บทท 2 หลกทางวชาการและงานวจยทเกยวของ

ในบทนจะกลาวถงระบบผลตไฟฟาพลงงานแสงอาทตย การสารวจพนททเหมาะสมในการตดตงระบบผลตไฟฟาพลงงานแสงอาทตย วธการสารวจทางสถต รวมทงหลกการทางานและการคานวณทเกยวของ 2.1 การผลตไฟฟาดวยเซลลแสงอาทตย 2.1.1 หลกวชาการเกยวกบเซลลแสงอาทตย

การแปลงพลงงานแสงอาทตยใหเปนพลงงานทสามารถใชไดในชวตประจาวนเปนวธการหนงทคาดหวงวาจะสามารถนามาทดแทนการใชพลงงานในรปแบบดงเดม เชน นามน ถานหน กาซธรรมชาต ในประวตศาสตรพลงงานแสงอาทตยเปนพลงงานท ยงยนทมนษยใชมานานเนองจากเปนพลงงานทมประสทธภาพและยงไมมททาจะสนสดลง มนษยสามารถนาพลงงานแสงอาทตยมาใชทงโดยทางตรงและทางออม

การแปลงพลงงานแสงอาทตยโดยกระบวนการเซลลแสงอาทตยเปนวธการทเชอกนวาเปนวธการแปลงพลงงานโดยตรงจงไมมผลกระทบตอสงแวดลอม นอกจากนการใชสารกงตวนาในการแปลงพลงงานแสงอาทตยของเซลลแสงอาทตยยงเปนทางเลอกทางหนงทสามารถตอบสนองความตองการพลงงานในอนาคต

2.1.1.1 แสงอาทตยในฐานะแหลงพลงงานธรรมชาต แหลงพลงงานในธรรมชาตมหลายประเภท เชน พลงงานแสงอาทตย พลงงานลม พลงงานนา มนษย

พยายามนาพลงงานในธรรมชาตเหลานมาใชในชวตประจาวน มการใชพลงงานนาและพลงงานลมโดยการคดคนการใชกงหนและระบบเฟองทดแรงใชสาหรบโรงงานในสมยโบราณ พลงงานแสงอาทตยนามาใชโดยการตากแหงพชและเนอสตวเพอไมใหเนาเสย

แหลงพลงงานความรอนในสมยโบราณใชไมและชวมวลเปนหลก เชน ตนไม กงไม ใบไม เปลอกของพชผลทเหลอจากการเกษตรนามาใชเปนพลงงานความรอนในการใหความอบอนและประกอบอาหาร ใชสาหรบเปนเชอเพลงเครองจกรไอนาของเรอกลไฟและรถจกรไอนาในชวง 300-400 ปทผานมา

ตอมาการใชพลงงานจานวนมหาศาลในอดตเปนการใชพลงงานจากฟอสซลซงขดเจาะมาจากใตผวโลก เชน ปโตรเลยม ถานหน กาซธรรมชาต พลงงานเหลานถกนามาใชในการผลตกระแสไฟฟาเพอใชในบานเรอนในชวตประจาวนและใชในเครองใชไฟฟาตางๆ

ในยคปจจบนและอนาคต มความตองการพลงงานไฟฟามหาศาลเพอใชในทกดานในชวตประจาวน ทงเรองการประกอบอาหาร การผลตสงของตางๆ ในโรงงานอตสาหกรรม การใชพลงงานฟอสซลในการผลตกระแสไฟฟามผลกระทบตอสงแวดลอมและไมเพยงพอตอความตองการ การใชพลงงานนาหรอพลงงานลมในการผลตไฟฟา ไมเพยงพอในหลายพนท เนองจากฝนตกในปรมาณนอย พนทไมเหมาะสมในการสรางเขอนผลตกระแสไฟฟา พลงงานลมตาไมสามารถผลตกระแสไฟฟาไดใหเพยงพอตอความตองการ

4

ประเทศไทยมการซอไฟฟาจากประเทศเพอนบานเพอใชในประเทศ การใชพลงงานนวเคลยรไมไดรบการสนบสนนใหสรางโรงงานผลตไฟฟาจากพลงงานนวเคลยร เนองจากไดเหนตวอยางจากอบตเหตในตาง ประเทศ นอกจากนแนวโนมการใชพลงงานนวเคลยรในตางประเทศมแนวโนมลดลงเนองจากเปนอนตรายในระยะยาว การใชพลงงานจากแสงอาทตยจงเปนตวเลอกสาคญสาหรบปจจบนและอนาคตในการผลตไฟฟา

รฐบาลไทยสนบสนนใหใชระบบผลตไฟฟาจากเซลลแสงอาทตยเพอใชในครวเรอนและสนบสนนใหมการตงโรงงานผลตไฟฟาเซลลแสงอาทตยเพอใชในการผลตกระแสไฟฟาขายเขากรด โรงงานผลตไฟฟาจากเซลลแสงอาทตยของไทยมขนาดใหญทสดในเอเชยตะวนออกเฉยงใต โดยมกาลงสงกวา 50 ลานวตตพค (50 MWp) อยทจงหวดลพบร (รปท 2.1)

อยางไรกตามการผลตไฟฟาโดยใชเซลลแสงอาทตยนนมราคาตนทนคอนขางแพง เนองดวยเทคโนโลยในการผลตเซลลแสงอาทตยมตนทนสงแตเซลลแสงอาทตยมประสทธภาพตา การแปลงไฟฟาตองใชระบบทมความละเอยดถกตองราคาแพงเพอสามารถจายไฟไดโดยไมทาใหอปกรณไฟฟาทมอยโดยใชไฟฟาของกรดไมเกดการตดขดเสยหาย ความรความเขาใจหลกการของการผลตไฟฟาของเซลลแสงอาทตยจะเปนประโยชนในการพฒนาการใชพลงงานแสงอาทตยจากเซลลแสงอาทตย ความรความเขาใจเรองการตตตงมประโยชนเพอใหไดประสทธภาพสงสด การพจารณาหลกการทางเศรษฐศาสตรและภมศาสตรเปนปจจยสาคญอยางหนงเนองดวยตนทนทางพลงงานมผลตอระบบเศรษฐกจโดยรวม

5

รปท 2.1 โรงงานผลตไฟฟาจากพลงงานแสงอาทตยโดยใชเซลลแสงอาทตย จ. ลพบร

5

6

2.1.1.2 หลกสาคญของการแปลงพลงงานแสงอาทตยโดยใชเซลลแสงอาทตย สงจาเปนและมความสมพนธทตองพจารณาในการผลตไฟฟาจากเซลลแสงอาทตย คอ:

1. ตนทน 2. ประสทธภาพ 3. ชวงชวต ตนทน: ในชวงเรมตนของการผลตและคดคนเซลลแสงอาทตยราคาของเซลลแสงอาทตยมราคาแพงมากเนองจากการคดคนในชวงแรกเพอการใชในงานเกยวกบโครงการอวกาศ โดยในชวงป พ.ศ. 2500 ราคาของเซลลแสงอาทตยในตางประเทศมราคามากกวา 300$ ตอ 1 วตตสงสด (Wp) หลงจากนนราคาของเซลลแสงอาทตยมการลดลงตามลาดบ ในปจจบน (พ.ศ. 2557) ราคาตนทนของโซลาเซลลมราคาประมาณ 1$ ตอ 1 Wp ราคาตนทนในการสรางโรงไฟฟาปจจบนสาหรบกาลงผลตสงสด 1 ลานวตต (MWp) ในประเทศไทยมตนทนประมาณ 80 ลานบาท โดยไมรวมคาปรบปรงและดแลพนท โดยขนาดของพนททจะใชขนอยกบชนดของเซลลแสงอาทตย ถาใชเซลลแบบฟลมบาง (Thin film) ใชประมาณ 25 ไร ถาใชเซลลแบบครสตล crystalline ใชเนอทนอยลงเนองจากม Wp และประสทธภาพสงกวา ประสทธภาพ: ประสทธภาพในการผลตของไฟฟาของเซลลแสงอาทตย เปนคาเปรยบเทยบเปนจานวน % จาก 100% ของพลงงานทตกกระทบบนโซลาเซลลในแนวตงฉากกบผวของเซลลแสงอาทตย เชน ถาประสทธภาพเปน 100% นนคอสามารถนาพลงงานทตกกระทบในแนวตงฉากทงหมดมาแปลงเปนพลงงานไฟฟาได ถาประสทธภาพเปน 0% นนคอไมสามารถผลตไฟฟาไดเลย ในป พ.ศ. 2457 ประสทธภาพของเซลลแสงอาทตยมคาประมาณ 1% เซลลแสงอาทตยสวนใหญในปจจบน (พ.ศ. 2557) มคาประสทธภาพ ประมาณ 20-30 % โดยคาประสทธภาพสงสดของเซลลแสงอาทตยบางยหอมประสทธภาพสงเกอบ 50% ชวงชวต: อายการใชงาน ระยะเวลาทเซลลแสงอาทตยสามารถผลตไฟฟาไดเปนปจจยหนงทสาคญในการเลอกใชเซลลแสงอาทตยใหเหมาะสม เนองจากเซลลแสงอาทตยตองเปนอปกรณทตากแดดอยกลางแจงอยตลอดเวลา ความแขงแรงความทนทานเนองจากการออกแบบ การผลต วสดและกระจกทใชในการผลตเปนตวรองรบของเซลลแสงอาทตยทแตกตางกนทาใหชวงชวตมระยะเวลาทแตกตางกน การราว แตกหก เนองจาก ความรอน กระแสลมแรง และความชนทแทรกเขาไปในแผงโซลาเซลลจะมผลทาใหอายการใชงานของเซลลแสงอาทตยมอายการใชงานทสนลง

7

2.1.1.3 ความเปนมาและพฒนาการของเซลลแสงอาทตย การพฒนาของเซลลแสงอาทตยมจดเรมตนตอเนองมาจนปจจบน หลงจากการทนกวทยาศาสตร

หลายคนคนพบปรากฏการณการถายเทประจเนองจากการตกกระทบของแสง ค.ศ. 1839 อะเลกซานเดรอ เอดมนด เบคเคอเรล (Alexandre Edmond Becquerel) สงเกตเหน

ปฏกรยาโฟโตโวลตาอก เมอแสงตกกระทบลงบนขวไฟฟาทจมในนายาวดคาการนาไฟฟา ค.ศ. 1873 วลลฟบ สมธ (Willoughby Smith) พบวาเซเลเนยมเกดคณสมบตนาไฟฟาเมอไดรบแสง ค .ศ . 1877 ดบ เบ ล ย จ อ ดมส (W.G. Adams) และ อาร อ เด ย (R.E. Day) ส งเกต เห น

ปรากฏการณโฟโตโวลตาอคในเซเลเนยมแบบแขงและตพมพบทความเกยวกบเซลลเซเลเนยม ชอ “ผลกระทบของแสงบนเซเลเนยม” หลงจากชวงการคนพบดงกลาว จงมการพฒนาเซลลแสงอาทตยโดยใชซลเนยมในการผลต

