| รหัสโครงการ : | R000000291 |
| ชื่อโครงการ (ภาษาไทย) : | นวัตกรรมระบบสูบน้ำแบบไฮบริด พลังงานแสงอาทิตย์ร่วมกับพลังงานลม สำหรับการทำนาข้าวในจังหวัดนครสวรรค์ |
| ชื่อโครงการ (ภาษาอังกฤษ) : | Innovation of the Pumping System with Hybrid by Cooperation the Solar Energy and Wind Energy |
| คำสำคัญของโครงการ(Keyword) : | ระบบสูบน้ำ (Pumping System), ผสมผสาน (Hybrid), พลังงานแสงอาทิตย์ (Solar energy) พลังงานลม (Wind energy), การทำนาข้าว (Rice Farming) |
| หน่วยงานเจ้าของโครงการ : | คณะเทคโนโลยีการเกษตรและเทคโนโลยีอุตสาหกรรม > ภาควิชาเทคโนโลยีอุตสาหกรรม สาขาวิชาวิศวกรรมเครื่องกลและหุ่นยนต์การเกษตร |
| ลักษณะโครงการวิจัย : | โครงการวิจัยเดี่ยว |
| ลักษณะย่อยโครงการวิจัย : | ไม่อยู่ภายใต้แผนงานวิจัย/ชุดโครงการวิจัย |
| ประเภทโครงการ : | โครงการวิจัยใหม่ |
| สถานะของโครงการ : | propersal |
| งบประมาณที่เสนอขอ : | 81000 |
| งบประมาณทั้งโครงการ : | 81,000.00 บาท |
| วันเริ่มต้นโครงการ : | 01 ตุลาคม 2559 |
| วันสิ้นสุดโครงการ : | 30 กันยายน 2560 |
| ประเภทของโครงการ : | งานวิจัยประยุกต์ |
| กลุ่มสาขาวิชาการ : | วิศวกรรมศาสตร์และเทคโนโลยี |
| สาขาวิชาการ : | สาขาวิศวกรรมศาสตร์และอุตสาหกรรมวิจัย |
| กลุ่มวิชาการ : | วิศวกรรมศาสตร์และเทคโนโลยีพื้นฐานทางวิศวกรรมศาสตร์ |
| ลักษณะโครงการวิจัย : | ระดับชาติ |
| สะท้อนถึงการใช้ความรู้เชิงอัตลักษณ์ : | ไม่สะท้อนถึงการใช้ความรู้เชิงอัตลักษณ์ |
| สร้างความร่วมมือประหว่างประเทศ GMS : | ไม่สร้างความร่วมมือทางการวิจัยระหว่างประเทศ |
| นำไปใช้ในการพัฒนาคุณภาพการศึกษา : | ไม่นำไปใช้ประโยชน์ในการพัฒนาณภาพการศึกษา |
| เกิดจากความร่วมมือกับภาคการผลิต : | ไม่เกิดจากความร่วมมือกับภาคการผลิต |
| ความสำคัญและที่มาของปัญหา : | ข้าวเป็นพืชเศรษฐกิจที่สำคัญของประเทศ เป็นทั้งชีวิตและเศรษฐกิจของชาติ ประเทศไทยส่งออกข้าวมากเป็นอันดับหนึ่งของโลกนานหลายปีติดต่อกัน สำหรับสถานการณ์การส่งออกข้าวของไทย โดยข้อมูลจากกระทรวงพาณิชย์ ระบุว่าในปี 2559 ที่ผ่านมามีการส่งออกข้าวสูงถึง 10,969,360 ล้านตัน เพิ่มขึ้น 65% เมื่อเปรียบเทียบกับปี 2558 และมีมูลค่าการส่งออกรวม 174,855 ล้านบาท โดยส่วนใหญ่จะส่งไปยังประเทศฟิลิปปินส์ จีน ญี่ปุ่น มาเลเซีย แคเมอรูน เซเนกัล เป็นต้น ปัจจุบันมีพื้นที่ปลูกข้าวประมาณ 70.61 ล้านไร่ ผลผลิต 32.62 ล้านตัน ผลผลิตต่อไร่ 462 กิโลกรัม (สำนักนโยบายและยุทธศาสตร์ข้าว, 2558) แต่ประสิทธิภาพในการผลิตข้าวยังอยู่ในระดับต่ำ เนื่องจากสาเหตุสำคัญหลายประการ ได้แก่ การจัดการทรัพยากรภัยธรรมชาติ ปัจจัยและเทคโนโลยีการผลิตเป็นต้น (กรมวิชาการเกษตร, 2559) พื้นที่การปลูกข้าวกว่าร้อยละ 80 ของพื้นที่นาในประเทศไทยอยู่ในเขตน้ำฝน ส่วนที่เหลือเป็นพื้นที่นาชลประทานคิดเป็นพื้นที่ประมาณ 12 ล้านไร่ (กรมวิชาการเกษตร, 2559) ส่วนใหญ่อยู่ในพื้นที่ราบภาคกลางและภาคเหนือตอนล่าง มีการทำนากันตลอดทั้งปี
จังหวัดนครสวรรค์ ประชากรส่วนใหญ่ประกอบอาชีพทำนาข้าว มีพื้นที่เพาะปลูกข้าว จำนวน 2,487,575 ไร่ (สำนักงานเกษตรจังหวัดนครสวรรค์, 2559) กว่าครึ่งหนึ่งของพื้นที่สามารถปลูกข้าวได้ต่อเนื่องตลอดทั้งปี ส่วนใหญ่เป็นการทำนาแบบหว่านน้ำตม ซึ่งจะเกิดปัญหาการขาดแคลนน้ำในฤดูนาปรัง ขาดการปรับปรุงบำรุงดิน ส่งผลให้ความอุดมสมบูรณ์ของดินต่ำ ดังนั้นการปลูกข้าวจึงต้องอาศัยสิ่งสำคัญคือน้ำ ซึ่งในปี 2558 จังหวัดนครสวรรค์ ต้องเผชิญกับปัญหาภัยแล้งอย่างรุนแรงหรือถึงขั้นวิกฤต อ่างเก็บน้ำต่างๆ มีปริมาณน้ำน้อยลงกว่าทุกปี จากผลกระทบดังกล่าวเกษตรกรจึงจำเป็นต้องมีระบบสูบน้ำเพื่อการทำนาข้าว การกักเก็บ สำหรับการอุปโภคและบริโภค ซึ่งวิวัฒนาการของเครื่องปั๊มน้ำในปัจจุบันได้เปลี่ยนไปจากเดิมที่ใช้พลังงานจากแหล่งธรรมชาติมาเป็นการใช้พลังงานไอน้ำ จากเครื่องยนต์และที่นิยมกันมากคือการใช้ไฟฟ้า เนื่องจากความสะดวกและง่ายต่อการใช้งาน
ภาพที่ 1 พื้นที่เพาะปลูกข้าว จังหวัดนครสวรรค์
ที่มา : สำนักงานเกษตรจังหวัดนครสวรรค์ (2558)
จากนโยบายและแผนพลังงานภายใต้กรอบการจัดทำแผนพลังงานทดแทน 15 ปี (กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน, 2559) ที่กระทรวงพลังงานได้เตรียมจัดทำไว้สำหรับปี 2551-2565 เพื่อผลักดันให้โครงสร้างพื้นฐานรองรับการใช้พลังงานทดแทน เพื่อลดการพึ่งพาพลังงานนำเข้าและเทคโนโลยีนำเข้าให้มากที่สุด โดยแนวทางในการพัฒนาและแก้ปัญหาดังกล่าว ควรส่งเสริมให้มีการใช้เทคโนโลยีพลังงานสะอาด (Clean Energy) และ เทคโนโลยีพลังงานหมุนเวียน (Renewable Energy) เช่น พลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลมมาใช้ ดังนั้นงานวิจัยที่จำเป็นอย่างยิ่ง คือพัฒนานวัตกรรมระบบสูบน้ำแบบไฮบริด พลังงานแสงอาทิตย์ร่วมกับพลังงานลม สำหรับการทำนาข้าวในจังหวัดนครสวรรค์ ที่สามารถลดปริมาณการใช้เชื้อเพลิงและลดต้นทุนการทำนาข้าวให้มีประสิทธิภาพมากขึ้น |
