วารสารวิจัยพลังงาน ปีที่ 10 ฉบับ ...วารสารว จ ยพล งงาน ป ท 10 ฉบ บท 2 (พฤษภาคม

57 วารสารวจยพลงงาน ปท 10 ฉบบท 2 (พฤษภาคม - สงหาคม) 2556

สมรรถนะของระบบผลตไฟฟาและความรอนดวยแผงผลตไฟฟาและความรอนชนดแผนเรยบรบความรอน แบงค ศรสข1 และ วทยา ยงเจรญ2

1สหสาขาวชาเทคโนโลยและการจดการพลงงาน บณฑตวทยาลย จฬาลงกรณมหาวทยาลย 2ภาควชาวศวกรรมเครองกล คณะวศวกรรมศาสตร จฬาลงกรณมหาวทยาลย [email protected] บทคดยอ งานวจยไดท าการศกษาสมรรถนะของระบบผลตไฟฟาและความรอนดวยแผงรบความรอนแบบใชน าเปนตวถายเทความรอนของระบบ ระบบจะประกอบดวยแผง PV/Tทท าการศกษาขนาด 0.79 ตารางเมตร ถงเกบน ารอนขนาด 80 ลตร เครองสบน าขนาดเลก เครองควบคมมอตราการไหลของน า เครองควบคมมการประจมแบตเตอร และแบตเตอร ระบบ PV/T ตดตงบนดาดฟาของอาคารคณะวศวกรรมศาสตร (N13.735558 E100.533257) จมฬาลงกรณมหาวทยาลย กรมงเทพมหานคร โดยให แผง PV/T วางหนหนาไปทางทศใตและท ามมมกบพน 15˚ การทดสอบท าในชวงเดอนตมลาคม ป 2555 ขอมลทใชในการศกษาและวเคราะห ไดแก ขอมลความเขมแสงอาทตย ขอมลอมณหภมน าเรมตน ขอมลอมณหภมน าเขาแผง และขอมลอมณหภมอากาศภายนอก การทดสอบก าหนดคาอตราการไหลของน าคงทท 1.2 ลตรตอนาท ขอมลทงหมดจะถกเกบทมกๆ 2 นาท จากเวลา 8:00 น. ถง 16:00 น เปนเวลา 10 วน. โดยเครองเกบขอมลอตโนมต ในสวนการวเคราะหหาคาพลงงานไฟฟาจะใชขอมลการตรวจวดแรงดนไฟฟาและกระแสไฟฟาจากแบตเตอร โดยตอวงจรกบตวตานทานชนดไวรวาวดเพอหาก าลงไฟฟา จากนนคณกบเวลาทดงประจมออกจากแบตเตอรจะไดเปนพลงงานไฟฟา จากการวเคราะหขอมลพบวาระบบ PV/T มประสทธภาพทางความรอนรายวนเฉลยท 40.9% ประสทธภาพทางไฟฟารายวนเฉลยท 3.0% และประสทธภาพรวมรายวนเฉลยท 43.9% เมอใชขอมลคาความเขมแสงอาทตย และอมณหภมอากาศภายนอกป 2553 สามารถค านวณคาพยากรณทระบบ PV/T สามารถผลตพลงงานไฟฟาและพลงงานความรอนเฉลยได 78 Wh/day และ 1,181 Wh/day ทอมณหภมน ารอน 41.7˚C ตามล าดบ

ค าสบคน พลงงานแสงอาทตย แผงรบแสงอาทตยชนดแผนเรยบ ประสทธภาพ


PERFORMANCE OF AN ELECTRICITY AND

THERMAL SYSTEM USING PV/T COLLECTOR

Bank Srisuk and Withaya Yongchareon

1Energy Technology and Management (Interdisciplinary Program) Graduate School.

Chulalongkorn University Bangkok

2Department of Mechanical Engineering. Faculty of Engineering

Chulalongkorn University Bangkok [email protected]

ABSTRACT

The performance of PV/T system for producing electricity and thermal energy using

water as a heat transfer media was studied in this research. The system consists of PV/T

collector having an area of 0.79 square meters, storage tank with 80 liters of water, small

water pump, water flow rate controller, battery charge controller, and battery. The PV/T

collector system was installed on the roof of faculty of engineering building (N13.735558

E100.533257) Chulalongkorn University, Bangkok. The PV/T collector was installed at 15

degree to the floor plain and facing to the south. The test was conducted in October 2012. The

parameters were solar intensity, the initial and the final water temperature inside storage tank,

the inlet and outlet water temperature from PV/T collector and ambient temperature. During

the test, the water flow rate was set constant at 1.2 liters/minute. All parameters were

collected every 2 minutes during 8:00 AM to 4:00 PM in 10 days by using data logger. The

parameters to analyze the electric power were the voltage and the electric current measured

from wire wound resistance in a battery discharging circuit. The electric power then

multiplied with time (hr) to result the electric energy. From data analysis, the mean daily

thermal efficiency is 40.9%, the mean daily electricity efficiency is 3.0%, and the mean daily

overall efficiency is 43.9%. With the historical data of the solar intensity and environment

temperature in 2010, the predicted mean electrical energy and the thermal energy from the

PV/T system were 78 Wh/day and 1,181 Wh/day, respectively at the hot water temperature of

41.7˚C.

