บทนำเกี่ยวกับแนวคิดพื้นฐานเบื้องหลังแหล่งพลังงานแสงอาทิตย์

ชิ้นส่วนฮาร์ดแวร์
ระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ประกอบด้วยแผงโซลาร์เซลล์ แบตเตอรี่เก็บพลังงาน ตัวควบคุมการชาร์จและการคายประจุ อินเวอร์เตอร์ กล่องจ่ายไฟกระแสสลับ ระบบควบคุมการติดตามแสงอาทิตย์ และส่วนประกอบสำคัญอื่นๆ
เครื่องมือบางชนิดทำงานในลักษณะนี้:
อุปกรณ์พลังงานแสงอาทิตย์
แสง เช่น แสงจากดวงอาทิตย์หรือแหล่งกำเนิดแสงอื่นๆ ทำให้เซลล์ดูดซับพลังงานและสร้างประจุคี่ที่ปลายทั้งสองข้าง ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า "แรงดันไฟฟ้าที่เกิดจากแสง" หลายคนเรียกปรากฏการณ์นี้ว่าปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก เพื่อให้แสงกลายเป็นไฟฟ้า ต้องมีแรงเคลื่อนไฟฟ้าเกิดขึ้นระหว่างปลายทั้งสองข้างของเซลล์แสงอาทิตย์ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าปรากฏการณ์แสงอาทิตย์ การเปลี่ยนพลังงานเป็นอย่างอื่นด้วยความช่วยเหลือของเซลล์แสงอาทิตย์นั้นง่ายกว่า เซลล์แสงอาทิตย์ประกอบด้วยเซลล์ซิลิคอนสามประเภทที่แตกต่างกัน ได้แก่ เซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนอสัณฐาน เซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนโพลีคริสตัลไลน์ และเซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนโมโนคริสตัลไลน์
แบตเตอรี่ที่เก็บพลังงาน
เมื่อเปิดใช้งานแผงเซลล์แสงอาทิตย์ ระบบสาธารณูปโภคสามารถกักเก็บพลังงานที่ผลิตได้และส่งไปยังโหลดได้ตลอดเวลา เพื่อให้เซลล์แสงอาทิตย์ผลิตพลังงานได้ เซลล์เหล่านั้นต้องมีราคาถูก มีอายุการใช้งานยาวนาน ทนต่อการคายประจุสูงได้ดี ชาร์จได้อย่างรวดเร็ว และต้องการการบำรุงรักษาเพียงเล็กน้อยหรือไม่ต้องบำรุงรักษาเลย นอกจากนี้ยังต้องสามารถทำงานได้ในอุณหภูมิที่หลากหลาย
การควบคุมการชาร์จและการคายประจุ
โดยไม่ต้องอาศัยความช่วยเหลือจากคุณ อุปกรณ์นี้สามารถป้องกันไม่ให้แบตเตอรี่ชาร์จหรือคายประจุเร็วเกินไปได้ จำนวนครั้งและความลึกของการคายประจุของแบตเตอรี่จะเป็นตัวกำหนดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ นี่คือเหตุผลว่าทำไมการมีอุปกรณ์ตรวจสอบการชาร์จและการคายประจุที่สามารถป้องกันไม่ให้แบตเตอรี่มีพลังงานมากเกินไปหรือน้อยเกินไปจึงมีความสำคัญมาก
กระแสสลับ (AC) เป็นสิ่งที่ตรงข้ามกับกระแสตรง (DC) และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะเปลี่ยนกระแสตรงให้เป็นกระแสสลับ
อุปกรณ์ที่แปลงกระแสตรงเป็นกระแสสลับ โหลดเป็นกระแสสลับ แต่เซลล์แสงอาทิตย์และแบตเตอรี่เป็นกระแสตรง ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีสวิตช์ โดยพิจารณาจากวิธีการทำงาน อินเวอร์เตอร์สามารถแบ่งออกเป็นสองกลุ่ม ได้แก่ อินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์ที่ทำงานได้ด้วยตัวเอง และอินเวอร์เตอร์ที่เชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้า หากคุณใช้เซลล์แสงอาทิตย์ในการผลิตไฟฟ้าเพียงอย่างเดียว คุณสามารถจ่ายไฟให้กับโหลดอื่นด้วยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบแยกอิสระ หม้อแปลงพลังงานแสงอาทิตย์ที่เชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้าคือสิ่งที่ทำให้ระบบพลังงานแสงอาทิตย์ทำงานร่วมกับโครงข่ายได้ อินเวอร์เตอร์มีสองประเภท ได้แก่ อินเวอร์เตอร์คลื่นไซน์และอินเวอร์เตอร์คลื่นสี่เหลี่ยม การสร้างวงจรแปลงคลื่นสี่เหลี่ยมนั้นง่ายและราคาถูก แต่มีส่วนประกอบฮาร์มอนิกขนาดใหญ่ ความต้องการฮาร์มอนิกเพียงไม่กี่ร้อยวัตต์หรือน้อยกว่านั้นคือสิ่งที่มักใช้สำหรับงานต่างๆ อินเวอร์เตอร์คลื่นไซน์มีราคาแพง แต่สามารถจ่ายไฟให้กับงานต่างๆ ได้มากมาย
อุปกรณ์ควบคุมการติดตามแสงอาทิตย์
มุมของแสงอาทิตย์เปลี่ยนแปลงตลอดทั้งปีตามการขึ้นและตกของดวงอาทิตย์ในฤดูใบไม้ผลิ ฤดูร้อน ฤดูใบไม้ร่วง และฤดูหนาว เนื่องจากระบบติดตั้งอยู่ในตำแหน่งคงที่ ดังนั้นเพื่อให้ทำงานได้ดีที่สุด เซลล์แสงอาทิตย์ควรหันหน้าเข้าหาดวงอาทิตย์เสมอ ปัจจุบัน อุปกรณ์ติดตามดวงอาทิตย์ต้องใช้ค่าลองจิจูดและละติจูดเพื่อคำนวณมุมของดวงอาทิตย์ในช่วงเวลาต่างๆ ของปี แต่ในอนาคต PLC ไมโครคอนโทรลเลอร์ หรือซอฟต์แวร์คอมพิวเตอร์จะรักษาตำแหน่งของดวงอาทิตย์ไว้ตลอดทั้งปี โดยการคำนวณตำแหน่งของดวงอาทิตย์เพื่อให้สามารถติดตามได้ ทฤษฎีข้อมูลคอมพิวเตอร์ถูกนำมาใช้ และจำเป็นต้องใช้ข้อมูลลองจิจูดและละติจูดของโลกและการตั้งค่า เมื่อตั้งค่าแล้ว การเคลื่อนย้ายหรือถอดประกอบทำได้ยาก ข้อมูลและพารามิเตอร์ต้องตั้งค่าใหม่ทุกครั้ง หลักการ วงจร เทคโนโลยี และอุปกรณ์มีความซับซ้อน และคนที่ไม่ใช่ผู้เชี่ยวชาญไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ง่าย ระบบติดตามแสงอาทิตย์อัจฉริยะสามารถติดตั้งได้ในรถยนต์และรถไฟความเร็วสูง รวมถึงเรือ กองทัพเรือ ยานพาหนะฉุกเฉินด้านการสื่อสาร และยานพาหนะสงครามพิเศษ ระบบติดตามดวงอาทิตย์อัจฉริยะจะช่วยให้มั่นใจได้ว่าระบบจะติดตามดวงอาทิตย์ได้อย่างต่อเนื่อง ไม่ว่าดวงอาทิตย์จะเคลื่อนที่ไปทางไหนหรือหมุนไปในทิศทางใดก็ตาม

