ศูนย์การเรียนรู้พลังงานทดแทนกองทัพอากาศ เป็นโครงการที่จัดตั้งขึ้นเพื่อเฉลิมพระเกียรติพระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัว เนื่องในโอกาสที่พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวทรงเจริญพระชนมพรรษา 7 รอบ 84 พรรษา 5 ธันวาคม 2554  ดำเนินงานวิจัย พัฒนา สนับสนุน ส่งเสริม และให้บริการข้อมูลและองค์ความรู้ด้านพลังงานทดแทนรูปแบบต่างๆ แก่ข้าราชการและประชากรทั่วไปอย่างครบวงจร ซึ่งภายในศูนย์การเรียนรู้มีการจัดแสดงนิทรรศการอุปกรณ์จริง แบบจำลอง และสื่อวีดิทัศน์พลังงานทดแทน ประกอบด้วย 5 อาคาร ได้แก่ อาคารพลังงานแสงอาทิตย์ อาคารพลังงานลม อาคารพลังงานชีวมวล อาคารพลังงานไบโอดีเซล และอาคารบ้านตัวอย่างที่สาธิตการนำพลังงานทดแทนมาใช้งานจริง

สาระที่ 2 การออกแบบและเทคโนโลยี กลุ่มสาระการเรียนรู้การงานอาชีพและเทคโนโลยี
     มาตรฐาน ง 2.1 เข้าใจเทคโนโลยีและกระบวนการเทคโนโลยี ออกแบบและสร้างสิ่งของเครื่องใช้หรือวิธีการ ตามกระบวนการเทคโนโลยีอย่างมีความคิดสร้างสรรค์ เลือกใช้เทคโนโลยีในทางสร้างสรรค์ต่อชีวิต สังคม สิ่งแวดล้อม และมีส่วนร่วมในการจัดการเทคโนโลยีที่ยั่งยืน

ผลการเรียนรู้ รายวิชาเพิ่มเติม พลังงานหมุนเวียน ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 1-3
     1) อธิบายความหมายของพลังงานทดแทนและพลังงานหมุนเวียน
     2) วิเคราะห์ความสำคัญของพลังงานหมุนเวียน
     3) อธิบายการนำพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลมไปใช้ประโยชน์ในรูปของพลังงานกลและพลังงานไฟฟ้า
     4) อธิบายเทคโนโลยีการแปรรูปพลังงานชีวมวลเพื่อนำมาใช้ประโยชน์ในรูปของของแข็ง ของเหลว และแก็ส

สาระที่ 5 พลังงาน กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์
     มาตรฐาน ว 5.1 เข้าใจความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานกับการดำรงชีวิต การเปลี่ยนแปลงรูปพลังงาน ปฏิสัมพันธ์ระหว่างสารและพลังงาน ผลของการใช้พลังงานต่อชีวิตและสิ่งแวดล้อม มีกระบวนการสืบเสาะหาความรู้ สื่อสารสิ่งที่เรียนรู้และนำความรู้ไปใช้ประโยชน์

ผลการเรียนรู้ รายวิชาเพิ่มเติม พลังงานทดแทนกับการใช้ประโยชน์ ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 1-3
     1) เขียนบรรยายและยกตัวอย่างความสำคัญของพลังงานทดแทน
     2) สังเกตและอธิบายหลักการทางวิทยาศาสตร์ในการนำพลังงานลม พลังงานแสงอาทิตย์ พลังงานชีวมวลไปใช้ประโยชน์
     3) เขียนบรรยายและยกตัวอย่างการใช้ประโยชน์พลังงานลม พลังงานแสงอาทิตย์ พลังงานชีวมวลในประเทศไทย

กองทัพอากาศได้กำหนดทิศทางการดำเนินโครงการศูนย์การเรียนรู้พลังงานทดแทนตามแนวทางของโครงการพระราชดำริของพระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัว นโยบายรัฐบาล นโยบายกระทรวงกลาโหม ไว้ในยุทธศาสตร์ของกองทัพอากาศ พ.ศ. 2551 ถึง 2562(ฉบับปรับปรุง 2552 และ 2557) เพื่อส่งเสริมการใช้พลังงานทดแทนให้เป็นพลังงานสำรองเพื่อความมั่นคงของกองทัพอากาศทั้งในยามปกติและยามขาดแคลนพลังงาน ตลอดจนมุ่งเน้นการอนุรักษ์พลังงานทุกรูปแบบ
     เริ่มต้นจาก พ.ศ. 2551 กองทัพอากาศได้แต่งตั้งคณะเจ้าหน้าที่ดำเนินการศึกษาข้อมูลเกี่ยวกับการใช้พลังงานทดแทนและพลังงานสำรอง และได้จัดทำโครงการนำร่องพลังงานแสงอาทิตย์ ณ สถานีถ่ายทอดโทรคมนาคมบ้านลาดช้าง อำเภอลาดหลุมแก้ว จังหวัดปทุมธานี มีขนาดกำลังไฟฟ้าเฉลี่ย 10 กิโลวัตต์ โดยเชื่อมต่อระบบพลังงานแสงอาทิตย์เข้ากับระบบไฟฟ้าปกติของการไฟฟ้าส่วนภูมิภาค เมื่อวันที่ 15 ตุลาคม 2551 และสามารถผลิตไฟฟ้าได้ประมาณ 20,000 หน่วยต่อปี ทำให้ประหยัดพลังงานได้ถึง 55 หน่วยต่อวัน หรือคิดเป็นเงินประมาณ 60,000 บาทต่อปี โครงการนำร่องพลังงานแสงอาทิตย์นี้ได้ใช้เป็นต้นแบบของระบบพลังงานแสงอาทิตย์ที่นำไปใช้ประโยชน์ทางราชการเพื่อช่วยลดภาวะโลกร้อนและสร้างจิตสำนึกในการอนุรักษ์พลังงานให้กับข้าราชการและชุมชนด้านพลังงานทดแทน ต่อมาจึงมีการวิจัยและพัฒนาเกี่ยวกับพลังงานทดแทนเพิ่มเติม 3 ด้าน คือ พลังงานลม พลังงานชีวมวล และพลังงานไบโอดีเซล เพื่อนำมาใช้ประโยชน์เรื่อยมา
     และใน พ.ศ. 2553 กองทัพอากาศ ได้ดำเนินงานจัดตั้งศูนย์การเรียนรู้พลังงานทดแทนกองทัพอากาศ โดยให้มีการก่อสร้างศูนย์การเรียนรู้พลังงานทดแทนกองทัพอากาศ เพื่อจัดการแสดงข้อมูลและองค์ความรู้เกี่ยวกับพลังงานทดแทนรูปแบบต่างๆ  และเปิดใช้งานอย่างเป็นทางการเมื่อวันที่ 2 เมษายน 2556 แบ่งเป็นอาคาร 5 หลัง ประกอบด้วย อาคารบ้านตัวอย่างที่สาธิตการนำพลังงานทดแทนมาใช้งาน และอาคารจัดแสดงพลังงานทดแทน จำนวน 4 หลัง โดยมีรายละเอียดดังนี้

อาคารบ้านตัวอย่าง
     อาคารนี้จัดแสดงการนำพลังงานทดแทนในรูปแบบต่าง ๆ มาใช้ในชีวิตประจำวันได้แก่ การใช้ไฟฟ้า ซึ่งผลิตจากพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลม การใช้แก๊สชีวภาพเพื่อการประกอบอาหารในครัวเรือน อาคารบ้านตัวอย่างได้รับการออกแบบให้มีอากาศถ่ายเทได้อย่างสะดวก  ใช้แสงอาทิตย์เพื่อความสว่างกับตัวบ้านในเวลากลางวัน เลือกใช้อุปกรณ์ไฟฟ้าที่ประหยัดพลังงาน เช่น หลอดไฟฟ้า LED และภายในอาคารยังมีสื่อวีดิทัศน์เพื่อแสดงพระราชกรณียกิจของพระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวด้านพลังงานทดแทน ความเป็นมาในเรื่องพลังงานทดแทน สภาพปัญหาด้านพลังงาน แนวนโยบายระดับชาติ นโยบายและการดำเนินงานด้านพลังงานทดแทนของกองทัพอากาศ ตลอดจนการแนะนำเกี่ยวกับศูนย์การเรียนรู้พลังงานทดแทนกองทัพอากาศ

อาคารพลังงานแสงอาทิตย์
     อาคารนี้จัดแสดงการใช้พลังงานแสงอาทิตย์ในการผลิตความร้อน และการผลิตไฟฟ้า โดยการผลิตไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์ ได้แบ่งออกเป็น 2 ลักษณะ คือ การผลิตไฟฟ้าด้วยระบบรวมแสงอาทิตย์ เพื่อต้มน้ำป้อนให้กังหันไอน้ำขับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า และการผลิตไฟฟ้าด้วยเซลล์แสงอาทิตย์ (Solar Cell) โดยการเปลี่ยนพลังงานแสงเป็นพลังงานไฟฟ้าโดยตรง มีการจัดแสดงเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดต่าง ๆ รวมถึงจัดแสดงอุปกรณ์ผลิตน้ำร้อนโดยใช้พลังงานแสงอาทิตย์ และภายนอกอาคารยังมีการติดตั้งแผงเซลล์แสงอาทิตย์ เพื่อใช้ผลิตพลังงานไฟฟ้าใช้ภายในศูนย์การเรียนรู้

