เนื้อหา

     พลังงานแสงอาทิตย์ (Solar Energy) เป็นพลังงานที่ได้จากดวงอาทิตย์ โดยการแผ่รังสีในรูปของรังสีที่มองเห็น เช่น แสง และรังสีที่มองไม่เห็น เช่น รังสีอัลตราไวโอเลต รังสีอินฟราเรด พลังงานแสงอาทิตย์จัดเป็นพลังงานทดแทนประเภทพลังงานหมุนเวียนที่นำมาใช้ประโยชน์เพื่อทดแทนพลังงานจากปิโตรเลียม ถ่านหินและแก็สธรรมชาติ ปัจจุบันเราสามารถนำพลังงานแสงอาทิตย์มาใช้ประโยชน์ได้ 2 ลักษณะ คือ  รูปของพลังงานไฟฟ้า และรูปของพลังงานความร้อน
     การนำพลังงานแสงอาทิตย์มาใช้ประโยชน์ในรูปของพลังงานไฟฟ้า ทำได้ 2 แนวทางคือ การเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้าโดยตรง และการเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานความร้อนก่อนแล้วจึงเปลี่ยนไปเป็นพลังงานไฟฟ้า แนวทางนี้นิยมใช้ในโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ขนาดใหญ่

     เซลล์แสงอาทิตย์ เป็นอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ใช้เป็นพลังงานไฟฟ้า ทำมาจากวัสดุพิเศษที่เรียกว่า สารกึ่งตัวนำ มีโครงสร้างหลักประกอบขึ้นด้วยสารกึ่งตัวนำชนิดพีและชนิดเอ็นที่นำมาต่อกันเพื่อทำหน้าที่สร้างสนามไฟฟ้า เมื่อแสงตกกระทบยังเซลล์แสงอาทิตย์จะเกิดการสร้างพาหะนำไฟฟ้าที่มีประจุบวกและประจุลบ โดยประจุทั้งสองชนิดจะเคลื่อนที่ในสนามไฟฟ้า ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า

 
ชนิดของเซลล์แสงอาทิตย์ ที่ใช้งานในเชิงพาณิชย์ แบ่งออกเป็น 4 ชนิด คือ

     ชนิดซิลิคอนผลึกเดี่ยว (Single Crystalline Silicon Solar Cell)

     ชนิดซิลิคอนหลายผลึก (Polycrystalline Silicon Solar Cell)


ชนิดฟิล์มบางอะมอร์ฟัสซิลิคอน (Thin-Film Amorphous Silicon Solar Cell)

     ชนิดที่ทำจากสารกึ่งตัวนำอื่นๆ เช่น แกลเลียมอาร์เซไนด์(GaAs) แคดเนียมเทลเลอไรด์(CdTe) คอปเปอร์อินเดียมไดเซเลไนด์(CIS) ซึ่งเป็นชนิดที่มีประสิทธิภาพในการเปลี่ยนแปลงพลังงานจากพลังงานแสงอาทิตย์ไปเป็นพลังงานไฟฟ้าสูงกว่าชนิดอื่น

 รูปแบบการต่อเซลล์แสงอาทิตย์
     การใช้งานเซลล์แสงอาทิตย์จะต้องนำเซลล์แสงอาทิตย์หลายเซลล์มาต่อกันเพื่อเพิ่มค่ากระแสไฟฟ้าหรือแรงดันไฟฟ้า เมื่อเซลล์แสงอาทิตย์ได้รับแสงอาทิตย์เต็มที่จะเกิดกระแสไฟฟ้าไหลในวงจรประมาณ 30 mA/cm2 และแรงดันไฟฟ้าประมาณ 0.4-0.6 V/cell มีกำลังไฟฟ้าประมาณ 1 W หากนำเซลล์แสงอาทิตย์มาต่อเข้าด้วยกันจะทำให้ได้แผงเซลล์แสงอาทิตย์ใช้งาน เช่น การต่อเซลล์แสงอาทิตย์แบบขนาน จะทำให้ได้กระแสไฟฟ้ามากขึ้นแต่ได้แรงดันไฟฟ้าเท่าเดิม และการต่อเซลล์แสงอาทิตย์แบบอนุกรม จะทำให้ได้แรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นแต่กระแสไฟฟ้าเท่าเดิม

   

การต่อเซลล์แสงอาทิตย์แบบขนาน

การต่อเซลล์แสงอาทิตย์แบบอนุกรม


การติดตั้งแผงเซลล์แสงอาทิตย์
     การติดตั้งแผงเซลล์แสงอาทิตย์เพื่อผลิตไฟฟ้า ควรติดตั้งอยู่ในที่โล่งแจ้ง ไม่มีเงาของต้นไม้หรือสิ่งก่อสร้างมาบดบังแสงอาทิตย์ และหันด้านหน้าของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ให้รับแสงอาทิตย์มากที่สุด ทั้งนี้ประเทศไทยตั้งอยู่เหนือเส้นศูนย์สูตรของโลก เพื่อให้แผงเซลล์แสงอาทิตย์รับความเข้มรังสีมากที่สุด จึงควรติดตั้งแผงเซลล์แสงอาทิตย์ให้หันไปทางทิศใต้ ซึ่งการติดตั้งแผงเซลล์แสงอาทิตย์ทำให้หลายแบบ ได้แก่ การติดตั้งบนพื้นดิน โดยเอียงทำมุมประมาณ 10-15 องศากับแนวราบ การติดตั้งบนหลังคา โดยเว้นระยะห่างระหว่างแผงเซลล์แสงอาทิตย์กับหลังคาเพื่อระบายความร้อน และการติดตั้งเป็นส่วนหนึ่งของอาคาร โดยออกแบบให้แผงเซลล์แสงอาทิตย์ติดตั้งเป็นส่วนหนึ่งของตัวอาคารเพื่อให้เกิดประโยชน์และกลมกลืนสวยงาม 

