โครงการศึกษาวิจัยตรวจวัดผลและติดตั้งเซลล์แสงอาทิตย์บ้านประหยัดพลังงานต้นทุนต่ำ

บทคัดย่อ

ในปัจจุบัน ปัญหาวิกฤตการณ์ความมั่นคงทางพลังงานได้ส่งผลกระทบที่เกี่ยวเนื่องกันกับปัญหาการเปลี่ยนแปลงทางสภาพภูมิอากาศ ซึ่งนับวันได้ทวีความรุนแรงขึ้นเรื่อยๆ ดังนั้น การส่งเสริมหรือผลักดันการลดใช้พลังงานในภาคอาคารอย่างเป็นรูปธรรมจึงเป็นแนวทางการลดความรุนแรงของผลกระทบดังกล่าว การเคหะแห่งชาติในฐานะที่เป็นหน่วยงานที่มีเจตนามุ่งสู่ความเป็นผู้นำในด้านสิ่งแวดล้อมยั่งยืน ได้ตระหนักและเล็งเห็นถึงความสำคัญของปัญหาดังกล่าว จึงมอบหมายให้หน่วยวิจัยเฉพาะทางสถาปัตยกรรมยั่งยืน คณะสถาปัตยกรรมศาสตร์และการผังเมือง มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ ทำการศึกษาต่อยอดงานวิจัยโครงการศึกษาวิจัยตรวจวัดผลและติดตั้งเซลล์แสงอาทิตย์ บ้านประหยัดพลังงานต้นทุนต่ำ โดยได้มีการศึกษาวิจัยดังนี้ งานวิจัยนี้ประกอบไปด้วยการศึกษาวิจัยหลัก 2 เรื่อง โดยเรื่องแรกนั้นเป็นการพิสูจน์ผลเชิงทฤษฎีของบ้านตัวอย่าง (บ้านประหยัดพลังงานต้นทุนต่ำ) ที่ถูกออกแบบด้วยแนวทางการออกแบบที่พึ่งพาธรรมชาติเชิงบูรณาการ ซึ่งอ้างอิงผลจากการศึกษา “โครงการศึกษาวิจัยบ้านประหยัดพลังงานต้นทุนต่ำ เพื่อการอยู่อาศัยในภาวะโลกร้อน” หรือในงานวิจัยนี้เรียกว่า บ้านตัวอย่าง บ้านประหยัดพลังงานต้นทุนต่ำ งานวิจัยในส่วนนี้มุ่งเน้นการตรวจวัดปัจจัยทางสภาพแวดล้อมที่เกี่ยวข้องกับด้านความสบายเชิงอุณหภาพภายในบ้านตัวอย่าง ได้แก่ อุณหภูมิ (T) ความชื้นสัมพัทธ์ (RH) ความเร็วลม (V) และอุณหภูมิการแผ่รังสีเฉลี่ย (MRT) งานวิจัยเรื่องที่สองนั้นมีวัตถุประสงค์เพื่อดำเนินการให้บ้านตัวอย่างมีค่าการใช้พลังงานสุทธิเป็นศูนย์ (Net-zero Energy Building) โดยให้มีค่าความต้องการใช้พลังงานของบ้านตัวอย่างเพียงพอกับการผลิตพลังงานไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์ (Photovoltaic Panel, Solar Cell) ที่ติดตั้งบนหลังคา ซึ่งเป็นแนวทางการผลิตพลังงานทดแทนที่สะอาด มีมลพิษต่ำ และได้รับการสนับสนุนจากภาครัฐมากขึ้น นำไปสู่การประเมินพื้นที่การบังเงาของต้นไม้ข้างเคียงที่เกิดขึ้นบนหลังคาบ้านประหยัดพลังงานต้นทุนต่ำ เพื่อการออกแบบและติดตั้งเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดผลึกรวม (Poly Crystalline Silicon) จำนวน 6 แผง กำลังไฟฟ้า 225 W/แผง ขนาดกำลังการผลิตรวมเป็น 1.35 kWp ระบบการติดตั้งในช่วงแรกนั้นมุ่งหวังให้เป็นระบบเซลล์แสงอาทิตย์แบบอิสระ (PV Stand Alone System) ที่มีแบตเตอรี่ แต่เนื่องด้วยความต้องการเสถียรภาพในการทดลอง จึงมีการสำรองไฟฟ้าจากระบบจำหน่ายในกรณีฉุกเฉินหรือเรียกได้ว่าเป็นระบบเซลล์แสงอาทิตย์แบบเชื่อมต่อกับระบบจำหน่าย (PV Grid Connected System) ครอบคลุมภาระทางไฟฟ้าในระบบไฟฟ้าแสงสว่างและปั๊มน้ำ โดยมีการบันทึกผลการตรวจวัดปัจจัยทางสภาพแวดล้อมและค่าการใช้พลังงานไฟฟ้าตลอด 24 ชั่วโมง เป็นระยะเวลา 3 เดือน เนื่องจากบ้านตัวอย่างนั้นได้ถูกก่อสร้างจนแล้วเสร็จอย่างเป็นรูปธรรม เพื่อให้ประชาชนทั่วไปได้เข้าชม ศึกษา และเห็นตัวอย่างจริงของการอยู่อาศัยด้วยความสบายตามวิธีธรรมชาติ เช่นเดียวกับผลการตรวจวัดความสบายเชิงอุณหภาพและการใช้พลังงานในอาคาร ก็จะนำมาแสดงผ่านทางบอร์ดประชาสัมพันธ์แบบเรียลไทม์ภายในบ้าน เพื่อสื่อสารให้ประชาชนทั่วไปได้รับชม ผลจากการศึกษาและตรวจวัดทางด้านความสบายเชิงอุณหภาพของบ้านประหยัดพลังงานต้นทุนต่ำ พบว่า อุณหภูมิอากาศในแต่ละห้อง (อุณหภูมิกระเปาะแห้ง) ต่ำกว่าอุณหภูมิอากาศภายนอกประมาณ 0.1-3๐C ขึ้นอยู่กับแต่ละช่วงเวลาของวัน อีกทั้งอุณหภูมิเฉลี่ยในแต่ละห้องอยู่ในขอบเขตความสบายของผู้ใช้อาคารภายใต้ความเร็วลมจากพัดลมไม่เกิน 1.5 m/s อุณหภูมิเฉลี่ยของอากาศภายนอก ห้องนั่งเล่น และห้องนอน มีค่า 34๐C 30.57๐C และ 29.37๐C ตามลำดับ ผลการผลิตไฟฟ้าของเซลล์แสงอาทิตย์จำนวน 6 แผง พบว่า สามารถผลิตพลังงานไฟฟ้าได้จริง 4.03 kWh/day หรือเทียบเท่ากับช่วงเวลาที่รังสีดวงอาทิตย์ตกกระทบสูงสุดถึง 3 ชั่วโมง/วัน และคิดเป็น 120.90 kWh/month ครอบคลุมการใช้พลังงานจริงของบ้านประหยัดพลังงานต้นทุนต่ำ ที่มีค่าการใช้พลังงานไฟฟ้าเฉลี่ยสูงสุด 3.93 kWh/day หรือ 117.75 kWh/month สามารถกล่าวได้ว่า บ้านประหยัดพลังงานต้นทุนต่ำมีค่าการใช้พลังงานสุทธิเป็นศูนย์หรือใกล้เคียงศูนย์ (Near-zero Energy Building) ขึ้นอยู่กับแต่ละวันของเดือนที่ทำการทดลอง ด้วยค่าประสิทธิภาพสูงสุดของแผงเซลล์แสงอาทิตย์อยู่ที่ร้อยละ 17 ความสามารถในการผลิตไฟฟ้าของเซลล์แสงอาทิตย์คิดเป็นร้อยละ 98 หรือมีค่าประสิทธิภาพอยู่ที่ร้อยละ 16.6 ประสิทธิภาพการผลิตพลังงานไฟฟ้าที่ลดลงนั้นเกิดจากการบังเงาของต้นไม้โดยรอบ ช่วงที่ท้องฟ้ามีเมฆปกคลุมมาก หรือฝนตกติดต่อกันเป็นระยะเวลานาน จึงเกิดการดึงไฟฟ้าจากระบบจำหน่ายเพียง 23.19 kWh/month พร้อมทั้งมีการบันทึกและแสดงผลของวันที่เกิดการดึงไฟฟ้าจากระบบจำหน่ายในงานวิจัยนี้ นอกจากนี้ ได้ทำการคาดการณ์ถึงกรณีการติดตั้งเซลล์แสงอาทิตย์เต็มพื้นที่หลังคาด้านทิศตะวันออกเฉียงใต้ของบ้านประหยัดพลังงานต้นทุนต่ำ (พื้นที่ 47 ตารางเมตร) เป็นจำนวน 28 แผง พบว่า สามารถผลิตพลังงานไฟฟ้าได้ถึง 28.8 kWh/day หรือ 864 kWh/month ครอบคลุมความต้องการใช้ไฟฟ้าพื้นฐานในชีวิตประจำวันของบ้านทั่วไป (ประมาณ 1 MW) ในช่วงสถานการณ์ปกติและภายใต้สถานการณ์ภัยพิบัติ จากการวิเคราะห์ด้านเศรษฐศาสตร์พบว่า การลงทุนในระบบเซลล์แสงอาทิตย์ขนาดใหญ่ (การติดตั้งเซลล์แสงอาทิตย์เต็มพื้นที่หลังคา) จะมีความคุ้มทุนสูงกว่าในระบบขนาดเล็ก (การติดตั้งเซลล์แสงอาทิตย์เพียงบางส่วนของพื้นที่หลังคา) ระบบเซลล์แสงอาทิตย์แบบเชื่อมต่อกับระบบจำหน่ายโดยไม่มีแบตเตอรี่จะมีระยะเวลาคืนทุนเร็ว เนื่องจากมีต้นทุนและค่าซ่อมบำรุงรักษาต่อปีน้อย อีกทั้งการผลิตไฟฟ้าเพื่อขายคืนมีความคุ้มค่าในการลงทุนสูงการการผลิตเพื่อใช้เองเพียงอย่างเดียว ผลสรุปและผลสังเคราะห์ที่ได้จากงานวิจัยนั้น ได้ถูกถ่ายทอดสู่สาธารณะในรูปแบบของการสัมมนาและจัดทำเว็บไซต์ เพื่อสร้างการมีส่วนร่วมในการแสดงความคิดเห็นและประชาสัมพันธ์เผยแพร่ให้ภาคส่วนที่เกี่ยวข้องได้รับทราบ อีกทั้งมีการจัดอบรมการใช้งานและบำรุงรักษาระบบเซลล์แสงอาทิตย์แก่บุคลากรของการเคหะแห่งชาติ เพื่อให้สามารถพัฒนาต่อยอดแนวทางการศึกษาวิจัยต่อไปในอนาคต

คำสำคัญ