เทคนิคการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ คือการเปลี่ยนพลังงานแสงโดยตรงให้เป็นไฟฟ้า โดยใช้ประโยชน์จากปรากฏการณ์โฟโตโวลตาอิกที่ส่วนต่อประสานของสารกึ่งตัวนำ ส่วนประกอบหลักสามอย่าง ได้แก่ แผงเซลล์แสงอาทิตย์ (โมดูล) ตัวควบคุม และอินเวอร์เตอร์ ส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์เป็นส่วนใหญ่ของชิ้นส่วนสำคัญ โมดูลเซลล์แสงอาทิตย์ขนาดใหญ่สร้างขึ้นโดยการเชื่อมต่อเซลล์แสงอาทิตย์แบบอนุกรม ห่อหุ้มเพื่อป้องกัน และเพิ่มตัวควบคุมพลังงานและชิ้นส่วนอื่นๆ เพื่อสร้างอุปกรณ์ผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์
1. กระบวนการผลิตพลังงานแสงอาทิตย์คืออะไร?
การผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ คือกระบวนการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้าโดยตรง
ปัจจุบัน พลังงานแสงอาทิตย์แบบเซลล์แสงอาทิตย์ (Photovoltaic power) เป็นวิธีการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ที่แพร่หลายที่สุด ดังนั้น พลังงานแสงอาทิตย์จึงมักถูกเรียกว่า การผลิตพลังงานจากเซลล์แสงอาทิตย์ (Photovoltaic energy generating)
2. เซลล์แสงอาทิตย์สร้างกระแสไฟฟ้าได้อย่างไร?
เซลล์แสงอาทิตย์เป็นหน่วยผลิตพลังงานแสงอาทิตย์ขั้นพื้นฐานที่สุด เนื่องจากเป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่แปลงแสงและไฟฟ้าโดยตรงจากพลังงานรังสีแสงอาทิตย์ให้เป็นกระแสตรง
การเติมธาตุเฉพาะ (เช่น ฟอสฟอรัส โบรอน เป็นต้น) ลงในซิลิคอนผลึกจะทำให้เกิดความไม่สมดุลอย่างต่อเนื่องในประจุโมเลกุลของวัสดุ ส่งผลให้ได้วัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าเฉพาะตัว ซึ่งเป็นสาเหตุของลักษณะทางไฟฟ้าที่โดดเด่นของเซลล์แสงอาทิตย์
เมื่อสัมผัสกับแสงแดด สารกึ่งตัวนำที่มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าเฉพาะตัวสามารถสร้างประจุอิสระได้ เมื่อปิดปลายทั้งสองข้าง ประจุอิสระจะสะสมและเคลื่อนที่ไปในทิศทางใดทิศทางหนึ่ง ทำให้เกิดพลังงานไฟฟ้า
3. การผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์มีประโยชน์อย่างไรบ้าง?
