โซล่าเซลล์ คืออะไร ?

โซล่าเซลล์ คืออะไร ? 

Solar Cell คือ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ที่ทำจากสารกึ่งตัวนำ ชนิดพิเศษ ที่มีคุณสมบัติ ในการเปลี่ยนพลังงานจากแสงอาทิตย์ ไปเป็นพลังงานไฟฟ้า โดยกระแสไฟฟ้าที่ผลิตได้จาก Solar Cell จะเป็นไฟฟ้ากระแสตรง +/- ซึ่งเราสามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้ทันที รวมทั้งสามารถนำไปเก็บไว้ในแบตเตอรี่ และใน Power Bank ได้

โซล่าเซลล์   เป็นอุปกรณ์สำหรับเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานไฟฟ้า 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   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)

  

ทำไมแสงอาทิตย์ จึงสามารถเปลี่ยนเป็นกระแสไฟฟ้าได้  อธิบายง่ายๆดังต่อไปนี้ ดวงอาทิตย์ได้ปลดปล่อยพลังงานออกมา เป็นแสงอาทิตย์ และเดินทางมายังผิวโลก ซึ่งแสงจากดวงอาทิตย์ ประกอบด้วยอนุภาคของพลังงาน ที่เรียกว่า Photon โดย Photon จะทำหน้าที่ถ่ายเทพลังงานต่อให้กับ Electron ในสารกึ่งตัวนำของเซลล์แสงอาทิตย์ ( Solar Panel ) จนอยู่ในสถานะ Excited State ซึ่งเมื่อ Electron ได้รับพลังงานจาก Photon แล้ว ก็จะกระโดดออกมาจาก Atom และเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ

ดังงนั้นเมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่ครบวงจรจะทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าขึ้นขั้วไฟฟ้า (Electrode) ที่อิเล็กตรอนมารวมกันและเคลื่อนที่ผ่านเรียกว่า “ขั้วลบ” และขั้วที่อยู่ตรงข้ามจะเรียกว่า “ขั้วบวก” เมื่อขั้วทั้ง 2 ถูกต่อด้วยหลอดไฟฟ้าก็จะทำให้มีแสงสว่างเกิดขึ้น

โดยสารกึ่งตัวนำที่นิยมนำมาผลิต เซลล์แสงอาทิตย์ ในปัจจุบันคือสารซิลิคอนสาเหตุเพราะมีราคาต่ำและหาได้ง่ายในธรรมชาติ

HIGHTLIGHT

Solar Cell เป็นพลังงานสะอาด ที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม

พลังงานไฟฟ้า ที่ผลิตได้จากแผงโซล่าเซลล์ ไม่สร้างผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม และไม่ปล่อยก๊าซเรือนกระจก  Co2 เหมือนกับแหล่งพลังงานอื่นๆ เช่น น้ำมัน และโรงไฟฟ้าที่ใช้กระบวนการผลิตจากก๊าซธรรมชาติ และถ่านหิน

Solar Cell เป็นพลังงาน ที่ใช้แล้วไม่มีวันหมดไป

Solar Cell ใช้งานง่าย ไม่ซับซ้อน และมีอายุการใช้งานยาวนาน มากถึง 25 ปี

เกร็ดน่ารู้

Solar Cell ถูกค้นพบขึ้นครั้งแรก ราวๆปี พ.ศ. 2493 – 2497 ( ประมาณ 60-70 มาแล้ว ) โดย Pearson และ Fuller & Chapin ที่ Bell Telephone Laboratory ประเทศ USA โดยมีวัตถประสงค์เพื่อเปลี่ยนพลังงานจากแสงอาทิตย์ ไปเป็นพลังงานไฟฟ้า เพื่อใช้ในการขับเคลื่อนดาวเทียม ในโครงการของ NASA

ดวงอาทิตย์ คือแหล่งพลังงานขนาดใหญ่ ของจักรวาล

โดยพลังงานที่ดวงอาทิตย์สร้างขึ้นมานั้น มีปริมาณมหาศาลมาก แม้ว่าระยะทาง ที่พลังงานจากดวงอาทิตย์ เดินมาถึงโลก จะมีระยะทางไกลถึง 93 ล้านไมล์ อีกทั้งพลังงานส่วนใหญ่ยังถูกชั้นบรรยากาศของโลกดูดซับเอาไว้ก่อนจะถึงผิวโลก แต่พลังงานที่ผ่านมาถึงโลก ก็ยังมีปริมาณมากกว่าที่มนุษย์ใช้รวมกันทั้งโลก ถึง 10,000 เท่า

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

อยากจะติดตั้งโซล่าเซลล์ จะทราบได้อย่างไรว่าต้องใช้แผงโซล่าเซลล์ขนาดเท่าไหร่ แบตเตอรี่ขนาดไหน?

