เครื่องสูบน้ำพลังงานแสงอาทิตย์ นวัตกรรมเด่น “มหาวิทยาลัยราชภัฏสกลนคร”

กระแสไฟฟ้าที่ใช้ในปัจจุบันส่วนใหญ่ได้มาจากพลังงานฟอสซิส (น้ำมันปิโตรเลียม ก๊าซธรรมชาติ ถ่านหิน) ซึ่งเชื้อเพลิงดังกล่าว นับวันจะมีปริมาณน้อยลงทุกทีและมีโอกาสหมดไปในอนาคต ประกอบกับราคาเชื้อเพลิงกลุ่มดังกล่าวมีความผันผวนสูงขึ้นตามสถานการณ์ทางเศรษฐกิจและการเมืองของโลก ขณะเดียวกันเชื้อเพลิงกลุ่มนี้ยังปลดปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ปริมาณมหาศาล เข้าสู่ชั้นบรรยากาศโลก แถมสร้างมลพิษต่อสิ่งแวดล้อมอย่างมาก

การปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ พอห่อหุ้มโลกหนาเข้าๆ ก็กลายเป็นสภาวะเรือนกระจก แสงแดดที่ส่องเข้ามาจากดวงอาทิตย์ถูกกักความร้อนเอาไว้ ไม่สะท้อนออกไปสู่ชั้นบรรยากาศ ส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงของสภาพภูมิอากาศ ทำให้เกิดภาวะโลกร้อน ทำให้มีภัยธรรมชาติเกิดขึ้นถี่กว่าเดิมถึง 5 เท่า อีกด้วย

หากประเทศไทยพึ่งพาการใช้เชื้อเพลิงกลุ่มเดิมๆ แต่เพียงอย่างเดียว ก็เสี่ยงเจอปัญหาขาดแคลนพลังงานได้ และอาจส่งผลกระทบรุนแรงต่อการพัฒนาของประเทศไทยได้ในระยะยาว ดังนั้น หน่วยงานภาครัฐ เอกชน และสถาบันการศึกษาของไทยจึงพยายามนำพลังงานหมุนเวียนจากธรรมชาติ เช่น แสงอาทิตย์ พลังงานลม พลังงานชีวมวล น้ำขึ้น-น้ำลง พลังงานไฮโดรเจน ฯลฯ นำมาใช้เป็นพลังงานทางเลือกในการผลิตกระแสไฟฟ้า เพราะพลังงานเหล่านี้สะอาด ประหยัด ไม่มีวันหมดสิ้น ที่สำคัญไม่มีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมอีกด้วย

เครื่องสูบน้ำพลังแสงอาทิตย์นำไปใช้ในแปลงนา ตำบลป่าแดด

พลังงานแสงอาทิตย์

เซลล์แสงอาทิตย์ เป็นสิ่งประดิษฐกรรมทางอิเล็กทรอนิกส์ที่สร้างขึ้นเพื่อเป็นอุปกรณ์สำหรับเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานไฟฟ้า โดยการนำสารกึ่งตัวนำ เช่น ซิลิกอน ซึ่งมีราคาถูกที่สุดและมีมากที่สุดบนพื้นโลกมาผ่านกระบวนการทางวิทยาศาสตร์เพื่อผลิตให้เป็นแผ่นบางบริสุทธิ์ และทันทีที่แสงตกกระทบบนแผ่นเซลล์รังสีของแสงที่มีอนุภาคของพลังงานประกอบที่เรียกว่า โปรตอน (Proton) จะถ่ายเทพลังงานให้กับอิเล็กตรอน (Electron) ในสารกึ่งตัวนำ จนมีพลังงานมากพอที่จะกระโดดออกมาจากแรงดึงดูดของอะตอม (Atom) และเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ เมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่ครบวงจรจะทำให้เกิดไฟฟ้ากระแสตรงขึ้น

เซลล์แสงอาทิตย์จะมีประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าสูงที่สุดในช่วงเวลากลางวัน ซึ่งสอดคล้องและเหมาะสมในการนำเซลล์แสงอาทิตย์มาใช้ผลิตไฟฟ้า เพื่อแก้ไขปัญหาการขาดแคลนพลังงานไฟฟ้าในช่วงเวลากลางวัน

ทีมนักวิจัยมหาวิทยาลัยราชภัฏสกลนคร กับผู้บริหาร วช.