1). ความกว้างขวาง
พื้นผิวโลกได้รับแสงอาทิตย์ และแสงอาทิตย์นี้สามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้โดยไม่คำนึงถึงสถานที่ตั้งทางภูมิศาสตร์ ไม่ว่าจะเป็นบนบก ทะเล ภูเขา หรือที่ราบ แม้ว่าระยะเวลาและความเข้มของการแผ่รังสีจะแตกต่างกัน แต่แสงอาทิตย์นั้นกระจายไปทั่วและจะไม่ได้รับผลกระทบจากสภาพอากาศหรือสถานที่ตั้ง
2). ความยั่งยืนและความเป็นอนันต์
ดวงอาทิตย์ผลิตพลังงานนิวเคลียร์ในอัตรานี้มากพอที่จะใช้ในการกักเก็บไฮโดรเจนได้นานหลายหมื่นล้านปี เมื่อพิจารณาถึงความเสื่อมโทรมทางนิเวศวิทยาอย่างรุนแรงในปัจจุบัน พลังงานแสงอาทิตย์จึงเป็นแหล่งพลังงานสะอาดและหมุนเวียนได้อย่างแท้จริง และมีปริมาณที่ไม่มีวันหมด
3) สถานที่ติดตั้งที่ปรับเปลี่ยนได้
หลังคาเปิดโล่งมีข้อดีคือไม่ได้รับผลกระทบจากทิศทางของอาคาร ทำให้แสงส่องถึงภายในได้เป็นเวลานาน และลดเงารบกวน นอกจากจะติดตั้งบนหลังคาอาคารที่พักอาศัยแล้ว การผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ยังพบได้ในอาคารอุตสาหกรรม ซึ่งใช้พลังงานแสงอาทิตย์ในการผลิตพลังงานเพื่อตอบสนองความต้องการทางไฟฟ้าของโรงงาน การพัฒนาเทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์แบบกระจายบนหลังคายังสามารถแก้ไขปัญหาการใช้ไฟฟ้าในระดับอำเภอได้อย่างมีประสิทธิภาพในบริบทของการฟื้นฟูชนบท
4). เขียวชอุ่ม
โดยธรรมชาติแล้ว การเปิดเสียงทีวีดังๆ และหน้าจอที่สว่างกว่าจะใช้ไฟฟ้ามากกว่า การลดความสว่างและระดับเสียงไม่เพียงแต่ช่วยปกป้องดวงตาและหูเท่านั้น แต่ยังช่วยประหยัดพลังงานไฟฟ้าอีกด้วย
5) เสริมสร้างความมั่นคงด้านพลังงานของประเทศ
ประชาชนสามารถเสริมสร้างความมั่นคงด้านพลังงานของประเทศได้โดยลดการพึ่งพาการผลิตไฟฟ้าจากเชื้อเพลิงฟอสซิล ซึ่งจะช่วยหลีกเลี่ยงวิกฤตพลังงานและความไม่เสถียรของตลาดเชื้อเพลิงได้ โดยสามารถทำได้ผ่านการใช้พลังงานแสงอาทิตย์
6) ค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาและการดำเนินงานต่ำมาก
การทำงานของระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์มีความแข็งแกร่งและเชื่อถือได้ และไม่มีชิ้นส่วนส่งกำลังเชิงกล เมื่อรวมกับการใช้งานเทคโนโลยีควบคุมอัตโนมัติอย่างแพร่หลาย ระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ชุดหนึ่งสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้ตราบเท่าที่ยังมีแผงเซลล์แสงอาทิตย์อยู่ ส่งผลให้ต้นทุนการบำรุงรักษาต่ำมากและสามารถดำเนินการได้โดยไม่ต้องมีการดูแล
4. โครงการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์มีกี่ประเภท?
โครงการพลังงานแสงอาทิตย์สามารถจำแนกได้เป็นแบบ "กระจาย" หรือ "รวมศูนย์" โดยพิจารณาจากรูปแบบการติดตั้ง
ระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบกระจาย: โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบกระจาย คือโรงไฟฟ้าที่มีขนาดเฉพาะที่ติดตั้ง ณ สถานที่ตั้งของผู้ใช้ หรือเชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้า โรงไฟฟ้าประเภทนี้สามารถจ่ายไฟให้กับผู้คนในบริเวณใกล้เคียงได้โดยตรง และโดยทั่วไปจะติดตั้งบนพื้นดิน ผนัง หรือหลังคา
โรงไฟฟ้าแบบรวมศูนย์: ส่วนใหญ่ใช้ในพื้นที่กว้างใหญ่ เช่น ภูเขาและทะเลทราย โดยใช้แผงโซลาร์เซลล์หลายแผงหรือระบบติดตามแสงอาทิตย์ โรงไฟฟ้าประเภทนี้จะรวบรวมพลังงานแสงอาทิตย์และแปลงเป็นไฟฟ้าเพื่อส่งไปยังผู้บริโภคที่อาศัยอยู่ห่างไกลจากแหล่งผลิตไฟฟ้า
โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบบูรณาการกับอาคาร: โรงไฟฟ้าประเภทนี้สร้างขึ้นโดยการผสานเทคโนโลยีการผลิตพลังงานแสงอาทิตย์เข้ากับสถาปัตยกรรมของอาคาร ทำให้ระบบพลังงานแสงอาทิตย์เป็นส่วนหนึ่งของโครงสร้างอาคาร โรงไฟฟ้าประเภทนี้สามารถติดตั้งบนระเบียง ผนังกระจก หลังคา หรือพื้นที่อื่นๆ ของอาคารได้
โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์สามารถแบ่งออกเป็นกลุ่มต่างๆ ตามคุณลักษณะทางเทคโนโลยีและสถานการณ์การใช้งานได้ดังนี้:
สถานีผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์สำหรับใช้ในบ้าน: ส่วนใหญ่ใช้ในอาคารที่พักอาศัย เป็นระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบกระจายขนาดเล็ก เพื่อตอบสนองความต้องการด้านไฟฟ้า เจ้าของบ้านสามารถติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์บนหลังคาและผลิตพลังงานหมุนเวียนได้
สถานีผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์เชิงพาณิชย์: มีขนาดอยู่ระหว่างสถานีผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบรวมศูนย์และแบบที่พักอาศัย และเหมาะสำหรับการใช้งานในอาคารพาณิชย์ นิคมอุตสาหกรรม และสถานที่อื่นๆ
โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ในชนบท: ส่วนใหญ่ใช้ในพื้นที่ชนบท เพื่อจัดหาพลังงานสะอาดให้เกษตรกรและแก้ไขปัญหาการขาดแคลนพลังงาน
โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ในชนบท: ส่วนใหญ่ใช้ในพื้นที่ชนบท เพื่อจัดหาพลังงานสะอาดให้เกษตรกรและแก้ไขปัญหาการขาดแคลนพลังงาน
สถานีผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์สำหรับสถานที่สาธารณะ: หมายถึงการใช้เทคโนโลยีการผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ในสถานที่ที่มีประชาชนทั่วไปอยู่ เช่น สถานีขนส่ง โรงเรียน และโรงพยาบาล
สถานีผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบลอยน้ำ: ระบบผลิตไฟฟ้าประเภทนี้ส่วนใหญ่ใช้ในอ่างเก็บน้ำ ทะเลสาบ และแหล่งน้ำอื่นๆ โดยติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์บนผิวน้ำ
5. อะไรทำให้พลังงานแสงอาทิตย์เป็นแหล่งพลังงานคาร์บอนต่ำและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม?
จากผลการวิจัยขององค์การกองทุนสัตว์ป่าโลก (WWF) การติดตั้งระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ขนาด 1 กิโลวัตต์ สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้ 1,200 กิโลวัตต์ชั่วโมงต่อปี ลดการใช้ถ่านหิน (ถ่านหินมาตรฐาน) ได้ประมาณ 400 กิโลกรัม และลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ได้ประมาณ 1 ตัน การผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์มีประโยชน์อย่างมากทั้งในด้านพลังงาน การรักษาสิ่งแวดล้อม และเศรษฐกิจ นับเป็นหนึ่งในพลังงานสีเขียวที่มีคุณภาพดีที่สุดในประเทศของเรา
การพัฒนาแหล่งพลังงานหมุนเวียน เช่น การผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ เป็นหนึ่งในวิธีที่มีประสิทธิภาพในการแก้ไขปัญหาสิ่งแวดล้อม เช่น หมอกควันและฝนกรด จากผลการวิจัยขององค์การกองทุนสัตว์ป่าโลก (WWF) พบว่า การติดตั้งระบบผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ขนาด 1 ตารางเมตร เทียบเท่ากับการปลูกต้นไม้ขนาด 100 ตารางเมตร
