1.2 อุปกรณ์รวมแสง (FOCUSING COLLECTOR)

หลักการในการใช้งานอุปกรณ์รวมแสงประเภทใช้กระจกสะท้อนแสงและเลนส์ คือ ต้องการให้แสงอาทิตย์ซึ่งมีความเข้มของแสงน้อย มีความเข้มของแสงมากขึ้นเมื่อมายังผิวโลก ทำให้เกิดความร้อนที่มีอุณหภูมิสูง (สูงกว่า 100 องศาเซลเซียส)

ประสิทธิภาพในการรวมแสงของเลนส์นั้นดีกว่าและถูกต้องเที่ยงตรงมากกว่ากระจก แต่เลนส์นั้นมีราคาแพงกว่าและการเปลี่ยนขนาดของเลนส์ให้มีขนาดใหญ่นั้นทำได้ยากกว่ากระจก และต้องการการดูแลรักษามากกว่ากระจก จึงทำให้ไม่อาจใช้เลนส์ในการทำอุปกรณ์รวมแสงได้

การนำอุปกรณ์รับแสงและอุปกรณ์รวมแสงไปใช้

ก. เครื่องทำน้ำร้อนแสงอาทิตย์ (SOLAR WATER HEATING)

ข. เครื่องอบแห้งแสงอาทิตย์ (SOLAR DRYERS)

ค.เครื่องหุงต้มแสงอาทิตย์ (SOLAR COOKERS)

ง.เตาหลอมแสงอาทิตย์ (SOLAR FURNACE)

จ.เครื่องกลั่นน้ำแสงอาทิตย์ (WATER DISTILLATION)

ฉ.เครื่องทำความอุ่นภายในอาคาร (SOLAR HEATER)

ช.เครื่องทำความเย็น (AIR CONDOTIONING)

 

ก. เครื่องทำน้ำร้อนแสงอาทิตย์ (SOLAR WATER HEATING) ระบบทำน้ำร้อนระบบนี้ใช้หลักการกาลักน้ำ (กาลักน้ำโดยอาศัยความร้อน คือ ระบบไฮโดรลิกที่อาศัยการไหลเวียนของของไหล เนื่องจากมีอุณหภูมิต่างกันน้ำร้อนซึ่งมีความหนาแน่นน้อยจะลอยสูงขึ้น น้ำเย็นซึ่งมีความหนาแน่นมากจะอยู่ข้างล่าง และไหลเข้าไปแทนที่) ซึ่งประกอบด้วย อุปกรณ์รับแสง แผ่นราบและถังน้ำ โดยถังน้ำนี้จะวางไว้เหนืออุปกรณ์รับแสงแผ่นราบ ดังรูป

อุปกรณ์ของเครื่องทำน้ำร้อน ก. แบบถังน้ำกับอุปกรณ์รับแสงแผ่นราบแยกห่างจากกัน ข.แบบถังน้ำกับอุปกรณ์รับแสงแผ่นราบอยู่ติดกัน

หลักการ คือ เมื่ออุปกรณ์รับแสงแผ่นราบได้รับความร้อน น้ำจะร้อนขึ้น ทำให้น้ำจากอุปกรณ์รับแสงแผ่นราบเบาและจะไหลขึ้นเอง น้ำที่เย็นกว่า(หนักกว่า) จากถังน้ำก็จะไหลลงมายังอุปกรณ์รับแสงแผ่นราบแทนถ้าระดับความสูงระหว่างอุปกรณ์รับแสงกับถังต่างกันมากๆ อัตราการไหลของน้ำก็จะมาก อาจทำให้อุณหภูมิของน้ำต่ำลง

 

 