อาคารพลังงานลม
     อาคารนี้จัดแสดงอุปกรณ์ แบบจำลองอธิบายการผลิตกระแสไฟฟ้าจากพลังงานลม พร้อมกับชุดการเรียนรู้เพื่อทดลองสร้างกระแสไฟฟ้าจากพลังงานลมด้วยตนเอง  นอกจากนั้นยังมีการแสดงเครื่องวัดลม และกังหันลมแบบต่างๆ และภายนอกอาคารยังมีการติดตั้งกังหันลมผลิตไฟฟ้าขนาด 1 กิโลวัตต์ จำนวน 3 ชุด เพื่อใช้ผลิตพลังงานไฟฟ้าใช้ภายในศูนย์การเรียนรู้โดยเชื่อมต่อแบบผสมผสานร่วมกับพลังงานแสงอาทิตย์

อาคารพลังงานชีวมวล
     อาคารนี้จัดแสดงองค์ความรู้ในการผลิตแก็สชีวภาพ (Biogas) ที่เกิดจากกระบวนการหมัก และแก็ส      ชีวมวล (Biomass Gas) ที่เกิดจากกระบวนการเผาโดยไม่ใช้อากาศทำให้วัตถุดิบสลายตัว เรียกว่ากระบวนการแก๊สซิฟิเคชั่น เพื่อนำมาใช้ทดแทนแก็สหุงต้ม LPG และใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า  และภายนอกอาคารยังมีการติดตั้งระบบผลิตแก็สชีวภาพจากเศษอาหาร ขนาด 40 กิโลกรัมต่อวัน โดยระบบสามารถผลิตแก็สชีวภาพ ได้วันละ 4 ลูกบาศก์เมตร เทียบเท่ากับแก็ส LPG ปริมาณ 1.84 กิโลกรัม

อาคารพลังงานไบโอดีเซล
     อาคารนี้จัดแสดงเครื่องผลิตไบโอดีเซล ขนาดกำลังการผลิต 50 ลิตรต่อครั้ง เพื่อใช้เป็นแหล่งผลิตน้ำมันไบโอดีเซลจากน้ำมันพืชที่ใช้งานแล้ว ให้ออกมามีคุณภาพเทียบเคียงกับน้ำมันดีเซลที่ใช้งานอยู่ในเครื่องยนต์ดีเซลปัจจุบัน
     นอกจากนี้ศูนย์การเรียนรู้พลังงานทดแทนกองทัพอากาศยังได้ดำเนินการวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีพลังงานทดแทน เช่น การวิจัยเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องบินจากชีวมวล ซึ่งสามารถนำมาใช้จริงกับเครื่องยนต์ Jet ได้แล้วในปัจจุบัน การวิจัยเชื้อเพลิงสังเคราะห์เพื่ออากาศยาน และการวิจัย Fuel Cell เพื่อผลิตไฟฟ้า ซึ่งจะนำมาใช้งานจริงในอนาคตต่อไป

วีดิทัศน์เรื่อง ศูนย์การเรียนรู้พลังงานทดแทนกองทัพอากาศ

 พลังงานแสงอาทิตย์ (Solar Energy) เป็นพลังงานที่ได้จากดวงอาทิตย์ โดยการแผ่รังสีในรูปของรังสีที่มองเห็น เช่น แสง และรังสีที่มองไม่เห็น เช่น รังสีอัลตราไวโอเลต รังสีอินฟราเรด พลังงานแสงอาทิตย์จัดเป็นพลังงานทดแทนประเภทพลังงานหมุนเวียนที่นำมาใช้ประโยชน์เพื่อทดแทนพลังงานจากปิโตรเลียม ถ่านหินและแก็สธรรมชาติ ปัจจุบันเราสามารถนำพลังงานแสงอาทิตย์มาใช้ประโยชน์ได้ 2 ลักษณะ คือ  รูปของพลังงานไฟฟ้า และรูปของพลังงานความร้อน
     การนำพลังงานแสงอาทิตย์มาใช้ประโยชน์ในรูปของพลังงานไฟฟ้า ทำได้ 2 แนวทางคือ การเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้าโดยตรง และการเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานความร้อนก่อนแล้วจึงเปลี่ยนไปเป็นพลังงานไฟฟ้า แนวทางนี้นิยมใช้ในโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ขนาดใหญ่

     เซลล์แสงอาทิตย์ เป็นอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ใช้เป็นพลังงานไฟฟ้า ทำมาจากวัสดุพิเศษที่เรียกว่า สารกึ่งตัวนำ มีโครงสร้างหลักประกอบขึ้นด้วยสารกึ่งตัวนำชนิดพีและชนิดเอ็นที่นำมาต่อกันเพื่อทำหน้าที่สร้างสนามไฟฟ้า เมื่อแสงตกกระทบยังเซลล์แสงอาทิตย์จะเกิดการสร้างพาหะนำไฟฟ้าที่มีประจุบวกและประจุลบ โดยประจุทั้งสองชนิดจะเคลื่อนที่ในสนามไฟฟ้า ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า

ชนิดของเซลล์แสงอาทิตย์ ที่ใช้งานในเชิงพาณิชย์ แบ่งออกเป็น 4 ชนิด คือ

    ชนิดซิลิคอนผลึกเดี่ยว (Single Crystalline Silicon Solar Cell)

ชนิดซิลิคอนหลายผลึก (Polycrystalline Silicon Solar Cell)

ชนิดฟิล์มบางอะมอร์ฟัสซิลิคอน (Thin-Film Amorphous Silicon Solar Cell)

ชนิดที่ทำจากสารกึ่งตัวนำอื่นๆ เช่น แกลเลียมอาร์เซไนด์(GaAs) แคดเนียมเทลเลอไรด์(CdTe) คอปเปอร์อินเดียมไดเซเลไนด์(CIS) ซึ่งเป็นชนิดที่มีประสิทธิภาพในการเปลี่ยนแปลงพลังงานจากพลังงานแสงอาทิตย์ไปเป็นพลังงานไฟฟ้าสูงกว่าชนิดอื่น

 รูปแบบการต่อเซลล์แสงอาทิตย์
     การใช้งานเซลล์แสงอาทิตย์จะต้องนำเซลล์แสงอาทิตย์หลายเซลล์มาต่อกันเพื่อเพิ่มค่ากระแสไฟฟ้าหรือแรงดันไฟฟ้า เมื่อเซลล์แสงอาทิตย์ได้รับแสงอาทิตย์เต็มที่จะเกิดกระแสไฟฟ้าไหลในวงจรประมาณ 30 mA/cm² และแรงดันไฟฟ้าประมาณ 0.4-0.6 V/cell มีกำลังไฟฟ้าประมาณ 1 W หากนำเซลล์แสงอาทิตย์มาต่อเข้าด้วยกันจะทำให้ได้แผงเซลล์แสงอาทิตย์ใช้งาน เช่น การต่อเซลล์แสงอาทิตย์แบบขนาน จะทำให้ได้กระแสไฟฟ้ามากขึ้นแต่ได้แรงดันไฟฟ้าเท่าเดิม และการต่อเซลล์แสงอาทิตย์แบบอนุกรม จะทำให้ได้แรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นแต่กระแสไฟฟ้าเท่าเดิม

การติดตั้งแผงเซลล์แสงอาทิตย์
     การติดตั้งแผงเซลล์แสงอาทิตย์เพื่อผลิตไฟฟ้า ควรติดตั้งอยู่ในที่โล่งแจ้ง ไม่มีเงาของต้นไม้หรือสิ่งก่อสร้างมาบดบังแสงอาทิตย์ และหันด้านหน้าของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ให้รับแสงอาทิตย์มากที่สุด ทั้งนี้ประเทศไทยตั้งอยู่เหนือเส้นศูนย์สูตรของโลก เพื่อให้แผงเซลล์แสงอาทิตย์รับความเข้มรังสีมากที่สุด จึงควรติดตั้งแผงเซลล์แสงอาทิตย์ให้หันไปทางทิศใต้ ซึ่งการติดตั้งแผงเซลล์แสงอาทิตย์ทำให้หลายแบบ ได้แก่ การติดตั้งบนพื้นดิน โดยเอียงทำมุมประมาณ 10-15 องศากับแนวราบ การติดตั้งบนหลังคา โดยเว้นระยะห่างระหว่างแผงเซลล์แสงอาทิตย์กับหลังคาเพื่อระบายความร้อน และการติดตั้งเป็นส่วนหนึ่งของอาคาร โดยออกแบบให้แผงเซลล์แสงอาทิตย์ติดตั้งเป็นส่วนหนึ่งของตัวอาคารเพื่อให้เกิดประโยชน์และกลมกลืนสวยงาม

