ตู้อบพลังานแสงอาทิตย์
บทที่ 1
บทนำ
ที่มาและความสำคัญ ของโครงงาน
พลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานที่จัดได้ว่าไม่มีวันหมด และเป็นพลังงานธรรมชาติที่คนเราสามารถนำมาใช้ประโยชน์ในการดำเนินชีวิตประจำวันมาตั้งแต่ครั้งโบราณกาล เช่น ให้ความอบอุ่น ตากผ้า ตากอาหาร เป็นต้น ทางโรงเรียนจึงได้มองเห็นถึงความสำคัญของเรื่องพลังงานที่เป็นพลังงานทางเลือกใหม่ที่ไม่ส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม ประกอบกับทางโรงเรียนมีแนวทางที่จะน้อมนำปรัชญาเศรษฐกิจพอเพียงมาใช้ในโรงเรียน เช่น นำสิ่งที่มีอยู่หรือสิ่งที่เหลือใช้มาทำให้เกิดประโยชน์สูงสุด เพื่อลดค่าใช้จ่ายและนำไปใช้ทำอย่างอื่นเพื่อให้เกิดประโยชน์สูงสุด
จากปัญหาที่พบ คือ เรื่องข้าวที่เหลือจากการฉันเพลของสามเณร ซึ่งบางครั้งได้รับบริจาคข้าวหุงสุกแล้วมาจากวัดอื่นๆ ที่มีพระภิกษุสามเณรประจำอยู่ไม่มาก จึงนำมาถวายเพิ่มเติมให้กับนักเรียนสามเณรที่มาศึกษาเล่าเรียน ส่วนใหญ่เป็นข้าวที่มีคุณภาพดี เช่นข้าวกล้อง ข้าวไรซ์เบอรี่ ข้าวหอมมะลิ ซึ่งมีราคาแพง และมีคุณค่าทางโภชนาการสูง แต่ด้วยเวลาและโอกาสอาจไม่ตรงกัน ทำให้ข้าวหุงสุกแล้วเหลืออยู่จำนวนมาก นอกจากจะนำไปเป็นอาหารสัตว์ เช่นเลี้ยงไก่ไข่ เลี้ยงปลา ในศูนย์เรียนรู้ฯแล้ว ยังมีความคิดที่จะนำข้าวสุกที่เหลือจากการฉันมาแปรสภาพให้เป็นแป้ง หรือแปรรูปเป็นอาหารเช่น ทำเป็นคุกกี้ หรือ ข้าวตัง นางเล็ด ให้บริโภคต่อไป โดยรักษาคุณค่าทางโภชนาการไว้
ทั้งนี้ ในเขตพื้นที่อำเภอเด่นชัย เป็นจุดพักรถของการท่องเที่ยว มีแหล่งจำหน่ายสินค้าของฝากพื้นบ้านที่เป็นอาหารหลายชนิด เช่น ไส้อั่ว แคบหมู หมูยอ และหัวกลอยทอด จึงมีแนวคิดเป็นโครงงานสิ่งประดิษฐ์ขึ้นมาเพื่อตอบสนองความต้องการ และแก้ปัญหาที่พบของโรงเรียนศรีคิรินทร์วิทยาให้สอดคล้องกับนโยบายเศรษฐกิจพอเพียง ซึ่งเป็นอัตลักษณ์ของสถานศึกษาและมีเป้าหมายพัฒนาให้เกิดประโยชน์สูงสุด และตอบโจทย์ของชุมชนได้มากขึ้น คือ ลดต้นทุนและค่าใช้จ่าย ตลอดถึงประหยัดเวลา ในการประกอบอาชีพของชุมชน เพื่อช่วยแก้ปัญหาทั้งหมดที่กล่าวมาทั้งในสถานศึกษาและเป็นงานบริการสังคมต่อไป
จุดประสงค์
- เพื่อศึกษาหลักการและวิธีการประดิษฐ์ตู้อบพลังงานแสงอาทิตย์ให้มีความสามารถควบคุมอุณหภูมิ ความชื้น เวลา ด้วยแสงอาทิตย์โดยตรง หรือพลังงานที่กักเก็บไว้ได้อย่างคงที่
- เพื่อศึกษาประสิทธิภาพของตู้อบพลังงานแสงอาทิตย์
- เพื่อการส่งเสริมให้นักเรียนตระหนักถึงพลังงานทางเลือกใหม่ที่ไม่มีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม
- เพื่อส่งเสริมนโยบายเศรษฐกิจพอเพียง นำสิ่งที่เหลือใช้มาทำให้เกิดประโยชน์สูงสุด
สมมติฐาน
- ตู้อบพลังงานแสงอาทิตย์แบบ (ใช้โกโก้บอร์ดเป็นตัวควบคุมการทำงานทั้งหมด)สามารถตากข้าวและหัวกลอยดิบได้แห้งเร็วกว่าการตากข้าวและหัวกลอยแบบทั่วไปได้จริง (ตากแดด)
- ถ้านำตู้อบพลังงานแสงอาทิตย์มาศึกษาประสิทธิภาพด้านอุณหภูมิและระยะเวลาในการตากแห้งของข้าวและหัวกลอย พบว่าอุณหภูมิคงที่และระยะเวลาในการตากในตู้อบใช้เวลาน้อยกว่าการตากแดดแบบทั่วไป รวมถึงการประหยัดพลังงานไฟฟ้า ที่สามารถลดค่าใช้จ่ายในระยะยาวได้ชัดเจน
ตัวแปรที่เกี่ยว ข้อง
ตอนที่ 1 ศึกษาหลักการและวิธีการสร้างตู้อบพลังงานแสงอาทิตย์
