View
6
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
Luminescent solar concentrators (LSC)
เซลลแสงอาทตยแบบโปรงแสง
นายสราวธ ไตรพรหม
รหสนกศกษา 58100700108
รายงานนเปนสวนหนงของ วชาพลงงานแสงอาทตย
สายวชาเทคโนโลยพลงงาน คณะพลงงานสงแวดลอมและวสด
มหาวทยาลยพระจอมเกลาธนบร
ภาคการศกษาท 1 ปการศกษา 2559
บทนำา
เซลลแสงอาทตยกำาลงไดรบนยมในปจจบน เพราะเปนการผลตไฟฟาจากแหลงพลงงานจากแสงอาทตยทไมมคาใขจาย การบรหารจดการงาย และยงไดรบเงนสนบสนนจากรฐบาลหากนำาไฟฟาทผลตไดดงกลาวมาขายในสายสงของรฐ จงทำาใหธรกจผลตไฟฟาจากพลงงานแสงอาทตยแบบฟารมสรยะขนาดใหญขยายตวอยางรวดเรว จนอาจจะสงผลตอพนทสำาหรบทำาการเกษตรอนเปนพลงงานสำาหรบการดำารงชวตของมนษยในอนาคตได แตหากมองถงศกยภาพดงกลาวของเซลลแสงอาทตยแลว การขยายกำาลงผลตไฟฟาจากเซลลแสงอาทตยกยงคงเปนทางเลอกทดอย แตการจะแกปญหาเรองพนทจงควรหนกลบมามองพนททไมใชพนททางการเกษตร ทงพนผวนำา ทงพนทไมใชประโยชนในเมอง เซลลแสงอาทตยทใชงานกนอยในปจจบนไมไดออกแบบใหสามารถใชงานในพนทดงกลาวได อนเนองจาก ขนาดทใหญ ความทบแสงและคลนแสงททำาใหเซลลทำางาน จงตองมการพฒนาเซลลแสงอาทตยแบบใหม ทสามารถตอบโจทยได
Luminescent solar concentrators (LSC) เทคโนโลยการเคลอบกระจกดวยตวดดซบรงสอาทตยในยานความยาวคลนอลตราไวโอแลตและอนฟาเรด ซงเซลลแสงอาทตยปจจบนไมสามารถทำางานได ทำาให LSC เปนเซลลแสงอาทตยแบบโปรงแสง ใชงานในเมองแทนกระจกได และดวยความโปรงแสงนเองยงสามารถประยกตใชกบพนผวไดอกหลากหลายทงอปกรณอเลกทรอนกส รถยนต เครองบน เปนตน แตเนองจาก LSC ยงอยในขนตอนการพฒนาทำาใหประสทธภาพโดยรวมตำากวาเซลลแสง
อาทตยทวไปท 5% แตดวยความบางและความโปรงแสงทเปนจดเดน ทำาใหมเอกชนหลายรายใหการสนบสนนจนทำาใหเชอไดวา อนาคตอนใกล LSC จะเปนอกหนงเซลลแสงอาทตยมใชงานแพรหลายอยางแนนอน
ทมาและปญหา
จากการทภาครฐมนโยบายผลกดนใหมการใชพลงงานทดแทนเพมขนอยางตอเนอง นอกจากจะสงผลใหม การใชพลงงานทดแทนเพมขนแลว ยงสงผลใหภาคเอกชนมความสนใจทจะลงทนในอตสาหกรรมพลงงานทดแทนอกดวย โดยในป 2558 พบวา การลงทนดานพลงงานทดแทนทงจากภาครฐและเอกชน คดเปนมลคา 167,612 ลานบาท ทงน พบวา มการลงทนในแสงอาทตยมากทสด คดเปนรอยละ 51.4 ของมลคาการลงทนทงหมด รองลงมาไดแก ชวมวล ลม เชอเพลงชวภาพ กาซชวภาพ ขยะและน า คดเปนรอยละ 19.8 19.6 5.5 2.5 1.0 และ 0.2 ตามลำาดบ ดงแสดงในรปท 1
สวนกำาลงผลตไฟฟาจากพลงงานทดแทนพบวาอตราการเพมขนของไฟฟาจากเซลลแสงอาทตยเพมขนเปนอนดบสองทกวารอยละ 9 จากป
2557 ท 1,419 MW ทำาใหเซลลแสงอาทตยมสดสวน 17% ของพลงงานไฟฟาจากพลงงานดแทนของประเทศไทย จากรปท 2
การเพมขนกวา 9% ของเซลลแสงอาทตยในป 2557-2558 ยอมำาใหพนทสำาหรบตดตงเซลลแสงอาทตยเพมขนจากขอมลพบวาโดยเฉลยโซลาฟารมทผลตไฟฟา 1 เมกะวตตจะใชพนทไมนอยกวา 5 ไร แตสำาหรบแผงโซลา เซลลกลม โฟล ครสตอลลาย ใชพนทถงประมาณ 10-14 ไร ตอ 1 เมกกะวตต และสำาหรบแผงโซลาเซลลกลม ทนฟลม ใชพนทมากถง ประมาณ 26-30 ไร ตอ 1 MW
