แผงโซล่าเซลล์ (
Solar cell )เป็นสิ่งประดิษฐ์ทางอิเล็กทรอนิกส์ที่สร้างจากสารกึ่งตัวนำซึ่งสามารถเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์(หรือแสงจากหลอดแสงสว่าง)ให้เป็นพลังงานไฟฟ้าได้โดยตรงและไฟฟ้าที่ได้นั้นจะเป็นไฟฟ้ากระแสตรง (Direct Cuurent) จัดว่าเป็นแหล่งพลังงานทดแทนชนิดหนึ่ง(RenewableEnergy)สะอาดและไม่สร้างมลภาวะใดๆขณะใช้งาน
ประวัติความเป็นมาของโซล่าเซลล์
โซล่าเซลล์ หรือศัพท์ทางการที่เรียกว่าเซลล์แสงอาทิตย์ถูกสร้างขึ้นมาครั้งแรกในปี ค.ศ. 1954 (พ.ศ. 2497) โดย แชปปิน (Chapin) ฟูลเลอร์ (Fuller) และเพียสัน (Pearson) แห่งเบลล์เทลเลโฟน (Bell Telephon) โดยทั้ง 3 ท่านนี้ได้ค้นพบเทคโนโลยีการสร้างรอยต่อ พี-เอ็น (P-N) แบบใหม่ โดยวิธีการแพร่สารเข้าไปในผลึกของซิลิกอน จนได้เซลล์แสงอาทิตย์อันแรกของโลก ซึ่งมีประสิทธิภาพเพียง 6% ซึ่งปัจจุบันนี้เซลล์แสงอาทิตย์ได้ถูกพัฒนาขึ้นจนมีประสิทธิภาพสูงกว่า 15% แล้ว
เชื่อหรือไม่ว่าในระยะแรกโซล่าเซลล์ส่วนใหญ่จะใช้สำหรับโครงการด้านอวกาศ ดาวเทียมหรือยานอวกาศที่ส่งจากพื้นโลกไปโคจรในอวกาศ ก็ใช้แผงเซลล์แสงอาทิตย์เป็นแหล่งกำเนิดพลังไฟฟ้า และต่อมาจึงได้มีการนำเอาแผงเซลล์แสงอาทิตย์มาใช้บนพื้นโลกเช่นในปัจจุบันนี้ เซลล์แสงอาทิตย์ในยุคแรกๆ ส่วนใหญ่จะมีสีเทาดำ แต่ในปัจจุบันนี้ได้มีการพัฒนาให้เซลล์แสงอาทิตย์มีสีต่างๆ กันไป เช่น แดง น้ำเงิน เขียว ทอง เพื่อความสวยงาม เป็นต้น
ท่านรู้หรือไม่ว่าโซล่าเซลล์สามารถผลิตพลังงานไฟฟ้าได้มากน้อยเพียงใด พลังงานแสงอาทิตย์ที่ตกกระทบพื้นโลกเรามีค่ามหาศาลบนพื้นที่ 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 ของประเทศไทยเราก็สามารถผลิตพลังงานไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์ได้เพียงพอกับความต้องการทั้งประเทศเลยทีเดียว
หลักการทำงานของโซล่าเซลล์
โครงสร้างของโซล่าเซลล์ที่นิยมใช้กันมากที่สุดได้แก่รอยต่อพีเอ็นของสารกึ่งตัวนำซึ่งวัสดุสารกึ่งตัวนำที่ราคาถูกที่สุดและมีมากที่สุดบนพื้นโลกได้แก่ซิลิกอนซึ่งถลุงได้จากควอตไซต์ 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
ขั้วไฟฟ้าด้านหลังเป็นผิวสัมผัสโลหะเต็มหน้าส่วนขั้วไฟฟ้าด้านหน้าที่รับแสงจะมีลักษณะเป็นลายเส้นคล้ายก้างปลา เมื่อมีแสงอาทิตย์ตกกระทบกับแผงโซล่าเซลล์จะเกิดการสรางพาหะนำไฟฟ้าประจุลบและประจุบวกขึ้น