| จุดเด่นของโครงการ : | - |
| วัตถุประสงค์ของโครงการ : | 5.1 เพื่อพัฒนานวัตกรรมระบบสูบน้ำแบบไฮบริด พลังงานแสงอาทิตย์ร่วมกับพลังงานลม สำหรับการทำนาข้าวในจังหวัดนครสวรรค์
5.2 เพื่อทดสอบประสิทธิภาพของนวัตกรรมระบบสูบน้ำแบบไฮบริด พลังงานแสงอาทิตย์ร่วมกับพลังงานลม สำหรับการทำนาข้าวในจังหวัดนครสวรรค์
5.3 เพื่อประเมินทางเศรษฐศาสตร์ของนวัตกรรมระบบสูบน้ำแบบไฮบริด พลังงานแสงอาทิตย์ร่วมกับพลังงานลม สำหรับการทำนาข้าวในจังหวัดนครสวรรค์ |
| ขอบเขตของโครงการ : | 6.1 การวิจัยนี้มุ่งเน้นศึกษาและทดสอบนวัตกรรมระบบสูบน้ำแบบไฮบริด พลังงานแสงอาทิตย์ร่วมกับพลังงานลม สำหรับการทำนาข้าวในจังหวัดนครสวรรค์
6.2 การวิจัยนี้มุ่งเน้นศึกษาการจำลองแบบค่าข้อมูลอุตุนิยมวิทยาของระบบสูบน้ำแบบไฮบริด พลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลม
6.3 ออกแบบและสร้างนวัตกรรมระบบสูบน้ำแบบไฮบริด พลังงานแสงอาทิตย์ร่วมกับพลังงานลม ประกอบด้วยแผงเซลล์แสงอาทิตย์ขนาด 1 กิโลวัตต์ กังหันลมผลิตไฟฟ้าขนาดกำลังผลิตเต็มพิกัด 1 กิโลวัตต์ ระบบควบคุมและประจุแบตเตอรี่ แบตเตอรี่ขนาด 125 แอมแปร์ชั่วโมง จำนวน 4 ลูก |
| ผลที่คาดว่าจะได้รับ : | 10.1 ได้ต้นแบบระบบสูบน้ำแบบไฮบริด พลังงานแสงอาทิตย์ร่วมกับพลังงานลม สำหรับการทำนาข้าวในจังหวัดนครสวรรค์
10.2 ได้นวัตกรรมระบบสูบน้ำแบบไฮบริด พลังงานแสงอาทิตย์ร่วมกับพลังงานลม สำหรับการทำนาข้าวในจังหวัดนครสวรรค์ ที่มีประสิทธิภาพ
10.3 ได้ระบบสูบน้ำแบบแบบไฮบริด ที่สามารถจดสิทธิบัตร/อนุสิทธิบัตร โดยอนุญาตให้หน่วยงานทั้งภาครัฐและเอกชนใช้สิทธิในเทคโนโลยี (Technology licensing) ได้ |
| การทบทวนวรรณกรรม/สารสนเทศ : | จังหวัดนครสวรรค์
1) สภาพภูมิศาสตร์ของจังหวัดนครสวรรค์
จังหวัดนครสวรรค์ ตั้งอยู่ระหว่างละติจูดที่ ๑๕ องศา ๔๐ ลิบดาเหนือ กับละติจูด ๑๖ องศา ๑๐ ลิบดาเหนือ และระหว่างลองจิจูด ๙๙ องศา ๕ ลิบดาตะวันออก กับลองจิจูด ๑๐๐ องศา ๕๐ ลิบดาตะวันออก อยู่บริเวณตอน กลางของประเทศไทยเหนือเส้นศูนย์สูตร ค่อนไปซีกโลกด้านตะวันออกจังหวัดนครสวรรค์ อยู่ในเขตภาคเหนือตอนล่าง หรือภาคกลางตอนบนของประเทศไทย คาบเกี่ยวระหว่างภาคเหนือกับภาคกลาง ห่างจากกรุงเทพมหานครไปทางทิศเหนือโดยทางรถยนต์เป็นระยะทาง ๒๓๗ กิโลเมตรทางรถไฟเป็นระยะทาง ๒๕๐ กิโลเมตร จังหวัดนครสวรรค์ มีอาณาเขตติดต่อกับจังหวัดใกล้เคียง ๘ จังหวัด จังหวัดนครสวรรค์ มีพื้นที่ประมาณ ๙,๕๙๗,๖๗๗ ตารางกิโลเมตร หรือ ๕,๙๙๘,๕๔๘ ไร่ เปรียบเทียบกับจังหวัดอื่นๆ ในประเทศไทย นครสวรรค์เป็นจังหวัดขนาดกลางรูปร่างของจังหวัดนครสวรรค์มีลักษณะเป็นแนวยาวจากทิศตะวันตกกับทิศตะวันออก รูปร่างคล้ายๆ ผีเสื้อกางปีกบิน
