พลังงานแสงอาทิตย์ (Solar Energy) เป็นพลังงานที่ได้รับการผลิตจากรังสีของดวงอาทิตย์ที่ได้รับจากดวงอาทิตย์อยู่ตลอดเวลา ทั้งในรูปแบบพลังงานแสง และความร้อน โดยพลังงานทั้งสองแบบนี้ก็นำไปใช้ประโยชน์ได้หลากหลาย ทั้งในการผลิตไฟฟ้า และพลังงานความร้อน
การผลิตพลังงานไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์
การผลิตพลังงานไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์ สามารถผลิตได้จาก 2 แนวทาง ทั้งในการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสง และแบบใช้พลังงานความร้อน โดยแบบที่ได้รับความนิยมมากกว่าคือ ผลิตพลังงานไฟฟ้าจากพลังงานแสง
การผลิตพลังงานไฟฟ้าจากพลังงานแสง
การผลิตพลังงานไฟฟ้าด้วยพลังงานแสงนี้ ถูกผลิตครั้งแรกในปี ค.ศ. 1883 โดยชาร์ลส ฟริตส (Charles Fritts) โดยอาศัยวิธีการที่เรียกว่า โฟโต้โวลทาอิค (Photovoltaic หรืออ Solar Photovataic) คือการเปลี่ยนแปลงพลังงานแสงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานไฟฟ้าโดยตรง โดยใช้อุปกรณ์ที่มีชื่อว่า โซล่าเซลล์ (Solar Cell)
โซล่าเซลล์ (Solar Cell) ทำจากอะไร
โซล่าเซลล์ (Solar Cell) หรือเซลล์แสงอาทิตย์ ที่ทำจากสารกึ่งตัวนำ เช่น ซิลิคอน (Silicon), แกลเลียมอาร์เซไนด์ (Gallium Arsenide), อินเดียมฟอสไฟด์ (Indium Phosphide), แคดเมียมเทลเลอร์ไรด์ (Cadmium Telluride) และคอปเปอร์อินเดียมไดเซเลไนด์ (Copper Indium Diselenide) โดยที่นิยมที่สุดคือการใช้ซิลิคอน เพราะหาง่าย ราคาถูก และมีคุณภาพสูง
โดยหลักการของการผลิตพลังงานไฟฟ้าด้วยแสงอาทิตย์นั้น เมื่อมีแสงอาทิตย์ตกกระทบเซลล์แสงอาทิตย์ จะเกิดการสร้างพาหะนำไฟฟ้าประจุลบและบวกขึ้น โครงสร้างรอยต่อพีเอ็นจะทำหน้าที่สร้างสนามไฟฟ้าภายในเซลล์ เพื่อแยกพาหะนำไฟฟ้าชนิดอิเล็กตรอนไปที่ขั้วลบ และพาหะนำไฟฟ้าชนิดโฮลไปที่ขั้วบวก ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าแบบกระแสตรงที่ขั้นไฟฟ้าทั้งสอง เมื่อต่อให้ครบทั้งวงจรแล้วทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าไหลขึ้น
อุปกรณ์ที่ใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์
- แผงโซล่าเซลล์ (Solar Cell) โดยการนำแผงโซล่าเซลล์มาต่อกันเป็นแผงหรือเป็นชุด เพื่อให้ได้พลังงานไฟฟ้าที่ต้องการ ถ้าเลือกต่อแบบขนานจะทำให้ได้พลังงานไฟฟ้าเพิ่มขึ้น แต่ถ้าหากต่อแบบอนุกรมจะทำให้มีแรงดันไฟฟ้าสูงขึ้น
- เครื่องควบคุมการชาร์จ (Charge Controller) เป็นอุปกรณ์ที่ช่วยในการควบคุมการชาร์จประจุไฟเข้าสู่แบตเตอรี่ และจ่ายไฟออกจากแบตเตอรี่ ให้พอดีอย่างเหมาะสม เนื่องจากพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานที่ไม่มีความแน่นอนเพราะแสงจะไม่ได้สว่างอยู่ตลอดเวลา ทำให้การเก็บไฟฟ้าไม่ได้ประสิทธิภาพเท่าที่ควร และเครื่องควบคุมการชาร์จยังช่วยยืดอายุการใช้งานให้กับแบตเตอรี่อีกด้วย
