ฐานการเรียนรู้พลังงานทดแทน

แสง

การที่เรามองเห็นสิ่งของต่างๆ ที่อยู่รอบตัวเรา จะประกอบด้วยหลายสิ่ง เช่น วัตถุที่จะมอง ดวงตา แหล่งกำเนิดแสง และแสงสว่าง โดยปกตินั้นถ้าเราอยู่ในความมืด เราจะไม่สามารถที่จะมองเห็นได้ ทั้งนี้องค์ประกอบที่สำคัญของการมองเห็นได้แก่ แสง

แสง คือ ความสว่างที่ทำให้ตาเรามองเห็น แสงจะเดินทางเป็นเส้นตรงจากแหล่งกำเนิดแสงแหล่งกำเนิดแสง ที่ สำคัญของโลกมนุษย์ได้แก่ ดวงอาทิตย์ แหล่งกำเนิดแสงบางชนิดมนุษย์เป็นผู้สร้างขึ้น เช่น ตะเกียง หลอดไฟฟ้า แสงจากการเผาสิ่งของ แสงจากดวงจันทร์ประโยชน์ของแสง แสง ช่วยให้สามารถมองเห็น แสงให้พลังงานความร้อน เช่นแสงจากดวงอาทิตย์ทำให้โลกอบอุ่น ความร้อนจากแสงอาทิตย์นำไปเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้า แสงอุลตราไวโอเลตที่มากับแสงอาทิตย์ช่วยฆ่าเชื่อโรค นอกจากนี้แสงแดดตอนเช้ายังให้วิตามิน แสง เป็นพลังงานรูปหนึ่ง เดินทางผ่านอากาศเป็นเส้นตรง ออกจากแหล่งกำเนิดแสงในทุกๆ ทิศทางแสงสามารถเดินทางได้เร็ว 300000 กิโลเมตรต่อ วินาที หรือภายใน 1 วินาที แสงสามารถเดินทางรอบโลกได้ถึง 8 รอบ

แหล่งกำเนิดแสง

• แหล่งกำเนิดแสงตามธรรมชาติ ได้แก่ แสงอาทิตย์ แสงจากดวงดาว
• แหล่งกำเนิดแสงที่มนุษย์สร้างขึ้น ได้แก่ แสงจากหลอดไฟฟ้า ตะเกียง โคมไฟ

การเคลื่อนที่ของแสง
คุณสมบัติ แสงจะเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงเสมอ และเคลื่อนที่ทุกทิศทางของแหล่งกำเนิดแสง
แหล่งกำเนิดแสง แบ่งได้ 2 ชนิด คือ
• แหล่งกำเนิดแสงตามธรรมชาติ ได้แก่ แสงอาทิตย์ แสงจากดวงดาว
• แหล่งกำเนิดแสงที่มนุษย์สร้างขึ้น ได้แก่ แสงจากหลอดไฟฟ้า ตะเกียง โคมไฟ

ตัวกลางแสง

ตัวกลางจะเป็นตัวกั้นการเดินทางของแสง ตัวกลางแบ่งออกเป็น 3 ชนิด

1. ตัวกลางโปร่งใส คือวัตถุที่ยอมให้แสงเดินทางผ่านได้ทั้งหมด โดยแสงสามารถที่จะทะลุผ่านได้อย่างเป็นระเบียบ เราสามารถที่จะมองทะลุผ่านวัตถุโปร่งใส จนเห็นวัตถุอื่นที่อยู่ด้านหลังวัตถุโป่งใส่นั้นๆ ได้ เช่น แก้ว พลาสติกใส อากาศ

2. ตัวกลางโปร่งแสง คือ ตัวกลางที่ยอมให้แสงผ่านได้บ้างเป็นบางส่วน แล้วแสงจะผ่านอย่างไม่เป็นระเบียบ ทำให้มองเห็นวัตถุด้านตรงข้ามได้ไม่ชัดเจนมากนัก เช่น กระจกฝ้า กระดาษไข ผ้า หมอก ควัน เป็นต้น

3. ตัวกลางทึบแสง คือ วัตถุที่ไม่ยอมให้แสงทะลุผ่านได้เลย แสงจึงสะท้อนกับ และก่อให้เกิดเงามือด้านหลังวัตถุทึบแสงนั้นๆ เช่น ไม้ หิน เหล็ก ปูน เป็นต้น

พลังงานแสงอาทิตย์ และโซล่าเซลล์

พลังงานแสงอาทิตย์ เป็นพลังงานจากดวงอาทิตย์ที่ส่งมายังโลกโดยการแผ่รังสี ซึ่งมีทั้งรังสีที่มองเห็นและมองไม่เห็น ความเข้มรังสีดวงอาทิตย์ คือปริมาณพลังงานแสงอาทิตย์ที่ตกกระทบพื้นที่ต่างๆ ต่อช่วงเวลาหนึ่งๆ มีผลทำให้อุณหภูมิอากาศในแต่ละช่วงของวันและในแต่ละวันมีค่าไม่คงที่