ภาพที่ 2 ภาพแสดงอาณาเขตจังหวัดนครสวรรค์
ที่มา : สำนักงานเกษตรจังหวัดนครสวรรค์ (2559)
2) สภาพภูมิประเทศ
ตามลักษณะภูมิศาสตร์โดยทั่วไป ส่วนใหญ่เป็นที่ราบลุ่มเหมาะแก่การเกษตร เป็นที่ราบประมาณ 3 ใน 4 ของพื้นที่จังหวัด มีแม่น้ำสายสำคัญคือ แม่น้ำปิง แม่น้ำยม และแม่น้ำน่าน ไหลมารวมกันเป็น แม่น้ำเจ้าพระยา ไหลผ่านช่วงกลางของจังหวัด แม่น้ำที่กล่าวได้แบ่งพื้นที่ของจังหวัดออกเป็นด้านตะวันออกและตะวันตก และมีเพียง 6 อำเภอที่ตั้งอยู่บนแม่น้ำสายหลัก สภาพภูมิประเทศทางด้านทิศตะวันตกของจังหวัดมีภูเขาสลับซับซ้อนและเป็นป่าทึบในเขตอำเภอลาดยาว อำเภอแม่วงก์ อำเภอแม่เปินและอำเภอชุมตาบง พื้นที่ป่าของจังหวัดเป็นสภาพป่าที่เชื่อมโยงติดต่อกับป่าห้วยขาแข้งของจังหวัดอุทัยธานีในส่วนทางใต้ของอำเภอแม่วงก์ ส่วนบนของอำเภอแม่วงก์และอำเภอลาดยาวเป็นส่วนติดต่อกับป่าทึบของจังหวัดตาก ที่เชื่อมโยงไปถึงป่าทุ่งใหญ่นเรศวรของจังหวัดกาญจนบุรี สภาพพื้นที่ส่วนใหญ่ของจังหวัดเป็นที่ราบค่อนข้างเรียบแคบบริเวณที่ราบลุ่มแม่น้ำ โดยเฉพาะตอนกลางของจังหวัด ซึ่งอยู่ในเขตอำเมืองฯ อำเภอบรรพตพิสัย อำเภอชุมแสง อำเภอท่าตะโก อำเภอโกรกพระ และอำเภอพยุหะคีรี สภาพพื้นที่ทางทิศตะวันตก (เขตอำเภอลาดยาว, อำเภอแม่วงก์, อำเภอแม่เปิน และอำเภอชุมตาบง) และทิศตะวันออก (เขตอำเภอหนองบัว, อำเภอไพศาลี, อำเภอตากฟ้า และอำเภอตาคลี) มีลักษณะเป็นแบบลอนลูกคลื่น ยกตัวขึ้นจากตอนกลางของจังหวัด สูงจากระดับน้ำทะเลปานกลาง 50-150 เมตร
3) สภาพภูมิอากาศ
มีลักษณะร้อนชื้น มีช่วงฤดูฝนและฤดูแล้งที่เห็นเด่นชัด ฤดูฝนได้รับอิทธิพลจากมรสุมตะวันตกเฉียงใต้อยู่ในช่วงเดือนตุลาคม ส่วนฤดูหนาวอยู่ในช่วงเดือนตุลาคมถึงมกราคมได้รับอิทธิพลความเย็นมาจากลมมรสุมตะวันออกเฉียงเหนือ สำหรับปี 2555 ช่วงเดือนมกราคมมีอากาศหนาว อุณหภูมิต่ำสุด 17.90 องศาเซลเซียส และช่วงเดือนมีนาคมถึงเดือนพฤษภาคม มีอากาศร้อนถึงร้อนจัด อุณหภูมิสูงสุด40.80 องศาเซลเซียส อุณหภูมิเฉลี่ย 28.00 องศาเซลเซียส ปริมาณน้ำฝนเฉลี่ย 1,118.70 มิลลิลิตร และฝนตกทั้งหมด 123 วัน สภาพภูมิอากาศของจังหวัดนครสวรรค์ สัมพันธ์กับปริมาณน้ำฝนในแต่ละปี หากปีใดปริมาณน้ำฝนมากกว่า 1,200 มิลลิเมตรต่อปี จะเกิดปัญหาน้ำท่วม ถ้าปริมาณฝน ต่ำกว่า 1,000 มิลลิเมตรต่อปี จะประสบปัญหาฝนแล้ง ทั้งนี้สืบเนื่องจากสภาพพื้นที่ของจังหวัดที่มีลักษณะคล้ายท้องกระทะหรือผีเสื้อกางปีกบิน
