การผลิตไฟฟ้าด้วยเซลล์แสงอาทิตย์

การผลิตไฟฟ้าด้วยเซลล์แสงอาทิตย์

เซลล์แสงอาทิตย์ถูกสร้างขึ้นมาครั้งแรกในปี พ.ศ. 2497 เทคโนโลยีการสร้างรอยต่อ พี-เอ็น แบบใหม่โดยวิธีการแพร่สารเข้าไปในผลึกของซิลิกอน จนได้เซลล์แสงอาทิตย์อันแรกของโลกซึ่งมีประสิทธิภาพเพียง 6% ซึ่งปัจจุบันนี้เซลล์แสงอาทิตย์ได้ถูกพัฒนาขึ้นจนมีประสิทธิภาพสูงกว่า 15% แล้ว ในระยะแรกเซลล์แสงอาทิตย์ส่วนใหญ่จะใช้สำหรับโครงการด้านอวกาศ ดาวเทียมหรือยานอวกาศที่ส่งจากพื้นโลกไปโคจรในอวกาศ ก็ใช้แผงเซลล์แสงอาทิตย์เป็นแหล่งกำเนิดพลังไฟฟ้า ต่อมาจึงได้มีการนำเอาแผงเซลล์แสงอาทิตย์มาใช้บนพื้นโลกเช่นในปัจจุบันนี้ เซลล์แสงอาทิตย์ในยุคแรกๆ ส่วนใหญ่จะมีสีเทาดำ แต่ในปัจจุบันนี้ได้มีการพัฒนาให้เซลล์แสงอาทิตย์มีสีต่างๆ กันไป เช่น แดง น้ำเงิน เขียว ทอง เป็นต้น เพื่อความสวยงาม

เซลล์แสงอาทิตย์ที่นิยมใช้กันอยู่ในปัจจุบัน จะแบ่งออกเป็น 2 กลุ่มใหญ่ๆ คือ1.กลุ่มที่ทำจากสารกึ่งตัวนำประเภทซิลิคอน จะแบ่งตามลักษณะของผลึกที่เกิดขึ้น คือแบบที่เป็นรูปผลึก และแบบที่ไม่เป็นรูปผลึก แบบที่เป็นรูปผลึก จะแบ่งออกเป็น 2 ชนิด คือชนิดผลึกเดี่ยวซิลิคอน และ ชนิดผลึกรวมซิลิคอน แบบที่ไม่เป็นรูปผลึก คือชนิดฟิล์มบางอะมอร์ฟัสซิลิคอน 2.กลุ่มที่ทำจากสารประกอบที่ไม่ใช่ซิลิคอน ซึ่งประเภทนี้จะเป็นเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพสูงถึง 25% ขึ้นไป แต่มีราคาสูงมากไม่นิยมนำมาใช้บนพื้นโลก จึงใช้งานสำหรับดาวเทียมและระบบรวมแสงเป็นส่วนใหญ่ แต่การพัฒนาขบวนการผลิตสมัยใหม่จะทำให้มีราคาถูกลง และนำมาใช้มากขึ้นในอนาคต ปัจจุบันนำมาใช้เพียง 7 % ของปริมาณที่มีใช้ทั้งหมด

เซลล์แสงอาทิตย์ เป็นสิ่งประดิษฐ์กรรมทางอิเลคทรอนิกส์ ที่สร้างขึ้นเพื่อเป็นอุปกรณ์สำหรับเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานไฟฟ้า โดยการนำสารกึ่งตัวนำ เช่น ซิลิกอน ซึ่งมีราคาถูกที่สุดและมีมากที่สุดบนพื้นโลกมาผ่านกระบวนการทางวิทยาศาสตร์เพื่อผลิตให้เป็นแผ่นบางบริสุทธิ์ และทันทีที่แสงตกกระทบบนแผ่นเซลล์ รังสีของแสงที่มีอนุภาคของพลังงาน ดังนั้นเมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่ครบวงจรจะทำให้เกิดไฟฟ้ากระแสตรงขึ้น เมื่อพิจารณาลักษณะการผลิตไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์พบว่า เซลล์แสงอาทิตย์จะมีประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าสูงที่สุดในช่วงเวลากลางวัน ซึ่งสอดคล้องและเหมาะสมในการนำเซลล์แสงอาทิตย์มาใช้ผลิตไฟฟ้า เพื่อแก้ไขปัญหาการขาดแคลนพลังงานไฟฟ้าในช่วงเวลากลางวัน