             วิธีการคำนวณ ระบบโซล่าเซลล์

ขนาดของโซล่าเซลล์  =  ค่าการใช้พลังงานรวมทั้งหมด / 5 ชั่วโมง (ปริมาณแสงอาทิตย์ที่น่าจะได้ใน 1 วัน)

             สูตรคำนวน ขนาดกระแส/ชั่วโมง ของแบตเตอรี่สามารถคำนวณได้จาก

Ah = ค่าพลังงานรวม / [แรงดันไฟฟ้าแบตเตอรี่ X 0.6 (% การใช้งานกระแสไฟฟ้าที่อยู่ในแบตเตอรี่) X 0.85 (ประสิทธิภาพของ Inverter)]

             เครื่องควบคุมการประจุกระแสไฟฟ้า (Charge Controller)

ควรมีขนาดเกินกระแสไฟฟ้าของแผงโซลาร์เซลล์  เช่น แผงโซล่าเซลล์ ขนาด 120W 8A  ควรใช้ เครื่องควบคุมการประจุกระแสไฟฟ้า ขนาด 10 A

            เครื่องแปลงไฟฟ้า (Inverter)

ขนาดของเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าควรมีขนาดสูงกว่าค่าการใช้พลังงานรวมทั้งหมด

ที่มาของโซล่าเซลล์ (Solar cell)

แผงโซล่าเซลล์ (Solar cell )เป็น สิ่งประดิษฐ์ทางอิเล็กทรอนิกส์ที่สร้างจากสารกึ่งตัวนำซึ่งสามารถเปลี่ยน พลังงานแสงอาทิตย์(หรือแสงจากหลอดแสงสว่าง)ให้เป็นพลังงานไฟฟ้าได้โดยตรงและ ไฟฟ้าที่ได้นั้นจะเป็นไฟฟ้ากระแสตรง (Direct  Current) จัดว่าเป็นแหล่งพลังงานทดแทนชนิดหนึ่ง(Renewable Energy)สะอาดและไม่สร้างมล ภาวะใดๆขณะใช้งาน

คำนิยามและความหมาย

เซลล์แสงอาทิตย์ผลิตจากชั้นผลึกคริสตัลชั้นเดียวที่เรียกว่า a monocrystalline silicon wafer

 ที่มี contact grid ที่ทำจาก bus bars (แถบใหญ่) และ fingers (แถบเล็ก)

คำว่า "Photovoltaic" มาจากภาษากรีก φῶς ( Phos ) หมายถึง "แสง" และคำว่า "โวลต์" ซึ่งเป็นหน่วยของแรงเหนี่ยวนำ, คำว่าโวลต์มาจากนามสกุลของนักฟิสิกส์ชาวอิตาเลียนชื่อ อเลสซานโดร Volta ซึ่งเป็นนักประดิษฐ์แบตเตอรี่ (เซลล์ไฟฟ้าเคมี ) คำว่า "Photovoltaic" ถูกใช้ใน ภาษาอังกฤษตั้งแต่ปี 1849

 ประวัติความเป็นมาของโซล่าเซลล์

โซล่าเซลล์ หรือศัพท์ทางการที่เรียกว่าเซลล์แสงอาทิตย์ถูกสร้างขึ้น มาครั้งแรกในปี ค.ศ. 1954 (พ.ศ. 2497) โดย แชปปิน (Chapin) ฟูลเลอร์ (Fuller) และเพียสัน (Pearson) แห่งเบลล์เทลเลโฟน (Bell Telephone) โดยทั้ง 3 ท่านนี้ได้ค้นพบเทคโนโลยีการสร้างรอยต่อ พี-เอ็น (P-N) แบบใหม่ โดยวิธีการแพร่สารเข้าไปในผลึกของซิลิกอน จนได้เซลล์แสงอาทิตย์อันแรกของโลก ซึ่งมีประสิทธิภาพเพียง 6% ซึ่งปัจจุบันนี้เซลล์แสงอาทิตย์ได้ถูกพัฒนาขึ้นจนมีประสิทธิภาพสูงกว่า 15% แล้ว