ความเข้มรังสีดวงอาทิตย์จะมีค่าเปลี่ยนแปลงไปตามเส้นละติจูด ช่วงเวลาของวัน ฤดูกาล สภาพอากาศ และมลภาวะทางอากาศ ถ้าพื้นที่ใดๆ ได้รับความเข้มรังสีดวงอาทิตย์สูง อุณหภูมิอากาศบริเวณนั้นจะสูงตามไปด้วย บริเวณเส้นศูนย์สูตรของโลกและบริเวณใกล้เคียง เป็นบริเวณที่มีความเข้มรังสีดวงอาทิตย์สูง เพราะเป็นบริเวณที่อยู่ในแนวตั้งฉากหรือใกล้เคียงกับแนวตั้งฉากกับดวงอาทิตย์ จึงเป็นบริเวณที่มีความเหมาะสมในการนำพลังงานแสงอาทิตย์มาใช้ประโยชน์มากที่สุด

โซล่าเซลล์ (Solar cell)

โซล่าเซลล์ คืออุปกรณ์สำหรับเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานไฟฟ้า โซล่าเซลล์จะมีประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าสูงที่สุดในช่วงเวลากลางวัน พลังงานไฟฟ้าที่เหลือจากการใช้ สามารถเก็บสะสมไว้ในแบตเตอรี่เพื่อไว้ใช้ในเวลากลางคืนได้ แผงโซล่าเซล ที่มีวัตต์สูง สามารถชาร์จได้เร็ว วัตต์ต่ำชาร์จได้ช้า

การใช้งานพลังงานแสงอาทิตย์มีจุดเด่นที่สำคัญ ดังต่อไปนี้

1. ไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวในขณะใช้งาน จึงไม่เกิดการสึกหรอ

และไม่มีมลภาวะทางเสียง

2. ไม่ก่อให้เกิดมลภาวะเป็นพิษจากขบวนการผลิตไฟฟ้า

3. การบำรุงรักษาน้อยมาก และสามารถทำได้ง่าย

4. ผลิตไฟฟ้าได้แม้มีแสงแดดอ่อนหรือมีเมฆ

5. เป็นการใช้พลังงานแสงอาทิตย์ที่ได้มาฟรีและมีไม่สิ้นสุด

6. ผลิตไฟฟ้าได้ทุกมุมโลกแม้บนเกาะเล็กๆ กลางทะเล บนยอดเขาสูง และในอวกาศ

7. ได้พลังงานไฟฟ้าโดยตรงซึ่งเป็นพลังงานที่นำมาใช้ได้สะดวกที่สุด

ชนิดของโซล่าเซลล์

แผงโซล่าเซลล์แบ่งออกตามชนิดของวัสดุที่ใช้ผลิตได้ 2 ชนิด คือกลุ่มที่ทำจากสารกึ่งตัวนำประเภทซิลิคอน (Silicon) และ กลุ่มที่ทำจากสารประกอบ ที่ไม่ใช่ซิลิคอน ซึ่งประเภทหลังนี้ จะเป็นโซล่าเซลล์ที่มีประสิทธิภาพสูงถึง 25% ขึ้นไป แต่มีราคาสูงมาก ส่วนมากใช้งานสำหรับดาวเทียม แต่ปัจจุบันการพัฒนาขบวนการผลิตสมัยใหม่ ทำให้แผงโซล่าเซลล์ที่ทำจากสารประกอบมีราคาถูกลง และมีแนวโน้มการมาใช้มากขึ้นในอนาคต โซล่าเซลล์ที่ผลิตจากสารกึ่งตัว นำประเภทซิลิคอน (Silicon) สามารถแบ่งย่อยตาม

ลักษณะของผลึกที่เกิดขึ้น ได้ 2 ชนิด คือ แบบที่ไม่เป็นรูปผลึก หรือโซล่าเซลล์ แบบอะมอร์ฟัสซิลิคอน (Amorphous Silicon Solar Cell) และแบบเป็นรูปผลึก (Crystal) โซล่าเซลล์แบบอะมอร์ฟัส จะเห็นทั่วไปในเครื่องคิดเลขพลังแสงอาทิตย์ ปัจจุบันมีการนำมาทำเป็น thin flim โซล่าเซลล์ชนิดนี้จะมีประสิทธิภาพต่ำ ประมาณ 6-10%

โซล่าเซลล์แบบที่เป็นรูปผลึก แบ่งออกเป็น 2 ชนิด คือ ชนิดโมโนซิลิคอน ( Mono Crystalline Silicon Solar Cell) และ ชนิดโพลีซิลิคอน ( Poly Crystalline Silicon Solar Cell)

โมโนซิลิคอน ( Mono Crystalline) เป็นชนิดผลึกเดี่ยว จะมีความบริสุทธิ์ของซิลิกอนสูงกว่าแบบ โพลี ทำให้โซล่าเซลล์แบบโมโนนั้นมีราคามันแพงกว่าโพลี และมีประสิทธิภาพสูง ถึงประมาณ 18% ปัจจุบันโซล่าเซลล์ชนิดโมโนได้มีการปรับปรุงและพัฒนาโดยมีการสะท้อนของแสงอาทิตย์ภายในเซลล์ลดลง เพื่อให้แสงตกกระทบลงบนชั้น n ได้มากที่สุดทำให้ประสิทธิภาพเพิ่มขึ้นถึง 25% เลยทีเดียว

