พารู้จัก Photovalic Effect แปลงพลังงานแสงอาทิตย์สู่ไฟฟ้า
สารบัญ
ดาวฤกษ์ขนาดมหึมาที่เป็นศูนย์กลางของระบบสุริยะอย่าง “ดวงอาทิตย์” ไม่เพียงแต่ให้แสงสว่างและความอบอุ่นแก่โลกเท่านั้น แต่ยังเป็นแหล่งพลังงานขนาดใหญ่ในรูปแบบของรังสีความร้อนและแสงสว่าง ซึ่งเป็นหนึ่งในแหล่งพลังงานที่มนุษย์เราพยายามหาวิธีใช้ประโยชน์มาโดยตลอด ตั้งแต่ยุคโบราณที่ใช้กระจกรวมแสงรวมกับแสงอาทิตย์เพื่อจุดไฟ จนมาถึงยุคปัจจุบันที่เราสามารถเปลี่ยนแสงแดดให้กลายเป็นกระแสไฟฟ้าผ่านเทคโนโลยีที่เรียกว่าระบบโซล่าเซลล์
ในบทความนี้ SolarEdge จะพาคุณไปสัมผัสกับกลไกการทำงานของโซล่ารูฟว่าเก็บเกี่ยวพลังงานแสงอาทิตย์ได้อย่างไร สามารถเปลี่ยนแสงสว่างให้กลายเป็นไฟฟ้าที่ใช้ในบ้านในบ้าน ชาร์จรถยนต์ EV หรือขับเคลื่อนเครื่องจักรในโรงงานได้อย่างไร
วิทยาศาสตร์เบื้องหลัง Photovoltaic Effect
หลายคนอาจเข้าใจว่าแผงโซล่าเซลล์ทำงานเหมือนแบตเตอรี่ที่เก็บพลังงานความร้อน แต่ในความจริง กระบวนการผลิตไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์นั้นเป็นกระบวนการทางฟิสิกส์ควอนตัมที่เรียกว่า "Photovoltaic Effect" หรือ ปรากฏการณ์โฟโตวอลเทอิก
ปรากฏการณ์นี้ถูกค้นพบครั้งแรกในปี ค.ศ. 1839 โดยนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสชื่อ Alexandre Edmond Becquerel ซึ่งเขาค้นพบว่าวัสดุบางชนิดสามารถสร้างกระแสไฟฟ้าได้เมื่อได้รับแสงสว่างเพียงพอ ทั้งนี้ กว่าทฤษฎีนี้จะถูกนำมาพัฒนาจนเป็นแผงโซล่าเซลล์ซิลิคอนที่เราเห็นในระบบโซล่าเซลล์ออนกริดในปัจจุบัน ก็ต้องใช้เวลาพัฒนาต่อมานับร้อยปีเลยทีเดียว
กลไกการทำงานของ Photovoltaic Effect
หัวใจสำคัญของ ระบบโซล่าเซลล์ คือวัสดุ "สารกึ่งตัวนำ" (Semiconductor) ที่อยู่ในแผงโซล่าเซลล์ ซึ่งส่วนใหญ่ผลิตมาจาก ซิลิคอน (Silicon) โดยในแผงนั้นจะมีซิลิคอน 2 ชนิดที่มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่แตกต่างกันและแบ่งชั้นกัน ดังนี้
- ซิลิคอน N-Type - เป็นชั้นที่มีอิเล็กตรอน (Electron) มากกว่าซิลิคอน 1 ตัว ทำให้เป็นประจุลบ (-)
- ซิลิคอน P-Type - เป็นชั้นที่มีอิเล็กตรอนน้อยกว่าซิลิคอน 1 ตัว มีประจุเป็นบวก (+)