เชื่อหรือไม่ว่าในระยะแรกโซล่าเซลล์ส่วนใหญ่จะใช้สำหรับโครงการด้านอวกาศ ดาวเทียมหรือยานอวกาศที่ส่งจากพื้นโลกไปโคจรในอวกาศ ก็ใช้แผงเซลล์แสงอาทิตย์เป็นแหล่งกำเนิดพลังไฟฟ้า และต่อมาจึงได้มีการนำเอาแผงเซลล์แสงอาทิตย์มาใช้บนพื้นโลกเช่นในปัจจุบัน นี้ เซลล์แสงอาทิตย์ในยุคแรกๆ ส่วนใหญ่จะมีสีเทาดำ แต่ในปัจจุบันนี้ได้มีการพัฒนาให้เซลล์แสงอาทิตย์มีสีต่างๆ กันไป เช่น แดง น้ำเงิน เขียว ทอง เพื่อความสวยงาม เป็นต้น

รู้หรือไม่ว่าโซล่าเซลล์สามารถผลิตพลังงานไฟฟ้าได้มากน้อยเพียงใด พลังงานแสงอาทิตย์ทตกกระทบพื้นโลกเรามีค่ามหาศาลบนพื้นที่ 1 ตารางเมตรเราจะได้พลังงานประมาณ 1,000 วัตต์ หรือ เฉลี่ย 4 ถึง 5 กิโลวัตต์ ต่อ ชั่วโมง ต่อ ตารางเมตร ต่อ วัน ซึ่งเยอะมากมาย

ในวันหนึ่งๆบนพื้นที่เพียง 1 ตารางเมตรนั้นเราได้รับพลังงานแสงอาทิตย์ 1 กิโลวัตต์เป็นเวลานานถึง 4-5 ชั่วโมงนั่นเอง ถ้าโซล่าเซลล์มีประสิทธิภาพในการแปลงพลังงานร้อยละ 15 ก็แสดงว่าโซล่าเซลล์จะมีพื้นที่ 1ตารางเมตรจะสามาถผลิตพลังงานไฟฟ้าได้ 150 วัตต์ หรือ เฉลี่ย 600-750 วัตต์/ชั่วโมง/ตารางเมตร/วัน

ในเชิงเปรียบเทียบในวันหนึ่งๆประเทศไทยเรามีความต้องการพลังงานไฟฟ้าประมาณ250ล้านกิโลวัตต์/ชั่วโมง/วัน

ดังนั้นถ้าเรามีพื้นที่ผลิตโซล่าเซลล์ 1,500 ตารางกิโลเมตร ร้อยละ 0.3 ของประเทศไทยเราก็สามารถผลิตพลังงานไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์ได้เพียงพอกับ ความต้องการทั้งประเทศเลยทีเดียว

หลักการทำงานของโซล่าเซลล์

โครงสร้างของโซล่าเซลล์ที่นิยมใช้กันมากที่สุดได้แก่รอยต่อพีเอ็นของสารกึ่ง ตัวนำซึ่งวัสดุสารกึ่งตัวนำที่ราคาถูกที่สุดและมีมากที่สุดบนพื้นโลกได้แก่ ซิลิกอนซึ่งถลุงได้จากควอตไซต์ หรือทรายและผ่านขั้นตอนการทำให้บริสุทธิ์ตลอดจนการทำให้เป็นผลึก

แผงโซล่าเซลล์ หนึ่งแผ่นอาจมีรูปร่างเป็นแผ่นวงกลม (เส้นผ่นศูนย์กลาง 5 นิ้ว) หรือสี่เหลี่ยมจัตุรัส (ด้านละ 5 นิ้ว ) จะมีควมหนาตั้งแต่ 200 – 400 ไมครอน ( ประมาณ 0.2 – 0.4 มิลลิเมตร ) และต้องนำมาผ่านกระบอนการแพร่ซึมสารเจือปนในเตาอุณหภูมิสูง ( ประมาณ1000C ) เพื่อสร้างรอยต่อ P-N

ขั้วไฟฟ้าด้านหลังเป็นผิวสัมผัสโลหะเต็มหน้าส่วนขั้วไฟฟ้าด้านหน้าที่รับแสง จะมีลักษณะเป็นลายเส้นคล้ายก้างปลา เมื่อมีแสงอาทิตย์ตกกระทบกับแผงโซล่าเซลล์จะเกิดการสรางพาหะนำไฟฟ้าประจุลบ และประจุบวกขึ้น

