เซลล์แสงอาทิตย์ (Solar Cell) เป็นสิ่งประดิษฐ์ทางอิเล็กทรอนิกส์ที่สร้างจากสารกึ่งตัวนำ (Semiconductor) เมื่อได้รับแสงจากดวงอาทิตย์หรือแสงจากหลอดไฟ เซลล์แสงอาทิตย์จะเปลี่ยนพลังงานแสงเป็นพลังงานไฟฟ้ากระแสตรง (Direct Current : DC) ถือว่าพลังงานไฟฟ้าที่เกิดจากเซลล์แสงอาทิตย์นี้ เป็นพลังงานทดแทนชนิดหนึ่ง (Renewable Energy) ซึ่งเป็นพลังงานที่สะอาดและไม่สร้างมลภาวะใด ๆ ให้กับสิ่งแวดล้อมในขณะใช้งาน Show หลักการทำงาน หลักการทำงานของเซลล์แสงอาทิตย์ เริ่มจากแสงอาทิตย์ตกกระทบเซลล์แสงอาทิตย์ จะเกิดการสร้างพาหะนำไฟฟ้าประจุลบ (เรียกว่า อิเล็กตรอน) และประจุบวก (เรียกว่า โฮล) ซึ่งอยู่ในภายในโครงสร้างรอยต่อพีเอ็นของสารกึ่งตัวนำ โดยโครงสร้างรอยต่อพีเอ็นนี้จะทำหน้าที่สร้างสนามไฟฟ้าภายในเซลล์ เพื่อแยกพาหะไฟฟ้าชนิดอิเล็กตรอนให้ไหลไปที่ขั้วลบ และทำให้พาหะนำไฟฟ้าชนิดโฮลไหลไปที่ขั้วบวก ซึ่งทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าแบบกระแสตรงขึ้นที่ขั้วทั้งสอง เมื่อเราต่อเซลล์แสงอาทิตย์เข้ากับเครื่องใช้ไฟฟ้า (เช่น หลอดไฟ มอเตอร์ เป็นต้น) ก็จะเกิดกระแสไฟฟ้าไหลในวงจร เนื่องจากกระแสไฟฟ้าที่ไหลออกจากเซลล์แสงอาทิตย์เป็นชนิดกระแสตรง ดังนั้น ถ้าต้องการจ่ายไฟฟ้าให้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้ไฟฟ้ากระแสสลับ ต้องต่อเซลล์แสงอาทิตย์เข้ากับอินเวอร์เตอร์ (Inverter) ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ใช้สำหรับแปลงไฟฟ้ากระแสตรง (DC) ให้เป็นไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) ชนิดของเซลล์แสงอาทิตย์ แบ่งตามวัสดุที่ใช้เป็น 3 ชนิดหลักๆ คือ 1. เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดผลึกเดี่ยวซิลิกอน (Single Crystalline Silicon Solar Cell หรือ c-Si) ซิลิกอนเป็นวัสดุสารกึ่งตัวนำที่มีราคาถูกที่สุด เนื่องจากซิลิกอนเป็นธาตุที่มีมากที่สุดในโลกชนิดหนึ่ง สามารถถลุงได้จากหินและทราย เรานิยมใช้ธาตุซิลิกอนในงานอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ เช่น ใช้ทำทรานซิสเตอร์และไอซี และเซลล์แสงอาทิตย์ เทคโนโลยี c-Si ได้รับความนิยมและใช้งานกันอย่างแพร่หลาย นิยมใช้งานในพื้นที่เฉพาะได้แก่ ในชนบทที่ไม่มีไฟฟ้าใช้เป็นหลัก 2. เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดผลึกโพลีซิลิกอน (Polycrystalline Silicon Solar Cell หรือ pc-Si) จากความพยายามในการที่จะลดต้นทุนการผลิตของ c-Si จึงทำให้เกิดการพัฒนาเทคโนโลยี pc-Si ขึ้นเป็นผลให้ต้นทุนการผลิตของ pc-Si ต่ำกว่า c-Si ร้อยละ 10 อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยี pc-Si ก็ได้รับความนิยมและใช้งานกันอย่างแพร่หลายเช่นกัน 3. เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดฟิล์มบางอะมอร์ฟัสซิลิกอน (Amorphous Silicon Solar Cell หรือ a-Si) เป็นเทคโนโลยีที่ใช้ธาตุซิลิกอนเช่นกัน แต่จะไม่เป็นผลึก แต่ผลของสารอะมอร์ฟัสจะทำให้เกิดเป็นฟิล์มบางของซิลิกอน ซึ่งมีความบางประมาณ 300 นาโนเมตร ทำให้ไม่สิ้นเปลืองเนื้อวัสดุ น้ำหนักเบา การผลิตทำได้ง่าย และข้อดีของ a-Si ไม่เกิดมลพิษกับสิ่งแวดล้อม จึงเหมาะที่จะประยุกต์ใช้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าที่กินไฟฟ้าน้อย เช่น เครื่องคิดเลข นาฬิกาข้อมือ วิทยุทรานซิสเตอร์ เป็นต้น นอกจากซิลิกอนแล้ว วัสดุสารกึ่งตัวนำอื่น ๆ ก็ใช้ผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ได้เช่นกัน ได้แก่ แกลเลียมอาร์เซไนด์ (GaAs : Gallium Arsenide) แคดเมียมเทลลูไรด์ (CdTe : Cadmium Telluride) คอปเปอร์อินเดียมไดเซเลไนด์ (CIS : Copper Indium Diselenide) โดยเซลล์แสงอาทิตย์ที่ผลิตจาก GaAs จะมีประสิทธิภาพการแปรพลังงานที่สูงที่สุด จึงเหมาะกับงานด้านอวกาศ ซึ่งราคาจะแพงมากเมื่อเทียบกับที่ผลิตจากซิลิกอน นอกจากนี้มีการคาดหมายกันว่า เซลล์แสงอาทิตย์ที่ผลิตจาก CIS จะมีราคาถูกและมีประสิทธิภาพสูง การบำรุงรักษาเซลล์แสงอาทิตย์และอายุการใช้งาน อายุการใช้งาน เซลล์แสงอาทิตย์ โดยทั่วไปยาวนานกว่า 20 ปี และเนื่องจากเป็นอุปกรณ์ที่ติดตั้งอยู่กับที่ ไม่มีส่วนใดที่เคลื่อนไหว เป็นผลให้ลดการดูแลและบำรุงรักษาระบบดังกล่าว จะมีเพียงในส่วนของการทำความสะอาด แผงเซลล์แสงอาทิตย์ ที่เกิดจาก ฝุ่นละอองเท่านั้น เมื่อเปรียบเทียบกับ การดูแลระบบปรับอากาศ ขนาดเล็กตาม บ้านพักอาศัยแล้ว จะพบว่างานนี้ดูแลง่ายกว่า เทคโนโลยีของ เซลล์แสงอาทิตย์ ในปัจจุบัน มีการพัฒนาให้มีประสิทธิภาพสูงขึ้น ประกอบกับ การนำ ระบบควบคุมที่ดี มาใช้ในการผลิต ทำให้ เซลล์แสงอาทิตย์ สามารถที่จะผลิตพลังงานไฟฟ้าได้ประมาณ 1,600-1,800 กิโลวัตต์-ชั่วโมง ต่อกิโลวัตต์ สูงสุดต่อปี พลังงานไฟฟ้าที่ผลิตได้จากบ้าน 1 หลัง ประมาณ 3,750-4,500 หน่วย/ปี สามารถ ลดการใช้ น้ำมัน ในการผลิต ไฟฟ้าลงได้ 1,250-1,500 ลิตร/ปี แผนที่ความเข้มรังสีดวงอาทิตย์ของประเทศไทย จัดทำขึ้นครั้งแรกเมื่อ พ.ศ. 2542 โดยกรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน. (2557). พลังงานแสงอาทิตย์. In สารานุกรมพลังงานทดแทน (pp. 32-33, 35, 38). กรุงเทพ, ประเทศไทย. ระบบเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ในช่วงรังสีคลื่นสั้น (short wave radiation) ให้เป็นพลังงานความร้อนผ่านตัวเก็บรังสีอาทิตย์ (solar collector) โดยอาศัยหลักการเบื้องต้นของแสง ซึ่งเมื่อตกกระทบวัตถุใดๆ จะเกิดปรากฏการณ์เชิงแสง 4 รูปแบบ ได้แก่ การดูดกลืนแสง (absorption) การเปล่งแสง (emission) การสะท้อนแสง (reflection) และการส่องผ่าน (transmission) โดยวัสดุต่างชนิดกันจะมีสมบัติเชิงแสงต่างกัน การเลือกวัสดุที่มีสมบัติเชิงแสงที่เหมาะสมมาสร้างเป็นระบบทำความร้อน ทำให้ใช้ประโยชน์ได้ในหลากหลายลักษณะ เช่น การผลิตน้ำร้อน การสร้างความอบอุ่นในอาคารบ้านเรือนในเขตหนาว กระบวนการอบแห้ง หรือการผลิตกระแสไฟฟ้า เป็นต้น การใช้ประโยชน์จากพลังงานแสงอาทิตย์เพื่อทำความร้อนเริ่มมีบันทึกเป็นหลักฐานครั้งแรกในปี ค.ศ. 1774 โดยนักเคมีชาวฝรั่งเศสชื่อ อังตวน ลาวัวซิเย (Antoine Lavoisier) ผู้ประดิษฐ์เครื่องจักรที่ใช้รวมแสงอาทิตย์เพื่อให้ความร้อนในการทดลองทางเคมี  เตาแสงอาทิตย์ (Solar Furnace) ประดิษฐ์ขึ้นโดย อังตวล ลาวัวซิเย (Antoine Lavoisier) อุปกรณ์ที่ประดิษฐ์ขึ้นเพื่อใช้ในการดูดซับและสะสมพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์และถ่ายเทความร้อนไปให้ตัวกลาง (medium) ที่ลำเลียงไปตามระบบท่อ ส่วนประกอบหลักของตัวเก็บรังสีอาทิตย์ได้แก่ เก็บรังสีอาทิตย์ที่ใช้ผลิตนํ้าอุ่นใช้ในอาคารบ้านเรือนประกอบด้วย (1) ตัวดูดกลืนติดตั้งบนหลังคาเพื่อรับแสงอาทิตย์ (2) อุปกรณ์นำความร้อน ได้แก่ ระบบท่อนํ้าร้อน (3) อุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อน (heat exchanger) และ (4) อุปกรณ์เก็บความร้อน ได้แก่ ถังนํ้าร้อน รวมถึงระบบทำความร้อนเสริม ในกรณีไม่มีแสงแดดหรือแสงแดดไม่เพียงพอ ตัวเก็บรังสีอาทิตย์ที่มีลักษณะเป็นแผงโลหะ ประกอบด้วยตัวดูดกลืนที่เป็นแผ่นเรียบรับแสงทำด้วยทองแดงหรืออลูมิเนียม และมีระบบท่อ (riser tube) เชื่อมติดอยู่ด้านบนของแผ่นรับแสง ปิดทับด้วยกระจกหรือพลาสติกด้านบน (glazing) แผ่นรับแสงเคลือบด้วยสารพิเศษที่มีคุณสมบัติเลือกรังสี (selective coating) ช่วยเพิ่มการดูดกลืนแสงอาทิตย์ (absorption) ทั้งจากรังสีตรง (direct radiation) และรังสีกระจาย (diffuse radiation) และลดอัตราการปลดปล่อยพลังงานในรูปของแสง (emission) ตัวแผงโลหะและขอบทั้งสี่ด้านหุ้มด้วยฉนวน เพื่อลดการสูญเสียพลังงานจากการนำความร้อน (conductive heat loss) เมื่อแสงอาทิตย์ส่องเข้ามาในแผงโลหะ พลังงานความร้อนที่เกิดขึ้นจากแผ่นดูดกลืนจะส่งผ่านให้ตัวกลาง (medium) ที่ไหลอยู่ภายในท่อ เช่น นํ้าหรือของเหลวชนิดอื่น โดยทั่วไปตัวเก็บรังสีอาทิตย์แบบแผ่นเรียบสามารถนำมาใช้ผลิตนํ้าร้อนเพื่อใช้ประโยชน์ในช่วงอุณหภูมิไม่เกิน 100 องศาเซลเซียส เช่น การผลิตนํ้าร้อนเพื่อใช้ในอาคารบ้านเรือน หรือผลิตนํ้าอุ่นสำหรับสระว่ายนํ้า เป็นต้น ส่วนประกอบและระบบผลิตน้ำร้อนพลังแสงอาทิตย์ที่ใช้เก็บรังสีแบบแผ่นเรียบ ตัวเก็บรังสีอาทิตย์ที่มีแผ่นสะท้อนแสง (reflector) รูปทรงพาราโบลาช่วยรวมแสงอาทิตย์ไปยังจุดโฟกัส ณ ตำแหน่งที่ติดตั้งแนวท่อที่มีตัวกลาง (medium) ไหลผ่านทำให้ดูดกลืนความร้อนได้ในปริมาณสูงมาก โดยมีอุณหภูมิสูงถึง 290-400 องศาเซลเซียสกรณีที่ใช้นํ้าเป็นตัวกลาง ถ้าติดตั้งตัวเก็บรังสีแบบรางพาราโบลิก จำนวนมากพอ ความร้อนที่เกิดขึ้นจะทำให้นํ้ากลายสภาพเป็นไอนํ้าแรงดันสูงป้อนเข้าสู่โรงไฟฟ้าพลังความร้อนจากแสงอาทิตย์เพื่อนำไปผลิตกระแสไฟฟ้าต่อไปตัวเก็บรังสีแบบรางพาราโบลิกยังสามารถออกแบบให้มีระบบติดตามตำแหน่งของดวงอาทิตย์บนท้องฟ้าเพื่อรับแสงอาทิตย์จากรังสีตรง (direct radiation) ความเข้มสูงได้ตลอดทั้งวัน เป็นการเพิ่มประสิทธิภาพการแปรรูปพลังงานให้สูงขึ้นได้อีกด้วย ส่วนประกอบของตัวเก็บรังสีแบบพาราโบลิก ตัวเก็บรังสีอาทิตย์ที่มีลักษณะเป็นท่อสุญญากาศประกอบด้วย หลอดแก้วชั้นนอก ชนิดโดร์เนีย (Dornier type หรือ heat pipe evacuated tube) และท่อชั้นในทำจากโลหะทองแดงหรืออลูมิเนียม ติดอยู่กับครีบ (fin) ซึ่งเคลือบด้วยสารพิเศษที่มีคุณสมบัติเลือกรังสี (selective coating) ทำหน้าที่เป็นตัวดูดกลืน (absorber) โดยมีตัวกลาง (medium) เป็นของเหลว เช่น นํ้า ไหลเวียนอยู่ภายในท่อชั้นใน ช่องว่างระหว่างหลอดแก้วชั้นนอกกับท่อโลหะชั้นในเป็นสุญญากาศ เพื่อลดการสูญเสียพลังงานจากการนำและการพาความร้อน (conductive และ convective heat losses) ทำให้ประสิทธิภาพการแปรรูปพลังงานสูงกว่าตัวเก็บรังสีแบบแผ่นเรียบ ตัวเก็บรังสีแบบท่ออีกรูปแบบหนึ่งประกอบด้วยหลอดแก้วสองชั้นชนิดเดวาร์ (Dewar type หรือ all glass evacuated tube) ชั้นนอกเป็นหลอดแก้วใส ผิวหลอดแก้วชั้นในเคลือบด้วยสารพิเศษที่มีคุณสมบัติเลือกรังสี ทำหน้าที่เป็นตัวดูดกลืน ช่องว่างระหว่างหลอดแก้วทั้งสองชั้นเป็นสุญญากาศเช่นเดียวกับชนิดโดร์เนีย ตัวเก็บรังสีแบบท่อสามารถผลิตความร้อนเพื่อใช้ประโยชน์ในช่วงอุณหภูมิ 90-200 องศาเซลเซียส ตัวเก็บรังสีแบบท่อในระบบทำความร้อนจากพลังงานแสงอาทิตย์ ส่วนประกอบของตัวเก็บรังสีแบบท่อ ชนิดโดเนียร์ (Dornier) และชนิดเดวาร์ (Dewar) การอบแห้งในระบบปิดที่มีการระบายอากาศ (enclosed ventilated area) พัฒนาขึ้นมาจากการตากแห้ง (sun drying) ซึ่งเป็นวิธีไล่ความชื้นในผลผลิตทางการเกษตร เพื่อยืดอายุการเก็บอาหาร ปัจจัยที่มีผลต่อการอบแห้ง ได้แก่ อุณหภูมิและความชื้นของอากาศ รูปแบบการไหลของอากาศภายในอุปกรณ์อบแห้ง และสมบัติทางกายภาพ/เคมีของสิ่งที่ต้องการจะอบ โครงสร้างอุปกรณ์อบแห้ง (solar dryer) มี 3 แบบ ได้แก่ ตู้อบแห้ง (cabinet) กระโจมอบแห้ง (tent) และอุโมงค์อบแห้ง (tunnel) ซึ่งสามารถสร้างเป็นโรงเรือนอบแห้ง (greenhouse) ที่ผสมผสานอุปกรณ์อบแห้งหลายแบบเข้าด้วยกัน ด้านที่รับแสงทำจากวัสดุโปร่งแสง เช่น พอลิเอทีลีนอะครีลิกหรือกระจก