การศึกษาการประยุกต์ใช้เซลล์แสงอาทิตย์ร่วมกับหลังคาเขียวเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตพลังงานไฟฟ้าของเซลล์แสงอาทิตย์
Article Sidebar
Main Article Content
Abstract
Allan Sriratana Tabucanon, Kittiyaphon Lekpaeng and Sirinapa Mingsuan
รับบทความ: 8 มิถุนายน 2564; แก้ไขบทความ: 21 สิงหาคม 2564; ยอมรับตีพิมพ์: 18 กันยายน 2564; ตีพิมพ์ออนไลน์: 26 เมษายน 2565
บทคัดย่อ
งานวิจัยนี้ศึกษาดัชนีพื้นที่ผิวใบ (LAI) ที่มีผลต่อการลดอุณหภูมิบริเวณหลังคาเขียวเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตพลังงานไฟฟ้าของเซลล์แสงอาทิตย์ และเปรียบเทียบระยะเวลาคืนทุน จากการ ศึกษาดัชนีพื้นที่ผิวใบที่แตกต่างกันของต้นกระดุมทองเลื้อยและต้นหลิวไต้หวัน ได้แก่ LAI 1 LAI 3 และ LAI 5 โดยทดลองเป็นระยะเวลา 3 วัน ในช่วงระหว่างวันที่ 4–6 มีนาคม 2564 พบว่า ต้นกระดุมทองเลื้อย LAI 5 สามารถลดอุณหภูมิบริเวณผิวดินและอุณหภูมิเหนือผิวดินได้มากที่สุดและมีนัยสำคัญ (Pผิวดิน = 0.000, Pเหนือผิวดิน = 0.000) ด้วยวิธี ANOVA คือ 2.99°C (±0.18°C) และ 2.48°C (±0.16°C) ตามลำดับ จากนั้นศึกษาแบบจำลองการติดตั้งเซลล์แสงอาทิตย์ แบ่งออกเป็น 3 แบบ จำลอง ได้แก่ การติดตั้งเซลล์แสงอาทิตย์บนพื้นคอนกรีต (Model 1), การติดตั้งเซลล์แสงอาทิตย์บนหลังคาเขียว (Model 2) และการติดตั้งเซลล์แสงอาทิตย์บนหลังคาเขียวร่วมกับการรดน้ำพืชระหว่างวัน (Model 3) เป็นระยะเวลา 3 วัน คือวันที่ 16 18 และ 23 มีนาคม 2564 ในการติดตั้งหลังคาเขียวเลือกใช้ต้นกระดุมทองเลื้อย LAI 5 แล้วทำการตรวจวัดค่าอุณหภูมิเซลล์แสงอาทิตย์และค่าทางไฟฟ้า พบว่า Model 2 (Pบนแผง = 0.005, Pใต้แผง = 0.009) และ Model 3 (Pบนแผง = 0.003, Pใต้แผง = 0.006) มีอุณหภูมิเซลล์แสงอาทิตย์เฉลี่ยทั้งด้านบนและใต้แผงต่ำกว่า Model 1 อย่างมีนัยสำคัญ เมื่อนำค่าทางไฟฟ้ามาคำนวณประสิทธิภาพเซลล์แสงอาทิตย์ พบว่า Model 2 และ Model 3 สามารถผลิตไฟฟ้าได้มากขึ้นร้อยละ 1.36 และ 1.12 ตามลำดับ เพราะการลดลงของอุณหภูมิแผงเซลล์แสงอาทิตย์มีผลให้แรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้น จากนั้นศึกษาระยะเวลาคืนทุน พบว่า Model 1 มีระยะเวลาคืนทุนสั้นที่สุด คือ 4.7 ปี รองลงมา คือ Model 2 มีระยะเวลาคืนทุน 7.4 ปี และ Model 3 มีระยะเวลาคืนทุน 9.0 ปี ตามลำดับ เนื่องจาก Model 1 มีต้นทุนในการติดตั้งน้อยและมีค่าพลังงานไฟฟ้าที่ผลิตได้ใกล้เคียงกับอีก 2 กรณี อย่างไรก็ตามในการศึกษานี้วิเคราะห์เพียงผลตอบแทนจากการลดการใช้ไฟฟ้าด้วยเซลล์แสงอาทิตย์ ผู้วิจัยเชื่อว่าหากวิเคราะห์ร่วมกับการลดอุณหภูมิภายในอาคารของหลังคาเขียวซึ่งช่วยลดค่าไฟฟ้าด้านระบบปรับอากาศและระบายอากาศ จะสามารถลดระยะเวลาคืนทุนของการติดตั้งเซลล์แสงอาทิตย์ร่วมกับหลังคาเขียวให้สั้นลงได้
คำสำคัญ: เซลล์แสงอาทิตย์ หลังคาเขียว การลดอุณหภูมิ ประสิทธิภาพเซลล์แสงอาทิตย์
Abstract
