โซล่าเซลล์คืออะไร?

8 มกราคม 2559 (09:33)โพสท์โดย solarcellthai

โซล่าเซลล์คืออะไร? โซล่าเซลล์คืออะไร?

โซล่าเซลล์เป็นอุปกรณ์สำหรับเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานไฟฟ้า โดยมีสารกึ่งตัวนำ เช่น ซิลิกอนซึ่งเป็นสารชนิดเดียวกับที่ใช้ทำชิพคอมพิวเตอร์และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ไม่เป็นพิษ มีราคาถูก และคงทน จากนั้นนำมาผ่านกระบวนการทำให้บริสุทธิ๋ และอยู่ในรูปแบบที่จะนำไปทำเซลล์เเสงอาทิตย์ได้ เมื่อแสงอาทิตย์มากระทบกับเซลล์พลังงานแสงซึ่งมีอนุภาคของ โปรตอน ซึ่งประจุบวก(+) ไปกระทบกับสารกึ่งตัวนำบนเซลล์ที่มีอนุภาคเป็นอิเล็กตรอนซึ่งเป็นประจุลบ(-) เกิดการถ่ายเทพลังงานระหว่างกัน ทำให้อนุภาคอิเล็กตรอนหลุดออกจากนิวเคลียสของอะตอมและเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ เมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่ครบวงจร จึงสามารถต่อกระแสไฟฟ้าดังกล่าวไปใช่งานได้นั่นเอง

โซล่าเซลล์เริ่มเป็นที่นิยมนำมาผลิตกระแสไฟฟ้าในครัวเรือนมากขึ้น เนื่องจากโซล่าเซลล์ในปัจจุบันมีราคาที่ถูกกว่าเมื่อก่อนมากไฟฟ้าที่ผลิตจากโซลล่าเซลล์นั้นสามารถนำไปใช้ได้กับเครื่องใช้ไฟฟ้าทุกชนิด นำกระแสไฟฟ้าที่ผลิตได้ในตอนกลางวันเก็บไว้ในแบตเตอรี่ เพื่อนำมาใช้ในตอนกลางคืนได้ ทำให้ช่วยประหยัดค่าไฟฟ้า นอกจากนี้ยังสามารถต่อพ่วงระบบไฟฟ้าที่ผลิตจากโซลาร์เซลล์ เข้ากับระบบของการไฟฟ้าได้โดยใช้ grid inverter เมื่อไฟฟ้าทีผลิตได้จากโซลาร์เซลล์ ไม่เพียงพอ ระบบจะดึงไฟฟ้าจากการไฟฟ้ามาใช้ต่อเนื่องทันที

โซล่าเซลล์กับการเกษตร ในปัจจุบันมีกลุ่มเกษตรมากมายที่นำเอาประโยชน์ของโซล่าเซลล์ไปใช้ในการเกษตร อย่าง กลุ่มเกษตรพอเพียง ที่ได้นำแนวปรัชญาเศรษฐกิจพอเพียง มาปฏิบัติจนประสบความสำเร็จอย่างกว้างขวาง ก็ได้นำโซลล่าเซลล์ไปประยุกต์ใช้ในการสูบน้ำเพื่อการเกษตร และยังเป็นที่สนใจของกลุ่มนิสิตภาควิชาวิศกรรมคอมพิวเตอร์ คณะวิศกรรมศรีราชา มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ นำโซลล่าเซลล์มาพัฒนาเพื่อการสาธารณะประโยชน์ของชุมชน คือการทำ ระบบแปลงเกษตรอัจฉริยะ ควบคุมการเปิด-ปิดน้ำที่ีใช้ในการรดผักอัตโนมัติ และกักเก็บนำมาใช้ในการเกษตรและใช้ในยามขาดแคลน

ชนิดของโซล่าเซลล์

ยุคปัจจุบันการนำพลังงานแสงอาทิตย์มาใช้ประโยชน์ อาจแยกได้เป็น 2 ประเภท ได้แก่ การผลิตกระแสไฟฟ้าด้วยเซลล์แสงอาทิตย์ และการผลิตกระแสไฟฟ้าด้วยความร้อนจากแสงอาทิตย์ ซึ่งการผลิตไฟฟ้าด้วยแสงอาทิตย์ที่สามารถนำมาใช้ได้อย่างมีประสิทธิภาพและเหมาะสมกับประเทศไทย คือ การใช้เซลล์อาทิตย์ (solar cell) ซึ่งเป็นอุปกรณ์สำหรับเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานไฟฟ้า โดยการ นำสารกึ่งตัวนำ เช่น ซิลิคอน ผ่านกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ เพื่อผลิตให้เป็นแผ่นบางบริสุทธิ์ ซึ่งดูดกลืนพลังงานแสงอาทิตย์แล้วเปลี่ยนเป็นพาหะนำไฟฟ้า ทันทีที่แสงตกกระทบบนแผ่นเซลล์ จะเกิดการถ่ายทอดพลังงานระหว่างกัน พลังงานจากแสงอาทิตย์จะทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของกระแสไฟฟ้า(อิเลคตรอน) ขึ้นในสารกึ่งตัวนำ สามารถต่อกระแสไฟฟ้าดังกล่าวไปใช้งานได้