ค.ศ. 1883 ชารลส ฟรตตส (Charles Fritts) พฒนาโซลารเซลลททาจากเซเลเนยมวางซอนบนแผนทองบางๆ

ค.ศ. 1887 ไฮนรคช เฮรตซ (Heinrich Hertz) สารวจผลของแสงอลตราไวโอเลตตอการนาไฟฟาและคนพบปฏกรยาโฟโตอเลกทรกหรอคณสมบตของแสงในรปแบบอนภาค

ค.ศ. 1888 อะเลกซานดร สโตเลทอฟ (Aleksandr Stoletov) ประดษฐโซลารเซลลขนเปนครงแรก ซงเซลลทเขาสรางขนนนมปฏกรยาโฟโตอเลกทรกแบบทเกดขนภายนอก

ค.ศ. 1904 อลเบรต ไอนสไตน (Albert Einstein) ตพมพบทความเกยวกบปฏกรยาโฟโตอเลกทรกหรอคณสมบตของแสงในรปแบบอนภาค

ค.ศ. 1914 มการผลตเซลลแสงอาทตยโดยใชทองแดง ค.ศ. 1916 โรเบรต มลลกน (Robert Millikan) ทาการทดลองทพสจนถงปฏกรยาโฟโตอเลกทรก

หรอคณสมบตของแสงในรปอนภาค ค.ศ. 1918 ยาน โชคราลสก (Jan Czochralski) นกวทยาศาสตรชาวสวสไดคดวธการปลกโลหะ

ครสตลผลกเดยว ซงตอมาอกหลายทศวรรษไดพฒนาเปนการผลตซลคอนแบบผลกเดยว ค .ศ . 1932 โอโดแบร (Audobert) และสโตรา (Stora) คนพบปฏกรยาโฟโตโวลตาอคในธาต

แคดเมยมเซเลไนด ซงยงใชเปนโลหะสาหรบการทาปฏกรยาโฟโตโวลตาอกมาจนทกวนน ค.ศ. 1948 กอรดอน ทล (Gordon Teal) และ จอหน ลตเตล (John Little) พฒนาวธการปลกผลก

ของโชคราลสกเพอผลตเจอมาเนยมผลกเดยว และตอมากผลตซลคอนผลกเดยว ค.ศ. 1954 เบล แลบบอราทอรส (Bell Laboratories) ประดษฐโซลารเซลลททาจากซลคอนเปนครง

แรก ซงสามารถเปลยนพลงงานแสงอาทตยเปนพลงงานไฟฟาทเพยงพอตอการใชไฟฟาในชวตประจาวน ค.ศ. 1958 ท แมนเดลคอรน (T. Mandelkorn) แหง หองปฏบตการซกแนล คอรป (Signal Corps

Laboratories) ประเทศสหรฐอเมรกา ประดษฐเซลลแสงอาทตยจากซลคอนโดยประกอบชนเอนกบพเขาดวยกน ซงชวยใหโซลารเซลลทใชงานในอวกาศทนตอรงสของดวงอาทตยไดมากขน และดาวเทยมแวงการด 1 ซงตดตงแผงโซลารเซลลขนาด 100 cm2 ผลตกระแสไฟฟาได 0.1 วตต ไดรบการปลอยขนไปโคจรในอวกาศ

8

ค.ศ. 1958 การพฒนาทางเทคโนโลยทาใหประสทธภาพของโซลารเซลลเพมขนสงถง 14% ค.ศ. 1959 ฮอฟฟแมน อเลคทรอนกส (Hoffman Electronics) รเรมการตดตงโซลารเซลลใน

รปแบบเปนตารางตอวน เพอลดอตราแรงตานทานของกระแสไฟฟา ค.ศ. 1962 ดาวเทยมเทลสตาร (Telstar) ซงเปนดาวเทยมเพอการสอสารและคมนาคมดวงแรกทใช

พลงงานจากโซลารเซลลซงผลตโดยหองปฏบตการ เบล เทเลโฟน ไดถกปลอยขนสอวกาศ ค.ศ. 1963 โมดลโซลารเซลลสาหรบใชงานจรงทวไปททาจากซลคอนผลตขนเปนผลสาเรจครงแรก

โดย บรษท ชารป คอรปอรเรชน ค.ศ. 1967 โซยส 1 (Soyuz) เปนยานอวกาศพรอมลกเรอทเปนมนษยลาแรกทใชพลงงานจากโซลาร

เซลล ค.ศ. 1970 เอลเลยต เบอรแมน (Elliot Berman) ไดรบการสนบสนนจาก เอกซอน คอรปอรเรชน ให

ออกแบบโซลารเซลลทมราคาถก โดยลดราคาลงมาจาก 100 ดอลลารตอวตต เหลอเพยง 20 ดอลลารตอวตต และโซลารเซลลเรมถกนาไปใชกบไฟสญญาณของประภาคาร ทกนทางรถไฟ รวมทงการใชงานอนๆ ในพนทหางไกลหรอไมมระบบไฟฟาเขาถง

ค.ศ. 1976 เดวด คารลสน และ ครสโตโฟอร วรองสก แหง หองปฏบตการ อารซเอ ไดประดษฐโซลารเซลลแบบอะมอรฟสขนเปนครงแรก

ค.ศ. 1980 โซลารเซลลชนดฟลมบาง ซงทาจากคอปเปอรซลไฟดกบแคดเมยมซลไฟล ไดรบการพฒนาขนโดยสถาบนการแปลงพลงงาน ใหประสทธภาพในการผลตไฟฟาไดสงกวา 10%

ค.ศ. 1981 เครองบนพลงงานแสงอาทตยลาแรก ชอวา “โซลารแชลเลนเจอร” สรางขนโดย พอล แมคเครดด และไดทดลองบนจากฝรงเศษไปองกฤษ โดยบนขามชองแคบองกฤษ ทปกของเครองบนลานไดตดตงโซลารเซลลไวกวา 16,000 เซลล ซงผลตกระแสไฟฟาได 3,000 วตต

ค.ศ. 1982 รถยนตพลงงานแสงอาทตย ชอวา “โควเอตอะซฟเวอร” ถกประดษฐขนโดยลารรและแกรร เพอรกนส (Larry and Garry Perkins) และฮนส โธลสทรป (Hans Tholstrup) ไดขบรถคนนจากเมองซดนยไปยงเพรธ ระยะทาง 2,800 ไมลภายใน 20 วน ซงเรวกวารถยนตธรรมดาถง 10 วน

ค.ศ. 1983 จานวนไฟฟาทผลตจากพลงงานแสงอาทตยรวมกนทวโลกเพมสงกวา 21.3 เมกะวตต และขายไดทงหมดมากกวา 250 ลานดอลลาร

ค.ศ. 1986 โมดลโซลารเซลลชนดฟลมบางรหส จ4000 ผลตโดย เออารซโอ โซลาร (ARCO Solar) ออกวางจาหนายถอเปนเซลลแสงอาทตยชนดฟลมบางแบบแรกของโลก ทไดวางขายในทองตลาดอยางเปนทางการ

ค.ศ. 1992 มหาวทยาลยแหงฟลอรดาตอนใต พฒนาเซลลแสงอาทตยชนดฟลมบางททาจากสารแคดเมยมเทลลไรด ซงมประสทธภาพในการผลตพลงงานไฟฟาสงถง 15.9%

ค.ศ. 1994 สถาบนวจยพลงงานหมนเวยนแหงชาต สหรฐอเมรกา ประสบความสาเรจในการพฒนาโซลารเซลลททาจากสารแกลเลยมอนเดยมฟอสไฟดและสารแกลเลยมอารเซไนด ซงเปนโซลารเซลลชนดแรกทมประสทธภาพผลตไฟฟาไดสงถง 30%

9

ค.ศ. 1996 เครองบนพลงงานแสงอาทตยชอวา อคาร (icare) ออกบนเหนอนานฟาประเทศเยอรมน สวนปกและหางของเครองบนตดตงโซลารเซลลประสทธภาพสงไว 3,000 เซลล รวมเปนพนท 21 ตารางเมตร

ค.ศ. 1999 สถาบนวจยพลงงานหมนเวยนแหงชาตสหรฐอเมรกาสามารถพฒนาโซลารเซลลชนดฟลมบางใหมประสทธภาพในการแปลงพลงงานแสงอาทตยมาเปนไฟฟาไดสงถง 18.8%

ค.ศ. 2000 มการตดตงแผงโซลารเซลลบนสถานอวกาศนานาชาต โดยแตละปกของแผงโซลารเซลลดงกลาวประกอบดวยโซลารเซลลจานวน 32,800 เซลล ถอเปนแผงโซลารเซลลทใหญทสดทใชในอวกาศ

ค.ศ. 2001 องคการพฒนาดานอวกาศแหงชาตของประเทศญปน ประกาศแผนพฒนาระบบพลงงานแสงอาทตยทตดตงอยบนดาวเทยม ใหมประสทธภาพในการสงพลงงานทไดจากแสงอาทตยมายงโลก โดยดาวเทยมจะใชเลเซอรสงพลงงานไปยงยานทลอยลาอยเหนอพนโลกทระดบ 12 ไมล เพอสงพลงงานนนกลบไปยงโลกอกทอดหนง

ค.ศ. 2002 บรษท เอทเอส ออโตเมชน ทลลง ซสเตมส (ATS Automation Tooling Systems Inc.) ของประเทศแคนาดาเรมโฆษณาวธการผลตโซลารเซลลแบบใหมทใชเทคโนโลย “สะเฟยรล โซลาร” (Spheral Solar Technology) ซงใชแผนฟอยลอะลมเนยม 2 แผนประกบเมดซลคอนขนาดเลกๆ ไวตรงกลาง โดยขอดคอตนทนในการผลตถกลง เนองจากลดปรมาณการใชซลคอนลง

ค.ศ. 2008 นกวทยาศาสตรแหงสถาบนวจยพลงงานหมนเวยนแหงชาต สงกดกรมพลงงานของสหรฐอเมรกา ไดผลตโซลารเซลลทมประสทธภาพในการแปลงพลงงานแสงอาทตยมาเปนพลงงานไฟฟาสงถง40.8%

10

รปท 2.2 แสดงพฒนาการของประสทธภาพของเซลลแสงอาทตยชนดตางๆ

10

11

2.1.1.4 เซลลแสงอาทตยและระบบการผลตไฟฟาจากแสงอาทตย

ปรากฏการณท เกยวของในการเกดไฟฟาในเซลลแสงอาทตยจากแสงอาทตยประกอบดวยกระบวนการทสมพนธกนดงตอไปน

1. เซลลแสงอาทตยรบรงสจากดวงอาทตยและเกดการดดกลนพลงงาน 2. เกดประจและมการถายเทประจในสารกงตวนา 3. ประจแยกกนทรอยตอของสารกงตวนา 4. การนาประจจากสารกงตวนาไปใชในอปกรณไฟฟา เซลลแสงอาทตยประกอบดวยรอยตอทเปนกาแพงพลงงานศกยทอยภายในสารกงตวนา ทรอยตอ