แตเมอมาพจารณาพนทอาคารหรอพนทผวอาคารทไมไดใชประโยชน พบวาจากการรวบรวมและประมวลผลขอมลการอนญาตปลกสรางอาคารในพนทกรงเทพมหานคร พ.ศ. 2558 พบวามการอนญาตปลกสรางอาคารทงหมด จำานวน 16,448 หนวย พนท 10,407,054.03 ตร.ม. แบงตามอำานาจการอนญาตปลกสรางอาคาร คอ
1. การอนญาตปลกสรางอาคารสงไมเกน 8 ชน (ขอมลจากฝายโยธา สำานกงานเขต 50 เขต) มการอนญาตปลกสรางอาคารทงหมด จำานวน
แสดงการลงทนดานพลงงานทดแทนและกำาลงผลตไฟฟา
รปท 2 แสดงการตดตงแผงโซลาฟารมของ
16,401 หนวย พนท 8,700,440.63 ตร.ม. จำาแนกตามประเภทการใชสอยอาคารพบวาการอนญาตปลกสรางอาคารประเภทพกอาศยมจำานวน 13,827 หนวย พนท 5,661,747.88 ตร.ม. คดเปนรอยละ 85.34 ของจำานวนอาคารทมการอนญาตทงหมด รองลงมาคออาคารประเภทพาณชย-พกอาศย มการอนญาตปลกสรางอาคาร จำานวน 1,140 หนวย พนท 1,230,063.87 ตร.ม. คดเปนรอยละ 7.04 และอาคารประเภทพาณชย มการอนญาตปลกสรางอาคาร จำานวน 853 หนวย พนท 646,639.85 ตร.ม. คดเปนรอยละ 5.26 ตามลำาดบ
2. การอนญาตปลกสรางอาคารสงเกน 8 ชน อำานาจการอนญาตเปนของผอำานวยการสำานกการโยธา (ขอมลจากสำานกการโยธา กทม.) มการอนญาตปลกสรางอาคารทงหมด จำานวน 47 หนวย พนท 1,706,613.40 ตร.ม. จำาแนกตามประเภทอาคารพบวามการอนญาตปลกสรางประเภทพกอาศย จำานวน 15 หนวย พนท 270,384.40 ตร.ม. คดเปนรอยละ 76.02 ของจำานวนอาคารทมการอนญาตทงหมด รองลงมาคออาคารประเภทพาณชย-พกอาศย มการอนญาตปลกสรางอาคาร จำานวน 21 หนวย พนท 620,616.00 ตร.ม.คดเปนรอยละ 16.67 และอาคารประเภทพาณชยมการอนญาตปลกสรางอาคาร จำานวน 8 หนวย พนท 804,213.00 ตร.ม.คดเปนรอยละ 4.88 ตามลำาดบ
หลกการและทฤษฏ
เซลลแสงอาทตยเปนอปกรณไฟฟาซงทำาหนาทแปลงพลงงานแสงหรอโฟตอนเปนพลงงานไฟฟา โดยตรงโดยปรากฏการณโฟโตโวลตาอก
"Photovoltaic"นนกคอ คณสมบตของสารเชน คาความตานทาน แรงดน และกระแส จะเปลยนไปเมอมแสงตกกระทบโดยไมตองอาศยแหลงจายไฟภายนอก และเมอตอโหลดให จะทำาใหเกดกระแสไหลผานโหลดนนไดโฟโตโวลตาอกเปนสาขาของเทคโนโลยและการวจยทเกยวของกบการประยกตใชเซลลแสงอาทตยในการผลตกระแสไฟฟาจากแสงสวาง แมวามนมกจะถกนำามาใชเฉพาะเพออางถงการผลตกระแสไฟฟาจากแสงแดดกตาม เซลล
นนๆสามารถถกอธบายวาเปนเซลลแสงอาทตยไดแมวาแหลงกำาเนดแสงไมจำาเปนตองเปนดวงอาทตย (เชนแสงตะเกยงหรอไฟเทยม ฯลฯ) ในกรณดงกลาว เซลลนนบางครงจะถกใชเปนตวตรวจจบแสง (องกฤษ: photodetector) (เชน ตวตรวจจบแสงอนฟราเรด) เพอตรวจจบแสงหรอรงสแมเหลกไฟฟาอนๆทอยในทศนวสย หรอใชวดความเขมของแสงการทำางานของเซลลแสงอาทตยหรอ photovoltaic (PV) cell ตองมคณสมบตพนฐาน 3 อยางดงน
การดดซมของแสงเพอสรางคอเลกตรอน-โฮล หรอ เอกซตอน อยางใดอยางหนง
การแยกตางหากของตวขนสงประจทตางชนดกน การสกดการแยกออกจากกนของตวขนสงเหลานนออกไปยงวงจร
ภายนอก