This research studied the effect of Leaf Area Index (LAI) on cell temperature for improving power generation efficiency and the payback period. The experiment was conducted between March 4 and 6, 2021. A study of different LAI of Climbing Wedelia and False Heather (Weave), including LAI 1, LAI 3 and LAI 5, showed that the maximum reduction on and above the ground was Climbing Wedelia LAI 5 that could reduce by 2.99°C (±0.18°C) and 2.48°C (±0.16°C) (POn the ground=0.000, PAbove ground=0.000) respectively when compared with LAI 0 (control), based on ANOVA analysis. Then, the study on synergy of solar panel and green roof with 3 proposed models: Solar panel on concrete as a control (Model 1), Solar panel on green roof with Climbing Wedelia LAI 5 (Model 2) and Solar panel on the green roof with watering plant during the daytime (Model 3) on March 16th, 18th and 23rd ,2021. The result showed that cell temperatures of Model 2 (PAbove = 0.005, PBelow = 0.009) and Model 3 (PAbove = 0.003, PBelow = 0.006) were significantly lower than Model 1. On the study of power generation indicated that the power generation of Model 2 and Model 3 increased 1.36% and 1.12% respectively because the reduction of cell temperature effect to increasing output voltage. After calculating the payback period, Model 1 had the shortest payback period with 4.7 years, While Model 2 and Model 3 had 7.4 and 9.0 years, respectively. The reason of the lowest payback period of Model 1 is due to low installation costs and the electricity produced has no different from other 2 scenarios. However, this study, only emphasized on benefit of reducing energy consumption. The study hypothesizes that a better payback period of green roof by incorporating with reducing the energy consumption of indoor HVAC system will be able to greatly shorten the payback period for installation of solar panels on green roof.
Keywords: Solar panels, Green roof, Temperature reduction, Solar panel efficiency
Downloads
Article Details
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
References
Cuce, E., Cuce, P. M., and Bali, T. (2013). An experimental analysis of illumination intensity and temperature dependency of photovoltaic cell parameters. Applied En-ergy 111: 374–382.
Ebadati, M., and Ehyaei, M. A. (2020). Reduc-tion of energy consumption in residential buildings with green roofs in three different climates of Iran. Advances in Build-ing Energy Research 14(1): 66–93.
Electricity Generating Authority of Thailand. Proportion of fuel consumption for electricity generation in the EGAT system in 2020. Retrieved from https://www.egat. co.th/index.phpoption=com_content&view=arTicle&id=2455&Itemid=116&fbclid=IwAR0p92xUWL3DueVil2NMSTMdA24Occl1a7vesjAwOvBFT82d0d3f3ghXVHM, September 4, 2020. (in Thai)
Fesharaki, V. J., Dehghani, M., Fesharaki, J. J., and Tavasoli, H. (2011). The effect of temperature on photovoltaic cell efficiency. Proceedings of the 1st Inter-national Conference on Emerging Trends in Energy Conservation–ETEC (pp. 20–21). Tehran, Iran.
