งานนำเสนอ การศึกษาวิชาวิทยาศาสตร์ สนุก สีน้ำเงินและสีส้ม 2

เทคโนโลยีผลิต ไฟฟาด้วยเซลล์ แสงอาทิตย์ solar cell 4ชั้นมธั ยมศกึ ษาปท่ี โดย คุณครูปวณี า เพงไพฑรู ย

ก การผลิตไฟฟาจากพลังงานแสงอาทิตย์ PHOTOVOLTAIC OPERATION >> เซลลแสงอาทติ ย หรอื โซลาร เซลล (Solar Cell) เปน ส่ิงประดิษฐ อเิ ล็กทรอนิกสท ีเ่ ปลย่ี นพลงั งานแสงอาทิตยเ ปนพลงั งานไฟฟา ไดโดยตรง เซลลแ สง อาทติ ยทํามาจากสารก่ึงตัวนํา ซง่ึ ดูดกลนื พลงั งานแสงอาทติ ยแ ลวเปลี่ยนเปน พลังงานไฟฟา โดยไฟฟาท่ไี ดจะเปนไฟฟา กระแสตรง >> เซลลแ สงอาทติ ย เปน อปุ กรณผ ลติ พลงั งานไฟฟาทไ่ี มต องใชเชื้อเพลิงอ่นื ใด นอกจากแสงอาทติ ย ซึง่ เปน พลังงานทไ่ี ดเ ปลา ไมม ีของเสียท่จี ะทําใหเกดิ มลพษิ ขณะ ใชง าน เปนอุปกรณท่ตี ิดตงั้ อยูก บั ทีไ่ มม กี ารเคลอ่ื นไหวใด ๆ ขณะทํางาน จงึ ไมม ี ปญหาดานความสึกหรอ หรือตอ งการการบํารงุ รักษาเหมอื นอปุ กรณผ ลติ พลังงาน ไฟฟาแบบอื่นๆ เชน เคร่ืองกําเนดิ ไฟฟา ดว ยนํา้ มนั ดีเซล นอกจากนน้ั เซลลแ สง อาทติ ยย ังมีนํ้าหนักเบา จึงทาํ ใหไดอ ัตราสว นระหวา งกาํ ลงั ไฟฟาตอนํ้าหนักไดดที ี่สดุ ระบบผลติ ไฟฟาจากเซลลแสงอาทติ ยบนหลงั คาบาน ประกอบดวย แผงเซลลแสง อาทติ ยติดต้งั บนหลังคา ภายในจะมีชดุ แปรงกระแสไฟฟา (อนิ เวอรเ ตอร)โดยมหี ลกั การทาํ งานของระบบดังน้ี

1. เม่ือมีแสงอาทติ ยตกกระทบแผงเซลลแ สงอาทิตยท่ีติดตัง้ บนหลังคา เซลลแสงอาทิตยทงั้ หมดจะผลิตกระแสไฟฟ าตรง ผานระบบควบคุม เขาอินเวอรเตอร 2. อินเวอรเ ตอรจ ะเปล่ยี นไฟฟา กระแสตรงเปนไฟฟา กระแสสลับจาย เขา ระบบไฟฟาภายในบาน 3. ในชวงที่ความเขม ของแสงอาทติ ยไ มเพียงพอ หรอื มีการใชอ ุปกรณท่ี ใชก ําลังไฟฟาสูงกวา กําลงั ไฟฟา ทผ่ี ลิตไดจ ากเซลลแสงอาทติ ยแลว ระบบกจ็ ะนํากาํ ลังไฟฟา สวนขาดจากระบบจําหนา ยไฟฟาแบบปกติของ การไฟฟา ฯ มาใชเ พอื่ ใหอ ุปกรณไฟฟา สามารถทาํ งานได