ซึ่งได้แก่อิเล็กตรอนและโฮลโครงสร้างรอยต่อพีเอ็นจะทำหน้าที่สร้างสนามไฟฟ้าภายในเซลล์ เพื่อแยกพาหะไฟฟ้าชนิดอิเล็กตรอนให้ไหลไปที่ขั้วลบและทำให้พาหะนำไฟฟ้าชนิดโฮลไหลไปที่ขั้วบวก และด้วยเหตุนี้ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าแบบกระแสตรงขึ้นที่ขั้วทั้งสอง เมื่อเราต่อโซล่าเซลล์เข้ากับเครื่องใช้ไฟฟ้า(เช่นหลอดไฟ แสงสว่าง มอเตอร์ ปั้มน้ำแรงดัน เป็นต้น) ก็จะมีกระแสไฟฟ้าไหลในวงจรสลับก่อน
โซล่าเซลล์ ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 5 นิ้วจะให้กระแสไฟฟ้าลัดวงจรประมาณ 3 แอมแปร์ และให้แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดประมาณ 0.5 โวลต์ ถ้าต้องการให้ได้กระแสไฟฟ้ามากๆก็ทำได้โดยการนำเซลล์มาต่อขนานกันหรือถ้าต้องการให้ได้รแรงดันสูงๆก็นำเซลล์มาต่ออนุกรมกัน โซล่าเซลล์ที่มีขายในท้องตลาดจะถูกออกแบบให้อยู่ในกรอบอลูมินั่มสี่เหลี่ยมผืนผ้าซึ่งเรียกว่า แผง หรือ โมดูล นั่นเอง
เนื่องจากกระแสไฟฟ้าที่ไหลออกจากแผงโซล่าเซลล์นั้นเป็นชนิดกระแสตรง ดังนั้นถ้าผู้ใช้ต้องการนำไปจ่ายไฟฟ้าให้กับอุปกรณ์ ไฟฟ้ากระแสสลับต้อง
ต่อแผงโซล่าเซลล์เข้ากับอินเวอร์เตอร์ ซึ่งเป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าจากกระแสตรงให้เป็นกระแสสลับก่อน
- ถ้าเราจ่ายไฟฟ้าให้เฉพาะเครื่องใช้ไฟฟ้ากระแสตรงในเวลากลางวันเช่นหลอดแสงสว่างกระแสตรงสามารถต่อแผงโซล่าเซลล์กับเครื่องใช้ไฟฟ้ากระแสตรงได้โดยตรง
- ถ้าเราจ่ายพลังงานไฟฟ้าให้กับเครื่องใช้ไฟฟ้ากระแสสลับในเวลากลางวันเช่นตู้เย็นเครื่องปรับอากาศในระบบจะต้องมีอินเวอร์เตอร์ด้วย
- ถ้าหากท่านต้องการใช้ไฟฟ้าในเวลากลางคืนด้วยจะต้องมีแบตเตอรี่สำหรับเก็บไฟฟ้าเข้ามาใช้ในระบบด้วย
หน้าที่ของกล่องควบคุมการประจุไฟฟ้าในแผงโซล่าเซลล์
- เลือกว่าจะส่งกระแสไฟฟ้าไปยังอินเวอร์เตอร์หรือส่งไปยังแบตเตอรี่หรือ
- ตัดแผงโซล่าเซลล์ออกจากระบบและต่อแบตเตอรี่ตรงไป ยังอินเวอร์เตอร์
อินเวอร์เตอร์ เป็นอุปกรณ์ที่แปลงกระแสไฟฟ้าตรงเป็นกระแสไฟฟ้าสลับในการแปลงดังกล่าวจะเกิดการสูญเสียขึ้นเสมอโดยทั่วไปประสิทธิภาพของอินเวอร์เตอร์มีค่าประมาณร้อยละ 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 อาจอยู่บนพื้นดินหรือบนหลังคาบ้านก็ได้ ควรวางแผงโซล่าเซลล์ให้มีความลาดเอียงประมาณ 10- 15 องศา จากระดับแนวนอนและหันหน้าไปทางทิศใต้ การวางแผงเซลล์ให้มีความลาดดังกล่าวจะช่วยให้แผงโซล่าเซลล์รับแสงอาทิตย์ได้มากที่สุดและช่วยระบายน้ำฝนได้รวดเร็วนั่นเอง
