กระจกใสผลิตไฟฟ้าได้จริงไหม?

ผนังกระจกของอาคารสูงใจกลางเมืองอาจดูเหมือนมีหน้าที่รับแสง เปิดมุมมอง และกันลมฝนเท่านั้น แต่เทคโนโลยีอาคารยุคใหม่กำลังเพิ่มงานอีกอย่างให้กับพื้นผิวเดียวกัน นั่นคือการรับพลังงานจากแสงแดดแล้วเปลี่ยนเป็นกระแสไฟฟ้า กระจกชนิดนี้เรียกกันว่า transparent solar หรือ semitransparent photovoltaic และเมื่อออกแบบรวมเข้ากับตัวอาคารจะอยู่ในกลุ่ม building integrated photovoltaics หรือ BIPV

แนวคิดนี้มีพื้นฐานทางวิทยาศาสตร์จริง ไม่ใช่กระจกธรรมดาที่จู่ ๆ ก็ผลิตไฟได้เอง แผ่นกระจกต้องมีชั้นสารกึ่งตัวนำ อิเล็กโทรด เส้นนำไฟฟ้า และระบบเชื่อมต่อกับอินเวอร์เตอร์ซ่อนอยู่ในโครงสร้าง พลังงานที่ผลิตได้จึงนำไปใช้กับไฟส่องสว่าง ระบบปรับอากาศ อุปกรณ์ควบคุมอาคาร ลิฟต์ หรือโหลดไฟฟ้าบางส่วนภายในตึกได้ ขนาดพลังงานที่ได้ขึ้นอยู่กับชนิดของเซลล์ พื้นที่รับแดด ทิศทางของอาคาร เงาจากตึกข้างเคียง และระดับความใสของกระจก

แสงที่ตาเห็นกับแสงที่เซลล์เลือกเก็บ

แสงแดดไม่ได้มีแค่สีที่มองเห็นด้วยตา แต่ยังมีรังสีอัลตราไวโอเลตและอินฟราเรดปะปนอยู่ด้วย เซลล์แสงอาทิตย์ทั่วไปมักดูดซับแสงที่ตามองเห็นจำนวนมาก จึงมีสีเข้มหรือทึบเพื่อแลกกับกำลังผลิตที่สูงขึ้น ส่วนกระจกโซลาร์เซลล์แบบใสพยายามจัดการแสงแบบเลือกช่วงคลื่น บางแนวทางปล่อยให้แสงที่ตามองเห็นผ่านไป แล้วใช้วัสดุที่รับรังสีบางช่วงซึ่งตามองไม่เห็นมาเปลี่ยนเป็นไฟฟ้า บางแนวทางใช้เซลล์ขนาดเล็กเรียงเป็นช่วง ๆ หรือใช้ฟิล์มบางที่ลดการบังทัศนวิสัย

คำว่าใสจึงไม่ได้หมายความว่ากระจกปล่อยแสงผ่านได้ร้อยเปอร์เซ็นต์และผลิตไฟได้เท่ากับแผงสีดำบนหลังคา ยิ่งต้องการความใสมาก พื้นที่และปริมาณแสงที่เซลล์ใช้ผลิตไฟก็มักลดลงตามไปด้วย นักวิจัยจึงต้องหาสมดุลระหว่างความใส สีของกระจก ความร้อนที่ผ่านเข้าห้อง และกำลังไฟที่ได้จริง

เมื่อผนังตึกกลายเป็นส่วนหนึ่งของระบบไฟฟ้า

อาคารสูงมีพื้นที่ผนังมากกว่าพื้นที่หลังคาหลายเท่า นี่เป็นเหตุผลที่กระจกผลิตไฟฟ้าน่าสนใจสำหรับเมืองที่ที่ดินมีราคาแพงและอาคารต้องใช้พื้นที่แนวตั้งให้คุ้มค่า หน้าต่าง ผนังทึบระหว่างชั้น หรือส่วนกันแดดอาจออกแบบให้เป็นพื้นผิวรับพลังงานได้ตั้งแต่ขั้นตอนก่อสร้าง ไม่ต้องติดแผงขนาดใหญ่เพิ่มบนหลังคาเพียงอย่างเดียว

ระบบที่ติดตั้งบนอาคารมักวางแผนให้ไฟจากแสงแดดไหลเข้าสู่ตู้ควบคุมและอินเวอร์เตอร์ จากนั้นจึงเปลี่ยนไฟกระแสตรงเป็นไฟกระแสสลับสำหรับใช้งานในอาคาร ถ้าผลิตได้ไม่พอ ระบบก็ยังดึงไฟจากโครงข่ายตามปกติ ถ้าผลิตได้มากกว่าความต้องการในช่วงนั้น อาจเก็บไว้ในแบตเตอรี่หรือส่งออกตามเงื่อนไขที่หน่วยงานและสัญญาอนุญาต