เมื่อนำสองชั้นนี้มาประกบกัน จะเกิดรอยต่อที่เรียกว่า P-N Junction ซึ่งสร้างสนามไฟฟ้าขึ้นมาภายในเซลล์ โดยกระบวนการผลิตไฟฟ้าจะเริ่มขึ้นเมื่อ "โฟตอน" (Photons) หรืออนุภาคของแสงอาทิตย์ พุ่งมาชนสารกึ่งตัวนำในแผงโซล่าเซลล์ จากนั้นพลังงานจากโฟตอนจะถูกถ่ายเทให้กับอิเล็กตรอนในสารกึ่งตัวนำ จนอิเล็กตรอนเหล่านั้นมีพลังงานสูงพอที่จะหลุดออกจากพันธะอะตอม การหลุดออกนี้สร้างสิ่งที่เรียกว่า "คู่ของอิเล็กตรอนและหลุม" (Electron-Hole Pairs) ขึ้นมา สุดท้ายสนามไฟฟ้าที่ P-N Junction จะทำหน้าที่ผลักอิเล็กตรอนอิสระให้ไหลไปทางชั้น N-Type และดึงหลุมไปทางชั้น P-Type การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนนี้เองที่ทำให้เกิดการไหลของกระแสไฟฟ้า ซึ่งก็คือ ไฟฟ้ากระแสตรง (DC) ที่เราคุ้นเคยนั่นเอง
องค์ประกอบสำคัญของระบบพลังงานแสงอาทิตย์
เพื่อให้ไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ สามารถนำมาใช้งานกับเครื่องใช้ไฟฟ้าในบ้านหรือเครื่องจักรในโรงงานได้ จำเป็นต้องมีองค์ประกอบที่มากกว่าแค่แผงโซล่าเซลล์ โดยระบบโซล่าเซลล์ทั่วไปมีองค์ประกอบหลัก ดังนี้
1. แผงโซล่าเซลล์
ทำหน้าที่รับแสงและเปลี่ยนเป็นไฟฟ้า DC โดยทั่วไปแผงหนึ่งแผงจะประกอบด้วยเซลล์ซิลิคอนหลายสิบเซลล์ที่ต่ออนุกรมกันเพื่อเพิ่มแรงดันไฟฟ้า ซึ่งประสิทธิภาพของแผงในปัจจุบันพัฒนาไปอย่างก้าวไกล โดยในปัจจุบัน แผงโซล่าเซลล์ที่นิยมใช้มีอยู่ด้วยกัน 2 ชนิด คือ
- โพลีคริสตัลไลน์ (Polycrystalline) - ผลิตจากผลึกซิลิคอนหลายชนิดมาหลอมละลายรวมกัน เซลล์จะมีลักษณะเป็นสี่เหลี่ยมจัตุรัสไม่มีการตัดมุม และมีสีน้ำเงินอมม่วง มีราคาที่เข้าถึงง่าย และมีประสิทธิภาพรองลงมาจากชนิดโมโนคริสตัลไลน์
- โมโนคริสตัลไลน์ (Monocrystalline) - เป็นแผงประสิทธิภาพสูงที่ทำจากผลึกซิลิคอนเชิงเดี่ยวที่มีความบริสุทธิ์สูง สังเกตได้จากเซลล์ในแผงที่มีสีดำเข้มและมุมตัดทั้ง 4 มุม ผลิตไฟฟ้าได้ดีแม้ในที่แสงน้อย และใช้พื้นที่ติดตั้งน้อยกว่า แต่ก็อาจมีต้นทุนที่สูงกว่าชนิดโพลีคริสตัลไลน์เช่นกัน
2. อินเวอร์เตอร์
เนื่องจากไฟฟ้าที่ได้จากแผงเป็นไฟฟ้ากระแสตรง (DC) แต่เครื่องใช้ไฟฟ้าในบ้านเรือนทั่วไปนั้นใช้ไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) จึงต้องมีอุปกรณ์ที่เรียกว่า "อินเวอร์เตอร์" (Inverter) เพื่อทำหน้าที่แปลงไฟ DC เป็น AC โดยในปัจจุบันมีอินเวอร์เตอร์หลายชนิดให้เลือกใช้งานทั้ง String Inverter แบบดั้งเดิม หรือ Micro Inverter ที่หลังติดตั้งตามแต่ละแผง และ Power Optimizer จาก SolarEdge ที่สามารถดึงประสิทธิภาพการผลิตไฟของแต่ละแผงได้สูงสุดอย่างอิสระ ซึ่งจะเลือกอินเวอร์เตอร์แบบไหนนั้นก็ขึ้นอยู่กับการออกแบบระบบ งบประมาณ และพฤติกรรมการใช้งานไฟฟ้า
3. แบตเตอรี่โซล่าเซลล์