ในทางตรงกนขาม ตวสะสมความรอนจากแสงอาทตยจะจายความรอนโดยการดดซบแสงแดด เพอวตถประสงคในการใหความรอนโดยตรงหรอใชในการผลตไฟฟาโดยออมอยางใดอยางหนงในทางตรงกนขาม "Photoelectrolytic cell" (photoelectrochemical cell) หมายถง อยางใดอยางหนงวาเปนชนดหนงของเซลลสรยะ (เชนท พฒนาโดย AE Becquerel และ modern dye-sensitized solar cells) หรอเปนอปกรณอยางหนงทแยกนำาโดยตรงใหเปนไฮโดรเจนและออกซเจนโดยการใชพลงงานสองสวางจากดวงอาทตยเทานน
เซลลแสงอาทตยหลายๆชดถกประกอบเขาดวยกนเพอทำาเปนแผงเซลลแสงอาทตยในการผลตพลงงานไฟฟาจากแสงแดด หลายๆเซลลรวมเขามาเปนกลมๆ ทกกลมวางตวเปนหนงแผง เรยกวาแผงโซลารเซลลหนงแผงหรอหนง "โมดลของเซลลแสง อาทตย" ซงจะแตกตาง จาก"โมดล ความรอนแสง อาทตย"
หรอ "แผงนำารอนแสงอาทตย . " พลงงานไฟฟาทถกสรางขนจากโมดลเซลลแสงอาทตยซงถกเรยกขานวาพลงงานแสงอาทตยเปนตวอยางของการนำาพลงงานจากดวงอาทตยมาใช กลมของแผงเซลลแสงอาทตยหลายๆแผงทเชอมตอกนเรยกวา "อาเรย"
เทคโนโลย Luminescent solar concentrators (LSC)
เปนการเคลอบสารพเศษของ SolarWindow นนจะทำาการเคลอบสารซงอยในสถานะของเหลวภายใตอณหภมหองปกต กอนจะทำาใหสารเคลอบแหงในหองอณหภมตำา ซงนคอขนตอนสำาคญททำาใหชนฟลมของสารทเคลอบไวมสภาพโปรงใส โดยวธการเคลอบนสามรถทำาไดทงบนพนผวกระจก และพลาสตกใส Organic Solar Concentrators ประกอบดวยแผนพลาสตกทถกเคลอบดวยสารสำาหรบดดซบรงสอาทตยในแตละชวงความยาวคลนโดยจะมลกษณะเหมอนสยอม และขอบของแผน OSC จะถกลอมรอบดวยแผงโซลาเซลล เพอเปนการเกบพลงงานทออกมาจากขอบของ OSC ซงจะมแสงทมความเขมสง การทำางานของแผน OSC เมอโฟตอนของแสงกระทบมายงแผน OSC ทมสยอมไวสำาหรบดดซบชวงความความยาวคลนนนไวเกดการสะทอนของทำาใหอเลกตรอนในสารเคลอบบนแผนเหลานนมพลงงานสงขน และเมออเลกตรอนมพลงงานสงขนจะทำาใหอเลกตรอนในชนเหลานวงไปรวมกนทขอบของแผนพลาสตก เกดเปนแสงทมความเขม
รปท 3 การเกดกระแสไฟฟาโดยการเคลอนของ
รปท 4 แสดงเรองแสง
ขนสงเปนพลงงานใหกบ PV ตอไป โดยประมาณ 80% ของโฟตอนจะถกเกบไวแผนพลาสตกทถกพนส
หลกการทำางานโดยสารเคลอบออแกนกสทอยบนผวกระจกหรอพลาสตกจะทำาหนาทดดซบคลนแมเหลกไฟฟาจากสเปกตมของแสง ทำาใหรงสชวงคลนอนทไมไดถก OSC ดดซบจะสามารถทะลผานไปได
เมอแสงถกดดซบในชน Dyes จะเกดการสะทอนระหวางชน dyes และชนแกวทอยถดไปลกษณะการสะทอนจะใชหลกการเดยวกบการสงผานแสงดวย Fiber optic สงตอคลนแสงไปยงบรเวณขอบของแผนแกว เกด
เปนคลนแสงทมความเขมขนสงทบรเวณขอบ โดยขอบจะมโซลาเซลลตดตงไวเพอเปลยนพลงงานจากแสงทเขมขนดงกลาวเปนพลงงานไฟฟาตอไป
รปท 5 แสดงสวนประกอบของ
เมอรงสอาทตยตกกระทบกบชนสยอม Dyes จะดดซบเฉพาะรงสอาทตยชวงความยาวคลน
การประยกตใชงาน
1. เนองจาก LSC เปนการดดซบเฉพาะรงสชวงความยาวคลนอลตราไวโอแลตและอนฟาเรดไวเทานน สวนรงสชวงการมองเหน (Visible light) จะสมารถทะลผานไปได จงทำาใหสามารถมองผานทะลดานหลงแผน LSC เหมอนกระจกโปรงแสงทวไปได
รงสทถดดดซบถกสะทอนไปยงชนของแกวซงมลกษณะเหมอนกระจกทางเดยว ไมใหรงสสะทอนออก
รงสทตกกระทบชนกระจกจะถกทำาใหสะทอนออกไปยงขอบโดยหลกการเดยวกบ Fiber optic