การออกแบบขนาดของระบบโซล่าเซลล์สำหรับติดตั้งบนหลังคาบ้าน
การกำหนดกำลังไฟฟ้าของโซล่าเซลล์ที่ควรติดตั้งใช้สอยภายในบ้านนั้น เจ้าของบ้านควรพิจารณาว่าจะใช้โซล่าเซลล์สำหรับผลิตกระแสไฟฟ้าให้กับเครื่องใช้ไฟฟ้าชนิดใดบ้าง เพื่อจะได้ติดตั้งโซล่าเซลล์ได้เพียงพอกับความต้องการในการใช้งานและไม่ติดตั้งมากเกินความจำเป็น
การบำรุงรักษาแผงโซล่าเซลล์และอายุการใช้งาน
อายุการใช้งานของแผงโซล่าเซลล์ โดยทั่วไปยาวนานกว่า 30 ปี การบำรุงรักษาก็ง่ายเพียงแต่คอยดูแลว่ามีสิ่งสกปรกตกค้างบนแผงโซล่าเซลล์หรือไม่เช่นฝุ่นมูลนกใบไม้ถ้าพบว่ามีสิ่งสกปรกก็ใช้น้ำทำความสะอาดปีละ 1–2 ครั้งก็เพียงพอห้ามใช้น้ำยาพิเศษล้างหรือใช้กระดาษทรายขัดผิวกระจกโดยเด็ดขาด เมื่อเวลาฝนตก น้ำฝนจะช่วยชำละล้างแผงโซล่าเซลล์ตามธรรมชาติ
สำหรับในระบบที่มีการใช้แบตเตอรี่ชนิดใช้น้ำกลั่น (Lead Acid) ห้ามใช้ไฟฟ้าจน
แบตเตอรี่หมดแต่ควรใช้ไฟฟ้าเพียงร้อยละ 30 – 40 และเริ่มประจุไฟฟ้าใหม่ให้เต็มก่อนการใช้ครั้งต่อไปและต้องคอยหมั่นเติมน้ำกลั่นและเช็ดทำความสะอาดขั้วของแบตเตอรี่
ในกรณีที่มี
การใช้อินเวอร์เตอร์ควรสังเกตว่ามีเสียงดังผิดปกติหรือเกิดความร้อนผิดปกติหรือไม่ถ้าพบความผิดปกติให้รีบตัดระบบไฟฟ้าออกจากอินเวอร์เตอร์และติดต่อบริษัทผู้ขาย เพื่อให้ตรวจหาสาเหตุและแก้ไขให้ใช้งานได้ต่อไป
ประเภทของ"โซล่าเซลล์"
โซล่าเซลล์ ชนิดผลึกเดี่ยวซิลิกอน (Single Crystalline Silicon Solar Cell)และชนิดผลึกโพลีซิลิกอน (Polycrystalline Silicon Solar Cell)ประเทศไทยนำเข้าเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดผลึกเดี่ยวซิลิกอนมาใช้งานมากที่สุด ข้อดีเด่นคือ ใช้ธาตุซิลิกอนซึ่งมีมากที่สุดในโลกและมีราคาถูกเป็นวัตถุดิบ
โซล่าเซลล์ชนิดฟิล์มบางอะมอร์ฟัสซิลิกอน (Amorphous Silcon Solar Cell)ได้แก่ โซล่าเซลล์ที่ใช้ในเครื่องคิดเลข นาฬิกา ซึ่งมีลักษณะสีม่วงน้ำตาล มีความบางเบา ราคาถูกผลิตให้เป็นพื้นที่เล็กไปจนถึงใหญ่หลายตารางเมตรได้ใช้ธาตุซิลิกอนเช่นกัน แต่เคลือบให้เป็นฟิล์มบางเพียง 0.5 ไมครอน หรือ 0.0005 มิลลิเมตรเท่านั้น