ข. เครื่องอบแห้งแสงอาทิตย์ (SOLAR DRYERS) การใช้เครื่องอบแห้งแสงอาทิตย์นี้ก็เพื่อป้องกันสิ่งเจือปนซึ่งอาจทำให้เกิดการติดเชื้อโรคต่อผู้บริโภค ผลิตผลทางการเกษตรและอุตสาหกรรม ซึ่งจะทำให้คุณภาพของสินค้าต่ำลงได้ รวมทั้งป้องกันฝนมิให้โดนผลิตผลด้วย หลักในการทำเครื่องอบแห้งมี 2 วิธี คือ วิธีแรกให้ผลิตภัณฑ์ที่จะทำให้แห้งได้รับแสงโดยตรงโดยมีอุปกรณ์ป้องกันฝุ่น ดังรูป

เครื่องอบแห้งแบบกรีนเฮาส์ที่มีอุปกรณ์ช่วยทำให้แห้งในขณะที่ไม่มีแสงหรือช่วยทำให้การอบแห้งมีประสิทธิภาพดีขึ้น

อาศัยหลักปรากฏการณ์กรีนเฮาส์ โดยมีแผ่นกระจกเป็นอุปกรณ์โปร่งแสงให้แสงผ่านเข้ามาในห้องซึ่งทาสีดำไว้ หรือใช้แกลบเผาโรยพื้นเป็นตัวดูดแสงและให้มีช่องระบายลมร้อนออกจากห้องได้บ้าง หรือมีทางที่จะระบายความร้อนเข้ามาในห้อง โดยใช้อุปกรณ์ช่วยให้ความร้อนช่วยด้วยก็ได้ ซึ่งจะทำให้ประสิทธิภาพการอบแห้งสูงขึ้นและจะสามารถควบคุมอุณหภูมิของห้องได้อีกด้วย

 

 

ค.เครื่องหุงต้มแสงอาทิตย์ (SOLAR COOKERS) เครื่องหุงต้มแสงอาทิตย์นี้อาศัยหลักการของปรากฏการณ์กรีนเฮาส์

ในปีค.ศ.1837 HERSHEL ได้สร้างกล่องไม้มะฮอกกานีซึ่งปิดไว้ด้วยแผ่นแก้วและฝังไว้ในทรายซึ่งเรียกกันว่า HOT BOX พบว่าในไปใช้งานได้ไม่ค่อยสะดวกเพราะเคลื่อนย้ายลำบาก ถึงแม้ว่าจะฝังได้ง่ายตามริมฝั่งทะเล แต่จะนำไปใช้ในบริเวณที่มีดินแข็งๆ เช่นภูเขาไม่ได้

ใน ค.ศ.1882 SEMUEL LANGLEY ได้ปรัปรุงเตาชนิด HOT BOX ให้ดีขึ้นโดยใช้ฉนวนป้องกันความร้อนแทนการฝังลงดิน

เตาหุงชนิด HOT BOX ได้มีการปรับปรุงแก้ไขให้มีประสิทธิภาพดีขึ้นเรื่อยๆ เช่น มีการใช้กระจกหลายๆบานรวมแสงอาทิตย์ให้ส่องเข้าภายในกล่อง เพื่อให้ภายในกล่องมีความร้อนมากขึ้น ต่อมา Dr.ABBOT ได้เพิ่มเครื่องกักเก็บความร้อนไว้เพื่อจะได้หุงต้มได้ตลอด 24 ชั่วโมง

นอกจากนี้ ยังมีการออกแบบเตาหุงต้มแสงอาทิตย์นี้ให้มีโลหะสะท้อนแสงอาทิตย์ไปที่จุดโฟกัสภายในกล่องซึ่งมี GLAUBER'S SALT สำหรับเก็บสะสมและดูดความร้อนไว้ใช้หลังจากดวงอาทิต ย์ตกแล้ว เพื่อนำไปใช้ในการทำอาหารค่ำได้ เตาชนิดนี้มีความร้อนถึง 200 องศาเซลเซียส