การเปรียบเทียบข้อดีและข้อเสียของพลังงานแสงอาทิตย์

ข้อดีของพลังงานแสงอาทิตย์ปัจจุบันราคาของเซลล์แสงอาทิตย์ได้ลดลงเป็นอย่างมาก โดยมีแนวโน้มลดลงอีกเรื่อย ๆ เพราะประชาชนให้ความสำคัญกับการดูแลตนเองมากขึ้นรวมไปถึงสภาวะแวดล้อมเป็นพิษจึงหันมาใช้เซลล์แสงอาทิตย์เพิ่มขึ้น การผลิตไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์มีจุดเด่นที่สำคัญดังต่อไปนี้
1. ไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวในขณะที่ใช้งานจึงทำให้ไม่มี มลภาวะทางเสียง
2. ไม่ก่อให้เกิดมลภาวะเป็นพิษจากขบวนการผลิตไฟฟ้า
3. มีการบำรุงรักษาน้อยมากและใช้งานแบบอัตโนมัติได้ง่าย
4. ประสิทธิภาพคงที่ไม่ขึ้นกับขนาดจากเซลล์แสงอาทิตย์ ขนาด 33 เมกะวัตต์ หรือ 165,000 กิโลวัตต์ชั่วโมงถ้าต้องการผลิตจากพลังงานแสงอาทิตย์ทั้งหมดจำเป็นต้องใช้
5. ผลิตไฟฟ้าได้ทุกมุมโลกแม้บนเกาะเล็ก ๆ กลางทะเลบนยอดเขาสูงและในอวกาศ
6. ได้พลังงานไฟฟ้าโดยตรงซึ่งเป็นพลังงานที่นำมาใช้ได้สะดวกที่สุด เพราะการส่งและการเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้า

สำหรับข้อเสียของพลังงานแสงอาทิตย์ นั้นจะมีค่าใช้จ่ายในการติดตั้ง และอุปกรณ์ในการติดตั้ง ราคาค่อนข้างแพงทั้งนี้ขึ้นอยู่กับกับสภาวะภูมิอากาศ จากที่กล่าวมานั้นจะเห็นได้ว่าพลังงานแสงอาทิตย์จะมีทั้งข้อดีและข้อเสียที่แตกต่างกันออกไป ซึ่งจะขึ้นอยู่กับอุปกรณ์และสภาพภูมิอากาศของแต่ละพื้นที่ด้วยในด้านการใช้ประโยชน์ด้วยพลังงานแสงอาทิตย์นั้นมีมากมาย เพราะสามารถนำไปใช้ผลิตพลังงานไฟฟ้าได้ทุกหนทุกแห่งที่มีแสงอาทิตย์ ไม่ว่าจะอยู่บนยอดเขาสูง บนเกาะ ปัจจุบันมีการนำเซลล์แสงอาทิตย์มาใช้งานด้านต่างๆ อย่างแพร่หลาย ไม่ว่าจะเป็น เครื่องคิดเลข นาฬิกา สถานีถ่ายทอดวิทยุ สัญญาณจราจร โคมไฟถนน เรือมอเตอร์ เครื่องบิน ระบบสูบน้ำเพื่อการชลประทาน และดาวเทียม ทั้งนี้ในประเทศไทยได้มีการสร้างโรงไฟฟ้าเซลล์แสงอาทิตย์ให้กับหมู่บ้านชนบทที่อยู่ห่างไกล ซึ่งเซลล์แสงอาทิตย์ที่ใช้งาน ส่วนใหญ่จะเป็นการนำเข้าจากต่างประเทศ โดยนำเข้าเฉพาะแผ่นเซลล์แสงอาทิตย์แล้วนำมาประกอบเป็นแผง มีหลายขนาดเล็กให้เลือกใช้งาน และมีการนำเข้าเซลล์แสงอาทิตย์สำเร็จรูปด้วย