โพลีซิลิคอน ( Poly Crystalline Silicon Solar Cell) จะมีความบริสุทธิ์ของซิลิกอนน้อยกว่า แบบโมโน ทำให้ประสิทธิภาพต่ำกว่าแบบโมโน แต่ก็สูงกว่าอะมอฟัส โซล่าเซลล์แบบโพลี ถ้าสังเกตที่แผ่นจะมีสีเงินๆ ผสมอยู่ด้วย เนื่องจากเป็นแร่อื่นๆ ที่ติดมาด้วย ประสิทธิภาพของโซล่าเซลล์ แบบ โพลีจะอยู่ที่ประมาณ 12-15% โซล่าเซลล์ที่ผลิตจากสารประกอบ ที่เป็นสารกึ่งตัวนำชนิดอื่นๆ ที่ไม่ใช่ซิลิกอน และนำมา dope แบบหลายชั้น ตั้งแต่ double jungtion, triple junction และ multi junction เช่น Ga, Td และอื่นๆ แต่ที่นิยมกันในปัจจุบันนำมาใช้กับระบบรวมแสง หรือ concentreated คือ GaAs หรือแกลเลียมอาเซไนด์ โซล่าเซลล์ชนิดนี้มีประสิทธิภาพสูงถึง 35% และมีราคาสูงกว่าชนิดอื่น

หลักการทำงานของโซล่าเซลล์

โซล่าเซลล์ (Solar Cell) เป็นสิ่งประดิษฐ์กรรมทาง electronic ที่สร้างขึ้นเพื่อเป็นอุปกรณ์สำหรับเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ให้เป็นพลังงาน ไฟฟ้า โดยการนำสารกึ่งตัวนำ เช่น ซิลิกอน ซึ่งมีราคาถูกที่สุดและมีมากที่สุดบนพื้นโลกมาผ่านกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ เพื่อผลิตให้เป็นแผ่นบางบริสุทธิ์ และทันทีที่แสงตกกระทบบนแผ่นเซลล์ รังสีของแสงที่มีอนุภาคของพลังงานประกอบที่เรียกว่า โฟตอน (Proton) จะถ่ายเทพลังงานให้กับอิเล็กตรอน (Electron) ในสารกึ่งตัวนำจนมีพลังงานมากพอที่จะกระโดดออกมาจาก

แรงดึงดูดของอะตอม (atom) และเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ ดังนั้นเมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่ครบวงจรจะทำให้เกิดไฟฟ้ากระแสตรงขึ้นวัสดุสำคัญที่ใช้ทำโซล่าเซลล์ได้แก่ สารซิลิคอน (Si) ซึ่งเป็นสารชนิดเดียวกับที่ใช้ทำชิพในคอมพิวเตอร์ และเครื่องอิเล็กทรอนิกส์ ซิลิคอนเป็นสารซึ่งไม่เป็นพิษ มีการนำมาผลิตโซล่าเซลล์ใช้กันอย่างแพร่หลายเพราะมีราคาถูก คงทน และเชื่อถือได้ นอกจากนี้ยังมีวัสดุชนิดอื่นที่สามารถนำมาผลิตโซล่าเซลล์ได้ เช่น แกลเลียมอาเซไนด์ CIS และ แคดเมียมเทลเลอไรด์ แต่ยังมีราคาสูง และบางชนิดยังไม่มีการพิสูจน์เรื่องอายุการใช้งานว่าสามารถใช้งานได้นาน

แผงโซล่าเซลล์ (Solar panel หรือ Photovoltaics) คือ การนำเอา โซล่าเซลล์ จำนวนหลายๆเซลล์ มาต่อวงจรรวมกัน อยู่ในแผงเดียวกัน เพื่อที่จะทำให้สามารถผลิตและจ่ายกระแสไฟฟ้าได้มากขึ้น โดยไฟฟ้าที่ได้นั้นเป็นไฟฟ้ากระแสตรง (DC)

ปัจจุบัน แผงโซล่าเซลล์ มีอยู่ทั้งหมด 3 ประเภท คือ

โมโนคริสตัลไลน์ (Monocrystalline Silicon Solar Cells)

โพลีคริสตัลไลน์ (Polycrystalline Silicon Solar Cells)

แผงโซล่าเซลล์ชนิด ฟิล์มบาง (Thin Film Solar Cells)

โมโนคริสตัลไลน์ (Monocrystalline Silicon Solar Cells) ทำมาจาก ผลึกซิลิคอนเชิงเดี่ยว (mono-Si) หรือบางทีก็เรียกว่า single crystalline (single-Si) วิธีสังเกตง่ายๆ คือ แต่ละเซลล์จะมีลักษณะเป็นสี่เหลี่ยมตัดมุมทั้งสี่มุม และมีสีเข้ม