  
การติดตั้งบนพื้นดิน                                                      การติดตั้งบนหลังคา                                    การติดตั้งเป็นส่วนหนึ่งของอาคาร

         รูปแบบการใช้งานแผงเซลล์แสงอาทิตย์
     การใช้งานแผงเซลล์แสงอาทิตย์สามารถแบ่งระบบผลิตไฟฟ้าตามลักษณะการเชื่อมต่อระบบจำหน่ายไฟฟ้า ได้ 2 แบบ คือ การใช้งานแบบไม่เชื่อมต่อระบบจำหน่ายไฟฟ้า (Off Grid or Stand-alone) และการใช้งานแบบเชื่อมต่อระบบจำหน่ายไฟฟ้า (On Grid or Grid-connected)
     1) การใช้งานแบบไม่เชื่อมต่อระบบจำหน่ายไฟฟ้า มีวัตถุประสงค์เพื่อใช้งานเฉพาะครัวเรือนหรือในพื้นที่ห่างไกลจากระบบสายส่งไฟฟ้า ซึ่งระบบผลิตไฟฟ้าประกอบด้วย แผงเซลล์แสงอาทิตย์ แบตเตอรี่ อุปกรณ์ควบคุมการประจุแบตเตอรี่ และอินเวอร์เตอร์

 2) การใช้งานแบบเชื่อมต่อระบบจำหน่ายไฟฟ้า มีวัตถุประสงค์เพื่อใช้งานเป็นโรงไฟฟ้า ผลิตไฟฟ้าขายเข้าสู่ระบบจำหน่ายไฟฟ้าหรือเพื่อลดค่าไฟฟ้าจากระบบจำหน่ายไฟฟ้า ซึ่งระบบผลิตไฟฟ้าจะไม่มีการใช้งานแบตเตอรี่ในระบบ เมื่อครัวเรือนใช้ไฟฟ้าน้อยกว่าที่ระบบผลิตได้ ไฟฟ้าส่วนเกินจะถูกจ่ายเข้าสู่ระบบจำหน่ายไฟฟ้า และเมื่อครัวเรือนใช้ไฟฟ้ามากกว่าที่ระบบผลิตได้ ไฟฟ้า ระบบผลิตไฟฟ้าจะดึงไฟฟ้าจากระบบจำหน่ายไฟฟ้าเข้ามาใช้งานในครัวเรือนอัตโนมัติ

การคำนวณกำลังไฟฟ้าของเซลล์แสงอาทิตย์เพื่อให้ทราบว่าควรจะต่อแผงเซลล์แสงอาทิตย์อย่างไร เราจึงจะได้แรงดันไฟฟ้าเพียงพอกับความต้องการ กำลังไฟฟ้าของเซลล์แสงอาทิตย์จะขึ้นอยู่กับจำนวนและชั่วโมงการใช้งานของเครื่องใช้ไฟฟ้า ตัวอย่างเช่น บ้านหลังหนึ่งมีหลอดไฟฟลูออเรสเซนต์ จำนวน 8 หลอด ขนาด 36 W ใช้งาน 6 h/day ผลคูณของค่าทั้ง 3 คือ ค่าพลังงานไฟฟ้า มีค่าเท่ากับ 1,728 Wh ซึ่งสามารถนำคำนวณกำลังไฟฟ้าของเซลล์แสงอาทิตย์ ได้ดังนี้

เมื่อ  P คือ กำลังไฟฟ้าเซลล์แสงอาทิตย์ที่จะติดตั้ง
                P_L คือ ความต้องการพลังงานในหนึ่งวัน (Wh/m²)
                Q คือ พลังงานแสงอาทิตย์เฉลี่ยที่ตกกระทบในวันหนึ่งวัน
                        สำหรับประเทศไทยมีค่า 4,000 Wh/m²
                  A คือ ค่าชดเชยการสูญเสียของเซลล์แสงอาทิตย์ มีค่าประมาณ 0.8
                B คือ ค่าชดเชยการสูญเสียเชิงความร้อน มีค่าประมาณ 0.85
                C คือ ประสิทธิภาพของอินเวอเตอร์ มีค่าประมาณ 0.85 - 0.9
                D คือ ความเข้มแสงปกติ มีค่าประมาณ 1,000 W/m²
       ดังนั้น  P = (1,728 x 1,000)/(4,000 x 0.8 x0.85 x 0.85)
                  = 747.40 W

     เมื่อเราทราบกำลังไฟฟ้าของเซลล์แสงอาทิตย์ที่จะติดตั้งแล้ว เราก็จะสามารถกำหนดจำนวนแผงเซลล์แสงอาทิตย์และออกแบบการต่อวงจรเพื่อให้ได้แรงดันไฟฟ้าตามความต้องการ ตัวอย่างเช่น ถ้าแผงเซลล์แสงอาทิตย์ที่ขาย 1 แผง ให้กำลังไฟฟ้าสูงสุด 50 W แรงดันไฟฟ้าสูงสุด 17 V หากเราต้องการแรงดันไฟฟ้าใช้งาน 100 V สามารถคำนวนได้ดังนี้

    บ้านหลังนี้ต้องใช้แผงเซลล์แสงอาทิตย์ติดตั้งทั้งหมด 6 x 3 = 18 แผง โดยต่ออนุกรมแถวละ 6 แผง และต่อขนานจำนวน 3 แถว

วีดิทัศน์เรื่อง พลังงานแสงอาทิตย์ในรูปแบบพลังงานไฟฟ้า

 โลกของเราได้รับรังสีจากดวงอาทิตย์ใน 2 ส่วน คือ รังสีตรง (Direct Radiation) และรังสีกระจาย (Diffuse Radiation) โดยรังสีตรงเป็นรังสีที่ได้รับจากดวงอาทิตย์ในทางตรง มีลักษณะเป็นรังสีขนาน มีทิศทางที่แน่นอน และให้ค่าพลังงานใกล้เคียงกับพลังงานแสงอาทิตย์นอกโลก จึงสามารถรวมรังสีเพื่อให้มีความเข้มรังสีสูงได้ เช่น การนำพลังงานแสงอาทิตย์มาใช้โดยตรงผ่านตัวเก็บรังสีแบบรวมแสงเพื่อผลิตความร้อนแล้วจึงนำไปใช้ประโยชน์ต่อไป ส่วนรังสีกระจายเป็นรังสีที่ได้รับจากดวงอาทิตย์ที่มีการกระจาย เนื่องจากรังสีเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางอื่นที่แสงอาทิตย์ส่งไปกระทบ เช่น ละอองฝุ่น ไอน้ำ และอะตอมของแก็สต่างๆ ที่อยู่ในบรรยากาศของโลก โดยรังสีกระจายไม่สามารถรวมรังสีเพื่อให้มีความเข้มสูงได้ จึงนำพลังงานแสงอาทิตย์มาใช้โดยตรงผ่านเซลล์แสงอาทิตย์เพื่อผลิตไฟฟ้า หรือผ่านตัวเก็บรังสีแบบแผ่นราบเพื่อผลิตความร้อนแล้วจึงนำไปใช้ประโยชน์ต่อไป

การนำพลังงานแสงอาทิตย์มาใช้ประโยชน์ในรูปของพลังงานความร้อน
     การนำพลังงานแสงอาทิตย์มาใช้ประโยชน์ในรูปของพลังงานความร้อนเป็นการนำพลังงานแสงอาทิตย์มาใช้โดยตรง เนื่องจากความเข้มของพลังงานแสงอาทิตย์ที่ตกมาสู่ผิวโลกของเรามีค่าไม่สูงมาก หากต้องการใช้ประโยชน์จากพลังงานแสงอาทิตย์จะต้องมีเครื่องมือหรืออุปกรณ์เพื่อใช้รับหรือรวมพลังงานแสงอาทิตย์ให้มีความเข้มสูงขึ้น เรียกว่า ตัวเก็บรังสี หรืออาจเรียกว่า แผงรับแสงอาทิตย์ (Solar Collector)

ตัวเก็บรังสี แบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือตัวเก็บรังสีแบบแผ่นราบ (Flat Plate Collector or Non-focusing Collector) และ ตัวเก็บรังสีแบบรวมแสง (Focusing Collector) โดยมีการใช้งานและหลักการทำงานดังนี้
     1)ตัวเก็บรังสีแบบแผ่นราบ ที่ใช้งานอยู่ในปัจจุบันมี 2 ชนิด คือ ชนิดแผ่นเรียบ และชนิดหลอดแก้วสุญญากาศ
     ตัวเก็บรังสีชนิดแผ่นเรียบ สามารถรับรังสีได้ทั้ง 2 ชนิด โดยมีส่วนประกอบที่สำคัญ ได้แก่ แผ่นปิดด้านบน แผ่นดูดรังสี ฉนวนกันความร้อน ของไหล

