เซลล์สุริยะ

เทคโนโลยีเซลล์สุริยะ(โฟโตโวลทาอิก)

มีรังสีความร้อนจากดวงอาทิตย์เพียงพอที่จะใช้ประโยชน์ได้ทั่วทั้งโลกเพื่อตอบสนองความต้องการที่เพิ่มขึ้นอย่างมากของการใช้ระบบพลังงานแสงอาทิตย์ แสงอาทิตย์ที่มาถึงพื้นผิวโลกนั้นเพียงพอที่จะให้พลังงานมากได้เป็น 2,850 เท่า ของพลังงานที่เราใช้ในปัจจุบัน โดยเฉลี่ยในระดับโลก พื้นดินทุก ๆ 1 ตารางเมตร รับแสงอาทิตย์พอที่จะผลิตไฟฟ้าได้ 1,700 กิโลวัตต์ชั่วโมงในทุก ๆ ปี รังสีแสงอาทิตย์ในยุโรปโดยเฉลี่ยมีค่าประมาณ 1,000 กิโลวัตต์ชั่วโมงต่อ  1 ตารางเมตร ส่วนในภูมิภาคตะวันออกกลางซึ่งมีค่า 1,800 กิโลวัตต์ชั่วโมงต่อ  1 ตารางเมตร และในประเทศไทย จากการคำนวณรังสีรวมของดวงอาทิตย์รายวันเฉลี่ยต่อปีของพื้นที่ทั่วประเทศพบว่ามีค่าเท่ากับ 18.2MJ/m²-day

เซลล์สุริยะ (Photovoltaic – PV) เป็นการผลิตไฟฟ้าจากแสง ความลับของกระบวนการนี้คือการใช้วัสดุกึ่งตัวนำ   (semiconductor) ซึ่งมีการปรับเปลี่ยนให้ปล่อยอิเล็กตรอน ซึ่งเป็นอนุภาคที่มีประจุลบและทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า วัสดุกึ่งตัวนำที่ใช้กันทั่วไปในแผงเซลล์สุริยะคือซิลิกอน ซึ่งเป็นธาตุที่เป็นส่วนประกอบทั่วไปของทราย แผงเซลล์สุริยะจะประกอบด้วยชั้นวัสดุกึ่งตัวนำสองชั้น ชั้นหนึ่งเป็นประจุบวก ส่วนอีกชั้นหนึ่งเป็นประจุลบ เมื่อมีแสงตกกระทบลงบนวัสดุกึ่งตัวนำ สนามไฟฟ้าจะเกิดขึ้นข้ามรอยต่อระหว่างชั้นซึ่งทำให้เกิดการไหลเวียนของกระแสไฟฟ้า ยิ่งความเข้มของแสงมาก การไหลเวียนของไฟฟ้าที่จะเพิ่มมากขึ้น ดังนั้น ระบบแผงเซลล์สุริยะไม่ต้องการแสงอาทิตย์อันเจิดจ้าเพื่อให้มันทำงาน มันสามารถผลิตไฟฟ้าได้แม้ในวันที่มีเมฆมาก แผงเซลล์สุริยะต่างจากระบบรวบรวมความร้อนจากแสงอาทิตย์ซึ่งจะใช้ลำแสงอาทิตย์ไปทำให้เกิดความร้อนเพื่อใช้เป็นน้ำร้อนในบ้านเรือนหรือสระว่ายน้ำ

ส่วนประกอบสำคัญที่สุดของแผงเซลล์สุริยะคือเซลล์แต่ละชิ้นรวมกันเป็นแผงเซลล์แต่ละแผง การนำแผงเซลล์มาต่อรวมกันเป็นหน่วยที่มีขนาดใหญ่ขึ้น เรียกว่าโมดูลตัวแปลงไฟฟ้า (Inverter) จะเปลี่ยนไฟฟ้าที่ได้ให้อยู่ในรูปของไฟฟ้าที่เหมาะสมกับการใช้ในชีวิตประจำวัน เมื่อกล่าวถึงแผงเซลล์สุริยะที่มีขนาด 3 กิโลวัตต์สูงสุด (kWp) จะหมายถึงกำลังไฟฟ้าที่ระบบผลิตได้ภายใต้เงื่อนไขการทดสอบที่เป็นมาตรฐาน เป็นการเปรียบเทียบระหว่างโมดูลแบบต่าง ๆ ในภูมิภาคยุโรปตอนกลาง ระบบไฟฟ้าจากแผงเซลล์สุริยะขนาด 3 กิโลวัตต์สูงสุด ที่ใช้พื้นที่ติดตั้งประมาณ 27 ตารางเมตร จะผลิตไฟฟ้าได้เพียงพอต่อความต้องการใช้พลังงานของบ้านหนึ่งหลังที่มีสำนึกในการใช้พลังงาน