มหาวิทยาลัยราชภัฏสกลนคร
พัฒนาเครื่องสูบน้ำพลังงานแสงอาทิตย์

ทีมนักวิจัยของมหาวิทยาลัยราชภัฏสกลนคร ภายใต้การนำของ รองศาสตราจารย์ ดร. ทศวรรษ สีตะวัน คณะวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ซึ่งมีคณะผู้ร่วมวิจัย ประกอบด้วย ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ก้องภพ ชาอามาตย์ ( โทร. 091-415-3289 )และ ว่าที่ร้อยตรี อาจศึก มามีกุล (โทร. 918-863-5332 ) แห่งคณะเทคโนโลยีอุตสาหกรรม รวมทั้ง นายธีรวุฒิ สำเภา สถาบันวิจัยและพัฒนา มหาวิทยาลัยราชภัฏสกลนครได้เล็งเห็นความสำคัญของพลังงานทางเลือกจาก “แสงอาทิตย์” จึงได้ดำเนิน โครงการส่งเสริมการใช้พลังงานทดแทนในการสูบน้ำเพื่อการเกษตรโดยใช้เซลล์แสงอาทิตย์ ภายใต้การสนับสนุนทุนวิจัยจาก สำนักงานการวิจัยแห่งชาติ (วช.) ในโครงการทุนส่งเสริมและสนับสนุนการวิจัยโครงการวิจัยเพื่อการใช้ประโยชน์ในชุมชนสังคม ประจำปี 2561

แนวคิดที่มาของงานวิจัยชิ้นนี้ เกิดจากทีมนักวิจัยเล็งเห็นว่า ปัจจุบัน ยังมีพื้นที่เกษตรกรรมนอกเขตชลประทานจำนวนมาก โดยเฉพาะภาคอีสานตอนบนที่ขาดแคลนน้ำเพื่อการเกษตร เกษตรกรบางส่วนใช้วิธีการสูบน้ำบาดาลขึ้นมาเพื่อใช้ในการเกษตรกรรม ทำให้มีต้นทุนในการทำเกษตรที่สูงขึ้น ในบางพื้นที่เกษตรกรมีแหล่งน้ำขนาดเล็ก อย่างไรก็ตาม เกษตรกรยังขาดการจัดการบริหารน้ำและระบบส่งน้ำที่เหมาะสมต่อการเพาะปลูกพืชชนิดนั้นๆ

รองศาสตราจารย์ ดร. ทศวรรษ สีตะวัน

ดังนั้น การใช้ระบบสูบน้ำโดยใช้เซลล์แสงอาทิตย์เพื่อสูบน้ำสำหรับใช้งานในพื้นที่เกษตรกรรมนอกเขตชลประทานจึงเป็นแนวทางแก้ไขปัญหาการขาดแคลนน้ำเพื่อทำการเกษตร สามารถเพิ่มพื้นที่ในการเพาะปลูกพืชนอกเขตชลประทานได้ และส่งเสริมคนในชุมชนได้มีความรู้ ความเข้าใจ และใช้พลังงานทุกประเภทอย่างมีประสิทธิภาพ โดยนำเทคโนโลยีพลังงานทางเลือกมาประยุกต์ใช้กับชุมชนได้อย่างเหมาะสม

โครงการส่งเสริมการใช้พลังงานทดแทนในการสูบน้ำเพื่อการเกษตรโดยใช้เซลล์แสงอาทิตย์ นอกจากจะมีความสอดคล้องกับยุทธศาสตร์การพัฒนาจังหวัดอุดรธานีแล้ว ยังเป็นการขยายด้านการใช้พลังงานทดแทนที่สอดคล้องกับการแก้ปัญหาภัยแล้งเพื่อการเกษตรนอกเขตชลประทานหรืออุปโภคบริโภค โดยสามารถลดค่าใช้จ่ายด้านพลังงานได้อย่างเป็นรูปธรรม