KEYWORDS

Solar Energy, Photovoltaic Thermal Water Collector, Flat Plate, Efficiency


ค าอธบายสญลกษณและค ายอ = คาการทะลมผานและคาการดดซบแสงอาทตย

= ประสทธภาพทางความรอน

= ประสทธภาพทางไฟฟา = สมประสทธการถายเทความรอนรวม x เวลา (J/ m2K) หรอ (MJ/ m2K)

= คาสมประสทธการสญเสยความรอนของน าทไหลผานแผง PV/T (W/m2K)

= มวลของน า (kg)

= อตราการไหลเชงมวล (kg/s)

= คาความรอนจ าเพาะของน า (J/kg- K)

= อมณหภมเฉลยน าเขาแผง (oC) = อมณหภมเฉลยน าออกจากแผง (oC)

= อมณหภมเฉลยของน าเรมตนในถงเกบความรอนเขาแผง (oC)

= อมณหภมเฉลยของน าสมดทายในถงเกบความรอน (oC)

= อมณหภมของอากาศภายนอก (oC)

= กระแสไฟฟา (A)

= แรงดนไฟฟา (V) = เวลา (hr)

= พลงงานแสงอาทตยทแผงไดรบในชวงเวลาหนง ≈ ความเขมแสงอาทตย (G) x เวลา (t) (J/m2 หรอ MJ/m2)

= พนทของแผงเซลลแสงอาทตย: PV/T (m2)

= ความเขมรงสแสงอาทตยเฉลย (W/m2) = คาแฟคเตอรการดดความรอนของแผงรบแสงอาทตย

1. บทน า ปจจมบนปญหาดานพลงงานเปนปญหาส าคญทมผลกระทบกบมนมษยทวโลก ทงในตางประเทศและประเทศไทยเองจงมการสงเสรมใหมการศกษาวจยเกยวกบปญหาดานพลงงาน เหนไดจากจ านวนงานวจยทเพมมากขนในการแกไขปญหาและแนวทางการอนมรกษดานพลงงานและสงแวดลอม สาเหตมหลกทท าใหตองมการอนมรกษพลงงานสามารถแบงออกไดเปน 3 สาเหตมหลก อนไดแก การขาดแคลนและหมดสนไปของทรพยากรดานพลงงาน สาเหตมท 2 ทไมสามารถมองขามไปไดเลยกคอ ปญหาดานสงแวดลอม และสาเหตมสมดทายซงอาจจะเปนสาเหตมทางออมแต ณ ปจจมบนถอวาเปนสาเหตมทส าคญอกประการ คอ ปญหาทางเศรษฐกจ การใชแผง PV/T เหมาะส าหรบพนททมขนาดจ ากด ตองการใชทงระบบผลตกระแสไฟฟาและระบบท าความรอน และตองการลดตนทมนการตดตง จากเดมตองตองตง 2 แผงแยกกนเพอวตถมประสงคในการผลตไฟฟาแผงหนงและในการผลตความรอนอกแผงหนง แตแผง PV/T จะรวมทงสองวตถมประสงคเขาดวยกน ท าใหลดการใชแผงลงเหลอเพยง 1 แผงทสามารถผลตไดทงไฟฟาและความรอน แผง PV/T เรมน ามาตดตงในอาคารขนาดใหญ การวจยครงนจะเนนการพฒนางานวจยกอนหนา [5] ในเรองการปรบสมรรถนะของระบบแผงเพอให


แผง PV/T เหมาะทจะตดตงส าหรบใชในบานพกอาศย งานวจยนจะใชแผง PV/T ทมขนาดเลก ใชพนทตดตงไมมากนก ส าหรบการใชงานในพนทขนาดเลก เนองจากโดยสวนใหญพนทขนาดเลกหรอบานพกอาศยจะมการใชทงพลงงานไฟฟาและพลงงานความรอนโดยวตถมดบจากทรพยากรสนเปลอง ดงนนหากการท าวจยนประสบความส าเรจกนาจะเปนตนแบบการใชพลงงานทางเลอกและลดการใชพลงงานจากทรพยากรสนเปลอง เปนการประหยดคาใชจายและชวยในการอนมรกษพลงงานเพมมากขน