จะเห็นได้ว่าพลังงานแสงอาทิตย์นั้นมีประโยชน์มากมายไม่ว่าจะนำไปใช้ในรูปแบบของความร้อน หรือนำไปใช้ผลิตไฟฟ้าตามสถานที่ต่างๆที่ประชาชนทุกมุมโลกต่างให้ความสนใจและให้ความสำคัญ จึงส่งผลให้มีบทบาทสำคัญในการใช้พลังงานทั่วโลก เซลล์แสงอาทิตย์ ในปัจจุบันต้องมีราคาถูกลงและมีประสิทธิภาพสูงขึ้นด้วยจึงจะทำให้ประชาชนหันมาใช้พลังงานเหล่านี้เพิ่มขึ้น

ประโยชน์จากพลังงานเซลล์แสงอาทิตย์


การดำเนินชีวิตทุกวันนี้คงจะหลีกหนีไม่ได้กับการอาศัยสิ่งอำนวยความสะดวกทั้งหลาย เพื่อทำให้ชีวิตมีความสะดวกสบายมากขึ้น ได้แก่ อุปกรณ์ไฟฟ้า ที่ต้องอาศัยพลังงานไฟฟ้าในการอำนวยความสะดวกภายในบ้าน สถานที่ทำงาน โรงงานต่างๆและสถานที่ต่างๆ ซึ่งจะเห็นว่าพลังงานไฟฟ้ามีความสำคัญอย่างยิ่งการกำเนิดแหล่งพลังงานไฟฟ้านั้นมีหลายวิธี ได้แก่ การหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหรือเครื่องปั่นไฟ โดยทำให้ใบพัดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหมุนจะสามารถผลิตไฟฟ้าได้และการทำให้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าหมุนนั้น อาจใช้แรงน้ำโดยตรง แรงลม การใช้เชื้อเพลิงจากถ่านหิน ก๊าซธรรมชาติ น้ำมัน หรือความร้อนจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ เป็นต้น ในปัจจุบัน ความต้องการใช้พลังงานไฟฟ้ามีอย่างต่อเนื่องและเพิ่มมากขึ้น ซึ่งสวนทางกับปริมาณเชื้อเพลิงที่กำลังจะประสบภาวะขาดแคลนในอนาคตเช่น น้ำมัน ก๊าซธรรมชาติและถ่านหินอาจหมดไปหากยังไม่มีการหาแหล่งพลังงานเพิ่มเติม ดังนั้นจำเป็นต้องแสวงหาแหล่งพลังงานทดแทนเพื่อผลิตพลังงานไฟฟ้า
สำหรับประโยชน์ที่ได้จากการผลิตพลังงานไฟฟ้าด้วยแสงอาทิตย์นั้นมีมากมาย เช่น แสงอาทิตย์เป็นพลังงานที่มีอยู่แล้วในธรรมชาติซึ่งมีปริมาณมากเพียงพอต่อความต้องการทั้งสะอาดบริสุทธิ์และสามารถนำไปใช้ผลิตพลังงานไฟฟ้าได้ทุกหนทุกแห่งที่มีแสงอาทิตย์ ไม่ว่าจะอยู่บนยอดเขาสูง บนเกาะแก่งต่างๆ กลางทะเล แม้ในอวกาศก็สามารถผลิตพลังงานไฟฟ้าด้วยเซลล์แสงอาทิตย์ได้ ในปัจจุบันมีการนำเซลล์แสงอาทิตย์มาใช้งานด้านต่างๆมากมาย
จุดเด่นของเซลล์แสงอาทิตย์
1.ใช้พลังงานจากธรรมชาติ คือ แสงอาทิตย์ ซึ่งสะอาดและบริสุทธิ์ ไม่ก่อปฏิกิริยาที่จะทำให้สิ่งแวดล้อมเป็นพิษ
2.เป็นการนำพลังงานจากแหล่งธรรมชาติมาใช้อย่างคุ้มค่าและไม่มีวันหมด
3.สามารถนำไปใช้เพื่อผลิตพลังงานไฟฟ้าได้ทุกพื้นที่ และได้พลังงานไฟฟ้าใช้โดยตรง
4.ไม่ต้องใช้เชื้อเพลิงอื่นใดนอกจากแสงอาทิตย์ รวมถึงไม่มีการเผาไหม้ จึงไม่ก่อให้เกิดมลภาวะด้านอากาศและน้ำ
5.ไม่เกิดของเสียขณะใช้งาน
6.อายุการใช้งานยืนยาวและประสิทธิภาพคงที่
7.มีน้ำหนักเบา ติดตั้งง่าย เคลื่อนย้ายสะดวกและรวดเร็ว
8.ช่วยลดปัญหาการสะสมของก๊าซต่างๆในบรรยากาศ
จุดด้อยของเซลล์แสงอาทิตย์
ความแพร่หลายในการใช้งานยังมีน้อยจึงทำให้มีราคาแพง เนื่องจากมีการนำเข้าของวัสดุและอุปกรณ์ที่จะผลิตจากต่างประเทศ ซึ่งมีผลทำให้ยังคงมีต้นทุนผลิตสูง