การดำเนินงานเน้นการจัดรูปแบบด้านการผลิต การใช้ และการแก้ปัญหา ให้เกษตรกรพึ่งตนเองตามศักยภาพด้านพลังงานที่มีอยู่ในท้องถิ่นได้อย่างยั่งยืน ทำให้ชุมชนหรือเกษตรกรที่สนใจระบบสูบน้ำเพื่อการเกษตรโดยใช้เซลล์แสงอาทิตย์เข้าใจ สามารถติดตั้ง ใช้งานและดูแลรักษาระบบในเบื้องต้นได้ด้วยตัวเอง ซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่มีความเหมาะสมกับชุมชนเกษตรกร อีกทั้งยังเป็นการสนับสนุนให้ชุมชนหรือเกษตรกรมีการใช้พลังงานทดแทนอย่างยั่งยืน

มหาวิทยาลัยราชภัฏสกลนคร แนะนำเทคนิคการบำรุงรักษาอุปกรณ์

ที่ผ่านมา มหาวิทยาลัยราชภัฏสกลนคร ได้ดำเนินโครงการร่วมกับเกษตรและสหกรณ์จังหวัดอุดรธานี โดยมีกลุ่มเป้าหมายเป็นศูนย์เรียนรู้การเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตสินค้าเกษตร (ศพก.) ของแต่ละอำเภอ โดยมีวัตถุประสงค์หลักคือ

1. เพื่อส่งเสริม สนับสนุน และส่งมอบเทคโนโลยีพลังงานทดแทนในการสูบน้ำเพื่อการเกษตรโดยใช้เซลล์แสงอาทิตย์ให้กับเกษตรกรกลุ่มเป้าหมาย

2. เพื่อขยายผลและเพิ่มจำนวนเทคโนโลยีพลังงานทดแทนในการสูบน้ำเพื่อการเกษตรโดยใช้เซลล์แสงอาทิตย์ให้สอดคล้องกับศักยภาพและปัญหาของชุมชน

โครงการนี้ มีกลุ่มเป้าหมายหลักคือ สมาชิกศูนย์เรียนรู้การเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตสินค้าเกษตร (ศพก.) จังหวัดอุดรธานี ทั้งหมด 10 อำเภอ ได้แก่ อำเภอน้ำโสม อำเภอกุดจับ อำเภอบ้านผือ อำเภอวังสามหมอ อำเภอไชยวาน อำเภอศรีธาตุ อำเภอกู่แก้ว อำเภอโนนสะอาด อำเภอทุ่งฝน และอำเภอเมือง มีสมาชิกกลุ่มเกษตรกรเข้าร่วมโครงการทั้งหมด 171 คน

อุปกรณ์สำคัญของเครื่องสูบน้ำพลังแสงอาทิตย์

เครื่องสูบน้ำพลังงานแสงอาทิตย์

อุปกรณ์เครื่องสูบน้ำพลังงานแสงอาทิตย์ ประกอบด้วยระบบเซลล์แสงอาทิตย์ดังต่อไปนี้

ภาพหมายเลข 1 เป็นชุดต้นแบบระบบสูบน้ำโดยใช้เซลล์แสงอาทิตย์ที่ได้ประกอบตามแบบ สามารถเคลื่อนย้ายได้

ภาพหมายเลข 2 เป็นแผงโซล่าร์เซลล์หรือเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดโพลี มีทั้งหมด 2 แผง แผงละ 330 วัตต์ แรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่ 37 โวลต์ ต่อแผง ลักษณะการต่อแผงโซล่าร์เซลล์เป็นแบบอนุกรม เพื่อให้ได้แรงดันสูงสุดที่ 74 โวลต์

ภาพหมายเลข 3 เป็นชุดควบคุม แบ่งออกได้เป็น 3 ระบบย่อย คือ ระบบอัดประจุ ระบบแสดงผลการใช้พลังงานและระบบควบคุมความเร็วรอบของมอเตอร์ สามารถอธิบายคร่าวๆ ดังนี้

