ระบบเติมอากาศในน้ำ ด้วยพลังงานแสงอาทิตย์

ระบบเติมอากาศในน้ำ ด้วยพลังงานแสงอาทิตย์

กรณีตัวอย่าง เครื่องกลเติมอากาศพลังงานแสงอาทิตย์ ติดตั้งที่วัดปัญญาฯ อ. คลองหลวง จ. ปทุมธานี

นิธิวัฒน์ ชูสกุล

บทนำ

โซล่าเซลล์ เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในการแปลงพลังงานจากแสงอาทิตย์มาเป็นพลังงานไฟฟ้า ที่กำลังเป็นที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน เนื่องจากความที่มันเป็นพลังงานสะอาดและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ประกอบกับการใช้งานในปัจจุบันที่เพิ่มมากขึ้น ส่งผลให้ต้นทุนหรือ ราคาของโซล่าเซลล์มีราคาถูกลงนั่นเอง ด้วยเหตุนี้ไม่ว่าจะเป็นงานเล็กๆสำหรับใช้ในบ้านเรือนก็ดี หรืองานใหญ่ๆสำหรับโรงงานอุตสาหกรรมก็ดี ต่างก็มีการติดตั้งและใช้งานโซล่าเซลล์ในรูปแบบต่างๆ มากขึ้น ทั้งติดตั้งเพื่อเป็นแหล่งพลังงานสำรอง หรือแม้แต่ติดตั้งเพื่อเป็นระบบพลังงานหลัก ที่ทดแทนการใช้พลังงานจากก๊าซธรรมชาติหรือปิโตเลียมเลยทีเดียว แต่ก่อนที่จะมีการติดตั้งระบบพลังงานที่ได้จากโซล่าเซลล์ให้กับระบบการทำงานในรูปแบบใดๆก็ตาม สิ่งที่ต้องคำนึงถึง เป็นอันดับต้น ๆ คือ ความเหมาะสมในการใช้งานโซล่าเซลล์ กับระบบนั้นๆ โดยความเหมาะสมดังกล่าว แบ่งออกเป็น 2 ส่วนใหญ่ๆ คือ 1. ความเหมาะสมในพลังงานที่ใช้งาน 2. ความเหมาะสมในพื้นที่ติดตั้งและปฏิบัติการ ทั้ง 2 ส่วนนี้ จะเป็นตัวช่วยเป็นตัวกำหนดหรือเป็นส่วนช่วยในการตัดสินใจสำหรับการจะติดตั้งระบบพลังงานจากโซล่าเซลล์

 

การออกแบบเครื่องกลเติมอากาศด้วยพลังงานแสงอาทิตย์

สำหรับระบบเติมอากาศในน้ำ ด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ สำหรับการบำบัดน้ำเสียในแหล่งชุมชนนั้น ได้มีผลศึกษาถึงความเหมาะสม ในการเลือกใช้ ระบบจ่ายพลังงานโดยใช้โซล่าเซลล์ เป็นแหล่งพลังงานหลักได้ โดยพิจารณาเป็นข้อ ดังนี้

1. ความเหมาะสมในพลังงานที่ใช้งาน

1.1. สำหรับเครื่องกลเติมอากาศที่ต้องการนั้น มีการออกแบบให้เป็นระบบที่ทำงานด้วยตัวเองได้ เนื่องจากจะต้องนำไปติดตั้ง บริเวณที่มีน้ำเสีย ซึ่งอาจไม่มีบ้านเรือนอยู่ใกล้เคียง และอาจส่งผลให้ไม่มีแหล่งพลังงานในการเดินเครื่อง ดังนั้นจึงมีความจำเป็นที่จะต้องติดตั้งระบบจ่ายพลังงานจากโซล่าเซลล์เข้าไปในเครื่องกลเติมอากาศนี้

1.2      ในการออกแบบเครื่องกลเติมอากาศนั้นต้องการออกแบบให้เป็นระบบประหยัดพลังงานใช้พลังงานน้อย  จากผลศึกษาของ นิธิวัฒน์ และคณะ (2011) เรื่อง Application of Solar Cells for Daytime Weather Study ได้ชี้ให้เห็นว่า พื้นที่ศึกษาของงานวิจัยดังกล่าวที่ซึ่งอยู่ในเขต อ. ธัญบุรี  และอ. คลองหลวง มีลักษณะภูมิอากาศที่เหมาะสมต่อ ปริมาณแสงอาทิตย์ที่จะตกกระทบลงบนแผ่นโซล่าเซลล์ กล่าวคือ ในช่วงกลางวัน แสงอาทิตย์ที่ตกกระทบลงบนแผ่นโซล่าเซลล์สร้างกระแสไฟฟ้าสูงสุดได้ประมาณ 6000 mA ดังแสดงในรูปที่ 1. และโดยเฉลี่ยในช่วงเวลาตั้งแต่ 7.00 -17.00 น. อยู่ที่ประมาณ 4300 mA  ซึ่งถือว่าเหมาะสมกับระบบที่ต้องการจะออกแบบ เพื่อการประหยัดพลังงาน

