แนวโน้มด้านพลังงาน ที่เป็นปัจจัยหลัก 2/3

การตั้งถิ่นฐาน สภาพความเป็นอยู่ของมนุษย์ใน 100 ปี ข้างหน้า
    ตอน: แนวโน้มด้านพลังงาน ที่เป็นปัจจัยหลัก  2/3

 (Source : http://www.sunflowercosmos.org/climate_change/climate_change_home/inhabited_2.html)

 

แถบสีน้ำตาลเข้ม สีส้ม และเหลือง แสดงค่าศักยภาพรังสี แสงอาทิตย์สูงตามลำดับ   คำตอบเรื่องพลังงานแสงอาทิตย์ ของประเทศไทย

ความเหมาะสมและแนวโน้มที่เป็นไปได้ จากข้อมูลการสำรวจ ของสำนักงาน พลังงานแสงอาทิตย์ พบว่าพื้นที่ในประเทศไทย มีศักยภาพสูงเพียงพอที่จะรับ รังสีดวงอาทิตย์ ในครัวเรือนทั่วประเทศถึง 99% โดยตัวเลข รายวันเฉลี่ยต่อปี ในช่วง 19-20 MJ/ตรม.ต่อวัน เท่ากับ 14.3% ของพื้นที่ทั้งประเทศ ในช่วง 18-19 MJ/ตรม.ต่อวัน เท่ากับ 50.2% ของพื้นที่ทั้งประเทศ ในช่วง 17-18 MJ/ตรม.ต่อวัน เท่ากับ 27.9 % ของพื้นที่ทั้งประเทศ ในช่วง 16-17 MJ/ตรม.ต่อวัน เท่ากับ 07.1% ของพื้นที่ทั้งประเทศ ในช่วง 15-16 MJ/ตรม.ต่อวัน เท่ากับ 00.5% ของพื้นที่ทั้งประเทศ เท่ากับมีค่าเฉลี่ยทั้งประเทศ 18.2 MJ/ตรม.ต่อวัน เพราะฉะนั้นนับว่า มีโอกาสใช้ พลังงานแสงอาทิตย์ได้อย่างสม่ำเสมอตลอดปี เกือบทั่วประเทศมีความได้เปรียบ กว่าพลังงานอื่นๆ

แผนที่แสดงพลังงานรังสีจากดวงอาทิตย์ ค่าเฉลี่ยทั้งปี สีแดงแสดงความเข้มข้นสูงสุดของรังสี ภาพรวมโลกจะรับค่ารังสีราว 45-47%

ความเข้าใจเบื้องต้น เรื่องพลังงานแสงอาทิตย์

ข้อมูลพื้นฐานของ แสงของรังสี ดวงอาทิตย์ จากตำแหน่งดวงอาทิตย์ในท้องฟ้า เรื่องแรก เป็นตัวกำหนดและคำนวณอธิบายถึง ความสามารถจะนำมาใช้งาน แสงของรังสีดวงอาทิตย์ ที่เกิดขึ้นในชั้นบรรยากาศโลก เรียก Extraterrestrial radiation (รังสีจากนอกอวกาศ) ค่าเฉลี่ย 1367 Watts/ตรม.อาจมีค่าสูงต่ำ ±3% ขึ้นอยู่กับวงโคจรระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์ ซึ่งบางช่วงเข้าใกล้กันและโลกมีแกน (Axis) ที่เอียงขณะหมุนรอบดวงอาทิตย์ จึงเป็นมูลเหตุของฤดูกาล โลกหมุนรอบดวงอาทิตย์ ทำให้เกิดแปลงแปลงเล็กน้อย เกี่ยวกับเวลามาตรฐาน ท้องถิ่น เวลาที่แตกต่างกัน เรียกว่า Equation of time(เวลาเส้นศูนย์สูตรโลก) เรานำมาประกอบการเดินเรือในมหาสมุทร ที่นำทางโดยดวงดาว หรือดวงอาทิตย์ ดังนั้นจึงต้องนำมาเป็นข้อมูล คำนวณตำแหน่ง การให้พลังงานจากดวงอาทิตย์และ สิ่งที่ต้องทราบเพิ่มเติมอีกประการคือ เวลาขึ้น-ตก ของดวงอาทิตย์เพื่อเป็นข้อมูล ระยะช่วงวันยาว สั้นแต่ละวันของการให้แสงของรังสีดวงอาทิตย์ ด้วยเวลา ที่ต่างๆกันในแต่ละพื้นที่ และฤดูกาลที่ต่างกัน การหักเหของแสง ในชั้น บรรยากาศของโลก ซึ่งอาจเบาบางมาก แต่ก็เป็นเรื่องสำคัญควรนำมาคำนวณด้วย ยกตัวอย่างกรณี นี้เพื่อในเห็นภาพชัดขึ้น เรารดน้ำบนพื้นให้เปียกอาจใช้เวลาหลาย ชั่วโมงกว่าจะแห้งสนิท ถ้าไม่มีแสงจากดวงอาทิตย์ แต่หากแสงอ่อนๆส่องมาถึงพื้นนั้นจะแห้งภายในไม่กี่นาที รังสีของดวงอาทิตย์ เกิดจากเงื่อนไขหลอมละลายผสมกันของอะตอม (Fusion) ภายในแกนกลาง และพัฒนาการเป็น ความร้อนสู่ชั้นนอกซึ่งเย็นตัวกว่า เกิดเป็น ชั้นบรรยากาศของรังสี ส่องมาสู่โลก โดยรังสีดังกล่าวมีความร้อนไม่มากไปกว่า 5,800 Kelvin บนชั้นนอกของดวงอาทิตย์ แต่มีระยะความกว้างของคลื่นมาก 200-50,000 nm โดย 47% เป็นแสงที่มองเห็น (Visible wavelengths) มีระยะความกว้างของคลื่น 380-780 nm ส่วนคลื่น Infrared ที่กว้างกว่า 780 nm ขึ้นไป มี 46% และคลื่น Ultraviolet ที่ต่ำกว่า 380 nm มี 7% มองไม่เห็นรวมเป็น Extraterrestrial solar radiation (รังสีดวงอาทิตย์จากนอกอวกาศ) บางกรณีมีการสะท้อนกลับไปกลับมา จากชั้นบรรยากาศในบางพื้นที่เป็นเรื่องมี ความสำคัญเช่นกันโดยเฉพาะบริเวณที่ปกคลุมด้วยหิมะ จะสะท้อนกลับได้ดี แต่ทั้งหมด แสงของรังสีดวงอาทิตย์ จะฉายแสงลงมาบนพื้นผิวตามแนวตรงเป็นการบวกเพิ่มเติมกันระหว่าง Diffuse radiation และ Normal irradiance เรียกว่าGlobal irradiance

การฉายแสงของดวงอาทิตย์ เป็นแนวตรงทุกฤดูกาล แต่โลกเอียงทำให้ค่ารังสีรับไม่เท่ากัน

ถ้าพื้นผิวที่รับแสงเอียงกระดก ก็มีผลต่อการฉายแสงลงมาบน พื้นผิวตามแนวตรง จะทำให้ทั้งหมดของการฉายแสง Diffuse radiation ร่วมกับ Direct normal ลงบนพื้นผิวที่เอียงกระดกบวกเพิ่ม กับการสะท้อนกลับจากพื้นด้านล่างเป็นธรรมดาของ ลักษณะพื้นผิวดังกล่าว ค่าแสงของรังสีดวงอาทิตย์ ทวีคูณมากขึ้นโดยเฉพาะอยู่ในมุม Zenith (เหนือศีรษะ) เป็นการทำมุมเหมือนตัว T จากนั้นน้อยลงตามลำดับ ตามแนว เหนือ-ใต้ของแกนโลก ลักษณะโดยตรงของผิวพื้นที่เอียงกระดกของโลก เป็นอุปสรรคต่อการฉายแสงแบบ Direct normal ช่วงกลางวันที่ท้องฟ้าไม่มีเมฆ รังสีของดวงอาทิตย์กระจายตัวและถูกดูดกลืนในชั้นบรรยากาศประมาณ 25% เท่ากับมีค่า แสงของรังสีดวงอาทิตย์ เฉลี่ยราวๆ 1,000 Watts/ตรม. เรียกว่า Direct normal irradiance (การส่องสว่างโดยตรงแบบปกติ) หรือลำแสงปกติ (Beam irradiance) ถ้าแสงนั้นมีการกระจัดกระจายส่องจากพื้นผิวโลก กลับสู่อวกาศเรียกว่า Diffuse radiation (รังสีที่พร่ากระจาย) อย่างไรก็ตาม ทั้งหมดของโลกมีความเกี่ยวข้องกับ ดวงอาทิตย์ไม่ใช่เฉพาะเรื่องแสง ที่ได้รับในรูปแบบพลังงานแสงอาทิตย์ ที่กล่าวถึงเท่านั้น ดวงอาทิตย์มีผลต่อ การเปลี่ยนแปลงสภาพอากาศโลก มากมายกว่าเข้าใจได้ในขณะนี้ เชื่อว่าพลังงานสนามแม่เหล็กบนดวงอาทิตย์ มีส่วนเกี่ยวข้องกับฤดูกาลบนโลกอย่างลึกๆมากนานแล้ว ขณะนี้พึงเริ่มการศึกษาว่า หากมีการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กบนดวงอาทิตย์ จะมีผลกระทบอื่นๆบนโลก ต่อการดำรงชีวิตของมนุษย์หรือไม่

