การใช้พลังงานแสงอาทิตย์
"เซลล์แสงอาทิตย์" (Solar Cell) เป็นสิ่งประดิษฐ์ทางอิเล็กทรอนิกส์ที่สร้างจากสาร กึ่งตัวนำ ซึ่งสามารถเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ (หรือแสงจากหลอดแสงสว่าง) ให้เป็นพลัง งานไฟฟ้าโดยตรง และไฟฟ้าที่ได้นั้นจะเป็นไฟฟ้ากระแสตรง (Direct Current) จัดว่าเป็น แหล่งพลังงานทดแทนชนิดหนึ่ง (Renewable Energy) สะอาดและไม่สร้างมลภาวะใดๆ ขณะใช้งาน
หลักการทำงานและการใช้งานทั่วไปของเซลล์แสงอาทิตย์
โครงสร้างของเซลล์แสงอาทิตย์ที่นิยมใช้กันมากที่สุดได้แก่ รอยต่อพีเอ็นของสาร กึ่งตัวนำ ซึ่งวัสดุสารกึ่งตัวนำที่ราคาถูกที่สุดและมีมากที่สุดบนพื้นโลกได้แก่ ซิลิคอน ซึ่งถลุง ได้จากควอตไซต์หรือทราย และผ่านขั้นตอนการทำให้บริสุทธิ์ตลอดจนการทำให้ตกผลึก
เซลล์แสงอาทิตย์หนึ่งแผ่นอาจมีรูปร่างเป็นแผ่นวงกลม (เส้นผ่าศูนย์กลาง 5 นิ้ว) หรือแผ่นสี่เหลี่ยมจตุรัส (ด้านละ 5 นิ้ว) มีความหนาประมาณ 200-400 ไมครอน (ประมาณ 0.2-0.4 มิลลิเมตร) และต้องนำมาผ่านกระบวนการแพร่ซึมสารเจือปนในเตาอุณหภูมิสูง (ประมาณ 1000 ํ ซ) เพื่อสร้างร้อยต่อพีเอ็น ขั้วไฟฟ้าด้านหลังเป็นผิวสัมผัสโลหะเต็มหน้า ส่วนขั้วไฟฟ้าด้านหน้าที่รับแสงจะมีลักษณะเป็นลายเส้นคล้ายก้างปลา
เมื่อมีแสงอาทิตย์ตกกระทบเซลล์แสงอาทิตย์ จะเกิดการสร้างพาหะนำไฟฟ้าประจุ ลบและประจุบวกขึ้นซึ่งได้แก่ อิเล็กตรอน และโฮล โครงสร้างรอยต่อพีเอ็นจะทำหน้าที่สร้าง สนามไฟฟ้าภายในเซลล์เพื่อแยกพาหะไฟฟ้าชนิดอิเล็กตรอนให้ไหลไปที่ขั้วลบ และทำให้ พาหะนำไฟฟ้าชนิดโฮลไหลไปที่ขั้วบวก ด้วยเหตุนี้ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าแบบกระแสตรงขึ้น ที่ขั้วทั้งสอง เมื่อเราต่อเซลล์แสงอาทิตย์เข้ากับเครื่องไฟฟ้า (เช่น หลอดแสงสว่าง มอเตอร์ ฯลฯ) ก็จะมีกระแสไฟฟ้าไหลในวงจร
เซลล์แสงอาทิตย์ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 5 นิ้ว จะให้กระแสไฟฟ้าลัดวงจรประมาณ 3 แอมแปร์ และให้แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดประมาณ 0.5 โวลต์ ถ้าต้องการให้ได้กระแสไฟฟ้า มากๆ ก็ทำได้โดยการนำเซลล์มาต่อขนานกัน หรือถ้าต้องการให้แรงดันไฟฟ้าสูงๆ ก็ทำได้โดย การนำเซลล์มาต่ออนุกรมกัน เซลล์แสงอาทิตย์ที่มีขายอยู่ในท้องตลาดจะถูกออกแบบให้อยู่ใน กรอบอลูมเนียมสี่เหลี่ยมผืนผ้าซึ่งเรียกว่า แผง หรือมอดูล
นื่องจากกระแสไฟฟ้าที่ไหลออกจากเซลล์แสงอาทิตย์เป็นชนิดกระแสตรง ดังนั้น ถ้าผู้ใช้ต้องการนำไปจ่ายไฟฟ้าให้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้ไฟฟ้ากระแสสลับ ต้องต่อเซลล์แสง อาทิตย์เข้ากับอินเวอร์เตอร์ (Inverter) ซึ่งเป็นอุปกรณ์แปลงไฟฟ้าจากกระแสตรงให้เป็นกระแส สลับก่อน