ตัวแปรต้น : หลักการและวิธีสร้าง
ตัวแปรตาม : เตาอบพลังงานแสงอาทิตย์(แบบควบคุมอุณหภูมิ)
ตัวแปรควบคุม : โครงเหล็ก แผ่นสังกะสี สีดำด้าน กระจกใสครอบด้วยกรอบอลูมิเนียม โกโก้บอร์ด
ตอนที่ 2 ศึกษาประสิทธิภาพของตู้อบพลังงานแสงอาทิตย์
ตอนที่ 2.1 ศึกษาอุณหภูมิ องตู้อบพลังงานแสงอาทิตย์
ตัวแปรต้น : เตาอบพลังงานแสงอาทิตย์
ตัวแปรตาม : อุณหภูมิ
ตัวแปรควบคุม : แสงแดด องศาการตั้งของกระจก สถานที่ทดลอง สภาพภูมิอากาศ อุณหภูมิภายในตู้
ตอนที่ 2.2 ศึกษาระยะเวลาในการแห้งของข้าวไรซ์เบอรี่
ตัวแปรต้น : ข้าวไรซ์เบอรี่
ตัวแปรตาม : ระยะเวลาในการอบ
ตัวแปรควบคุม : แสงแดด สภาพภูมิอากาศ เวลาสถานที่ องศาการตั้งของกระจก อุณหภูมิภายในตู้
ตอนที่ 2.3 ศึกษาระยะเวลาในการแห้งของหัวกลอย
ตัวแปรต้น : หัวกลอย
ตัวแปรตาม : ระยะเวลาในการแห้ง
ตัวแปรควบคุม : แสงแดด สภาพภูมิอากาศ เวลาสถานที่ องศาการตั้งของกระจก อุณหภูมิภายในตู้
นิยามเชิงปฏิบัติการ
พลังงานแสงอาทิตย์ หมายถึง แสงสว่าง และความร้อน ที่ถูกสร้างขึ้นโดยดวงอาทิตย์ ทุกๆวันดวงอาทิตย์จะผลิตพลังงานได้เป็นจำนวนมหาศาล รวมทั้งแหล่งผลิตพลังงานแสงอาทิตย์นั้น ไม่มีวันหมดอีกด้วย นอกจากนี้ พลังงานแสงอาทิตย์ยังถือเป็นพลังงานสะอาด และเป็นพลังงานทางเลือกสำหรับมนุษย์ใช้แทนที่พลังงานจากฟอสซิล อีกด้วย
การอบแห้ง หมายถึง การกำจัดความชื้นจำนวนน้อยที่ค้างอยู่ในผลิตภัณฑ์ การอบแห้งมักเป็นกระบวนการสุดท้ายก่อนการบรรจุ เพื่อป้องกันความเสียหายของผลิตภัณฑ์จากการมี ความชื้นเกินค่าปลอดภัย ในวัสดุอาหารการมีความชื้นอาจทำให้เกิดเชื้อรา หรือการเกาะติดเป็นก้อนของ ผลิตภัณฑ์ที่เป็นเม็ด หรืออาจจะมีผลเสียต่อการนำไปใช้ในกระบวนการผลิตขั้นต่อไป
ข้าว หมายถึง พืชที่ใช้เมล็ดเป็นอาหารทั่วไป มีหลายชนิด เช่น ข้าวเจ้า ใช้เป็นอาหารตามปรกติ ข้าวเหนียว ใช้ทำขนม แต่ภาคเหนือและภาคอีสานบางแห่งใช้เป็นอาหารตามปรกติ นอกจากนี้ยังมีอีกมาก เช่น ข้าวโพด ข้าวฟ่าง ข้าวสาลี เป็นต้น
หัวกลอยหรือกลอย เป็นภาษาถิ่นภาคเหนือ ใช้เรียก “กลอย” ซึ่งเป็นพืชไม้เถาเลื้อยประเภทแป้ง อยู่ในวงศ์ Dioscoreaceae มีชื่อว่า Dioscoreahispida คนเรารู้จักนำหัว (ราก, root vegetable) ของมันมาทำเป็นอาหารนับหลายชั่วคนแล้ว แต่หัวกลอยนั้นมีสารพิษที่เรียกว่า Dioscorine อยู่ เพราะฉะนั้นก่อนที่จะนำมาทำเป็นอาหารต้องขจัดสารพิษออกให้หมดก่อน
เทอร์โมมิเตอร์ หมายถึง เครื่องมือที่ใช้สำหรับวัดอุณหภูมิ ซึ่งจะประกอบด้วยสองส่วนสำคัญ ได้แก่ ส่วนตรวจวัดอุณหภูมิและส่วนแสดงผลซึ่งจะแปลงผลการวัดออกมาเป็นค่าที่แสดงถึงอุณหภูมิ ของเทอร์โมมิเตอร์นั้นมีหลายชนิด แต่ที่เราคุ้นเคยกันส่วนใหญ่แล้วจะเป็นเทอร์โมมิเตอร์ที่ประกอบด้วยกระเปาะของของเหลว การสร้างเทอร์โมมิเตอร์แบบนี้นั้นอาศัยคุณสมบัติของการขยายตัวของของเหลวหรือแก๊สเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น และหดตัวเมื่ออุณหภูมิลดลง
หลอดไฟ หมายถึง เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ไฟฟ้าเพื่อทำให้เกิดแสงสว่าง หรืออุปกรณ์ที่เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานแสง ได้แก่ หลอดไฟฟ้า หลอดฟลูออเรสเซนต์ เป็นต้น
บทที่ 2
เอกสารที่เกี่ยวข้อง