ดงกลาวเปนรอยตอทเชอมกนระหวางสารกงตวนาทมอเลกตรอน (ประจลบ) กบสารกงตวนาทมชองวาง (ประจบวก) ซงเกดขนเมอสารกงตวนาในเซลลแสงอาทตยไดรบพลงงานแสงอาทตย

โดยทวไปรอยตอของเซลลแสงอาทตยสามารถแบงออกไดเปน 4 ชนด คอ: 1. homojunctions: เปนรอยตอแบบ p/n ทอยในสารกงตวนาชนดเดยวกน 2. heteroface structures: มลกษณะคลายกบชนด homojunction แตมสารกงตวนาทมชองวางของพลงงานสงคนอยระหวางรอยตอ เพอลดการกลบมาตอกนใหมของเซลลสารกงตวนาทงสองดานของรอยตอ 3. heterojunctions เปนรอยตอระหวางสารกงตวนาสองตวททาใหเปนชนด n และ p ทแตกตางกน 4. Thinfilm ใชการเคลอบฟลมบางๆ ไวบนผวหนาของสาร ซงมกมปญหาเกยวกบการลดลงของประสทธภาพเนองจากการกลบมารวมกนใหม การกลบมารวมกนใหมอาจทาใหเกดการชอตเซอรกต

12

รปท 2.3 ลกษณะโครงสรางของเซลลแสงอาทตยชนดตางๆ

12

13

ความตานทานของรอยตอถกพจารณาจากฟงกชนการทางานโลหะทใชเปนขวของเซลลแสงอาทตยความ

หนาแนนของอเลกตรอน ปฏกรยาของโลหะกบสารกงตวนาทรอยตอ ซงสามารถเขยนเปนสมการไดเปน

= + + + (2.1)

เมอ คอ ความตานทานรวมของเซลลแสงอาทตย []

คอ ความตานทานของขวสมผสทางดานสารกงตวนาชนด p []

คอ ความตานทานของขวสมผสทางดานสารกงตวนาชนด n []

คอ ความตานทานของสารกงตวนา p []

คอ ความตานทานของสารกงตวนา n []

อตราการเกดขนของอเลกตรอนและจานวนหลม (ประจลบและประจบวก) ในชวงแถบสารกงตวนา

สามารถคานวณไดจากความเขมและความสามารถในการดดกลนของสเปกตรมรงสอาทตยทตกกระทบบน

เซลลแสงอาทตย

กระแสของรอยตอในอดมคตในทมดสาหรบแถบรอยตอสามารถคานวณไดจากสมการไดโอด

= exp ( ) − 1 (2.2)

เมอ คอ กระแสทไหลผานรอยตอ [A]

คอ กระแสยอนกลบอมตว (เปนคาสมประสทธของไดโอด) [A]

คอ คาคงท (เปนคาสมประสทธของไดโอด)

คอ ประจ (1.6 × 10-19C )

คอ ความตางศกย [V]

คอ คาคงทของ Boltzmann [0.864×10-4 eV∙K-1]

คอ อณหภม [K]

คอ ความตานทานอนกรมของเซลลแสงอาทตย []

กระแสของรอยตอเมอมแสงตกกระทบบนเซลลแสงอาทตยคานวณไดจาก = exp ( ) − 1 − (2.3)

เมอ คอ กระแสทเกดขนเนองจากแสงทตกกระทบบนเซลลแสงอาทตย [A]

14

คา fill factor (ff) เปนคาทรจกกนโดยทวไปเนองจากเปนคาทมความเกยวพนกบคาพลงงานสงสด ( ) กบคาผลคณของ ff = = (2.4)

เมอ คอ ความตางศกยของวงจรเปดของเซลลแสงอาทตย [V]

คอ กระแสชอตเซอรกตของเซลลแสงอาทตย [A]

ดงนนสามารถเขยนคาประสทธภาพในการแปลงพลงงานแสงอาทตยของเซลลแสงอาทตยไดเปน = ff / = (2.5)

เมอ คอ คาประสทธภาพของเซลลแสงอาทตย

คอ คากาลงแสงอาทตย

โดยทวไปคาตางๆ ของเซลลแสงอาทตยมคาอยในชวงดงน = 0.5 − 0.8 = 10 − 40 ff = 0.6 − 0.8 = 6 − 40 %

15

รปท 2.4 ความแตกตางระหวางการแปรคาประสทธภาพของเซลลแสงอาทตยทมคาคงท A แตกตางกน

รปท 2.5 การแปรคาของกระแส ( ) กบความตางศกย ( ) ของเซลลแสงอาทตยในทมดกบทไดรบแสง

16

2.1.1.5 วสดและการเลอกใช วสดทนามาทาเซลลแสงอาทตยสาหรบใชงานในระดบบนพนผวโลก มกจะเปน Single-Crystal Cells

กบ Thin-film ดวยสารตางชนดกน ปจจยสาคญตางๆ ทนามาพจารณาวสดในการนามาเปนสวนประกอบของเซลลแสงอาทตยทใชไดแก 1) ความสามารถในการเกดไฟฟาเมอมแสงตกกระทบ (Photoelectrically activation) 2) การเชอมตอระหวางตววสดกบวสดอนๆ ทเปนสวนประกอบของเซลล (Contact) 3) ความสามารถในการกรองแสงในชวงทเหมาะสม (Window material)

รปท 2.6 ความสามารถในการกรองแสงในชวงทเหมาะสม

4) การปองกนการสะทอนของแสง (Antireflection) 5) ความโปรงใส (Transparency) 6) ทนตอสภาพแวดลอม (Passivation) เมอนาวสดมาประกอบเปนเซลลแสงอาทตยสงสาคญทตองพจารณาคอ

1) ความตางศกยวงจรเปดของเซลล (Open circuit voltage) 2) ประสทธภาพของเซลล (Solar efficiency)

ลกษณะขององคประกอบของระบบการแปลงพลงงานแสงอาทตยโดยใชเซลลแสงอาทตยประกอบดวย แผงเซลลแสงอาทตย ตวควบคมกาลงของเซลลแสงอาทตย อปกรณสารองประจ ตวแปลงไฟ และอปกรณเครองใชไฟฟา

17

รปท 2.7 ระบบการผลตไฟฟาจากแสงอาทตยโดยกระบวนการโฟโตโวลตาอก

2.2 การผลตไฟฟาดวยกระบวนการทางความรอนจากรงสอาทตย การนาพลงงานแสงอาทตยมาผลตกระแสไฟฟา นอกจากนยมนามาใชในรปแบบเซลลแสงอาทตยเปนสวนใหญแลว ยงมการคดคนเทคโนโลยนาความรอนจากแสงอาทตย (Thermal Process) มาผลตไฟฟาดวย ซงมลกษณะการทางานคลายแวนขยาย โดยใชอปกรณรบแสง เชน กระจกหรอวสดสะทอนแสงและหมนตามดวงอาทตย เพอรวบรวมความรอนจากแสงอาทตยมาไวทจดเดยวกน หรอทเรยกวา ระบบความรอนรวมศนย ทาใหเกดความรอนสง สงผานไปยงตวกลาง เชน นาหรอนามน แลวนานาหรอนามนทรอนไปหมนกงหนเครองกาเนดไฟฟา และผลตกระแสไฟฟาตอไป การผลตไฟฟาจากความรอนแสงอาทตยสามารถแบงได 3 ประเภทหลกๆ ตามกระบวนการรวบรวมความรอนใหกบตวกลาง กอนนาไปหมนกงหนเพอผลตไฟฟา ไดแก 1) ระบบรางพาราโบลค (Parabolic Through) ประกอบดวยรางยาว โคงมตเดยวเปนตวรบแสง ตดตงอยบนระบบหมนตามดวงอาทตยแกนเดยว ทาหนาทรวมแสงอาทตยใหสะทอนไปยงทอทขนานกบแนวราง เพอถายเทความรอนใหของเหลว (นาหรอนามน) ทไหลผานทอ ทาใหของเหลวนนกลายเปนไอและไปขบเคลอนกงหนเพอผลตกระแสไฟฟา หากในชวงทไมมแสงอาทตย การผลตไอนาจะใชพลงงานจากกาซธรรมชาตเขามาชวยเสรม 2) ระบบหอคอย (Power Tower) ประกอบดวยตวรบความรอนทตดตงอยกบทตงบนหอคอย ทลอมรอบดวยแผงกระจกขนาดใหญจานวนมาก เรยกวา “โฮลโอสเตท” ซงจะหมนตามดวงอาทตยและสะทอนแสงไปยงตวรบความรอน เพอใหของเหลวทอยภายในไดรบความรอนจนระเหยเปนไอและไปขบเคลอนกงหน เพอผลตกระแสไฟฟา ซงระบบนสวนใหญยงอยในขนตอนการวจยและกาลงจะนามาใชในเชงพาณชย เชน โรงไฟฟา Gemasolar ในเมอง Seville ทางตอนใตของประเทศสเปน เปนตน 3) ระบบจานพาราโบลค (Parabolic Dish) รวมกบเครองยนตสเตอรลง (Stirling Engine) จะใชหลกการแปลงความรอนจากรงสอาทตยใหเปนพลงงานกลเพอนาไปผลตไฟฟา โดยจะประกอบดวยจานรวม

18

แสงแบบพาราโบลคและเครองยนตสเตอรลงกบเครองกาเนดไฟฟา โดยทางานดวยการสงผานความรอนของแสงอาทตย ใหกบลกสบของเครองยนตสเตอรลง ทตดตงบนจดโฟกสของจานพาราโบลค เมออากาศภายในลกสบมอณหภมสงขนและขยายตวจนทาใหเครองยนตทางานอยางตอเนอง สวนตวรวมแสงแบบจานพาราโบลคจะมผวสะทอน โดยประกอบดวยแผนสะทอนแสงหลายชนประกอบกน และมระบบขบเคลอนแบบ 2 แกน หมนตามดวงอาทตยตลอดทงวน ระบบความรอนแบบรวมศนยน ปจจบนยงไมมการใชกนอยางแพรหลายมากนก เนองจากตนทนการผลตไฟฟาจะสงกวาการใชเซลลแสงอาทตย นอกจากน ยงสามารถผลตไฟฟาไดจากรงสตรงเทานน เชน แสงอาทตยจากทะเลทราย ดงนน ระบบผลตไฟฟาจากความรอนแสงอาทตยจงไมเหมาะสมและไมไดรบความนยมในประเทศไทย 2.3 หลกวชาการรงสอาทตย ศกยภาพในการผลตไฟฟาดวยระบบทใชพลงงานแสงอาทตยขนกบความเขมและสเปกตรมของรงสอาทตยทสองมาสโลกพนผวโลก ซงการศกษาเรองรงสอาทตยเปนนนเรองซบซอน ในหวขอยอยนจงเปนการรวบรวมหลกทางวชาการทเกยวของกบการศกษารงสอาทตย 2.3.1 สเปกตรมรงสอาทตย (Solar Spectrum) ดวงอาทตยเปนแหลงปลอยรงสทมลกษณะของสเปกตรมโดยประมาณเทยบเทากบวตถดาทมอณหภม 6,050 K (แตกตางกนไปตามแหลงอางองและวธการพจารณา) โดยสเปกตรมของวตถดาเมอมอณหภมตางๆ แสดงในรปท 2.8