ถ้าจ่ายไฟฟ้าให้เฉพาะเครื่องใช้ไฟฟ้ากระแสตรงในเวลากลางวัน เช่น หลอดแสง สว่างกระแสตรงสามารถต่อตเซลล์แสงอาทิตย์กับเครื่องใช้ไฟฟ้ากระแสตรงได้โดยตรง
ถ้าจ่ายไฟฟ้าให้เครื่องใช้ไฟฟ้ากระแสสลับในเวลากลางวัน เช่น ตู้เย็น เครื่องปรับ อากาศ ในระบบจะต้องมีอินเวอร์เตอร์ด้วย
ถ้าต้องการใช้ไฟฟ้าในเวลากลางคืนด้วย จะต้องมีแบตเตอรี่เพิ่มเข้ามาในระบบด้วย กล่องควบคุมการประจุไฟฟ้าทำหน้าที่
- เลือกว่าจะส่งกระแสไฟฟ้าไปยังอินเวอร์เตอร์หรือส่งไปยังแบตเตอรี่ หรือ
- ตัดเซลล์แสงอาทิตย์ออกจากระบบและต่อแบตเตอรี่ตรงไปยังอินเวอร์เตอร์
อินเวอร์เตอร์เป็นอุปกรณ์ที่ใช้สำหรับแปลงไฟฟ้ากระแสตรงให้เป็นกระแสไฟฟ้าสลับ ในการแปลงดังกล่าวจะมีการสูญเสียเกิดขึ้นเสมอ โดยทั่วไปประสิทธิภาพของอินเวอร์เตอร์มี ค่าประมาณร้อยละ 85-90 หมายความว่า ถ้าต้องการใช้ไฟฟ้า 85-90 วัตต์ เราควรเลือกใช้ อินเวอร์เตอร์ขนาด 100 วัตต์ เป็นต้น ในการใช้งานควรติดตั้งอินเวอร์เตอร์ในที่ร่มอุณหภูมิ ไม่เกิน 40 ํ ซ ความชื้นไม่เกินร้อยละ 60 อากาศระบายได้ดี ไม่มีสัตว์ เช่น หนู งู มารบ กวน และมีพื้นที่ให้บำรุงรักษาได้เพียงพอ
สถานที่ติดตั้งแผงเซลล์แสงอาทิตย์ควรเป็นที่โล่ง ไม่มีเงามาบังเซลล์ ไม่อยู่ใกล้ สถานที่เกิดฝุ่น อาจอยู่บนพื้นดิน หรือบนหลังคาบ้านก็ได้ ควรวางให้แผงเซลล์มีความลาด เอียงประมาณ 10-15 องศา จากระดับแนวนอนและหันหน้าไปทางทิศใต้ การวางแผงเซลล์ ให้มีความลาดเอียงดังกล่าวจะช่วยให้เซลล์รับแสงอาทิตย์ได้มากที่สุดและช่วยระบายน้ำฝนได้ รวดเร็ว
การบำรุงรักษาเซลล์แสงอาทิตย์และอายุการใช้งาน
อายุการใช้งานเซลล์แสงอาทิตย์โดยทั่วไปยาวนานกว่า 20 ปี การบำรุงรักษาก็ง่าย เพียงแต่คอยดูแลว่ามีสิ่งสกปรกตกค้างบนแผงเซลล์หรือไม่ เช่น ฝุ่น มูลนก ใบไม้ ถ้าพบว่า มีสิ่งสกปรกก็ใช้น้ำล้างทำความสะอาด ปีละ 1-2 ครั้งก็เพียงพอ ห้ามใช้น้ำยาพิเศษล้างหรือ ใช้กระดาษทรายขัดผิวกระจกโดยเด็ดขาด เมื่อเวลาฝนตก น้ำฝนจะช่วยชำละล้างแผงเซลล์ได้ ตามธรรมชาติ
สำหรับในระบบที่มีการใช้แบตเตอรี่ชนิดใช้น้ำกลั่น (Lead Acid) ห้ามใช้ไฟฟ้าจน แบตเตอรี่หมด แต่ควรใช้ไฟฟ้าเพียงร้อยละ 30-40 และเริ่มประจุไฟฟ้าใหม่ให้เต็มก่อนการใช้ งานครั้งต่อไป และต้องคอยหมั่นเติมน้ำกลั่นและเช็ดทำความสะอาดขั้วของแบตเตอรี่
ในกรณีที่มีการใช้อินเวอร์เตอร์ ควรสังเกตว่ามีเสียงดังผิดปกติหรือเกิดความร้อน ผิดปกติหรือไม่ ถ้าพบความผิดปกติให้รีบตัดไฟฟ้าออกจากอินเวอร์เตอร์และและติดต่อบริษัท ผู้ขาย เพื่อให้ตรวจหาสาเหตุและแก้ไขให้ใช้งานได้ต่อไป