โพลีคริสตัลไลน์ (Polycrystalline Silicon Solar Cells) ทำมาจากผลึกซิลิคอนโดยทั่วไปเรียกว่าโพลีคริสตัลไลน์ (polycrystalline,p-Si) แต่บางครั้งก็เรียกว่า มัลติ-คริสตัลไลน์ (multi-crystalline,mc-Si) โดยในกระบวนการผลิต สามารถที่จะนำเอา ซิลิคอนเหลว มาเทใส่โมลด์ที่เป็นสี่หลี่ยมได้เลย ก่อนที่จะนำมาตัดเป็นแผ่นบางอีกทีจึงทำให้เซลล์แต่ละเซลล์เป็นรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัส ไม่มีการตัดมุม สีของแผงจะออก น้ำเงิน ไม่เข้มมาก

แผงโซล่าเซลล์ชนิด ฟิล์มบาง (Thin Film Solar Cells) คือ การนำเอาสารที่สามารถแปลงพลังงานจากแสงเป็นกระแสไฟฟ้า มาฉาบเป็นฟิล์มหรือชั้นบางๆ ซ้อนกันหลายๆชั้น จึงเรียก โซล่าเซลล์ชนิดนี้ว่า ฟิล์มบาง หรือ thin film แผ่นชนิดนี้มีประสิทธิภาพเฉลี่ยอยู่ที่ 7-13% ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับชนิดของวัสดุที่นำมาทำเป็นฟิล์มฉาบ แต่สำหรับบ้านเรือนโดยทั่วไปแล้ว มีเพียงประมาณ 5% เท่านั้น ที่ใช้ แผงโซล่าเซลล์ ที่เป็นแบบชนิดฟิล์มบาง

ข้อดี/ข้อเสียของแผงโซล่าเซลล์แต่ละชนิด

โมโนคริสตัลไลน์

ข้อดี

มีประสิทธิภาพสูงสุด เพราะผลิตมาจาก ซิลิคอนเกรดดีที่สุด โดยมีประสิทธิภาพในการเปลี่ยนพลังงานแสง เป็นกระแสไฟฟ้าเฉลี่ยอยู่ที่ 15-20%
มีประสิทธิภาพต่อพื้นที่สูงกว่าแบบ Poly เพราะว่าให้กำลังสูงจึงต้องการพื้นที่น้อยที่สุดในการติดตั้งแผงโซลล่าเซลล์ชนิดนี้ โมโนคริสตัลไลน์ สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้เกือบ 4 เท่า ของชนิด ฟิล์มบางหรือ thin film
มีอายุการใช้งานยาวนานที่สุด โดยเฉลี่ยแล้วประมาณ 25 ปีขึ้นไป
ผลิตกระแสไฟฟ้าได้มากว่าชนิด โพลีคริสตัลไลน์ เมื่ออยู่ในภาวะแสงน้อย

ข้อเสีย

มีราคาแพงที่สุด ในบางครั้งการติดตั้งด้วย แผงโซล่าเซลล์ชนิด โพลีคริสตัลไลน์ หรือชนิด thin film อาจมีความคุ้มค่ามากกว่า
ถ้าหาก แผงโซล่าเซลล์ชนิด โมโนคริสตัลไลน์ มีความสกปรกหรือถูกบังแสงในบางส่วนของแผง อาจทำให้วงจรหรือ inverter ไหม้ได้ เพราะอาจจะทำให้เกิดโวลต์สูงเกินไป

โพลีคริสตัลไลน์

ข้อดี

มีขั้นตอนกระบวนการผลิตที่ง่าย ไม่ซับซ้อน จึง ใช้ปริมาณซิลิคอน ในการผลิตน้อยกว่า เมื่อเทียบกับ ชนิด โมโนคริสตัลไลน์
มีประสิทธิภาพในการใช้งาน ในที่อุณหภูมิสูง ดีกว่า ชนิด โมโนคริสตัลไลน์ เล็กน้อย
มีราคาถูกกว่าเมื่อเทียบกับ ชนิด โมโนคริสตัลไลน์

ข้อเสีย

มีระสิทธิภาพในการเปลี่ยนพลังงานแสง เป็นกระแสไฟฟ้าโดยเฉลี่ยอยู่ที่ 13-16% ซึ่งต่ำกว่า เมื่อเทียบกับชนิด โมโนคริสตัลไลน์
มีประสิทธิภาพต่อพื้นที่ต่ำกว่า ชนิด โมโนคริสตัลไลน์ ในกรณี ถ้าแสงมีความเข้มน้อย

แผงมีสีน้ำเงิน ทำให้บางครั้งอาจดูไม่สวยงาม เมื่อเทียบกับ ชนิด โมโนคริสตัลไลน์ และชนิด thin film ที่มีสีเข้ม เข้ากับสิ่งแวดล้อม เช่น หลังคาบ้านได้ดีกว่าชนิด ฟิล์มบาง