พลังงานแสงอาทิตย์ เป็นพลังงานแผ่รังสีจากดวงอาทิตย์พลังงานนี้เป็นต้นกำเนิดของวัฏจักรของสิ่งมีชีวิตในโลกทำให้เกิดการหมุนเวียนของน้ำและธาตุต่างๆ เช่น คาร์บอนพลังงานแสงอาทิตย์จัดเป็นหนึ่งในพลังงานทดแทนที่มีศักยภาพสงปราศจากมลพิษอีกทั้งเกิดใหม่ได้ไม่สิ้นสุดและยังเป็นต้นกำเนิดของพลังงานนาเป็นต้นกำเนิดของพลังงานเคมีในอาหารเป็นตนกำเนิดของพลังงานลมและเป็นต้นกำเนิดพลังงานคลื่นนอกจากนี้พลังงานความร้อนใต้พิภพก็ยังถือว่ามีรากฐานมาจากความร้อนจากดวงอาทิตย์อีกด้วย
การถ่ายโอนพลังงานความร้อน
การถ่ายโอนพลังงานความร้อนเป็นการถ่ายเทพลังงานความร้อนระหว่างที่สองแห่งที่มีอุณหภูมิแตกต่างกันวิธีการถ่ายโอนพลังงานความร้อนแบ่งได้เป็น 3 วิธีดังนี้
1.การถ่ายโอนความร้อนโดยการนำความร้อนเป็นการถ่ายโอนความร้อนโดยความร้อนจะเคลื่อนที่ไปตามเนื้อของวัตถุจากตำแหน่งที่มีอุณหภูมิส่งไปสู่ตำแหน่งที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าโดยที่วัตถุที่เป็นตัวกลางในการถ่ายโอนความร้อนไม่ได้เคลื่อนที่เช่นการนำแผ่นอะลูมิเนียมมาเผาไฟโมเลกุลของแผ่นอะลูมิเนียมที่อยู่ใกล้เปลวไฟจะร้อนก้อนโมเลกุลทอยไกลออกไปเมื่อได้รับความร้อนจะสั่นมากขึ้นจึงชนกับโมเลกุลที่อยู่ติดกันและทำให้โมเลกุลทอยติดกันสั่นต่อเนื่องกันไปความร้อนจงถูกถ่ายโอนไปโดยการสั่นของโมเลกุลของแผ่นอะลูมิเนียมโลหะต่างๆเช่นเงินทองอะลูมิเนียมเหล็กเป็นวัตถุที่นำความร้อนได้ดีจึงถูกนำมาทำภาชนะในการหุงต้มอาหารวัตถุที่นำความร้อนไม้ดีจะถูกนำมาทำฉนวนกันความร้อน เช่นไม้ พลาสติก แก้ว กระเบื้อง เป็นต้น
2.การถ่ายโอนความร้อนโดยการพาความร้อนเป็นการถ่ายโอนความร้อนโดยวัตถุที่เป็นตัวกลางในการ
พาความร้อนจะเคลื่อนที่ไปพร้อมกับความร้อนที่พาไปตัวกลางในการพาความร้อนจึงเป็นสารที่โมเลกุลเคลื่อนที่ได้ง่าย
3.การถ่ายโอนความร้อนโดยการแผ่รังสีความร้อนเป็นการถ่ายโอนความร้อนโดยไม่ต้องอาศัยตัวกลาง
4.การดูดกลืนความร้อนของวัตถุวัตถุทุกชนิดสามารถดูดกลืนพลังงานรังสีการดูดกลืนพลังงานรังสีของวัตถุเรียกว่า “การดูดกลืนความร้อน” จากการค้นพบของนักวิทยาศาสตร์พบว่าวัตถุที่มีผิวนอกสีดำทึบหรือสีเข้มจะดูดกลืนความร้อนได้ดีวัตถุที่มีผิวนอกสีขาวหรือสีอ่อนจะดูดกลืนความร้อนได้ไม่ดีในทำนองตรงกันข้ามวัตถุที่มีความร้อนทุกชนิดสามารถค่ายความร้อนได้เช่นกันโดยวัตถุที่มีผิวนอกสีดำจะคายความร้อนได้ดีและวัตถุที่มีผวนอกขาวจะคายความร้อนได้ไม่ดีในชีวิตประจำวันใช้ประโยชน์จากสมบัติของการดูดกลืนความร้อนและการคายความร้อนของวัตถุในการเลือกสีทาอุปกรณ์เครื่องใช้จ่างๆ
การใช้ประโยชน์จากพลังงานแสงอาทิตย์
1.การใช้ประโยชน์จากพลังงานแสงอาทิตย์โดยทางตรง
1.1การใช้พลังงานแสงอาทิตย์ในรูปความร้อนเป็นการเปลี่ยนพลังงานจากแสงอาทิตย์ให้อยู่ในรูปของพลังงานความร้อน (photothermal process) โดยการใช้อุปกรณ์รับแสงดูดพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์ เช่น ระบบอบแห่งแสงอาทิตย์ระบบกลั่นน้ำแสงอาทิตย์เป็นต้น
1.2การใช้พลังงานแสงอาทิตย์โดยเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้า (photovoltaic process) ด้วยเซลล์แสงอาทิตย์ (solar cell)
2.การใช้ประโยชน์จากพลังงานแสงอาทิตย์โดยทางอ้อมเช่นทำให้ลมคลื่นกระแสน้ำในมหาสุมทรและให้พลังงานปฏิกิริยาสงเคราะห์แสงของพืชเป็นต้น