ประเภทของการใชง้ านและ ประโยชนข์ องเทคโนโลยี 1 2 >> สามารถประหยดั คาไฟฟาท่ีตอ งจายใหกับการไฟฟา ฯ โดยจะ ประหยดั คา ไฟฟาในสว นที่ใชพ ลงั งานไฟฟา จากเซลลแสงอาทิตย ระบบผลติ ไฟฟา ดว ย ทดแทนการใชไฟปกติ พลงั งานแสงอาทิตยบน >> ลดผลกระทบจากส่งิ แวดลอมอนั เนอ่ื งมาจากการผลิตไฟฟาดว ย หลังคาบา น เหมาะสมกับผู รปู แบบอื่นเชน การผลติ ไฟฟา จากน้ํามนั หรอื ถานหิน ซึ่งเช้ือเพลิง ทต่ี องการใชพ ลงั งานไฟฟา เหลา นมี้ ีสวนทาํ ลายสภาพแวดลอ มทางธรรมชาติทั้งสน้ิ จากพลงั งานทดแทนเพือ่ >> สง เสริม และปลูกจติ สาํ นกึ ใหร บั รถู งึ เทคโนโลยีการผลิตไฟฟาที่ จา ยพลังงานไฟฟาเสรมิ กับ ระบบไฟฟา ปกติภายใน สะอาด รคู ุณคา ของพลงั งานไฟฟาท่ีผลิตไดจริง และรว มกนั ใช บา น พลงั งานไฟฟา อยางประหยดั

CHARGE CONTROLLER

โซลา ชารจ คอนโทรลเลอร (Solar Charge Controller) เปนอปุ กรณสวนหน่ึงของระบบไฟฟา พลังงานแสงอาทิตย แบบออ ฟกรดิ โดยทําหนาท่รี บั พลงั งานไฟฟากระแสตรง (DC) จากแผงโซลา เซลล แลวควบคมุ การชารจประจไุ ฟฟา ใหก บั แบตเตอรี่เพอ่ื ไมใหม กี ารชารจประจุเขาแบตเตอร่ีมาก เกินไป (ซงึ่ ถาชารจ มากเกนิ ไปอาจทาํ ใหแบตเตอรเ่ี สียหาย หรือระเบิดได) โดยเม่อื แบตเตอรีช่ ารจ ประจเุ ตม็ แลว ตัว ชารจ คอนโทรลเลอร ก็จะทําการตัดการชารจประจโุ ดย อตั โนมตั ิ ในปจจบุ นั โซลาชารจ คอนโทรลเลอร มใี ชง านอยู 2 ประเภท คอื

1 Pulse Width Modulation (PWM) ราคาถกู ประสทิ ธิภาพการแปลงพลังงานจากแผงโซลาเซลล ต่าํ (ได ประมาณ80% ของคา วตั ต : W ท่ีมาจาก แผง PV) เหมาะกบั ระบบ Off Grid ขนาดเล็กๆท่ีตองการ ประหยดั ตน ทุน ซ่งึ ในปั จจุบนั (ก.ค.59) ชารจเจอรแบบ PWM มรี าคาต้งั แตป ระมาณ 300 จนถงึ ประมาณ 4,000 บาท ข้ึนอยูกับขนาดกระแสไฟฟ า ท่ชี ารเจอรร องรับได 2 .Maximum Power Point Tracking (MPPT) ราคาแพงกวา PWM ประมาณ 3เทา ประสทิ ธิภาพการแปลงพลังงานจาก แผงโซลา เซลลสูง (ไดเ กอื บ100%ของคาวัตต: W ทมี่ า จากแผง PV) เหมาะสมกบั ระบบ Off Grid ขนาดใหญ หรอื ตอ งการระบบที่มปี ระสทิ ธิภาพสงู อีกทง้ั แบบ MPPT ยงั สามารถชว ยยดื อายกุ ารใชงานของแบตเตอรอ่ี กี ดว ย ซ่ึงในปจ จบุ ัน (ก.ค.59) ชารจ เจอรแบบ MPPT มีราคาตงั้ แตป ระมาณ 3,000 จนถึงประมาณ 30,000 บาท ขึน้ อยกู บั ยห่ี อและขนาดกระแสไฟฟา ท่ชี ารเจอรร องรบั ได