รงสทสะทอนไปยงขอบทำาใหเกดรงสเขมขนจนเกดแสงเขมขนสง ถายทอดพลงงานไปยง solar cell ทตดไวทขอบเพอเปลยนเปนพลงงานไฟฟาตอไป
รปท 6 แสดงกระบวนการและหลกทำางานของ LSC
2. เนองจาก LSC ทำางานดวยการเคลอบสารอนทรยทดดซบรงสอาทตยไวการเคลอบทำาใหสามารถประยกตใชกบพนผวอนนอกจากกระจกหรอพลาสตกได ดงนนการพฒนาในอนาคต LSC สามารถใชงานทำาทงสผนงอาคาร หรอรถยนตได
3. LSC เปนเซลลแสงอาทตยแบบโปรงแสง จงสามารถใชงานแทนกระจกอาคารได ซงการใชงานแทนกระจกอาคารสงนอกจากจะชวยลดพนทตดตง Solar farm ทตองใชพนทเดยวกบพนททางการ
เกษตรแลว ยงสามารถลดความรอนจากรงสอาทตยทจะเขามาในอาคารไดอกดวย
สรปผลและวจารณ
รปท 7 แสดงการใช
รปท 8 แสดงศกยภาพของพนททสามารถตดตง LSC ได
□ LSC ใชหลกการสารดดซบรงสสวนใหญเปน UV และ IR รวบรวมรงสโดยการสะทอนรงสเขมขนไปยงขอบของแผน
□ เทคโนโลย luminescent solar concentrators (LSC) ประสทธภาพประมาณ 10% นบวาเปนเทคโนโลยใหมยงคงตองพฒนาประสทธภาพ
□ แนวทางการประยกตใช ของทมวจย สวนใหญจะเนนใชกบอปกรณอเลกทรอนกส
□ สารอนทรยทเคลอบผวเสอมประสทธภาพเรว ยงหากทำาปฏกรยากบความชนสง
□ เนองจากสเคลอบผวอนทรย ตองทำาในหองทดลองทเปนสญญากาศ หากใชงานเชงพาณชยหรอตดผวกระจก ควรจะออกแบบในลกษณะฟลมตดรถยนตทลอกออกและตดตงใหมไดงาย
อางอง
1. กรมพฒนาพลงงานทดแทน และอนรกษพลงงาน กระทรวงพลงงาน, 2558, แผนพฒนาพลงงาน ทดแทน 15 ป. กระทรวงพลงงาน. [Online], Available: http://www.eppo.go.th/ccep/download/REDP_15_yrs.pdf , [22 กนยายน 2558].
2. ”A window on the future of solar glazing “Gavin D. J. Harper g.harper@glyndwr.ac.uk [Online], Available: www.gavindjharper.com http://orcid.org/0000-0002-4691-6642 Welsh Energy Sector Training (WEST) Conference, Liberty Stadium, Swansea, Wales, 16th September 2014
3. “Improvement of Luminescent Solar Concentrators using Liquid Crystal Polymer” Melissa N Ricketts, Andrea Rodarte, Lun Jiang, Roland Winston, Linda S. Hirst School of Natural Sciences and School of Engineering, University of California Merced
4. http :// www.slideshare.net/gavindjharper/a-window- on-the-future-of-solar-glazing
5. http :// www.dede.go.th/download/state_59/Thailand %20alternative%20energy%202015.pdf
6. http :// www.catdumb.com/first-transparent-solar- cell-290/
7. http :// cast.ucmerced.edu/files/public/documents/ Poster-11.pdf
8. https :// www.beartai.com/news/59185 9. http :// solarwindow.com/2015/02/new-energys-
electricity-generating-solarwindow-trumps-competition-with-industrys-fastest-ever-payback/
10. http :// www.computerworld.com/article/ 2980236/sustainable-it/solar-windows-poised-to-change-the-way-we-power-buildings.html
11. http :// www.cssckmutt.in.th/cssc/ cssc_training/doc/Designer_CH1toCH5.pdf
Recommended