เซลล์แสงอาทิตย์

เซลลแ์ สงอาทติ ย์ เซลลแ์ สงอาทิตย์ (Solar Cell) เป็นส่งิ ประดษิ ฐก์ รรมทางอเิ ลคทรอนกิ ส์ ท่ีสรา้ งขึน้ เพ่อื เป็น การผลติ ไฟฟา้ จากเซลลแ์ สงอาทิตยม์ ีจดุ เด่นท่ีสาคญั แตกต่างจากวธิ ีอ่ืนหลายประการ อปุ กรณส์ าหรบั เปล่ียนพลงั งานแสงอาทิตยใ์ หเ้ ป็นพลงั งานไฟฟา้ โดยการนาสารก่ึงตวั นา เชน่ ดงั ต่อไปนี้ ซลิ ิกอน ซง่ึ มีราคาถกู ท่ีสดุ และมีมากท่ีสดุ บนพนื้ โลกมาผา่ นกระบวนการทางวิทยาศาสตรเ์ พ่อื ผลติ ใหเ้ ป็นแผน่ บางบรสิ ทุ ธิ์ และทนั ทีท่ีแสงตกกระทบบนแผ่นเซลล์ รงั สีของแสงท่ีมีอั นภุ าคของพลงั งาน 1.ไม่มีชนิ้ สว่ นท่ีเคล่ือนไหวในขณะใชง้ าน จงึ ทาใหไ้ มม่ ีมลภาวะทางเสียง ประกอบท่ีเรยี กว่า โฟตอน (Proton) จะถ่ายเทพลงั งานใหก้ บั อิเลก็ ตรอน (Electron) ในสาร 2.ไม่ก่อใหเ้ กิดมลภาวะเป็นพษิ จากขบวนการผลติ ไฟฟา้ ก่งึ ตวั นาจนมีพลงั งานมากพอท่ีจะกระโดดออกมาจากแรงดงึ ดดู ของอะตอม (atom) และ 3.มีการบารุงรกั ษานอ้ ยมากและใชง้ านแบบอตั โนมตั ิไดง้ า่ ย เคล่ือนท่ีไดอ้ ยา่ งอสิ ระ ดงั นนั้ เม่ืออเิ ลก็ ตรอนเคล่ือนท่ีครบวงจรจะทาใหเ้ กิดไฟฟา้ กระแสตรงขนึ้ เม่ือ 4.ประสทิ ธิภาพคงท่ีไมข่ นึ้ กบั ขนาด พจิ ารณาลกั ษณะการผลติ ไฟฟา้ จากเซลลแ์ สงอาทิตยพ์ บว่า เซลลแ์ สงอาทติ ยจ์ ะมีประสิทธิภาพ 5.สามารถผลิตเป็นแผงขนาดตา่ ง ๆ ไดง้ า่ ย ทาใหส้ ามารถผลิตไดป้ รมิ าณมาก การผลิตไฟฟา้ สงู ท่ีสดุ ในช่วงเวลากลางวนั ซง่ึ สอดคลอ้ งและเหมาะสมในการนาเซลลแ์ สงอาทิตย์ 6.ผลิตไฟฟา้ ไดแ้ มม้ ีแสงแดดออ่ นหรอื มีเมฆ 7.เป็นการใชพ้ ลงั งานแสงอาทติ ยท์ ่ีไดม้ าฟรแี ละมีไม่สิน้ สดุ มาใชผ้ ลิตไฟฟา้ เพ่อื แกไ้ ขปัญหาการขาดแคลนพลงั งานไฟฟา้ ในช่วงเวลากลางวนั 8.ผลิตไฟฟา้ ไดท้ กุ มมุ โลกแมบ้ นเกาะเลก็ ๆ กลางทะเล บนยอดเขาสงู และในอวกาศ 9.ไดพ้ ลงั งานไฟฟา้ โดยตรงซง่ึ เป็นพลงั งานท่ีนามาใชไ้ ดส้ ะดวกท่ีสดุ ประวตั คิ วามเป็นมาของเซลลแ์ สงอาทติ ย์ เซลลแ์ สงอาทิตยถ์ กู สรา้ งขนึ้ มาครงั้ แรกในปี ค.ศ. 1954 (พ.ศ. 2497) โดย แชปปิน (Chapin) ฟลู เลอร์ (Fuller) และเพียงสนั (Pearson) แหง่ เบลลเ์ ทลเลโฟน (Bell Telephon) โดยทงั้ 3 ทา่ นนีไ้ ดค้ น้ พบเทคโนโลยีการสรา้ งรอยตอ่ พี-เอน็ (P-N) แบบใหม่ โดยวธิ ีการแพรส่ ารเขา้ ไปในผลกึ ของซลิ กิ อน จนไดเ้ ซลลแ์ สงอาทติ ยอ์ นั แรกของโลก ซ่งึ มีประสิทธิภาพเพียง 6% ซ่งึ ปัจจบุ นั นีเ้ ซลล์ แสงอาทิตยไ์ ดถ้ กู พฒั นาขนึ้ จนมีประสิทธิภาพสงู