บางส่วนของรังสี สะท้อนออกไปในอวกาศ

Solar car ยาว 3.6 เมตร น้ำหนัก 280 กิโลกรัม ความเร็วเฉลี่ย 110 กม./ชั่วโมง ใช้แบตเตอรี่แบบ NiMH 100 amp/ชั่วโมง 72 V. ( ปี 2008 ประมาณ 4 ล้านบาทในยุโรป)

อนาคตระบบคมนาคม ด้วยพลังงานสะอาดขึ้นตามลำดับ

ประวัติศาสตร์เรื่องคมนาคม ที่ผ่านมาในระยะ 30 ปีนี้ จาก ค.ศ.1970 ในโลกมีรถยนต์ 200 ล้านคัน ตัวเลขปัจจุบัน ค.ศ.2006 ในโลกมีรถยนต์รวมแล้ว มากกว่า 850 ล้านคัน อนาคตในปี ค.ศ. 2030 คาดว่าจะเพิ่มเป็น 2 เท่า เป็นตลาดใหญ่ด้วยความปรารถนาที่ผู้คนต้องอย่างไม่ยุติ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อประสบสภาวะเปลี่ยนแปลงสภาพอากาศ หรือราคาน้ำมันโลกพุ่งสูงขึ้น แต่เราต้องมีพื้นที่สำหรับด้านเศรษฐกิจและสังคม โดยมีการคมนาคมเป็นสิ่งเชื่อมโยง รูปแบบสามารถพบเห็นการปรับเปลี่ยนในขณะนี้ คือ การเปลี่ยนไปใช้ก๊าซ การใช้น้ำมันจากพืช เช่น น้ำมันจากถั่วเหลือง จากข้าวโพด ปาล์ม แต่ปัจจัยใช้จากพืชจะมีผลกระทบ ในการสูญเสียพื้นที่ปลูกพืชอาหารสำหรับมนุษย์ำไปด้วย ค่าเฉลี่ยในการเดินทาง ต้องลดลงจากการใช้พลังงานครึ่งหนึ่ง ด้วยรถรางหรือรถไฟฟ้าแทนรถยนต์ สถานการณ์ข้างหน้า การปฏิวัติพลังงานรถยนต์ เกิดขึ้นอย่างหลีกเหลี่ยงไม่ได้ แม้ในวันนี้ มีแต่รถขนาดเล็กราคายังสูง สมรถนะความเร็วและระบบต่างๆเริ่มสมบูรณ์ขึ้น ตามลำดับ

หนุ่มสาวรุ่นใหม่จะยอมรับรถระบบมอเตอร์ไฟฟ้าขนาดเล็กที่คล้ายรถตุ๊กๆได้หรือไม่ ความเร็ว 85 กิโลเมตร/ชั่วโมง ในระยะทาง 150 กิโลเมตร ซึ่งมีจำหน่าบแล้วเช่นกันในยุโรป

ต้นแบบเรือพลังงานแสงอาทิตย์ ใช้ข้ามฟากแม่น้ำในแถบยุโรป

ภาพรวมของการคมนาคม มิใช่เฉพาะในเขตเมืองเท่านั้น ที่มีความสำคัญ อนาคตของการแสวงหาหาอาหารจากทะเล มหาสุมทร จะสิ้นเปลืองค่าเชื้อเพลิงมากมาย ต่อไปเมื่อทรัพยากรในทะเลน้อย หายากขึ้น การใช้เวลาในเส้นทางคงต้องเพิ่มขึ้น ค่าใช้จ่ายขึ้นอีกมาก รวมถึงระบบขนส่งทางทะเลที่เชื่อมโยงส่งสินค้ากัน อาจเห็นเรือเดินสมุทรขนาดใหญ่ ใช้พลังงานแสงอาทิตย์เพื่อลดต้นทุนแทนน้ำมัน นอกจากพลังงานที่ได้จากดวงอาทิตย์ ในศตวรรษนี้แล้ว สิ่งที่ยังมีมากมายจนใช้ไม่มีวันหมดตราบใด ในจักรวาลยังคงอยู่คือ Hydrogen ซึ่งมีน้ำหนักเบากว่าธาตุทั้งมวล วันนี้พบว่าเกิดเป็นไอจากการเปลี่ยนแปลงของก๊าซมีเทน มีมากในน้ำและก๊าซธรรมชาติ ใน 1 แกลลอน Hydrogen (-253 องศา) มีน้ำหนัก 0.27 Kg. น้ำมันหนัก 2.72 Kg. หากในปริมาตรน้ำหนัก 1 ปอนด์ (0.45 Kg.) เท่ากัน รถที่ใช้น้ำมันเดินทางได้เพียง 19 กิโลเมตร รถที่ใช้ Liquid Hydrogen เดินทางได้ถึง 53 กิโลเมตร (เป็นตัวเลขในการทดลอง) สามารถนำมาประดิษฐ์รูปแบบใหม่ เรียกว่า Hydrogen fuel cell ใช้กับรถยนต์ได้ แล้วจะเป็นพลังงานที่น่าสนใจ ในที่สุดจะนำมาใช้กับระบบบ้านอยู่อาศัยได้เช่นกัน เป็นหนทางเลือกแห่งอนาคต

Hydrogen fuel cell Car ค่ายจากญี่ปุ่น

เครื่องบินอนาคตใช้ Hydrogen fuel cell โดยการค้นคว้าทดลองสำหรับ เครื่องบิน Airbus เป็นผลสำเร็จแล้วเมื่อปี ค.ศ. 2005

สถานีจ่าย Hydrogen fuel cell พัฒนาโดย UK Energy Research Centre

การขับเคี่ยวของเทคโนโลยี่การคมนาคม จะรุนแรงขึ้นเพราะเป็นตลาดใหญ่มาก ยังเป็นเรื่องจำเป็นของประชากรโลกทุกคน ไม่ว่าจะอาศัยอยู่ที่ใดของโลก ต้องมีการเดินทาง ระบบรถยนต์แบบ 2 ระบบ (Hybrid cars) ดูเหมือน ยอมรับมากขึ้น มีโครงการจูงใจให้เห็นถึงความ สะดวกโดย สามารถเติมพลังงานจากแสงอาทิตย์ได้จากบริเวณลานจอดรถทั่วไป ติดตั้งระบบไว้ ใช้เวลาเติมไม่กี่นาทีก็เต็ม อย่างไรก็ตาม จะขึ้นกับมีผู้มีอำนาจในภาครัฐ มีส่วนกำหนดทิศทางพลังงานด้านคมนาคมด้วย เช่น หากผู้มีอำนาจมีส่วนได้เสียกับอุตสาหกรรมน้ำมันนำเข้าการจะพัฒนาให้ระบบพลังงานแสงอาทิตย์ อาจไม่ได้รับการสนับสนุนเต็มที ในทางตรงกันข้าม หากผู้มีอำนาจมีส่วนได้เสียกับอุตสาหกรรมรถยนต์ อาจจะได้รับการสนับสนุนรถยนต์ ที่เกี่ยวข้องกับพลังงานใหม่ เพื่อการขยายตัวทางการตลาดในประเทศนั้นๆ แต่ท้ายที่สุดทางออกที่จะชนะเรื่องพลังงานสำหรับรถยนต์ คงมีแนวโน้มเป็นประเภท รถยนต์ไฟฟ้า เพราะเป็นพลังงานที่มั่นคง ทุกประเทศสามารถผลิตเองได้ ต่างจากก๊าซและน้ำมันที่มีแหล่งขุดเจาะในบางประเทศ