ข้อจำกัดในการใช้ประโยชน์จากพลังงานแสงอาทิตย์
- ความไม่แน่นอนของสภาพภูมิศาสตร์มีผลต่ออัตราการตกกระทบของรังสีดวงอาทิตย์
- ความไม่แน่นอนของสภาพภูมิอากาศแม้ว่าประเทศไทยจะเป็นเมืองร้อนแต่บางช่วงเวลาเช่นฤดูฝนที่แสงแดดสองลงมาน้อยทำให้ไม่สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้
- เทคโนโลยีในการสร้างเครื่องรับแสงอาทิตย์ยังไม่ได้รับการพัฒนาถึงขั้นที่มีประสิทธิภาพสูงเพียงพอที่จะนำมาใช้ในเชิงพาณิชย์ได้
- ต้นทุนการผลิตอุปกรณ์รับและเก็บพลังงานจากแสงอาทิตย์ยังมีราคาสูงมาก
การสะท้อนข องแสง (Reflection of Light)
เมื่อแสงเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางที่มีความหนาแน่นสม่ำเสมอเช่น น้ำ อากาศ แท่ง พลาสติกใส หรือสุญญากาศ แสงจะเคลื่อนที่เป็นแนวตรงอย่างไรก็ตามถ้าแสงเคลื่อนที่ไปกระทบวัตถุต่างชนิดกันและเป็นวัตถุทึบแสงที่มีผิวขัดมันแสงจะเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่ ณ ตำแหน่งบนผิวที่แสงกระทบและเคลื่อนที่กลับทิศในตัวกลางเดิมเรียกการเปลี่ยนทิศการเคลื่อนที่ของแสงนี้ว่าการสะท้อน
รูป 2.1 แสงสะท้อนที่ผิวของวัตถุ
โดยทั่วไปลักษณะการสะท้อนของแสงขึ้นอยู่กับลักษณะของผิววัตถุวัตถุที่มีผิวเรียบมัน รังสีสะท้อนทุกรังสีจะไปในทิศเดียวกันดังรูป 2.2
รูป 2.2 วัตถุผิวเรียบ
วัตถุผิวขรุขระรังสีสะท้อนจะมีทิศทางต่างๆกันดังรูป 2.3
รูป 2.3 วัตถุผิวขรุขระ
ถ้าให้รังสีของแสงตกกระทบที่ผิวราบและผิวโค้งนูนการสะท้อนของแสงที่แต่ละผิวให้ผลเช่นเดียวกันและมุมตกกระทบ i และมุมสะทอนr ในแต่ละกรณีก็มีค่าเท่ากนดังรูป2.4
ก.ผิวราบ ข.ผิวโค้งนูน ค.ผิวโค้งเว้า
รูป 2.4 การสะท้อนของแสงที่ผิวเรียบแบบต่างๆ
ผิวราบและผิวโค้งที่กล่าวมาแล้วถือว่าเป็นผิวเรียบ ถ้าวัตถุมีผิวขรุขระการสะท้อนของแสงจะเป็นอย่างไรเมื่อพิจารณาบริเวณเล็กของผิวขรุขระ ซึ่งอาจถือได้ว่าเป็นผิวเรียบเพราะผิวขรุขระประกอบด้วยผิวเรียบจำนวนมากโดยผิวเรียบเหล่านั้นวางตัวทำมุมต่างๆกัน ดังนั้นถ้าให้แสงตกกระทบวัตถุ ที่มีผิวขรุขระมุมตกกระทบ ที่ผิวเรียบเล็กๆเหล่านั้นจะมีค่าต่างๆกันถึงกระนั้นมุมตกกระทบ ก็จะเท่ากับมุมสะท้อน ณ ตำแหน่งที่แสงตกกระทบเสมอดังนั้นแสงที่สะท้อนออกมาจึงมีทิศทางต่างๆกัน ดังรูป2.5
รูป2.5 การสะท้อนของแสงที่ผิวขรุขระ
จึงสรุปเป็นกฎการสะท้อนของแสงที่ผิววัตถุใดๆได้ดังนี้
ทฤษฏีการอบแห้ง
กระบวนการอบแห้งคือกระบวนการลดความชื้นโดยจะใช้วิธีการถ่ายเทความร้อนไปยังวัสดุที่ชื้นเพื่อไล่เอาความชื้นออกโดยการระเหยใช้การถ่ายเทความร้อนที่ได้รับเป็นความร้อนแฝงของการระเหยการอบแห้งจะทำให้สามารถที่จะเก็บหรือถนอมไว้ได้นานขึ้นและยังสามารถลดปริมาตรและน้ำหนักของวัสดุ
ความสำคัญ ของการอบแห้ง
การอบแห้งเป็นกระบวนการลดความชื้นซึ่งส่วนใหญ่ใช้การถ่ายเทความร้อนไปยังวัสดุชื้นเพื่อไล่ความชื้นออกโดยการระเหยโดยใช้ความร้อนที่ได้รับเป็นความร้อนแฝงของการระเหยประโยชน์ของการอบแห้งพอสรุปได้ดังนี้
1.เพื่อการถนอมอาหารอาหารที่แห้งแล้วสามารถเก็บรักษาไว้ได้นานโดยไม่เสียเนื่องจากการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์มีน้อย
2.เพื่อลดปริมาตรและน้ำหนักวัสดุที่แห้งแล้วจะมีปริมาตรและน้ำหนักลดลงทำให้สามารถลดต้นทุนในการเก็บรักษาและการขนส่ง