แม้ข้อดีของพลังงานแสงอาทิตย์จะมีหลายประการ แต่การผลิตไฟฟ้าจากแสงแดดก็ถูกจำกัดด้วย “ระยะเวลา” เนื่องจากแผงจะผลิตไฟฟ้าได้เฉพาะในช่วงกลางวันเท่านั้น ซึ่งถือเป็นลักษณะการทำงานของโซล่าเซลล์ออนกริดส่วนใหญ่ที่ใช้งานตามครัวเรือนหรืออาคารพาณิชย์ ในปัจจุบันหลายๆ คนจึงหันมาติดตั้งแบตเตอรี่โซล่าเซลล์เพิ่มเติมกันมากขึ้น เพื่อเก็บพลังงานส่วนเกินตอนกลางวันไว้ใช้ตอนกลางคืนหรือใช้สำรองไฟบ้านเมื่อไฟดับ ทำให้มีเสถียรภาพทางพลังงานและลดการพึ่งพาไฟฟ้าจากกริด
ทั้งนี้ยังมีระบบโซล่าเซลล์ที่ต้องติดตั้งแบตเตอรี่โซล่าเซลล์เป็นทุนเดิมอย่างระบบ Off-Grid ที่ไม่เชื่อมต่อกับกริดการไฟฟ้า หรือระบบ Hybrid ที่ผสมผสานการทำงานของ On-Grid และ Off-Grid เข้าด้วยกัน รวมไปถึงธุรกิจโซล่าฟาร์มที่เน้นการลดค่าใช้จ่ายด้านพลังงาน และสร้างรายได้จากการขายไฟฟ้าอีกด้วย
ปัจจัยที่มีผลต่อประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์
หลายคนคงทราบดีว่า ปริมาณและความเข้มข้นของพลังงานแสงอาทิตย์ที่ตกกระทบสู่แผงเป็นปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อปริมาณไฟฟ้าที่ผลิตในแต่ละวัน อย่างไรก็ตาม ยังคงมีปัจจัยทางฟิสิกส์และสภาพแวดล้อมที่เป็นตัวแปรสำคัญควรพิจารณาอีกด้วย เช่น
ความเข้มแสงและมุมตกกระทบ
แน่นอนว่ายิ่งแสงแดดเข้มข้นเท่าไหร่ ยิ่งทำให้ผลิตไฟฟ้าได้มากขึ้น เพราะจำนวนโฟตอนที่พุ่งชนเซลล์ในแผงโซล่าร์เพิ่มมากขึ้น อย่างไรก็ตาม องศาการติดตั้งก็สำคัญไม่แพ้กัน เพราะแผงที่ตั้งฉากกับแสงอาทิตย์จะรับพลังงานได้ดีที่สุด การวางแผนออกแบบทิศทางของแผงจึงจำเป็นต่อการออกแบบระบบที่มีประสิทธิภาพ ซึ่งบริษัทติดตั้งโซล่าเซลล์ที่ดีควรมีความเชี่ยวชาญ และสามารถให้คำแนะนำแก่เจ้าของบ้านหรือเจ้าของธุรกิจเรื่องทิศทางของแผงก่อนติดตั้งจริงได้
อุณหภูมิ
เป็นเรื่องที่หลายคนอาจเข้าใจผิด คิดว่า "ยิ่งร้อนยิ่งดี" เพราะเชื่อว่าแผงจะผลิตไฟฟ้าได้มากขึ้น แต่ในทางฟิสิกส์ของสารกึ่งตัวนำ เมื่อแผงโซล่าเซลล์มีอุณหภูมิสูงมากเกินไป ประสิทธิภาพในการสร้างแรงดันไฟฟ้า (Voltage) จะลดลง จึงเป็นเหตุผลว่าทำไมระบบระบายความร้อนใต้แผงและการเลือกใช้อุปกรณ์ที่ทนความร้อนได้ดีจึงมีความสำคัญต่อระบบ โดยเฉพาะในภูมิอากาศของประเทศไทยที่มีแสงแดดจัดเกือบตลอดทั้งปี
เงาบังและความสกปรก