     ตัวเก็บรังสีชนิดแผ่นเรียบมีหลักการทำงาน คือ พลังงานแสงอาทิตย์เมื่อตกกระทบกับแผ่นดูดรังสีจะทำให้แผ่นดูดรังสีมีอุณหภูมิสูงขึ้นและแผ่รังสีความร้อนออกมาในรูปของรังสีอินฟราเรด แต่เนื่องจากรังสีอินฟราเรดเป็นคลื่นยาวไม่สามารถเคลื่อนที่ผ่านวัสดุโปร่งใสจึงสะท้อนกลับไปยังแผ่นดูดรังสี และแผ่นดูดรังสีจะเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานความร้อนแล้วถ่ายเทความร้อนให้กับของไหลเพื่อนำไปใช้ประโยชน์ นั่นเอง ตัวอย่างการนำตัวเก็บรังสีชนิดแผ่นเรียบที่นำไปใช้งาน เช่น เครื่องทำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์แบบแผ่นเรียบ เครื่องอบหรือเตาพลังงานแสงอาทิตย์ เป็นต้น

ตัวเก็บรังสีชนิดหลอดแก้วสุญญากาศ มีลักษณะเป็นหลอดแก้ว 2 ชั้น เพื่อลดการสูญเสียความร้อน ภายในประกอบด้วยแผ่นดูดรังสีที่เชื่อมต่อกับทองแดงเป็นสุญญากาศหรือมีความดันต่ำใช้บรรจุของเหลว ปลายท่อทองแดงทำหน้าที่เป็นตัวแลกเปลี่ยนความร้อน (Heat Exchanger or Heat Condenser) เชื่อมต่อกับท่อส่งน้ำ ซึ่งตัวเก็บรังสีชนิดหลอดแก้วสุญญากาศมีหลักการทำงาน คือ พลังงานแสงอาทิตย์เมื่อตกกระทบกับหลอดแก้วสุญญากาศ แผ่นดูดรังสีที่อยู่ภายในจะรับพลังงานแสงอาทิตย์และถ่ายเทความร้อนให้กับท่อทองแดงกลายเป็นไอร้อนระเหยไปสู่ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนที่เชื่อมกับท่อส่งน้ำ ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนจะมีอุณหภูมิสูงขึ้น เมื่อมีน้ำไหลผ่านจะเกิดการถ่ายเทความร้อน ทำให้ไอร้อนที่ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนมีอุณหภูมิลดลงแล้วควบแน่นตกลงสู่ด้านล่างของท่อทองแดงเป็นวงจร ตัวอย่างการนำตัวเก็บรังสีชนิดแผ่นเรียบที่นำไปใช้งาน เช่น เครื่องทำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์แบบหลอดแก้วสุญญากาศ เป็นต้น

2) ตัวเก็บรังสีแบบรวมแสง สามารถเพิ่มความเข้มของพลังงานแสงอาทิตย์ที่ตกลงบนแผ่นดูดรังสีได้มากกว่าสองเท่า ซึ่งใช้งานอยู่ในปัจจุบันมี 3 ชนิด คือ ชนิดรวมแสงเป็นจุด (Parabolic Dishes) ชนิดรวมแสงเป็นเส้น (Parabolic Troughs) และชนิดรวมแสงเป็นหอรับแสงกลาง (Central Receiver or Solar Tower)

    ตัวเก็บรังสีชนิดรวมแสงเป็นจุด มีลักษณะเป็นจานพาราโบลา เพื่อสะท้อนแสงจากดวงอาทิตย์ไปยังตัวรับความร้อนหรือแผ่นดูดรังสีที่อยู่ตำแหน่งจุดรวมแสง ซึ่งตัวเก็บรังสีชนิดชนิดนี้สามารถเพิ่มความเข้มของพลังงานแสงอาทิตย์ประมาณ 50,000 เท่าของแสงปกติ และทำให้ของไหล (น้ำหรืออากาศ) ที่จุดรวมแสงมีอุณหภูมิประมาณ 500 – 2,000 องศาเซลเซียส เราสามารถนำความร้อนที่ได้ไปใช้ประโยชน์ เช่น การประกอบอาหาร การนำไปหมุนกังหันของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพื่อผลิตไฟฟ้า เป็นต้น

 ตัวเก็บรังสีชนิดรวมแสงเป็นเส้น มีลักษณะเป็นรางยาวโค้ง เพื่อสะท้อนแสงจากดวงอาทิตย์ไปยังท่อที่วางในแนวขนานกับตัวเก็บรังสี และถ่ายเทความร้อนให้กับของเหลวที่ไหลเวียนอยู่ภายในท่อ ทำให้ของเหลวร้อนขึ้นแล้วนำของเหลวดังกล่าวไปใช้ประโยชน์ เช่น การนำไปหมุนกังหันของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพื่อผลิตไฟฟ้า เป็นต้น ทั้งนี้ตัวเก็บรังสีชนิดชนิดนี้สามารถเพิ่มความเข้มของพลังงานแสงอาทิตย์ประมาณ 230 เท่าของแสงปกติ และทำให้ของเหลวมีอุณหภูมิประมาณ 200 – 300 องศาเซลเซียส 

ตัวเก็บรังสีชนิดรวมแสงเป็นหอรับแสงกลาง มีลักษณะเป็นหอคอยที่ประกอบด้วยแผ่นกระจกที่ตั้งรายล้อมหอคอยเพื่อทำหน้าที่สะท้อนแสงไปรวมที่ตัวรับความร้อนหรือแผ่นดูดรังสีที่อยู่บนหอคอย และถ่ายเทความร้อนให้กับของเหลวที่ไหลเวียนอยู่ภายในท่อ ทำให้ของเหลวร้อนขึ้นแล้วนำของเหลวดังกล่าวไปใช้ประโยชน์ เช่น การนำไปหมุนกังหันของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพื่อผลิตไฟฟ้า เป็นต้น

วีดิทัศน์เรื่อง พลังงานแสงอาทิตย์ในรูปแบบความร้อน

พลังงานลม เป็นพลังงานที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของอากาศ โดยอากาศที่กำลังเคลื่อนที่จะมีพลังงานจลน์ และเมื่ออากาศเข้าปะทะกับวัตถุใดๆ จะมีการถ่ายโอนพลังงานทำให้วัตถุนั้นหมุนหรือเคลื่อนที่ได้ ปัจจุบันประเทศไทยได้ติดตั้งเครื่องวัดความเร็วลม เพื่อหาความเร็วลมในแต่ละพื้นที่และจัดทำแผนที่แสดงความเร็วลม สำหรับใช้ประกอบการพิจารณาเพื่อกำหนดตำแหน่งสถานที่ติดตั้งกังหันลมผลิตไฟฟ้า ออกแบบกังหันลมใช้งานให้เหมาะสม รวมทั้งสามารถประเมินพลังงานไฟฟ้าที่ผลิตได้ และการพัฒนาเทคโนโลยีในการใช้ประโยชน์จากพลังงานลมให้เหมาะสมกับศักยภาพพลังงานลมของประเทศ

แอนิโมมิเตอร์แบบถ้วย

การนำพลังงานลมผลิตไฟฟ้า      
     การผลิตไฟฟ้าจากพลังงานลมจะใช้กังหันลม ระบบส่งกำลัง ระบบควบคุม เครื่องกำเนิดไฟฟ้า และหอคอย
     กังหันลมสามารถแบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ กังหันลมแกนนอน (Horizontal Axis Wind Turbines; HAWTs) และกังหันลมแกนตั้ง (Vertical Axis Wind Turbines; VAWTs)
     กังหันลมแกนนอน เป็นกังหันลมที่มีแกนหมุนอยู่ในแนวขนานกับทิศทางลม กังหันลมแกนนอนไม่สามารถรับลมได้ทุกทิศทางจึงต้องปรับมุมของแกนเมื่อทิศทางของลมเปลี่ยน ทำให้มีอุปกรณ์ควบคุมการหันหน้าเข้าหาทิศทางลม กังหันลมนี้มีจำนวนใบพัดตั้งแต่ 1 ใบถึง 50 ใบ โดยจำนวนใบพัดจะขึ้นอยู่กับการใช้งาน กังหันลมที่มีจำนวนใบพัดน้อยทำให้มีความเร็วรอบสูงจึงเหมาะสำหรับผลิตไฟฟ้า หากกังหันลมมีจำนวนใบพัดมากทำให้มีความเร็วรอบต่ำแต่ให้แรงบิดมาก จึงนิยมใช้เป็นกังหันสูบน้ำ ปัจจุบันกังหันลมแกนนอนมีการออกแบบรูปร่างและใบพัดแตกต่างกัน เพื่อให้กังหันลมสามารถทำงานได้อย่างเหมาะสมกับพื้นที่และมีประสิทธิภาพสูงสุด 