รูปที่ 1 ค่ากระแสไฟฟ้าที่ได้จาก โซล่าเซลล์ ในวันฟ้าโปร่ง (ที่มา : Choosakul et al., 2011)

 

2. ความเหมาะสมในพื้นที่ติดตั้งและปฏิบัติการ

2.1      จากการที่เครื่องกลเติมอากาศจะต้องออกแบบให้สามารถติดตั้งลอยอยู่บนน้ำได้ เครื่องดังกล่าวจึงต้องมีการติดตั้งไว้บนทุ่นพลาสติกลอยน้ำได้ ในส่วนของระบบจ่ายพลังงานจากแสงอาทิตย์ จะติดตั้งไว้บนบก แล้วเดินสายไฟไปที่ตัวเครื่องกลเติมอากาศ ในการออกแบบดังกล่าวนี้เอง จึงมีความเหมาสมกับทุกสภาวะพื้นที่ เพราะสามารถจัดรูปแบบได้ตามแต่ลักษณะสภาพพื้นที่จริงที่จะติดตั้งได้

 

เครื่องกลเติมอากาศพลังงานแสงอาทิตย์

เครื่องกลเติมอากาศพลังงานแสงอาทิตย์ 1 ชุด ประกอบด้วย

1. แผงโซล่าเซลล์ ขนาด 18 โวลล์ 1 ชุด

2. ชุดแบตเตอร์รี่และส่วนควบคุมการอัดประจุจากพลังงานแสงอาทิตย์ 1 ชุด

3. ชุดกังหันสร้างหยดน้ำละเอียด 1 ชุด

4. ทุ่นพลาสติก สำหรับใช้วางกังหัน 1 ชุด

จากการสำรวจความเหมาะสมข้างต้นจึงทำให้เครื่องกลเติมอากาศพลังงานแสงอาทิตย์ที่ถูกสร้างออกมาได้ดังรูปที่2

 

รูปที่2  เครื่องกลเติมอากาศพลังงานแสงอาทิตย์ที่เสร็จสมบูรณ์

 

การปฏิบัติงานภาคสนาม  

เครื่องกลเติมอากาศพลังงานแสงอาทิตย์ที่เสร็จสมบูรณ์ 2ชุด ได้ถูกนำไปติดตั้งที่ วัดปัญญาฯ  อำเภอ คลองหลวง จังหวัดปทุมธานี เพื่อใช้ในการเติมอากาศลงในบ่อน้ำประดิษฐ์ข้างศาลาวัดทั้งสองด้าน เนื่องจากเป็นบ่อประดิษฐ์ ไม่มีระบบทำน้ำหมุนเวียน ทำให้น้ำในบ่อนิ่งและสาหร่ายเจริญเติบโตดีและรวดเร็ว ส่งผลทำให้กลายเกิดความเน่าเสียในน้ำ ดังแสดงในรูปที่ 3

รูปที่ 3  บ่อน้ำที่เน่าเสีย บริเวณที่ต้องการบำบัด

 

รูปที่ 4 แสดงการติดตั้งเครื่องกลเติมอากาศพลังงานแสงอาทิตย์ ในบ่อที่มีน้ำเน่าเสีย เครื่องกลเติมอากาศจะถูกติดตั้งอยู่บนทุ่นลอยน้ำ และผูกติดไว้ให้นิ่งอยู่กับที่

 รูปที่ 4 การติดตั้งเครื่องกลเติมอากาศพลังงานแสงอาทิตย์ลงในบ่อน้ำเน่าเสีย

รูปที่ 5 แสดงภาพการทำงานของเครื่องกลเติมอากาศพลังงานแสงอาทิตย์ เมื่อต่อสายไฟฟ้าจากระบบจ่ายไฟด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ เมื่อมีแสงแดดเพียงพอ เครื่องกลก็จะเริ่มทำงานตามแผนงานที่ได้โปรแกรมไว้ในระบบ

รูปที่ 5 เครื่องกลเติมอากาศขณะปฏิบัติงาน

 