แบตเตอร(ี BATTERY) แบตเตอร่ี (Battery) คอื อปุ กรณที่ทาํ หนาท่จี ัดเก็บพลังงานเพื่อไวใชตอไป ถอื เปนอุปกรณท ่สี ามารถแปลงพลงั งานเคมี ให เปน ไฟฟาไดโ ดยตรงดวยการใชเซลลกัลวานิก (galvanic cell) ทป่ี ระกอบดว ยขัว้ บวกและข้วั ลบ พรอ มกับสารละลาย อิเลก็ โตรไลต (electrolyte solution) แบตเตอรอ่ี าจประกอบดวยเซลลก ลั วานิกเพยี ง 1 เซลล หรือมากกวาก็ไดแบตเตอรีเ่ ปน อุปกรณส ําหรบั จัดเกบ็ ไฟฟาเทา น้ัน ไมไดผลิตไฟฟา สามารถประจุไฟฟาเขา ไปใหม (recharge) ไดห ลายคร้งั และ ประสทิ ธิภาพจะไมเต็ม 100% จะอยูท ป่ี ระมาณ 80% เพราะมกี ารสญู เสยี พลงั งานบางสวนไปในรปู ความรอนและ ปฏิกิรยิ า เคมีจากการประจุ/จา ยประจนุ ัน่ เอง แบตเตอรีจ่ ดั เปน อุปกรณท ่มี รี าคาแพง และเสยี หายไดงา ย หากดแู ลรกั ษาไมดี เพยี งพอ หรอื ใชงานผิดวธิ ี รวมถงึ อายกุ ารใชง านของแบตเตอรีแ่ ตล ะชนดิ จะแตกตา งกนั ไป เน่อื งดวยวิธีการใช, การบาํ รุงรกั ษา, การ ประจแุ ละอณุ หภูมิ ฯลฯ

แบตเตอรี่ที่เหมาะสาํ หรับใชงานกับระบบไฟฟาพลังงานแสงอาทิตยมากท่ีสุด คือ แบตเตอร่ีแบบจายประจุสูง (Deep discharge battery) เพราะถูกออกแบบให สามารถ จายพลังงานปริมาณมากหรือนอยไดอยางตอเน่ืองเปนเวลานานๆ โดย ไมเกิดความเสียหาย เราจะสามารถใชไฟฟาท่ีเก็บอยูในแบตเตอรี่น้ีไดอยางตอ เน่ืองถึง 80% โดยแบตเตอร่ีไมไดรับความเสียหาย ซึ่งตางจากแบตเตอร่ีรถยนต ที่ถูกออกแบบใหจายพลังงานสูงใน ชวงเวลาสั้นๆ ถาใชไฟฟามากกวา 20 - 30% ของพลังงานท่ีเก็บอยู จะทาํ ใหอายุการใชงานส้ันลงได สวนมากแบตเตอร่ีที่ ใชในระบบโซลารเซลล จะมีลักษณะท่ีฝาครอบดานบนเปดออกได เพื่อใหสามารถ ตรวจสอบเซลล และเติมนา้ํ ในเวลา ท่ีจําเปนได เรียกวา แบตเตอรี่แบบเซลลเปด (Open cell หรือ Unsealed หรือ Flooded cell battery) มีบางชนิดท่ีถูกปด แนนและไมตองการการซอมบํารุง เรียกวา แบตเตอรี่แบบไมตองดูแลรักษา (Maintenance free หรือ Sealed battery) ซ่ึงท้ัง 2 ชนิดที่วามานั้นหายาก และราคาสูงมาก

แบตเตอรแี บง่ ออก เปน 2 ประเภท 1. ชนดิ แหง (Dry Cell) คือ พวกถา นไฟฉาย 2. ชนดิ นํ้า (Wet Cell) มี 2 ชนดิ คอื 2.1 แบตเตอร่ีดาง เชน แบตเตอรใ่ี นมอื ถอื , วิทยุสือ่ สาร 2.2 แบตเตอรี่ตะก่ัว – กรด (Lead –Acid Battery) คอื แบตเตอรี่ทใ่ี ชในรถยนตทว่ั ไป, Traction Battery ใชในรถยกไฟฟา เปนตน