สิ่งที่คุณสามารถทำได้ด้วยพลังงานแสงอาทิตย์
การผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ (PV) อาศัยหลักการของปรากฏการณ์โฟโตโวลตาอิก (photovoltaic effect) ซึ่งเปลี่ยนแสงให้เป็นไฟฟ้า เซลล์แสงอาทิตย์เป็นส่วนประกอบที่สำคัญที่สุด สามารถสร้างแผงโซลาร์เซลล์ขนาดใหญ่ได้โดยการนำเซลล์แสงอาทิตย์มาเรียงต่อกันและมีการป้องกัน จากนั้นจึงนำแผงเหล่านี้มาประกอบกับตัวควบคุมพลังงานและส่วนประกอบอื่นๆ เพื่อสร้างอุปกรณ์ผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ พลังงานแสงอาทิตย์มีข้อดีคือสามารถใช้งานได้ในหลายพื้นที่ เนื่องจากแสงแดดส่องถึงทุกหนทุกแห่ง ข้อดีอื่นๆ ของระบบพลังงานแสงอาทิตย์ ได้แก่ ปลอดภัยและเชื่อถือได้ ไม่ก่อให้เกิดเสียงรบกวนหรือมลพิษ ไม่ใช้เชื้อเพลิง และสามารถติดตั้งสายเคเบิลได้ในสถานที่ ซึ่งช่วยเร่งกระบวนการก่อสร้าง พลังงานแสงอาทิตย์ใช้เซลล์แสงอาทิตย์ในการเปลี่ยนแสงแดดเป็นไฟฟ้าโดยตรง โดยอาศัยหลักการของปรากฏการณ์โฟโตโวลตาอิก ระบบพลังงานแสงอาทิตย์ส่วนใหญ่ประกอบด้วยแผงโซลาร์เซลล์ (เรียกอีกอย่างว่าโมดูล) ตัวควบคุม และอินเวอร์เตอร์ สามารถใช้งานได้ด้วยตัวเองหรือเชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้าก็ได้ เนื่องจากชิ้นส่วนส่วนใหญ่เป็นชิ้นส่วนไฟฟ้า ไม่ใช่ชิ้นส่วนกลไก อุปกรณ์โซลาร์เซลล์จึงได้รับการผลิตอย่างดี มีความน่าเชื่อถือ ใช้งานได้ยาวนาน และติดตั้งและบำรุงรักษาได้ง่าย เทคโนโลยีโซลาร์เซลล์สามารถนำไปใช้ได้หลากหลาย ตั้งแต่การให้พลังงานแก่ยานอวกาศ บ้านเรือน เกม ไปจนถึงโรงไฟฟ้าขนาดเมกะวัตต์ และอื่นๆ อีกมากมาย

เซลล์แสงอาทิตย์ ซึ่งมีทั้งแบบแผ่นบาง เช่น ซิลิคอนผลึกเดี่ยว ซิลิคอนผลึกหลายชั้น ซิลิคอนอสัณฐาน และเซลล์ฟิล์มบาง เป็นส่วนประกอบพื้นฐานที่สุดของระบบผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ ปัจจุบัน แบตเตอรี่ผลึกเดี่ยวและแบตเตอรี่ผลึกหลายชั้นเป็นแบตเตอรี่อสัณฐานที่ได้รับความนิยมมากที่สุดสำหรับระบบขนาดเล็กและระบบสำรองไฟสำหรับคอมพิวเตอร์