ปัจจัยที่มีผลต่อการทำแห้ง
การทำแห้งคือการเคลื่อนย้ายนำออกจากวัสดุปัจจัยใดๆที่มีผลต่อการเคลื่อนที่ของน้ำจึงมีผลต่ออัตราการทำแห้งได้แก่ธรรมชาติของวัสดุวัสดุเนื้อโปร่งมีการเคลื่อนของน้ำภายในวัสดุแบบผ่านแคบซึ่งเร็วกว่าการแพร่ในวัสดุเนื้อแน่นดังนั้นอาหารเนื้อโปร่งจึงแห้งเร็วกว่าวัสดุที่มีเนื้อแน่นวัสดุที่มีน้ำตาลสูงจะมีความเหนียวกีดขว้างการเคลื่อนที่ของน้ำจึงแห้งช้าส่วนวัสดุที่มีการลวกนวดคลึงทำให้เซลล์แตกจงแห้งเร็วกว่า
ขนาดและรูปร่างมีผลต่อพื้นที่ผิวตอน้ำหนักเช่นรูปร่างเหมือนกันขนาดเล็กจะมีพื้นที่ต่อน้ำหนักมากกว่าขนาดใหญ่จึงแห้งเร็วกว่าแต่ทั้งนี้ต้องคำนึงถึงพื้นที่ผิวที่สัมผัสกับอากาศที่เคลื่อนย้ายไอน้ำออกไปได้ถ้าชิ้นเล็กมากทับถมกันการระเหยเกิดได้เฉพาะพื้นที่ผิวที่สัมผัสกับอากาศจึงเกิดได้ช้าทั้งๆที่พื้นที่ต่อหน่วยน้ำหนักมากตำแหน่งของอาหารในเตานาในวัสดุที่สัมผัสกับลมร้อนได้ดีกว่าหรือสัมผัสกับลมร้อนที่มีความชื้นต่ำย่อมระเหยได้ดีกว่าความสามารถในการรับไอน้ำของอากาศร้อนอากาศร้อนที่มีไอน้ำอยู่มากแลวจะรับไอน้ำได้น้อยมีผลในช่วงอัตราการทำแห้งคงที่ อุณหภูมิของอากาศร้อนถ้าอากาศมีความชื้นคงที่การเพิ่มอุณหภูมิเป็นการเพิ่มความสามารถในการรับไอน้ำจึงมีผลต่ออัตราการทำแห้งคงที่และอุณหภูมิที่สูงขึ้นทำให้การแพร่กระจายของน้ำดีขึ้นจึงมีผลต่อช่วงการทำแห้งลดลงด้วย
โครงงานเปรียบเทียบ(ภายในจังหวัด)
โรงเรียนพิริยาลัยจังหวัดแพร่ ได้ทำโครงงานสิ่งประดิษฐ์ทางวิทยาศาสตร์เรื่องเตาอบพลังงานแสงอาทิตย์ โครงงานวิทยาศาสตร์เรื่องเตาอบพลังงานแสงอาทิตย์มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาหลักการและ วิธีการสร้างเตาอบพลังงานแสงอาทิตย์และเพื่อศึกษาประสิทธิภาพของเตาอบพลังงานแสงอาทิตย์โดยมี วิธีการทดลองดังนี้ตอนที่ 1 ศึกษาหลักการและวิธีการสร้างเตาอบพลังงานแสงอาทิตย์ขนแรกทำการ ออกแบบเตาอบพลังงานแสงอาทิตย์ จากนั้นนาสังกะสี 5 แผ่นมาประกอบเขากับโครงเหล็กด้านข้างและ ด้านล่างทั้ง5 ด้าน และส่วนที่ยาวยื่นออกมาของแผ่นสังกะสีเพื่อรับพลังงานแสงอาทิตย์จากนั้นนำกระจก ใสครอบด้วยกรอบอลูมิเนียมทำเป็นฝาของเตาอบพลังงานแสงอาทิตย์ แล้วนำแผ่นเงา มาติดตรงแผ่น สังกะสีที่ยื่นยาวออกมาทั้ง 4 ด้านจากนั้นนำสเปรย์สีดำด้านมาพ่นด้านข้างและด้านในของเตาอบพลังงาน แสงอาทิตย์ตอนที่ 2 ศึกษาประสิทธิภาพของเตาอบพลังงานแสงอาทิตย์โดยแบ่งการทดลองออกเป็น 2 ตอนดังนี้ตอนทที่ 2.1 ศึกษาอุณหภูมิของเตาอบพลังงานแสงอาทิตย์โดยนำเตาอบพลังงานแสงอาทิตย์ไป ตากแดดและวัดอุณหภูมิทุกๆครึ่งชั่วโมง โดยเริ่มตั้งแต่เวลา 08.00 น.-17.00 น.บันทึกอุณหภูมิตอนที่ 2.2 ศึกษาระยะเวลาในการแหงของเนื้อหมู เนื้อไก โดยนาเนื้อหมู เนื้อไก่ มาหันเป็นแผ่นบางๆแล้วใส่ลงใน เตาอบพลังงานแสงอาทิตย์ตั้งแต่เวลา 08.00-17.00 น. จบเวลาเนื้อหมู เนื้อไก่แห้ง แล้วบันทึกผล ตอนที่ 2.3 ศึกษาระยะเวลาในการแหงของกล้วยน้ำหว้า โดยนำกล้วยน้ำหว้าไปใส่ในเตาอบพลังงานแสงอาทิตย์ ตั้งแต่เวลา 08.00 น. – 17.00 น. จับเวลาในการแห้งของกล้วยน้ำหว้า จากผลการทดลองพบว่าตอนที่1 ได้ เตาอบพลังงานแสงอาทิตย์ทีมีประสิทธิภาพอาศัยหลักการสะทอนแสงของกระจกเงา และการดูดการคายความร้อนของเตาอบพลังงานแสงอาทิตย์ที่พ่นด้วยสีดำ ตอนที่2 แบ่งการทดลองเป็น 2 ตอน ตอนที่2.1
