แผงโซล่าเซลล์

แผงโซล่าเซลล์ (Solar panel หรือ Photovoltaics) หรือเซลล์แสงอาทิตย์

เราคงรู้จักเกี่ยวกับการผลิตไฟฟ้าจากการติดตั้งโซล่าเซลล์กันเป็นอย่างดี ส่วนประกอบหลักในการผลิตพลังงานไฟฟ้าที่ขาดไม่ได้นั้นก็คือ แผงโซล่าเซลล์ นั้นประกอบไปด้วย เซลล์แสงอาทิตย์ (Solar Cell)  หลายๆชิ้น ที่นำมาต่อวงจรรวมกันเป็นแผงรับแสงจากดวงอาทิตย์ สร้างจากสารกึ่งตัวนำ ซึ่งสามารถเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ (หรือแสงจากหลอดแสงสว่าง) ให้เป็นพลังงานไฟฟ้าได้โดยตรง และไฟฟ้าที่ได้นั้นจะเป็นไฟฟ้าชนิดกระแสตรง (Direct Current) จัดว่าเป็นแหล่งพลังงานทดแทนชนิดหนึ่ง (Renewable Energy) ที่สะอาดและไม่สร้างมลภาวะใด ๆ ขณะมันผลิตไฟฟ้าให้เราได้ใช้กัน

แผงโซล่าเซลล์

ประวัติแผงโซล่าเซลล์

แผงโซล่าเซลล์ (Solar panel หรือ Photovoltaics) หรือ PV มีชื่อเรียกกันไปหลายอย่าง เช่น เซลล์แสงอาทิตย์ เซลล์สุริยะ หรือเซลล์ photovoltaic ซึ่งต่างก็มีที่มาจากคำว่า Photovoltaic โดยมาจากคำว่า photo (โฟโต) หมายถึง แสง และ volt (โวลท์)หมายถึง แรงดันไฟฟ้า เมื่อรวมคำแล้วหมายถึง กระบวนการผลิตไฟฟ้าจากการตกกระทบของแสงบนวัตถุที่มีความสามารถในการเปลี่ยนพลังงานแสงเป็นพลังงานไฟฟ้าได้โดยตรง แนวความคิดนี้ได้ถูกค้นพบมาตั้งแต่ ปี พ.ศ. 2382 โดยนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสชื่อ A.E. Becquerel  แต่เซลล์แสงอาทิตย์ก็ยังไม่ถูกสร้างขึ้นมา จนกระทั่งใน ปี พ.ศ. 2497 จึงมีการประดิษฐ์เซลล์แสงอาทิตย์ โดย Daryl Chapin, Calvin Souther Fuller และ Gerald Pearson  และได้ถูกนำไปใช้เป็นแหล่งจ่ายพลังงานให้กับดาวเทียมในอวกาศ เมื่อ ปี พ.ศ. 2502  ในยาน Explorer 6

แผงโซล่าเซลล์คืออะไร?

การเปลี่ยนแสงเป็นไฟฟ้าของโซล่าเซลล์

แผงเซลล์แสงอาทิตย์ หรือแผงโซล่าเซลล์ โดยสรุปคือ สิ่งประดิษฐ์ที่ทำจากสารกึ่งตัวนำ เช่น ซิลิคอน (Silicon), แกลเลี่ยม อาร์เซไนด์ (Gallium Arsenide), อินเดียม ฟอสไฟด์ (Indium Phosphide), แคดเมียม เทลเลอไรด์ (Cadmium Telluride) และคอปเปอร์ อินเดียม ไดเซเลไนด์ (Copper Indium Diselenide) เป็นต้น เมื่อมีแสงอาทิตย์ตกกระทบเซลล์แสงอาทิตย์ จะเกิดการสร้างพาหะนำไฟฟ้าประจุลบและบวกขึ้น ได้แก่ อิเล็กตรอนและ โฮล โครงสร้างรอยต่อพีเอ็นจะทำหน้าที่สร้างสนามไฟฟ้าภายในเซลล์ เพื่อแยกพาหะนำไฟฟ้าชนิดอิเล็กตรอนไปที่ขั้วลบ และพาหะนำไฟฟ้าชนิดโฮลไปที่ขั้วบวก (ปกติที่ฐานจะใช้สารกึ่งตัวนำชนิดพี ขั้วไฟฟ้าด้านหลังจึงเป็นขั้วบวก ส่วนด้านรับแสงใช้สารกึ่งตัวนำชนิดเอ็น ขั้วไฟฟ้าจึงเป็นขั้วลบ) ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าแบบกระแสตรงที่ขั้วไฟฟ้าทั้งสอง เมื่อต่อให้ครบวงจรไฟฟ้าจะเกิดกระแสไฟฟ้ากระแสตรงขึ้น  และเราก็เอาไปประยุคใช้งานต่างๆ ได้

