ความคิดในการนำพลังงานแสงอาทิตย์มาใช้ เริ่มขึ้นเมื่อปี ค.ศ.1954 ในสหรัฐอเมริกา โดยการคิดค้นของ แชปปิน (Chapin) ฟูลเลอร์ (Fuller) และ เพียร์สัน (Pearson) แห่งเบลล์เทโลโฟน (Bell Telephone) ทั้ง 3 ท่านนี้ได้ค้นพบเทคโนโลยีการสร้างรอยต่อ พี - เอ็น (P-N) แบบใหม่ โดยวิธีการแพร่สารเข้าไปในผลึกของซิลิคอนจนเกิดเป็น "เซลล์แสงอาทิตย์" อันแรกของโลก และจากการเล็งเห็นถึงประโยชน์ของพลังงานจากแสงอาทิตย์ที่มีอยู่มากมายมหาสาร จึงมีการค้นความวิจัยอย่างต่อเนื่อง จนปัจจุบันเซลล์แสงอาทิตย์ได้พัฒนาจนมีประสิทธิภาพสูงพอในเชิงพาณิชย์
เซลล์แสงอาทิตย์ เป็นประดิษฐกรรมทางอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งสามารถเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานไฟฟ้าได้โดยตรง วัสดุที่ทำเซลล์แสงอาทิตย์ ได้แก่ สารกึ่งตัวนำ ซึ่งซิลิคอนเป็นวัสดุที่มาทำเซลล์แสงอาทิตย์มากที่สุดในบรรดาสารกึ่งตัวนำทั้งหลาย โครงสร้างหลักของเซลล์แสงอาทิตย์ ได้แก่หัวต่อ พี-เอ็นของสารกึ่งตัวนำ เซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากซิลิคอนนั้นผลิตขึ้นโดย การนำแว่นผลึกซิลิคอนหนาประมาณ 200-300 ไมครอน มาแพร่ซึมสารเจือปน เพื่อสร้างหัวต่อพี-เอ็น โดยมีความลึกของชั้นแพร่ซึมหรือหัวต่อประมาณ 0.3-0.5 ไมครอน จากนั้นนำหัวต่อพี-เอ็นไปทำผิวสัมผัสทั้งทางด้านหน้ามีลวดลายเป็นรูปนิ้วมือหรือก้างปลา เพื่อให้เหลือพื้นที่รับแสงอาทิตย์มากที่สุด และในขณะเดียวกันสามารถทำหน้าที่รวบรวมกระแสไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์อย่างมีประสิทธิภาพด้วย เซลล์แสงอาทิตย์แต่ละชิ้นจะให้แรงดันไฟฟ้าประมาณ 0.5 โวลท์ ส่วนกระแสไฟฟ้าที่ได้นั้นจะขึ้นอยู่กับความสว่างของแสงอาทิตย์ และขนาดของตัวเซลล์แสงอาทิตย์ ซึ่งโดยปกติแล้ว เซลล์แสงอาทิตย์ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 4 นิ้ว ได้รับแสงอาทิตย์ตอนเที่ยงวัน จะให้กระแสประมาณ 2 แอมป์ อายุการใช้งานของเซลล์แสงอาทิตย์จะยาวนานมากกว่า 20 ปี หากออกแบบและใช้งานอย่างถูกต้อง
ส่วนประกอบสำคัญของระบบไฟฟ้าแสงอาทิตย์มี 4 ส่วนดังนี้คือ
1. แผงเซลล์แสงอาทิตย์ (Solar Module) ประกอบขึ้นจากเซลล์แสงอาทิตย์หลาย ๆ ชึ้น มาต่อขนานหรืออนุกรม เพื่อให้ได้แรงดันกระแสตามต้องการ
2. อุปกรณ์ควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ (Electronic Control Unit หรือ EDU) เป็นอุปกรณ์ที่เชื่อมระหว่างแผงเซลล์แสงอาทิตย์ แบตเตอรี่และอุปกรณ์เครื่องใช้ไฟฟ้า (Load) มีหน้าที่ควบคุมการคายและอัดประจุของแบตเตอรี่