ข้อดี

มีราคาถูกกว่า เพราะสามารถผลิตจำนวนมากได้ง่ายกว่า ชนิดผลึกซิลิคอน
ในที่อากาศร้อนมากๆ แผงโซล่าเซลล์ ชนิด ฟิล์มบาง มีผลกระทบน้อยกว่า
ไม่มีปัญหาเรื่อง เมื่อแผงสกปรกแล้วจะทำให้วงจรไหม้
ถ้าคุณมีที่เหลือเฟือ แผงโซล่าเซลล์ ชนิด ฟิล์มบาง ก็เป็นทางเลือกที่ดี

ข้อเสีย

มีประสิทธิภาพต่ำ
มีประสิทธิภาพต่อพื้นที่ต่ำ
สิ้นเปลืองค่าโครงสร้างและอุปกรณ์อื่นๆ เช่น สายไฟ
ไม่เหมาะนำมาใช้ตามหลังคาบ้าน เพราะมีพื้นที่จำกัด
การรับประกันสั้นกว่าชนิด ผลึกซิลิคอน

รูปแบบต่าง ของการนำโซล่าเซลล์ ไปผลิตไฟฟ้าใช้งาน

ระบบอ๊อฟกริด (Off Grid) หรือ แบบอิสระ ( Stand Alone )
ระบบออนกริด ( On Grid ) หรือ แบบเชื่อมต่ออิงกับระบบไฟการไฟฟ้า
ระบบไฮบริดส์ ( Hybrid ) หรือแบบผสม

ข้อคิดเห็นที่ควรอ่านเกี่ยวกับพลังงานทดแทน

เราต้องเข้าใจข้อจำกัดก่อนว่า พลังงานแสงอาทิตย์ เป็นพลังงานทดแทน ที่ไม่สามารถผลิตใช้งานได้ตลอดเวลา เพราะอาศัยแสงอาทิตย์ในการผลิตไฟ ไม่เหมือนกับโรงไฟฟ้าที่ผลิตไฟฟ้าจากพลังงานน้ำ(เขื่อน) หรือพลังงานไอน้ำ(จากถ่านหิน หรือก๊าซธรรมชาติ) ที่สามารถผลิตได้ตลอด 24 ชั่วโมง
ถ้าหากเราต้องการนำระบบไฟฟ้าจากโซล่าเซลล์มาใช้เป็นพลังงานหลักแล้ว เราต้องคำนึงถึงการเก็บพลังงานไฟฟ้าเพื่อใช้งานในช่วงกลางคืนหรือช่วงไม่มีแสงแดด ซึ่งอุปกรณ์ที่จะเก็บพลังงานไฟฟ้าก็คือแบตเตอรี่

ระบบอ๊อฟกริด (Off Grid) หรือ แบบอิสระ ( Stand Alone )

คือ ระบบปิด ที่ผลิตไฟฟ้าจากโซล่าเซลล์ โดยไม่ได้เชื่อมต่อกับระบบไฟของการไฟฟ้านครหลวง หรือ การไฟฟ้าส่วนภูมิภาค เลย ระบบนี้เหมาะกับสถานที่ไฟฟ้าเข้าไม่ถึง ไม่คุ้มที่จะเดินลากสายไฟยาวๆเข้ามาใช้เนื่องจากต้นทุนสูง

วิธีการ

คือการนำกระแสไฟฟ้าที่ได้จากแผงโซล่าเซลล์ มาชาร์จเข้าแบตเตอรี่ แล้วจึงนำไฟฟ้าที่ได้มาใช้งาน ซึ่งก็สามารถเลือกว่าจะนำจ่ายไฟ ให้กับอุปกรณ์ ที่ใช้ไฟ AC ทั้งนี้ข้อดีของการที่มีแบตเตอรี่คือสามารถเก็บประจุไฟฟ้าไว้ใช้งานได้กรณีที่ไม่มีแสงอาทิตย์ หรือสามารถใช้ไฟฟ้าในเวลากลางคืนได้

เนื่องจากอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้งานภายในบ้านเราเป็นไฟฟ้ากระแสสลับ AC ( Alternating Current ) แต่ไฟฟ้าที่ได้จากแผง Solar Cell เป็นไฟฟ้ากระแสตรง DC ( Direct Current ) ดังนั้น ก่อนนำไปใช้งานจึงต้องนำมาแปลงมาเป็นไฟฟ้ากระแสสลับเสียก่อน โดยนำมาต่อเข้ากับอุปกรณ์ที่เรียกว่า อินเวอร์เตอร์ ( Inverter ) ซึ่งกำลังไฟฟ้าที่ได้ก็จะมีการสูญเสียจากการแปลงฯ ทำให้ลดทอนประสิทธิภาพการผลิตกระแสไฟฟ้าลงไป

ภาพ ระบบอ๊อฟกริด (Off Grid) หรือ แบบอิสระ ( Stand Alone

ข้อดี/ข้อเสีย ของระบบอ๊อฟกริด (Off Grid) หรือ แบบอิสระ ( Stand Alone )

ข้อดีคือ เป็นระบบที่ไม่ต้องง้อไฟจากการไฟฟ้าหลวงเลย สามารถผลิตไฟฟ้าใช้เองได้แต่ ข้อเสียคืองบประมาณสูง เพราะต้องใช้แบตเตอรี่ มาใช้ในการเก็บไฟและต้องคำนวณการใช้ไฟให้ถูกต้อง เพื่อให้การใช้ไฟฟ้าได้ต่อเนื่องตลอดเวลา