จากหลักการทำงานดังกล่าว ชนิดของสารหลักที่ใช้ในการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ ซึ่งปัจจุบันนิยมใช้กันอยู่ 2 ประเภทคือ

ประเภทแรกเป็นเซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากสารกึ่งตัวนำประเภทซิลิคอน จะแบ่งตามลักษณะของผลึกที่เกิดขึ้น แบบที่เป็นรูปผลึก (Crystalline) และแบบที่ไม่เป็นรูปผลึก (Amorphous)

แบบที่เป็นรูปผลึก จะแบ่งเป็น 2 ประเภท ได้แก่

1. แบบผลึกเดี่ยว (Mono Crystalline) เป็นเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดแรกๆ ที่ได้รับการผลิต และจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ มีลักษณะเป็นแผ่นซิลิคอนหนาประมาณ 300 ไมครอน หรือที่เรียกว่าเวเฟอร์

2.แบบผลึกรวม (Poly Crystalline) เป็นเซลล์แสงอาทิตย์ที่ได้รับการพัฒนาขึ้น เพื่อ ลดต้นทุนของโซลาร์เซลล์แบบผลึกเดี่ยว โดยยังคงคุณสมบัติและประสิทธิภาพการใช้งาน ใกล้เคียงกับแบบผลึกเดี่ยวมากที่สุด ซึ่งโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ส่วนใหญ่ในประเทศไทยจะนิยมใช้เซลล์แสงอาทิตย์ประเภทนี้

: แบบผลึกเดี่ยว (Mono Crystalline)

: แบบผลึกรวม (Poly Crystalline)

แบบที่ไม่เป็นรูปผลึก ได้แก่ ชนิดฟิล์มบางอะมอร์ฟัสซิลิคอน ( Amorphous หรือ Thin Film) เป็นเทคโนโลยีใหม่ที่ได้รับการคิดค้นและพัฒนาขึ้น เพื่อประหยัดต้นทุนและเวลาในการผลิต เนื่องจากเป็นฟิลม์บางเพียง 0.5 ไมครอน น้ำหนักเบาและมีความยืดหยุ่นกว่าแบบผลึก เหมาะกับการใช้ในโครงการโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่

อย่างไรก็ตาม นับเป็นเรื่องที่น่ายินดีว่าในบ้านเรานั้น ก็มีโรงไฟฟ้าที่นำเซลล์แสงอาทิตย์ประเภทนี้มาใช้แล้ว นั่นคือ “ลพบุรี โซลาร์” ซึ่งเป็นโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ประเภทฟิล์มบาง (Thin Film) ที่ใหญ่ที่สุดในภูมิภาคอาเซียนและใหญ่ติดอันดับโลก เพราะใช้เซลล์แสงอาทิตย์มากกว่า 545,000 แผง และตั้งอยู่บนที่พื้นกว่า 1,200 ไร่ ใน จ.ลพบุรี โดยเกิดจากการผนึกกำลังของ 3 บริษัท 3 สัญชาติ ทั้ง เอ็กโก กรุ๊ป ของไทย ซีแอลพี จากฮ่องกง และดีจีเอ จากญี่ปุ่น

อีกกลุ่มหนึ่งเป็นเซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากสารประกอบที่ไม่ใช่ซิลิคอน เป็นเซลล์แสงอาทิตย์ที่มประสิทธิภาพสูงถึง 25% ขึ้นไป มีราคาสูงมาก จึงไม่นิยมนำมาใช้บนพื้นโลก เหมาะนำไปใช้งานสำหรับดาวเทียมและระบบรวมแสงเป็นส่วนใหญ่ อย่างไรก็ตาม การพัฒนากระบวนการผลิตสมัยใหม่จะทำให้เซลล์แสงอาทิตย์ประเภทนี้มีราคาถูกลง และสามารถนำมาใช้มากขึ้นในอนาคต โดยปัจจุบันนำมาใช้เพียง 7 % ของปริมาณที่มีใช้ทั้งหมด