รปท 2.8 สเปกตรมของวตถดาทอณหภมตางๆ

ในอวกาศ 98% ของรงสอาทตยมคาความยาวคลนระหวาง 0.25 – 3.0 μm โดยคาคงทรงสอาทตย (solar constant) ถกกาหนดใหเปนคาความเขมรงสอาทตยทไดรบบนพนทหนงหนวยตงฉากกบทศทางทชไปยงดวงอาทตย ในอวกาศ ทระยะหางเฉลยระหวางโลกและดวงอาทตย ซงคาทยอมรบวาเปนคาคงทรงสอาทตย

19

ในปจจบนนคอ 1367 W/m2 คาจรงของรงสอาทตยทระยะจากดวงอาทตยถงโลกมคาแตกตางจากคาคงทของรงสอาทตยประมาณ ±3.35 % เนองจากระยะทางดงกลาวมการเปลยนแปลงตลอดในหนงป 2.3.2 เรขาคณตของโลกและดวงอาทตย 2.3.2.1 วงโคจรของโลกรอบดวงอาทตย วงโคจรของโลกรอบดวงอาทตยมลกษณะเปนวงร โดยมความร (eccentricity) เทากบ 0.016722 มระยะกงแกนหลก (semi-major axis) 1.4968x108 กโลเมตร โดยมดวงอาทตยอยทจดโฟกสหนงของวงรดงกลาว ดงแสดงในรปท 2.9

รปท 2.9 วงโคจรของโลกรอบดวงอาทตย

ระนาบของวงโคจรของโลกรอบดวงอาทตยเรยกวา ระนาบสรยะวถ (ecliptic plane) แกนหมนของโลกเอยงทามมกบเสนตงฉากของระนาบสรยะวถ 23.5 องศา ดงนนระนาบศนยสตร (equatorial plane) ของโลกจงทามมกบระนาบสรยะวถ 23.5 องศาดวย การทแกนหมนของโลกเอยงนทาใหโลกหนซกเหนอและซกใตเขาหาดวงอาทตยมากนอยตางกนในขณะทโคจรรอบดวงอาทตย โดยโลกจะหนซกเหนอเขาหาดวงอาทตยมากทสดในวนท 21 หรอ 22 มถนายน หรอ โซลสตกสฤดรอน (summer solstice) ณ ตาแหนงนกลางวนของซกโลกเหนอจะยาวทสด โลกจะหนซกใตเขาหาดวงอาทตยมากทสดในวนท 21 หรอ 22 ธนวาคม หรอโซลสตกสฤดหนาว (winter solstice) ดงนนการเกดฤดกาลจงเปนผลมาจากการทแกนหมนของโลกเอยงทามมกบเสนตงฉากของระนาบสรยะวถ เนองจากวงโคจรของโลกรอบดวงอาทตยเปนวงร ระยะทางระหวางโลกกบดวงอาทตยจงเปลยนแปลงตลอดเวลา โดยมระยะเฉลยเทากบ 1.496x108 กโลเมตรหรอ 1 หนวยดาราศาสตร (astronomical unit, AU) โลกจะอยทตาแหนงใกลดวงอาทตยทสด (perihelion) ทระยะหาง 0.983 AU ในวนท 3 มกราคม และอยทตาแหนงไกลสด (aphelion) ทระยะหาง 1.017 AU ในวนท 4 กรกฎาคม ระยะทางระหวางโลกกบดวง

1.017 AU 0.983 AU

20

อาทตยมผลตอปรมาณพลงงานแสงอาทตยทตกกระทบพนผวโลก ระยะทางดงกลาวแปรไปตามวนตางๆ ในรอบป ตามสมการตอไปน (Iqbal, 1983)

2sin000077.02cos000719.0

sin001280.0cos034221.0000110.1)r/r(E 200 (2.6)

เมอ 365/)1d(2 n โดย

0E

= คาแกเนองจากความรของวงโคจรของโลก (eccentricity correction factor) [-]

= มมวน (day angle) [เรเดยน] r = ระยะทางระหวางโลกกบดวงอาทตย [km] 0r = ระยะทางเฉลยระหวางโลกกบดวงอาทตย [1.496x108 km]

nd = ลาดบของวนในรอบป [ nd = 1 สาหรบวนท 1 มกราคม] 2.3.2.2 ทรงกลมทองฟาและทางเดนปรากฏของเทหวตถ ขณะทโลกโคจรไปรอบดวงอาทตยจากทศตะวนออกไปยงทศตะวนตก โลกจะหมนรอบตวเองไปในทศเดยวกนดวย ถาสมมตวาเราอยทผวโลก ณ ตาแหนงละตจด และลองจจดใดๆ ตวเรากจะเคลอนทไปพรอมกบผวโลก และถาเรามองไปรอบๆ ตว กรณทไมมสงกดขวางเราจะเหนขอบฟากลม ทงนเพราะสายตาเรามองไดไกลสดเทากนทกทศทกทาง และถาแหงนขนดขางบนเรากจะเหนทองฟาโคงเปนครงทรงกลมครอบเราอย เพราะเรารบรแสงทมาจากทองฟาซงเกดจากกระเจงของบรรยากาศมาเขาตาเราเทากนทกทศทาง

รปท 2.10 โลกและครงทรงกลมทองฟา

21

ดวงดาวตางๆ ซงอยไกลมากจะถอวาอยนงกบทเทยบกบการเคลอนของโลก เราจะเคลอนทไปพรอมกบการหมนรอบตวเองของโลกจากทศตะวนตกไปตะวนออกผานดวงดาวตางๆ แตเนองจากพนผวโลกกวางใหญมากเมอเทยบกบขนาดของวตถตางๆ บนโลก เราจงมความรสกวาพนผวโลกอยนงกบทและดวงดาวตางๆ เปนฝายเคลอนทจากทศตะวนออกไปตะวนตกรอบแกนหมนซงขนานกบแกนหมนของโลก เรยกแกนหมนนวาแกนหมนทองฟา ระนาบของพนโลกทเราอยเรยกวา ระนาบขอบฟา (horizontal plane) จากหลกเรขาคณตสามารถพสจนไดวาแกนหมนทองฟาจะทามมกบระนาบขอบฟาเทากบละตจดทเราอย โดยทวไปสายตาของมนษยไมสามารถแยกแยะระยะหางจากผสงเกตของวตถหรอแหลงกาเนดแสง ตงแต 2 แหลงขนไปซงอยไกลมากๆ สายตาของเราจะสงเกตเหนวตถเหลานนอยหางจากเราเทากนหมด ดวยเหตนเราจงเหนทองฟามลกษณะเปนครงทรงกลมครอบเราอย โดยมเทหวตถ (celestial object) เชน ดาวฤกษตางๆ ยดตดกบทรงกลมทองฟาและเคลอนทรอบแกนหมนซงขนานกบแกนหมนของโลกดวยอตราเดยวกบอตราการหมนของโลกรอบตวเองคอ 1 รอบตอวน ถาดาวฤกษดวงหนงอยในระนาบเดยวกบระนาบศนยสตรโลก ขณะทโลกหมนรอบตวเองคนทอย ณ ตาแหนงศนยสตรจะเหนดาวดวงนเคลอนทจากขอบฟาดานตะวนออกไปยงขอบฟาตะวนตกในระนาบทขนานกบระนาบศนยสตรโลก เรยกระนาบดงกลาววาระนาบศนยสตรทองฟา ถงแมวาคนทไมไดอยทศนยสตรกจะเหนการเคลอนทของดาวดงกลาวเชนเดยวกบคนทอยทศนยสตร ทงนเพราะระยะทางบนโลกมคานอยมากเมอเทยบกบระยะทางจากโลกถงดาวตางๆ ระนาบศนยสตรทองฟาจะอยในแนวตะวนออกตะวนตกและตงฉากกบแกนหมนของทรงกลมทองฟาเชนเดยวกบในกรณของแกนหมนของโลกซงตงฉากกบระนาบศนยสตรของโลก สาหรบดาวอนทมไดอยในระนาบเดยวกบระนาบศนยสตรของโลกกจะมการเคลอนทตดไปกบทรงกลมทองฟาในระนาบทขนานกบระนาบศนยสตรทองฟาดวยอตราเดยวกบอตราการหมนของโลก ทองฟาทปรากฏตอผสงเกตทวไปจะมลกษณะดงรปท 2.11

รปท 2.11 ลกษณะของทองฟาทผสงเกตเหน

22

2.3.2.3 ทางเดนปรากฏของดวงอาทตย โดยทวไปตาแหนงของดาวฤกษจะอยคงทเมอเทยบกบระนาบศนยสตรของโลก ทงนเพราะดาวฤกษอยไกลจากโลกมากจนไมสามารถสงเกตการเคลอนทไดในชวงเวลาสนๆ ดงนนเราจงเหนดาวฤกษอยในระนาบเดมซงขนานกบระนาบอเควเตอรทองฟา แตกรณของดาวเคราะหและดวงอาทตยจะมการเปลยนระนาบการเคลอนทบนทองฟาไปตามเวลาในรอบป ทงนเพราะเทหวตถเหลานอยใกลโลก และมตาแหนงเปลยนแปลงไปตลอดเวลาเมอเทยบกบระนาบศนยสตรของโลก ในกรณของดวงอาทตยจะสามารถแสดงใหเหนไดดงรปท 2.12

รปท 2.12 ตาแหนงของดวงอาทตยเมอเทยบกบศนยสตรโลก

จากรปท 2.12 จะเหนวาในวนท 20 หรอ 21 มนาคม และ 22 หรอ 23 กนยายน ดวงอาทตยจะอยในระนาบเดยวกบระนาบอเควเตอรโลก สาหรบในวน 21 หรอ 22 มถนายน ดวงอาทตยจะอยเหนอระนาบอเควเตอรมากทสด และวนท 21 หรอ 22 ธนวาคม จะอยใตระนาบอเควเตอรมากทสด ดงนนระนาบทางเดนของดวงอาทตยบนทองฟาจงเปลยนแปลงไปตามเวลา บางครงอยดานเหนอและบางครงอยดานใตของระนาบอเควเตอรทองฟา เนองจากระนาบอเควเตอรของโลกทามมกบระนาบสรยะวถ 23.5 องศา ดงนนทางเดนปรากฏของดวงอาทตยจงสามารถอยหางจากอเควเตอรไดมากทสด 23.5 องศา ลกษณะทางเดนปรากฏของดวงอาทตยบนทองฟาแสดงไดตามรปท 2.13