ด้วยเงาเพียงเล็กน้อยจากกิ่งไม้ เสาไฟฟ้า หรือปล่องไฟ ก็อาจทำให้กำลังผลิตของระบบโซล่าเซลล์ลดลงอย่างมาก โดยเฉพาะในระบบโซล่าเซลล์แบบสตริง (String Inverter) ที่แผงโซล่าเซลล์ทุกแผงเชื่อมต่อกัน ทำให้แม้เพียงแผงเดียวโดนเงาต้นไม้บัง มีฝุ่น ใบไม้ หรือมูลนกเกาะติด ก็อาจทำให้กระแสไฟฟ้าไหลติดขัดและดึงประสิทธิภาพของทั้งระบบให้ต่ำลงได้มากถึง 30-50% อีกทั้งยังมีความเสี่ยงที่จะเกิดปรากฏการณ์ Hot Spot เกิดความร้อนสะสมในบางจุดของแผง ซึ่งอาจทำให้แผงเสียหายหรือเกิดรอยไหม้ได้ ดังนั้นจึงควรทำความสะอาดแผงอย่างน้อยปีละ 1–2 ครั้ง หรือบ่อยขึ้นหากมีฝุ่นสะสมจำนวนมาก
นอกจากนี้ อีกทางหนึ่งในการเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตพลังงาน คือ การติดตั้ง Micro Inverter หรือ Power Optimizer ที่แยกการทำงานแต่ละแผงในระบบออจากกันอย่างอิสระ ดังนั้น แม้ว่าแผงใดแผงหนึ่งจะถูกเงาบดบังหรือมีสิ่งสกปรกสะสม แผงอื่นๆ ก็ยังคงผลิตพลังงานได้อย่างเต็มที่
สุดท้ายนี้ ควรพิจารณาติดตั้งระบบโซล่าเซลล์ที่มาพร้อมกับฟังก์ชันความปลอดภัย เช่น Rapid Shutdown ซึ่งมีความสามารถในการหยุดการจ่ายไฟฟ้าจากแผงโซล่าเซลล์ และลดแรงดันไฟฟ้าให้อยู่ในระดับที่ปลอดภัยอย่างรวดเร็วเมื่อเกิดเหตุฉุกเฉิน รวมถึงฟังก์ชันความปลอดภัยจากผู้ผลิตอุปกรณ์ เช่น เทคโนโลยี Sense Connect ใน Power Optimizer ของ SolarEdge ที่ตรวจจับความร้อนผิดปกติที่จุดเชื่อมต่อสายไฟ เพื่อป้องกันการเกิดประกายไฟ (Arc) และไฟไหม้ พร้อมแจ้งเตือนไปยังแอปพลิเคชันอย่าง mySolarEdge หรือ แพลตฟอร์ม SolarEdge ONE for C&I เพื่อให้ผู้ใช้งานทราบทันทีอีกด้วย
ประโยชน์ของพลังงานแสงอาทิตย์
พอทราบกันแล้วว่ากลไกการทำงานของระบบโซล่าเซลล์ดึงพลังงานแสงอาทิตย์มาใช้งานได้อย่างไร รวมถึงปัจจัยที่ส่งผลต่อการผลิตไฟฟ้าที่ควรคำนึง ต่อไป มาดูกันว่าประโยชน์ของพลังงานแสงอาทิตย์นั้นมีอะไรบ้าง
- ประหยัดค่าใช้จ่ายอย่างยั่งยืน - แม้จะมีต้นทุนการติดตั้งเริ่มต้น แต่จุดคุ้มทุนของโซล่าเซลล์ในปัจจุบันสั้นลงมาก อยู่ที่ประมาณ 3-5 ปี (ขึ้นอยู่กับขนาดระบบและการใช้งาน) ในขณะที่แผงโซล่าเซลล์คุณภาพมักมีอายุการใช้งานเฉลี่ยยาวนานกว่า 25 ปี นั่นหมายความว่าคุณจะมีไฟฟ้าใช้โดยมีค่าใช้จ่ายน้อยลง หรือแทบไม่มีค่าใช้จ่ายไปอีกหลายปีเลยทีเดียว
- เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม - กระบวนการผลิตไฟฟ้าจากโซล่าเซลล์ไม่ปล่อยก๊าซเรือนกระจก (CO2) หรือมลพิษทางอากาศในขณะผลิตไฟฟ้า ทั้งยังเป็นการลด Carbon Footprint ช่วยให้อุตสาหกรรมและธุรกิจมุ่งสู่เป้าหมาย Net Zero และเพิ่มขีดความสามารถในการแข่งขันทางธุรกิจในด้านการอนุรักษ์สิ่งแวดล้อม
