การศึกษาการใช้แผงเซลล์แสงอาทิตย์ร่วมกับอาคารประหยัดพลังงานเพื่อผลิตพลังงานไฟฟ้าและลดความร้อนเข้าสู่ตัวอาคาร

งานวิจัยนี้เป็นการศึกษาการประเมินพลังงานไฟฟ้าและการถ่ายเทความร้อนจากการติดตั้งแผงเซลล์แสงอาทิตย์ร่วมกับอาคารโดยจะแบ่งออกเป็น 2 ส่วนคือ การติดตั้งแผงเซลล์แสงอาทิตย์บนหลังคา และการติดตั้งแผงเซลล์แสงอาทิตย์บนผนังของอาคารจาลอง โดยจะใช้แผงเซลล์แสงอาทิตย์ประเภทโมโนคริสตัลไลน์ ขนาด 40 W จานวน 1 แผงสาหรับติดบนหลังคาติดตั้งทามุม 18o และ 4 แผงสาหรับการติดบนผนังของอาคารจาลองทามุม 90o กับแนวราบ โดยจะเริ่มทดสอบจากทิศใต้ ทิศตะวันตก ทิศตะวันออก และทิศเหนือตามลาดับ โดยจะเปรียบเทียบกับอาคารจาลองขนาดเดียวกันที่ไม่ได้ติดตั้งแผงเซลล์แสงอาทิตย์ จากผลการทดสอบในกรณีติดบนหลังคา พบว่าพลังงานไฟฟ้าที่ผลิตในหนึ่งวันต่อพื้นที่ติดตั้งในกรณีติดบนหลังคาทางทิศใต้มีค่าสูงที่สุดเท่ากับ 0.61 kWh/day.m2 ทิศตะวันตกมีค่าสูงสุดเท่ากับ 0.55 kWh/day.m2 ทิศตะวันออกมีค่าสูงสุดเท่ากับ 0.43 kWh/day.m2 และทิศเหนือมีสูงสุดเท่ากับ 0.36 kWh/day.m2 โดยค่ารังสีอาทิตย์สูงสุดเท่ากับ 991.92 W/m2 955.2 W/m2 787.35 W/m2 และ 578.8 W/m2 สาหรับการติดตั้งในทิศใต้ ตะวันตก ตะวันออก และทิศเหนือตามลาดับ เมื่อพิจารณาค่าการถ่ายเทความร้อนผ่านหลังคา (RTTV) พบว่าการติดตั้งแผงเซลล์แสงอาทิตย์บนหลังคาทางทิศใต้สามารถลดค่า RTTV ได้สูงสุดเท่ากับ 14.02 W/m2 และกรณีติดทางทิศเหนือห้องที่ติดแผงเซลล์แสงอาทิตย์มีค่า RTTV สูงกว่าห้องที่ไม่ได้ติดตั้งแผงเซลล์แสงอาทิตย์ จากการประเมินทางเศรษฐศาสตร์เบื้องต้นพบว่าการติดตั้งแผงบนหลังคาทางทิศใต้จะสามารถประหยัดค่าไฟฟ้าได้สูงสุดเท่ากับ 1,000 THB/y.m2 และค่า RTTV ที่ลดลงจะสามารถประหยัดค่าไฟฟ้าจากระบบทาความเย็นได้สูงสุด 1,540 THB/y เมื่อพิจารณาผลของพลังงานไฟฟ้าที่ผลิตได้ในหนึ่งวันต่อพื้นการติดของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ ในกรณีติดบนผนังทางทิศใต้สามารถผลิตพลังงานไฟฟ้าได้สูงสุดเท่ากับ 0.461 kWh/day.m2 ทิศตะวันตกมีค่าเท่ากับ 0.228 kWh/day.m2 ทิศตะวันออกมีค่าเท่ากับ 0.148 kWh/day.m2 และทิศเหนือมีค่าเท่ากับ 0.081 kWh/day.m2 โดยมีค่ารังอาทิตย์สูงสุดเท่ากับ 902.40 W/m2 831.05 W/m2 470 W/m2 และ 157.0 W/m2 สาหรับทิศใต้ ทิศตะวันตก ทางทิศตะวันออก และทิศเหนือตามลาดับ และเมื่อพิจารณาค่าความแตกต่างของค่าการถ่ายเทถ่ายเทความร้อนผ่านหนัง (OTTV) ของอาคารระหว่างห้องที่ติดกับไม่ติดตั้งแผงเซลล์แสงอาทิตย์ พบว่าทิศใต้จะมีค่าสูงสุดเท่ากับ 12.04 W/m2 ทิศตะวันตกมีเท่ากับ 2.33 W/m2 ทิศตะวันออกเท่ากับ -1.69 W/m2 และทางทิศเหนือมีค่าเท่ากับ -7.76 W/m2 ซึ่งพบว่าการติดตั้งแผงเซลล์แสงอาทิตย์บนผนังทางทิศตะวันออกและทิศเหนือค่าการถ่ายเทความร้อนมีค่าเป็นลบ ซึ่งเป็นทิศทางของการถ่ายเทความร้อนจากภายในห้องออกสู่ภายนอกห้อง จากการประเมินทางเศรษฐศาสตร์เบื้องต้นพบว่าการติดตั้งแผงบนผนังทางทิศใต้จะสามารถประหยัดค่าไฟฟ้าได้สูงสุดเท่ากับ 757 THB/y.m2 และค่า OTTV ที่ลดลงจะสามารถประหยัดค่าไฟฟ้าจากระบบทาความเย็นได้สูงสุด 6,360 THB/y จากการศึกษาพบว่าการติดตั้งแผงเซลล์แสงอาทิตย์ทางทิศใต้จะสามารถผลิตพลังงานไฟฟ้า และลดปริมาณความร้อนเข้าสู่ตัวอาคารได้สูงสุด แต่การติดตั้งแผงเซลล์แสงอาทิตย์บนหลังคาในทิศตะวันออก และทิศตะวันตกก็สามารถที่จะผลิตพลังงานไฟฟ้า และลดปริมาณความร้อนเข้าสู่อาคารได้ใกล้เคียงกับการติดตั้งทางทิศใต้ และการติดตั้งแผงเซลล์แสงอาทิตย์บนผนังทิศตะวันออก และทิศตะวันตกไม่มีความเหมาะสมเนื่องจากผลิตพลังงานไฟฟ้าได้น้อยเกินไป