อินเวอรเ์ ตอร(์ inverter) หลกั การทํางานของอินเวอรเตอร อินเวอรเ ตอร (Inverter) จะแปลงไฟกระแสสลบั (AC) จากแหลงจา ยไฟทวั่ ไปท่มี ีแรงดนั และความถคี่ งท่ี ใหเปนไฟกระแสตรง (DC) โดยวงจรคอนเวอรเตอร ( Converter Circuit ) จากน้นั ไฟกระแสตรงจะถูกแปลงเปน ไฟกระแสสลับท่ีสามารถปรบั ขนาดแรงดนั และความถี่ไดโดยวงจรอนิ เวอรเ ตอร (Inverter Circuit) วงจรทง้ั สองนีจ้ ะเปนวงจรหลกั ท่ี ทาํ หนา ทแ่ี ปลงรูปคลื่น และผานพลงั งานของอินเวอรเ ตอรโ ดยทัว่ ไปแหลง จา ยไฟ กระแสสลบั มรี ปู คลนื่ ซายน แตเอาทพตุ ของInverterจะมีรูปคลื่นแตกตางจากรปู ซายน นอกจากนัน้ ยงั มีชุดวงจรควบคุม (Control Circuit) ทําหนา ท่คี วบคมุ การทํางานของวงจร คอนเวอรเ ตอรและวงอินเวอรเตอรใ หเ หมาะสมกับคณุ สมบตั ขิ อง 3-phase Induction motor

โครงสรา้ งภายใน 2 ชดุ อนิ เวอรเตอร (Inverter Circuit) ซ่ึงทาํ ของINVERTER หนาท่ี แปลงไฟตรง (DC Voltage) ใหเ ปน 1 ชดุ คอนเวอรเ ตอร (Converter Circuit) ซ่งึ ไฟสลบั (AC Voltage) ทส่ี ามารถ เปลย่ี นแปลงแรงดนั และความถ่ไี ด ทําหนา ท่ี แปลงไฟสลบั จากแหลงจายไฟ AC. power supply (50 Hz) ใหเปนไฟ 3 ชุดวงจรควบคมุ (Control Circuit) ซึง่ ทํา ตรง (DC Voltage) หนา ท่ี ควบคมุ การทํางานของชดุ คอนเวอร เตอร และชดุ อนิ เวอรเ ตอร

พลงั งานแสงอาทติ ย เปน พลงั งานทดแทนประเภทหมุนเวียนทใี่ ชแลว เกิดขน้ึ ใหมไดตาม ธรรมชาติ เปนพลงั งานที่สะอาดปราศจากมลพิษและเปน พลงั งานทีม่ ศี กั ยภาพสงู สาํ หรับ ประเทศไทยมศี กั ยภาพของพลงั งานแสงอาทิตยค อ นขา งสูง และไดรบั การสง เสริมอยาง จรงิ จังจากภาครฐั ในการลดการนําเขา นํ้ามนั และหนั มาใชพ ลงั งานทดแทนใหเ พ่ิมมากขน้ึ [1- 2] ต้งั แตป  พ.ศ. 2554 เรอ่ื ยมาการเติบโตของการใชพ ลังงานแสงอาทติ ยของประเทศไทย ปรากฏชดั เจนเปน รูปธรรม ทั้งน้ผี ูประกอบการดานผลติ ไฟฟาจากพลงั งานแสงอาทิตยมี บทบาทสาํ คญั อยางย่ิงทําใหประเทศไทยมีโรงไฟฟาจากพลงั งานแสงอาทติ ยกวา 190 แหง ท่ัวประเทศซง่ึ สว นใหญเ ปนผูผลติ ไฟฟา รายเล็กมาก การเตบิ โตของโรงไฟฟา พลงั งานแสง อาทติ ยท ่ผี า นมาไดน าํ พาใหก ารสง เสริมการผลิตไฟฟา จากพลังงานแสงอาทิตยต ดิ ต้งั บน หลงั คาไดร ับความสนใจเพมิ่ มากข้นึ ตามลําดับ จนกระทงั่ ปลายป พ.ศ. 2556 ภาครฐั เดินหนา สนับสนุนการรับซอื้ ไฟฟา จากการผลิตไฟฟา พลงั งานแสงอาทติ ยท่ตี ิดตั้งบนหลงั คา ทําให ภาคครวั เรอื นสามารถเขามามสี ว นรวมตรงนม้ี ากข้ึน ซึ่งทําใหป ระชาชนท่ัวไปสามารถเขาถงึ และรูจักพลังงานแสงอาทติ ยเ พอ่ื นํามาผลติ กระแสไฟฟา ใชประโยชนในรปู แบบตางๆ มากยิ่ง ขึ้นดว ย