23

รปท 2.13 ทางเดนปรากฏของดวงอาทตยบนทองฟา

จากรปจะเหนวา ชวงระยะเวลาทดวงอาทตยอยเหนอขอบฟา หรอความยาวของกลางวนจะเปลยนแปลงไปตามเวลาในรอบป และขนกบตาแหนงเสนรงของผสงเกต โดยทในชวงฤดรอนดวงอาทตยจะอยทางเหนอของศนยสตรทองฟาและมกลางวนยาวกวาในชวงฤดหนาวซงดวงอาทตยอยทางใตของศนยสตรทองฟา 2.3.2.4 การบอกตาแหนงของดวงอาทตย ในการบอกตาแหนงของดวงอาทตย อาจบอกดวยมมหรอบอกดวยสวนโคง (arc) ของทรงกลมทองฟา (celestial sphere) ทรองรบมมดงกลาวกได ในงานดานพลงงานแสงอาทตยมการบอกตาแหนงของดวงอาทตย 2 ระบบดงน 1) ระบบอาซมธ-อลตจด (azimuth-altitude system) ระบบนใชมม 2 มม (ตามรปท 2.14) เปนตวบอกตาแหนงไดแก

ก. มมอาซมธ (azimuth, ) เปนมมทวดจากแนวทศใตไปยงเงา (projection) บนระนาบขอบฟากบเสนตรงซงเชอมโยงระหวางผสงเกตกบดวงอาทตย โดยกาหนดวา ถาเงาดงกลาวอยดานตะวนออก อาซมธ

มคาเปนบวกและทางตะวนตกมคาเปนลบ ดงนน -180 < < 180 ข. มมอลตจด (altitude, ) เปนมมเงย ณ ตาแหนงผสงเกตของเสนตรงซงเชอมโยงระหวางดวงอาทตยกบผสงเกต จะมคาจาก 0 ถง 90 องศา สาหรบมมทอยระหวางผสงเกตกบดวงอาทตย เรยกวา มมซนธ (zenith angle, z ) ซงสามารถใชบอกตาแหนงดวงอาทตยไดเชนกน โดยท 90z

การบอกตาแหนงโดยใชระบบอาซมธ-อลตจด มขอดคอ เขาใจไดงาย แตกมขอดอยคอ ทงคาอาซมธและอลตจด จะเปลยนแปลงไปทกขณะตงแตดวงอาทตยขนจนตกดน และเปลยนแปลงไปตามวนในรอบปดวย

24

รปท 2.14 การบอกตาแหนงของดวงอาทตยโดยใชระบบอาซมธ-อลตจด

2) ระบบศนยสตร (equatorial system) ระบบนใชมมหรอสวนโคงของทรงกลมทองฟา ตามรปท 2.15 เปนตวบอกตาแหนงดงน ก. เดคลเนชน (declination, ) เปนสวนโคงของวงกลมใหญ (great circle) ทผานขวทงสองของทรงกลมทองฟาระหวางเสนศนยสตรทองฟากบทางเดนของดวงอาทตยตามรปท 2.15 มคาอยระหวาง −23.5 < < 23.5 ถอวามคาคงท ในแตละวนและมคาเปลยนแปลงไปตามวนในรอบป การเปลยนแปลงนเขยนเปนสตรไดดงน

)/180)(3sin00148.03cos002697.0

2sin000907.02cos006758.0sin070257.0cos399912.0006918.0(

(2.7)

โดยท 365/)1d(2 n เมอ = มมวน (day angle) [เรเดยน] = เดคลเนชน [องศา] dn = วนในรอบป, dn = 1 สาหรบวนท 1 มกราคม ข. มมชวโมง (hour angle, ) เปนมมทขวของทรงกลมทองฟา (celestial pole) หรอสวนโคงของทรงกลมทองฟาระหวางเสนเมอรเดยน (meridian) ของผสงเกต กบวงกลมใหญทลากผานดวงอาทตยและขวทงสองของทรงกลมทองฟา มคาเปนบวกเมอดวงอาทตยอยทางตะวนออกของเมอรเดยน และเปนลบเมออยทางตะวนตกของเมอรเดยน

25

รปท 2.15 การบอกตาแหนงของดวงอาทตยโดยใชระบบศนยสตร

ตาแหนงของดวงอาทตยทง 2 ระบบมความสมพนธกนตามสมการตอไปน coscoscossinsinsin (2.8)

coscossinsinsincos (2.9)

เมอ = มมอลตจด [องศา] = มมอาซมธ [องศา] = มมชวโมง [องศา] = ละตจด [องศา] = เดคลเนชน [องศา] จากความสมพนธในสมการ (2.8) และ (2.9) เราสามารถคานวณหามมชวโมงทดวงอาทตยขน ( s) และความยาวของกลางวนได กลาวคอ ขณะทดวงอาทตยขน = 0 จะไดวา )cos/(cos)sinsin(cos s (2.10)

หรอ )tantan(cos 1

s (2.11)

สาหรบมมชวโมงทดวงอาทตยตก จะเทากบมมชวโมงทดวงอาทตยขนแตเครองหมายตรงกนขาม ดงนนความยาวของวน Nd จงเทากบ 2 s หรอเขยนในหนวยของชวโมงไดดงน

26

)tan(tancos152N 1

d (2.12)

2.3.2.5 เวลาและตาแหนงของดวงอาทตย ตามกฎการเคลอนทของดาวเคราะหของเคปเลอร (Kepler) ซงกลาววาดาวเคราะหตางๆ รวมถงโลกจะโคจรรอบดวงอาทตยเปนวงร โดยขณะทโลกโคจรรอบดวงอาทตย เสนตรงทเชอมระหวางโลกกบดวงอาทตยจะกวาดพนทไดเทากน ถาชวงเวลาทใชในการเคลอนทเทากน ดงนนความเรวในการเคลอนทของโลกรอบดวงอาทตย ณ ตาแหนงตางๆ บนวงโคจรจงมคาไมเทากน ทาใหชวงเวลาทผสงเกตบนพนโลกเหนดวงอาทตย 2 ครงตดตอกน หรอ 1 วน มความยาวไมเทากน การใชเวลาทอาศยดวงอาทตยเปนหลกหรอเวลาดวงอาทตย (solar time) จงไมสะดวกในการเปรยบเทยบเหตการณตาง ๆ ในการแกปญหาดงกลาว จงไดมการกาหนดเวลาทสมาเสมอขน โดยการนาเวลาดวงอาทตยในวนท 1 มกราคม ป ค.ศ.1900 มาแบงเปน 86,400 สวน เรยก 1 สวนวา 1 วนาท เรยกเวลานวาเวลาดวงอาทตยเฉลย (solar mean time) ซงสามารถวดไดดวยความถธรรมชาตทคงทตาง ๆ เชน ลกตมนาฬกา หรอความถของการสนของอะตอมของธาตบางชนดและกาหนดวา เวลาดวงอาทตยเฉลย ณ เมองกรนช (Greenwish) ประเทศองกฤษเปนเวลาสากล (universal time) หรอเวลากรนช (Greenwish mean time, GMT) ในประเทศตางๆ จะแบงเวลาออกเปนเขตๆ เทยบกบเวลากรนช ในแตละเขตจะมเสนลองจจดมาตรฐาน (standard longitude, Ls) ผาน และในเขตนนๆ จะใชเวลาเดยวกน เสนลองจจดนจะหางจากกรนชเปนจานวนเทาของ 15 องศา เชน เสนลองจจดมาตรฐานของประเทศไทยเทากบ 105 องศา (15x7) นนคอเวลาของประเทศไทยจะเรวกวาเวลา กรนช 7 ชวโมง เวลาในแตละเขตนมชอเรยกโดยทวไปวา เวลามาตรฐานทองถน (local standard time, LST) เปนเวลาทอานไดจากนาฬกา (clock time) และใชในชวตประจาวน สาหรบประเทศทมขนาดใหญ เชน สหรฐอเมรกามการแบงเขตการใชเวลามาตรฐานทองถนออกเปนหลายเขต เพอใหสอดคลองกบสภาพทเปนจรงของกลางวนและกลางคนของทองถนนนๆ เวลาดวงอาทตยและเวลาดวงอาทตยเฉลยมความแตกตางกนตามวนในรอบป ซงสามารถหาความแตกตางๆ ไดจากสมการเวลา (equation of time) หรอแสดงไดดงกราฟในรปท 2.16

27

รปท 2.16 การแปรคาในรอบปของความแตกตางระหวางเวลาดวงอาทตยกบเวลาดวงอาทตย เฉลย (Et) สมการเวลาสามารถเขยนไดดงน

)2sin04089.02cos014615.0

sin032077.0cos001868.0000075.0(18.229Et

(2.13)

เมอ tE = สมการเวลา [นาท]

= มมวน (day angle) [เรเดยน] เวลาดวงอาทตยจะมความสมพนธโดยตรงกบตาแหนงของดวงอาทตย กลาวคอ เมอ 12.00 น. ตาม

เวลาดวงอาทตย คา = 0 ถาเวลาดวงอาทตยเปน 11.00 น. = 15 เวลาดวงอาทตยนสามารถคานวณหาไดจากเวลามาตรฐานทองถน สมการเวลาและผลตางระหวางตาแหนงเสนลองจจดมาตรฐาน และเสนลองจจดของผสงเกต หรอเขยนเปนสมการไดดงน

ST = LST + 4(Ls-Lloc) + Et (2.14)

เมอ ST = เวลาดวงอาทตย [ชม.:นาท] LST = เวลามาตรฐานทองถน [ชม.:นาท] Ls = เสนลองจจดมาตรฐาน [องศา] Lloc = เสนลองจจดของผสงเกต [องศา] Et = สมการเวลา [นาท]

28

คาของ 4(Ls-Lloc) มหนวยเปนนาท และคาของ Ls และ Lloc เปนลบเมออยทางตะวนออกของกรนช และเปนบวก เมออยทางตะวนตกของกรนช ความสมพนธระหวางมมชวโมงของดวงอาทตยกบเวลาดวงอาทตย เขยนเปนสตรไดดงน = 15(12-ST) (2.15) เมอ = มมชวโมง [องศา] ST = เวลาดวงอาทตย [ชม.] 2.3.2.6 คามมตกกระทบของรงสอาทตยบนพนผวโลก (zenith angle; ) คามมตกกระทบของรงสอาทตยบนพนผวโลก (zenith angle; ) เปนคามมทกระทาระหวางแนวดงทตงฉากกบพนผวโลกตรงตาแหนงทตงของผสงเกตบนพนผวโลก กบทศทางตาแหนงของดวงอาทตย ดงแสดงในรปท 2.17

รปท 2.17 แสดงมมตกกระทบของรงสอาทตยบนพนผวโลก ( )

1) คามมตกกระทบของรงสอาทตยบนพนผวโลกทเวลาใดๆ คามมตกกระทบของรงสอาทตยบนพนผวโลกมคาตามวนเวลา และละตจดตรงตาแหนงทตงของ ผสงเกตบนพนผวโลก ซงคามม ณ เวลาใดๆ สามารถคานวณไดจากสมการ