ประเภทของ \" เซลลแ์ สงอาทติ ย์ \"เซลลแ์ สงอาทิตยท์ ่ีนิยมใชก้ นั อยใู่ นปัจจบุ นั จะ แบง่ ออกเป็น 2 กลมุ่ ใหญ่ๆ คือ กลมุ่ เซลลแ์ สงอาทติ ยท์ ่ีทาจากสารก่งึ ตวั นาประเภทซลิ คิ อน จะแบง่ ตามลกั ษณะ ของผลกึ ท่ีเกิดขนึ้ คือ แบบท่ีเป็น รูปผลกึ ( Crystal ) และแบบท่ีไม่เป็นรูปผลกึ (Amorphous) แบบท่ีเป็นรูปผลกึ จะแบง่ ออกเป็น2 ชนดิ คือ ชนดิ ผลกึ เด่ียว ซลิ คิ อน ( Single Crystalline Silicon Solar Cell) และ ชนิดผลกึ รวม ซลิ คิ อน ( Poly Crystalline Silicon Solar Cell) แบบท่ีไม่เป็นรูปผลกึ คือ ชนดิ ฟิลม์ บางอะมอรฟ์ ัสซลิ ิคอน ( Amorphous Silicon Solar Cell) กลมุ่ เซลลแ์ สงอาทติ ยท์ ่ีทาจากสารประกอบท่ีไมใ่ ช่ซลิ คิ อน ซ่งึ ประเภทนี้ จะเป็นเซลล์ แสงอาทิตยท์ ่ีมีประสทิ ธิภาพสงู ถงึ 25% ขนึ้ ไป แต่มีราคาสงู มาก ไมน่ ิยมนามาใชบ้ น พืน้ โลก จงึ ใชง้ านสาหรบั ดาวเทียมและระบบรวมแสงเป็นสว่ นใหญ่ แตก่ ารพฒั นา ขบวนการผลติ สมยั ใหมจ่ ะทาใหม้ รี าคาถกู ลง และนามาใชม้ ากขนึ้ ในอนาคต ( ปัจจบุ นั นามาใชเ้ พียง 7 % ของปรมิ าณท่ีมีใชท้ ง้ั หมด)

การผลติ ไฟฟ้าดว้ ยเซลลแ์ สงอาทติ ยก์ ารผลิต กระแสไฟฟา้ ดว้ ยเซลลแ์ สงอาทติ ย์ แบ่งออกเป็น 3 ระบบ คือ การผลติ กระแสไฟฟ้าดว้ ยเซลลแ์ สงอาทติ ยแ์ บบอิสระ (PV Stand alone system) เป็นระบบผลิตไฟฟา้ ท่ีไดร้ บั การออกแบบสาหรบั ใชง้ านใน พนื้ ท่ีชนบทท่ีไมม่ ีระบบสายสง่ ไฟฟา้ อปุ กรณร์ ะบบท่ีสาคญั ประกอบดว้ ย แผงเซลลแ์ สงอาทติ ย์ อปุ กรณค์ วบคมุ การประจแุ บตเตอร่ี แบตเตอร่ี และ อปุ กรณเ์ ปล่ียนระบบไฟฟา้ กระแสตรงเป็นไฟฟา้ กระแสสลบั แบบอิสระ การผลติ กระแสไฟฟ้าดว้ ยเซลลแ์ สงอาทติ ยแ์ บบตอ่ กับระบบจาหน่าย (PV Grid connected system) เป็นระบบผลติ ไฟฟา้ ท่ีถกู ออกแบบสาหรบั ผลติ ไฟฟา้ ผ่าน อปุ กรณเ์ ปล่ียนระบบไฟฟา้ กระแสตรงเป็นไฟฟา้ กระแสสลบั เขา้ สรู่ ะบบสายสง่ ไฟฟ้าโดยตรง ใชผ้ ลติ ไฟฟา้ ในเขตเมือง หรอื พืน้ ท่ีท่ีมีระบบจาหน่ายไฟฟา้ เขา้ ถึง อปุ กรณร์ ะบบท่ีสาคญั ประกอบดว้ ยแผงเซลลแ์ สงอาทติ ย์ อปุ กรณเ์ ปล่ียนระบบไฟฟา้ กระแสตรงเป็นไฟฟา้ กระแสสลบั ชนิดต่อกบั ระบบจาหน่ายไฟฟา้