ระบบออนกริด ( On Grid ) หรือ แบบเชื่อมต่ออิงกับระบบไฟการไฟฟ้า

คือการผลิตไฟฟ้าจากโซล่าเซลล์ โดยการเปลี่ยนไฟฟ้ากระแสตรง (DC) ไปเป็นไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) ด้วยอุปกรณ์ Inverter จากนั้นก็เชื่อมระบบเข้ากับการไฟฟ้านครหลวง หรือการไฟฟ้าส่วนภูมิภาค ซึ่งข้อดีคือเราสามารถนำกระแสไฟฟ้าที่ผลิตได้ขายให้กับการไฟฟ้าฯ (ตามโครงการขายไฟให้การไฟฟ้า ) หรือนำไฟฟ้าที่ได้มาใช้งานเองเพื่อลดค่าไฟฟ้า หากผลิตกระแสไฟไม่พอใช้ อุปกรณ์ควบคุมก็จะนำไฟฟ้าจากระบบของการไฟฟ้ามาใช้งานทดแทนทันที

วิธีการ

การติดตั้งแบบนั้น เพื่อลดค่าไฟฟ้า โดยเมื่อมีการใช้ไฟ มากกว่าที่ผลิตเองจากโซล่าเซลล์ ตัวอุปกรณ์ Grid Tie Inverter ที่เชื่อมต่อกับระบบจำหน่ายของการไฟฟ้าฯ ก็จะทำหน้าที่ดึงกระแสไฟฟ้าจากการไฟฟ้ามาใช้งานโดยอัตโนมัติ ดังนั้นก็จะทำให้ลดค่าไฟฟ้าลงได้และไม่มีข้อจำกัดเรื่องกำลังไฟไม่พอ เพราะดึงจากการไฟฟ้ามาชดเชย แต่การติดตั้งแบบนี้ต้องได้รับการอนุญาตจาก การไฟฟ้าฯก่อน แต่ข้อเสียของระบบนี้คือช่วงที่ไม่มีแสงอาทิตย์หรือเวลากลางคืน ก็จะไม่มีการผลิตกระแสไฟฟ้าออกมาซึ่งช่วนี้ก็จะต้องตึงพลังงานไฟฟ้ามาจากระบบจำหน่ายของการไฟฟ้าฯ

ภาพ ระบบออนกริด ( On Grid ) หรือ แบบเชื่อมต่ออิงกับระบบไฟการไฟฟ้า

ข้อดี/ข้อเสีย ออนกริด ( On Grid ) หรือ แบบเชื่อมต่ออิงกับระบบไฟการไฟฟ้า

ข้อดี สามารถลดค่าไฟฟ้า หรือใช้ไฟฟ้าฟรี (หากใช้แผงโซล่าเซลล์จำนวนมาก) เนื่องจากผลิตไฟฟ้าได้เองในตอนกลางวัน ใช้ไฟฟ้าฟรี ลดค่าไฟฟ้าได้ สำหรับผู้ประกอบการติดตั้งระบบไฟขนาดใหญ่ สามารถขายไฟคืนให้กับการไฟฟ้าได้ โดยติดต่อการไฟฟ้า จะต้องสมัครทำสัญญาและยื่นเอกสาร ตามข้อกำหนดของการไฟฟ้านครหลวง และการไฟฟ้าส่วนภูมิภาค

ข้อเสีย กรณีที่ไฟฟ้าจากการไฟฟ้าดับ ระบบโซลาร์เซลล์ยังจ่ายไฟปกติ แต่กริดไทน์อินเวอร์เตอร์จะหยุดทำงาน โดยไม่จ่ายไฟเข้าสายส่ง เพื่อป้องกันไฟฟ้าดูดเจ้าหน้าที่การไฟฟ้า ซึ่งกำลังทำการซ่อมระบบสายไฟฟ้า การใช้งานระบบนี้ ส่วนใหญ่จะใช้ในพื้นที่ที่มีไฟฟ้าเข้าถึงแล้ว ใช้เพื่อช่วยลดค่าไฟฟ้าได้เป็นอย่างดี ซึ่งทางผู้ที่ต้องการติดตั้ง ต้องมีพื้นที่ติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์ และรู้ปริมาณการใช้ไฟฟ้าในตอนกลางวัน โดยดูจากหน่วยการใช้ไฟฟ้า ที่เสียค่าไฟฟ้าแต่ละเดือน เพื่อออกแบบกำลังการผลิตระบบไฟฟ้าโซล่าเซลล์ หาขนาดกริดไทอินเวอร์เตอร์ และจำนวนแผงโซลาร์เซลล์