พลังงานเซลล์แสงอาทิตย์นับว่าเป็นพลังงานที่มีความสำคัญเป็นอย่างยิ่ง เพราะสามารถนำมาใช้ในการผลิตไฟฟ้าเพื่อให้แสงสว่างรวมทั้งนำไปใช้เพื่ออำนวยความสะดวกในด้านต่างๆได้อีกด้วย

การเลือกใชัพลังงานลมที่ได้มาจากธรรมชาติ

ลม กลายเป็นพลังงานจากธรรมชาติที่สามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้

มนุษย์เราได้ใช้ประโยชน์จากพลังงานลมมานานหลายพันปี ในการอำนวยความสะดวกสบายแก่ชีวิต ในปัจจุบันมนุษย์จึงได้ให้ความสำคัญและนำมาใช้ประโยชน์มากขึ้นโดยการนำมาใช้ผลิตกระแสไฟฟ้า เนื่องจากพลังงานลมมีอยู่โดยทั่วไป ไม่ต้องซื้อ เป็นพลังงานที่สะอาด ไม่ก่อให้เกิดอันตรายต่อสภาพแวดล้อม และสามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้อย่างไม่รู้จักหมดสิ้น การพัฒนากังหันลมเป็นอุปกรณ์ชนิดหนึ่งที่ถูกนำมาใช้้สกัดพลังงานจลน์ของกระแสลม และเปลี่ยนให้เป็นให้เป็นพลังงานกล จากนั้นจึงนำพลังงานกลมาใช้ประโยชน์

ลมเป็นพลังงานที่บริสุทธิ์ที่สามารถนำกลับมาใช้ได้โดยที่ไม่ทำให้เกิดมลภาวะทางอากาศและทางน้ำ และเนื่องด้วยลมนั้นเป็นพลังงานที่ได้มาจากธรรมชาติและอัตราค่าดำเนินการผลิตนั้นต่ำ และจากการผลิตที่สูงพร้อมด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีทำให้ต้นทุนการผลิตกังหันนั้นถูกลง ทำให้รัฐบาลของหลายประเทศให้การสนับสนุนที่จะลดภาษีในการพัฒนาการผลิตกระแสไฟฟ้าด้วยพลังงานลม มีกลุ่มคนที่มีความเห็นว่ากังหันลมนั้นมีขนาดใหญ่ไม่สวยงามและมีเสียงดังเวลาที่ทำงาน และยังฆ่านกและค้างคาวอีกด้วย แต่ในความเป็นจริงนั้นมันก็ยังไม่ทำลายสัตว์เหล่านี้ได้มากเท่ากับรถ สายไฟฟ้าลัดวงจรหรือตึกสูง กล่าวโดยสรุปได้ว่าถ้าไม่มีลม พลังงานไฟฟ้าก็ไม่สามารถเกิดขึ้นได้

