองเท่า ซึ่งใช้งานอยู่ในปัจจุบันมี 3 ชนิด คือ ชนิดรวมแสงเป็นจุด (Parabolic Dishes) ชนิดรวมแสงเป็นเส้น (Parabolic Troughs) และชนิดรวมแสงเป็นหอรับแสงกลาง (Central Receiver or Solar Tower)

    ตัวเก็บรังสีชนิดรวมแสงเป็นจุด มีลักษณะเป็นจานพาราโบลา เพื่อสะท้อนแสงจากดวงอาทิตย์ไปยังตัวรับความร้อนหรือแผ่นดูดรังสีที่อยู่ตำแหน่งจุดรวมแสง ซึ่งตัวเก็บรังสีชนิดชนิดนี้สามารถเพิ่มความเข้มของพลังงานแสงอาทิตย์ประมาณ 50,000 เท่าของแสงปกติ และทำให้ของไหล (น้ำหรืออากาศ) ที่จุดรวมแสงมีอุณหภูมิประมาณ 500 – 2,000 องศาเซลเซียส เราสามารถนำความร้อนที่ได้ไปใช้ประโยชน์ เช่น การประกอบอาหาร การนำไปหมุนกังหันของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพื่อผลิตไฟฟ้า เป็นต้น

      ตัวเก็บรังสีชนิดรวมแสงเป็นเส้น มีลักษณะเป็นรางยาวโค้ง เพื่อสะท้อนแสงจากดวงอาทิตย์ไปยังท่อที่วางในแนวขนานกับตัวเก็บรังสี และถ่ายเทความร้อนให้กับของเหลวที่ไหลเวียนอยู่ภายในท่อ ทำให้ของเหลวร้อนขึ้นแล้วนำของเหลวดังกล่าวไปใช้ประโยชน์ เช่น การนำไปหมุนกังหันของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพื่อผลิตไฟฟ้า เป็นต้น ทั้งนี้ตัวเก็บรังสีชนิดชนิดนี้สามารถเพิ่มความเข้มของพลังงานแสงอาทิตย์ประมาณ 230 เท่าของแสงปกติ และทำให้ของเหลวมีอุณหภูมิประมาณ 200 – 300 องศาเซลเซียส 

     ตัวเก็บรังสีชนิดรวมแสงเป็นหอรับแสงกลาง มีลักษณะเป็นหอคอยที่ประกอบด้วยแผ่นกระจกที่ตั้งรายล้อมหอคอยเพื่อทำหน้าที่สะท้อนแสงไปรวมที่ตัวรับความร้อนหรือแผ่นดูดรังสีที่อยู่บนหอคอย และถ่ายเทความร้อนให้กับของเหลวที่ไหลเวียนอยู่ภายในท่อ ทำให้ของเหลวร้อนขึ้นแล้วนำของเหลวดังกล่าวไปใช้ประโยชน์ เช่น การนำไปหมุนกังหันของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพื่อผลิตไฟฟ้า เป็นต้น

 


วีดิทัศน์เรื่อง พลังงานแสงอาทิตย์ในรูปแบบความร้อน