- เพิ่มมูลค่าให้ทรัพย์สิน - บ้านที่ติดตั้งโซล่ารูฟและระบบจัดการพลังงานอัจฉริยะ มีแนวโน้มให้ราคาประเมินสูงกว่าบ้านทั่วไป เนื่องจากผู้ซื้อมักเล็งเห็นถึงความประหยัดค่าไฟในอนาคต
“พลังงานแสงอาทิตย์” ไม่ใช่เรื่องไกลตัวหรือซับซ้อนอีกต่อไป เพราะในปัจจุบันระบบโซล่าเซลล์ทั่วโลกกำลังนำแสงอาทิตย์มาเปลี่ยนให้เป็นพลังงานไฟฟ้าสำหรับใช้งานในชีวิตประจำวัน ซึ่งถือเป็นทางเลือกสำคัญของอนาคตพลังงานอันใกล้ เพื่อลดค่าใช้จ่าย ลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม และสร้างเสถียรภาพทางพลังงานแก่ทั้งภาคครัวเรือนและธุรกิจ ซึ่งแน่นอนว่า การทำความเข้าใจกลไกการทำงานของ Photovoltaic Effect ไม่เพียงจะช่วยให้เข้าใจปัจจัยที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพการผลิตพลังงาน แต่ยังเป็นความรู้ประกอบการตัดสินใจเลือกใช้อุปกรณ์ต่างๆ ในระบบโซล่าเซลล์ เพื่อให้การลงทุนด้านพลังงานของคุณคุ้มค่าและยั่งยืนที่สุด
สุดท้ายนี้ไม่ว่าคุณจะมองหาแนวทางลดค่าไฟสำหรับบ้านพักอาศัย หรือต้องการติดตั้งโซล่าร์โรงงาน การเลือกใช้เทคโนโลยีที่มีประสิทธิภาพสูงและปลอดภัยจะช่วยให้คุณใช้พลังงานสะอาดได้อย่างสบายใจ
เกี่ยวกับ SolarEdge Technologies
SolarEdge Technologies เป็นผู้นำระดับโลกด้านเทคโนโลยีพลังงานหมุนเวียน โดยใช้วิศวกรรมและนวัตกรรมระดับโลกในการพัฒนาโซลูชันพลังงานแสงอาทิตย์สำหรับกลุ่มลูกค้าในภาคที่อยู่อาศัย ภาคพาณิชย์ และภาคสาธารณูปโภค SolarEdge นำเสนอโซลูชันที่ปรับให้เหมาะสมสำหรับการผลิต การจัดเก็บ การจัดการ และการใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพ บริษัทพัฒนาและผลิตอินเวอร์เตอร์โซล่าเซลล์ Power Optimizer ระบบจัดการและเพิ่มประสิทธิภาพพลังงาน ระบบจัดเก็บพลังงาน และบริการโครงข่ายไฟฟ้า
เทคโนโลยี DC-Optimized ของ SolarEdge ถูกติดตั้งในบ้านหลายล้านหลังในกว่า 140 ประเทศ และมากกว่า 50% ของบริษัท Fortune 100 มีการใช้งานเทคโนโลยีของ SolarEdge บนหลังคาของพวกเขา SolarEdge มีบทบาทสำคัญในการเร่งการเปลี่ยนผ่านไปสู่โครงข่ายพลังงานแบบกระจายที่ยั่งยืนและมีประสิทธิภาพ
นอกจากนี้ บริษัทยังมีบริการหลังการขายที่ครอบคลุม เพื่อตอบสนองความต้องการของทั้งเจ้าของบ้านและภาคธุรกิจ และเป็นหนึ่งในแบรนด์ที่ให้การรับประกันที่ยาวนานที่สุดในตลาดอีกด้วย
ติดต่อเรา
กรอกแบบฟอร์ม คลิก
LINE Official: SolarEdge Thailand
ติดตามข่าวสารใหม่ๆ จาก SolarEdge
Facebook: SolarEdge Technologies Inc.
Instagram: @solaredgepv
X: @SolarEdgePV
LinkedIn: SolarEdge Technologies
บทความที่เกี่ยวข้อง
