โซล่าเซลล์ คืออะไร และมีหลักการทํางานอย่างไร ?

ด้วยสถานการณ์พลังงานในปัจจุบันที่มีราคาที่สูงขึ้น และกำลังหมดลงไปเรื่อยๆ ถ้าหากเราไม่ทำอะไรเลย ส่งผลทำให้พลังงานทดแทนต่าง ๆ อย่างพลังงานแสงอาทิตย์ และพลังงานไฟฟ้า ได้รับความนิยมเพิ่มมากขึ้น ส่งผลให้ระบบ โซล่าเซลล์ ได้รับการพัฒนา และมีผู้สนใจกันมากขึ้น

ประวัติ โซล่าเซลล์

โซล่าเซลล์ เป็นเทคโนโลยีพลังงานทางเลือก ที่ใช้ในการเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ ไปเป็นพลังงานไฟฟ้า เพื่อนำไปใช้ประโยชน์ในด้านต่าง ๆ โซล่าเซลล์ ถูกประดิษฐ์ขึ้นมาครั้งแรก ในปี ค.ศ.1954 หรือประมาณ 65 ปีที่ผ่านมา โดยนักประดิษฐ์ 3 คน คือ Chapin และ Fuller และ Pearson หลักการทำงาน ของแผงโซล่าเซลล์

โซล่าเซลล์ทำจากซิลิคอนที่ผ่านกระบวนการโดป (doped ) หรือกระบวนการทางเคมีที่เกี่ยวข้องกับอิเล็กตรอน โปรตอนและนิวเครียส จนได้เป็น เอ็นไทป์ (N-Type) ที่มีคุณสมัติเป็นตัวส่ง อิเล็กตรอน เมื่อได้รับพลังงานจากแสงอาทิตย์ และ พีไทป์ (P-Type) ที่มีคุณสมบัติเป็นตัวรับ อิเล็กตรอน หลัก ๆ การทำงานของแผงโซล่าเซลล์ เป็นกระบวนการเปลี่ยนพลังงานแสงเป็นกระแสไฟฟ้าได้โดยตรง ซึ่งอาศัยการทำงานผ่านปรากฏการณ์โฟโตโวลตาอิก คือปล่อยให้แสงเข้ามาตกกระทบและเปลี่ยนเป็นไฟฟ้า โดยการทำงานของโซล่าเซลล์ หรือเซลล์แสงอาทิตย์ จะต้องมีคุณสมบัติพื้นฐาน 3 ข้อ ได้แก่

ดูดซึมแสง เพื่อสร้างคู่อิเล็กตรอน-โฮล หรือเอ็กซิตอน อย่างใดอย่างหนึ่ง
การแยกต่างหากของตัวขนส่งประจุที่ต่างชนิดกัน
การสกัดการแยกออกจากกันของตัวขนส่งเหล่านั้นออกไปยังวงจรภายนอก

โครงสร้างของเซลล์แสงอาทิตย์

โครงสร้างที่นิยมมากที่สุด ได้แก่ รอยต่อพีเอ็นของสารกึ่งตัวนำ สารกึ่งตัวนำที่ราคาถูกที่สุดและมีมากที่สุดบนโลก คือ ซิลิคอน จึงถูกนำมาสร้างเซลล์แสงอาทิตย์ โดยนำซิลิคอนมาถลุง และผ่านขั้นตอนการทำให้บริสุทธิ์ จนกระทั่งทำให้เป็นผลึก จากนั้นนำมาผ่านกระบวนการแพร่ซึมสารเจือปนเพื่อสร้างรอยต่อพีเอ็น

โดยเมื่อเติมสารเจือฟอสฟอรัส จะเป็นสารกึ่งตัวนำชนิดเอ็น (เพราะนำไฟฟ้าด้วยอิเล็กตรอนซึ่งมีประจุลบ) และเมื่อเติมสารเจือโบรอน จะเป็นสารกึ่งตัวนำชนิดพี (เพราะนำไฟฟ้าด้วยโฮลซึ่งมีประจุบวก)

ดังนั้น เมื่อนำสารกึ่งตัวนำชนิดพีและเอ็นมาต่อกัน จะเกิดรอยต่อพีเอ็นขึ้น โครงสร้างของเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดซิลิคอน อาจมีรูปร่างเป็นแผ่นวงกลมหรือสี่เหลี่ยมจัตุรัส ความหนา 200-400 ไมครอน (0.2-0.4 มม.) ผิวด้านรับแสงจะมีชั้นแพร่ซึมที่มีการนำไฟฟ้า ขั้วไฟฟ้าด้านหน้าที่รับแสงจะมีลักษณะคล้ายก้างปลาเพื่อให้ได้พื้นที่รับแสงมากที่สุด ส่วนขั้วไฟฟ้าด้านหลังเป็นขั้วโลหะเต็มพื้นผิว

