รังสีจากดวงอาทิตย์ (Solar Radiation)

กับศักยภาพในการผลิตไฟฟ้าจากโซล่าเซลล์

                ที่ผ่านมาหลายคนมีความเข้าใจไปว่าถ้าพื้นที่ใดแดดจัดอากาศร้อนแล้ว พื้นที่นั้นจะต้องมีศักยภาพสูงในการผลิตไฟฟ้าจากโซล่าเซลล์แน่นอน แต่ข้อเท็จจริงคือ การผลิตไฟฟ้าด้วยการติดตั้งแผงโซล่าเซลล์นั้น องค์ประกอบที่สำคัญในการพิจารณาพื้นที่ในการติดตั้งซึ่งมีความสัมพันธ์โดยตรงต่อปริมาณไฟฟ้าที่สามารถผลิตได้มากหรือน้อย คือ ความเข้มของรังสีดวงอาทิตย์ต่อพื้นที่ (Solar Irradiation) โดยแสงจากดวงอาทิตย์เกิดจากปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ (Thermonuclear reaction) หรือ ปฏิกิริยา หลอมตัวทางนิวเคลียร์ในดวงอาทิตย์กลายเป็นแหล่งพลังงานที่แผ่รังสีมายังโลกของเรา

ภาพแสดงถึงค่าความเข้มของรังสีดวงอาทิตย์ในพื้นที่ของประเทศต่าง ๆ ทั่วโลก

http://solargis.info/doc/free-solar-radiation-maps-GHI

จากรูปจะพอเห็นได้ว่าประเทศที่อยู่ในเขตเส้นศูนย์สูตร ที่มีอากาศที่ร้อนแดดจัดบางประเทศมิได้มีความเข้มของรังสีดวงอาทิตย์มากที่สุด เช่น กลุ่มประเทศอาเซียน แต่ถ้าเป็นประเทศในทวีปแอฟริกาบางประเทศมีความเข้มของรังสีดวงอาทิตย์สูงมากและบางประเทศมีความเข้มของรังสีดวงอาทิตย์ใกล้เคียงกับบ้านเรา แต่ที่น่าสนใจคือประเทศในฝั่งตะวันตกของทวีปอเมริกาใต้ซึ่งเป็นพื้นที่รอยต่อของประเทศ ชิลี โบลิเวีย และ อาเจนติน่า นั้นมีความเข้มของรังสีดวงอาทิตย์สูงที่สุดในโลก

รังสีดวงอาทิตย์(Solar Radiation) เป็นพลังงานที่ปล่อยออกมาจากดวงอาทิตย์ รังสีดวงอาทิตย์ที่ตกกระทบขอบบรรยากาศเรียกว่า รังสีที่นอกโลก (Extraterrestrial Solar Radiation) ซึ่ง ประกอบด้วย ช่วงคลื่นสั้น ตั้งแต่ 290-300 นาโนเมตร ถึง 97เปอร์เซ็นต์ ส่วนของรังสีนอกโลกที่ผ่านชั้นบรรยากาศมาถึงผิวโลกจะถูกกระจายและดูดกลืนโดยโมเลกุลของกาซต่างๆ อนุภาคฝุ่น และเมฆที่อยู่ในชั้นบรรยากาศ การแบ่งรังสีดวงอาทิตย์ตามคุณสมบัติและช่วงคลื่นได้แก่

• รังสีแสงสว่าง (Visible Radiation)

แสงสว่างเป็นรังสีที่มองเห็นได้ด้วยตาเปล่า ช่วงสเปคตรัมของแสงสว่างต่ำสุด เริ่มตั้งแต่ 360 ถึง 400 นาโนเมตร และสูงสุดอยู่ระหว่าง 360-830 นาโนเมตร(ICI 1987a) ทั้งนี้ 99 เปอร์เซ็นต์ของรังสีแสงสว่างจะอยู่ในช่วง 400-730 รังสีที่ช่วงคลื่นต่ำกว่า 400 นาโนเมตร เรียกว่ารังสีอัลตราไวโอเลต และยาวกว่า 800 นาโนเมตรเรียกว่า รังสีอินฟราเรด

• รังสีอัลตราไวโอเลต

มองไม่เห็นด้วยตาเปล่า แบ่งออกเป็น 3 ช่วง (IEC 1987) คือ

UV-A: 315...400 ไม่มีผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิตมากนัก ความเข้มที่ผิวพื้นไม่ขึ้นกับปริมาณโอโซนในบรรยากาศ

UV-B: 280...315 มีผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิตมาก ความเข้มที่ผิวพื้นขึ้นกับปริมาณโอโซนในบรรยากาศ ความเข้มขึ้นกับความยาวคลื่น

UV-C: 100...280 ถูกดูดกลืนโดยชั้นบรรยากาศทั้งหมดไม่พบที่ผิวพื้นโลก

• รังสีโลก (Terrestrial radiation)