ชนิดแผงโซล่าเซลล์

แผงโซล่าเซลล์ หรือเซลล์แสงอาทิตย์ แบ่งออกเป็น 3 ชนิดใหญ่ๆ ด้วยกันคือ

     1.แผงโซล่าเซลล์ที่ทำจากซิลิคอน ชนิดผลึกเดี่ยว (Single Crystalline Silicon Solar Cell)

ผลึกซิลิคอน Crystalline Silicon (c-Si)

ชนิดผลึกเดี่ยว (Single Crystalline Silicon Solar Cell) หรือที่รู้จักกันในชื่อ Monocrystalline Silicon Solar Cell และชนิดผลึกรวม (Polycrystalline Silicon Solar Cell) มักจะเห็นตามหลังคาบ้านและนิยมใช้กันมากที่สุด ลักษณะเป็นแผ่นซิลิคอนแข็งและบางมาก เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดผลึกซิลิคอน Crystalline Silicon (c-Si) โดยนำแท่งซิลิคอนมาถลุง ที่อุณหภูมิสูงถึง 1,500 องศาเซลเซียส และผ่านขั้นตอนการทำให้บริสุทธิ์ จนกระทั่งทำให้เป็นผลึก จากนั้นนำมาผ่านกระบวนการแพร่ซึมสารเจือปนเพื่อสร้างรอยต่อพีเอ็น โดยเมื่อเติมสารเจือฟอสฟอรัส จะเป็นสารกึ่งตัวนำชนิดเอ็น (เพราะนำไฟฟ้าด้วย

เซลล์แสงอาทิตย์ Monocrystalline Silicon Solar Cell และ Polycrystalline Silicon Solar Cell

อิเล็กตรอนซึ่งมีประจุลบ) และเมื่อเติมสารเจือโบรอน จะเป็นสารกึ่งตัวนำชนิดพี (เพราะนำไฟฟ้าด้วยโฮลซึ่งมีประจุบวก) ดังนั้น

เมื่อนำสารกึ่งตัวนำชนิดพีและเอ็นมาต่อกัน จะเกิดรอยต่อพีเอ็นขึ้น โครงสร้างของเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดซิลิคอน อาจมีรูปร่างเป็นแผ่นวงกลมหรือสี่

เหลี่ยมจัตุรัส ความหนา 200-400 ไมครอน (0.2-0.4 มม.) ผิวด้านรับแสงจะมีชั้นแพร่ซึมที่มีการนำไฟฟ้า ขั้วไฟฟ้าด้านหน้าที่รับแสงจะมีลักษณะคล้ายก้างปลาเพื่อให้ได้พื้นที่รับแสงมากที่สุด ส่วนขั้วไฟฟ้าด้านหลังเป็นขั้วโลหะเต็มพื้นผิว โดยมีประสิทธิภาพในการแปลงพลังงานประมาณร้อยละ 13-15 โดยที่ต้นทุนในการผลิตแผงเซลล์ชนิดนี้ค่อนข้างสูง

     2.แผงโซล่าเซลล์ที่ทำจากอะมอร์ฟัสซิลิคอน (Amorphous Silicon Solar Cell)