ซึ่งได้แก่อิเล็กตรอนและโฮลโครงสร้างรอยต่อพีเอ็นจะทำหน้าที่สร้างสนามไฟฟ้า ภายในเซลล์ เพื่อแยกพาหะไฟฟ้าชนิดอิเล็กตรอนให้ไหลไปที่ขั้วลบและทำให้พาหะนำไฟฟ้าชนิด โฮลไหลไปที่ขั้วบวก และด้วยเหตุนี้ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าแบบกระแสตรงขึ้นที่ขั้วทั้งสอง เมื่อเราต่อโซล่าเซลล์เข้ากับเครื่องใช้ไฟฟ้า(เช่นหลอดไฟ แสงสว่าง มอเตอร์ ปั้มน้ำแรงดัน เป็นต้น) ก็จะมีกระแสไฟฟ้าไหลในวงจรสลับก่อน

โซล่าเซลล์ ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 5 นิ้วจะให้กระแสไฟฟ้าลัดวงจรประมาณ 3 แอมแปร์ และให้แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดประมาณ 0.5 โวลต์ ถ้าต้องการให้ได้กระแสไฟฟ้ามากๆก็ทำได้โดยการนำเซลล์มาต่อขนานกันหรือถ้า ต้องการให้ได้รแรงดันสูงๆก็นำเซลล์มาต่ออนุกรมกัน โซล่าเซลล์ที่มีขายในท้องตลาดจะถูกออกแบบให้อยู่ในกรอบอลูมินั่มสี่เหลี่ยม ผืนผ้าซึ่งเรียกว่า แผง หรือ โมดูล นั่นเอง

เนื่องจากกระแสไฟฟ้าที่ไหลออกจากแผงโซล่าเซลล์นั้นเป็นชนิดกระแสตรง ดังนั้นถ้าผู้ใช้ต้องการนำไปจ่ายไฟฟ้าให้กับอุปกรณ์ ไฟฟ้ากระแสสลับต้องต่อแผงโซล่าเซลล์เข้ากับอินเวอร์เตอร์ ซึ่งเป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าจากกระแสตรงให้เป็นกระแสสลับก่อน

·        ถ้าเราจ่ายไฟฟ้าให้เฉพาะเครื่องใช้ไฟฟ้ากระแสตรงในเวลากลางวันเช่นหลอด แสงสว่างกระแสตรงสามารถต่อแผงโซล่าเซลล์กับเครื่องใช้ไฟฟ้ากระแสตรงได้โดย ตรง

·        ถ้าเราจ่ายพลังงานไฟฟ้าให้กับเครื่องใช้ไฟฟ้ากระแสสลับในเวลากลางวันเช่นตู้เย็นเครื่องปรับอากาศในระบบจะต้องมีอินเวอร์เตอร์ด้วย

·        ถ้าหากท่านต้องการใช้ไฟฟ้าในเวลากลางคืนด้วยจะต้องมีแบตเตอรี่สำหรับเก็บไฟฟ้าเข้ามาใช้ในระบบด้วย

หน้าที่ของกล่องควบคุมการประจุไฟฟ้าในแผงโซล่าเซลล์

·        เลือกว่าจะส่งกระแสไฟฟ้าไปยังอินเวอร์เตอร์หรือส่งไปยังแบตเตอรี่หรือ

·        ตัดแผงโซล่าเซลล์ออกจากระบบและต่อแบตเตอรี่ตรงไป ยังอินเวอร์เตอร์

อินเวอร์เตอร์ เป็นอุปกรณ์ที่แปลงกระแสไฟฟ้าตรงเป็นกระแสไฟฟ้าสลับใน การแปลงดังกล่าวจะเกิดการสูญเสียขึ้นเสมอโดยทั่วไปประสิทธิภาพของอิน เวอร์เตอร์มีค่าประมาณร้อยละ 85-90 หมายความว่าถ้าต้องการใช้ไฟฟ้า 85-90 วัตต์เราควรเลือกใช้อินเวอร์เตอร์ 100 วัตต์ เป็นต้น

อีกทั้งในการใช้งานเราควรติดตั้งอินเวอร์เตอร์ในที่ร่มอุณหภูมิไม่เกิน 40 C °ความชื้นไม่เกินร้อยละ 60 อากาศระบายได้ดี ไม่มีสัตว์เช่น นก หนู งู อื่นๆ มารบกวน และมีพื้นที่ให้บำรุงรักษาได้เพียงพอ

