วิธีผลิตกระแสไฟฟ้าด้วยเทอร์โมอิเล็กทริก
วิธีผลิตกระแสไฟฟ้าด้วยเทอร์โมอิเล็กทริก จากการมากกว่า 1.7 พันล้านคนทั่วโลก เชื่อว่าโซล่าเซลล์จะทำงานได้ก็ต่อเมื่อมีแสงจากดวงอาทิตย์ ซึ่งได้มีการกักเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ไว้ใช้ในตอนกลางคืนเป็นจำนวนมาก นักวิจัยที่มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดและยูซีแอลเอได้ทำการผลิตกระแสไฟฟ้าในช่วงเย็นที่จะมีความสำคัญต่อความต้องการพลังงานในอนาคต
เกือบ 200 ปีที่ผ่านมา เกิดการค้นพบเทคโนโลยี ที่เรียกว่า เครื่องกำเนิดเทอร์โมอิเล็กทริก โดยใช้ความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างแผ่นโลหะสองแผ่นเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า และใช้หลักการ “ความต่างของอุณหภูมิยิ่งมาก พลังงานที่ได้ก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น”
เทอร์โมอิเล็กทริก คืออะไร?
คือ วัสดุที่สามารถเปลี่ยนพลังงานความร้อนเป็นพลังงานไฟฟ้าได้ โดยใช้ความแตกต่างของระหว่างอุณหภูมิของจุดสองจุด โดยอิเล็กตรอนจะเดินทางจากจุดที่มีอุณหภูมิสูงไปยังจุดที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าบนวัสดุ ทำให้เกิดขั้วไฟฟ้าและความต่างศักย์ ซึ่งสามารถนำพลังงานไฟฟ้าที่ได้มาใช้ประโยชน์ ปัจจุบันวัสดุเทอร์โมอิเล็กทริกส์ในประเทศไทยยังต้องมีการนำเข้าจากต่างประเทศอยู่ และมีการประยุกต์ใช้อยู่ในวงแคบๆ เนื่องจากยังขาดความรู้ ความเข้าใจในหลักการทำงานของเทอร์โมอิเล็กทริก หากเราศึกษาจนสามารถปรับปรุงและพัฒนาประสิทธิภาพของวัสดุเทอร์โมอิเล็กทริกส์นี้ จะสามารถนำไปประยุกต์ใช้ได้หลากหลาย อันนำไปสู่การเพิ่มแหล่งพลังงานทางเลือกเพิ่มขึ้นในอนาคต
การวิจัยใหม่ใช้เทคนิคในการควบคุมความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างอากาศภายนอก และพื้นผิวที่หันหน้าไปทางท้องฟ้า โดยใช้เทคโนโลยีในการแปลงความร้อนจากแหล่งต่าง ๆ เช่น เครื่องจักรอุตสาหกรรม และเครื่องยนต์รถยนต์
วิธีการ คือ ใช้แผ่นของอุปกรณ์ 3 แผ่นซ้อนกัน โดยที่แผ่นด้านบนหันหน้าไปทางอากาศเย็นของท้องฟ้ายามค่ำคืนที่เปิดโล่ง ในขณะที่แผ่นด้านล่างถูกเก็บไว้ในอากาศอบอุ่นหันหน้าไปทางพื้นดิน ความร้อนแผ่ออกไปสู่สภาพแวดล้อมที่เย็นกว่าเสมอ และสภาพแวดล้อมที่เย็นกว่าก็จะแผ่ความร้อนได้เร็วขึ้น เนื่องจากท้องฟ้ายามค่ำคืนที่เปิดโล่งเย็นกว่าอากาศที่ปิดล้อมโดยรอบแผ่นด้านล่าง แผ่นปิดด้านบนจะสูญเสียความร้อนเร็วกว่าแผ่นด้านล่าง สิ่งนี้สร้างความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างสองแผ่นประมาณ 4-5 องศาเซลเซียส
จากนั้น ความร้อนก็เริ่มเดินทางจากแผ่นด้านล่างที่ร้อนกว่าไปยังแผ่นด้านบนที่เย็นกว่า ผ่านอุปกรณ์ควบคุมการไหลของความร้อนเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า ซึ่งความแตกต่างของอุณหภูมิขนาดเล็กจึงทำให้พลังงานถูกจำกัด และผลิตได้เพียง 25 มิลลิวัตต์ต่อตารางเมตร เพียงพอที่จะให้พลังงานในการอ่านหนังสือ หรือ จอ LED ขนาดเล็ก ในทางตรงกันข้ามแผงโซลาร์เซลล์ที่มีขนาดเท่ากันนั้นก็เพียงพอที่จะรองรับทีวี LED ขนาด 32 นิ้ว ได้ถึงสามเครื่อง ซึ่งมีกำลังมากกว่า 4,000 เท่า
ในสภาพอากาศที่แห้งอุปกรณ์จะทำงานได้ดีกว่าสภาพอากาศที่ชื้น เพราะความชื้นในอากาศจะควบแน่นบนแผ่นด้านล่างที่หันไปทางพื้นดินทำให้เย็นลง และลดความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างแผ่นเปลือกโลก ยกตัวอย่างเช่น ในทะเลเมดิเตอร์เรเนียนที่แห้งแล้ง อุปกรณ์สามารถผลิตพลังงานได้มากกว่าที่เคยทำในสหรัฐอเมริกาถึง 20 เท่า
ส่วนตัวอุปกรณ์ ผู้ผลิตสามารถนำไปใช้เคลือบผิวที่ช่วยให้ผิวของอุปกรณ์มีอุณหภูมิที่ต่ำกว่าสภาพแวดล้อมโดยรอบ และยังสามารถใช้กระดาษลูกฟูกแทนแผ่นแบนซึ่งมีประสิทธิภาพมากกว่าในการดักจับและเปล่งรังสี จะช่วยเพิ่มกำลังงานได้มากถึงสิบเท่า
เทอร์โมอิเล็กทริกมีบทบาทสำคัญในสังคม ที่จะเชื่อมต่ออุปกรณ์ในครัวเรือนกับอินเทอร์เน็ตและสิ่งอื่น ๆ ที่เรียกว่า Internet of Things – ที่ระดับพลังงานเพียง 1.5 เมกะวัตต์ต่อตารางเมตร ซึ่งเป็นระดับพลังงานที่แน่นหนา สามารถลดภาระพลังงานของบ้านได้ อีกทั้งยังผลิตได้ง่าย และขายในราคาถูก ซึ่งระบบพลังงานแสงอาทิตย์ที่มีที่เก็บแบตเตอรี่ตอบสนองความต้องการพลังงานในประเทศ และอุตสาหกรรมขนาดเล็ก
CR : https://www.weforum.org/agenda/2019/10/renewable-energy-night-sky-aid-off-grid-population/