– ระบบอัดประจุ หรือ Charger ภายในประกอบไปด้วยวงจรเรียงกระแสทำหน้าที่ในการอัดประจุกระแสไฟฟ้าเพื่อไปเก็บไว้ที่แบตเตอรี่

– ระบบแสดงผลการใช้พลังงานไฟฟ้า หรือ Monitoring ทำหน้าที่แสดงผลของพลังงานไฟฟ้า เช่น กระแสไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ การสิ้นเปลืองพลังงานในขณะที่ต่อใช้กับภาระ (Load)

– ระบบควบคุมความเร็วรอบมอเตอร์ ภายในระบบประกอบไปด้วยวงจรปรับความเร็วมอเตอร์ Speed Control Motor 12-40 VDC 10A
ภาพหมายเลข 4-5 เป็นปั๊มน้ำขนาดท่อน้ำเข้าและออก 1 นิ้ว ปริมาณสูบน้ำสูงสุด 2,500 ลิตร ต่อชั่วโมง และมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง ทั้งสองระบบสามารถสูบน้ำแนวลึกได้ 10 เมตร ระยะส่งในแนวราบได้ 300 เมตร และในแนวดิ่งได้ 10-15 เมตร

ภาพหมายเลข 6 เป็นแบตเตอรี่ 24 โวลต์ 2 ลูก ต่อแบบอนุกรม ทำหน้าที่สะสมพลังงานเพื่อเป็นแหล่งจ่ายพลังงานให้กับมอเตอร์ ปั๊มน้ำและ Load

วช.-กอ.รมน. ส่งมอบเครื่องสูบน้ำพลังงานแสงอาทิตย์ ที่จังหวัดอ่างทอง

เกษตรกรที่เข้าร่วมโครงการต่างมีความรู้ ความเข้าใจ เกี่ยวกับความรู้ที่ได้รับการถ่ายทอดเทคโนโลยีในด้านเซลล์แสงอาทิตย์ ปั๊มน้ำ และการประยุกต์ใช้งาน ในพื้นที่ 10 ไร่ ใช้เครื่องสูบน้ำขนาด 373 วัตต์ เป็นเวลา 4.8 ชั่วโมง ต่อวัน ทั้งหมด 10 วัน ต่อเดือน จะมีค่าใช้จ่ายประมาณ 15 บาท ในกรณีใช้ระบบไฟฟ้า 1 เฟส

สำหรับจุดคุ้มทุนของแผงโซล่าร์เซลล์ (เฉพาะแผง) กรณีใช้แผง 400 วัตต์ ในราคา 4,560 บาท จุดคุ้มทุนอยู่ที่ 25.33 ปี ซึ่งคิดที่เงื่อนไขในพื้นที่ 10 ไร่ ใช้เครื่องสูบน้ำ ขนาด 373 วัตต์ เป็นเวลา 4.8 ชั่วโมง ต่อวัน ทั้งหมด 10 วัน ต่อเดือน จะมีค่าใช้จ่ายประมาณ 15 บาท

การนำผลงานไปใช้ประโยชน์

นวัตกรรมระบบสูบน้ำที่ใช้พลังงานทดแทนจากเซลล์แสงอาทิตย์ เพื่อแก้ไขปัญหาการสูบน้ำเข้าพื้นที่ทางการเกษตร ตามความต้องการของศูนย์เรียนรู้ชุมชน มีเป้าหมายในการยกระดับศักยภาพชุมชนใน 10 อำเภอ ของจังหวัดอุดรธานี ทั้งนี้ สำนักงานการวิจัยแห่งชาติ (วช.) โดย ดร. วิภารัตน์ ดีอ่อง รองผู้อำนวยการสำนักงานการวิจัยแห่งชาติ เป็นประธานส่งมอบนวัตกรรมและถ่ายทอดเทคโนโลยี “การใช้พลังงานทดแทนในการสูบน้ำเพื่อการเกษตรโดยใช้เซลล์แสงอาทิตย์” เมื่อวันเสาร์ที่ 7 ธันวาคม 2562 ณ ศูนย์เรียนรู้การเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตสินค้าเกษตรตำบลหายโศก อำเภอบ้านผือ จังหวัดอุดรธานี