โซล่าเซลล์ชนิดผลึกแกลเลียมอาร์เซไนดิ (Gallium Arsenide Solar Cell) เป็นเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีประสิธิภาพสูงระดับร้อยละ 25 ขึ้นไปแต่มีราคาแพงมากไม่นิยมนำมาใช้งานบนพื้นโลก จึงใช้งานสำหรับดาวเทียมเป็นส่วนมาก
โซล่าเซลล์ เป็นแหล่งพลังงานทดแทนซึ่งสามารถเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ (หรือแสงจากหลอดแสงสว่าง)ให้เป็นพลังงานไฟฟ้าโดยตรงโซล่าเซลล์เป็นแหล่งพลังงานทดแทนที่สะอาดและไม่สร้างมลภาวะขณะใช้งานไม่ทำลายสภาพแวดล้อม
ติดตั้งโซล่าเซลล์ ไว้กลางแดดก็สามารถใช้งานได้ทันที และโซล่าเซลล์ทำงานได้โดยไม่สร้างเสียงรบกวนหรือการเคลื่อนไหว เนื่องจากโซล่าเซลล์ทำงานโดยใช้พลังงานแสงอาทิตย์เท่านั้นจึงเป็นการประหยัดน้ำมันและอนุรักษ์พลังงานและสามารถผลติกระแสไฟฟ้าได้จากแสงอาทิตย์
ซึ่งเป็นพลังงานทีทมนุษย์ได้มาฟรีและมีไม่สิ้นสุดอายุการใช้งานของโซล่าเซลล์ยาวนานกว่า 30 ปี ดังนั้นเมื่อลงทุนติดตั้งเซลล์แสงอาทิตย์ในครั้งแรก ก็แทบจะไม่มีค่าใช้จ่ายเพิ่มขึ้นอีกต่อไป
การใช้งานโซล่าเซลล์ ไม่มีความสลับซับซ้อนและไม่มีอันตราย ประชาชนทั่วไปสามารถหาซื้อและติดตั้งเพื่อใช้งานในครัวเรือนด้วยตนเอง การใช้งานโซล่าเซลล์แบบง่ายๆอาจเริ่มจากการซื้ออุปกรณ์ชุดโซล่าเซลล์สำเร็จรูปมาใช้งานเพื่อให้เกิดการคุ้นเคย เช่น ไฟส่องสนามพลังงานแสงอาทิตย์ ไฟส่องโรงจอดรถพลังงานแสงอาทิตย์ ชุดหลอดฟลูออเรสเซนต์พลังงานแสงอาทิตย์ สำหรับการออกแบบระบบใหญ่ที่ติดตั้งบนหลังคาบ้าน ควรปรึกษาผู้เชี่ยวชาญ
บทสรุปของพลังงานแสงอาทิตย์โซล่าเซลล์
แสงอาทิตย์เป็นพลังงานแห่งจักรวาล ต้นกำเนิดของพลวัตต่างๆ ที่ขับเคลื่อนโลกของเรา และป็นแหล่งพลังงานที่หล่อเลี้ยงทุกสรรพชีวิต บนดาวเคราะห์สีน้ำเงินใบนี้ น่าเสียดายที่เรายังไม่ได้ใช้ความพยายามอย่างเพียงพอ ที่จะประยุกต์ใช้ขุมพลังงานอันบริสุทธิ์ และยิ่งใหญ่นี้ให้เกิดประโยชน์สูงสุดแต่กลับเผาผลาญเชื้อเพลิงจากฟอสซิล ที่สะสมมานับเป็นล้านปีให้หมดไป ในระยะเวลาเพียงไม่กี่ชั่วอายุคน และสิ่งเหล่านี้ก็ยากที่จะย้อนให้กลับคืนมาเหมือนเดิม ซึ่งผลที่ได้คือความสะดวกสบายและความเจริญก้าวหน้า แต่เราก็ต้องเผชิญกับความเสื่อมโทรม ของสภาวะแวดล้อมที่กำลังบั่นทอน ทุกสรรพสิ่งบนโลกใบนี้
มาร่วมมือกันใช้พลังงานที่สะอาด เพื่ออนุรักษ์สิ่งแวดล้อมด้วยโซล่าเซลล์กันเถอะครับพี่น้อง