Hardwick, S. R., Toumi, R., Pfeifer, M., Turner, E. C., Nilus, R., and Ewers, R. M. (2015). The relationship between leaf area index and microclimate in tropical forest and oil palm plantation: Forest disturbance drives changes in microclimate. Agricultural and Forest Meteorology 201: 187–195.
He, Y., Yu, H., Ozaki, A., Dong, N., and Zheng, S. (2017). Influence of plant and soil layer on energy balance and thermal performance of green roof system. Energy 141: 1285–1299.
Kazem, H. A., and Chaichan, M. T. (2015). Effect of humidity on photovoltaic performance based on experimental study. In-ternational Journal of Applied Engineering Research (IJAER) 10(23): 43572–43577.
Khieowichai, C., and Pagamas, P. (2014). Selection of plant species and substrates for green roof planting. KHON KAEN AGR 42(3): 462–467.
Kositsakulchai, E. (2009). Crop Evapotranspiration Theory and Applications. Faculty of Engineering at Kamphaeng Saen, Nakhon Pathom: Kasetsart University. (in Thai)
Kumar, R., and Kaushik, S. C. (2005). Performance evaluation of green roof and shading for thermal protection of buildings. Building and environment 40(11): 1505–1511.
Mahmoud, A. S., Asif, M., Hassanain, M. A., Babsail, M. O., and Sanni–Anibire, M. O. (2017). Energy and economic evaluation of green roofs for residential buildings in hot–humid climates. Buildings 7(2): 30.
Mekhilef, S., Saidur, R., and Kamalisarvestani, M. (2012). Effect of dust, humidity and air velocity on efficiency of photovoltaic cells. Renewable and Sustainable Energy Reviews 16(5): 2920–2925.
Nirutterug, S., and Sreshthaputra, A. (2014). Efficiency of evaporative cooling system: the case study of green roof. Built Environment Inquiry 13(1): 76–83.
Ran, J., and Tang, M. (2017). Effect of green roofs combined with ventilation on indoor cooling and energy consumption. Energy Procedia 141: 260–266.
Shafique, M., Kim, R., and Rafiq, M. (2018). Green roof benefits, opportunities and challenges – A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews 90: 757–773.
Takebayashi, H., and Moriyama, M. (2007). Surface heat budget on green roof and high reflection roof for mitigation of urban heat island. Building and Environment 42(8): 2971–2979.
Tan, P. Y., and Sia, A. (2005). A pilot green roof research project in Singapore. Proceedings of Third Annual Greening Rooftops for Sustainable Communities Conference, Awards and Trade Show. Washington, DC.
Tokeeree, Y. (2011). The Suitable Local Plant Species to Develop Green Roof Technology for Environmental Conservation. Surin: Faculty of Science and Tech-nology Surindra Rajabhat University. (in Thai)
Tur, M.R., Colak, I., and Bayindir, R. (2018). Effect of faults in solar panels on production rate and efficiency. 2018 International Conference on Smart Grid (ic SmartGrid) (pp. 287–293). Nagasaki: IEEE.
Vera, S., Pinto, C., Tabares–Velasco, P. C., Bustamante, W., Victorero, F., Gironás, J., and Bonilla, C.A. (2017). Influence of vegetation, substrate, and thermal insulation of an extensive vegetated roof on the thermal performance of retail stores in semiarid and marine climates. Energy and Buildings 146: 312–321.
Yeonyup, S. and Pajjaruang, S. (2012). Attitudes toward green roof building and construction in Chiang Mai. Faculty of Engineering, Chiang Mai University.
Yu, C. (2006). The Intervention of Plants in the Conflicts between Buildings and Climate – A Case Study in Singapore. Retrieved from https://scholarbank.nus. edu.sg/handle/10635/15511, September 4, 2020.
Zhu, X. G., Long, S. P., and Ort, D. R. (2008). What is the maximum efficiency with which photosynthesis can convert solar energy into biomass? Current Opinion in Biotechnology 19(2): 153–159.