)coscoscossin(sincos 1z (2.16)

เมอ z = มมอาซมธ [องศา]

= เดคลเนชน [องศา]

= ละตจด [องศา] = มมชวโมง [องศา]

29

2) คามมตกกระทบของรงสอาทตยบนพนผวโลกในตอนเทยงวนของเวลาดวงอาทตย คา ตอนเทยงตามเวลาดวงอาทตย (solar noon) สามารถคานวณไดจาก = − 23.5° cos( ) (2.17)

เมอ คอ จานวนวนในรอบป [วน] คอ ละตจด [องศา]

มวลอากาศสมพทธ (relative air mass; ) คอ คาความยาวเนองจากทางเดนของแสงในบรรยากาศเปรยบเทยบกบกรณทรงสอาทตยอยในแนวดง ( = 0) โดยท คามวลอากาศสมพทธ น คานวณไดจาก = = (2.18)

2.3.2.7 ผลเนองจากบรรยากาศโลก ความเขมรงสอาทตยและสเปกตรมรงสอาทตยทมายงพนโลกไดรบผลกระทบจากสวนประกอบของบรรยากาศ สวนประกอบของบรรยากาศทสาคญมากทสดในบรรยากาศทมผลตอรงสอาทตยคอ เมฆ ไอนา ฝนละออง โอโซน และการสะทอนของพนดน ดงรปท 2.18

รปท 2.18 ผลของสวนประกอบของบรรยากาศตอความเขมรงสอาทตย

30

รงสอาทตยทตกกระทบตงฉากกบบรรยากาศโลกโดยมทศทางตรงมาจากดวงอาทตยจะสงททาใหคาความเขมรงสอาทตยลดลงคอระยะทางเพยงอยางเดยว แตเมอผานบรรยากาศโลกและมทศทางตกกระทบไมตงฉากกบพนผวโลกสงทมผลกระทบนอกจากระยะทางจากดวงอาทตยถงโลก กคอ ผลเนองจากมมตกกระทบ ซงจะมผลตอระยะทางทแสงอาทตยตองเดนทางผานบรรยากาศโลก ซงการทรงสตกกระทบไมไดตงฉากพอดจะทาใหรงสอาทตยตองถกลดทอนดวยสวนบรรยากาศเพมขน เนองจากระยะทางเพมขน กอนทจะตกกระทบสพนผวโลก (รปท 2.19) ในทางเดนของรงสอาทตยทผานบรรยากาศ แสงอาทตยมผลกระทบจากกระบวนการตางๆ ในธรรมชาตดงตอไปน 1) Reyleigh scattering เปนปรากฏการณธรรมชาตททาใหทองฟามสนาเงน 2) Electronic absorption bands เปนการดดกลนเนองจากปฏกรยาไฟฟา เชน การดดกลนของรงสอาทตยโดยโอโซนเมอรงสอาทตยมความยาวคลนนอยกวา λ = 300 3) Molecular rotational เปนการดดกลนเนองจากการสนของโมเลกล เชน , 4) Scattering เปนการลดทอนโดยฝนละออง 5) Reflection การสะทอน

รปท 2.19 สเปกตรมรงสอาทตยในระดบตางๆ ของบรรยากาศโลก

รงสอาทตยไดรบผลกระทบจากสวนประกอบของบรรยากาศทาใหเกดสวนประกอบของรงสอาทตยในสวนทเปนรงสกระจาย ซงขนอยกบสวนประกอบของบรรยากาศไดแก ฝนละออง การปกคลมของเมฆ และการสะทอนของพนผวโลก ณ บรเวณนน โดยรงสกระจายมสวนประกอบของสวนทเปนสเปกตรมในชวงสนาเงนประมาณ 8-10 % ของความเขมรงสอาทตยในวนทองฟาเคลยรในตอนเทยงวน และจะมสดสวนสนาเงนทมากกวาในกรณท มคาเพมขน ผลรวมของรงสทงหมดบนพนผวโลกเรยกวา รงสรวม

31

รปท 2.20 การสงผานของรงสอาทตยผานบรรยากาศโลกในแตละความยาวคลน

รปท 2.21 สเปกตรมของรงสรวม รงสตรง และรงสกระจายทพนผวโลก

31

32

ประเทศทางซกโลกเหนอแถบยโรป แสงอาทตยมสวนประกอบเปนรงสกระจายถง 60 % และเนองจากคาความเขมแสงของสเปกตรมรงสอาทตยมคามากกวาในชวงแสงสนาเงนคาสมประสทธของเซลลแสงอาทตยทสามารถตอบสนองในชวงสนาเงนไดมากกวาจะมประสทธภาพทดกวา ในแตละเวลาในชวงวน และคามวลอากาศมคาเปลยนแปลงตลอดเวลา ดงนนสเปกตรมรงสอาทตยจงมการเปลยนแปลงตลอดเวลาเชนเดยวกนเมอตกกระทบพนผวโลก คาเฉลยของความเขมรงสอาทตยตลอดวน 24 ชวโมงมคาโดยประมาณ 0.2 เทาของคาความเขมรงสอาทตยสงสดของวน คา มผลตอการเปลยนแปลงความเขมของรงสอาทตยเนองจากโดยเปนตวบอกระยะทางทรงสอาทตยตองสองผานสวนประกอบของบรรยากาศ ซงระยะทางทแสงตองสองผานบรรยากาศจะมคาเพมขนเมอคา เพมขน นอกจากนคาสเปกตรมรงสอาทตยยงมผลกระทบเนองจากสภาพอากาศ และความสงพนท การคานวณคารงสอาทตยเปนเรองซบซอนยงยาก เพอการประหยดเวลาและความสะดวกในการคานวณ คาความเขมรงสอาทตยมกคานวณโดยใชแบบจาลองทางคณตศาสตรโดยการเขยนโปรแกรมใหสามารถคานวณไดในคอมพวเตอร ในการศกษาประสทธภาพของเซลลแสงอาทตยทตองการใหไดความถกตองของพลงงานทไดออกมาจากเซลลแสงอาทตยมกจะใหคอมพวเตอรในการจาลองรงสอาทตยเพอการคานวณและสรางแบบจาลองเซลลแสงอาทตยใหเหมาะสม 2.3.3 การวดรงสอาทตย (Measurement of Solar Insolation) มเครองมอหลายชนดทใชในการวดรงสอาทตย 1) Semiconductor junctions เปนการใชเครองวดรงสอาทตยทมลกษณะเหมอนเซลลในเซลลแสงอาทตย มชวงจากดของการตอบสนองตอความยาวคลนของรงสอาทตย 2) Themopiles และ pyroelectric เปนการใชระบบของหววดทมการเปลยนแปลงกระแสไฟฟาและความตางศกยเมอมการเปลยนแปลงอณหภม ซงโดยทวไปตอบสนองกบแสงโดยไมขนกบความยาวคลน เครองมอดงกลาวนไดแก Pyranometer ซงสามารถวดรงสอาทตยทมาจากครงทรงกลมทองฟาได ซงหววดแบบนทาจากการนาลวดเทอรโมคพเปลมาตอกนแบบอนกรมในแนวระดบ Pyrheliometers คออปกรณวดรงสอาทตยทโดยทวไปวดรงสอาทตยทความกวางของมมทใชในการวด field of view โดยประมาณ 5-10° และตองมระบบตดตามตาแหนงของรงสอาทตยเพอใหเครองวดชนดนชไปยงดวงอาทตยตลอดเวลา

33

รปท 2.22 ตวอยางความเขมรงสอาทตยในรอบวนทนอกบรรยากาศโลกและทพนผวโลก

2.4 หลกการวจยเชงสารวจและการวเคราะหขอมล 2.4.1 การสารวจ

การสารวจ (survey) เปนวธการเกบรวบรวมขอมลทเกดขนแลวโดยไมมการใชวธการทดลองใดๆ กบหนวยทเกบรวบรวมขอมล การสมภาษณหรอการตอบแบบสอบถามจะไมมผลกบคาทสงเกต การสารวจอาจแบงเปน 2 ประเภท ดงน 1) การสามะโน (census survey or complete enumeration survey) คอ การเกบรวบรวมขอมลจากทกหนวยในประชากร 2) การสารวจตวอยาง (sample survey or partial enumeration survey) คอ การสารวจโดยการเกบรวบรวมขอมลเพยงบางสวนของประชากร Cochran (1977) ไดสรปขอไดเปรยบของการสารวจตวอยางเทยบกบการทาสามะโนไว ดงน 1) ลดคาใชจาย เนองจากการสารวจตวอยางจะเกบขอมลเพยงบางสวนของประชากร ดงนนคาใชจายในการเกบขอมลจะนอยกวาการเกบขอมลจากทกหนวยในประชากร 2) ไดผลการศกษาเรว ในการเกบรวบรวมขอมลจานวนนอยกจะใชเวลานอย และการวเคราะหขอมลจะทาไดเรวขน ทาใหเราไดผลการศกษาเรวขนเทยบกบการเกบรวบรวมขอมลทงหมดจากประชากร 3) สามารถปฏบตได ในการศกษาอาจจาเปนตองใชเครองมอหรออปกรณชวยในการเกบรวบรวมขอมล บางครงเครองมอทใชในการเกบรวบรวมขอมลอาจไมเพยงพอตอการเกบขอมลทกหนวยในประชากร การเกบขอมลเพยงบางสวนจงเปนไปไดในทางปฏบต 4) มความถกตอง การเกบรวบรวมขอมลจานวนนอย เราสามารถควบคมหรออบรมพนกงานภาคสนามไดด ทาใหขอมลทเกบรวบรวมไดไมเกดความผดพลาดจากการเกบรวมรวม การวเคราะหขอมลจานวนนอยสามารถหาตรวจสอบและแกไขความผดพลาดไดงาย ทาใหผลทไดจงมความถกตองมากกวาเมอเทยบกบการเกบรวบรวมขอมลทงหมดจากประชากร

34

2.4.2 การวจยเชงสารวจ การวจยเชงสารวจ เปนการวจยทเนนการศกษารวบรวมขอมลตางๆ ทเกดขนในปจจบน โดยการดาเนนการวจยไมมการสรางสถานการณหรอทดลองเพอศกษาผลทตามมา แตเปนการคนหาขอเทจจรงหรอเหตการณตางๆ ทเกดขนอยแลว จดมงหมายของการวจยเชงสารวจ คอ เพอทาใหปญหามความชดเจนและกาหนดลกษณะของปญหาได การสารวจเพอการวเคราะหสถานการณ (diagnosing a situation) มความจาเปนตองวเคราะหสถานการณเพอทาใหลกษณะปญหาชดเจน การวจยเชงสารวจจะชวยวเคราะหลกษณะของปญหาเพอใหเกดการวจยตรงประเดนโดยชวยกาหนดลาดบความสาคญของการวจย มประโยชนในการเกบรวบรวมขอมลเกยวกบประเดนทไมชดเจน 2.4.3 แบบแผนขนตอนการวจยเชงสารวจ เพอใหงานวจยดาเนนไปไดอยางมประสทธภาพ โดยไมเกดขอผดพลาดอนจะเปนผลเสยหายตองานวจย ผดาเนนโครงการจาเปนจะตองมการวางแผนการวจยเพอใชเปนแบบแผนในการดาเนนการวจยไปตามลาดบขนตอนของการวจยอยางเปนระบบ กระบวนการและขนตอนการออกแบบ ผลของการสารวจทสามารถตอบโจทยการวจยไดถกตองสาหรบใชในการสรปอางองสารสนเทศผลสารวจมความนาเชอถอและการทาวจยเชงสารวจทกขนตอนทจะเกดขนจรงจะสามารถดาเนนไปไดอยางมประสทธภาพ ซงขนตอนการวจยทสาคญๆ นน แสดงดงรปท 2.24 และมรายละเอยดดงน