 กังหันลมแกนตั้ง เป็นกังหันลมที่มีแกนหมุนอยู่ในแนวตั้งฉากกับทิศทางลม กังหันลมแกนตั้งสามารถรับลมได้ทุกทิศทางโดยไม่ต้องปรับมุมของแกนเมื่อทิศทางของลมเปลี่ยนจึงไม่มีอุปกรณ์ควบคุมการหันหน้าเข้าหาทิศทางลม กังหันลมนี้มีความสะดวกในการติดตั้งกังหันลมและอุปกรณ์ต่างๆ มากกว่ากังหันลมแนวนอน เพราะสามารถติดตั้งบนพื้นดินได้ ทั้งนี้กังหันลมแกนตั้งจะมีประสิทธิภาพต่ำกว่ากังหันลมแกนนอน โดยกังหันลมแกนนอนมีความสามารถในการเปลี่ยนกำลังจากลมเป็นกำลังของกังหันลมได้ดีกว่า จึงได้รับความนิยมในการใช้งานอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน

การเลือกสถานที่ติดตั้งกังหันลมผลิตไฟฟ้า
     การติดตั้งกังหันลมผลิตไฟฟ้าจำเป็นต้องพิจารณาเลือกสถานที่ให้สอดคล้องกับปัจจัย ดังต่อไปนี้
     1) ความเร็วลม สถานที่ติดตั้งกังหันลมควรอยู่ในบริเวณที่มีความเร็วลม ที่สม่ำเสมอ และต้องมีความเร็วลมเฉลี่ยเพียงพอที่จะทำให้กังหันลมผลิตไฟฟ้าหรือทำงานได้ตลอดปี หรือมีช่วงฤดูกาลที่มีความเร็วลมทำให้กังหันลมทำงานตามต้องการ เช่น ชายฝั่งทะเล ริมทะเลสาบ หรือเนินเขา
     2) สภาพแวดล้อม สถานที่ติดตั้งกังหันลมควรโล่งกว้าง ไม่มีสิ่งกีดขวางทิศทางลม เพราะจะทำให้ความเร็วลมต่ำ และจะส่งผลต่อกำลังลมที่กระทบใบพัด นอกจากนี้ควรเลือกสถานที่ติดตั้งกังหันลมให้อยู่ห่างไกลจากแหล่งชุมชน เนื่องจากการหมุนของกังหันลมจะเกิดเสียงดังรบกวน และอาจบดบังทัศนียภาพบริเวณใกล้เคียง
     สำหรับประเทศไทย การนำพลังงานลมมาใช้ผลิตไฟฟ้ายังไม่แพร่หลาย เนื่องจากความเร็วลมของประเทศมีค่าเฉลี่ยต่ำกว่า 4 m/s โดยมีพื้นที่บางส่วนของประเทศเท่านั้นที่มีความเร็วลมเฉลี่ยค่อนข้างสูง ตั้งแต่ 6 m/s ขึ้นไป ได้แก่ บริเวณเทือกเขาสูงของภาคตะวันตกและภาคใต้ พ้นที่บางส่วนบริเวณรอยต่อระหว่างภาคกลางกับภาคตะวันออกเฉียงเหนอ บริเวณรอยต่อระหว่างภาคตะวันออกกับภาคตะวันออกเฉียงเหนือ และชายฝั่งบางส่วนของภาคใต้

วีดิทัศน์เรื่อง พลังงานลม

วิกฤตการณ์ของน้ำมันไทยยังคงเป็นปัญหาที่ทุกหน่วยงานที่เกี่ยวข้องให้ความสำคัญและตระหนักถึงการคิดหาแนวทางต่างๆ มาเพื่อแก้ไขสถานการณ์ โดยเฉพาะในส่วนของวิกฤตการณ์ของปริมาณการใช้น้ำมันดีเซลจากรายงานของกรมธุรกิจพลังงาน กระทรวงพลังงาน ที่ได้แสดงข้อมูลปริมาณการจัดหาและจัดจำหน่ายเชื้อเพลิงน้ำมันดีเซลต่อวันที่ประเทศไทยมีความต้องการใช้ในกิจกรรมต่างๆ ที่มีปริมาณเพิ่มขึ้นในทุกปี ดังนั้นรัฐบาลจึงได้มีนโยบายในการส่งเสริมการใช้พลังงานทดแทนรูปแบบต่างๆ พลังงานทดแทนน้ำมัน  ซึ่งพลังงานทดแทนประเภทหนึ่งที่มีการส่งเสริมเพื่อนำมาใช้ทดแทนน้ำมันดีเซล นั่นคือไบโอดีเซล
    ไบโอดีเซล คือ น้ำมันเชื้อเพลิงที่เป็นพลังงานทดแทนน้ำมันดีเซลซึ่งได้มาจากน้ำมันพืชหรือน้ำมันสัตว์ ไบโอดีเซลจึงเป็นเชื้อเพลิงดีเซลทางเลือก นอกเหนือจากดีเซลที่ผลิตจากปิโตรเลียม โดยมีคุณสมบัติการเผาไหม้คล้ายกับกับดีเซลจากปิโตรเลียมและสามารถใช้ทดแทนกันได้ คุณสมบัติสำคัญของไบโอดีเซล คือ สามารถย่อยสลายได้เองตามกระบวนการชีวภาพในธรรมชาติ และไม่เป็นพิษต่อสิ่งแวดล้อม โดยวัตถุดิบที่นำมาใช้ในการผลิตเป็นไบโอดีเซล ได้มาจากวัตถุดิบหลัก ได้แก่ กลุ่มพืชที่ให้น้ำมัน ไขมันจากสัตว์ และจากน้ำมันพืชใช้แล้ว โดยปาล์มน้ำมัน เป็นวัตถุดิบสำหรับผลิตไบโอดีเซลที่มีศักยภาพสูงสุดในประเทศไทย เนื่องจากมีต้นทุนการผลิตต่ำ ปริมาณผลผลิตสูง และราคาต่ำกว่าพืชน้ำมันอื่น จึงถูกกำหนดให้เป็นวัตถุดิบหลักสำหรับผลิตไบโอดีเซล

กระบวนการผลิตไบโอดีเซล
     ไบโอดีเซลเป็นการใช้น้ำมันพืชมาทำปฏิกิริยาเคมี วิธีนี้เป็นการใช้สารเคมีมาทำให้โมเลกุลของน้ำมันพืชเล็กลงและมีคุณสมบัติใกล้เคียงกับน้ำมันดีเซลมาก สามารถใช้ทดแทนน้ำมันดีเซลโดยตรง โดยสามารถนำไบโอดีเซลที่ได้นี้ไปผสมกับน้ำมันดีเซล ตามสัดส่วนที่ต้องการ กรณีใช้ไบโอดีเซลทั้ง 100% ก็เรียกว่า B100 ซี่งสามารถใช้ได้กับเครื่องยนต์ดีเซลที่มีรอบต่ำ กรณีใช้ไบโอดีเซลผสมกับน้ำมันดีเซลในสัดส่วน 5 ต่อ 95 ก็เรียกว่า B5  ซึ่งนำมาใช้ทดแทนน้ำมันดีเซล สำหรับเครื่องยนต์ในรถยนต์
     กระบวนการผลิตไบโอดีเซลเริ่มจากการนำเอาน้ำมันจากพืชหรือสัตว์ ซึ่งเป็นสารประกอบอินทรีย์ประเภท  ไตรกลีเซอไรด์ มาผ่านกระบวนการทางเคมีที่เรียกว่า ทรานส์เอสเตอริฟิเคชัน(Transesterifcation) ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้โดยทั่วไปเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาแบบ เอกพันธ์(homogeneous catalyst) ซึ่งแบ่งออกเป็น 2 ชนิดคือ กรดและเบส) โดยทำปฏิกิริยากับแอลกอฮอล์(Ethanol หรือ Methanol) และมีด่างเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา เช่น โซเดียมไฮดรอกไซด์(NaOH) จะได้ผลิตผลเป็นเอสเตอร์(Ester) และผลิตภัณฑ์ผลพลอยได้กลีเซอรอล(Glycerol) ซึ่งเราจะเรียกชนิดของไบโอดีเซลแบบเอสเตอร์นี้ตามชนิดของแอลกอฮอล์ที่ใช้ในการทำปฏิกิริยาไบโอดีเซลชนิดเอสเตอร์นี้มี คุณสมบัติที่เหมือนกับน้ำมันดีเซลมากที่สุด จึงไม่มีปัญหากับเครื่องยนต์ 