2. ศกยภาพพลงงานแสงอาทตยของประเทศไทย

รปท 1 แสดงแถบรงสศกยภาพพลงงานแสงอาทตยรายเดอนของประเทศไทย [1]

จากขอมลของกรมพฒนาและสงเสรมพลงงานรวมกบคณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยศลปากร[1] ระบมวาประเทศไทยมความเขมรงสแสงอาทตยตามบรเวณตางๆ ในแตละเดอนนนไดรบอทธพลจากลมมรสมมตะวนออกเฉยงเหนอ และลมมรสมมตะวนตกเฉยงใต ซงประเทศไทยจะไดรบรงสแสงอาทตยเฉลยสงสมดในชวงเดอนเมษายนถงเดอนพฤษภาคม โดยมคารงสแสงอาทตยในชวง 20 – 24 MJ/m2.day จากรปท 1 แสดงแถบรงสศกยภาพพลงงานแสงอาทตยรายเดอนของประเทศไทย เหนไดวาประเทศไทยเปนประเทศทมพนทเหมาะสมเปนอยางมาก จากขอมลของสถาบนวจยและพฒนาพลงงาน มหาวทยาลยเชยงใหมรวมกบส านกนโยบายและแผนยมทธศาสตร ส านกปลดกระทรวงพลงงาน กระทรวงพลงงาน ระบมวาประเทศไทยไดรบรงสเฉลยทวประเทศในแตละวนจะมคาประมาณ 18.2 MJ/m2.day


3. แผงรบแสงอาทตยแบบผลตไฟฟาและความรอนรวม (Photovoltaic/Thermal: PV/T)

รปท 2 แผง PV/T รปท 3 แสดงรายละเอยดสวนประกอบภายในแผง PV/T [3]

แผงรบแสงอาทตยแบบผลตไฟฟาและความรอนรวม (PV/T) เปนแผงทไดแนวคดและพฒนามาจากแผงเซลลแสงอาทตยมารวมกบแผงรบแสงอาทตยเพอผลตความรอน โดยแผง PV/T จะใชของไหล 2 ชนดหลกๆ มาเปนตวดดซบความรอน ไดแก น าและอากาศ [2] แผง PV/T ทนยมใชในปจจมบนเปนแบบ PV/T ประเภททอและแผนเรยบ เนองจากสรางงายและมราคาถก และคาประสทธภาพอยในชวงทดเหมาะกบการน ามาใชงานจรง แผง PV/T ทใชในการทดสอบเปนแผงเซลลแสงอาทตยแบบ Amorphous Silicon โดยแผงเซลลแสงอาทตยมขนาดของแผง 63.5 x 124.5 ตารางเซนตเมตร, ขนาดพนท 0.79 ตารางเมตร อมณหภมการท างานของแผงตงแต -40 ถง 850C ก าลงไฟฟาของแผงทระบม 40 วตต แรงดนไฟฟาวงจรเปด 62.2 โวลต กระแสไฟฟาลดวงจร 1.14 แอมป แรงดนไฟฟาขณะแผงท างาน 44.8 โวลต กระแสไฟฟาขณะแผงท างาน 0.93 แอมป และประสทธภาพของแผงภายใต Standard Test Conditions 5.2 % ภายในแผง PV/T มแผนอลมเนยมรบความรอนและทอทองแดงขดทมขนาดเสนผานศนยกลาง 0.95 เซนตเมตร เปนทอเดยวตอแบบอนมกรม ดานบนแผงปดดวยแผนกระจกใส ดานลางของแผงมแผนฉนวนกนความรอนขนาด 0.25 เซนตเมตร ดานขางของแผงระหวางแผนกระจกใสและแผนเซลลแสงอาทตยปดดวยฉนวนกนความรอน กลองของแผงท าดวยแผนเหลกพนสกนสนมปดทบดวยแผนโลหะบางและฉนวนกนความรอน ในรปท 3 แสดงรายละเอยดสวนประกอบภายในแผง PV/T

4. ระบบวงจรการถายโอนพลงงานจากแสงอาทตยกบระบบ PV/T ในการถายโอนพลงแสงอาทตยเขาแผงทดสอบ PV/T สามารถอธบายไดโดยเมอแสงอาทตยแผรงสและพาความรอนผานอากาศมากระทบแผง โดยสวนแรกทกระทบเปนแผนกระจกจากนนกแผรงสและพาความรอนมาถงแผงเซลลแสงอาทตย จากนนกเปนการน าความรอนไปยงแผนรบความรอนและทอทองแดง แลวจงถายเทความรอนไปยงน าทเปนตวกลางในการรบพลงงานความรอน [5]