3. แบตเตอรี่ (Battery) เป็นตัวเก็บพลังงานไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์ไว้ใช้เมื่อต้องการ
4. โครงสร้างรองรับแผงเซลล์แสงอาทิตย์ (Structure)
เมื่อพิจารณาจากส่วนประกอบต่าง ๆ ของระบบไฟฟ้าแสงอาทิตย์ จะสังเกตได้ว่า พลังงานไฟฟ้าที่ได้จากเซลล์แสงอาทิตย์โดยตรงนั้น ไม่มีการสันดาบของเครื่องยนต์ จึงไม่ทำให้เกิดมลภาวะต่าง ๆ และส่วนประกอบต่าง ๆ ในระบบไม่มีการเคลื่อนไหว ทำให้ไม่เกิดการสึกหรอ ส่งผลให้ไม่ต้องเสียค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษามาก
การประยุกต์ใช้งานของระบบไฟฟ้าแสงอาทิตย์
ในอดีตการใช้งานของเซลล์แสงอาทิตย์ ส่วนใหญ่จะเกี่ยวข้องกับโครงการอวกาศ ดาวเทียม หรือยานอวกาศ ที่ส่งจากพื้นโลกไปโคจรอยู่ในอวกาศ จะใช้แผงเซลล์แสงอาทิตย์เป็นแหล่งกำเนิดไฟฟ้าทั้งสิ้น ในปัจจุบันเซลล์แสงอาทิตย์เริ่มมีแนวโน้มและบทบาทสำคัญอย่างมากในการใช้งานเพื่อผลิตพลังงานไฟฟ้าบนพื้นโลก เพื่อทดแทนน้ำมันเชื้อเพลิง ถ่านหินที่ใกล้จะหมดไป และมีราคาแพงขึ้นเรื่อย ๆ อย่างปัจจุบัน การพัฒนาประเทศในด้านต่าง ๆ ทั้งในกิจกรรมภาครัฐบาลและเอกชน จึงได้นำระบบไฟฟ้าแสงอาทิตย์มาใช้ในรูปแบบต่าง ๆ ดังต่อไปนี้
1. ผลิตไฟฟ้าใช้ในครัวเรือน ในพื้นที่ห่างไกล เพื่อให้แสงสว่าง และใช้กับเครื่องใช้ไฟฟ้าต่าง ๆ2. ไฟถนน สัญญาณไฟเตือนภัย
3. ปั๊มน้ำเพื่อการเกษตร การชลประทาน
4. เครื่องมือสื่อสาร และเครื่องตรวจระยะไกล
5. สิ่งอำนวยความสะดวก เช่น นาฬิกา เครื่องคิดเลข ฯ
ข้อเปรียบเทียบระหว่าง เครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลและระบบไฟฟ้าแสงอาทิตย์
1.ประสิทธิภาพ
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซล : ระบบไฟฟ้าแสงอาทิตย์ :
เป็นเทคโนโลยีเก่าที่มีประสิทธิภาพต่ำ เป็นเทคโนโลยีใหม่ที่มีการทดลองให้มีประสิทธิภาพ ณ โรงงานผลิต ประมาณ 20-35% ประสิทธิภาพ ณ ที่ใช้งานสูงกว่า และวัดผลได้แน่
แต่ประสิทธิภาพ ณ ที่ใช้งานได้เพียง 10-20% นอน เนื่องจาก
ทั้งนี้เพราะสาเหตุ คือ - มีระบบการทำงานที่ง่ายกว่า
- ใช้งานที่ขนาดต่ำกว่าที่ออกแบบไว้ - ไม่ต้องการเชื้อเพลิง
- ขาดการบำรุงรักษา - มีชิ้นส่วนเสื่อมสภาพน้อยชิ้นกว่า
- ใช้อะไหล่ที่ไม่เหมาะสม - มีอายุการใช้งานสูงกว่า
- มีความเสื่อมสภาพของเครื่องจักรกล
