 เซลล์แสงอาทิตย์ หรือ Solar cell คืออะไร?
เซลล์แสงอาทิตย์ (Solar Cell) เป็นอุปกรณ์ที่ทำจากแผ่นผลึกซิลิคอน ซึ่งเป็นสารกึ่งตัวนำ (Semiconductor) ที่มีการประดิษฐ์ออกแบบให้สามารถเปลี่ยนแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นกระแสไฟฟ้าได้ด้วยแรงดันไฟฟ้าภายในเมื่อมีแสงอาทิตย์ตกกระทบจากดวงอาทิตย์หรือแสงจากหลอดไฟ เซลล์แสงอาทิตย์จะเปลี่ยนพลังงานแสงเป็นพลังงานไฟฟ้ากระแสตรง (Direct Current : DC) ถือว่าพลังงานไฟฟ้าที่เกิดจากเซลล์แสงอาทิตย์นี้ เป็นพลังงานทดแทนชนิดหนึ่ง (Renewable Energy) ซึ่งเป็นพลังงานที่สะอาดและไม่สร้างมลพิษใด ๆ ต่อสิ่งแวดล้อมในขณะใช้งาน โดยถูกค้นพบครั้งแรกในปี ค.ศ.1839 (พ.ศ.2482) บุคคลแรกที่สร้าง เซลล์แสงอาทิตย์ในรูปของ p-n junction ก็คือนักวิจัยชื่อGerald Pearson แห่ง Bell Laboratories เมื่อปี ค.ศ.1954 ซึ่งเป็นช่วง หลังจากการ ค้นพบทรานซิสเตอร์ โดย William Shockley แห่ง Bell Lab. ในปี ค.ศ. 1949 ไม่นานนัก
ประเภทของเซลล์แสงอาทิตย์ มีกี่ประเภท?
1. เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดผลึกเดี่ยวซิลิคอน (Single Crystalline Silicon Solar Cell หรือ c-Si) ซิลิคอนเป็นวัสดุสารกึ่งตัวนำที่มีราคาถูกที่สุด เนื่องจากซิลิคอนเป็นธาตุที่มีมากที่สุดในโลกชนิดหนึ่ง สามารถถลุงได้จากหินและทราย เรานิยมใช้ธาตุซิลิกอนในงานอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ เช่น ใช้ทำทรานซิสเตอร์และไอซี และเซลล์แสงอาทิตย์เทคโนโลยี c-Si ได้รับความนิยมและใช้งานกันอย่างแพร่หลาย นิยมใช้งานในพื้นที่เฉพาะได้แก่ ในชนบทที่ไม่มีไฟฟ้าใช้เป็นหลัก
2. เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดผลึกโพลีซิลิคอน (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. เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดฟิล์มบางอะมอร์ฟัสซิลิคอน (Amorphous Silicon Solar Cell หรือ a-Si) เป็นเทคโนโลยีที่ใช้ธาตุซิลิคอนเช่นกัน แต่จะไม่เป็นผลึก แต่ผลของสารอะมอร์ฟัสจะทำให้เกิดเป็นฟิล์มบางของซิลิคอน ซึ่งมีความบางประมาณ 300 นาโนเมตร ทำให้ไม่สิ้นเปลืองเนื้อวัสดุ น้ำหนักเบา การผลิตทำได้ง่าย และข้อดีของ a-Si ไม่เกิดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม จึงเหมาะที่จะประยุกต์ใช้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าที่กินไฟฟ้าน้อย เช่น เครื่องคิดเลข นาฬิกาข้อมือ วิทยุทรานซิสเตอร์ เป็นต้น
อายุการใช้งานเซลล์แสงอาทิตย์โดยทั่วไป จะมีอายุใช้งานเท่าใดกี่ปี?
อายุการใช้งานเซลล์แสงอาทิตย์โดยทั่วไปยาวนานกว่า 20 ปี และเนื่องจากเป็นอุปกรณ์ที่ติดตั้งอยู่กับที่ ไม่มีส่วนใดที่เคลื่อนไหว เป็นผลให้ลดการดูแลและบำรุงรักษาระบบดังกล่าว จะมีเพียงในส่วนของการทำความสะอาดแผงเซลล์แสงอาทิตย์ ที่เกิดจากฝุ่นละอองเท่านั้น
โคมไฟจัดสวนมีความสว่างขนาดไหน?