ปัจจัยที่มีผลต่อประสิทธิภาพของแผงโซลาเซล์

ประสิทธิภาพของแผงโซลาร์ หมายถึง ผลลัพธ์กำลังไฟฟ้าที่วัดได้ต่อหนี่งหน่วยพื้นที่หน้าตัด ทั้งนี้ประสิทธิภาพของแผงโซลาร์ที่ได้จะมีตัวแปรอยู่หลายตัวด้วยกัน ได้แก่

ชนิดของโซลาร์เซลล์
การเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวมของแผงโซลาร์โดยตรงคือการเลือกใช้เซลล์ที่มีประสิทธิภาพในการเปลี่ยนพลังงานแสงเป็นพลังงานไฟฟ้าสูง แต่การใช้เซลล์ประสิทธิภาพสูง ย่อมส่งผลให้ราคาของแผงสูงตามด้วย

โครงสร้างของแผง
โครงสร้างของแผงที่ดีจะช่วยให้แผงมีประสิทธิภาพสูงขึ้น เช่น การใช้กระจกที่มีคุณสมบัติลดการสะท้อนแสงเป็นส่วนประกอบของแผง จะช่วยให้เซลล์ได้รับแสงมากขึ้น ส่งผลให้ผลิตไฟฟ้าได้มากขึ้น

ความเข้มของแสงที่ตกกระทบ
กระแสไฟฟ้าที่โซลาร์เซลล์ผลิตได้ จะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความแข้งของแสง หากแสงที่ตกกระทบแผงโซลาร์มีความเข้มสูง แผงก็จะผลิตกระแสไฟฟ้าได้มาก ขณะที่แรงดันไฟฟ้าจะแปรตามความเข้มแสงน้อยมาก ดังนั้นที่กำลังไฟฟ้าที่ผลิตได้จะสูงขึ้น เมื่อความเข้มของแสงเพิ่มขึ้น

อุณหภูมิ
อุณหภูมิมีผลโดยตรงกับประสิทธิภาพของโซลาร์เซลล์ กำลังไฟฟ้าที่ผลิตได้จะลดลง เมื่อเซลล์มีอุณหภูมิสูงขึ้น โดยทั่วไปแล้วผู้ผลิตแผงโซลาร์จะระบุข้อมูลทางเทคนิคที่วัดจากการทดลองในสภาวะแวดล้อมมาตรฐานคือ อุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียส แต่อุณหภูมิของแผงที่การใช้งานจริงอาจสูงถึง 45 องศาเซลเซียส ดังนั้นการออกแบบระบบเพื่อให้ได้กำลังไฟฟ้ารวมที่ต้องการควรคำนึงถึงอุณหภูมิเวลาใช้งานจริง หากโครงสร้างของแผงสามารถระบายความร้อนได้ดี ก็จะช่วยให้ประสิทธิภาพของแผงสูงขึ้นได้อีกด้วย

ลักษณะการติดตั้งแผง
หากมีเงาบดบังแผงโซลาร์เพียงส่วนใดส่วนหนึ่ง อาจส่งผลให้ประสิทธิภาพของแผงลดลงอย่างมาก ดังนั้นจึงควรติดตั้งแผงโซลาร์ในสถานที่ที่ไม่มีเงาของวัตถุใดมาบดบัง

องศาการตกกระทบของแสงก็มีผลเช่นกัน โซลาร์เซลล์จะมีประสิทธิภาพสูงสุดเมื่อแสงตกกระทบกับเซลล์แบบตั้งฉาก สำหรับประเทศไทยนั้น ทิศทางและองศาการติดตั้งแผงที่จะทำให้รับแสงได้ดีที่สุด คือ หันไปทางทิศใต้และทำมุม 15 องศาจากพื้นดิน

การดูแลรักษา
เมื่อใช้งานไปได้ช่วงระยะเวลาหนึ่ง ย่อมมีฝุ่นละอองหรือสิ่งปฏิกูล เช่น มูลนก เปื้อนแผงโซลาร์ หรืออาจมีต้นไม้งอกขึ้นมาบดบังแสงที่จะตกกระทบแผง ซึ่งมีผลทำให้แผงได้รับแสงลดลง หรือเกิดเงาบนส่วนใดส่วนหนึ่งของแผง ส่งผลให้ประสิทธิภาพโดยรวมลดลง การทำความสะอาดและดูและไม่ให้เกิดเงามาบดบังแผง จะช่วยให้ประสิทธิภาพของทั้งระบบดีคงเดิมได้