This research aims to study the assessment of electrical energy and heat transfer from building integrated photovoltaic panels when the installation of PV panel is on the roof and the wall of buildings. A 40 W mono crystalline Si solar panel was installed on the roof at an angle of 18o and four of the similar panels were installed on the wall at an angle of 90o with respect to the horizontal. The comparison is made between the room with and without the installation of PV panel. From the testing, it was found that the total electricity production in one day per unit area form the panel installed on the roof pointing respectively in the south, west, east and north direction is 0.61 kWh/day.m2, 0.55 kWh/day.m2, 0.43 kWh/day.m2 and 0.36 kWh/day.m2. The maximum solar irradiance is found to be 991.92 W/m2, 955.2 W/m2, 787.35 W/m2 and 578.8 W/m2 for the south, west, east and north direction, respectively. The installation of the PV panel on the roof in the south direction reduces the maximum RTTV of 14.02 W/m2. The panelinstallation in the north direction results in a higher RTTV compared to the room without the panel. From a rough estimation, the installation of the panel on the south-oriented roof would save 1,000 THB/y.m2 of electricity cost and the reduction of heat entering to the building would save the energy cost of the air conditioning system at about 1,540 THB/y. In case of installing the panel on the wall, it was found that the maximum electrical energy production of 0.461 kWh/day.m2 is achieved when the panel faced south direction. Mounting the panel on the west, east and north results in a lower energy production with the north direction demonstrating an extremely low electrical energy production of 0.081 kWh/day.m2. This corresponds to the incident solar intensity where the south wall received the maximum value of 902.40 W/m2 and the other directions received 831.05 W/m2, 470 W/m2 and 157.0 W/m2 for west, east and north orientation, respectively. The installation of the PV panel on the wall facing south reduces the maximum OTTV of 12.04 W/m2, which is about 5.5 times higher than that of the west. Negative OTTV value was observed for the east and north wall installation. From the approximation, the installation of the panel on the south-oriented wall would save 757 THB/y.m2 of electricity cost and the reduction of heat entering to the building would save the energy cost of the air conditioning system at about 6,360 THB/y. The installation of the PV panels facing the south direction generates the maximum amount at electrical energy and can effectively reduce the heat energy entering to the building. Mounting the panels facing west and east on the roof can also be an alternative installation since it provides electrical energy close to the south direction installation. Installing the panel on the west and south wall is not advisable since the electrical energy production is low compared to the south direction.