โคมไฟรุ่นที่ใช้ LEDs จะให้แสงสลัว โดยค่าความเข้มของแสงจะบอกเป็นแรงเทียน(mCD) ซึ่งโคมไฟส่วนใหญ่จะใช้ประดับสวนเพื่อความสวยงาม แต่จะมีบางรุ่นที่ให้ความสว่างเพียงพอกับการใช้งาน เช่น เป็นไฟทางเดินในสวน หรือให้บุคคลภายนอกรู้ว่ามีคนอยู่บ้าน ซึ่งไม่จำเป็นต้องสว่างมาก
แบตเตอรี่มีอายุการใช้งานนานเท่าใด?
โดยปกติจะมีอายุการใช้งาน ประมาณ 1-2 ปี เราสามารถหาซื้อได้ตามร้านค้าทั่วไปและสามารถเปลี่ยนเองได้
เราสามารถใช้งานกับเครื่องใช้ไฟฟ้ากระแสสลับ 220 โวลต์ ได้อย่างไร?
สามารถใช้งานได้ โดยใช้เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าหรืออินเวอร์เตอร์ ซึ่งจะแปลงจากไฟฟ้ากระแสตรง DC จากแบตเตอรี่ ให้เป็นไฟฟ้ากระแสสลับ AC จึงจะสามารถนำไปใช้งานได้กับเครื่องใช้ไฟฟ้า เช่น ทีวี พัดลม หลอดไฟ ฯลฯ
วิธีการคำนวณและออกแบบระบบเซลล์แสงอาทิตย์?
ตัวอย่าง บ้านหลังหนึ่งต้องใช้ไฟฟ้าที่ผลิตได้จากเซลล์แสงอาทิตย์ไปใช้กับหลอดไฟฟลูออเรสเซนต์ชนิดมีบัลลาสต์อิเล็กทรอนิกส์ในตัว จำนวน 2 ดวง (18W X 2 ) เป็นเวลา 6 ชั่วโมงต่อวัน, โทรทัศน์สี 21 นิ้ว (120 W) ประมาณ 3 ชั่วโมงต่อวัน
สิ่งที่ต้องใช้ในระบบเซลล์แสงอาทิตย์ประกอบด้วย
1) เซลล์แสงอาทิตย์
2) เครื่องควบคุมการประจุกระแสไฟฟ้า (Charge Controller)
3) แบตเตอรี่ (Battery)
4) เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้า (Inverter)
สูตรการคำนวณหาขนาดของระบบ
เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้า (Inverter)
จะทำหน้าที่แปลงไฟฟ้า จากแบตเตอรี่ 12 โวลท์ เป็น 220 โวลท์ ซึ่งควรมีขนาดกำลังเพียงพอที่จะจ่ายไฟฟ้าให้แก่อุปกรณ์ จะได้
ขนาด ของเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้า = (18 W X 2 ดวง) + (120 W)
= 156 W
ดังนั้นขนาดของเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้า ควรมีขนาด 156 W แต่ควรมีขนาดสูงกว่า สำหรับขนาดที่เหมาะควรใช้ ขนาด 200 W ซึ่ง ใช้กับแบตเตอรี่ขนาด 12 โวลต์
แบตเตอรี่ (Battery)
จะทำหน้าที่เก็บสำรองไฟฟ้า ในเวลาที่แผงโซลาร์ไม่สามรถรับแสงได้ (เวลากลางคืน) แบตเตอรี่ที่เหมาะสมกับการใช้งานในระบบเซลล์แสงอาทิตย์ ควรใช้แบตเตอรี่ชนิด Deep Cycle แต่จะมีราคาสูง ซึ่งเราสามารถเลือกใช้กับแบตเตอรี่ชนิดอื่นแทนได้ เช่น แบตเตอรี่รถยนต์ หรือ แบตเตอรี่แห้ง (Sealed Lead Acid Battery) ได้ ซึ่งจะมีราคาถูกกว่า
ขนาดกระแส/ชั่วโมง ของแบตเตอรี่สามารถคำนวณได้จาก
Ah = ค่าพลังงานรวม / [แรงดันไฟฟ้าแบตเตอรี่ X 0.6 (% การใช้งานกระแสไฟฟ้าที่อยู่ในแบตเตอรี่) X 0.85 (ประสิทธิภาพของ Inverter)]