  

การติดตั้งบนพื้นดิน

การติดตั้งบนหลังคา

การติดตั้งเป็นส่วนหนึ่งของอาคาร

รูปแบบการใช้งานแผงเซลล์แสงอาทิตย์
     การใช้งานแผงเซลล์แสงอาทิตย์สามารถแบ่งระบบผลิตไฟฟ้าตามลักษณะการเชื่อมต่อระบบจำหน่ายไฟฟ้า ได้ 2 แบบ คือ การใช้งานแบบไม่เชื่อมต่อระบบจำหน่ายไฟฟ้า (Off Grid or Stand-alone) และการใช้งานแบบเชื่อมต่อระบบจำหน่ายไฟฟ้า (On Grid or Grid-connected)

     1) การใช้งานแบบไม่เชื่อมต่อระบบจำหน่ายไฟฟ้า มีวัตถุประสงค์เพื่อใช้งานเฉพาะครัวเรือนหรือในพื้นที่ห่างไกลจากระบบสายส่งไฟฟ้า ซึ่งระบบผลิตไฟฟ้าประกอบด้วย แผงเซลล์แสงอาทิตย์ แบตเตอรี่ อุปกรณ์ควบคุมการประจุแบตเตอรี่ และอินเวอร์เตอร์

         
     2) การใช้งานแบบเชื่อมต่อระบบจำหน่ายไฟฟ้า มีวัตถุประสงค์เพื่อใช้งานเป็นโรงไฟฟ้า ผลิตไฟฟ้าขายเข้าสู่ระบบจำหน่ายไฟฟ้าหรือเพื่อลดค่าไฟฟ้าจากระบบจำหน่ายไฟฟ้า ซึ่งระบบผลิตไฟฟ้าจะไม่มีการใช้งานแบตเตอรี่ในระบบ เมื่อครัวเรือนใช้ไฟฟ้าน้อยกว่าที่ระบบผลิตได้ ไฟฟ้าส่วนเกินจะถูกจ่ายเข้าสู่ระบบจำหน่ายไฟฟ้า และเมื่อครัวเรือนใช้ไฟฟ้ามากกว่าที่ระบบผลิตได้ ไฟฟ้า ระบบผลิตไฟฟ้าจะดึงไฟฟ้าจากระบบจำหน่ายไฟฟ้าเข้ามาใช้งานในครัวเรือนอัตโนมัติ 

 
     การคำนวณกำลังไฟฟ้าของเซลล์แสงอาทิตย์เพื่อให้ทราบว่าควรจะต่อแผงเซลล์แสงอาทิตย์อย่างไร เราจึงจะได้แรงดันไฟฟ้าเพียงพอกับความต้องการ กำลังไฟฟ้าของเซลล์แสงอาทิตย์จะขึ้นอยู่กับจำนวนและชั่วโมงการใช้งานของเครื่องใช้ไฟฟ้า ตัวอย่างเช่น บ้านหลังหนึ่งมีหลอดไฟฟลูออเรสเซนต์ จำนวน 8 หลอด ขนาด 36 W ใช้งาน 6 h/day ผลคูณของค่าทั้ง 3 คือ ค่าพลังงานไฟฟ้า มีค่าเท่ากับ 1,728 Wh ซึ่งสามารถนำคำนวณกำลังไฟฟ้าของเซลล์แสงอาทิตย์ ได้ดังนี้

          เมื่อ  P คือ กำลังไฟฟ้าเซลล์แสงอาทิตย์ที่จะติดตั้ง
                PL คือ ความต้องการพลังงานในหนึ่งวัน (Wh/m2)
                Q คือ พลังงานแสงอาทิตย์เฉลี่ยที่ตกกระทบในวันหนึ่งวัน
                        สำหรับประเทศไทยมีค่า 4,000 Wh/m2
                  
A คือ ค่าชดเชยการสูญเสียของเซลล์แสงอาทิตย์ มีค่าประมาณ 0.8

                B คือ ค่าชดเชยการสูญเสียเชิงความร้อน มีค่าประมาณ 0.85
                C คือ ประสิทธิภาพของอินเวอเตอร์ มีค่าประมาณ 0.85 - 0.9
                D คือ ความเข้มแสงปกติ มีค่าประมาณ 1,000 W/m2
       ดังนั้น  P = (1,728 x 1,000)/(4,000 x 0.8 x0.85 x 0.85)
                  = 747.40 W

     เมื่อเราทราบกำลังไฟฟ้าของเซลล์แสงอาทิตย์ที่จะติดตั้งแล้ว เราก็จะสามารถกำหนดจำนวนแผงเซลล์แสงอาทิตย์และออกแบบการต่อวงจรเพื่อให้ได้แรงดันไฟฟ้าตามความต้องการ ตัวอย่างเช่น ถ้าแผงเซลล์แสงอาทิตย์ที่ขาย 1 แผง ให้กำลังไฟฟ้าสูงสุด 50 W แรงดันไฟฟ้าสูงสุด 17 V หากเราต้องการแรงดันไฟฟ้าใช้งาน 100 V สามารถคำนวนได้ดังนี้

     บ้านหลังนี้ต้องใช้แผงเซลล์แสงอาทิตย์ติดตั้งทั้งหมด 6 x 3 = 18 แผง โดยต่ออนุกรมแถวละ 6 แผง และต่อขนานจำนวน 3 แถว

 
วีดิทัศน์เรื่อง พลังงานแสงอาทิตย์ในรูปแบบพลังงานไฟฟ้า