สมการสมดมลพลงงานทระบบ PV/T [แสงอาทตยและเวลาทแผน PV/T ไดรบ] = [ความรอน + ไฟฟา] + [พลงงานทสญเสยทงหมด]

[ ] [ ] [ ] (1)

รปท 4 แสดงวงจรการถายเทความรอนของแผง [4]

5. ประสทธภาพแผงและระบบ PV/T ประสทธภาพความรอนของแผง PV/T [4]

(2)

ในงานวจยนจะวเคราะหหาคาประสทธภาพของระบบ PV/T ซงจะมทงแผง PV/T และถงเกบน ารอน จงตองใชสมการหาคาประสทธภาพความรอนของระบบ PV/T ดงน ประสทธภาพความรอนของระบบ PV/T [5]

( )

(3)

ประสทธภาพไฟฟาของระบบ PV/T [4]

(4)

จากสมการ (4) ก าลงไฟฟาค านวณไดจากแรงดนและกระแสไฟฟาจากการคายประจม (Discharge) ออกจากแบตเตอร ดงนนประสทธภาพทางไฟฟาจากแผง PV/T ทประจมลงในแบตเตอรจงค านวณไดจาก

(5)


ส าหรบอมณหภมน าเรมตนและอมณหภมน าสมดทายในถงเกบความรอน อมณหภมอากาศภายนอก และความเขมรงสแสงอาทตยจะใชคาเฉลยเพอน ามาค านวณตามสมการขางตน ในสวนของคาประสทธภาพทางความรอนและไฟฟาทวดและค านวณไดจรงซงเปนผลรวมคาความรอนสญเสยแลวจงไมจ าเปนตองน าคาพลงงานความรอนสญเสยมาค านวณ

6. การทดสอบแผง PV/T

ท าการทดสอบในชวงเดอนตมลาคม พ.ศ.2555 ในเขตพนทกรมงเทพมหานคร โดยใชพนทบรเวณดาดฟาของอาคารอนมสาสนยนตรกรรม จมฬาลงกรณมหาวทยาลย ซงเปนพนททโลงแจงไมมเงาทเกดจากวตถมมาบดบงแสงอาทตย ในการทดสอบใชแผงรบแสงอาทตยแบบ PV/T ซงท ามาจากแผง PV ขนาด 40 W, 60 V น ามาประกอบเขากบแผงอลมเนยมรบความรอนทมทอทองแดงขดตดอยเพอใชระบายความรอนโดยมน าเปนตวรบความรอน สวนประกอบทงหมดถกบรรจมลงในกลองทบมดวยฉนวนกนความรอนและมกระจกใสปดเปนฝาสวนบนของแผง แผงรบแสงอาทตยหนหนาไปทางทศใต ท ามมม 15˚ กบพนราบ ชวงเวลาในการทดสอบแผง PV/T ตงแตเวลา 8:00 – 16:00 น. เปนเวลา 10 วน ในการบนทกขอมลใชเครองบนทกขอมลอตโนมต ซงเครองจะบนทกขอมลทมกๆ 2 นาท ขอมลทบนทกประกอบดวย อมณหภมน าเขาและออกจากแผง อมณหภมน าในถงเกบ อมณหภมบรรยากาศ อมณหภมแผง ความเขมแสงอาทตย และแรงดนไฟฟาทวดไดจากแบตเตอรเกบไฟฟา ปรมาณน าในถงเกบทใชในการทดสอบ 80 ลตร โดยใชอตราการไหลของน าเขาแผงประมาณ 1.2 ลตรตอนาท หรอ 72 ลตรตอชวโมง รปท 5 แสดงแผนภาพของระบบทใชในการทดสอบ และรปท 6 แสดงแผนภาพการตอวงจรการจายไฟฟาจากแบตเตอร

รปท 5 แสดงแผนภาพของระบบทใชในการทดสอบ รปท 6 แสดงแผนภาพการตอวงจรการจายไฟฟาจาก แบตเตอร


ตารางท 1 แสดงรายละเอยดจมดตรวจวด คาทตรวจวด และเครองมอการตรวจวดการท างานของระบบแผงทดสอบ PV/T จดตรวจวดท บรเวณจดตรวจวด คาทตรวจวด เครองมอการตรวจวด