หลักการทำงานทั่วไปของกังหันลมผลิตไฟฟ้า เมื่อมีกระแสลมพัดมาปะทะกับใบพัดของกังหันลม กังหันลมจะทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงานลมที่อยู่ในรูปแบบของพลังงานจลน์ไปเป็นพลังงานกล ใบพัดเกิดการหมุนแรงจากการหมุนของใบพัดนี้จะถูกส่งผ่านเพลาแกนหมุน ทำให้เฟืองขับเคลื่อนหรือเฟืองเกียร์ที่ติดอยู่กับเพลาแกนหมุนๆตามไปด้วย เมื่อเฟืองขับเคลื่อนของกังหันลมเกิดการหมุนจะขับเคลื่อนให้เพลาแกนหมุนที่ต่อเชื่อมอยู่กับเครื่องกำเนินไฟฟ้าออกมา ปริมาณไฟฟ้าที่ผลิตได้จะขึ้นอยู่กับความเร็วของลม ความยาวของใบพัด และสถานที่ที่ติดตั้งกังหันลม

การแบ่งลมออกเป็นประเภทตามเหตุที่เกิดและบริเวณที่เกิด

1.ลมประจำปี เป็นลมที่พัดอยู่เป็นประจำตลอดทั้งปีในส่วนต่างๆของโลกแตกต่างกันไปในแต่ละเขตละติจูดของโลก
2.ลมประจำฤดู เป็นลมที่พัดเปลี่ยนทิศทางตามฤดูกาล เรียกว่า ลมมรสุม
– ลมมรสุมฤดูร้อน พัดในแนวทิศใต้ และตะวันตกเฉียงใต้ ในช่วงเดือนมิถุนายน-สิงหาคม
– ลมมรสุมฤดูหนาว พัดในแนวทิศเหนือ และตะวันออกเฉียงเหนือ ในช่วงเดือนธันวาคม-กุมภาพันธ์
3.ลมประจำเวลา เป็นลมที่เกิดขึ้นเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงความกดอากาศระหว่าง 2 บริเวณในระยะเวลาสั้นๆ ได้แก่ ลมบก ลมทะเล ลมภูเขา และลมหุบเขา

เป้าหมายเพื่อการพัฒนาพลังงานทางเลือกที่ยั่งยืน

การหันมาให้ความสำคัญกับการพัฒนาพลังงานสะอาด

ไม่ก่อให้เกิดมลพิษได้จากธรรมชาติรอบตัวเราและใช้ได้ไม่มีวันหมดสิ้น เพื่อเป็นทางออกจากปัญหามลพิษและการหมดสิ้นไปของพลังงานฟอสซิล ด้วยการสนับสนุนเชิงนโยบายด้านพลังงานทางเลือกที่สามารถนำมาทดแทนพลังงานเดิมที่ใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล โดยไม่มีผลกระทบอื่นเกิดขึ้น พลังงานทางเลือก คือ พลังงานที่มีอยู่มากมายไม่ว่าจะเป็นพลังงานแสงอาทิตย์ พลังงานลม พลังงานความร้อนใต้พิภพ พลังงานชีวภาพและชีวมวล พลังงานขยะ พลังงานนิวเคลียร์ พลังงานถ่านหินสะอาด พลังงานไฮโดรเจน แก๊สโซฮอล์ ก๊าซธรรมชาติและก๊าซธรรมชาติเหลว ซึ่งคุณสมบัติและประโยชน์ของแต่ละตัวก็มีลักษณะแตกต่างกันไป แต่ที่จะได้ยินกันบ่อยๆ คือ พลังงานนิวเคลียร์ พลังงานถ่านหิน แก๊สโซฮอล์ ก๊าซธรรมชาติและก๊าซธรรมชาติเหลว