ต่อจากนั้นมาในการสร้างเตาหุงต้มแสงอาทิตย์ได้มีการใช้หลักการของการสะท้อนแสงจากดวงอาทิตย์ให้ไปรวมกันที่จุดเล็กๆ แทนการกักเก็บความร้อนไว้ภายในกล่องปิด

การที่จะรวมแสงจากดวงอาทิตย์ให้เป็นจุดเล็กๆจุดหนึ่งได้ดีที่สุดนั้น ตัวสะท้อนแสงควรจะเป็นฉากกับลำแสงอาทิตย์(ณ สถานที่ต่างกันบนโลกจะมีมุมต่างกัน) มีหลักปักไว้ตรงกลางและตั้งฐานเป็นตะแกรงไว้สำหรับวางภาชนะหุงต้ม ณ จุดโฟกัสพอดี

หม้อหุงต้มควรเป็นสีดำ เพราะดูดกลืนความร้อนได้ดีและไม่มีการสะท้อนความร้อนออกมาสู่ภายนอกทำให้ได้ประสิทธิภาพดี และเพื่อให้ประสิทธิภาพดียิ่งขึ้นควรใช้หม้อความกดดัน เพราะมักจะเก็บความร้อนไว้ได้โดยไม่สูญเสียไปในอากาศได้

การสร้างเตาหุงต้มแสงอาทิตย์นี้มีประโยชน์มากโดยเฉพาะในประเทศที่ขาดแคลนเชื้อเพลิง เช่น ญี่ปุ่น เป็นต้น เพราะเป็นการนำพลังงานแสงอาทิตย์ซึ่งเป็นพลังงานจากธรรมชาติมาใช้ประโยชน์แทนเชื้อเพลิงฟอสซิลที่กำลังจะขาดแคลนในอนาคต

 

 

ง.เตาหลอมแสงอาทิตย์ (SOLAR FURNACE) เตาหลอมพลังงานแสงอาทิตย์ใช้หลักการรวมแสง เช่นเดียวกับเตาหุงต้มแสงอาทิตย์ โดยทำเป็นกระจกโค้งรูปพาราโบลา ซึ่งจะโฟกัสความร้อนไปรวมไว้ที่จุดเล็กที่สุด ทำให้มีอุณหภูมิสูงมากกว่าความร้อนที่ได้จาก OXYACETYLENE คือ อาจสูงกว่า 4,000 องศาเซลเซียส

ในปี ค.ศ.1921ได้มีการปรับปรุงเตาหลอมให้มีประสิทธิภาพดีขึ้นโดยใช้กระจกฉาบเงินเป็นตัวสะท้อนแสงอาทิตย์ โดยทำให้แสงสะท้อนลงบนตัวสะท้อนแสงซึ่งเป็นรูปพาราโบลา ตัวสะท้อนแสงอาทิตย์จะถูกยึดเอาไว้ให้อยู่กับที่ แต่กระจกช่วยสะท้อนแสงซึ่งเรียกว่า HELIOSTAT จะหมุนตามดวงอาทิตย์ไปตลอดเวลา

ในปัจจุบันโลกมีความเกี่ยวข้องกับอุณหภูมิสูงขึ้นดังนั้น ในโรงงานอุตสาหกรรมต่างๆ จึงมีความสนใจที่จะพัฒนาเตาหลอมแสงอาทิตย์เพื่อให้ได้ประโยชน์สูงสุด

แต่ก่อน การทำให้อุณหภูมิสูงๆ นั้นทำได้โดยใช้ไฟอาร์ค(ARC FURNACE) ซึ่งเป็นกระบวนการทางไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ และเทคนิคของ SHOCK WAVE แต่โดยวิธีนี้ทำอุณหภูมิให้สูงได้เพียงเสี้ยวหนึ่งของวินาที นอกจากนี้ยังเกิดสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่ขั้วไฟฟ้า และสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กนี้มักจะเข้าไปภายในทำให้ภาชนะที่ใส่ซึ่งเป็นโลหะหลอมละลายอีกด้วย