8.2 พลังงานแสงอาทิตย์
ดวงอาทิตย์เป็นกลุ่มก๊าซรูปทรงกลมรวมกันอยู่เป็นกลุ่มก้อนด้วยแรงดึงดูดของตัวเองมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 1.39?109 กิโลเมตร โดยมีการแผ่รังสีที่ผิวของดวงอาทิตย์สู่ชั้นบรรยากาศนอกโลกประมาณเทียบได้กับการแผ่รังสีของวัตถุดำ (black body) ที่อุณหภูมิประสิทธิผลคือ 5,762 เคลวิน ดวงอาทิตย์มีการปลดปล่อยพลังงานออกมา 3.58?1023 กิโลวัตต์ และบรรยากาศบริเวณผิวโลกรับ 1.275?1014 เทียบได้กับพลังงานที่ได้รับใน 1 ปีคือ 1.51?1018 กิโลวัตต์ชั่วโมง พลังงานแสงอาทิตย์ที่ตกกระทบพื้นโลกบนพื้นที่ 1 ตารางเมตร โดยเฉลี่ยมีพลังงานประมาณ 4-5 กิโลวัตต์ชั่วโมงต่อตารางเมตรต่อวัน กล่าวคือในวันหนึ่งๆ บนพื้นที่เพียง 1 ตารางเมตร จะมีพลังงานแสงอาทิตย์ตกกระทบถึง 1,000 วัตต์ เป็นเวลา 4-5 ทำให้มีปริมาณแสงที่เคลื่อนที่ลงสู่พื้นโลกประมาณร้อยละ 51 สะท้อนกลับสู่อวกาศประมาณร้อยละ 30 และถูกดูดกลืนเอาไว้ในชั้นบรรยากาศโลกประมาณร้อยละ 19 ดังแสดงไว้ดังภาพที่ 4
ภาพที่ 3 อันตรกิริยาและปริมาณของแสงอาทิตย์ในชั้นบรรยากาศโลก
ที่มา : มารีนา มะหนิ (2554)
ภาพที่ 4 สเปกตรัมของแสงอาทิตย์
ที่มา : มารีนา มะหนิ (2554)
พลังงานแสงอาทิตย์ที่เคลื่อนที่ผ่านชั้นบรรยากาศสู่พื้นโลกนั้นประกอบด้วยพลังงานจากรังสีของแสงที่ทะลุผ่านชั้นบรรยากาศลงสู่พื้นโลกโดยตรง ละพลังงานจากรังสีของแสงที่เกิดจากการกระจายและการสะท้อนในชั้นบรรยากาศนั้น คือสามารถแบ่งออกเป็นองค์ประกอบของพลังงานแสงอาทิตย์บนพื้นโลกได้เป็น 3 ประเภทคือ
1) รังสีตรง (direct radiation หรือ beam radiation) เป็นรังสีของพลังงานแสงอาทิตย์ที่ทะลุผ่านชั้นบรรยากาศลงสู่พื้นโลกโดยไม่เกิดอันตรกิริยากับอะตอมของธาตุใดๆในชั้นบรรยากาศทำให้มีค่าความเข้มของแสงสูงเมื่อมาถึงพื้นโลก รังสีของแสงในลักษณะนี้เหมาะสำหรับการใช้กับอุปกรณ์ประเภทที่ต้องรวมแสง (concentrator) ชนิดต่างๆที่ต้องการค่าความเข้มของรังสีดวงอาทิตย์สูงๆ