พบวา เนื้อหมูใช้เวลา 3 ชั่วโมงเนอจะแห้งสนิท เนื้อไก่ใช้เวลา 3 ชั่วโมงจะแหงสนททอุณหภูมิ 47◦c ตอนที่ 2.2 พบว่ากล้วยที่อบในเตาอบพลังงานแสงอาทิตย์แหงเร็วกวากล้วยที่ตากธรรมดาโดยเตาอบพลังงาน แสงอาทิตย์ ใช้เวลา 3 ชั่วโมงที่อุณหภูมิ 40◦c ส่วนการตากแบบธรรมดาใช้เวลา 6 ชั่วโมง
โครงงานเปรียบเทียบ (ภายนอกจังหวัด)
โรงเรียนศึกษานารี จังหวัดกรุงเทพ ได้ทำโครงงานสิ่งประดิษฐ์ทางวิทยาศาสตร์คือเตาอบ เลนส์นูน ความร้อนสูงเพื่อนำมาใช้ในการถนอมอาหารโดยวิธีการอบแห้ง ให้มีประสิทธิภาพมากขึ้นกว่าเดิม เพิ่มความคิดสร้างสรรค์ ได้ฝึกกระบวนการทางวิทยาศาสตร์และการใช้เวลาว่างให้เกิดประโยชน์นั้น สรุปผลการทำสิ่งประดิษฐ์ทางวิทยาศาสตร์ดังนี้
เตาอบ เลนส์นูน ความร้อนสูง สามารถใช้ถนอมอาหารโดยวิธีการอบแห้งเร็วปราศจากฝุ่นละอองและแมลงวันมาตอมผู้ทำโครงงานได้มีการแลกเปลี่ยนความคิดเห็นซึ่งกันและกันได้มีทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ส่งเสริมความสามัคคีในกลุ่มและได้ใช้เวลาว่างให้เกิดประโยชน์
บทที่ 3
อุปกรณ์และวิธีการทดลอง
ตอนที่ 1 ศึกษาหลักการและวิธีการสร้างตู้อบพลังงานแสงอาทิตย์
วัสดุอุปกรณ์
- โครงอลูมิเนียม 9. กระจกใสครอบด้วยกรอบอลูมิเนียม
- สังกะสีแผ่นเรียบ 10. สีสเปรย์สีดำด้าน
- เครื่องวัดความชื้น 11. แผนสังกะสี
- ตะแกรงตากอาหาร 12. แผงโซล่าเซลล์
- แบตเตอรี่ 10. เทอร์โมมิเตอร์
- หลอดไฟ 12 V. 13. ตัวควบคุมการชาร์ตแบตเตอรี่
- เทปพันสายไฟ 14. โกโก้บอร์ด
วิธีการสร้าง
- นำสังกะสีแผ่นเรียบมาวัดขนาดแล้วตัดตามแบบที่กำหนดไว้ พร้อมกับใส่ครอบด้วยอลูมิเนียม
- นำสังกะสีแผ่นเรียบมาตัดให้พอดีกับขนาดของพื้นตู้อบ
- นำสังกะสีแผ่นเรียบที่ตัดแล้ว มาพ่นด้วยสีสเปรย์สีดำด้าน จากนั้นนำไปประกอบกับพื้นตู้อบพลังงานแสงอาทิตย์
- 4. ประกอบโครงตู้อบที่ครอบด้วยอลูมิเนียมในแต่ละด้านเข้าด้วยกัน
- ตัดสังกะสีแผ่นเรียบให้ได้ขนาด เพื่อทำเป็นประตู้เปิด-ปิด
- นำตะแกรงที่ใช้สำหรับตากอาหารหรือวัตถุดิบ ใส่ลงไปในตู้อบพลังงานแสงอาทิตย์
- เชื่อมต่อหลอดไฟ 12 v. ประกอบเป็นโคม โคมละ 8 หลอด จำนวน 5 โคม เชื่อมต่อเข้ากับแบตเตอรี่ เพื่อเป็นการเพิ่มความร้อนและรักษาอุณหภูมิของตู้อบพลังงานแสงอาทิตย์ ให้อยู่ในระดับที่กำหนด คือ ไม่ต่ำกว่า 50 องศาเซลเซียส (ปกติตู้อบพลังงานแสงอาทิตย์ในขณะที่ยังไม่ได้เปิดหลอดไฟช่วย ณ อุณหภูมิปกติ ช่วงเวลา 11.30 น. – 16.00 น. จะมีอุณหภูมิโดยเฉลี่ยประมาณ 55.89 องศาเซลเซียส)
ตอนที่ 2 ศึกษาประสิทธิภาพของเตาอบพลังงานแสงอาทิตย์
2.1 ศึกษาอุณหภูมิ ข องตู้อบพลังงานแสงอาทิตย์
วัสดุอุปกรณ์
- ตู้อบพลังงานแสงอาทิตย์
- เทอร์โมมิเตอร์
- เครื่องวัดความชื้น
วิธีการทดลอง
- นำตู้อบไปตั้งทิ้งไว้กลางแดด
- ตรวจวัดอุณหภูมิภายในตู้อบในแต่ละชั่วโมง โดยเริ่มตั้งแต่ 08.00 น. ถึง 17.00 น. เป็นเวลารวม 3 วัน
- อ่านค่าจากเทอรโมมิเตอร์แล้วบันทึกผลการทดลอง
2.2 ศึกษาระยะเวลาการแห้งของข้าว
วัสดุอุปกรณ์
- ตู้อบพลังงานแสงอาทิตย์
- ข้าวไรซ์เบอรี่
- เครื่องวัดความชื้น
วิธีการทดลอง
- นำข้าวที่ต้องการตากแห้งใส่ลงบนตะแกรงในตู้อบพลังงานแสงอาทิตย์
- ตั้งตู้อบทิ้งไว้กลางแดดจนข้าวแห้งสนิท