ระบบไฮบริดส์ ( Hybrid ) หรือแบบผสม

เป็นระบบที่นำเอา ระบบออนกริด และ อ็อฟกริด มารวมกันคือจะมีระบบแบตเตอรี่ มาสำรองพลังงาน ใช้งานในเวลาที่ไม่มีแสงอาทิตย์ และสำหรับกรณีที่เมื่อมีแสงอาทิตย์แล้วผลิตกระแสไฟฟ้าได้หากกระแสไฟฟ้าที่ผลิตได้มีมากกว่าที่นำมาใช้งาน ระบบก็นำกระแสไฟฟ้านั้นชาร์จเข้าแบตเตอรี่ เพื่อนำมาใช้งานได้ต่อไป พอถึงเวลากลางคืนที่ผลิตไฟฟ้าจากโซล่าเซลล์ไม่ได้ ระบบก็จะไปนำเอากระสไฟฟ้าจากแบตเตอรี่มาใช้ก่อน หากยังไม่เพียงพอ ระบบก็จะไปดึงไฟฟ้ามาจากระบบจำหน่ายมาชดเชยอีกทีหนึ่ง
วิธีการ

หลักการทำงานคือเมื่อแผงโซล่าเซลล์ได้รับพลังงานแสงอาทิตย์ ก็แปลงเป็นพลังงานไฟฟ้ากระแสตรง (DC) แล้วส่งต่อมายัง ไฮบริดส์ อินเวอร์เตอร์ ซึ่งไฮบริดส์ อินเวอร์เตอร์ก็แปลงแป็นไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) ซึ่งก็จะเชื่อมต่อกับระบบจำหน่ายไฟของการไฟฟ้าฯ และอีกขั้วหนึ่งก็ต่อเข้ากับแบตเตอรี่ และอีกขั้วหนึ่งก็ต่อไฟฟ้าไปใช้งานต่างๆ

ภาพ ระบบไฮบริดส์ ( Hybrid ) หรือแบบผสม

ในเวลากลางวันเมื่อผลิตไฟฟ้าจากโซล่าเซลล์ ระบบก็จะนำไฟฟ้าที่ผลิตได้มาจ่ายให้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าของเรา แต่หากกระแสไฟฟ้าที่เราผลิตได้ไม่เพียงพอ ก็จะไปดึงไฟจากแบตเตอรี่ หรือการไฟฟ้าฯมาใช้งานได้ โดยอัตโนมัติ (ซึ่งเราสามารถตั้งค่าได้ที่ตัว ไฮบริดส์ อินเวอร์เตอร์) หรือหากเราผลิตไฟฟ้าจากโซล่าเซลล์มามากกว่าที่เราใช้งานระบบก็นำกระแสไฟฟ้านี้ไปชาร์จแบตเตอรี่เพื่อสำรองไฟฟ้าใช้งานต่อไป
ในเวลากลางคืนที่เราไม่สามารถผลิตไฟฟ้าจากโซล่าเซลล์ได้ ที่ตัวไฮบริดส์ อินเวอร์เตอร์ สามารถตั้งค่าได้ว่าจะเอาไฟจากแบตเตอรี่มาใช้งานก่อนจนหมดแล้วค่อยนำไฟฟ้าจากระบบของการไฟฟ้ามาใช้งาน ซึ่งทำให้เราประหยัดค่าไฟฟ้าลงได้ และหรือบางท่านอาจกลัวว่าแบตเตอรี่จะเสื่อมเร็วเกินไป ก็สามารถตั้งค่าให้ใช้ไฟฟ้าจากการไฟฟ้าเป็นอันดับแรกก่อน หากระบบไฟฟ้าของการไฟฟ้าขัดข้องจึงไปนำไฟฟ้าจากแบตเตอรี่มาใช้งาน ก็ได้

ข้อดี/ข้อเสีย ระบบไฮบริดส์ ( Hybrid ) หรือแบบผสม

ข้อดี ระบบทำงานได้ทั้งแบบ on-grid และ off-grid สามารถเปลี่ยนแหล่งไฟฟ้าได้เองตามสถานการณ์ ช่วยรักษาความเสถียรของระบบไฟฟ้า และใช้ไฟได้เองภายในกรณีไฟจากการไฟฟ้าดับ

ข้อเสีย อินเวอร์เตอร์ชนิดนี้มีให้เลือกน้อยมาก และยังไม่ได้รับการยอมรับจากการไฟฟ้า (กฟผ.) เลยไม่สามารถขนานไฟฟ้ากับกริดได้ ไม่สามารถขายไฟคืน กฟผ. ได้ ต้องใช้อุปกรณ์มากเช่นเดียวกับ off-grid ซึ่งทำให้ระบบโดยรวมแพง และไม่คุ้มค่าอุปกรณ์พื้นฐานของโซล่าเซลล์

การติดตั้งระบบโซล่าเซลล์ไม่เพียงแต่คำนึงถึงแผงโซล่าเซลล์เท่านั้น แต่ยังมีอุปกรณ์อื่น ๆ ที่ทำงานเป็นชุดครบวงจร ชุดโซล่าเซลล์ จึงมีความสำคัญด้านการติดตั้งต่อระบบการผลิตพลังงานไฟฟ้าอย่างมาก ลองดูกันว่ามีอะไรบ้าง