มีการนำเตาหลอมแสงอาทิตย์ไปผลิตส่วนต่างๆของเครื่องบิน โดยมีการทดลองหาวัสดุที่ทนความร้อนได้สูงโดยใช้เตาหลอมแสงอาทิตย์ ณ อุณหภูมิที่เตาหลอมทำได้ ซึ่งจะเท่ากับความร้อนที่เกิดขึ้นจากการบิน ซึ่งวัสดุนี้จะนำมาใช้ในการทำปีกเครื่องบิน หรือส่วนอื่นๆเพื่อป้องกันการหลอมละลายหรือการกลายเป็นไอขณะที่บินด้วยความเร็วสูงมากๆ

นอกจากนำเตาหลอมแสงอาทิตย์ไปใช้ในงานเกี่ยวกับการผลิตส่วนต่างๆ ของเครื่องบินแล้ว ยังมีการนำเตาหลอมแสงอาทิตย์ไปใช้ในการทำฟอสฟอรัสให้บริสุทธิ์ เพื่อนำมาใช้ทำปุ๋ยได้ด้วย โดยกระบวนการแยกไนโตรเจนออกจากบรรยากาศ ดังนั้นดวงอาทิตย์ไม่เพียงแต่ช่วยให้ต้นไม้เจริญเติบโตเท่านั้น แต่ยังสามารถทำปุ๋ยให้ต้นไม้อีกด้วย

นอกเหนือจากที่กล่าวมาทั้งหมด เตาหลอมแสงอาทิตย์ยังสามารถใช้ประโยชน์ได้หลายอย่าง เช่น นำมาทำคอนกรีต ผลิตกระแสไฟฟ้าพลังไอน้ำ ผลิตโลหะและสารที่ไม่ไหม้ไฟ ฯลฯ

เตาหลอมแสงอาทิตย์ที่เหมาะกับงานด้านอุตสาหกรรมเหล็กและเหล็กกล้า ควรมีขนาด 50-100 ฟุต

 

 

จ.เครื่องกลั่นน้ำแสงอาทิตย์ (WATER DISTILLATION) เครื่องกลั่นน้ำแสงอาทิตย์เหมาะกับบริเวณที่ขาดแคลนน้ำอุปโภค บริโภค เช่น ในเรือกลางทะเล คือ เครื่องจะทำการกลั่นน้ำกร่อยหรือน้ำทะเลให้เป็นน้ำจืดเพื่อใช้ในการอุปโภค บริโภค

หลักการกลั่นน้ำของเครื่องกลั่นน้ำแสงอาทิตย์จะคล้ายกับการกลั่นตัวของหยดน้ำตกลงมาเป็นฝน คือ ทำให้น้ำกร่อยหรือน้ำทะเลผ่านเข้าไปในภาชนะสีดำ และปิดไว้ด้วยกระจกใสซึ่งเอียงทำมุมที่พอเหมาะให้แสงอาทิตย์ส่องผ่านลงไปได้ เมื่อแสงอาทิตย์ส่องผ่านกระจกไปยังภาชนะสีดำซึ่งดูดกลืนความร้อนได้ดี น้ำในภาชนะจะระเหยกลายเป็นไอ ลอยขั้นไปกระทบกับแผ่นกระจกซึ่งมีอุณหภูมิต่ำกว่า จึงมีการควบแน่นของไอน้ำกลายเป็นหยดน้ำเกาะกับแผ่นกระจกซึ่งได้เอียงทำมุมที่เหมาะสม หยดน้ำเหล่านั้นจะค่อยๆไหลลงสู่รางซึ่งอยู่ด้านล่างของกระจก