= {( 18W X 2 ดวง) X 6 ชั่วโมง} + {(120 W) X 3 ชั่วโมง} / [12 โวลต์ X 0.6 X 0.85]
= 94.117 Ah
ดังนั้นขนาดของแบตเตอรี่ที่ใช้จะเป็นขนาด 12 โวลต์ 96.08 Ah หรือมากกว่า ฉะนั้นควรใช้ขนาดรุ่น 12 โวลต์ 105Ah หรือ 125Ah
เครื่องควบคุมการประจุกระแสไฟฟ้า (Charge Controller)
จะทำหน้าที่ควบคุมการประจุกระแสไฟฟ้าลงในแบตเตอรี่ จะทำให้ยืดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ได้ ซึ่งต้องมีขนาดเท่ากับหรือมากกว่า กระแสไฟฟ้า (Amp) ที่ไหลผ่านจากแผงโซลาร์เซลล์สู่แบตเตอรี่ดังนั้น ขนาดของเครื่องควบคุมการประจุกระแสไฟฟ้า ควรมีขนาดเกินกระแสไฟฟ้าของแผงโซลาร์เซลล์
เซลล์แสงอาทิตย์ (Solar cell)
ขนาดของแผง = ค่าการใช้พลังงานรวม / 5 ชั่วโมง (ปริมาณแสงอาทิตย์ที่น่าจะได้ใน 1 วัน)
= {(18 W X 2 ดวง) X 6 ชั่วโมง} + {(120 W) X 3 ชั่วโมง} / 5 ชั่วโมง
= 115.2 Ah
ดังนั้น ขนาดของเซลล์แสงอาทิตย์ที่ต้องใช้ คือ ขนาด 12 โวลต์ 115.2 วัตต์หรือมากกว่า
หมายเหตุ: ควรมีพลังงานสำรองไว้ใช้ในกรณีที่แผงเซลล์แสงอาทิตย์ไม่สามารถผลิตพลังงานไฟฟ้าได้ เช่น เวลาที่ฝนตกหรือไม่มีแสงอาทิตย์ ก็ควรจะเพิ่มขนาดของแผงโซลาร์เซลล์และแบตเตอรี่เพื่อใช้ในการเก็บพลังงานสำรอง
ตอนฝนตกแสงแดดอ่อนหรือกลางคืนจะส่งผลอย่างไรบ้าง?
พลังงานไฟฟ้าที่เซลล์แสงอาทิตย์ผลิตนั้นจะแปรผันตรงกับพลังงานของแสงที่ส่องกระทบมัน(ส่วนประสิทธิภาพ การเปลี่ยนพลังงานจะเป็นเท่าใดนั้นขึ้นอยู่กับชนิดของเซลล์แสงอาทิตย์) สำหรับเซลล์์แสงอาทิตย์ตัวเดียวกัน ถ้าพลังงานแสงเข้าเพิ่ม (ลด) เป็น 2 เท่าพลังงานที่ได้จากเซลล์แสงอาทิตย์ ก็จะเพิ่ม (ลด) 2 เท่า ในช่วงกลางวันที่อากาศโปร่งใส ความเข้มของพลังงานของแสงอาทิตย์จะเป็นประมาณ 1000 Wต่อตารางเมตรโดยถ้าพูดเป็นหน่วยของความสว่างก็จะเท่ากับ 100,000 - 120,000 ลุกซ์ ( lux ) ตารางแสดงความเข้มของแสงอาทิตย์ในกรณีต่างๆ รวมทั้งแสงจากไฟนีออนตามที่ต่างๆ เพื่อเป็นข้อมูลทั่วไปด้วยจะเห็นว่าในวันที่มีเมฆพลังงานจากเซลล์แสงอาทิตย์ จะตกอยู่ ระดับ 1/10 - ครึ่งหนึ่งของวันที่อากาศดีถ้าหากฝนตกก็จะตกอยู่ระดับ 1/20 - 1/5 ของวันอากาศดีนี่คือจุดอ่อนหนึ่งในการใช้งานของเซลล์แสงอาทิตย์
ตารางค่าประมาณความเข้มของแสง
|
แหล่งแสง |
สภาพอากาศ/สถานที่ |
ความสว่าง(lux) |
|
แสงอาทิตย์
(กลางวัน)
|
อากาศดีมาก
อากาศดี
มีเมฆ
ฝนตก
|
120,000-100,000
100,000-50,000
50,000-10,000
20,000-5,000 |
|
หลอดไฟนีออน |
โต๊ะเขียนแบบ
สำนักงาน
ห้องอาหาร, ทางเดิน
บันได |
1,000
300 - 600
ต่ำกว่า 200
ต่ำกว่า 100 |
เราสามารถใช้งานเซลล์แสงอาทิตย์ ในด้านใดบ้าง?
