การพัฒนาแบบจำลองการถ่ายเทความร้อนของการระบายความร้อนด้วยการระเหยผ้าเปียกบนแผ่นเรียบเพื่อประยุกต์ใช้กับแผงเซลล์แสงอาทิตย์

Abstract

ปัจจุบันการใช้พลังงานไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์มีแนวโน้มสูงขึ้น เนื่องจากเป็นพลังงานหมุนเวียนและ ไม่ปล่อยมลพิษสู่ สิ่งแวดล้อม นักวิจัยพบว่าประสิทธิภาพในการผลิตกำลังไฟฟ้าของเซลล์แสงอาทิตย์ขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย โดยปัจจัยที่ส่งผลกระทบต่อ ประสิทธิภาพมากที่สุด คือ อุณหภูมิดังนั้นจึงต้องมีการลดอุณหภูมิของเซลล์แสงอาทิตย์เพื่อรักษาประสิทธิภาพไว้งานวิจัยนี้จึงนำเสนอ แบบจำลองทางทฤษฎีสำหรับการลดอุณหภูมิของแผ่นเรียบด้วยวิธีการระเหยผ้าเปียกซึ่งสามารถไปประยุกต์ใช้งานกับแผงเซลล์แสงอาทิตย์เพื่อ ทำนายผลการลดอุณหภูมิของแผ่นเรียบและใช้เป็นเครื่องมือในการออกแบบติดตั้งจริง แบบจำลองแบ่งออกเป็น 3 กรณีได้แก่ กรณีแผ่นเรียบ ทั่วไป กรณีแผ่นเรียบที่ติดผ้าชุ่มน้ำไว้ที่ด้านหลัง และกรณีแผ่นเรียบที่ติดผ้าชุ่มน้ำไว้ที่ด้านหลังพร้อมกับแหล่งน้ำ สำหรับแบบจำลองกรณีแผ่น เรียบทั่วไปและกรณีแผ่นเรียบที่ติดผ้าชุ่มน้ำไว้ที่ด้านหลังจะถูกตรวจสอบความถูกต้องจากการทดลองด้วยแผ่นเรียบที่ประดิษฐ์ขึ้นจากแผ่น อลูมิเนียมบางพร้อมกับติดแผ่นทำความร้อนซิลิโคนด้านบน โดยจะทำการทดลองภายในห้องจำลองสภาวะอากาศคงที่ ผลการทดลองพบว่าการ ติดตั้งผ้าชุ่มน้ำไว้ที่ด้านหลังสามารถลดอุณหภูมิของแผ่นเรียบได้24.5 องศาเซลเซียส และแบบจำลองทางทฤษฎีสามารถทำนายผลลัพธ์ได้ ใกล้เคียงกับผลการทดลอง ดังนั้นแบบจำลองนี้มีความเป็นไปได้ที่จะนำไปใช้เป็นเครื่องมือในการออกแบบติดตั้งผ้าเพื่อลดอุณหภูมิเซลล์ แสงอาทิตย์จริงได้แต่ข้อจำกัดของการติดตั้งเฉพาะผ้าชุ่มน้ำไว้ที่ด้านหลัง คือ ผ้าไม่สามารถลดอุณหภูมิของแผ่นเรียบได้ตลอดเวลา เนื่องจากเมื่อ ผ้าระเหยน้ำออกไปหมดแล้วจะทำให้อุณหภูมิของแผ่นเรียบเพิ่มขึ้นและประสิทธิภาพลดลงอีกครั้ง สำหรับการแก้ไขปัญหานี้ทำได้โดยการเลือกใช้ ผ้าที่หนาขึ้นหรือมีความพรุนมากเพื่อยืดระยะเวลาในการลดอุณหภูมิส่วนกรณีแผ่นเรียบที่ติดผ้าชุ่มน้ำไว้ที่ด้านหหลังพร้อมกับแหล่งน้ำ เป็นการ ติดตั้งแหล่งน้ำเพิ่มเติมเพื่อให้ผ้าสามารถดูดน้ำจากแหล่งน้ำขึ้นมาลดอุณหภูมิของแผ่นเรียบได้ตลอดเวลา ซึ่งวิธีนี้จะต้องคำนึงถึงระยะความสูง ของผ้าจากแหล่งน้ำถึงขอบบนของแผ่นเรียบที่เหมาะสมที่จะสามารถลดอุณหภูมิได้ตลอดและเกิดการสูญเสียน้ำน้อยที่สุด สำหรับกรณีนี้จะเป็น การศึกษาจากการคำนวณจากแบบจำลองเพียงอย่างเดียว ผลการจำลองพบว่าระยะติดตั้งผ้าที่เหมาะสมที่สุดมีค่าเท่ากับ 11.9 เซนติเมตร นอกจากนี้พบว่าสภาวะอากาศภายนอกส่งผลต่อความสามารถในการลดอุณหภูมิด้วย หากอุณหภูมิอากาศสูงขึ้นหรือความชื้นสัมพัทธ์ต่ำลงจะ ส่งผลให้ผ้าสามารถระเหยน้ำได้ดีและลดอุณหภูมิของแผ่นเรียบได้มากขึ้น สุดท้ายงานวิจัยนี้ได้ทำการพัฒนาแบบจำลองที่สร้างขึ้นเพื่อนำไป ประยุกต์ใช้กับการจำลองเซลล์แสงอาทิตย์จริง ซึ่งจะทำการจำลองภายใต้สภาวะอากาศที่เปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเป็นระยะเวลา 1 ปีโดยทำการ เปลี่ยนแปลงระยะติดตั้งผ้าและความหนาผ้าต่าง ๆ เพื่อประมาณค่าพลังงานไฟฟ้าที่ผลิตได้ปริมาณน้ำที่ใช้และปริมาณน้ำที่สูญเสียใน 1 ปีแล้ว นำผลที่ได้มาวิเคราะห์หาระยะความสูงในการติดตั้งผ้าและความหนาผ้าที่เหมาะสมที่สุด ผลการจำลองพบว่าการเลือกติดตั้งผ้าความหนา 3 เท่า ที่ระยะความสูง 10 เซนติเมตร หรือติดตั้งผ้าความหนา 4 เท่า ที่ระยะความสูง 12.5 เซนติเมตร เป็นการออกแบบที่เหมาะสมที่สุด เพราะ สามารถเพิ่มการผลิตพลังงานไฟฟ้าได้สูง และปริมาณน้ำที่สูญเสียไม่ถึงร้อยละ 10 เมื่อเทียบกับปริมาณน้ำที่ใช้ต่อปี