การพัฒนาเทคโนโลยี นวัตกรรมและส่งเสริมการใช้พลังงานทางเลือกในหน่วยงานที่เกี่ยวข้องอย่างคึกคัก ประเทศไทยเป็นตัวอย่างที่ดีในอาเซียนในการส่งเสริมใช้ประโยชน์จากพลังงานทางเลือกมาผลิตพลังงานไฟฟ้า รัฐบาลไทยตระหนักถึงความสำคัญของพลังงานทางเลือกแต่ต้นทุนการผลิตในปัจจุบันยังมีราคาสูงเมื่อเปรียบเทียบกับพลังงานกระแสหลัก จึงไม่จูงใจให้เอกชนลงทุน รัฐบาลไทยจึงกำหนดเงื่อนไขการส่งเสริมที่สำคัญ เนื่องจากปัจจัยที่จะส่งผลต่อการขยายหรือจำกัดพลังงานทางเลือกอย่างแท้จริงไม่ใช่ทรัพยากรหรือเทคโนโลยีหากเป็นการดำเนินนโยบายสาธารณะของรัฐบาล

เมื่อพลังงานทางเลือกกลายเป็นกระแสแห่งอนาคตหรือเมกะเทรนด์

ผลก็คือมีบริษัทด้านพลังงานทางเลือกเกิดใหม่ในตลาดหลักทรัพย์ทั้งในตลาดหลักและตลาดรองจำนวนมาก บริษัทที่ทำธุรกิจด้านพลังงานอยู่แล้วก็หันมาเพิ่มสัดส่วนรายได้จากพลังงานทางเลือกมากขึ้น ส่วนบริษัทที่ทำธุรกิจอื่นก็เปลี่ยนโครงสร้างธุรกิจหันมาผลิตทางทางเลือกเพื่อลดความเสี่ยงจากธุรกิจเดิม หรือขายสินทรัพย์ในธุรกิจเดิมหันมาลงทุนในพลังงานทางเลือกเพียงอย่างเดียว ถ้าหากประเทศสมาชิกอาเซียนสนับสนุนพลังงานทางเลือกอย่างจริงจังเป้าหมายการพัฒนาพลังงานที่ยั่งยืนก็อยู่ไม่ไกลเกินเอื้อม

อาเซียนต้องช่วยกันคิดถึงเรื่องทำอย่างไรจะพัฒนาให้พลังงานจากแสงอาทิตย์ ลม ความร้อนใต้พิภพ ขยะ ซึ่งยังคงเป็นทางเลือกอยู่ให้เป็นพลังงานกระแสหลักของอาเซียนเพื่อการส่งต่อพลังงานสะอาดที่ยั่งยืนสู่คนรุ่นต่อไปในอนาคต การพัฒนาพลังงานทางเลือกที่นำมาใช้ประโยชน์ได้ในรูปแบบต่างๆกัน ทำให้มนุษย์สามารถนำพลังงานทดแทนเหล่านี้มาใช้แทนพลังงานเชื้อเพลิงที่ไม่สามารถผลิตขึ้นมาใหม่ได้ พลังงานทางเลือกถือเป็นพลังงานบริสุทธิ์ที่นำผสมผสานกับเทคโนโลยี และมีประสิทธิภาพเท่าเทียมกับเชื่อเพลิง ประเภทน้ำมัน และยังรักษาสภาพแวดล้อมอีกด้วย ดังนั้นพลังงานทางเลือกจึงถือเป็นอีกทางเลือกของแต่ละประเทศที่จะนำมาประยุกต์ใช้ แล้วแต่สภาพแวดล้อม และเศรษฐกิจของประเทศนั้นๆ ให้เกิดการพัฒนาประสิทธิภาพรวดเร็วยิ่งขึ้น