1 จมดการเตมน าเขาถง ปรมาตรน าทก าหนดไว (80 ลตร) มเตอรวดน า 2 จมดน าเขาแผง PV/T อมณหภมน า เทอรโมคปเปล 3 จมดน าออกจากแผง PV/T อมณหภมน า เทอรโมคปเปล 4 น าในถงจมดท 1 อมณหภมน า เทอรโมคปเปล 5 น าในถงจมดท 2 อมณหภมน า เทอรโมคปเปล 6 สงแวดลอม อมณหภมอากาศ เทอรโมคปเปล 7 แผง PV อมณหภมแผง PV เทอรโมคปเปล 8 จมดตรวจความเขมแสงอาทตย ความเขมแสงอาทตย เครองวดความเขมแสงอาทตย 9 แบตเตอร แรงดนไฟฟา (Volt) เครองวดแรงดนไฟฟา

จากตารางท 1 จมดตรวจวดท 2 จมดน าเขาแผง PV/T และจมดตรวจวดท 3 จมดน าออกจากแผง PV/T เพอใชเปนคาในการค านวณหาประสทธภาพของแผง PV/T แตในงานวจยนค านวณหาประสทธภาพของระบบ PV/T ดงนนในการค านวณจงใชคาอมณหภมเฉลยของน าเรมตนและสมดทายในถงเกบน ารอนแทน ในสวนของคาอมณหภมเฉลยของน าเขาแผงและออกแผงนนเปนการตรวจเพอแสดงใหเหนการเปลยนแปลงของอมณหภมเฉลยของน าในเวลาทเปลยนไปเทานน ในสวนของ จมดตรวจวดท 9 แบตเตอร เปนจมดตรวจวดคาแรงดนไฟฟาทไมใชคาแรงดนไฟฟาทน ามาค านวณหาพลงงานไฟฟาของระบบ หากแตเปนการตรวจวดเพอใหทราบคาแรงดนไฟฟาทแผงประจมผานเครองควบคมมการประจมสแบตเตอร เพอใหทราบคาแรงดนไฟฟา ณ ขณะท าการทดสอบวาคาแรงดนไฟฟาจะไมเกนจนสงผลเสยตอการท างานของแบตเตอร ซงในสวนการหาพลงงานไฟฟาเพอน ามาค านวณหาประสทธภาพไฟฟาของระบบนนจะท าการทดสอบการดงประจมหลงจากการทดสอบระบบแผงเปนเวลา 8 ชวโมงแลว รายละเอยดการตอวงจรการจายไฟฟาของแบตเตอรแสดงในรปท 6 ทแสดงในขางตน

7. ขอมลพลงงานแสงอาทตยและอณหภมอากาศภายนอก

ขอมลพลงงานแสงอาทตยและอมณหภมอากาศภายนอกเฉลยรายชวโมงของวนท 25 ตมลาคม 2555 บรเวณดาดฟาของอาคารอนมสาสนยนตรกรรม จมฬาลงกรณมหาวทยาลย กรมงเทพมหานคร แสดงในรปท 7 ซงมคาความเขมแสงอาทตยเฉลยและคาความเขมแสงอาทตยสงสมดระหวางเวลา 8:00 ถง 16:00 น. มคา 539 และ 685 W/m2 ตามล าดบ และอมณหภมอากาศภายนอกเฉลยมคา 34.5˚C


รปท 7 ความเขมแสงอาทตยและอมณหภมภายนอกเฉลยรายชวโมง วนท 25 ตมลาคม 55

8. ผลการทดสอบระบบ PV/T ขอมลในรปท 8 แสดงอมณหภมน าในถง อมณหภมน าเขาและออกจากแผง PV/T เฉลยรายชวโมงของวนท 25 ตมลาคม 2555 และขอมลในรปท 9 แสดงอมณหภมเฉลยของน าเรมตนในถงเกบน ารอน และอมณหภมเฉลยของน าสมดทายในถงเกบน ารอน ของวนท 25 ตมลาคม 2555 อมณหภมเฉลยน าเรมตน 29.1˚C และอมณหภมเฉลยน าสมดทาย 45.2˚C

รปท 8 อมณหภมของน าในถง เขาและออกจากแผงเฉลย รปท 9 แสดงอมณหภมเฉลยของน าเรมตนในถงเกบน ารอน รายชวโมง วนท 25 ตมลาคม 55 และอมณหภมเฉลยของน าสมดทายในถงเกบน ารอน วนท 25 ตมลาคม 55 ขอมลในตารางท 2 แสดงรายละเอยดในการดงประจมไฟฟา (Discharge) จากแบตเตอร ของวนท 25 ตมลาคม 2555 โดยมคาแรงดนไฟฟา คากระแสไฟฟา และเวลาในการดงประจม จงไดคาพลงงานไฟฟา และรปท 10 แสดงกราฟพลงงานไฟฟา (Wh) จากแบตเตอรของวนท 25 ตมลาคม 2555 ดงน