- บันทึกผลการทดลอง
2.3 ศึกษาระยะเวลาในการแห้ง ของหัวกลอย
วัสดุอุปกรณ์
- ตู้อบพลังงานแสงอาทิตย์
- แผ่นหัวกลอย
- เครื่องวัดความชื้น
วิธีการทดลอง
- นำแผ่นหัวกลอย ที่ต้องการตากแห้งใส่ลงบนตะแกรงในตู้อบพลังงานแสงอาทิตย์
- ตั้งตู้อบทิ้งไว้กลางแดดจนแผ่นหัวกลอยแห้งสนิท
- บันทึกผลการทดลอง
บทที่ 4
ผลการทดลอง
ตอนที่ 1 ศึกษาหลักการและวิธีการสร้างตู้อบพลังงานแสงอาทิตย์
จากการทดลองพบว่า เราได้ตู้อบพลังงานแสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพ โดยอาศัยหลักการรับพลังงานแสงอาทิตย์ การดูดกลืนความร้อน โดยให้สังกะสีแผ่นเรียบสะท้อนความร้อนมายังตู้อบ ที่ภายในตู้อบได้พ่นสีดำด้านไว้ที่พื้นของตู้อบ การดูดแสงที่สะท้อนจากสังกะสีแผ่นเรียบจะช่วยเพิ่มความร้อนภายในตู้อบให้สูงขึ้น และกระจกใสที่กรอบด้วยอลูมิเนียมจะช่วยรักษาอุณหภูมิภายในตู้อบให้คงที่ตามเราต้องการ
ตอนที่ 2 ศึกษาประสิทธิภาพของตู้อบพลังงานแสงอาทิตย์
เวลา | แบบยังไม่ได้ต่อหลอดไฟ | แบบต่อหลอดไฟ | ||
อุณหภูมิภายนอก (องศา) | อุณหภูมิภายใน (องศา) | อุณหภูมิภายนอก (องศา) | อุณหภูมิภายใน (องศา) | |
8:00 | 20 | 20 | 20 | 20 |
8.30 | 24 | 26 | 24 | 30 |
9:00 | 26 | 27 | 26 | 35 |
9.30 | 26 | 27 | 26 | 40 |
10:00 | 32 | 40 | 32 | 45 |
10.30 | 33 | 42 | 33 | 50 |
11:00 | 34 | 43 | 35 | 57 |
11.30 | 37 | 44 | 37 | 60 |
12:00 | 39 | 47 | 38 | 64 |
12.30 | 39 | 50 | 39 | 70 |
13:00 | 38 | 50 | 39 | 72 |
13.30 | 39 | 50 | 39 | 72 |
14:00 | 39 | 50 | 39 | 72 |
14.30 | 37 | 49 | 39 | 72 |
15:00 | 38 | 49 | 37 | 68 |
15.30 | 33 | 47 | 36 | 65 |
16:00 | 32 | 44 | 35 | 62 |
16.30 | 30 | 44 | 33 | 58 |
17:00 | 25 | 44 | 30 | 50 |
รวม | 621.00 | 793.00 | 637.00 | 1,062.00 |
เฉลี่ย | 32.68 | 41.74 | 33.53 | 55.89 |
ตอนที่ 2.2 ศึกษาระยะเวลาการแห้งของข้าว
ตารางที่ 2 แสดงเวลาการแห้งของข้าว โดยใช้ตู้อบพลังงานแสงอาทิตย์เปรียบเทียบกับการตากแบบไม่ใช่ตู้อบในการตาก (ชั่วโมง)
วัตถุดิบ | ระยะเวลาในการตากแดดในตู้อบควบคุมอุณหภูมิ (ชั่วโมง) | ระยะในการตากแบบแดดแบบทั่วไป(ไม่ใช่ตู้อบ) |
ข้าว | 3 ชั่วโมง | 3 วัน
วันละ 8 ชั่วโมง
|
ตอนที่ 2.3 ศึกษาระยะเวลาการแห้งของหัวกลอย
ตารางที่ 3 แสดงเวลาการแห้งของหัวกลอย โดยใช้ตู้อบพลังงานแสงอาทิตย์เปรียบเทียบกับการตากแบบไม่ใช่ตู้อบในการตากแดด (ชั่วโมง)
วัตถุดิบ | ระยะเวลาในการตากแดดในตู้อบควบคุมอุณหภูมิ (ชั่วโมง) | ระยะในการตากแบบแดดแบบทั่วไป(ไม่ใช่ตู้อบ) |
ก๋อย | 1.30 ชั่วโมง | 1 วัน
วันละ 8 ชั่วโมง
|
บทที่ 5
สรุปและอภิปรายผลการทดลอง
สรุปผลการทดลอง
ตอนที่ 1 ศึกษาหลักการและวิธีการสร้างเตาอบพลังงานแสงอาทิตย์
ได้ตู้อบพลังงานแสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิ โดยอาศัยหลักการรับแสงอาทิตย์การดูดกลืนความร้อนโดยให้สังกะสีแผ่นเรียบสะท้อนแสงมายังตู้อบ ภายในตู้ที่พ่นสีดำด้านไว้ที่พื้นตู้อบเพื่อดูดแสงที่สะท้อนจากสังกะสีแผ่นเรียบซึ่งทำให้ความร้อนเพิ่มสูงขึ้น กระจกใสที่ครอบด้วยกรอบอลูมิเนียมและชุดโคมไฟจำนวน 5 โคม จะช่วยรักษาอุณหภูมิภายในตู้อบให้คงที่ตามที่ต้องการ
ตอนที่ 2 ศึกษาประสิทธิภาพของตู้อบพลังงานแสงอาทิตย์