ประเภทของระบบแผงเซลล์สุริยะ

• ระบบที่เชื่อมต่อกับโครงข่ายสายส่งไฟฟ้า
  • เป็นระบบที่นิยมมากที่สุดของบ้านเรือนและภาคธุรกิจในประเทศพัฒนาแล้ว การเชื่อมต่อเข้ากับระบบโครงข่ายไฟฟ้าของพื้นที่ทำให้สามารถขายไฟฟ้าส่วนเกินที่ผลิตได้จากระบบคืนให้กับหน่วยงานด้านไฟฟ้า ในช่วงกลางคืน ระบบจะใช้ไฟฟ้าที่มาจากโครงข่ายไฟฟ้าภายนอก อุปกรณ์แปลงไฟฟ้าจะเปลี่ยนไฟฟ้ากระแสตรงที่ผลิตจากแผงเซลล์สุริยะให้เป็นไฟฟ้ากระแสสลับสำหรับใช้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าต่าง ๆ
• ระบบที่มีโครงข่ายสายส่งไฟฟ้าสนับสนุน
  • ระบบจะเชื่อมต่อกับโครงข่ายสายส่งไฟฟ้าในพื้นที่และแบตเตอรี่สำรอง ไฟฟ้าส่วนเกินที่ผลิตได้จากแผงเซลล์สุริยะหลังจากประจุเข้าแบตเตอรี่ จะส่งขายเข้าระบบสายส่ง ระบบนี้นำไปใช้ในพื้นที่ที่ไม่อาจพึ่งพาแหล่งจ่ายไฟฟ้าได้ตลอดเวลา
• ระบบที่ไม่เชื่อมต่อกับสายส่งไฟฟ้า
  • เป็นระบบที่อิสระจากสายส่งไฟฟ้าทั้งหมด แผงเซลล์สุริยะจะเชื่อมต่อกับแบตเตอรี่โดยผ่านตัวควบคุมการประจุไฟฟ้า(Charge Controller) ซึ่งเก็บไฟฟ้าที่ผลิตได้ไว้และเป็นแหล่งจ่ายไฟหลัก ตัวแปลงไฟฟ้า(Inverter) จะแปลงกระแสไฟฟ้าให้เป็นกระแสสลับเพื่อใช้งานกับอุปกรณ์ไฟฟ้าทั่วไป การประยุกต์ใช้ขั้นพื้นฐานของระบบนี้คือสถานีทวนสัญญานโทรศัพท์มือถือ หรือระบบไฟฟ้าในชนบท ระบบไฟฟ้าในชนบทอาจเป็นได้ทั้งระบบแผงเซลล์สุริยะขนาดเล็กในบ้านเรือนที่นำไฟฟ้าไปใช้ในความจำเป็นขั้นพื้นฐาน หรือระบบโครงข่ายขนาดเล็กที่ผลิตไฟฟ้าให้หลาย ๆ ครัวเรือน
• ระบบผสม
  • ระบบแผงเซลล์สุริยะสามารถนำไปผนวกรวมกับแหล่งกำเนิดไฟฟ้าแหล่งอื่น ๆ ได้ เช่น การผลิตไฟฟ้าจากชีวมวล กังหันลมหรือเครื่องผลิตไฟฟ้าที่ใช้น้ำมันดีเซล เป็นต้น เพื่อรับประกันการป้อนไฟฟ้าที่คงที่ของระบบ ระบบผสมอาจเป็นได้ทั้งการเชื่อมต่อกับสายส่ง ระบบแยกเดี่ยว หรือให้โครงข่ายสายส่งเป็นตัวสนับสนุน