ซึ่งมีเกษตรจังหวัด เกษตรและสหกรณ์จังหวัด พร้อมด้วยเกษตรกรของชุมชนร่วมในกิจกรรมรับมอบนวัตกรรมและถ่ายทอดเทคโนโลยีทางการเกษตรมอบนวัตกรรม การดำเนินงานอยู่ภายใต้โครงการขับเคลื่อนการใช้ประโยชน์ผลงานวิจัยและนวัตกรรมเพื่อการพัฒนาเชิงพื้นที่ ซึ่งเป็นความร่วมมือระหว่าง วช.และจังหวัดอุดรธานี

ส่งมอบเครื่องสูบน้ำพลังแสงอาทิตย์ ตำบลป่าแดด อำเภอแม่สรวย จังหวัดเชียงราย

ขยายผลสู่ชุมชนเกษตร 13 จังหวัด

สำนักงานการวิจัยแห่งชาติ (วช.) และ กองอำนวยการรักษาความมั่นคงภายในราชอาณาจักร (กอ.รมน.) เล็งเห็นว่า ผลงานวิจัยเครื่องสูบน้ำพลังงานแสงอาทิตย์ ของ มหาวิทยาลัยราชภัฏสกลนครเป็นประโยชน์ต่อภาคเกษตรในวงกว้าง จึงคัดเลือกผลงานวิจัยชิ้นนี้ เข้าร่วมโครงการการใช้ประโยชน์องค์ความรู้จากผลงานวิจัยและนวัตกรรมเพื่อการพัฒนาเชิงพื้นที่ : ชุมชนเข้มแข็งด้วยวิจัยและนวัตกรรม ก่อให้เกิดประโยชน์ต่อสังคมและชุมชน ซึ่งสอดคล้องตามหลักปรัชญาของเศรษฐกิจพอเพียง และเชื่อมโยงกับยุทธศาสตร์ชาติด้านความมั่นคง

วช. และ กอ.รมน. ได้ทยอยส่งมอบเครื่องสูบน้ำพลังงานแสงอาทิตย์ ของมหาวิทยาลัยราชภัฏสกลนครเพื่อพัฒนาเชิงพื้นที่เพื่อการเกษตร 18 ชุมชน ในพื้นที่ 13 จังหวัด เช่น อ่างทอง พิจิตร เชียงราย ฯลฯ ช่วยสร้างประโยชน์ได้อย่างดียิ่งโดยเฉพาะในช่วงหน้าแล้งที่ชาวบ้านต้องการสูบน้ำเข้านาและพื้นที่การเกษตร ทำให้มีผลผลิตเพิ่มขึ้น รายได้มากขึ้นและมีคุณภาพชีวิตที่ดีขึ้นไปพร้อมๆ กัน

ทดสอบแรงดันน้ำจากเครื่องสูบน้ำพลังแสงอาทิตย์

อนึ่ง ขอขอบคุณ สถาบันวิจัยพุทธศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหาจุฬาลงกรณราชวิทยาลัย (มจร.) และมหาวิทยาลัยราชภัฏสกลนคร ที่เอื้อเฟื้อข้อมูล และภาพประกอบข่าว มา ณ ที่นี้

…………………………………

พิเศษ! สมัครสมาชิกนิตยสารเทคโนโลยีชาวบ้าน, มติชนสุดสัปดาห์ และศิลปวัฒนธรรม ลดราคาทันที 40% ตั้งแต่วันนี้ – 30 มิ.ย. 63 เท่านั้น!  คลิกดูรายละเอียดที่นี่

บทความก่อนหน้านี้หลง-หลิน ลับแล เลือกอย่างไร? จึงอร่อย
บทความถัดไปชะพลูใบหงิก เกิดจากอะไร