อาคารสูงไม่ได้รับแดดเท่ากันทุกด้าน ด้านที่หันเข้าหาดวงอาทิตย์จะรับแสงแรงกว่า แต่ก็อาจมีความร้อนสะสมมากขึ้น เงาจากอาคารข้างเคียงทำให้กำลังผลิตลดลงเป็นช่วง ๆ ขณะที่ด้านซึ่งรับแสงกระจายอาจผลิตได้น้อยกว่าแต่สม่ำเสมอในบางฤดูกาล การออกแบบจึงต้องดูข้อมูลแดดและเงาของพื้นที่จริง ไม่ใช่คูณจำนวนตารางเมตรด้วยกำลังสูงสุดจากโบรชัวร์แล้วถือเป็นตัวเลขที่จะเกิดขึ้นทุกวัน

ความใสต้องแลกกับกำลังผลิตแค่ไหน

ตัวเลขที่ควรถามจากผู้ผลิตมีอย่างน้อยสองชุด ชุดแรกคือค่าการส่งผ่านแสงที่ตามองเห็น หรือ visible light transmittance บอกว่ากระจกสว่างและใสเพียงใด ชุดที่สองคือกำลังไฟต่อพื้นที่และประสิทธิภาพการแปลงพลังงาน บอกว่ากระจกหนึ่งตารางเมตรผลิตไฟได้มากแค่ไหนภายใต้เงื่อนไขทดสอบ เมื่อค่าความใสสูงขึ้น เซลล์มักได้รับพลังงานน้อยลง และกำลังผลิตต่อพื้นที่อาจต่ำกว่าแผงโซลาร์เซลล์ทึบแสง

ยังมีรายละเอียดด้านสีและภาพที่มองผ่านกระจกด้วย กระจกบางชนิดออกโทนเทา น้ำเงิน หรือชา บางชนิดพยายามรักษาสีให้ใกล้เคียงกระจกอาคารทั่วไป ถ้าใช้เป็นหน้าต่างห้องทำงาน ความใสและการแสดงสีของแสงภายในอาจสำคัญพอ ๆ กับกำลังไฟ ถ้าใช้เป็นผนังทึบหรือแผงบังแดด ก็อาจยอมให้กระจกเข้มขึ้นเพื่อแลกกับการผลิตไฟที่ดีขึ้น

ประสิทธิภาพในห้องทดลองกับประสิทธิภาพเมื่อนำไปติดบนตึกจริงก็ไม่ใช่เรื่องเดียวกัน อุปกรณ์เชิงทดลองอาจทำตัวเลขได้ดีในสภาพควบคุม แต่เมื่อต้องทนแดด ฝน ความชื้น ฝุ่น การสั่นสะเทือน และการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิเป็นเวลาหลายปี ตัวเลขอาจลดลง จึงต้องดูอายุการรับประกัน วิธีเปลี่ยนกระจกที่เสีย การเสื่อมของสี ความปลอดภัยจากไฟไหม้ และมาตรฐานงานอาคารควบคู่กัน

ไฟจากแดดฟรี แต่ระบบไม่ได้ฟรี

คำว่าไฟใช้ฟรีเหมาะใช้เป็นภาษาพาดหัวมากกว่าภาษาคำนวณต้นทุน แสงแดดไม่ต้องซื้อ แต่กระจกชนิดพิเศษมีราคาสูงกว่ากระจกอาคารทั่วไป และยังมีค่าโครงยึด สายไฟ กล่องรวมวงจร อินเวอร์เตอร์ ระบบป้องกันไฟย้อน ระบบควบคุม แรงงานติดตั้ง การตรวจรับ และค่าบำรุงรักษา บางโครงการอาจต้องเปลี่ยนแบบผนังหรือเสริมโครงสร้างตั้งแต่ก่อนก่อสร้าง หากนำกระจกโซลาร์เซลล์ไปติดแทนกระจกเดิมโดยไม่วางแผน อาจมีค่าใช้จ่ายเพิ่มจนผลประหยัดไม่คุ้ม

การประหยัดค่าไฟเกิดจากการที่อาคารซื้อไฟจากโครงข่ายน้อยลงในช่วงที่ระบบผลิตไฟได้ ไม่ได้แปลว่าค่าไฟเป็นศูนย์ตลอดวัน ตอนกลางคืนไม่มีแสงสำหรับผลิตไฟ วันที่ฝนตกหรือมีเงาบังให้กำลังลดลง และโหลดขนาดใหญ่ เช่น เครื่องปรับอากาศ ลิฟต์ หรือระบบปั๊มน้ำ อาจกินไฟมากกว่าที่กระจกแนวตั้งผลิตได้ หากต้องการใช้ไฟต่อเนื่องก็ต้องมีไฟจากโครงข่ายหรือแบตเตอรี่สำรอง

การวัดความคุ้มจึงควรดูค่าไฟที่ลดได้จริงต่อปี อายุระบบ และค่าใช้จ่ายดูแล มากกว่าดูเพียงคำโฆษณาว่าผลิตไฟได้เท่าใด การวางกระจกไว้ด้านที่มีเงาตลอดวันอาจดูสวยแต่ให้ผลทางพลังงานต่ำ ขณะที่การใช้กระจกโซลาร์เซลล์เฉพาะส่วนที่รับแดดดี แล้วเสริมแผงทึบบนหลังคาหรือผนังทึบ อาจให้ผลรวมที่สมเหตุสมผลกว่า