ผลการปฏิบัติงาน

เครื่องกลเติมอากาศชุดนี้ อาศัยหลักการในการนำน้ำเน่าเสียที่อยู่ในบริเวณนั้น ขึ้นมารับออกซิเจนในอากาศ โดยจะทำให้น้ำมีการกระจายตัวเป็นหยดเล็กๆในอากาศ เพื่อเพิ่มพื้นที่ผิวในการรับออกซิเจนของมวลน้ำที่ถูกนำขึ้นมาก่อนจะตกลงสู่น้ำด้านล่าง ดังนั้นกังหันจึงถูกทำขึ้นให้มีรูพรุนเพื่อสร้างเม็ดน้ำขนาดเล็กแล้วให้มวลน้ำที่ถูกนำขึ้นมาจากแหล่งน้ำเสีย ผ่านไปตรงกังหันที่มีรูพรุน ก่อให้เกิดน้ำที่มีลักษณะเป็นหยดขนาดเล็ก ดังแสดงในรูปที่ 5

จากการสังเกตในภาคสนามในเบื้องต้นพบว่า เครื่องกลเติมอากาศพลังงานแสงอาทิตย์ สามารถทำให้น้ำเป็นเม็ดเล็กและกระจายตัวค่อนข้างดี การทำงานของเครื่องกลเป็นไปด้วยดี เกิดเสียงรบกวนน้อยอีกด้วย

ในส่วนของปริมาณออกซิเจนในน้ำ หลังจากการติดตั้งและเริ่มใช้งานเครื่องกลเติมอากาศพลังงานแสงอาทิตย์ เป็นเวลา 10 วัน ได้มีการเก็บตัวอย่างน้ำมาทำสอบเพื่อหาปริมาณออกซิเจนที่ละลายในน้ำ จากผลการทดสอบ พบมามีปริมาณออกซิเจนเพิ่มขึ้น ดังแสดงในตารางที่ 1

 

ตารางที่ 1 เปรียบเทียบปริมาณออกซิเจนก่อนและหลังการติดตั้งเครื่องกลเติมอากาศด้วยพลังงานแสงอาทิตย์

 วันที่ทดสอบรายการ

วันที่   30 พฤษภาคม 2555

(ก่อนทำการติดตั้งเครื่องกลเติมอากาศพลังงานแสงอาทิตย์)

วันที่   8 มิถุนายน 2555

(หลังทำการติดตั้งเครื่องกลเติมอากาศพลังงานแสงอาทิตย์)

บ่อที่   1

บอที่   2

บ่อที่   1

บ่อที่   2

ปริมาณออกซิเจนที่ละลายในน้ำ   (mg/L)

7.07

6.99

7.26

7.53

 

จากตารางที่ 1 พบว่า ก่อนการติดตั้งเครื่องกลเติมอากาศเมื่อวันที่ 30 พฤษภาคม 2555  บ่อที่ 1 และ บ่อ ที่ 2 ต่างมีปริมาณออกซิเจนที่ละลายน้ำเป็น 7.07 และ 6.99 mg/L ตามลำดับ และหลังจากปล่อยให้เครื่องกลทำงานเป็นเวลา 10 วัน ก็พบว่า ปริมาณออกซิเจนเพิ่มขึ้นเป็น 7.26 mg/L ในบ่อที่ 1 และ 7.53 mg/L ในบ่อที่ 2

 

สรุปผลการปฏิบัติการ

เครื่องกลเติมอากาศพลังงานแสงอาทิตย์ ที่ได้สร้างขึ้น สามารถนำไปใช้งานได้อย่างเหมาะสมในพื้นที่ศึกษา การเลือกใช้พลังงานแสงอาทิตย์เป็นแหล่งพลังงานหลักมีความเหมาะสมดีกับบพื้นที่ศึกษา การทำงานของเครื่องกลเติมอากาศพลังงานแสงอิงอิกลเติมอากาศพลังงานสาะสมดีไปใช้งานได้อย่างเหมาะสมในพื้นที่ศึกษา การเลือกใช้ พลังงานแสงอิมเน่าเทิตย์ มีความสมบูรณ์ดี ตลอดระยะเวลาในการทดสอบเครื่อง ผลของการใช้งานเครื่องกลเติมอากาศพลังงานแสงอาทิตย์พบว่า มีส่วนช่วยทำให้ปริมาณออกซิเจนที่ละลายในน้ำเพิ่มขึ้น

 

เอกสารอ้างอิง

[1] Choosakul, N.,  M. Buddhakala, N. Barnthip, A. Muakngam, and C. Banglieng, Application of Solar Cells for Daytime Weather Study, Energy Procedia, Vol 9, P. 171-177, 2011

Permanent link to this article: http://www.sci.rmutt.ac.th/research/?p=237