35

รปท 2.24 แบบแผนขนตอนการวจยเชงสารวจ

1. กาหนดปญหาเฉพาะการวจย จบประเดนปญหาทจะศกษาใหเปนตวแปรทสามารถวดไดและระบถงกลมตวอยางทจะใชเปนหนวยในการศกษา ประเดนปญหานนจะนามาใชเปนตวกาหนดขอบเขตหรอขอบขายของงานและขอมลทตองการ 2. การเลอกรปแบบของการสารวจ เลอกใหตรงกบจดมงหมายของการวจย 3. สรางเครองมอในการวจย โดยเครองมอทใชในการวจยเชงสารวจ ไดแก แบบสอบถาม หรอแบบสมภาษณ การเลอกใชเครองมอทใชในการสารวจโดยคานงถงประเภทของขอมลทตองการเปนสาคญ เพอทผดาเนนโครงการจะไดกาหนดและเลอกเครองมอใหเหมาะสมกบงานวจยไดมากทสด งานในขนนผดาเนนโครงการควรจะไดมการตรวจสอบคณภาพของเครองมอวามความเทยงตรงและเชอถอไดหรอไมและเปนการประเมนงานวจยเบองตนวาจะมคณคา และคมคาหรอไม 4. กาหนดรปแบบในการวเคราะหขอมล เลอกตวแปรอสระ ตวแปรตาม และตวแปรควบคมขนมาพรอมทงระบมาตราหรอดชนของแตละตวแปรไวใหพรอม 5. กาหนดการเขาตารางขอมล เตรยมรปแบบการวเคราะหซงจะตองลงรหสใหกบประเดนปญหาและขอคาถามตางๆ ในแบบสอบถามเพอใหงายตอการแปลงขอมลไปสการวเคราะห

กาหนดปญหาการวจย

เลอกรปแบบการสารวจ

สรางเครองมอการสารวจ

กาหนดรปแบบการวเคราะหขอมล

กาหนดการเขาตารางขอมล

เตรยมการสาหรบการเกบขอมลภาคสนาม

วเคราะหผลขอมล

ทดสอบสมมตฐาน

เกบขอมลภาคสนาม

36

6. เตรยมการสาหรบการเกบขอมลภาคสนาม กอนทนกวจยจะลงไปปฏบตงานในภาคสนามในฐานะผสมภาษณจะตองไดรบการอบรม ชแนะถงทตงของพนทการวจยและกาหนดผถกสมภาษณซงเปนกลมตวอยางจากประชากร โดยชแนะใหเหนถงทอยของกลมคนเหลาน 7. เกบขอมลภาคสนาม ดาเนนการเดนทางไปยงพนททใชในการเกบตวอยางเพอเปนผลของการสารวจ ตามตาแหนงทไดวางแผนในการสารวจไว 8. การวเคราะหผลขอมลทได นกวจยตองมงคนหาคาตอบหรอประเดนปญหาทจะเกดขน ซงมดงน

ก) กลมตวอยางทไดศกษาจรงนนมลกษณะรายละเอยดตางๆ เหมอนกบกลมตวอยางทไดมงหวงไวหรอไม ข) อตราการปฏเสธ (refusal rate) ทจะตอบคาถามทเกดขนจะตองนามาคดคานวณดวยเพราะถอเปนประเดนสาคญของการวจย ซงจะตองมการตรวจสอบวาเกดจากอคตของกลมตวอยาง (sample bias) หรอไม

9. การทดสอบสมมตฐาน ในขนนนกวจยจะตองสรางรปแบบการวเคราะหหลายตวแปรขนมาเพอดลกษณะความแปรผนรวมระหวางตวแปร จดลาดบกอนหลงความสมพนธของตวแปรเมอสนสดการวเคราะห

2.4.4 การสมตวอยางโดยใชความนาจะเปน การสมตวอยางโดยใชความนาจะเปน หมายถง การสมตวอยางจากประชากรโดยทตวอยางทเปนไปได

แตละตวอยางมความนาจะเปนทจะถกสมตามแผนการสม (sampling design) ทกาหนดไว เชน การสมตวอยางแบบงาย การสมตวอยางแบบมระบบ การสมตวอยางแบบชนภม เปนตน วธการสมตวอยางทใชความนาจะเปนจะสามารถหาคณสมบตของตวประมาณโดยใชหลกทางคณตศาสตรได ตวอยางวธการสมตวอยางโดยใชความนาจะเปน มดงน

1) การสมตวอยางแบบงาย (simple random sampling) หมายถง การสมตวอยางจากประชากรหนงซงทาใหความนาจะเปนทจะไดตวอยางแตละตวอยางมคาเทากน (ประชม สวตถ, 2552) ในทนเราจะศกษาการสมตวอยางแบบงาย 2 กรณ คอ การสมแบบไมคนทและการสมแบบคนท (simple random sampling without replacement) เปนการสมหนวยตวอยางทละหนวยดวยความนาจะเปนเทากน โดยหนวยใดทถกสมไปแลว จะไมมโอกาสถกสมอกในการสมครงตอไป และ การสมตวอยางแบบงายคนท (simple random sampling with replacement) เปนการสมหนวยตวอยางทละหนวยดวยความนาจะเปนเทากน โดยมการใสหนวยทสมไดคนกลบกอนจะสมครงตอไป

2) การสมตวอยางแบบมระบบ (systematic sampling) เปนวธการสมตวอยางขนาด n โดยใชตวเลขสมเพยงตวเดยวแลวจะไดตวอยางทง n หนวย สมมตให k เปนจานวนเตมทมคาใกล N

n มากทสด

บางครงเรยก k วาชวงหางระหวางการสม เมอ N แทน ขนาดประชากร และ n แทนขนาดตวอยาง สาหรบขนตอนการสมตวอยางแบบมระบบจะตองเรยงลาดบหนวยตวอยางกอน สมมตใหหนวยตวอยางถกเรยงตามหมายเลขหนวย 1, 2, ..., N การเรยงลาดบจะเรยงตามลกษณะของประชากร เพอความสะดวกในการเกบรวบรวมขอมล

37

3) การสมตวอยางโดยใชความนาจะเปนไมเทากน (unequal probability sampling) เปนการสมตวอยางทกาหนดความนาจะเปน บางทหนวยมโอกาสทจะถกสมดวยความนาจะเปนทไมเทากน ความนาจะเปนทแตกตางกนนจะทาใหตวประมาณมประสทธภาพเพมขน เมอกาหนดความนาจะเปนเรมตนทแตละหนวยจะถกสมแปรผนตรงกบคาสงเกต เชน การสมตวอยางครวเรอนเพอจะประมาณรายไดเฉลยตอครวเรอน สาหรบครวเรอนทมคนวยทางานจานวนมากควรจะมรายไดสง ดงนนครวเรอนนควรมโอกาสทจะถกสมสงกวาครวเรอนทมคนวยทางานนอย การประมาณจานวนตนไมในปาเราอาจแบงพนทเปนแปลงแตละแปลงขนาดแตกตางกน แปลงทมพนทใหญนาจะมตนไมจานวนมากจงควรจะมโอกาสถกสมสง เปนตน

4) การสมตวอยางแบบกลม (cluster sampling ) หมายถง กระบวนการสมทแบงประชากรออกเปนกลมแตละกลมอาจเรยก หนวยปฐมภม (primary unit) แตละหนวยปฐมภมประกอบดวย หนวยทตยภม (secondary unit) แลวสมหนวยปฐมภมกอน แทนการสมหนวยสงเกตโดยตรง การสมตวอยางแบบกลมอาจแบงได 3 แบบ ดงน

ก. การสมตวอยางแบบกลมเชงเดยว (single-stage cluster sampling) หมายถง การสมหนวยปฐมภมดวยวธการสมทใชความนาจะเปนวธใดวธหนงแลวเกบรวบรวมขอมลจากทกหนวยทตยภมในหนวยปฐมภมทตกเปนตวอยาง

ข. การสมตวอยางแบบกลมสองขน (two-stage cluster sampling) หมายถง การสมตวอยางหนวยปฐมภม แลวสมตวอยางหนวยทตยภมจากหนวยปฐมภมทตกเปนตวอยาง จากนนเกบรวบรวมขอมลเฉพาะหนวยทตยภมทตกเปนตวอยาง

ค. การสมตวอยางกลมแบบหลายขน (multi-stage cluster sampling) หมายถง การสมตวอยางแบบกลมทมากกวา 2 ขนขนไป หนวยตวอยางประกอบขนจากหนวยยอยหลายระดบ สมตวอยางหนวยปฐมภม แลวสมหนวยทตยภมในหนวยปฐมภมทตกเปนตวอยาง จากนนสมหนวยระดบทสาม (tertiary unit) จากหนวยทตยภมทตกเปนตวอยาง และสมหนวยทกระดบทตาลงไปจนถงหนวยตวอยางระดบสดทาย (ultimate unit) ซงเปนหนวยทใหขอมลและเกบรวบรวมขอมลจากหนวยสดทายทตกเปนตวอยาง 5) การสมตวอยางแบบชนภม (stratified sampling) หมายถง กระบวนการสมตวอยางทมการ

แบงประชากรออกเปนชนภม (strata) โดยใหแตละหนวยตกอยในชนภมใดชนภมหนงเทานน จากนนทาการสมตวอยางแตละชนภมอยางอสระกน อยางไรกตามในบางเทคนคอาจไมไดสมตวอยางแตละชนภมอยางอสระกนกได เมอสมตวอยางดวยวธการสมอยางงายไมแทนทคนในทกชนภมอยางอสระกน เราเรยกวธการสมตวอยางนวา การสมตวอยางแบบงายแบบมชนภม (stratified random sampling) ซงวธการสมตวอยางนจะเปนพนฐานในการสรางทฤษฎการสมตวอยางแบบชนภม หลงจากทมการรวบรวมขอมลทไดจากการสารวจแลว ขอมลทงหมดจะถกนามาวเคราะหเพอใหตอบปญหาการวจย ซงมกเปนการวเคราะหขอมลขนตน รวมถงการบรรยายลกษณะกลมตวอยางทไดจากการรวบรวม ซงคานงถงจดมงหมายหรอวตถประสงคของการวจย เชน เพอบรรยายลกษณะตวแปรในกลมตวอยางหรอประชากร อาจมการใชสถตบรรยายมาบรรยายภาพรวมของกลมตวอยาง การแจกแจงความถจะนาเสนอ