ระบบผลิตกระแสไฟฟาด้วยเซลล์แสงอาทิตย์ สามารถแบงออกเปน 3 ระบบหลัก คือ 1. ระบบผลิตกระแสไฟฟา ดวย 2. ระบบผลิตกระแสไฟฟา 3. ระบบผลิตกระแสไฟฟา เซลลแ สงอาทติ ยแบบอิสระ ดวยเซลลแ สงอาทติ ยแ บบ ดวยเซลลแ สงอาทิตยแบบ (PV Stand Alone System) ตอกับระบบจาํ หนา ย (PV ผสมผสาน (PV Hybrid Grid Connected System) System)

1 ระบบผลิตกระแสไฟฟาดวยเซลลแสงอาทิตยแบบอิสระ (PV STAND ALONE SYSTEM)เปนระบบผลิตไฟฟาท่ีไดรับการ ออกแบบสําหรับนําไปใชงานแบบติดต้ังอิสระ เหมาะสาํ หรับ ทุกพื้นที่ ท่ีระบบสายสงการไฟฟาเขาไมถึง อุปกรณของ ระบบที่สําคัญประกอบดวยแผงเซลลแสงอาทิตย อุปกรณ ควบคุมการประจุแบตเตอรี่ (CHARGE CONTROLLER) แบตเตอร่ี (BATTERIES อาจจะมีหรือไมก็ได แลวแตการใช งาน) และอุปกรณเปลี่ยนระบบไฟฟากระแสตรงเปน ไฟฟากระแสสลับแบบอิสระ (INVERTER) เพ่ือนําไปใชกับ อุปกรณไฟฟาตอไป ซ่ึงแสดงตัวอยางการ ตอของระบบ ดังรูปที่ 1



2 ระบบผลิตกระแสไฟฟาดวยเซลลแสงอาทิตย แบบตอกับระบบจําหนาย(PV GRID CONNECTED SYSTEM) เปนระบบผลิตไฟฟาที่ ถูกออกแบบสําหรับผลิตไฟฟาผานอุปกรณ เปลี่ยนระบบไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแส สลับเขาสูระบบสายสงไฟฟาโดยตรง กลาวคือ ตองเปนพื้นที่ที่มีระบบจาํ หนายไฟฟาเขาถึง อุปกรณของระบบท่ีสําคัญประกอบดวยแผง เซลลแสงอาทิตย อุปกรณเปลี่ยนระบบ ไฟฟากระแสตรงเปนไฟฟากระแสสลับชนิดตอ กับระบบจาํ หนายไฟฟา (อาจมี BATTERIES ตอ รวมก็ได แลวแตการใชงาน) โดยตัว INVERTER นี้ ตองไดรับการรับรองจากการไฟฟากอน ถึงจะ สามารถนาํ ไปใชงานและติดตั้งได ซึ่งแสดง ตัวอยางการตอของระบบ ดังรูปท่ี 2



3 ระบบผลิตกระแสไฟฟาดวยเซลลแสงอาทิตยแบบผสมผสาน (PV HYBRID SYSTEM) เปนระบบผลิตไฟฟาที่ถูกออกแบบสาํ หรับการทาํ งานรวมกับอุปกรณผลิตไฟฟาระบบ อ่ืนๆ เชน ระบบเซลลแสงอาทิตยกับพลังงานลม เคร่ืองยนตดีเซล หรือระบบผลิตไฟฟา ดวยพลังนํา้ เปนตน โดยรูปแบบของระบบจะข้ึนอยูกับการออกแบบตามวัตถุประสงค ของโครงการท่ีใชงานเปนกรณีเฉพาะ ดังตัวอยางการตอของระบบ ในรูปที่ 3