ภายในอุปกรณ์อบแห้งได้รับการออกแบบให้มีอากาศร้อนหมุนเวียนอาศัยหลักการพาความร้อนตามธรรมชาติ (passive solar drying) หรือติดตั้งพัดลม เพื่อเหนี่ยวนำให้อากาศเกิดการเคลื่อนที่ (active solar drying) นอกจากนี้ยังสามารถใช้ร่วมกับลมร้อนที่ได้จากเชื้อเพลิงชีวมวลเพื่อการอบแห้งอย่างต่อเนื่องในช่วงเวลาที่แสงอาทิตย์ไม่สมํ่าเสมอ เช่น ช่วงฝนตก หรือเพื่อลดความชื้นในอากาศก่อนป้อนเข้าสู่อุปกรณ์อบแห้ง ทำให้ใช้เวลาอบแห้งน้อยลง ที่มา : http://www.solardryerdede.com/wp-content/uploads/2013/11/IMG_4369.jpg ที่มา : http://www.tsatcr.com/administrator/product/img111.jpg ตู้อบพลังงานแสงอาทิตย์ อุโมงคอบแหง หรือโรงเรือนอบแหงพลังแสงอาทิตย เมืองปากเซ แขวงจําปาสัก ประเทศ สปป.ลาว ออกแบบโดย รศ.ดร.เสริม จันทรฉาย ภาควิชาฟสิกส คณะวิทยาศาสตร ม.ศิลปากร โครงการใหความชวยเหลือทางวิชาการ ดําเนินงานโดยกรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษพลังงาน (พพ.) กระทรวงพลังงาน โรงเรือนอบแห้งพลังแสงอาทิตย์สําหรับอบข้าวแต๋น ของห้างหุ้นส่วนสามัญข้าวแต๋นแม่บัวจันทร์ อ.เมือง จ.ลำปาง ออกแบบโดย รศ.ดร.เสริม จันทร์ฉาย ภาควิชาฟิสิกส์ ม.ศิลปากร การออกแบบทางสถาปัตยกรรมที่นำความร้อนจากแสงอาทิตย์มาใช้ปรับอากาศในอาคารบ้านเรือน โดยอาศัยการนำ การพา และการแผ่รังสีความร้อน เพื่อให้ตัวอาคารมีอุณหภูมิพอเหมาะในการทำงานหรืออยู่อาศัยโดยไม่ต้องติดตั้งอุปกรณ์ใดๆ ลดการใช้เครื่องปรับอากาศ และดูแลรักษาง่าย มีองค์ประกอบหลัก คือ ช่องระบายอากาศ (operable window) มวลความร้อน (thermal mass) หรือวัตถุที่เก็บและปลดปล่อยความร้อนอย่างช้าๆ เช่น กำแพงทรอมบ์ (trombe wall) สระนํ้ารับแสงบนหลังคา (roofpond) และปล่องระบายอากาศ (thermal chimney) การปรับแต่งอากาศกระทำได้ใน 3 ลักษณะ ได้แก่ (1) ระบบรับแสงทางตรง (direct gain) โดยความร้อนจากแสงอาทิตย์จะถ่ายเทให้มวลอากาศในอาคารโดยตรง รวมถึงผนังอาคารซึ่งจะแผ่รังสีความร้อนออกมาในเวลากลางคืน (2) ระบบรับแสงทางอ้อม (indirect gain) โดยมวลอุณหภาพซึ่งนำความร้อนอย่างช้าๆ เมื่อรับความร้อนจากแสงอาทิตย์ในเวลากลางวันจะแผ่รังสีความร้อนออกมาในเวลากลางคืน (3) ระบบรับแสงแยกส่วน (isolated gain) จำเป็นต้องมีส่วนต่อเติมจากตัวอาคาร เช่น เรือนกระจก (greenhouse) รับแสงอาทิตย์ ความร้อนจะถ่ายเทจากส่วนต่อเติมของอาคารผ่านมวลอากาศร้อนไหลเวียนเข้ามาในห้องในเวลากลางวัน และการแผ่รังสีจากมวลอุณหภาพในเวลากลางคืน การออกแบบอาคารพลังงานแสงอาทิตย์เชิงรับ (passive solar design) ที่ใช้ประโยชน์จากแสงอาทิตย์ในการปรับอากาศให้เหมาะกับการทำงานหรืออยู่อาศัย |
พลังงานจากแสงอาทิตย์ที่เริ่มมีใช้ในงานอะไร
กระทู้ที่เกี่ยวข้อง
ลิขสิทธิ์ © 2024 th.ketiadaan Inc.