ตารางท 2 แสดงรายละเอยดในการดงประจมไฟฟา (Discharge) จากแบตเตอร ของวนท 25 ตมลาคม 55

รปท 10 แสดงกราฟพลงงานไฟฟา (Wh) จากแบตเตอร ของวนท 25 ตมลาคม 55 ประสทธภาพไฟฟาของระบบ PV/T หาไดจากการดงประจมไฟฟา (Discharge) ออกจากแบตเตอรขนาด 12V 18Ah วนท 25 ตมลาคม 2555 โดยแบตเตอรใหพลงงานไฟฟาออกมาได 109.0 Wh เมอน ามาค านวณหาคาประสทธภาพไฟฟารายวนของวนท 25 ตมลาคม 2555 ไดคาประสทธภาพไฟฟารายวน 3.2% ประสทธภาพความรอนรายวน 44.0% ดงนนประสทธภาพรวมรายวน มคา 47.2% ทคาความเขมแสงอาทตยเฉลย 539 W/m2 และอตราการไหลของน าท 1.2 ลตรตอนาท ในตารางท 3 แสดงรายละเอยดจากการค านวณประสทธภาพทางความรอนรายชวโมงของระบบ PV/T ทง 10 วนทท าการทดสอบ ในตารางท 4 แสดงรายละเอยดจากการค านวณหาคาประสทธภาพทางความรอนรายวนของระบบ PV/T ทง 10 วนทท าการทดสอบ โดยใชอตราการไหล 1.2 ลตรตอนาทหรอ 72 ลตรตอชวโมง และในตารางท 5 แสดงรายละเอยดจากการค านวณหาคาประสทธภาพทางไฟฟารายวนของแบตเตอรขนาด 12V 18Ah เปนเวลา 5 วนทท าการทดสอบ

ตารางท 3 แสดงประสทธภาพทางความรอนรายชวโมง (อตราการไหลของน า 72 ลตรตอชวโมง)

วนท

ประสทธภาพทางความรอนรายชวโมงของระบบแผง PV/T ในอตราการไหลของน าเขาแผง 72 ลตรตอชวโมง (%) ชวโมงท 1 ชวโมงท 2 ชวโมงท 3 ชวโมงท 4 ชวโมงท 5 ชวโมงท 6 ชวโมงท 7 ชวโมงท 8

17 ต.ค. 55 36.5 31.4 52.8 36.8 44.3 54.7 2.5 13.1 18 ต.ค. 55 30.8 42.3 51.5 47.2 67.9 33.3 27.2 5.1 19 ต.ค. 55 34.5 49.9 43.9 33.8 45.6 33.2 29.0 49.2 20 ต.ค. 55 6.6 42.1 57.7 46.2 35.5 52.1 34.1 19.8 21 ต.ค. 55 4.3 27.2 34.2 42.4 45.5 46.7 43.1 14.4 25 ต.ค. 55 27.9 45.9 47.6 54.4 44.3 35.2 41.3 48.3 26 ต.ค. 55 21.2 44.7 55.5 47.0 36.2 48.8 28.6 -6.0 27 ต.ค. 55 24.5 43.1 41.2 42.7 39.8 46.6 36.4 14.6 28 ต.ค. 55 34.4 50.0 46.5 53.0 43.0 44.7 21.9 31.1 29 ต.ค. 55 11.4 59.1 17.3 48.9 32.4 66.0 -12.9 12.3


ตารางท 4 แสดงประสทธภาพทางความรอนรายวน (อตราการไหลของน า 72 ลตรตอชวโมง) ประสทธภาพทางความรอนรายวนของระบบแผง PV/T ในอตราการไหลของน าเขาแผง 72 ลตรตอชวโมง (%)

17 ต.ค. 55 18 ต.ค. 55 19 ต.ค. 55 20 ต.ค. 55 21 ต.ค. 55 25 ต.ค. 55 26 ต.ค. 55 27 ต.ค. 55 28 ต.ค. 55 29 ต.ค. 55

41.9 42.4 43.5 41.0 38.5 44.0 40.7 39.2 43.1 34.3

ตารางท 5 แสดงประสทธภาพทางไฟฟารายวน (ขนาดแบตเตอร 12V 18Ah)

ประสทธภาพทางไฟฟารายวนของระบบแผง PV/T กบแบตเตอรขนาด 12V 18Ah (%)

