Research

พลังงานไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์พลังงานสะอาดที่ไม่มีวันหมด


พลังงานไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์พลังงานสะอาดที่ไม่มีวันหมด

 

 

อาจารย์อำภา สาระศิริ

อาจารย์ประจำภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้ากำลัง

วันที่ 28 พฤษภาคม 2561

 

  1. บทนำ
    แหล่งพลังงานอื่นๆ ที่เราใช้งานอยู่ ทั้ง น้ำมัน ถ่านหิน ก๊าซธรรมชาติ ล้วนแต่เป็นทรัพยากรทีมีจำกัด ต่างจากดวงอาทิตย์ที่จะยังคงอยู่ในจักรวาล ในการผลิตไฟฟ้าที่ได้จากเซลล์แสงอาทิตย์ เกิดจากการเปลี่ยนพลังงานแสงเป็นกระแสไฟฟ้าโดยตรง [1] ต่างจากการผลิตไฟฟ้าอื่นๆ ที่ต้องเผาน้ำมัน เผาถ่านหิน แล้วปั่นเทอร์ไบน์ด้วยไอน้ำซึ่งก่อให้เกิดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ รวมทั้งมลภาวะทางเสียงใน การผลิตไฟฟ้าด้วยน้ำมันเชื้อเพลิง ประมาณการณ์ว่า จะมีการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ 200 กรัม : ไฟฟ้า 1 kWh ตรงข้ามกับเซลล์แสงอาทิตย์ซึ่งเป็นพลังงานสะอาด ไม่ก่อให้เกิดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ และยังเป็นพลังงานที่ไม่มีวันหมด เมื่อบรรยากาศของโลกมีก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์มากขึ้น ก็มีผลต่อของการเกิดปรากฏการณ์เรือนกระจก ฝนกรด และการทำลายชั้นโอโซนของโลก หากประเทศใช้เซลล์แสงอาทิตย์ในการสร้างไฟฟ้าทั้งหมดที่ใช้งานอยู่ 90,000 ล้าน kWh สามารถช่วยลดปริมาณการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ได้ถึงปีละ 16 ล้านตัน [2]

 

  1. หลักการทำงานของเซลล์แสงอาทิตย์
    เมื่อมีแสงอาทิตย์ตกกระทบเซลล์แสงอาทิตย์ จะเกิดการสร้างพาหะนำไฟฟ้าประจุลบและบวกขึ้น ได้แก่ อิเล็กตรอน และโฮล โครงสร้างรอยต่อพีเอ็นจะทำหน้าที่สร้างสนามไฟฟ้าภายในเซลล์ เพื่อแยกพาหะนำไฟฟ้าชนิดอิเล็กตรอนไปที่ขั้วลบ และพาหะนำไฟฟ้าชนิดโฮลไปที่ขั้วบวก (ปกติที่ฐานจะใช้สารกึ่งตัวนำชนิดมี ขั้วไฟฟ้าด้านหลังจึงเป็นขั้วบวก ส่วนด้านรับแสงใช้สารกึ่งตัวนำชนิดเอ็น ขั้วไฟฟ้าจึงเป็นขั้วลบ) ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าแบบกระแสตรงที่ขั้วไฟฟ้าทั้งสอง เมื่อต่อให้ครบวงจรไฟฟ้าจะเกิดกระแสไฟฟ้าไหลขึ้น  
    • การต่อแผงเซลล์แสงอาทิตย์แบบขนาน จะทำให้ได้กระแสไฟฟ้าเพิ่มมากขึ้น
    • การต่อแผงเซลล์แสงอาทิตย์แบบอนุกรม จะทำให้ได้แรงดันไฟฟ้าสูงขึ้น

      • รูปที่ 1 หลักการทำงานของเซลล์แสงอาทิตย์ [3]
  2. ประเภทของเซลล์แสงอาทิตย์ [3]
    • เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดผลึกเดี่ยวซิลิคอน (Single Crystalline Silicon Solar Cell หรือ c-Si)
    • เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดผลึกโพลีซิลิคอน (Polycrystalline Silicon Solar Cell หรือ pc-Si)
    • เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดฟิล์มบางอะมอร์ฟัสซิลิคอน (Amorphous Silicon Solar Cell หรือ a-Si)
      •  

                  

        รูปที่ 2 ประเภทของเซลล์แสงอาทิตย์

  3. ระบบการผลิตกระแสไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์ [4]
    เซลล์แสงอาทิตย์ผลิตไฟฟ้ากระแสตรง จึงนำกระแสไฟฟ้าไปใช้ได้เฉพาะกับอุปกรณ์ไฟฟ้ากระแสตรงเท่านั้น หากต้องการนำไปใช้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้ไฟฟ้ากระแสสลับหรือเก็บสะสมพลังงานไว้ใช้ต่อไป จะต้องใช้ร่วมกับอุปกรณ์อื่นๆ อีก โดยรวมเข้าเป็นระบบที่ผลิตกระแสไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์ อุปกรณ์สำคัญๆ มีดังนี้ 

                           
             รูปที่ 3     ระบบการผลิตกระแสไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์

       4.1 แผงเซลล์แสงอาทิตย์ (Solar Module)

     ทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานไฟฟ้า ซึ่งเป็นไฟฟ้ากระแสตรงและมีหน่วยเป็นวัตต์ (Watt) มีการนำแผงเซลล์แสงอาทิตย์หลายๆ เซลล์มาต่อกันเป็นแถวหรือเป็นชุด (Solar Array) เพื่อให้ได้พลังงานไฟฟ้าใช้งานตามที่ต้องการ โดยการต่อกันแบบอนุกรม จะเพิ่มแรงดันไฟฟ้า และการต่อกันแบบขนาน จะเพิ่มพลังงานไฟฟ้า หากสถานที่ตั้งทางภูมิศาสตร์แตกต่างกัน ก็จะมีผลให้ปริมาณของค่าเฉลี่ยพลังงานสูงสุดในหนึ่งวันไม่เท่ากันด้วย รวมถึงอุณหภูมิก็มีผลต่อการผลิตพลังงานไฟฟ้า หากอุณหภูมิสูงขึ้น การผลิตพลังงานไฟฟ้าจะลดลง

    4.2. เครื่องควบคุมการอัดประจุ (Charging Controller)

    ทำหน้าที่ประจุกระแสไฟฟ้าที่ผลิตได้จากแผงเซลล์แสงอาทิตย์เข้าสู่แบตเตอรี่ และควบคุมการประจุกระแสไฟฟ้าให้มีปริมาณเหมาะสมกับแบตเตอรี่ เพื่อยืดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ รวมถึงการจ่ายกระแสไฟฟ้าออกจากแบตเตอรี่ด้วย ดังนั้น การทำงานของเครื่องควบคุมการประจุ คือ เมื่อประจุกระแสไฟฟ้าเข้าสู่แบตเตอรี่จนเต็มแล้ว จะหยุดหรือลดการประจุกระแสไฟฟ้า (และมักจะมีคุณสมบัติในการตัดการจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับอุปกรณ์ไฟฟ้า กรณีแรงดันของแบตเตอรี่ลดลงด้วย) ระบบพลังงานแสงอาทิตย์จะใช้เครื่องควบคุมการประจุกระแสไฟฟ้าในกรณีที่มีการเก็บพลังงานไฟฟ้าไว้ในแบตเตอรี่เท่านั้น

    4.3 แบตเตอรี่ (Battery)

    ทำหน้าที่เป็นตัวเก็บพลังงานไฟฟ้าที่ผลิตได้จากแผงเซลล์แสงอาทิตย์ไว้ใช้เวลาที่ต้องการ เช่น เวลาที่ไม่มีแสงอาทิตย์ เวลากลางคืน หรือนำไปประยุกต์ใช้งานอื่นๆ แบตเตอรี่มีหลายชนิดและหลายขนาดให้เลือกใช้งานตามความเหมาะสม

    4.4 เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้า (Inverter)

    ทำหน้าที่แปลงพลังงานไฟฟ้าจากกระแสตรง (DC) ที่ผลิตได้จากแผงเซลล์แสงอาทิตย์ ให้เป็นพลังงานไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) เพื่อให้สามารถใช้ได้กับอุปกรณ์ไฟฟ้ากระแสสลับ แบ่งเป็น 2 ชนิด คือ Sine Wave Inverter ใช้ได้กับอุปกรณ์ไฟฟ้ากระแสสลับทุกชนิด และ Modified Sine Wave Inverter ใช้ได้กับอุปกรณ์ไฟฟ้ากระแสสลับที่ไม่มีส่วนประกอบของมอเตอร์และหลอดฟลูออเรสเซนต์ที่เป็น Electronic ballast

    4.5 ระบบป้องกันฟ้าผ่า (Lightning Protection)

    ทำหน้าที่ป้องกันความเสียหายที่เกิดกับอุปกรณ์ไฟฟ้าเมื่อฟ้าผ่า หรือเกิดการเหนี่ยวนำทำให้ความต่างศักย์สูง ในระบบทั่วไปมักไม่ใช้อุปกรณ์นี้ จะใช้สำหรับระบบขนาดใหญ่และมีความสำคัญเท่านั้น รวมถึงต้องมีระบบสายดินที่มีประสิทธิภาพด้วย

  4. บทสรุป
    การใช้พลังงานไฟฟ้าในประเทศไทยมีแนวโน้มจะเพิ่มมากขึ้นทุกปี แหล่งพลังงาน ที่เราใช้งานอยู่ ทั้ง น้ำ น้ำมัน    ถ่านหิน ก๊าซธรรมชาติ ก็มีแต่จะหมดไป การหันมาใช้พลังงานแสงอาทิตย์ที่ไม่มีวันหมด และไม่เกิดมลพิษในขั้นตอนการผลิตไฟฟ้า น่าจะเป็นอีกทางเลือกหนึ่งในการผลิตไฟฟ้าไว้ใช้งานได้ตลอดไป
  5. เอกสารอ้างอิง
    [1] สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ. โครงการศูนย์เทคโนโลยีพลังงาน. ถาม-ตอบ เกี่ยวกับเซลล์ แสงอาทิตย์. กรุงเทพฯ : โครงการศูนย์เทคโนโลยีพลังงาน, 2545 : หน้า 19-21
    [2] สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ. โครงการศูนย์เทคโนโลยีพลังงาน. ถาม-ตอบ เกี่ยวกับเซลล์แสงอาทิตย์. กรุงเทพฯ : โครงการศูนย์เทคโนโลยีพลังงาน, 2545 : หน้า 32
    [3] บริษัท solarcellthailand96 ชนิดและความหมายของ โซล่าเซลล์ Solar Cell หรือเซลล์แสงอาทิตย์ [Online].Available: http://solarcellthailand96.com/knowledge/what-solar-cell/    
    [4] บริษัท LEONICS® ความรู้เกี่ยวกับเซลล์แสงอาทิตย์ [Online].Available:       http://www.leonics.co.th/html/th/aboutpower/solar_knowledge.php

 

 

<< ย้อนกลับ