สถานที่ ติดตั้งแผงโซล่าเซลล์ ควรเป็นที่โล่งไม่มีเงามาบัง การติดตั้งโซล่าเซลล์ อาจอยู่ บนพื้นดินหรือบนหลังคาบ้านก็ได้ ควรวางแผงโซล่าเซลล์ให้มีความลาดเอียงประมาณ 10- 15 องศา จากระดับแนวนอนและหันหน้าไปทางทิศใต้ การวางแผงเซลล์ให้มีความลาดดังกล่าวจะช่วยให้แผงโซล่าเซลล์รับแสงอาทิตย์ได้ มากที่สุดและช่วยระบายน้ำฝนได้รวดเร็วนั่นเอง

การออกแบบขนาดของระบบโซล่าเซลล์สำหรับติดตั้งบนหลังคาบ้าน

การกำหนดกำลังไฟฟ้าของโซล่าเซลล์ที่ควรติดตั้งใช้สอยภายในบ้านนั้น เจ้าของบ้านควรพิจารณาว่าจะใช้โซล่าเซลล์สำหรับผลิตกระแสไฟฟ้าให้กับเครื่อง ใช้ไฟฟ้าชนิดใดบ้าง เพื่อจะได้ติดตั้งโซล่าเซลล์ได้เพียงพอกับความต้องการในการใช้งานและไม่ติด ตั้งมากเกินความจำเป็น

การบำรุงรักษาแผงโซล่าเซลล์และอายุการใช้งาน

อายุการใช้งานของแผงโซล่าเซลล์ โดยทั่วไปยาวนานกว่า 30 ปี การบำรุงรักษาก็ง่ายเพียงแต่คอยดูแลว่ามีสิ่งสกปรกตกค้างบนแผงโซล่าเซลล์ หรือไม่เช่นฝุ่นมูลนกใบไม้ถ้าพบว่ามีสิ่งสกปรกก็ใช้น้ำทำความสะอาดปีละ 1–2 ครั้งก็เพียงพอห้ามใช้น้ำยาพิเศษล้างหรือใช้กระดาษทรายขัดผิวกระจกโดยเด็ด ขาด เมื่อเวลาฝนตก น้ำฝนจะช่วยชำละล้างแผงโซล่าเซลล์ตามธรรมชาติ

สำหรับในระบบที่มีการใช้แบตเตอรี่ชนิดใช้น้ำกลั่น (Lead Acid) ห้ามใช้ไฟฟ้าจนแบตเตอรี่หมด แต่ควรใช้ไฟฟ้าเพียงร้อยละ 30 – 40 และเริ่มประจุไฟฟ้าใหม่ให้เต็มก่อนการใช้ครั้งต่อไปและต้องคอยหมั่นเติมน้ำ กลั่นและเช็ดทำความสะอาดขั้วของแบตเตอรี่

ในกรณีที่มีการใช้อินเวอร์เตอร์ควรสังเกตว่ามีเสียงดังผิดปกติหรือ เกิดความร้อนผิดปกติหรือไม่ถ้าพบความผิดปกติให้รีบตัดระบบไฟฟ้าออกจากอิน เวอร์เตอร์และติดต่อบริษัทผู้ขาย เพื่อให้ตรวจหาสาเหตุและแก้ไขให้ใช้งานได้ต่อไป

ประเภทของโซล่าเซลล์

โซล่าเซลล์ ชนิดผลึกเดี่ยวซิลิกอน (Single Crystalline Silicon Solar Cell)และชนิดผลึกโพลีซิลิกอน (Polycrystalline Silicon Solar Cell)ประเทศไทยนำเข้าเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดผลึกเดี่ยวซิลิกอนมาใช้งานมากที่ สุด ข้อดีเด่นคือ ใช้ธาตุซิลิกอนซึ่งมีมากที่สุดในโลกและมีราคาถูกเป็นวัตถุดิบ