25 ต.ค. 55 26 ต.ค. 55 27 ต.ค. 55 28 ต.ค. 55 29 ต.ค. 55

3.2 3.2 2.9 2.9 2.6

9. การหาความสมพนธของประสทธภาพกบพารามเตอรทส าคญ การหาความสมพนธนเปนการน าขอมลของประสทธภาพทางความรอนและไฟฟาของระบบ PV/T กบคาตวแปร (Ti-Ta)/H มาพลอตกราฟเปนสมการเสนตรงตามมาตรฐานของ ASHRAE 93-77 [6] ซงโดยปกตแลวจะใชสมการของประสทธภาพความรอนของแผงรบแสงอาทตยแบบแผนเรยบดงน

[ ] [ ] (6) แตในงานวจยนใชการหาประสทธภาพของระบบ PV/T จงใชเวลา คณเขาไปกบคาแสงอาทตยเฉลยทแผน PV/T ไดรบ

ดวย เปลยนจากการใชอตราการไหลเชงมวลของน า เปนมวลของน า แทน และเปลยนจากการใชอมณหภมเฉลยน าเขาแผง และน าออกจากแผง เปนอมณหภมเฉลยของน าเรมตนในถงเกบน ารอน และน าสมดทายในถงเกบน ารอน แทน จงเขยนสมการใหมไดดงน

[ ( )] [ ] (7)

[ ( )] [ ] (8) การหาพลงงานความรอนของระบบ PV/T จากสมการขางตนจะได

[ ] (9) การหาประสทธภาพความรอนของระบบ PV/T จะมสมการในรปของสมการท (3) ในขางตนทกลาวมา ดงนนเมอหาประสทธภาพความรอนของระบบ PV/Tจะไดสมการดงน

( )

(10)

ตามมาตรฐานของ ASHRAE 93-77 แนะน าใหจดรปแบบของการทดสอบตวรบรงสอาทตยแบบแผนเรยบซงแสดงสมรรถนะทางความรอนในรปสมการเสนตรง โดยใชคาแฟคเตอรการด ดความรอนของแผงรบแสงอาทตย


เพอใหสามารถใชอมณหภมของน าเรมตนจากถงเกบน ารอนเขาแผงแทนอมณหภมของแผนดซบความรอนไดดงน

(11)

เมอน ามาพลอตกราฟสมการเสนตรงจะไดขอมลแกน X เปนคา (Ti-Ta)/H และแกน Y เปนคาประสทธภาพความรอนของระบบ จะไดกราฟความสมพนธเปนกราฟเสนตรงทมความชนตดลบ [7] โดยทความชนของกราฟมคาเทากบ และจมดตดแกน Y มคาเทากบ ดงรปท 11 แสดงตวอยางกราฟทไดจากการพลอตกราฟ

รปท 11 แสดงตวอยางกราฟทไดจากการพลอตกราฟ

[7]

เมอแทนคา เปน A และแทนคา เปน –B จงเขยนรปสมการใหมไดดงน

(12)

ซง A และ B เปนคาคงทจากการพลอตกราฟสมการเสนตรง ในสวนของประสทธภาพไฟฟาของระบบแผง PV/T จะประยมกตใชสมการตามแบบ ASHRAE 93-77 มความเกยวของกนเชนเดยวกบประสทธภาพความรอน เนองจากเปนประสทธภาพทางความรอนทมการผลตไฟฟา และประสทธภาพทางไฟฟาทมการผลตความรอน จงสามารถเขยนสมการประสทธภาพไฟฟาในรปสมการการถดถอยเชงเสนตามรปแบบของมาตรฐาน ASHRAE ดงน

(13)

ซง C และ D เปนคาคงทจากการพลอตกราฟสมการเสนตรง จากงานวจยนเมอพลอตกราฟตามรปแบบของ ASHRAE 93-77 จงไดคา A B Cและ D ในสมการเพอใชในการหาพลงงานความรอนและไฟฟาตลอดทงปดงตอไปน

(14)


(15)