2. ความเชื่อถือได้ของระบบ
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซล : ระบบไฟฟ้าแสงอาทิตย์ :
มักหยุดทำงานเป็นประจำ เนื่องจากสาเหตุ ทนทานต่อการใช้งานทุกสภาวะ เนื่องจากดังต่อไปนี้ คือ - มีอุปกรณ์ส่วนประกอบน้อยชิ้น และได้
- ขาดอะไหล่ในการซ่อมบำรุง รับการห่อหุ้ม ทนทานทุกสภาวะอากาศ
- ขาดน้ำมันเชื้อเพลิง - ไม่ต้องการเชื้อเพลิง
- คุณภาพน้ำมันเชื้อเพลิงต่ำ - ปริมาณแดดในเมืองไทยมีมากเพียงพอ
- ขาดช่างผู้ชำนาญในการเดินเครื่องและซ่อม - ไม่ต้องการการซ่อมบำรุง
3. มลภาวะและอันตราย
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซล : ระบบไฟฟ้าแสงอาทิตย์ :
สร้างมลภาวะแก่คน สัตว์ สิ่งของ เนื่องจาก เป็นพลังงานที่สะอาดที่สุด เนื่องจาก
- มีควันจากการเผาผลาญเชื้อเพลิง - ปราศจาก กลิ่น ควัน เสียง และความ
- มีเสียงจากการสันดาป ร้อน
- มีความร้อน - ปราศจากอันตรายต่อคน สัตว์ และสิ่ง
- มีกลิ่น ของ
- มีอันตรายจากส่วนเคลื่อนไหวของเครื่อง
จักรกล
- มีการระเบิดจากเชื้อเพลิง
4. การลงทุน
ในขนาดปริมาณการใช้พลังงานระหว่างวันละ 0-25 กิโลวัตต์ ระบบไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์ ให้ต้นทุนรวมที่ตำกว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซล : ระบบไฟฟ้าแสงอาทิตย์ :
- ใช้เงินลงทุนขั้นต้นต่ำ - ใช้เงินลงทุนขั้นต้นสูง
- เสียค่าเชื้อเพลิงสูง - ไม่ต้องเสียค่าเชื้อเพลิง
- เสียค่าอะไหล่ - ไม่ต้องเสียค่าอะไหล่
- เสียค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาและเดินเครื่อง - ค่าบำรุงรักษาต่ำมาก เฉพาะแบตเตอรี
โดยสรุป จากการพิจารณาถึงความแตกต่างระหว่างเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซล และระบบไฟฟ้าแสงอาทิตย์ในทุก ๆ ด้านจะเห็นว่าระบบไฟฟ้าแสงอาทิตย์เสียค่าใช้จ่ายในการลงทุนขั้นต้นสูงเท่านั้น แต่รายการอื่น ๆ เป็นข้อได้เปรียบ และให้ประโยชน์อย่างมหาศาลมากกว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซล และในปัจจุบันที่น้ำมันเชื้อเพลิงมีราคาสูงขึ้นเรื่อย ๆ และคาดว่าปริมาณน้ำมันเชื้อเพลิงจะมีให้ใช้ได้ในโลกนี้ต่อไปอีกไม่กี่สิบปีข้างหน้า ทำให้ผู้ที่เกี่ยวข้องหันมาสนใจพลังงานแสงอาทิตย์ ช่วยกันทุมเทและพัฒนาระบบไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ให้มีประสิทธิภาพสูงขึ้น เพื่อพัฒนาเป็นพลังงานทดแทนที่ยั่งยืนต่อไป
ขอบคุณข้อมูลบางส่วนจาก ชัยพฤกษ์วิทยาศาสตร์