ชุดโซล่าเซลล์ ประกอบไปด้วยอุปกรณ์ต่าง ๆ ดังนี้

แผงโซล่าเซลล์ – เปรียบเสมือนหัวใจของ ชุดโซล่าเซลล์ ทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานไฟฟ้ากระแสตรง ปัจจุบันนิยมใช้อยู่ 3 ประเภทคือ โมโนคริสตัลไลน์ (Mono Crystalline)และ โพลีคริสตัลไลน์ (Poly Crystaline) ทั้งสองประเภทต่างกันที่ประสิทธิภาพและราคา ส่วนแผงโมโนจะมีขนาดเล็กกว่า 10% จึงเหมาะกับสถานที่จำกัด ส่วนแบบ Amorphous Thinfilm ราคาถูกตามประสิทธิภาพ แต่มีข้อดีคือผลิตไฟฟ้าได้ในวันที่มีแสงแดดน้อย ๆ ฝนตกทั้งวัน

Charge Controllers – มีความสำคัญต่อ ชุดโซล่าเซลล์ มากเช่นกัน ทำหน้าที่ควบคุมแรงดันและควบคุมกระแสไฟที่อาจไหลกลับเข้าสู่แบตเตอรี่ในเวลากลางคืน ป้องกันระบบรวนแบบ Over Charge

Batteries – แบตเตอรี่นั้นมีหลายชนิดทั้งแบบแห้ง แบบน้ำ แบบไม่ต้องดูแลรักษา เพราะมักใช้งานต่างกัน เช่น เครื่องปั๊มน้ำต้องมีแบบแบตเตอรี่กันน้ำ แบตเตอรี่ที่นิยมใช้คือ 12 โวลต์ และ 24 โวลต์ แต่ห้ามนำแบตเตอรี่รถยนต์มาใช้งานแทนเด็ดขาด เพราะแผ่นธาตุของแบตรถยนต์นั้นบาง ไม่ได้ถูกออกแบบมาเพื่อจ่ายกระแสพลังงานไฟฟ้านาน ๆ จึงควรใช้แบตเตอรี่สำหรับ ชุดโซล่าเซลล์ โดยเฉพาะเป็นพิเศษแบบ Deep Cycles มีอายุการใช้งานนานกว่าสามเท่า หรือเลือกแบบ Renewable Energy

Inverters – ตัวแปลงไฟฟ้าจากไฟฟ้ากระแสตรงเป็นกระแสไฟฟ้าสลับ เช่นจากไฟ 12V ส่งไปเป็นพลังงานไฟฟ้าในบ้านเป็นแรงดัน 220V เพื่อใช้ต่อกับเครื่องใช้ไฟฟ้าอย่าง ตู้เย็น ปั๊มน้ำ โทรทัศน์ เป็นต้น มี 2 ประเภทคือ Modified Sine Wave มีประสิทธิภาพต่ำ มีเสียงดังรบกวน ส่วน Pure Sine Wave มีประสิทธิภาพสูงใช้ได้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าทุกประเภท

มัลติมิเตอร์ (Multimeter) เครื่องมือวัดทางไฟฟ้าที่สามารถวัดปริมาณไฟฟ้าได้หลากหลายชนิด เช่น แรงดัน, กระแส, ความต้านทานและสามารถใช้กับไฟกระแสตรง (DC) หรือไฟกระแสสลับ (AC) ได้ แหล่งพลังงานในการทำงานของมัลติมิเตอร์ในปัจจุบันนั้นได้มาจากแบตเตอรี่ขนาด AA หรือ AAA ทำให้อุปกรณ์มีขนาดเล็กและน้ำหนักเบาสามารถนำไปใช้งานในที่ต่างๆ ได้อย่างง่ายดาย การแสดงผลของมัลติมิเตอร์จะมีด้วยกัน 2 แบบ คือ มัลติมิเตอร์แบบเข็ม (Analog Multimeter) และมัลติมิเตอร์แบบตัวเลข (Digital Multimeter)

ชุดโซล่าเซลล์ ที่ประกอบไปด้วยอุปกรณ์หลายชิ้นเหมือนกับฟันเฟืองในเครื่องจักร หาก

เฟืองชิ้นใดชำรุดเครื่องจักรคงไม่สามารถทำงานอย่างมีประสิทธิภาพ ดังนั้นการดูแลและใส่ใจอุปกรณ์ชิ้นเล็กชิ้นน้อยที่ไว้ผลิตพลังงานไฟฟ้าจึงมีความสำคัญอย่างมาก

การประยุกต์ใช้งานโซล่าเซลล์ในด้านต่างๆ

การนำพลังงานแสงอาทิตย์ซึ่งเป็นพลังงานจากธรรมชาติมาทดแทนพลังงานรูปแบบอื่นๆ ได้รับความสนใจและเป็นที่นิยมมากขึ้น สามารถนำมาใช้ให้เกิดประโยชน์อย่างมากมายในการดำรงชีวิต รวมถึงไม่เป็นการทำลายสิ่งแวดล้อม เช่น

ภาพกิจกรรมการเรียนรู้พลังงานทดแทน

Page updated

Report abuse