Skip to content
การพัฒนานวัตกรรมเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริกแบบพกพา
28/12/2563 28/12/2020
นักวิจัย : ดร.ครรชิต สิงห์สุข งานศูนย์ความเป็นเลิศด้านพลังงานทางเลือก สถาบันวิจัยและพัฒนา แนวคิดที่มาของงานวิจัยชิ้นนี้ ปัจจุบันเทคโนโลยีด้านพลังงานมีบทบาทสำคัญต่อการดำรงชีวิต ซึ่งทั่วโลกกำลังให้ความสนใจที่จะมีการวิจัยและพัฒนา เช่น พลังงานแสงอาทิตย์ พลังงานลม พลังงานชีวมวล พลังงานความร้อน เป็นต้น นอกจากนี้ยังมีเทคโนโลยีเทอร์โมอิเล็กทริกที่เป็นพลังงานทางเลือกใหม่ที่มีการพัฒนามาอย่างต่อเนื่อง ซึ่งอุปกรณ์เทอร์โมอิเล็กทริกเป็นอุปกรณ์ที่สามารถเปลี่ยนพลังงานความร้อนให้เป็นไฟฟ้า และเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าให้เป็นความร้อนหรือเย็นได้โดยตรง โดยทั่วไปแล้ววัสดุเทอร์โมอิเล็กทริกแต่ละกลุ่มจะมีประสิทธิภาพสูงในอุณหภูมิที่แตกต่างกัน เช่น วัสดุกลุ่ม Bi-Te จะมีประสิทธิภาพสูงในช่วงอุณหภูมิ 323 – 523 K วัสดุกลุ่ม Mg-Si Mn-Si Pb-Te จะมีประสิทธิภาพสูงในช่วงอุณหภูมิ 523 – 923 K และวัสดุกลุ่ม Ca3Co4O9 CaMnO3 SrTiO3 Na2Co4O9 จะมีประสิทธิภาพสูงในช่วงอุณหภูมิมากกว่า 923 K [1] ซึ่งประสิทธิภาพของวัสดุเทอร์โมอิเล็กทริกสามารถหาได้จากความสัมพันธ์ระหว่างค่าสัมประสิทธิ์ซีเบก (S) ค่าสภาพต้านทานไฟฟ้า (ρ) และค่าสภาพนำความร้อนตาม (κ) ตามสมการ ZT = S2T/ρκ โดยที่ T คืออุณหภูมิสัมบูรณ์ โครงการวิจัยนี้สนใจวัสดุที่มีประสิทธิภาพสูงในช่วงอุณหภูมิต่ำจึงเลือกสารกลุ่ม Bi-Te เป็นหลักสำหรับใช้เป็นวัสดุชนิดเอ็นและพีในการประดิษฐ์และทดสอบอุปกรณ์เทอร์โมอิเล็กทริกให้ได้กำลังไฟฟ้าสูงสุด แล้วนำเทอร์โมอิเล็กทริกมอดูลมาประดิษฐ์เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริกแบบพกพาให้สามารถใช้งานได้จริงในครัวเรือนหรือในพื้นที่ที่ไฟฟ้าเข้าไม่ถึง เพื่อใช้เป็นแหล่งกำเนิดไฟฟ้าขนาดเล็กที่สามารถใช้งานได้เมื่อมีแหล่งความร้อน ไม่ว่าจะเป็นการประจุไฟฟ้าให้อุปกรณ์อิเล็กทริกนิกส์ หรือระบบแสงสว่าง ผลการดำเนินงาน การวิจัยเรื่องการพัฒนานวัตกรรมเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริกแบบพกพา มีวัตถุประสงค์ เพื่อออกแบบ และจำลองวงจรในการผลิตไฟฟ้าของวัสดุและอุปกรณ์เทอร์โมอิเล็กทริก สำหรับประดิษฐ์ และทดสอบอุปกรณ์เทอร์โมอิเล็กทริกตามแบบวงจรการผลิตกำลังไฟฟ้าสูงสุด ในการทดลองได้ใช้โปรแกรมสำเร็จรูปในการออกแบบและจำลองพฤติกรรมทางไฟฟ้าและความร้อนของเทอร์โมอิเล็กทริกมอดูล โดยจำลองตามขนาดจริงของ TEG1-12611-6.0 และใช้สมบัติเทอร์โมอิเล็กทริกของวัสดุชนิดเอ็นและชนิดพีของ Bi2Te3 จาก data sheet 1-800-769-2395 ทำการออกแบบทั้งหมด 6 โมเดล ได้แก่ เทอร์โทอิเล็กทริก 1 มอดูล 2 มอดูล และ 4 มอดูล ต่อกันในลักษณะ อนุกรม ผสม และขนานทางไฟฟ้า ทำการประดิษฐ์เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริกแบบพกพาตามการจำลองที่ได้กำลังฟ้าสูงสุด โดยใช้เทอร์โมอิเล็กทริกมอดูล จำนวน 4 มอดูล ต่อกันในลักษณะขนานกันทางไฟฟ้าเพื่อให้ได้กระแสไฟฟ้า และกำลังไฟฟ้าสูงสุด จากการทดลองพบว่า เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริกแบบพกพาที่พัฒนาขึ้นได้ความต่างศักย์ไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า และกำลังไฟฟ้าสูงสุด มีค่า 0.31 V 4.48 A และ 1.40 W ตามลำดับ ที่ผลต่างอุณหภูมิ 61 oC โดยใช้ค่าความต้านทาน 0.07 Ω เป็นโหลด ซึ่งเมื่อเทียบกับผลการคำนวณที่ได้ความต่างศักย์ไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า และกำลังไฟฟ้าสูงสุดมีค่า 0.33 V 4.80 A และ 1.61 W โดยใช้ผลต่างอุณหภูมิ และความต้านทางของโหลดเดียวกันกับการทดลองจริง จะเห็นว่ากำลังไฟฟ้าของการทดลองมีค่าใกล้เคียงกัน การนำผลงานไปใช้ประโยชน์ ด้านสาธารณะ ได้นำองค์ความรู้ที่ได้จากงานวิจัยนี้ไปเผยแพร่โดยการจัดการอบรมภายใต้ชื่อโครงการ 1. อบรมเชิงปฏิบัติการจำลองและประดิษฐ์อุปกรณ์เทอร์โมอิเล็กทริก ในวันที่ 16 – 17 มกราคม 2563 ณ มหาวิทยาลัยมัลดาเล สาธารณรัฐแห่งสหภาพเมียนมา เพื่อเรียนรู้การใช้โปรแกรม ดีวีเอ็กซ์ แอลฟา (DV-xα) ในการคำนวณหาโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของวัสดุ การประดิษฐ์และการวัดอุปกรณ์เทอร์โมอิเล็กทริก โดยมีผู้สนใจเข้าร่วม 150 คน เป็นอาจารย์จาก 50 มหาวิทยาลัยทั่วประเทศพม่า ผลการประเมินความพึงอใจของผู้เข้าร่วมอบรมอยู่ในระดับ มาก 2. การอบรมเชิงปฏิบัติการด้านพลังงานทางเลือก ปี 2563 (Alternative Energy Workshop 2020) แก่นักเรียนระดับมัธยมศึกษา และอุดมศึกษา ในวันที่ 27 – 28 สิงหาคม 2563 ณ ห้องกิจกรรมเชิงสร้างสรรค์ ชั้น 3 อาคารเอนกประสงค์ (อาคาร 20) มหาวิทยาลัยราชภัฏสกลนคร โดยมีผู้เข้าร่วมทั้งหมด 541 คน ผลการประเมินความพึงอใจของผู้เข้าร่วมอบรมอยู่ในระดับ มาก 3. เข้าร่วมนำเสนอผลงานในงานประชุมวิชาการระดับนานาชาติ ในงาน The 5th International Conference on Smart Materials and Nanotechnology (SmartMat@2020)” ระหว่างวันที่ 1-4 ธันวาคม 2563 ณ สวนนงนุชการ์เด้น แอนด์ รีสอร์ท พัทยา รูปแบบปากเปล่า ในชื่อเรื่อง “Predicting maximum power output of stove thermoelectric generator”
อ้างอิงข้อมูลจาก โครงการวิจัย :การพัฒนานวัตกรรมเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริกแบบพกพา หัวหน้าโครงการ : ดร.ครรชิต สิงห์สุข งานศูนย์ความเป็นเลิศด้านพลังงานทางเลือก สถาบันวิจัยและพัฒนา