การผลติ กระแสไฟฟ้าดว้ ยเซลลแ์ สงอาทติ ยแ์ บบผสมผสาน (PV Hybrid system) เป็นระบบผลติ ไฟฟา้ ท่ีถกู ออกแบบสาหรบั ทางานรว่ มกบั อปุ กรณผ์ ลติ ไฟฟา้ อ่ืนๆ เช่น ระบบเซลลแ์ สงอาทติ ยก์ บั พลงั งานลม และเครอ่ื งยนตด์ ีเซล ระบบเซลล์ แสงอาทติ ยก์ บั พลงั งานลม และไฟฟา้ พลงั นา้ เป็นตน้ โดยรูปแบบระบบจะขึน้ อยกู่ บั การออกแบบตามวตั ถปุ ระสงคโ์ ครงการเป็นกรณีเฉพาะ คุณสมบัตแิ ละตวั แปรทสี่ าคัญของเซลลแ์ สงอาทติ ย์ ตวั แปรท่ีสาคญั ท่ีมีสว่ นทาให้ เซลลแ์ สงอาทิตยม์ ปี ระสทิ ธิภาพการทางานในแต่ละพืน้ ท่ีต่างกนั และมีความสาคญั ในการ พจิ ารณานาไปใชใ้ นแตล่ ะพืน้ ท่ี ตลอดจนการนาไปคานวณระบบหรอื คานวณจานวนแผง แสงอาทติ ยท์ ่ีตอ้ งใชใ้ นแต่ละพืน้ ท่ี มีดงั นี้

1. ความเข้มของแสง กระแสไฟ (Current) จะเป็นสดั สว่ นโดยตรงกบั ความเขม้ ของ แสง หมายความว่าเม่อื ความเขม้ ของแสงสงู กระแสท่ีไดจ้ ากเซลลแ์ สงอาทติ ยก์ ็จะสงู ขนึ้ ในขณะท่ีแรงดนั ไฟฟา้ หรอื โวลตแ์ ทบจะไมแ่ ปรไปตามความเขม้ ของแสงมากนกั ความเขม้ ของแสงท่ีใชว้ ดั เป็นมาตรฐานคือ ความเขม้ ของแสงท่ีวดั บนพืน้ โลกในสภาพอากาศปลอด โปรง่ ปราศจากเมฆหมอกและวดั ท่ีระดบั นา้ ทะเลในสภาพท่ีแสงอาทิตยต์ งั้ ฉากกับพืน้ โลก ซง่ึ ความเขม้ ของแสงจะมีคา่ เท่ากบั 100 mW ตอ่ ตร.ซม. หรอื 1,000 W ต่อ ตร.เมตร ซ่งึ มี ค่าเท่ากบั AM 1.5 (Air Mass 1.5) และถา้ แสงอาทิตยท์ ามมุ 60 องศากบั พืน้ โลก ความเขม้ ของแสง จะมคี ่าเทา่ กบั ประมาณ 75 mW ตอ่ ตร.ซม. หรอื 750 W ต่อ ตร.เมตร ซง่ึ มคี ่าเท่ากบั AM2 กรณีของแผงเซลลแ์ สงอาทติ ยน์ น้ั จะใชค้ า่ AM 1.5 เป็นมาตรฐาน ในการวดั ประสทิ ธิภาพของแผง 2. อุณหภูมิ กระแสไฟ (Current) จะไมแ่ ปรตามอณุ หภมู ิท่ีเปล่ียนแปลงไป ในขณะท่ี แรงดนั ไฟฟา้ (โวลท)์ จะลดลงเม่ืออณุ หภมู ิสงู ขนึ้ ซง่ึ โดยเฉล่ียแลว้ ทกุ ๆ 1 องศาท่ีเพ่มิ ขนึ้ จะทาให้ แรงดนั ไฟฟา้ ลดลง 0.5% และในกรณีของแผงเซลลแ์ สงอาทติ ยม์ าตรฐานท่ีใชก้ าหนดประสิทธิภาพ ของแผงแสงอาทติ ยค์ ือ ณ อณุ หภมู ิ 25 องศา C เชน่ กาหนดไวว้ ่าแผงแสงอาทิตยม์ ีแรงดนั ไฟฟา้ ท่ี วงจรเปิด (Open Circuit Voltage หรอื V oc) ท่ี 21 V ณ อณุ หภมู ิ 25 องศา C ก็จะ หมายความวา่ แรงดนั ไฟฟา้ ท่ีจะไดจ้ ากแผงแสงอาทิตย์ เม่ือยงั ไม่ไดต้ ่อกบั อปุ กรณไ์ ฟฟา้ ณ อณุ หภมู ิ 25 องศา C จะเท่ากบั 21 V ถา้ อณุ หภมู สิ งู กวา่ 25 องศา C เช่น อณุ หภมู ิ 30 องศา C จะทาให้ แรงดนั ไฟฟา้ ของแผงแสงอาทติ ยล์ ดลง 2.5% (0.5% x 5 องศา C) น่นั คือ แรงดนั ของแผง แสงอาทติ ยท์ ่ี V oc จะลดลง 0.525 V (21 V x 2.5%) เหลือเพยี ง 20.475 V (21V