ตามท่ไี ดก ลา วมาทั้งหมดจะเห็นวาพลังงานแสง อาทิตยส ามารถนาํ มาตอใชงานไดห ลากหลายรูป แบบ ทั้งนขี้ ึน้ อยกู ับผใู ชง านเองวา จะเลอื กการติด ตง้ั แบบไหน โดยตอ งคํานึงถงึ พนื้ ท่ีการตดิ ตงั้ และ ประโยชนก ารใชงานเปน หลัก เพอ่ื ใหไ ดร ะบบการ ใชงานท่เี หมาะสมคุมคา และมปี ระสิทธิภาพสงู สดุ โดยการตดิ ตั้งออกแบบควรใหผูเช่ียวชาญดา นน้ี โดยเฉพาะเขา มาชว ยออกแบบเพือ่ ความเหมาะ สมของระบบที่เลือกและความปลอดภัยของผใู ช งานเอง

ประโยชน์ของเครอื งผลิตไฟฟาพลังงาน แสงอาทิตย์ ใชพลังงานแสงอาทิตย ซ่ึงไดจากธรรมชาติสะอาดและบริสุทธิ์ ไมกอใหเกิด มลพิษหรือทําลายส่ิงแวดลอม เปนการนาํ พลังงานจากแหลงธรรมชาติมาใช อยางคุมคา โดยแหลงพลังงานไมมีวันหมด สามารถนาํ ผลิตพลังงานไฟฟาได ทุกพ้ืนท่ีบนโลก และไดสามารถนาํ พลังงานไฟฟาใชไดโดยตรงไมใชเช้ือเพลิงท่ีใช แลวหมดไป ไมเกิดกระบวนการเผาไหม จึงไมกอใหเกิดมลภาวะทางอากาศ และนา้ํ เปนอุปกรณท่ีติดต้ังอยูกับที่ ไมมีการเคล่ือนไหว จึงเกิดการสึกหรอได ยาก อายุการใชงานยาวนานและมีประสิทธิภาพคงที่มีนาํ้ หนักเบา ติดต้ังงาย เคล่ือนยายไดสะดวกและรวดเร็วเนื่องจากมีลักษณะเปนโมดูล จึงสามารถ ประกอบไดตามขนาดท่ีตองการชวยลดปญหาการสะสมของกาซตางๆ ใน บรรยากาศ เชน คารบอนมอนอกไซด, ซัลเฟอรไดออกไซด, ไฮโดร คารบอน และกาซไนโตรเจนออกไซด ฯลฯ

ขอ้ จาํ กัดของพลังงาน เเสงอาทิตย์ 1.ตนทุนสูง ไมวาจะเป็ นการตดิ ต้ังและอปุ กรณใ นการตดิ ต้งั รวมถงึ คาบาํ รงุ รกั ษา 2.ดวงอาทติ ยไมไ ดส องแสงตลอดเวลา เม่อื พระอาทิตยตกดิน การผลติ กระแสไฟฟ าจะ หยุดลง เราจาํ เป็ น ตองเกบ็ กระแสไฟฟ าไวใ นแบตเตอร่ี แตแ บตเตอร่ีมกี ารเส่อื มสภาพ อยา งรวดเรว็ ขอ น้ีจึงทําใหสอดคลอ งกบั ขอ แรกท่ีวา คาใชจ า ยสูงไดอีกดวย 3.สภาพอากาศ อากาศมคี วามแปรปรวนงา ยบางวนั อาจเมฆเยอะ ฝนตกตลอดเวลาดัง น้นั เราจึงไมม ีพลังงานแสงจากดวงอาทติ ยใ หเก็บเพ่อื นาํ มนั มาเปล่ียนเป็ นพลงั งานไฟฟ า 4.ความเขมของพลงั งานขาเขา ต่ํา ความเขมของพลงั งานท่มี าถงึ พ้ นื ผวิ โลกเทาท่ี ตองการ จะทาํ ใหพลังงานขาออกน้ันสูงข้นึ แทน ซ่ึงจาํ เป็ นตองใชจํานวนเซลลจ ากแสง อาทิตยมากข้นึ รวมถงึ พ้ ืนท่ีท่ี มากข้นึ อกี ดว ย

อ้างอิง http://www2.dede.go.th/bhrd/old/web_di splay/home/home_photovoltaic.html http://www.mut.ac.th/research-detail-246 http://www.tsus.co.th/product_detail.php?id=2

นาํ เสนอ อาจารยสุจิตตรา จนั ทรลอย ในรายวิชา PC62506 นวัตกรรมและ เทคโนโลยีสารสนเทศเพื่อการสือ่ สาร การศึกษาและการเรยี นรู