- แบตเตอรี่ (Battery) เป็นตัวจัดเก็บพลังงานที่ได้รับการสร้างจากแผงโซล่าเซลล์ เพื่อเก็บไว้ใช้ในเวลาที่ต้องการ เช่น ในเวลาที่ไม่มีแสงอาทิตย์ หรือ กลางคืน
- เครื่องแปรงกระแสไฟฟ้า (Inverter) มีหน้าที่ในการแปลงกระแสไฟฟ้าจากกระแสตรง เป็นกระแสสลับ เพื่อให้ใช้งานได้กับเครื่องใช้ไฟฟ้าทั่วไป
- ระบบป้องกันฟ้าผ่า (Lighting Protection) มีหน้าที่ในการป้องกันความเสียหายต่ออุปกรณ์ไฟฟ้า เมื่อเกิดฟ้าผ่า หรือเกิดการเหนี่ยวนำที่ทำให้ความต่างศักย์สูงเกินไป โดยทั่วไปจะใช้กับโครงการที่มีขนาดใหญ่หรือสำคัญมากๆ เท่านั้น และต้องใช้งานร่วมกันสายดินด้วย
- อื่นๆ เช่น สายไฟ เพื่อใช้ลำเลียงพลังงานไฟฟ้าจาก โซล่าเซลล์มาจัดเก็บที่แบตเตอรี่ และจ่ายไฟฟ้าจากแบตเตอรี่ไปยังเครื่องใช้ไฟฟ้าต่างๆ ภายในบ้าน และท่อร้อยสายไฟไว้ใช้สำหรับป้องกันสายไฟจากสิ่งแปลกปลอมอื่นๆ และทำให้สายไฟมีอายุยาวนานขึ้น
การผลิตไฟฟ้าจากพลังงานความร้อน
การผลิตพลังงานไฟฟ้าจากพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์ (Solar Thermal Electricity) จะหลักโดยการนำใช้อุปกรณ์รับแสง อาจจะเป็นกระจก หรือวัสดุสะท้อนแสง หมุนตามดวงอาทิตย์ และรวมแสงมาอยู่ในจุดเดียว หรือเรียกว่า ระบบความร้อนรวมศูนย์ (Concentrated Solar Power หรือ CSP) ซึ่งการทำเช่นนี้ จะทำให้มีความร้อนที่สูงมาก หลังจากนั้นก็ส่งผ่านความร้อนเหล่านี้ไปยังตัวกลาง เช่น น้ำ หรือน้ำมัน และจะถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้าโดยอาจจะเก็บโดยตรงหรือเก็บผ่านสารเคมีบางอย่างที่สามารถเก็บความร้อนได้ แล้วจึงนำไปผลิตเป็นพลังงานไฟฟ้าอีกที
ข้อดีของพลังงานแสงอาทิตย์
- สามารถผลิตพลังงานไฟฟ้าได้ทุกขนาด ตั้งแต่ขนาดเล็ก เช่น เครื่องคิดเลข จนถึงขนาดใหญ่ หรือแม้กระทั่งโรงไฟฟ้า
- สามารถติดตั้งในครัวเรือนได้ง่าย เพียงมีโซล่าเซลล์ ติดตั้งไว้บริเวณหลังคาบ้าน ก็สามารถผลิตไฟฟ้าใช้งานได้เอง และไฟฟ้าส่วนเกินก็ยังสามารถขายให้กับ กฟภ. ได้อีกด้วย
- เป็นพลังงานสะอาดและเป็นหนึ่งในพลังงานทางเลือกที่จะมาแทนพลังงานฟอสซิลที่กำลังจะหมดไปในอนาคต
ข้อจำกัดของพลังงานแสงอาทิตย์
- ผลผลิตไม่ค่อยสม่ำเสมอ เพราะไม่ได้มีแสงแดดอยู่ตลอดเวลา
- หากต้องการใช้พลังงานจำนวนมากจะต้องติดตั้งโซล่าเซลล์เป็นจำนวนมาก จึงใช้พื้นที่มากขึ้นตามไปด้วย
- ปัจจุบันการติดตั้งและค่าบำรุงรักษาของอุปกรณ์ผลิตพลังงานไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์ยังค่อนข้างสูงอยู่ ทั้ง แผงโซล่าเซลล์ แบตเตอรี่
- แผงโซล่าเซลล์จะเป็นขยะ อิเล็กทรอนิกส์ ที่ต้องหาทางกำจัดเมื่อหมดอายุการใช้งาน
- อาจจะเกิดความร้อนจำนวนมากในบริเวณที่ผลิตพลังงานไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์
ที่มา
http://www.mnre.go.th/reo13/th/news/detail/9385