เซลล์แสงอาทิตย์ประเภทต่างๆ
1. เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดผลึกเดี่ยวซิลิคอน (Single Crystalline Solar Cell) และ ชนิดผลึกซิลิคอน (Polycrystalline Silicon Cell) ประเทศไทยนำเข้าเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดผลึกเดี่ยวซิลิคอนมากที่สุด ข้อดีเด่นคือ ใช้ ธาตุซิลิคอนซึ่งมีมากที่สุดในโลกและมีราคาถูกเป็นวัตถุดิบ
2. เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดฟิล์มบางอะมอร์ฟัสซิลิคอน (Amorphous Silicon Solar Cell) ได้แก่ เซลล์แสงอาทิตย์ที่ใช้ในเครื่องคิดเลข ซึ่งมีลักษณะสีม่วงน้ำตาล มีความบาง เบา ราคาถูก ผลิตให้เป็นพื้นที่เล็กไปจนถึงใหญ่หลายตารางเมตรได้ใช้ธาตุซิลิคอนเช่นกัน แต่เคลือบ ให้เป็นฟิล์มบางเพียง 0.5 ไมครอน หรือ 0.0005 มิลลิเมตรเท่านั้น
3. เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดผลึกแกลเลียมอาร์เซไนด์ (Gallium Arsenide Solar Cell) เป็นเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพสูงระดับร้อยละ 25 ขึ้นไป แต่มีราคาแพงมาก ไม่นิยมนำมาใช้งานบนพื้นโลก จึงใช้งานสำหรับดาวเทียมเป็นส่วนมาก
เซลล์แสงอาทิตย์เป็นแหล่งพลังงานทดแทนซึ่งสามารถเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ (หรือแสงจากหลอดแสงสว่าง) ให้เป็นพลังงานไฟฟ้าโดยตรง เซลล์แสงอาทิตย์เป็นแหล่งพลัง งานทดแทนที่สะอาดและไม่สร้างมลภาวะขณะใช้งาน ไม่ทำลายสภาพแวดล้อม เพียงแต่ติด ตั้งเซลล์แสงอาทิตย์ไว้กลางแดด ก็สามารถใช้งานได้ทันที เซลล์แสงอาทิตย์ทำงานได้โดยไม่ สร้างเสียงรบกวนหรือการเคลื่อนไหว เนื่องจากเซลล์แสงอาทิตย์ทำงานโดยใช้พลังงานแสง อาทิตย์เท่านั้น จึงเป็นการประหยัดน้ำมันและอนุรักษ์พลังงาน และสามารถผลิตกระแสไฟฟ้า ได้จากแสงอาทิตย์ซึ่งเป็นพลังงานที่มนุษย์ได้มาฟรีและมีไม่สิ้นสุด อายุการใช้งานของเซลล์ แสงอาทิตย์ยาวนานกว่า 20 ปี ดังนั้นเมื่อลงทุนติดตั้งเซลล์แสงอาทิตย์ในครั้งแรก ก็แทบจะ ไม่มีค่าใช้จ่ายเพิ่มขึ้นอีกต่อไป
การใช้งานเซลล์แสงอาทิตย์ไม่มีความสลับซับซ้อนและไม่มีอันตราย ประชาชนทั่วไป สามรารถหาซื้อและติดตั้งเพื่อใช้งานในครัวเรือนด้วยตนเอง การใช้งานเซลล์แสงอาทิตย์แบบ ง่ายๆ อาจเริ่มจากซื้ออุปกรณ์ชุดเซลล์แสงอาทิตย์สำเร็จรูปมาใช้งาน เพื่อให้เกิดความคุ้นเคย เช่น ไฟส่องสนามพลังงานแสงอาทิตย์ ไฟส่องโรงจอดรถพลังงานแสงอาทิตย์ ชุดหลอดฟลูออ เรสเซนต์พลังงานแสงอาทิตย์ สำหรับการออกแบบระบบใหญ่ที่ติดตั้งบนหลังคา ควรปรึกษา ผู้เชี่ยวชาญ