ลานจอดรถเอนกประสงค์ Googleได้ทั้งพลังงานแสงอาทิตย์กันแดดกันฝน เป็นแนวโน้มต่อไปพบเห็นต่อไปได้ ในประเทศที่สนับสนุน เรื่องประหยัดพลังงาน

การพัฒนาการขั้นต่อไปเพื่ออนาคต ให้ง่าย และสะดวกขึ้น

รูปแบบพลังงานแสงอาทิตย์ ที่เเป็นแผ่นๆ PV module ในวันนี้มีการพัฒนาเป็นแบบ ม้วนโค้งดัดงอ เพื่อความสะดวกต่อการใช้งาน ขณะนี้สามารถทำเป็นแผ่นฟิลม์บางๆ เพื่อนำไปติดตั้งกับหลังคา สินค้าของอนาคตจำนวนมาก เริ่มจะมีระบบ Solar cell เข้ามาเป็น Option โดยเน้นสู่กลุ่มทันสมัย มีจำนวนที่ใช้มากขึ้น เช่น โทรศัพท์มือถือ วิทยุ เครื่ิองปรับอากาศ พัดลม คอมพิวเตอร์ และอุปกรณ์ใช้ในกลางแจ้ง ปัญหาส่วนใหญ่ของอุปกรณ์หลายชนิด ที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์ ผลิตในประเทศจีนพบว่าด้อยคุณภาพ ด้วยเน้นต้นทุนต่ำ ขายตามความนิยม เมื่อนำไปใช้ไม่คุ้มค่าทำให้เสื่อมศรัทธาต่อสินค้าในกลุ่มนี้ไปโดยปริยาย

Solar panels แผ่นฟิลม์บาง พัฒนาเพื่อบ้านอยู่อาศัย อาคาร ในอนาคต

Solar panels พัฒนาการใช้ในกองทัพสหรัฐมาก่อนหน้านี้

รถยนต์รุ่นเก่าใช้น้ำมันและก๊าซ จะถูกปรับเปลี่ยนไปใช้พลังงานไฟฟ้า จากแบตเตอรี่

ชีวิตประจำวันอนาคต ไม่พ้นระบบพลังงานแสงอาทิตย์ ที่ต้องมีติดตัว

สินค้าใหม่ๆ ออกแบบอยู่บนเงื่อนไข Solar panels

แม้แต่แฟชั่นมีแนวคิด Solar cell เข้าไปเกี่ยวข้อง

ต่อไปข้างหน้าจะพบเป็นลักษณะนำมาทาแทนสีทาบ้าน สามารถทาหลังคา ทาผนัง โดยไม่ต้องติดตั้งแผง Solar cells แม้แต่อาจพ่นบนตัวถังรถยนต์ เพื่อการเก็บค่าพลังงานจากแสงอาทิตย์ได้ขณะที่ขับบนท้องถนนไปในตัว ด้วย Nanotechnology นำสารกึ่งตัวนำผสม ลงในสีเพื่อไม่ให้มีข้อจำกัดในการรับแสงแล้วแปลงพลังงานดังกล่าว เข้าระบบเพื่อการใช้งาน นอกจากนั้น การที่นักวิทยาศาสตร์ รู้ว่า รังสีของดวงอาทิตย์ที่มากับแสงทำให้ได้พลังงานบางส่วนเท่านั้น ต่อไปจะมีการพัฒนาไปสู่ วิธีการเก็บรังสี อื่นๆ เช่น รังสี Infrared เพื่อให้ได้ รับค่าของพลังงานเพิ่มขึ้นไปอีก หากเป็นเช่นนั้นทำให้ความคุ้มค่าในเรื่อง Solar cell มากขึ้น โดยมีขนาดแผงรับที่เล็กลง

อยู่ในระหว่างการพัฒนา เพื่อให้รับค่ารังสี Infrared