รปท 12 กราฟแสดงประสทธภาพความรอนเฉลยรายวน รปท 13 กราฟแสดงประสทธภาพไฟฟาเฉลยรายวน เปรยบเทยบกบ (Ti-Ta)/H ของ 10 วนทดลอง เปรยบเทยบกบ (Ti-Ta)/H ของแบตเตอรขนาด 12V 18Ah จากสมการสามารถน าไปใชในการพยากรณความสามารถของระบบ PV/T ทผลตพลงงานความรอนและไฟฟาตลอดทงปไดโดยใชขอมลของอมณหภมอากาศภายนอก และคาความเขมแสงอาทตยตลอดทงปซงในงานวจยนใชขอมลป 2553 จากกรมอมตมนยมวทยามาวเคราะหพบวาพลงงานไฟฟาและความรอนทระบบ PV/T ผลตไดทงปมคา 102 MJ และ 1,476 MJ ตามล าดบ ดงนนจากการพยากรณพลงงานความรอนและไฟฟาเฉลยทระบบ PV/T ผลตไดตลอดทงป สามารถผลตพลงงานไฟฟาและพลงงานความรอนได 78 Wh/day และ 1,181 Wh/day เมอค านวณหาคาความรอนเฉลยของน า 80 ลตร ทแผงผลตไดใน 1 วนเฉลยมคา 41.7˚C เมอทราบคาพลงงานไฟฟาและความรอนทแผงผลตไดใน 1 วนแลวจะสามารถน ามาใชวเคราะหเกยวกบการน ามาใชประโยชนดานการเพมจ านวนแผง PV/T ใหเหมาะสมกบความตองการใชพลงงานไฟฟาและปรมาณน าทไดจากการเพมแผงตอไป

10. สรป จากการศกษาและทดสอบสมรรถนะของระบบ PV/T ขนาดพนทของแผง 0.97 m2 ใชปรมาณน าการทดสอบ 80 ลตร อตราการไหลของน าเขาแผงท 1.2 ลตรตอนาท หรอ 72 ลตรตอชวโมง โดยท าการทดสอบเปนเวลา 10 วน มวตถมประสงคเพอใหทราบถงขอมลเบองตนของประสทธภาพทางไฟฟา ประสทธภาพความรอน และประสทธภาพรวมของระบบ PV/T จงสรมปไดวาประสทธภาพทางไฟฟารายวนของระบบ PV/T คอ 3.0% ประสทธภาพทางความรอนรายวนของระบบ PV/T คอ 40.9% และในสวนประสทธภาพรวมเฉลยรายวนของระบบ PV/T คอ 43.9% และจากการพยากรณโดยใชขอมลคาความเขมแสงอาทตย และอมณหภมอากาศภายนอกป 2553 สามารถหาคาการพยากรณทระบบ PV/T สามารถผลตพลงงานไฟฟาและพลงงานความรอนเฉลยได 78 Wh/day และ 1,181 Wh/day ทอมณหภมน ารอนเฉลย 41.7˚C ตามล าดบ


บรรณานกรม [1] กรมพฒนาและสงเสรมพลงงาน และภาควชาฟสกส คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยศลปากร. แผนทศกยภาพ

พลงงานแสงอาทตย, กนยายน 2542. [2] เธยรวชญ เถาวหรญ. สมรรถนะของแผงผลตไฟฟาและความรอน ชนดแผนเรยบแบบใชน าถายเคความรอน

ส าหรบใชกบบานพกอาศย. เคคโนโลยและการจดการพลงงาน (สหสาขาวชา) บณฑตวคยาลย จฬาลงกรณมหาวคยาลย, 2555.

[3] วทยา ยงเจรญ. การศกษาประสทธภาพของแผงรบแสงอาทตยแบบ PV/T. การประชมมวชาการเครอขายวศวกรรมเครองกลแหงประเทศไทย ครงท 25, ตมลาคม, 2554.

[4] สมชาย มณวรรณ, ณรงคศกด พลแกว, และนพนธ เกตจอย. การเปรยบเคยบสมรรถนะของตวรบรงสอาคตยแบบแผนเรยบแบบใชแผนปดใสดานบนและแผนดดกลนรงสอาคตยคแตกตางกน. การประชมวชาการเครอขายพลงงานแหงประเคศไคย ครงค 3, 23-25 พฤษภาคม 2550

[5] ASHRAE, Standard 93-77. 1977. Methods of Testing Determine the Thermal Performance of Solar Collectors. American Society of Heating, Refrigeration, and Air Conditioning Engineers. New York

[6] H.A. Zondag, D.W. de Vries, W.G.J. van Helden, R.J.C. van Zolingen, A.A. van Steenhoven. The yield of different combined PV-thermal collector designs. Solar Energy 74(2003): 253-269.

[7] Ji Jie, Han Jun, Chow Tin-tai, Yi Hua, Lu Jianping, He Wei, Sun Wei. Effect of fluid flow and packing factor on energy performance of a wall-mounted hybrid photovoltaic/water-heating collector system. Energy and Buildings 38(2006): 1380-1387.

Documents

วารสารวิจัยพลังงาน ปีที่ 10 ฉบับ ...วารสารว จ ยพล งงาน ป ท 10 ฉบ บท 2 (พฤษภาคม