ขั้นตอนการผลิตไบโอดีเซลจากน้ำมันพืชใช้แล้วนั้นปกติจะประกอบด้วย 6 ขั้นตอน ประกอบด้วย
     1) เริ่มจากการเตรียมวัตถุดิบ น้ำมันสัตว์หรือน้ำมันพืชใช้แล้วมาทำการกรองหยาบ เพื่อเอาเศษสิ่งปลอมปนขนาดใหญ่ออก
     2) นำไปต้มไล่ความชื้นให้น้ำระเหย
     3) ทำปฏิกิริยาเคมีกับสารเมทานอล(ความบริสุทธิ์มากกว่า 99%)โดยมีกรดหรือด่างเป็นสารเร่งปฏิกิริยาให้เกิดเป็นไบโอดีเซลได้เร็วขึ้น สารเร่งด่างที่นิยมใช้ เช่น โซเดียมไฮดรอกไซด์ หรือโปรแตสเซียมไฮดรอกไซด์ หรือสารเร่งกรดเช่น กรดซัลฟูริก เป็นต้น ขั้นตอนการทำปฏิกิริยานี้จะต้องควบคุมสารผสมที่อุณหภูมิที่เหมาะสม และเวลาที่ใช้ประมาณ 1.5 ถึง 6 ชั่วโมง ขั้นอยู่กับการเลือกชนิดสารเร่งและอุณหภูมิที่ใช้
     4) ทิ้งไว้ประมาณ 1 คืน เพื่อให้กลีเซอรีนแยกออกจากน้ำมันไบโอดีเซล โดยไบโอดีเซลจะอยู่ด้านบน และกลีเซอรีนจะตกตะกอนอยู่ด้านล่าง หลังจากนั้นทำการแยกเอากลี เซอรีนออก
     5) ล้างไบโอดีเซลด้วยน้ำ เพื่อเอาสบู่ที่อาจเกิดขึ้นในขั้นตอนการทำปฏิกิริยาออก และเอาสิ่งเจือปนอื่นออก
     6) นำไปไล่ความชื้นขั้นสุดท้าย และกรองด้วยความละเอียด 1 ไมครอน
เมื่อผ่านทุกขั้นตอนแล้ว ก็จะได้ไบโอดีเซล B100 ซึ่งสามารถนำไปใช้กับเครื่องยนต์เพื่อทดแทนทดแทนน้ำมันดีเซลได้

การใช้ประโยชน์จากไบโอดีเซล
     ปัจจุบันได้มีการส่งเสริมไบโอดีเซลให้มีการใช้อย่างแพร่หลายทั้งในส่วนของชุมชนจะเป็นการนำน้ำมันใช้แล้วที่มีอยู่มากในชุมชนมาแปรรูปเพื่อผลิตเป็นโอดีเซลที่นำไปใช้กับเครื่องยนต์ทางการเกษตรก่อน หากมีเหลือก็จะจำหน่ายเพื่อใช้กับรถยนต์ต่อไป และในส่วนของเชิงพาณิชย์จะเป็นการผลิตไบโอดีเซลในโรงงานผลิตขนาดใหญ่ที่มีกำลังการผลิตระหว่าง 50,000 - 300,000 ลิตรต่อวัน มีขั้นตอนการผลิตไบโอดีเซลที่ครบถ้วน ให้ผลผลิตเป็นไบโอดีเซล B100 ที่ได้ คุณภาพทั้งทางกายภาพและทางเคมีตามมาตรฐานที่ทางกรมธุรกิจพลังงาน กระทรวงพลังงานกำหนด ก่อนนำไปผสมจำหน่ายตามปั้มน้ำมันเป็น B5 ต่อไป ทั้งนี้การผลิตไบโอดีเซลในเชิงพาณิชย์และชุมชนที่อยู่ภายใต้การรับรองมาตรฐานของกรมธุรกิจพลังงาน กระทรวงพลังงานนั้น เพื่อสร้างความมั่นใจให้แก่ผู้ใช้รถยนต์ว่าสามารถเติมในรถยนต์แล้วจะไม่มีปัญหากับเครื่องยนต์อีกด้วย

วีดิทัศน์เรื่อง พลังงานไบโอดีเซล

ประเทศไทยมีความตระหนักและให้ความสนใจกับการใช้พลังงานหมุนเวียน เพื่อลดการพึ่งพาพลังงานจากต่างประเทศ ซึ่งพลังงานหมุนเวียนอีกประเภทหนึ่งที่ถูกนำเสนอเป็นทางเลือกอย่างแพร่หลาย นั่นคือ พลังงานชีวมวล อันเป็นผลมาจาการที่ประเทศไทยเป็นประเทศเกษตรกรรม มีผลผลิตทางการเกษตรเป็นจำนวนมาก การแปรรูปผลผลิตทางการเกษตรเหล่านี้จะมีวัสดุเหลือใช้ออกมาจำนวนหนึ่งซึ่งสามารถนำมาแปรรูปให้เกิดเป็นพลังงานหมุนเวียนได้
     พลังงานชีวมวล (ชีวมวล คือ สารอินทรีย์ที่เป็นแหล่งกักเก็บพลังงานจากธรรมชาติ และสามารถนำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงผลิตพลังงานได้ เช่น เศษวัสดุเหลือใช้ทางการเกษตร หรือกากจากกระบวนการผลิตในอุตสาหกรรมการเกษตร) คือ พลังงานที่ได้จากพืชและสัตว์ หรือองค์ประกอบของสิ่งมีชีวิตหรือสารอินทรีย์ต่างๆ รวมทั้งการผลิตจากการเกษตรและป่าไม้ เช่น ไม้ฟืน แกลบ กากอ้อย วัสดุเหลือใช้ทางการเกษตรอื่นๆ รวมถึง การนำมูลสัตว์ ของเสียจากโรงงานแปรรูปทางเกษตร และขยะ มาเผาไหม้โดยตรงและนำความร้อนที่ได้ไปใช้ หรือนำมาผลิตก๊าซชีวภาพ โดยขบวนการเปลี่ยนแปลงทางชีวเคมีโดยอาศัยจุลินทรีย์

การนำชีวมวลมาแปรรูปด้วยการผ่านกระบวนการเพื่อผลิตพลังงาน แบ่งเป็น 2 กระบวนการ คือ
     1.กระบวนการแปรรูปทางความร้อน เป็นการแปรรูปชีวมวลเพื่อให้ได้เชื้อเพลิงชีวิมวล ที่อาจจอยู่ในรูปของของแข็ง ของเหลว หรือก๊าซ ดังนี้
          1.1 การเผาไหม้โดยตรง (Direct Combustion) เป็นกระบวนการแปรรูปชีวมวลโดยใช้ความร้อนในที่ที่มีอากาศ เพื่อให้เกิดการสันดาป (การสันดาป คือ ปฏิกิริยาทางเคมีระหว่างเชื้อเพลิงกับออกซิเจนซึ่งให้ความร้อนออกมาสิ่งที่จำเป็นสำหรับการสันดาปมี 4 ประการ คือ เชื้อเพลิง ออกซิเจน ความร้อน และปฏิกิริยาเคมี เมื่อใดก็ตามที่ระบบมีองค์ประกอบครบทั้งสี่ประการ การสันดาปจะเริ่มขึ้นและสามารถดำเนินต่อไปได้เอง แต่ถ้าขาดอย่างหนึ่งอย่างใดการสันดาปก็จะหยุดลง ถ้าหากเชื้อเพลิงมีความชื้นมากจะทำให้ค่าความร้อนที่ได้ลดลง เนื่องจากต้องใช้ความร้อนส่วนหนึ่งในการเผ่าความชื้นนั้นให้กลายเป็นไอ ทำให้เสียความร้อนไปโดยเปล่าประโยชน์ สิ่งที่เหลือจากการสันดาปได้แก่ เถ้าและควัน โดยเฉพาะเชื้อเพลิงเชื้อเพลิงถ่านหินหลังการสันดาปจะมีเถ้าเกิดขึ้นมากกว่าเชื้อเพลิงชนิดอื่นๆ) อย่างสมบูรณ์ สารเคมีในชีวมวลจะถูกเปลี่ยนเป็นก๊าซคาร์บอนได้ออกไซด์ น้ำ และให้พลังงานออกมา (วรนุช แจ้งสว่าง,2551) ซึ่งวิธีการนี้สามารถพบเห็นได้ทั่วไปนั่นคือการใช้ฟืนและถ่านไม้เป็นเชื้อเพลิงในการหุงต้ม
          1.2 การย่อยสลายด้วยความร้อน หรือกระบวนการไพโรไลซิส  เป็นกระบวนการให้ความร้อนกับวัสดุโดยไม่ใช้อากาศหรือออกซิเจน ซึ่งตัวอย่างของกระบวนการไพโรไลซิส คือ การเผาถ่าน
          1.3 กระบวนการแปรรูปเป็นก๊าซชีวมวล (Biogas) เกิดจากกระบวนการที่มีการควบคุมอุณหภูมิและความดัน หรือที่เรียกว่ากระบวนการแปรสภาพก๊าซ (Gasification) ซึ่งเป็นกระบวนการทำปฏิกิริยาระหว่างเชื้อเพลิงแข็งกับไอน้ำ และอากาศหรือออกซิเจน เพื่อผลิตเชื้อเพลิงที่มีสถานะเป็นก๊าซ ก๊าซที่ได้จากกระบวนการนี้เรียกว่า ก๊าซชีวมวล (Biogas) หรือ โพรดิวเซอร์ก๊าซ ซึ่งจะถูกนำไปใช้เป็นเชื้อเพลิงของเครื่องยนต์ในการสันดาปภายใน หรือเป็นเชื้อเพลิงให้ความร้อน ก๊าซชีวมวลที่ได้ประกอบด้วยก๊าซไฮโดรเจน และคาร์บอนมอนนอกไซด์เป็นส่วนใหญ่