Amorphous Silicon Solar Cell

เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดอะมอร์ฟัสซิลิคอน Amorphous Silicon (a-Si)  จะเห็นทั่วไปในเครื่องคิดเลขพลังแสงอาทิตย์  ข้อเสียคือจะแตกหักง่าย-หนัก-กินพื้นที่ติดตั้งมาก และมีประสิทธิภาพเพียง 5-10% เท่านั้น แต่มีข้อดีที่สามารถแปลงพลังงานแสงเพียงเล็กน้อยเป็นพลังงานไฟฟ้าได้มากกว่าโซล่าเซลล์ชนิดอื่นๆ  เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดอะมอร์ฟัสซิลิคอนมีโครงสร้างประกอบด้วยแผ่นฐานกระจกและฟิล์มบางชั้นต่างๆ เคลือบเป็นชั้นๆ คือ 1. ฟิล์มบางขั้วไฟฟ้าโปร่งแสง (ดีบุกออกไซด์) หนาประมาณ 2000 อังสตรอม 2. ฟิล์มบางอะมอร์ฟัลซิลิคอนหนาประมาณ 6000 อังสตรอม (รอยต่อ p-I-n) และ 3. ฟิล์มบางขั้วไฟฟ้าด้านหลัง (อะลูมิเนียม) หนาประมาณ 5000 อังสตรอม สำหรับฟิล์มบางอะมอร์ฟัสซิลิคอนนั้นผลิตด้วยวิธีการแยกสลายก๊าซด้วยสนามไฟฟ้า (glow discharge plas-ma CVD)  ได้เซลล์ฯ ที่มีประสิทธิภาพสูงสุดประมาณ 6.7% ได้มีการทดลองประดิษฐ์ต้นแบบของชุดแผงเซลล์แสงอาทิตย์สำหรับประจุไฟฟ้าเข้าแบตเตอรี่รถยนต์เป็นผลสำเร็จ ชุดแผงนี้ถูกบรรจุอยู่ภายในกรอบกระจกและอะลูมิเนียมอย่างสวยงาม ภายในมีเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดอะมอร์ฟัสซิลิคอนต่ออนุกรมกัน 36 ตัว ได้แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดสูงถึง 26 โวลท์ การต่ออนุกรมกันของเซลล์นั้นได้ใช้วิธีพิเศษทางฟิล์มบางที่เสนอโดยผู้วิจัยเป็นครั้งแรก ด้านการปรับปรุงประสิทธิภาพของเซลล์ฯ ได้มีการเสนอการใช้โครงสร้าง multiplayer (tandem) และการใช้ผลึกโพลิซิลิคอนเป็นแผ่นฐาน ผลการทดลองพบว่าการใช้ผลึกโพลิซิลิคอนเป็นแผ่นฐานได้ประสิทธิภาพสูงถึง 9.7% นอกจากนี้มีการศึกษาคุณสมบัติพื้นฐานของฟิล์มบางอะมอร์ฟัสซิลิคอนด้วยวิธีต่างๆ เช่นการดิฟแฟรกชั่นของรังสีเอกซ์ การกระเจิงของราแมน การดูดกลืนแสง การนำไฟฟ้า เป็นต้น นอกจากนี้ได้ประสบความสำเร็จการประยุกต์ใช้งานเซลล์แสงอาทิตย์เป็นเซนเซอร์ตรวจวัดสีของแสงอีกด้วย

     3.แผงโซล่าเซลล์ที่ทำจากสารกึ่งตัวนำอื่นๆ

Copper Indium solar panel

เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดสารประกอบของคอปเปอร์อินเดียมไดเซเลไนด์ (Copper Indium (Gallium) Di-Selenide) เป็นเซลล์แสงอาทิตย์ใช้สารผสมของ Copper Indium Gallium และ Selenium โดยมีทั้งที่ใช้ Cadmium Sulphide และไม่ใช้ Cadmium Sulphide เป็นบัฟเฟอร์ในเซลล์แสงอาทิตย์ มีทั้งชนิดผลึกเดี่ยว (Single Crystalline) และผลึกรวม (Polycrystalline) เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดนี้มีประสิทธิภาพสูง อยู่ที่ประมาณ  20-25% และมีราคาสูงที่สุด จึงนิยมใช้ในโครงการอวกาศ เช่นในดาวเทียมต่างๆ

 

 

 

 

ความแตกต่างของ Mono Crystalline กับแบบ Poly Crystalline

เซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากซิลิคอน ชนิดผลึกเดี่ยว และผลึกรวม ทำจากวัตถุดิบเดียวกัน แต่รูปร่าง Gain ต่างกันโดยโดยแบบผลึกรวมนั้นจะมีขอบเกรนของผลึก (Grain boundaries) เป็นจำนวนมากทำให้ผลึกเรียงตัวกันไม่ดี แต่แบบ Mono Crystalline จะเรียงตัวกันเป็นระเบียบและไม่มีขอบเกรน ทำให้การเรียงตัวของผลึก Mono Crystalline ดีกว่าแบบ Poly Crystalline และนำกระแสดีกว่านั่นเอง

ทีนี้เราก็ได้รู้จัก แผงโซล่าเซลล์ ขึ้นมาบ้างแล้ว พลังงานยังเป็นสิ่งที่จำเป็นและมีความสำคัญ อนาคตพลังที่ใช้อยู่ค่อยๆหมดไป แต่ยังมีพลังงานทางเลือกหรือเรียกว่าพลังงานสะอาดหรือพลังหมุนเวียน ทุกคนให้ความสนใจกับพลังงานสะอาด เพื่อให้เรามีพลังงานไฟฟ้าไว้ใช้งานอีกยาวนาน วันนี้อาจจะยังไม่คุ้มค่าที่จะลงทุนติดตั้งในบ้านเรือน 100% แต่ในอนาคตเมื่อเทคโนโลยีการผลิตก้าวหน้าขึ้นไป อุปกรณ์โซล่าเซลล์ย่อมจะมีราคาถูกลง พอที่จะใช้แทนระบบไฟฟ้าจากการไฟฟ้าได้ 100% แน่นอน

About

You may also like...

Your email will not be published. Name and Email fields are required