38

ในรปแบบตารางหรอแผนภม นอกจากนในเชงสถต การวจยเชงสารวจตองมการประมาณความแปรปรวนของตวประมาณ สาหรบการวเคราะหอาจวเคราะหดวยโปรแกรมทางสถต เพอใหไดผลลพธของการวจย และแปลความหมายเพอสรปผลการวเคราะห การวเคราะหขอมลดวยโปรแกรมทางสถต มความสะดวก ประหยดเวลาและคาใชจาย ในการวจยเชงสารวจโดยใชแบบสอบถามเพอเกบรวบรวมขอมล กอนการประมวลผลของขอมลจะตองนาแบบสอบถามมาตรวจสอบความถกตองของขอมล ความสอดคลองและความสมบรณของขอมล และลงรหสเพอประมวลดวยคอมพวเตอร หากมขอผดพลาด ตองทาการแกไขใหเหมาะสมอยางเปนระบบ

2.4.5 สถตทใชในการวเคราะหขอมล งานศกษาศกยภาพความเหมาะสมในการพฒนาระบบผลตไฟฟาพลงงานแสงอาทตยแบบตดตงบนหลงคาของโรงงานอตสาหกรรมในโครงการน เปนการศกษาเชงสารวจทครอบคลมประเดนเกยวกบโรงงานอตสาหกรรมหลายประเดน เกยวกบคณสมบตของการประกอบกจการโรงงาน เชน ประเภท ขนาด ลกษณะการผลต การใชพนทของโรงงาน การใชพนทอาคาร ตนทนการผลต จานวนเงนลงทน จานวนลกจาง เจาหนาทดแลซอมบารงเครองมอหรออปกรณ เจาหนาทดแลระบบไฟฟา ความสามารถของเจาหนาทในการดแลซอมบารงระบบไฟฟา ความสามารถและความรทมอยตอการดแลระบบผลตไฟฟาจากเซลลแสงอาทตย ระยะหางจากตาแหนงทตงของพนทโรงงานไปยงแนวสายสง นอกจากนยงมประเดนเกยวกบลกษณะของพนททเหมาะสมของหลงคาอาคารโรงงานอตสาหกรรมทตองทาการสารวจ เชน การวางตวของแนวอาคาร ความลาดเอยงของหลงคาหรอดาดฟา ความแขงแรงของหลงคาหรอดาดฟา ความแขงแรงและความสามารถในการรบนาหนกของตวอาคาร ทศทางการวางตวของหลงคา การเกดเงาบงบนหลงคาหรอดาดฟา อายของอาคารและขอจากดเรองอายการใชงานอาคาร เปนตน ประชากรเปาหมาย (Target Population) คอ โรงงานอตสาหกรรมของประเทศไทยในภมภาคตางๆ เนองจากในการเกบรวบรวมขอมลทงประชากรตองใชเวลาและคาใชจายสง โครงการจงทาการสมตวอยางสถานประกอบการดวยวธการสมตวอยางแบบงายไมแทนทคน โดยหนวยตวอยาง (Sampling Unit) คอโรงงานทอยในเมองหลกหรอเมองสาคญในภมภาคตางๆ การศกษาศกยภาพความเหมาะสมในการพฒนาระบบผลตไฟฟาจากเซลลแสงอาทตยแบบตดตงบนหลงคาของโรงงานอตสาหกรรมจะเปนงานวจยเชงสารวจ โดยใชวธการสมตวอยางกลมแบบมชนภม ทเปนการสมตวอยางแบบงายไมแทนทคน สถตทใชในการวเคราะหขอมลและเพอแสดงผล มดงน

1) สถตพรรณนา (descriptive statistics) สถตพรรณนาเปนสถตทใชในการวเคราะหขอมลเพออธบายรปแบบและลกษณะขอมลของตวอยาง โดยมการนาเสนอเปน ตาราง คาสถต กราฟ และแผนภม (คณาจารยภาควชาสถต, 2555)

ก. รอยละ (percentage) เปนการเปรยบเทยบความถหรอจานวนทสนใจกบความถทงหมดโดยเทยบเปนจานวนทงหมด 100 โดยหาคาไดจากสตรตอไปน

39

100fPn

(2.19)

เมอ P แทน รอยละของกลมทสนใจ f แทน ความถของขอมลในกลมทสนใจ n แทน ความถทงหมด

ข. คาเฉลย (mean) เปนคากลางของขอมลชดหนง ในระดบประชากรจะเรยกวา คาเฉลยประชากร สวนในระดบตวอยางจะเรยกวาคาเฉลยตวอยาง (sample mean) มสตรการคานวณดงน

1

n

ii

xX

n

(2.20)

เมอ ix แทน คาสงเกตจากหนวยตวอยางท 1,2, ,i n

n แทน ขนาดตวอยาง

1

n

ii

x แทน ผลรวมของคาสงเกตในตวอยาง

ค. สวนเบยงเบนมาตรฐาน (standard deviation) เปนคาวดการกระจายของขอมลระหวางคาสงเกตกบคาเฉลย สตรในการคานวณสวนเบยงเบนมาตรฐานของตวอยาง คอ

21. .

1

n

ii

x xS D

n

(2.21)

ง. คาเฉลยถวงนาหนก (weighted average) เปนคาเฉลยซงใหความสาคญกบคาสงเกตแตละคาแตกตางกน เชน คาเฉลยถวงนาหนกของคาสงเกต 1 2, , , nx x x ทถวงนาหนก

ดวย 1 2, , , nw w w ตามลาดบ มสตรการคานวณดงน

1

1

n

i ii

w n

ii

w xX

w

(2.22)

จ. ตารางแจกแจงความถ (contingency table) เปนตารางทแสดงความถหรอจานวนนบจาแนกตามลกษณะของตวแปรหนง หรอลกษณะรวมของตวแปรหลายตว

ฉ. แผนภาพฮสโตรแกรม (histogram) เปนแผนภาพแทงสเหลยมผนผาทอยตดกนบนแกนนอน โดยพนทแทงสเหลยมผนผาเปนสดสวนกบความถของคาในชวงทแสดงดวยความกวางของแทงสเหลยมผนผานน

40

2) สถตอนมาน (inference statistics) สถตอนมานเปนสถตทมการอางองกลบไปสประชากร ในการศกษาครงนมการสรางชวงความเชอมน 1 100% สาหรบคาเฉลยประชากร โดยสมมตวาตวอยางมขนาดใหญ ชวงความเชอมนสาหรบ

คาเฉลยประชากร มสตรในการคานวณดงน

2 2

2 2

s sx z x zn n

เมอ /2z แทน คาของตวแปรสมปกตมาตรฐานทความนาจะเปนสะสมสวนบนเทากบ / 2

2s แทน ความแปรปรวนของตวอยาง (Sample Variance) คานวณไดจากการยก กาลงสองของสวนเบยงเบนมาตรฐาน

3) สมประสทธสหสมพนธแบบเพยรสน สมประสทธสหสมพนธระหวางตวแปร X และตวแปร Y สามารถประมาณไดโดยใชคาสงเกตจาก

ตวอยางของตวแปรทงสองจานวน n คดงน

r = ( )( )

( ) ( )

x x y y

x x y yi ii

n

ii

n

ii

n

1

21

21

(2.23)

r = x y nxy

x nx y nyi i

i i

( )( )2 2 2 2 (2.24)

r = SS Sxy

xx yy (2.25)

คาสมประสทธสหสมพนธตวอยาง r นมชอเรยกวา สมประสทธสหสมพนธแบบเพยรสน (Pearson

correlation coefficient) ในทนจะเรยกสน ๆ วาสมประสทธสหสมพนธ สมประสทธสหสมพนธ r มคาอยระหวาง –1 กบ 1 ถา r มคาเขาใกล 1 แสดงวา x และ y มความสมพนธเชงเสนทางบวก คอเมอ x มคาเพมขน y มแนวโนมทจะมคาเพมขนดวย ถา r = –1 แสดงวา x กบ y มความสมพนธเชงเสนทางลบ คอเมอ x มคาเพมขน y มแนวโนมทจะมคาลดลง ถา r เขาใกล 0 แสดงวา x และ y ไมมความสมพนธเชงเสนตอกน ในกรณทตองการทดสอบเกยวกบสหสมพนธเชงเสนระหวางประชากร 2 กลม โดยมขอสมมตวาตวแปร X และ Y มการแจกแจงแบบปกตสองทาง ในการทดสอบสมประสทธสหสมพนธของประชากรดวย

สมมตฐานหลก H0: = 0 เมอ แทน สมประสทธสหสมพนธของประชากร สามารถทาไดโดยใชสถตทดสอบท ดงน

41

t = r n

r

21 2 (2.26)

ซง t มการแจกแจงแบบสตวเดนทททระดบองศาอสระ n–2

ถากาหนดสมมตฐานแยงเปน H1 : ρ 0 จะปฏเสธ H0 ทระดบนยสาคญ ถา calt >

)2,2(t n

ถากาหนดสมมตฐานแยงเปน H1 : ρ > 0 จะปฏเสธ H0 ทระดบนยสาคญ ถา calt >

( ,n 2)t

ถากาหนดสมมตฐานแยงเปน H1 : ρ < 0 จะปฏเสธ H0 ทระดบนยสาคญ ถา calt <

( ,n 2)t

4) การเปรยบเทยบคาเฉลยประชากร 2 กลมทไมอสระกน สถตทใชเปรยบเทยบความแตกตางระหวางจานวนพนกงานปกอนหนาและจานวนพนกงานปจจบน และเปรยบเทยบรายไดปกอนหนาและรายไดปจจบนของบรษทตางๆ คอ t–test แบบสองกลมไมอสระ (Two Dependent Samples) มสตรคานวณดงน

2 2t

n – ( )(n – )

DD D

1

(2.27)

เมอ t คอ คาสถตทดสอบของความแตกตางเฉลยของตวแปรทสนใจศกษาปปจจบนและตวแปรท สนใจในปกอนหนา

D คอ ผลรวมของผลตางคาของตวแปรในปปจจบนและปกอนหนา

2D คอ ผลรวมกาลงสองของผลตางคาของตวแปรในปปจจบนและปกอนหนา

2D คอ ผลรวมผลตางคาของตวแปรในปปจจบนและปกอนหนาทงหมดกาลงสอง

n คอ ขนาดตวอยาง โดย มระดบองศาอสระ df = n – 1

เนองจากจานวนพนกงานปกอนหนากบจานวนพนกงานปปจจบนมความสมพนธกน และรายไดปกอนหนาและปปจจบนมความสมพนธกน ในการเปรยบเทยบคาเฉลยของประชากรสองกลมทสมพนธกนจงใชสถตทดสอบ t-test แบบสองกลมไมอสระกน