เป็นพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าคลื่นยาวที่ปลดปล่อยออกที่ผิวโลก และโดยก๊าซต่างๆ ฝุ่นละออง และเมฆในบรรยากาศ โดยบางส่วนถูกดูดกลืนภายในบรรยากาศ โดยที่อุณหภูมิ 300 เคลวิน (27 องศาเซลเซียส) พลังงาน99.99 เปอร์เซ็นต์ของรังสีโลกมีช่วงคลื่นยาวระหว่าง 3000 นาโนเมตร และ 99 เปอร์เซ็นต์ยาวกว่า 5000 นาโนเมตรและที่อุณหภูมิต่อกว่านี้สเปคตรัมจะมีช่วงคลื่นที่ยาวกว่านี้

ปริมาณรังสีในทางอุตุนิยมวิทยา

• รังสีตรง (Direct solar radiation) รังสีที่ส่องตรงมาที่ผิวโลก
• รังสีกระจาย(Diffuse solar radiation) รังสีที่กระจัดกระจายในท้องฟ้า
• รังสีแห่งโลก (Global solar radiation) ผลรวมของรังสีตรงและกระจาย
• รังสีรวม (Total Radiation) การรวมกันของรังสีโลกและรังสีดวงอาทิตย์
• รังสีสุทธิ (Net Radiation) รังสีสุทธิของรังสีดวงอาทิตย์หรือรังสีสุทธิคลื่นยาวที่มีทิศขึ้นและลงหักล้างกัน
• ค่าคงที่สุริยะ (Solar Constant) รังสีดวงอาทิตย์ที่ขอบนอกบรรยากาศที่ระยะทางระหว่างโลกและดวงอาทิตย์เฉลี่ย

ดังนั้นเมื่อแสงอาทิตย์เดินทางมาถึงนอกชั้นนบรรยากาศของโลกจะมีความ เข้มแสง(Solar Irradiation) โดยเฉลี่ยประมาณ 1,350 วัตต์ต่อตารางเมตร แต่กว่าจะลงมาถึงพื้นโลก พลังงานบางส่วนต้อง สูญเสียไปเมื่อผ่านชั้นบรรยากาศต่าง ๆ ที่ห่อหุ้มโลก ทําให้ความเข้มแสงลดลง เหลือประมาณ 1,000 วัตต์ต่อตารางเมตร  หรือประมาณ ร้อยละ 70 ดังนั้นในการประเมินศักยภาพในการผลิตพลังงานไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์จึงเป็นการวัดปริมาณของรังสีดวงอาทิตย์ในพื้นที่ต่าง ด้วยเครื่องวัดรังสีดวงอาทิตย์  ได้แก่ เครื่องมือวัดไพร์เฮลิโอมิเตอร์(1) สำหวัดวัดความเข้มของพลังงานรังสีดวงอาทิตย์จากรังสีตรง และ เครื่องมือวัดไพราโนมิเตอร์(2)สำหรับวัดรังสีรวม

(1)    เครื่องมือวัดไพร์เฮลิโอมิเตอร์

(2) เครื่องมือวัดไพราโนมิเตอร์

สำหรับประเทศไทยทาง iEnergyGuru ได้เคยนำเสนอไปแล้วว่า 10 จังหวัดที่มีศักยภาพสูงที่สุดในการผลิตพลังงานไฟฟ้าจาก
แสงอาทิยต์อยู่ที่ใดบ้าง (10 จังหวัดที่เหมาะสมกับการติดตั้งโซล่าเซลล์ในประเทศไทย) และนี่คือคอบตอบว่าทำไม จังหวัดนครราชสีมา จึงมีศักยภาพในการผลิตไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์มากที่สุดในประเทศไทย แต่อย่างไรก็ตามการผลิตพลังงานไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ให้มีประสิทธิภาพสูงที่สุดมิได้คำนึงถึงพื้นที่มีความเข้มของรังสีดวงอาทิตย์สูงเพียงอย่างเดียว แต่ยังมีองค์ประกอบอื่น ๆ อีกหลายส่วน ซึ่งจะได้นำมาเล่าสู่กันฟังในโอกาสต่อไปครับ

ภาพแสดงถึงค่าความเข้มของรังสีดวงอาทิตย์ในพื้นที่ของประเทศไทย

http://solargis.info/doc/_pics/freemaps/1000px/ghi/SolarGIS-Solar-map-Thailand-en.png

แปลและเรียบเรียงโดย วิชาญ นาคทอง (ทีมงาน iEnergy Guru)

Bibliography

ozone.tmd.go.th/. (NA). เกี่ยวกับรังสีดวงอาทิตย์. Retrieved from http://ozone.tmd.go.th/: http://ozone.tmd.go.th/solar%20page.htm#2

Solargis. (2016). Solar raduation Maps. Retrieved from http://solargis.info/: http://solargis.info/doc/free-solar-radiation-maps-GHI

กระทรวงพลังงาน, ส. (NA). พลังงานแสงอาทิตย์. Retrieved from http://www.eppo.go.th/: http://www.eppo.go.th/power/powerN/PICP/File/(19).pdf

สารานุกรมพลังงานทดแทน กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน

รังสีจากดวงอาทิตย์ (Solar Radiation)

กับศักยภาพในการผลิตไฟฟ้าจากโซล่าเซลล์