แบบจำลองหอพลังลม

ดวงอาทิตย์เป็นแหล่งความร้อนและพลังงานที่ทรงพลังที่สุด ด้วยเวลาน้อยกว่า 15 วินาที มันสามารถส่งพลังงานมายังโลกเท่ากับที่มนุษย์ต้องใช้ทั้งหมดในหนึ่งวันเลยทีเดียว พลังงานส่วนใหญ่ของมันจะเดินทางมายังโลกในรูปแบบของแสงและความร้อน ไม่น่าแปลกใจเลยว่าทำไมมนุษย์จึงได้คิดหาวิธีเก็บพลังงานที่ว่านี้และนำมันมาใช้ประโยชน์กันมาเป็นเวลานานแล้ว ในช่วงสองศตวรรษที่ผ่านมา

นักวิทยาศาสตร์ได้เฝ้าศึกษาและพัฒนาเทคโนโลยีที่จะนำมาใช้แปลงพลังงานจากดวงอาทิตย์ให้กลายเป็นพลังงานไฟฟ้าโดยตรง ทุกวันนี้ได้มีวิธีการมากมายที่ใช้ในการผลิตพลังงานจากแสงอาทิตย์ อาทิ โซล่าเซลล์ เครื่องเก็บพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์และระบบรวมแสงอาทิตย์ หนึ่งในระบบที่กล่าวมามีสิ่งที่เรียกว่า “หอพลังลม” (solar updraft tower) ที่ผลิตพลังงานไฟฟ้าจากความร้อนแสงอาทิตย์อุณหภูมิต่ำ หลักวิทยาศาสตร์ที่อยู่เบื้องหลังแนวคิดดังกล่าวมาจากปรากฏการณ์เรือนกระจกและปรากฏการณ์ปล่องควันไฟหรือภาวะความแตกต่างของอุณหภูมิอากาศ (stack effect) โรงผลิตไฟฟ้าดังกล่าวนี้ประกอบด้วยตัวสะสมพลังงานขนาดใหญ่และหอที่ทั้งมีทรงเรียวและมีความสูงมาก โครงสร้างของตัวสะสมพลังงานจะทำหน้าที่เหมือนกับเรือนกระจกขนาดยักษ์ ประกอบไปด้วยโครงสร้างหลังคาแผ่นใสขนาดใหญ่ที่แขวนอยู่สูงเหนือจากพื้น 6-65 ฟุต (2-20 เมตร) ส่วนหอสูงจะตั้งอยู่ใจกลางโครงสร้างหลังคาใสและมีช่องให้อากาศเข้าขนาดใหญ่อยู่ที่ฐาน ภายในหอสูงนั้นคือกังหันลมขนาดใหญ่ที่คอยผลิตไฟฟ้า

เมื่อมีแสงแดดส่องมาที่ตัวสะสมพลังงาน ความร้อนจากดวงอาทิตย์ก็ถูกถ่ายไปสู่ด้านล่างเหมือนกับในเรือนกระจก ซึ่งจะไปทำความร้อนอากาศและพื้นใต้โครงสร้างหลังคาใส เมื่ออากาศที่ร้อนนั้นมีความหนาแน่นน้อยกว่าอากาศที่เย็น มันก็จะเริ่มลอยตัวขึ้นและทำให้เกิดการไหลเวียนของอากาศหรือที่เรียกว่าการพาความร้อน (thermal convection)
เนื่องจากอากาศไม่มีทางให้ออกไปได้นอกจากไหลไปยังหอด้านบน อากาศที่ลอยตัวขึ้นไปในหอจึงทำให้เกิดความดันต่ำที่ด้านล่างของหอ ส่วนอากาศร้อนจากตัวสะสมก็จะยิ่งถูกดูดเข้าไปในหอผ่านช่องรับอากาศที่ฐาน ผลคือรังสีดวงอาทิตย์ทำให้เกิดการลอยตัวขึ้นด้านบนของอากาศอย่างสม่ำเสมอในหอ กังหันลมที่ติดตั้งอยู่ด้านในหอจะแปลงพลังงานที่อยู่ในอากาศที่ลอยขึ้นด้านบนไปเป็นพลังงานจลน์ โดยการเคลื่อนที่ของตัวใบพัด ในขั้นตอนต่อไป พลังงานดังกล่าวจะถูกแปลงไปเป็นพลังงานไฟฟ้าโดยเครื่องกำเนิดไฟฟ้า แม้ว่าเทคโนโลยีดังกล่าวจะดูเป็นระบบที่ไม่ซับซ้อนและสามารถผลิตพลังงานได้จำนวนมาก แต่ก็ยังไม่มีการใช้งานระบบดังกล่าวอย่างเต็มรูปแบบแต่อย่างใด แม้ว่าจะมีการสร้างแบบจำลองต้นแบบออกมาหลายรุ่นและทำการศึกษาทดลองไปแล้วก็ตาม

• เพื่อเสริมสร้างความเข้าใจว่าความร้อนจากดวงอาทิตย์สามารถแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้าได้
• เพื่อเสริมสร้างความเข้าใจว่าหอพลังลมใช้ดวงอาทิตย์ในการทำความร้อนในอากาศ ที่ช่วยให้กังหันลมหมุนได้ภายในหอขนาดใหญ่
• เพื่อเสริมสร้างความเข้าใจว่าใบพัดจะหมุนได้ด้วยลมร้อนเท่านั้น

1. เกิดอะไรขึ้นกับใบพัดที่อยู่บนยอดของเข็ม มันเคลื่อนไหวหรือไม่
2. เกิดอะไรขึ้นเมื่อเราเปิดโคมไฟ
3. สังเกตเห็นอะไรบ้างเกี่ยวกับอุณหภูมิ มีการเปลี่ยนแปลงหรือไม่ ถ้ามี เป็นอย่างไร จงอธิบาย