ตัวอย่างการใช้งานเซลล์แสงอาทิตย์ในด้านต่างๆ
 |
ทางทะเล แสงไฟประภาคาร แสงไฟของทุ่นลอยน้ำ |
|
ทางบก ไฟสัญญาณข้างถนนไฟสัญญาณพื้นถนนไฟสัญญาณให้รถไฟ โคมไฟบนทางด่วน
โทรศัพท์ฉุกเฉินบนทางด่วน กล้องวิดีโอข้างถนน พัดลมระบายอากาศที่หน้าต่าง / หลังคารถยนต์
|
|
ทางอากาศ ดวงไฟสิ่งกีดขวางในที่สูง ดวงไฟนำร่องขึ้นลง |
|
สถานีถ่ายทอดวิทยุโทรทัศน์บนภูเขาสูง เครื่องวัดพยากรณ์อากาศ กล้องตรวจความปลอดภัยที่เขื่อน โทรศัพท์มือถือ โทรศัพท์ทหาร |
|
|
ท่อน้ำมัน ท่อก๊าซ สะพานเหล็ก เขื่อนกั้นคลื่น แสงไฟท่อก๊าซ |
|
โคมไฟถนน โคมไฟสนามหญ้า โคมไฟประตูรั้ว โคมไฟป้ายรถเมล์ โคมไฟตู้โทรศัพท์ โคมไฟป้ายประกาศ โคมไฟป้ายลี้ภัย โคมไฟหอนาฬิกา หอนาฬิกา เครื่องขยายเสียง ปั๊มสูบน้ำ ประตูรั้วไฟฟ้า ประตูบ้านไฟฟ้า โคมไฟติดผนังอาคารเสริมงานสถาปัตยกรรม โคมไฟติดตั้งที่หลังคาสระว่ายน้ำ โคมไฟติดตั้งที่หลังคาสนามกีฬา |
|
|
การอวกาศ
การปศุสัตย์ |
ดาวเทียม สถานีอวกาศ ยานอวกาศเดินทางไกล |
|
รั้วไฟฟ้าป้องกันสัตว์หนี ปั๊มน้ำดื่มน้ำใช้ แสงไฟจับกบจับแมลงต่างๆ |
|
|
เครื่องกระตุ้นการแพร่พันธุ์สัตว์น้ำในทะเลด้วยเสียงและแสงไฟ โคมไฟล่อปลาในทะเล โคมไฟหาปลาในทะเล ห้องเย็นเก็บสัตว์ทะเล เป่าลมลงบ่อเลี้ยงสัตว์น้ำเพื่อกระตุ้นการแพร่พันธุ์ |
|
การเกษตรกรรม |
ปั๊มสูบน้ำ แสงไฟกรีดยางพารา บ้านชาวสวนยาง หุ่นไล่การ้องไล่นก ห้องอบ / เป่าพืชให้แห้ง เครื่องนวดข้าวกลางทุ่งนา การชลประทาน ระบบฉีดพ่นน้ำ |
|
การวัดและรักษาสภาพแวดล้อม |
เครื่องวัดอุณหภูมิน้ำทะเล เครื่องวัดความเค็มน้ำทะเล เครื่องวัดความเร็วน้ำทะเล เครื่องวัดความสูงคลื่นทะเล เครื่องวัดฝุ่นในอากาศ เครื่องวัดระดับเสียง / ควัน เครื่องวัดละอองเกสรดอกไม้ (ป้องกันโรคภูมิแพ้) เป่าลมลงบ่อน้ำ / คลอง |
|
การแพทย์ |
ตู้เย็นเก็บยาและวัคซีน โคมไฟสถานีอนามัย วิทยุสื่อสาร |
 |
เรือมอเตอร์ โคมไฟแคมป์ วิทยุสื่อสาร โทรทัศน์ โคมไฟบ้านพักตากอากาศ เครื่องบิน เครื่องร่อน รถยนต์ไฟฟ้า ของเล่นไฟฟ้า รถไฟฟ้าสนามกอล์ฟ หมวกติดพัดลม |
|
ต่อเข้าระบบการไฟฟ้าฯ หมู่บ้านห่างไกล โรงเรียนห่างไกล สถานีอนามัยห่างไกล |
 ภายในอาคาร |
เครื่องคิดเลข นาฬิกาข้อมือ ของเล่น ประตู-หน้าต่างผลิตไฟฟ้าได้ พัดลมระบายอากาศที่หน้าต่าง |
|
ติดตั้งบนหลังคาบ้าน |
จ่ายไฟฟ้าให้บ้าน หลอดแสงสว่าง ตู้เย็น โทรทัศน์ เครื่องปรับอากาศ |
|