ความรู้เกี่ยวกับระบบผลิตไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์

เรื่องที่ควรรู้นี้มีสองส่วนที่สำคัญ ประกอบด้วย 1. เซลล์แสงอาทิตย์ หรือ โซล่าร์เซลล์ (Solar Cells) 2.ระบบผลิตไฟฟ้า (Solar System / Solar Power Generation) เซลล์แสงอาทิตย์ เป็นสิ่งประดิษฐ์ทางอิเลคทรอนิคส์ที่สร้างจากสารกึ่งตัวนำ โดยทำให้มีศักยภาพในการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้า ซึ่งในการผลิตเชิงอุตสาหกรรมก่อนที่จะนำไปสู่การใช้งานจริงนั้นมีขั้นตอนก่อนและหลังที่พออธิบายคร่าวๆได้ดังนี้ -ขั้นตอนการถลุงแร่และกำจัดสารเจือปนเพื่อให้ได้สารซิลิกอนบริสุทธ์ (Silicon) -ขั้นตอนการทำให้สารซิลิกอนบริสุทธ์ก่อตัวในรูปผลึก(ทั้งผลึกเดี่ยวและซ้อน)และอยู่ในรูปแท่งที่ง่ายในการแปรรูปขั้นถัดไป (Ingot) -ขั้นตอนการผ่าหรือแบ่งเป็นแท่งขนาดเล็กที่เหมาะสมแล้วฝานหรือสไลด์เป็นแผ่นบาง(Wafer) -ขั้นตอนการกระตุ้นและทำให้เกิดขั้วทางไฟฟ้า โดยที่อีเลคตรอนและโฮลพร้อมเคลื่อนตัวไปยังแต่ละขั้วเมื่อได้รับพลังงานจากโฟตอน(Photon)ในแสงอาทิตย์ (Solar Cells) -ขั้นตอนการนำเซลล์แสงอาทิตย์จำนวนตามที่ออกแบบมาต่อวงจรไฟฟ้าเข้าด้วยกันที่จะให้กำลังไฟฟ้าและแรงดันไฟฟ้าตามต้องการบนแผ่นกระจกที่แสงสามารถผ่านได้ดี ปิดด้านหลังด้วยแผ่นปิดที่มีความเป็นฉนวน จากนั้นปิดทับด้วยแผ่นใสทางเคมีที่เรียกว่า EVA (Ethelyne Vinyl Acetate) ที่จะหลอมละลายในตู้อบสูญญากาศที่อุณหภูมิสูง(Laminater)เพื่อเคลือบพื้นผิวทั้งหมดเป็นการป้องกันอากาศและความชื้นเข้าสู่ภายใน ไม่เกิดกระบวนการ Oxidation ทำให้วัสดุภายในมีอายุการใช้งานยาวนาน จากนั้นจะประกอบเฟรมล้อมโดยรอบด้วยอลูมิเนียมเพื่อเสริมความแข็งแรงและช่วยให้ง่ายในการจับยึดเพื่อติดตั้งใช้งาน และติดกล่องควบคุมวงจรไฟฟ้า ( Junction Box)ไว้ด้านหลัง อีกทีหนึ่ง ขั้นตอนนี้คือขั้นตอนการผลิตแผงเซลล์ (Solar Modules / Solar Panels / PV Modules)
ระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ (Solar System / Solar Power Generation) ในด้านพลังงานนั้นเป็นที่ทราบและยอมรับทั่วกันว่าแสงอาทิตย์ที่ส่องมาถึงโลกนั้นได้นำพลังงานมาให้คิดเป็นกำลังไฟฟ้า 1,000 W/m2 และเฉลี่ยเป็นพลังงานที่ได้รับต่อวัน 4,500 kWH หรือคือเฉลี่ยชั่วโมงรับแสง(ที่ 1.000 W/m2) 4.5 ชั่วโมง/วัน ค่ากำลังไฟฟ้า 1,000 W/m2 ใช้เป็นฐาน 100 % ในการเทียบค่าประสิทธิภาพเซลล์หรือแผงเซลล์แสงอาทิตย์ โดยนำขนาดพื้นผิวและกำลังไฟฟ้าที่ผลิตได้ไปเทียบบัญญัติไตรยางศ์โดยตรงเช่น ถ้าแผงเซลล์ฯมีขนาดพื้นผิว 1.5 m2 มีกำลังไฟฟ้า 225 W ที่หากคำนวณไปที่ขนาดพื้นผิว 1 m2 จะมีกำลังไฟฟ้า เท่ากับ 225 *1/1.5 คือ 150 W เมื่อเทียบกับ 1,000 จะเท่ากับ 15% หมายความว่าแผงเซลล์นี้มีประสิทธิภาพ 15% ไฟฟ้าที่ผลิตได้จากเซลล์แสงอาทิตย์เป็นไฟฟ้ากระแสตรง(DC) ดังนั้นหากจะนำไปใช้กับโหลดหรือภาระทางไฟฟ้าคืออุปกรณ์ไฟฟ้าต่างๆที่ในประเทศไทยส่วนใหญ่นั้นจะรองรับไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) ก็จำเป็นจะต้องมีอุปกรณ์แปลงไฟฟ้ากระแสตรงเป็นกระแสสลับที่เรียกว่า อินเวอร์เตอร์ (Inverter)มาช่วย และเนื่องจากเซลล์แสงอาทิตย์จะผลิตไฟฟ้าได้ในเวลากลางวัน ดังนั้นหากจะใช้ไฟฟ้าในเวลากลางคืนหรือจะสำรองไว้ใช้ในวันข้างหน้าที่อาจมีฝนตกไม่อาจผลิตไฟฟ้าได้ก็จำเป็นต้องใช้แบตเตอรี่(Battery)เก็บสำรองไว้ให้ กรณีนี้ก็จำเป็นต้องมีอุปกรณ์ควบคุมการประจุ(และการคายประจุ)แบตเตอรี่(Charger / Charge Controller)มาต่อร่วมในระบบด้วย ความต้องการใช้งานระบบผลิตไฟฟ้าที่แตกต่างกันทำให้การออกแบบ การจัดวงจร การเลือกอุปกรณ์และหลักการทำงานแต่ละระบบ ต้องแตกต่างกันตามไปด้วย โดยทั่วๆไปจะจำแนกเป็น 3 ระบบ ดังนี้
1. ระบบติดตั้งอิสระ (Stand Alone / Off Grid) 2.ระบบต่อเชื่อมโยงกับระบบไฟฟ้าปกติ ( Grid Connected / On Grid ) 3.ระบบสลับพลังงานหรือหลายแหล่งพลังงาน(Hybrid)
จุดเด่นในการใช้งาน
-ไม่มีมลภาวะ ลดปัญหาโลกร้อน และเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม -อายุการใช้งานยาวนาน -ออกแบบให้ใช้งานได้ทั้งสำหรับอุปกรณ์ในระบบไฟฟ้ากระแสตรงและกระแสสลับ -ไม่มีค่าใช้จ่ายในการใช้งานและบำรุงรักษาหรือมีบ้างเพียงเล็กน้อยเท่านั้น -มีส่วนร่วมในการอนุรักษ์พลังงาน โดยการลดการใช้ไฟฟ้าในระบบปกติ