ตอนที่ 2.1 ศึกษาอุณหภูมิของตู้อบพลังงานแสงอาทิตย์ (แบบต่อกับหลอดไฟ)
จากผลการทดลองพบว่า ช่วงเวลาที่อุณหภูมิต่ำที่สุด อยู่ระหว่าง 08.00 น. – 09.00 น. โดย มีอุณหภูมิต่ำที่สุด มีค่าเฉลี่ยภายในตู้อบ 28.33 องศาเซลเซียส และอุณหภูมิภายนอกตู้อบ 33.53 องศาเซลเซียส และช่วงอุณหภูมิสูงสุด อยู่ระหว่างเวลา 11.30 น. – 16.00 น. โดยมีอุณหภูมิสูงสุด มีค่าเฉลี่ยภายในตู้อบ 67.7 องศาเซลเซียส และภายนอกตู้อบเท่ากับ 33.53 องศาเซลเซียส จึงสรุปได้ว่าตู้อบมีประสิทธิภาพที่ดี
ตอนที่ 2.2 ศึกษาระยะเวลาการแห้งของข้าว
จากผลการทดลองพบว่า การใช้ตู้อบพลังงานแสงอาทิตย์ ในการอบข้าวให้แห้ง ใช้เวลา 3 ชั่วโมง เมื่อเทียบกับการตากข้าวแบบไม่ใช้ตู้อบ ใช้เวลาในการตากแห้งเป็นเวลา 3 วัน วันละ 8 ชั่วโมง
ตอนที่ 2.3 ศึกษาระยะเวลาการแห้งของหัวกลอย
จากผลการทดลองพบว่า การใช้ตู้อบพลังงานแสงอาทิตย์ ในการอบหัวกลอยให้แห้งพร้อมทอด ใช้เวลา 1.30 ชั่วโมง เมื่อเทียบกับการตากข้าวแบบไม่ใช้ตู้อบ ใช้เวลาในการตากแห้งเป็นเวลา
1 วัน วันละ 8 ชั่วโมง (แดดดีๆ ถ้าแดดไม่ดีมากใช้เวลาประมาณ 5 วัน)
อภิปรายผลการทดลอง
ตอนที่ 1 ศึกษาหลักการและวิธีการสร้างเตาอบพลังงานแสงอาทิตย์
ได้ตู้อบพลังงานแสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิ โดยอาศัยหลักการรับแสงอาทิตย์การดูดกลืนความร้อนโดยให้สังกะสีแผ่นเรียบสะท้อนแสงมายังตู้อบ ภายในตู้ที่พ่นสีดำด้านไว้ที่พื้นตู้อบเพื่อดูดแสงที่สะท้อนจากสังกะสีแผ่นเรียบซึ่งทำให้ความร้อนเพิ่มสูงขึ้น กระจกใสที่ครอบด้วยกรอบอลูมิเนียมและชุดโคมไฟจำนวน 5 โคม จะช่วยรักษาอุณหภูมิภายในตู้อบให้คงที่ตามที่ต้องการ
ตอนที่ 2.1 ศึกษาอุณหภูมิของตู้อบพลังงานแสงอาทิตย์
ช่วงอุณหภูมิสูงสุด อยู่ระหว่างเวลา 11.30 น. – 16.00 น. โดยมีอุณหภูมิสูงสุด มีค่าเฉลี่ยภายในตู้อบ 67.7 เพราะสีดำที่พ่นไว้ที่พื้นตู้อบช่วยดูดกลืนความร้อนได้ดี และประกอบกับตู้อบมี กระจกรักษาอุณหภูมิให้คงที่ได้เพราะหากอุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิที่ตั้งไว้กับโกโก้บอร์ดที่เชื่อมต่อกับตู้อบ คือ 50 องศาเซลเซียส หลอดไฟฟ้าจะเปิดเพื่อเป็นการรักษาอุณหภูมิของตู้ไม่ให้ต่ำกว่า 50 องศาเซลเซียส ซึ่งสามารถทำงานได้จริงตามโปรแกรมที่ได้ตั้งไว้เป็นตัวควบคุมตู้อบ
ตอนที่ 2.2 ศึกษาระยะเวลาการแห้งของข้าว
จากผลการทดลองพบว่า การใช้ตู้อบพลังงานแสงอาทิตย์ ในการอบข้าวให้แห้ง เป็นเวลา 3 ชั่วโมง เมื่อเทียบกับการตากข้าวแบบไม่ใช่ตู้อบ ใช้เวลาในการตากแห้งเป็นเวลา 3 วัน วันละ 8 ชั่วโมง เพราะความร้อนภายในตู้อบพลังงานแสงอาทิตย์มีอุณหภูมิสูงกว่าภายนอก ทำให้ข้าวที่ตากไว้ภายในตู้อบแห้งเร็วกว่าข้าวที่ตากแดดไว้แบบทั่วไป
ตอนที่ 2.3 ศึกษาระยะเวลาการแห้งของหัวกลอย
จากผลการทดลองพบว่า การใช้ตู้อบพลังงานแสงอาทิตย์ ในการอบหัวกลอยให้แห้งพร้อมทอด ใช้เวลา 1.30 ชั่วโมง เมื่อเทียบกับการตากหัวกลอยแบบไม่ใช่ตู้อบ ใช้เวลาในการตากแห้งใช้เวลา
1 วัน วันละ 8 ชั่วโมง (แดดดีๆ ถ้าแดดไม่ดีเท่าไรใช้เวลาประมาณ 5 วัน) เพราะความร้อนภายในตู้อบ-พลังงานแสงอาทิตย์มีอุณหภูมิสูงกว่าภายนอก ทำให้กลอย ที่ตากไว้ภายในตู้อบแห้งเร็วกว่าหัวกลอยที่ตากไว้แบบทั่วไป
ประมวลภาพกิจกรรม
วีดิทัศน์