อัตราของการกลั่นขึ้นอยู่กับ

ก.พลังงานแสงอาทิตย์ที่ส่องลงมา

ข.ประสิทธิภาพของตัวดูดกลืนแสงอาทิตย์

ค.สภาพการถ่ายเทของอากาศ เนื่องจากขณะที่ไอน้ำควบแน่นกลายเป็นหยดน้ำมีการคายความร้อนออกมาด้วย ดังนั้นเมื่อมีลมพัดมา จะช่วยถ่ายเทความร้อออกไปได้ ทำให้การกลั่นมีประสิทธิภาพสูง

 

 

ฉ.เครื่องทำความอุ่นภายในอาคาร (SOLAR HEATER) การใช้แสงอาทิตย์ทำให้อาคารอุ่นขึ้น ทำได้โดยนำตัวรับแสงอาทิตย์ ไปติดบนหลังคาบ้านส่วนที่รับแสงอาทิตย์ในระบบเครื่องทำความอุ่นภายในอาคารนั้นจะต้องมีถังเก็บความร้อน โดยการใช้เครื่องสูบน้ำทำให้น้ำเย็นไหลขึ้นไปสู่ตัวรับแสงอาทิตย์ น้ำร้อนที่ได้จะไหลลงมาสู่ถังเก็บความร้อน หลังจากนั้นจะมีการถ่ายเทความร้อนจากถังเก็บความร้อนไปสู่ภายในอาคารบ้าเรือน

ถ้าต้องการให้อาคารอุ่นตลอดทั้งวัน จะต้องมีการนำแหล่งพลังงานความร้อนอื่นมาเป็นระบบเสริม เช่น ระบบให้ความร้อนด้วยกระแสไฟฟ้าหรือก๊าซ เนื่องจากแสงอาทิตย์ส่องไม่สม่ำเสมอ

 

 

ช.เครื่องทำความเย็น(AIR CONDOTIONING) เทคโนโลยีพื้นฐานของเครื่องทำความเย็น คือ

ก.ระบบคอมเพรสเซอร์ ซึ่งจะขับเคลื่อนด้วยพลังงานกล

ข.ระบบดูดความร้อน ซึ่งจะใช้ความร้อนโดยตรง

เครื่องทำความเย็นแสงอาทิตย์ประกอบด้วย

1.เครื่องระเหย

2.เครื่องควบแน่น

3.ลิ้นขยายตัว

การทำงานของเครื่องทำความเย็นแสงอาทิตย์นี้อาศัยสมบัติของสารคู่หนึ่งที่เหมาะสม คือ สารทำความเย็นและสารดูดกลืน ซึ่งจะดูดกลืนสารทำความเย็นได้ดีที่อุณหภูมิต่ำ เช่น แอมโมเนีย-น้ำ โดยแอมโมเนียจะเป็นสารทำความเย็น ส่วนน้ำจะเป็นสารดูดกลืน เมื่อแสงอาทิตย์ผ่านแผ่นรับแสงอาทิตย์เข้ามายังสารทั้งสอง ซึ่งใส่ไว้ในภาชนะที่เครื่องกำเนิดของสารทำความเย็น แอมโมเนียจะเดือดกลายเป็นไอ เหลือแต่สารดูดกลืนซึ่งจะถูกดูดไปยังภาชนะสำหรับการดูดกลืน ไอของสารทำความเย็นจะไหลเข้าสู่เครื่องควบแน่นและคายความร้อนออกแล้วควบแน่นเป็นสารทำความเย็นที่เครื่องนี้ ไอของสารทำความเย็นจะไหลลงสู่ภาชนะสำหรับดูดกลืนกลายเป็นสารละลายในภาชนะนี้ หลังจากนั้นสารละลายทั้งสองจะถูกดูดกลืนสู่เครื่องกำเนิดอีกครั้ง

การทำงานของเครื่องทำความเย็นจะมีประสิทธิภาพดีขึ้น ต้องมีถังเก็บความร้อนเพื่อสะสมพลังงานความร้อนในช่วงที่มีแสงอาทิตย์ไม่เพียงพอ