โซล่าเซลล์ชนิดฟิล์มบางอะมอร์ฟัสซิลิกอน (Amorphous Silicon Solar Cell)ได้แก่ โซล่าเซลล์ที่ใช้ในเครื่องคิดเลข นาฬิกา ซึ่งมีลักษณะสีม่วงน้ำตาล มีความบางเบา ราคาถูกผลิตให้เป็นพื้นที่เล็กไปจนถึงใหญ่หลายตารางเมตรได้ใช้ธาตุซิลิกอ นเช่นกัน แต่เคลือบให้เป็นฟิล์มบางเพียง 0.5 ไมครอน หรือ 0.0005 มิลลิเมตรเท่านั้น

โซล่าเซลล์ชนิดผลึกแกลเลียมอาร์เซไนด์ (Gallium Arsenide Solar Cell) เป็นเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีประสิธิภาพสูงระดับร้อยละ 25 ขึ้นไปแต่มีราคาแพงมากไม่นิยมนำมาใช้งานบนพื้นโลก จึงใช้งานสำหรับดาวเทียมเป็นส่วนมาก

โซล่าเซลล์ เป็นแหล่งพลังงานทดแทนซึ่งสามารถเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ (หรือแสงจากหลอดแสงสว่าง) ให้เป็นพลังงานไฟฟ้าโดยตรงโซล่าเซลล์เป็นแหล่ง พลังงานทดแทนที่สะอาดและไม่สร้างมลภาวะขณะใช้งานไม่ทำลายสภาพแวดล้อม

ติดตั้งโซล่าเซลล์ ไว้กลางแดดก็สามารถใช้งานได้ทันที และโซล่าเซลล์ทำงานได้โดยไม่สร้างเสียงรบกวนหรือการเคลื่อนไหว เนื่องจากโซล่าเซลล์ทำงานโดยใช้พลังงานแสงอาทิตย์เท่านั้นจึงเป็นการประหยัด น้ำมันและอนุรักษ์พลังงานและสามารถผลติกระแสไฟฟ้าได้จากแสงอาทิตย์
ซึ่งเป็นพลังงานทีทมนุษย์ได้มาฟรีและมีไม่สิ้นสุดอายุการใช้งานของโซล่า เซลล์ยาวนานกว่า 30 ปี ดังนั้นเมื่อลงทุนติดตั้งเซลล์แสงอาทิตย์ในครั้งแรก ก็แทบจะไม่มีค่าใช้จ่ายเพิ่มขึ้นอีกต่อไป

การใช้งานโซล่าเซลล์ ไม่มีความสลับซับซ้อนและไม่มีอันตราย ประชาชนทั่วไปสามารถหาซื้อและติดตั้งเพื่อใช้งานในครัวเรือนด้วยตนเอง การใช้งานโซล่าเซลล์แบบง่ายๆอาจเริ่มจากการซื้ออุปกรณ์ชุดโซล่าเซลล์สำเร็จ รูปมาใช้งานเพื่อให้เกิดการคุ้นเคย เช่น ไฟส่องสนามพลังงานแสงอาทิตย์ ไฟส่องโรงจอดรถพลังงานแสงอาทิตย์ ชุดหลอดฟลูออเรสเซนต์พลังงานแสงอาทิตย์ สำหรับการออกแบบระบบใหญ่ที่ติดตั้งบนหลังคาบ้าน ควรปรึกษาผู้เชี่ยวชาญ

บทสรุปของพลังงานแสงอาทิตย์โซล่าเซลล์

แสงอาทิตย์เป็นพลังงานแห่งจักรวาล ต้นกำเนิดของพลวัตต่างๆ ที่ขับเคลื่อนโลกของเรา และป็นแหล่งพลังงานที่หล่อเลี้ยงทุกสรรพชีวิต บนดาวเคราะห์สีน้ำเงินใบนี้ น่าเสียดายที่เรายังไม่ได้ใช้ความพยายามอย่างเพียงพอ ที่จะประยุกต์ใช้ขุมพลังงานอันบริสุทธิ์ และยิ่งใหญ่นี้ให้เกิดประโยชน์สูงสุดแต่กลับเผาผลาญเชื้อเพลิงจากฟอสซิล ที่สะสมมานับเป็นล้านปีให้หมดไป ในระยะเวลาเพียงไม่กี่ชั่วอายุคน และสิ่งเหล่านี้ก็ยากที่จะย้อนให้กลับคืนมาเหมือนเดิม ซึ่งผลที่ได้คือความสะดวกสบายและความเจริญก้าวหน้า แต่เราก็ต้องเผชิญกับความเสื่อมโทรม ของสภาวะแวดล้อมที่กำลังบั่นทอน ทุกสรรพสิ่งบนโลกใบนี้