2. กระบวนการแปรรูปทางชีวเคมี เป็นกระบวนการที่เปลี่ยนชีวมวลให้เป็นพลังงานโดยอาศัยจุลชีวะในการผลิต ดังนี้
          2.1 กระบวนการย่อยสลายในที่ที่ไม่มีอากาศ โดยผลิตภัณฑ์ที่ได้เป็นก๊าซผสมระหว่างมีเทน และคาร์บอนไดออกไซด์ และอาจมีก๊าซอื่นปนอยู่บ้าง เช่น ไฮโดรเจนซัลไฟด์ ไฮโดรจน และไนโตรเจน ซึ่งถูกนำไปใช้เป็นเชื่อเพลิงในการหุงต้มและให้แสงสว่าง เป็นเชื้อเพลิงแทนน้ำมันเตา ในการผลิตไอน้ำในหม้อไอน้ำ หรือใช้ในการผลิตไฟฟ้า

2.2 กระบวนการหมักเพื่อผลิตแอลกอฮอล์ โดยจุลินทรีย์หรือยีสต์จะทำหน้าที่เปลี่ยนน้ำตาลให้เป็นแอลกอฮอล์ แอลกอฮอล์ที่ได้โดยส่วนใหญ่ คือ เอทานอล ซึ่งสามารถใช้ผสมกับน้ำมันเบนซินเพื่อผลิตเป็นแก๊สโซฮอล์ 

การใช้ประโยชน์จากพลังงานชีวมวล
     พลังงานชีวมวลที่มีการผลิตในประเทศไทยนั้นถูกนำมาใช้ทั้งในรูปแบบของการกระบวนการแปรรูปทางความร้อน และกระบวนการแปรรูปทางชีวเคมี ดังจะพบได้จากการการใช้พลังงานชีวมวลนั้นเพื่อการใช้เป็นเชื้อเพลิงชีวมวลทดแทนถ่านหิน และการใช้เชื้อเพลิงชีวมวลทดแทนน้ำมันเตา นอกจากนี้ยังมีการนำพลังงานที่ผลิตได้จากชีวมวลไปผลิตไฟฟ้า โดยการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานชีวมวลนั้นเกิดจากการใช้เศษวัสดุจากเชื้อเพลิงชีวมวล ได้แก่ กากหรือเศษวัสดุเหลือใช้ทางการเกษตร กากจากผลผลิตทางการเกษตรที่ผ่านการแปรรูปแล้ว เช่น แกลบ ชานอ้อย เศษไม้ กากปาล์ม กากมันสำปะหลัง ซังข้าวโพด กากและกะลามะพร้าว ส่าเหล้า เป็นต้น นำมาเป็นเชื้อเพลิงในการผลิตไฟฟ้า และพลังไอน้ำ ซึ่งอาจเป็นเศษวัสดุชนิดเดียว หรือหลายชนิดรวมกันก็ได้ โดยชีวมวลแต่ละชนิดมีคุณสมบัติแตกต่างกันไป โดยเทคโนโลยีที่ใช้ในการผลิตไฟฟ้าอาจแบ่งได้เป็นดังนี้
     - โรงไฟฟ้าชีวมวลเทคโนโลยีกังหันไอน้ำ http://www.vcharkarn.com/uploads/234/235122.jpg
     - โรงไฟฟ้าชีวมวลเทคโนโลยีกังหันก๊าซ 
http://www.vcharkarn.com/uploads/234/235123.jpg

วีดิทัศน์เรื่อง พลังงานชีวมวล

ประเทศไทยได้มีการจัดทำแผนแผนพัฒนาพลังงานทดแทนและพลังงานทางเลือก พ.ศ. 2558 – 2579  โดย กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน กระทรวงพลังงาน ซึ่งรายละเอียดในแผนดังกล่าวได้มีการกล่าวถึงแผนการพัฒนากำลังผลิต แผนอนุรักษ์พลังงาน แผนพัฒนาพลังงานทดแทนและพลังงานทางเลือก แผนการจัดหาก๊าซธรรมชาติของไทย และแผนบริหารจัดการพลังงานทางเลือก เพื่อช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานของประเทศไทย นอกจากนี้ยังมีการนำเสนอวัตถุดิบทางเลือกที่จะนำมาใช้ผลิตพลังงาน ซึ่งวัตถุดิบทางเลือกที่น่าสนใจหนึ่งคือ ไฮโดรเจน ซึ่งเป็นวัตถุดิบทางเลือกสำหรับนำมาใช้ในการผลิตเชื้อเพลิงพลังงานไฮโดรเจนที่จะใช้ทดแทนภาคการขนส่งในอนาคต

     การผลิตพลังงานไฮโดรเจนสามารถผลิตจากวัตถุดิบหลักแบ่งออกเป็น 3 แหล่ง คือ จากเชื้อเพลิงฟอสซิล เช่น แก๊สธรรมชาติ ถ่านหิน น้ำมันปิโตรเลียม จากแหล่งพลังงานหมุนเวียน เช่น ชีวมวล และน้ำ เป็นต้น และจากพลังงานนิวเคลียร์ โดยเทคโนโลยีในการผลิตไฮโดรเจน สามารถแบ่งออกได้เป็น 3 เทคโนโลยีหลัก ได้แก่ Thermo Chemical Processes (กระบวนการความร้อนเคมี), Electro Chemical Processes (กระบวนการไฟฟ้าเคมี) และ Biochemical Processes (กระบวนการชีวเคมี) 

การใช้ประโยชน์จากพลังงานไฮโดรเจน
     ปัจจุบันไฮโดรเจน ถูกนำมาใช้ประโยชน์หลักใน 2 รูปแบบคือ 1.นำมาใช้เป็นสารตั้งต้นในอุตสาหกรรมต่างๆ 2.ใช้เป็นเชื้อเพลิงในการเผาไหม้ หรือใช้ในเซลล์เชื้อเพลิงโดยปฏิกิริยาทางเคมีแล้วเกิดกระแสไฟฟ้า ซึ่งการใช้ในรูปแบบที่ 2 นี้ เป็นการนำไฮโดรเจนไปใช้ในภาคคมนาคมขนส่งที่สามารถนำไปใช้ได้ในหลายรูปแบบ เช่น ใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับเผาไหม้ภายในโดยใช้ผสมกับเชื้อเพลิงประเภทอื่นในเครื่องยนต์สันดาปภายใน โดยการนำไฮโดรเจนผสมกับก๊าซธรรมชาติ หรือใช้เป็นเชื้อเพลิงในเซลล์เชื้อเพลิงโดยไม่มีการสันดาปภายในแต่เป็นกระบวนการไฟฟ้าเคมีเพื่อขับเคลื่อนมอเตอร์ไฟฟ้าสำหรับรถยนต์เซลล์เชื้อเพลิง

     รถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงเป็นการนำเซลล์เชื้อเพลิงที่เป็นอุปกรณ์เปลี่ยนพลังงานจากเชื้อเพลิงไฮโดรเจนไปเป็นพลังงานไฟฟ้าโดยตรงด้วยกระบวนการเคมีไฟฟ้าซึ่งลดการขั้นตอนการเผาไหม้เชื้อเพลิงเป็นพลังงานความร้อนจึงแล้วนำความร้อนไปเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้าอีกขั้นตอนหนึ่ง กรรมวิธีนี้ในการผลิตไฟฟ้าจะมีประสิทธิภาพสูงกว่า อีกทั้งเซลล์เชื้อเพลิงเป็นเซลล์ไฟฟ้าเช่นเดียวกับแบตเตอรี่ โดยแบตเตอรี่จะต้องมีการชาร์จไฟจึงจะจ่ายกระแสไฟฟ้าได้  แต่เซลล์เชื้อเพลิงจะป้อนแก๊สไฮโดรเจนเข้าไปเป็นเชื้อเพลิงและจ่ายกระแสไฟฟ้าได้โดยไม่ต้องมีการชาร์จไฟ ปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีที่เกิดขึ้นได้น้ำออกมาเป็นผลพ่วงเพียงอย่างเดียว 

     เชื้อเพลิงไฮโดรเจนที่ถูกนำมาใช้ขับเคลื่อนมอเตอร์ไฟฟ้าสำหรับรถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงนั้น แต่ละชนิดจะมีโครงสร้างและปฏิกิริยาทางไฟฟ้าเคมีที่แตกต่างกัน ซึ่งสามารถแบ่งออกเป็น 5 ประเภทดังนี้
          1. เซลล์เชื้อเพลิงแบบแอลคาไลน์(Alkaline Fuel Cell; AFC) ถูกนำไปใช้ในงานด้านอวกาศ เช่น ใช้ในยานอวกาศหรือกระสวยอวกาศ
          2. เซลล์เชื้อเพลิงแบบกรดฟอสฟอริก(Phosphoric Acid Fuel Cell; PAFC) ถูกนำไปใช้เป็นแหล่งพลังงานไฟฟ้าในสถานที่ขนาดเล็ก
          3. เซลล์เชื้อเพลิงแบบเกลือคาร์บอเนตหลอม(Molten Carbonate Fuel Cell, MCFC) ถูกนำไปใช้ผลิตกระแสไฟฟ้าในลักษณะความร้อนร่วม
          4. เซลล์เชื้อเพลิงแบบออกไซด์ของแข็ง(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC) ถูกนำไปใช้สำหรับโรงงานไฟฟ้าขนาดใหญ่
          5. เซลล์เชื้อเพลิงแบบเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอน(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC) ถูกนำไปใช้เป็นแหล่งพลังงานขับเคลื่อน สำหรับรถยนต์หรือรถโดยสารสาธารณะ รวมถึงเป็นแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้าขนาดเล็กเพื่อใช้ภายในที่อยู่อาศัย เป็นต้น