การไฟฟ้าไม่ได้ห้ามเพราะกลัวไฟฟรี

ระบบผลิตไฟฟ้าบนอาคารต้องเชื่อมต่ออย่างปลอดภัย ไม่ว่าจะใช้กระจกใส แผงบนหลังคา หรือแผงที่ติดกับผนัง เมื่อระบบขนานกับโครงข่าย อินเวอร์เตอร์ต้องหยุดจ่ายไฟเมื่อเกิดไฟดับ เพื่อไม่ให้เจ้าหน้าที่ที่กำลังซ่อมสายไฟต้องเจอกระแสไฟจากอาคารย้อนกลับเข้าไป นอกจากนี้ยังต้องตรวจเรื่องแรงดัน ความถี่ การป้องกันไฟกระชาก การต่อลงดิน และขนาดกำลังผลิตที่เหมาะกับจุดเชื่อมต่อ

ในประเทศไทย การติดตั้งเพื่อใช้ไฟภายในอาคารยังมีขั้นตอนตรวจสอบและขอเชื่อมต่อกับการไฟฟ้าที่รับผิดชอบพื้นที่ รายละเอียดแตกต่างกันตามเขตของการไฟฟ้านครหลวงหรือการไฟฟ้าส่วนภูมิภาค รวมถึงประเภทอาคารและรูปแบบการใช้ไฟ การติดตั้งเพื่อใช้เองไม่ควรถูกตีความว่าเดินสายต่อเข้าระบบได้ทันที ส่วนการขายไฟส่วนเกินก็ต้องดูโครงการและเงื่อนไขที่เปิดรับในช่วงเวลานั้น

สำหรับคอนโดมิเนียมหรืออาคารสำนักงาน ยังมีเรื่องสิทธิในผนังและพื้นที่ส่วนกลางเข้ามาเกี่ยวข้อง กระจกด้านนอกอาจเป็นทรัพย์สินของนิติบุคคลหรืออยู่ภายใต้ข้อกำหนดของโครงการ การเปลี่ยนวัสดุเปลือกอาคารต้องผ่านวิศวกร ผู้ออกแบบ ผู้ดูแลอาคาร และหน่วยงานที่เกี่ยวข้อง การไฟฟ้าจึงไม่ได้มีหน้าที่ขัดขวางเทคโนโลยี แต่ต้องคุมให้ระบบใหม่ไม่สร้างความเสี่ยงกับสายส่ง มิเตอร์ ผู้ใช้อาคาร และทีมปฏิบัติงาน

ถ้าจะติดตั้งควรถามอะไรให้ครบ

เริ่มจากถามว่าผลิตภัณฑ์เป็นกระจกผลิตไฟฟ้าจริงหรือเป็นเพียงกระจกกันความร้อนและกระจกอัจฉริยะ เพราะวัสดุสองกลุ่มนี้ช่วยลดภาระเครื่องปรับอากาศได้ แต่ไม่ได้ผลิตกระแสไฟฟ้าเหมือนกัน จากนั้นขอเอกสารกำลังผลิตต่อพื้นที่ ค่าการส่งผ่านแสง เงื่อนไขทดสอบ และกราฟผลผลิตเมื่อมีแดดหลายระดับ อย่าดูเฉพาะกำลังสูงสุดในช่วงแดดจัด ควรขอประมาณการพลังงานรายเดือนจากทิศทางและเงาของอาคารจริง

รายการที่ควรถามต่อมีอายุการใช้งานของสารเคลือบ การรับประกันกระจกและเซลล์ วิธีซ่อมเมื่อวงจรบางช่องเสีย การทดสอบแรงลม ความปลอดภัยจากความร้อนและไฟไหม้ น้ำหนักต่อพื้นที่ และการเชื่อมต่อกับอินเวอร์เตอร์ที่ได้มาตรฐาน หากเป็นอาคารเดิม ต้องตรวจว่าสามารถเดินสายจากกรอบหน้าต่างลงสู่ตู้ไฟได้หรือไม่ และต้องปิดพื้นที่ทำงานนานแค่ไหน

ภาพกระจกใสที่รับแสงแดดแล้วจ่ายไฟให้อาคารจึงมีอนาคต โดยเฉพาะเมืองที่พื้นที่หลังคาจำกัดและผนังอาคารรับแดดได้มาก แต่เทคโนโลยีนี้ไม่ใช่ทางลัดที่ทำให้ตึกเลิกพึ่งพาโครงข่ายไฟฟ้าในทันที ทางเลือกที่ดีมักเป็นการผสมหลายวิธี ทั้งออกแบบอาคารให้บังแดด ใช้กระจกประสิทธิภาพสูง ติดแผงทึบในพื้นที่ที่รับแดดดี และใช้กระจกโซลาร์เซลล์เฉพาะตำแหน่งที่คุ้มค่า เมื่อวางระบบด้วยข้อมูลจริง ผนังกระจกก็อาจเปลี่ยนจากพื้นผิวที่ใช้รับวิวให้กลายเป็นส่วนหนึ่งของโรงไฟฟ้าขนาดย่อมของอาคารได้