2) รังสีกระจาย (diffuse radiationหรือscattered radiation) เป็นรังสีของพลังงานแสงอาทิตย์ที่เกิดการชนกับอะตอมของธาตุต่างๆในชั้นบรรยากาศทำให้เกิดการกระจายของแสงและบางส่วนสะท้อนสู่พื้นโลก ค่าความเข้มของแสงจากรังสีประเภทนี้จะน้อยกว่ารังสีตรงมาก รังสีของแสงในลักษณะนี้เหมาะกับการใช้อุปกรณ์ที่ไม่ต้องการความเข้มแสงสูงนัก เช่น ระบบเซลล์แสงอาทิตย์ เป็นต้น
3) รังสีรวม (total or global radiation) เป็นผลรวมของรังสีตรงและรังสีกระจายแยกพิจารณาถ้าพื้นผิวที่รับแสงเป็นพื้นเอียง รังสีรวมจะประกอบด้วยรังสีตรงจากท้องฟ้าและรังสีกระจายจากท้องฟ้าไม่รวมส่วนที่กระจายและสะท้อนจากผิวโลกรังสีอาทิตย์รวมในกรณีนี้เรียกว่า รังสีรวมบนพื้นราบ (global radiation)
8.3) เซลล์แสงอาทิตย์
เซลล์แสงอาทิตย์ (Solar cell ) เป็นสิ่งประดิษฐ์ทางอิเล็กทรอนิกส์ที่สร้างขึ้นเพื่อเป็นอุปกรณ์สำหรับเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานไฟฟ้าโดยการนำสารกึ่งตัวนำ เช่น ซิลิกอน ซึ่งมีราคาถูกที่สุดและมีมากที่สุดบนพื้นโลก มาผ่านกระบวนการทางวิทยาศาสตร์เพื่อผลิตให้เป็นแผ่นบางบริสุทธิ์และทันทีที่แสงตกกระทบบนแผ่นเซลล์รังสีของแสงที่มีอนุภาคของพลังงานโฟตอน (photon) จะถ่ายเทพลังงานให้กับอิเล็กตรอน (electron) ในสารกึ่งตัวนำจนมีพลังงานมากพอที่จะกระโดดออกจากแรงดึงดูดของอะตอม (atom) และเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระดังนั้นเมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่ครบวงจรจะทำให้เกิดไฟฟ้ากระแสตรงขึ้นเมื่อพิจารณาลักษณะการผลิตไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์พบว่า เซลล์แสงอาทิตย์จะมีประสิทธิภาพในการผลิตไฟฟ้าสูงสุดในช่วงกลางวัน ซึ่งเหมาะสมในการนำเซลล์แสงอาทิตย์มาใช้ผลิตไฟฟ้าเพื่อแก้ไขปัญหาการขาดแคลนพลังงานไฟฟ้าในช่วงเวลากลางวัน ชนิดของเซลล์แสงอาทิตย์ แบ่งตามวัสดุที่ใช้เป็น 3 ชนิดหลักๆ คือ
1) เซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากซิลิกอนชนิดผลึกเดี่ยว (single crystalline silicon solar cell) หรือที่รู้จักกันในชื่อ monocryslalline silicon solar cell และชนิดผลึกรวม (polycrystalline silicon solar cell) ลักษณะเป็นแผ่นซิลิกอนแข็งและบางมาก
2) เซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากอะมอร์ฟัสซิลิกอน (amorphous silicon solar cell) ลักษณะเป็นฟิล์มบางเพียง 0.5 ไมครอน หรือ 0.0005 มิลลิเมตร น้ำหนักมากและประสิทธิภาพร้อยละ 5-10
3) เซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากสารกึ่งตัวนำอื่นๆ เช่น แกลเลี่ยนอาร์เซไนด์ แคดเมียมเทลเลอไรด์ และคอปเปอร์อินเดียมไดเซเลไนด์ เป็นต้น มีทั้งชนิดผลึกเดี่ยว (single crystalline ) และผลึกรวม (polycrystalline) เซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากแกลเลี่ยมอาร์เซไนด์จะให้ประสิทธิภาพสูงถึงร้อยละ 20-25 เซลล์แสงอาทิตย์ทั้ง 3 ชนิด แสดงไว้ ดังรูปที่ 5
ภาพที่ 5 ชนิดของเซลล์แสงอาทิตย์
ที่มา : กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน (2559)
ตารางที่ 2 ประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์และประสิทธิภาพของแผงที่ประกอบจากเซลล์แสงอาทิตย์แต่ละชนิด
ประเภทของเซลล์แสงอาทิตย์ ประสิทธิภาพของเซลล์ ( % ) ประสิทธิภาพของแผง (%)
ซิลิกอนแบบผลึกเดี่ยว 15-24 10-14
ซิลิกอนแบบผลึกรวม 10-17 9-12
ซิลิกอนแบบฟิล์มบาง 8-13 6-9
แบบสารประกอบ
GaAs/InP
CdS/CdTe
CuInSe2
18-30
10-15
10-15
NA
คุณลักษณะของเซลล์แสงอาทิตย์โดยปกติเซลล์แสงอาทิตย์แต่ละเซลล์จะสามารถให้กระแสไฟฟ้าลัดวงจร (short circuit current, ISC) ประมาน 3 แอมแปร์ และให้แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดประมาน 0.5 โวลต์ (open circuit voltage, VOC ) ภายใต้เงื่อนไขมาตรฐานการทดสอบ (standard testing condition, STC) ซึ่งเป็นการทดสอบเซลล์แสงอาทิตย์ในสภาวะที่มีค่ารังสีอาทิตย์ 1 กิโลวัตต์ต่อตารางเมตร ค่ามวลอากาศ (air mass ) 1.5 และอุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียส สำหรับปัจจัยหลักที่มีผลต่อการผลิตไฟฟ้าของเซลล์แสงอาทิตย์ ได้แก่
1) ค่ารังสีอาทิตย์ (irradiance, G) ในการนำเซลล์แสงอาทิตย์ไปใช้งานจริงนั้น สภาวะต่างๆจะไม่เป็นไปตามเงื่อนไขมาตรฐานการทดสอบดังที่กล่าวมาแล้ว ซึ่งค่ารังสีอาทิตย์ที่จะส่องลงมายังพื้นโลกจะเปลี่ยนตลอดเวลา เป็นผลทำให้ปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ผลิตจากเซลล์แสงอาทิตย์มีค่าเปลี่ยนไปตามค่ารังสีอาทิตย์ กล่าว |
| ทฤษฎี สมมุติฐาน กรอบแนวความคิด : | การวิจัยนี้มุ่งเน้นศึกษาและทดสอบนวัตกรรมระบบสูบน้ำแบบไฮบริด พลังงานแสงอาทิตย์ร่วมกับพลังงานลม สำหรับการทำนาข้าวในจังหวัดนครสวรรค์ |
| วิธีการดำเนินการวิจัย และสถานที่ทำการทดลอง/เก็บข้อมูล : | 12.1 ศึกษาปัญหาและประสิทธิภาพระบบสูบน้ำสำหรับการทำนาข้าวที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน
12.2 การออกแบบและสร้างนวัตกรรมระบบสูบน้ำแบบไฮบริด พลังงานแสงอาทิตย์ร่วมกับพลังงานลม ประกอบด้วยแผงเซลล์แสงอาทิตย์ขนาด 1 กิโลวัตต์ กังหันลมผลิตไฟฟ้าขนาดกำลังผลิตเต็มพิกัด 1 กิโลวัตต์ ระบบควบคุมและประจุแบตเตอรี่ แบตเตอรี่ขนาด 125 แอมแปร์ชั่วโมง จำนวน 4 ลูก
12.3 ระบบสูบน้ำแบบไฮบริด พลังงานแสงอาทิตย์ร่วมกับพลังงานลม สำหรับการทำนาข้าว แสดงดังภาพต่อไปนี้
ภาพที่ 24 ระบบสูบน้ำแบบไฮบริด
12.4 การทดสอบนวัตกรรมระบบสูบน้ำแบบไฮบริด พลังงานแสงอาทิตย์ร่วมกับพลังงานลม สำหรับการทำนาข้าวในจังหวัดนครสวรรค์
1) ทดสอบการประจุแบตเตอรี่ของแผงเซลแสงอาทิตย์และกังหันลมผลิตกระแสไฟฟ้า
2) บันทึกค่ากำลังไฟฟ้าสูงสุด แรงดันวงจรเปิด พิกัดแรงดันใช้งาน แรงดันสูงสุดของระบบ พิกัดกระแสใช้งานและกระแสลัดวงจร
3) ทดสอบการทำงานของปั๊มน้ำ
12.5 ทดสอบประสิทธิภาพของนวัตกรรมระบบสูบน้ำแบบไฮบริด พลังงานแสงอาทิตย์ร่วมกับพลังงานลม สำหรับการทำนาข้าว
1) การวิเคราะห์ประสิทธิภาพของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ สามารถคำนวณได้ดังสมการ
n_pv= (v_dc?i_dc)/(A?i_t )?100%
โดย? v?_dc คือ แรงดันไฟฟ้ากระแสตรง ( V )
i_dc คือ กระแสไฟฟ้าตรง (A)
A คือ พื้นที่เซลล์แสงอาทิตย์(m^2 )
i_t คือ รังสีอาทิตย์รวมบนพื้นที่ของแผงเซลล์แสงอาทิตย์(?w/m?^2 )
2) การวิเคราะห์ทางเทคนิคของระบบการหาประสิทธิภาพกังหันลม สามารถคำนวณได้ดังสมการ
n_wind=(V_AC?I_AC)/P_w ?100%
โดย V_AC คือ แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ (V)
I_AC คือ กระแสไฟฟ้าสลับ (A)
P_w คือ ขนาดกำลังไฟฟ้าสูงสุดของกังหันลม (W)
3) การวิเคราะห์ทางเทคนิคของระบบการหาประสิทธิภาพของปั้ม สามารถคำนวณได้ดังสมการ
N= W_0/W_i ?100%
โดย W_0 คือ กำลังงานของน้ำ (W)
W_i คือ กำลังงานที่มอเตอร์ให้แก่ปั๊ม (W)
12.6 ประเมินทางเศรษฐศาสตร์ของระบบสูบน้ำแบบไฮบริด
12.7 สรุปและจัดทำรายงานการวิจัยฉบับสมบูรณ์ |
| คำอธิบายโครงการวิจัย (อย่างย่อ) : | จากผลการทดลอง พบว่า ค่าความเข้มแสงเฉลี่ยรายเดือนมีค่าอยู่ที่ในช่วง 450-540 W/m2 กำลังไฟฟ้าเฉลี่ยที่ผลิตได้รายเดือนเท่ากับ 460 Wh อัตราเร็วลมเฉลี่ยรายเดือนมีค่าอยู่ในช่วง 2.5-3.5 m/s กำลังไฟฟ้าเฉลี่ยที่ผลิตได้รายเดือนเท่ากับ 135 Wh ประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์และประสิทธิภาพของกังหันลมผลิตไฟฟ้า มีค่าเท่ากับร้อยละ 7.02 และ ร้อยละ 5.45 ตามลำดับ สามารถสูบน้ำได้เฉลี่ยต่อเดือนเท่ากับ 1,657 ลูกบาศก์เมตร การประเมินทางเศรษฐศาสตร์ |
| จำนวนเข้าชมโครงการ : | 1619 ครั้ง |