     จากที่กล่าวมาข้างต้นเกี่ยวกับเซลล์เชื้อเพลิงทั้ง 5 ประเภทนั้น เซลล์เชื้อเพลิงแบบเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอน หรือ PEMFC เป็นเซลล์เชื้อเพลิงที่ได้รับความนิยมมาก ในการนำมาประยุกต์ใช้งาน เนื่องจากมีอุณหภูมิในการทำงานไม่สูงมาก และราคาไม่แพงเมื่อเทียบกับเซลล์เชื้อเพลิงชนิดอื่น โดยองค์ประกอบของ นั้น http://thurj.org/wp-content/uploads/2013/05/Fig-1.jpg
     จากนโยบายและแผนพลังงานภายใต้กรอบการจัดทำแผนพลังงานทดแทน ของกระทรวงพลังงานที่ได้เริ่มกำหนดเป้าหมายให้มีการใช้พลังงานไฮโดรเจน ดังนั้น หน่วยงานต่างๆ จึงเริ่มให้ความสนใจในการทำวิจัยและพัฒนา ด้านพลังงานไฮโดรเจน เพื่อลดการพึ่งพาพลังงานนำเข้าและเทคโนโลยีนำเข้าให้มากที่สุด ดังตัวอย่างโครงการต่างๆ ได้แก่ โครงการพัฒนาสาธิตการใช้ PEMFC ในรถยนต์สามล้อ ระบบผลิตก๊าซไฮโดรเจนโดยการแยกสลายน้ำด้วยไฟฟ้า(Electrolysis) ขนาด 600 ลิตรต่อชั่วโมง กับเซลล์เชื้อเพลิงชนิดเยื่อแลกเปลี่ยนโปรตอน(Proton Exchange Fuel Cell) ขนาด 250 วัตต์ เป็นต้น 

วีดิทัศน์เรื่อง พลังงานไฮโดรเจน(เซลล์เชื้อเพลิง)

ปัจจุบันหน่วยงานต่างๆ ทั้งภาครัฐและเอกชนต่างตระหนักและให้ความสำคัญกับเรื่องของพลังงานทดแทน ซึ่งส่งผลให้หน่วยงานเหล่านั้นได้มีการจัดทำยุทธศาสตร์ในเรื่องของการการพัฒนาเทคโนโลยีพลังงานทดแทน ตลอดจนมีการวิจัยและพัฒนาเพื่อความมั่นคงทางพลังงาน และได้ถ่ายความรู้สู่ภาคประชาชนในรูปแบบต่างๆ ซึ่งตัวอย่างหนึ่งของการถ่ายทอดความรู้ทางด้านพลังงานทดแทน นั่นก็คือการแสดงแบบบ้านตัวอย่างที่มีจุดเน้นในเรื่องของการนำพลังงานทดแทนในรูปแบบต่างๆ มาใช้ในการดำเนินชีวิตประจำวัน ซึ่งพลังงานทั้งหมดที่ใช้ในอาคารบ้านตัวอย่างได้มาจากพลังงานทดแทน รวมทั้งการออกแบบและสร้างบ้านตัวอย่างที่ให้แต่ละส่วนของบ้านเอื้อต่อการประหยัดพลังงาน ดังนี้
     1. อาคารบ้านตัวอย่างได้รับการออกแบบให้มีอากาศถ่ายเทได้อย่างสะดวก

2. อาคารบ้านตัวอย่างได้รับการออกแบบให้แสงอาทิตย์จะเข้ามาในตำแหน่งที่ก่อให้เกิดความสว่างกับตัวบ้านในเวลากลางวัน  แต่ไม่ก่อให้เกิดความร้อน ด้วยการใช้วัสดุที่มีสมบัติเป็นฉนวนกันความร้อนโดยรอบ เพื่อลดการสูญเสียพลังงานจากการถ่ายเทความร้อนเข้าภายในอาคาร

 3. อุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้ในบ้าน เป็นอุปกรณ์ที่ประหยัดพลังงาน เช่น หลอดไฟฟ้า LED

4. อาคารบ้านตัวอย่างได้รับการออกแบบให้มีการใช้ไฟฟ้าซึ่งผลิตจากพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลม 

  5. อาคารบ้านตัวอย่างได้รับการออกแบบให้มีเตาแก๊สที่ใช้ก๊าซชีวภาพเพื่อการประกอบอาหารในครัวเรือน

6. อาคารบ้านตัวอย่างที่มีการออกแบบภูมิทัศน์รอบบ้าน ด้วยการปลูกต้นไม้รอบๆ เพราะต้นไม้ขนาดใหญ่ 1 ต้น ให้ความเย็นเท่ากับเครื่องปรับอากาศที่มีการทำความเย็นประมาณ 12,000 บีทียู  นอกจากนี้ยังรวมถึงการปลูกพืชคลุมดินเพื่อช่วยลดความร้อนและเพิ่มความชื้นให้ดิน ซึ่งจะทำให้หน้าบ้านเย็นอีกด้วย

7. อาคารบ้านตัวอย่างที่มีการใช้สีอ่อนตกแต่งอาคาร ด้วยการทาผนังนอกอาคารเพื่อการสะท้อนแสงที่ดี  และทาภายในอาคารเพื่อทำให้ห้องต่างๆ เกิดความสว่าง

อย่างไรก็ตามแม้จะมีการใช้พลังงานทดแทนและอุปกรณ์ประหยัดพลังงานในอาคารบ้านเรือน ที่ช่วยในเรื่องของการประหยัดค่าใช่จ่ายและส่งผลต่อการลดการใช้พลังงานแล้ว สิ่งสำคัญประการหนึ่งที่ผู้ใช้งานจะต้องพึงตระหนักและฝึกให้เป็นนิสัยเสมอ นั่นคือ การประหยัดพลังงานด้วยวิธีการสร้างจิตสำนึกและความรับผิดชอบในการใช้พลังงาน ไม่ว่าจะเป็น ปิดสวิตช์ไฟและเครื่องใช้ไฟฟ้าทุกชนิดเมื่อเลิกใช้งาน การทำความสะอาดหลอดไฟที่บ้าน เพราะจะช่วยเพิ่มแสงสว่างโดยไม่ต้องใช้พลังงานเพิ่มมากขึ้น  รวมทั้งการเลือกใช้อุปกรณ์ไฟฟ้าให้ประหยัดและถูกวิธี ซึ่งสิ่งต่างๆเหล่านี้จะช่วยให้เกิดประสิทธิภาพในการอนุรักษ์พลังงานมากยิ่งขึ้น และช่วยให้พลังงานทดแทนเหล่านี้สามารถคงอยู่ไปตราบนานเท่านานอีกด้วย

วีดิทัศน์เรื่อง บ้านประหยัดพลังงาน

เอกสารอ้างอิง

ไกรพัฒน์ จีนขจร. (2551). พลังงานหมุนเวียน. กรุงเทพมหานคร. สำนักพิมพ์ สมาคมส่งเสริมเทคโนโลยี(ไทย-ญี่ปุ่น).

วรนุช แจ้งสว่าง. (2551). พลังงานหมุนเวียน (Renewable Energy). กรุงเทพมหานคร. สำนักพิมพ์แห่งจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย.

ศูนย์การเรียนรู้พลังงานทดแทนกองทัพอากาศ. (2015). พลังงานทดแทน. Retrieved July 15, 2015, from https://www.rtafaltenergy.com/

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี. กระทรวงศึกษาธิการ. (2557). หนังสือเรียนรายวิชาเพิ่มเติมการออกแบบและเทคโนโลยี พลังงานหมุนเวียน ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 1-3 ตามหลักสูตรแกนกลางการศึกษาขั้นพื้นฐาน พุทธศักราช 2551. กรุงเทพมหานคร. โรงพิมพ์ สกสค. ลาดพร้าว.

_____. (2556). หนังสือเรียนรายวิชาเพิ่มเติมวิทยาศาสตร์ พลังงานทดแทนกับการใช้ประโยชน์ชั้นมัธยมศึกษาตอนต้น ตามหลักสูตรแกนกลางการศึกษาขั้นพื้นฐาน พุทธศักราช 2551. กรุงเทพมหานคร. โรงพิมพ์ สกสค. ลาดพร้าว.