โซล่าเซลล์ (Solar cell) คือ อะไร

โซล่าเซลล์ (Solar cell) หรือ เซลล์โพโตวอลเทอิก (Photovoltaic cell) เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทำจากสารกิึ่งตัวนำ ที่มีความสามารถในการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์ที่ตกกระทบตัวสารกิึ่งตัวนำเพื่อเปลี่ยนมาเป็นพลังงานไฟฟ้ากระแสตรง (DC current) ซึ่งเอานำมาใช้งานกับอุปกรณ์ไฟฟ้าทีเราได้ดำเนินการต่อกับระบบโซล่าเซลล์ของเราได้

โดยหลักการทำงานของโซล่าเซลล์ที่อยู่ถูกติดตั้งในแผงของโซล่าเซลล์ นั้นจะเริ่มต้นจากการที่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ดังกล่าวได้รับพลังงานแสงอาทิตย์ในช่วงเวลากลางวัน ซึ่งเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าไปกระทบกับสารกึ่งตัวนำของโซล่าเซลล์ โดยพลังงานจากแสงอาทิตย์จะทำการถ่ายเทพลังงานให้กับอิเลคตรอนเคลื่อนที่ไปรวมตัวกันที่ขั้วลบของแผงโซล่า และโฮลจะถูกเติมเต็มด้วยอิเลคตรอนจากขั้วบวกของแผงโซ่ล่า ซึ่งจากกระบวนการนี้ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าได้ในที่สุด และสามารถไปใช้งานได้ต่อไป

Solar Electricity Production Concept illustration

ขั้นตอนการทำงานของระบบโซล่าเซลล์เพื่อนำพลังงานไปใช้

แผงโซล่าเซลล์ รับแสงแดด เปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้า
ปรับแรงดันไฟฟ้าที่ได้ให้เป็น 12V ด้วยเครื่องควบคุมประจุ (Solar Charge Controller) เพื่อควบคุมแรงดันไฟฟ้าให้คงที่ กระแสไฟฟ้าที่ได้เป็นกระแสตรง (DC)
เก็บสำรองพลังงานไฟฟ้าไว้ในแบตเตอรี่ (ในกรณีที่ระบบโซล่าเซลล์เป็นแบบ Off Grid)
แปลงไฟฟ้าจากกระแสตรง (DC) เป็นกระแสสลับ (AC) โดยใช้ตัวแปลงกระแสหรืออินเวอร์เตอร์ (Inverter) ทำให้สามารถนำไฟฟ้าที่ได้ไปใช้กับอุปกรณ์ไฟฟ้ากระแสสลับ (AC Load) หรือเครื่องใช้ไฟฟ้าทั่วไปภายในบ้านได้

ระบบโซล่าเซลล์ (Solar cell system)

หลังจากที่เราได้รู้แล้วว่าโซล่าเซลล์ คืออะไร และมีหลักการทำงานอย่างไรแล้ว ต่อไปนี้เราจะมาดูกันนะครับ ว่าระบบของโซล่าเซลล์นั้นมีกี่ประเภท และมีรายละเอียดอย่างไรบ้าง

โดยทั่วไประบบโซล่าเซลล์ ที่เราใช้กันอย่างแพร่หลายนั้นมีอยู่ 2 ระบบ คือ On grid, Off grid และ Hybrid

1. ระบบโซล่าเซลล์ประเภท On grid

เป็นการติดตั้งระบบโซล่าเซลล์ที่มีการเชื่อมต่อกับ Grid หรือระบบไฟฟ้าของภูมิภาคหรือไฟฟ้านครหลวง ซึ่งระบบที่นิยมและค่าใช้จ่ายไม่สูง เนื่องจากระบบนี้ไม่มีความจำเป็นต้องใช้ Battery ในการสำรองไฟฟ้าจากโซล่าเซลล์ โดยรูปแบบการต่อแผงโซล่าเซลล์จะได้ไฟฟ้ากระแสตรงมา ดำเนินการต่อผ่าน Inverter เพื่อทำการแปลงไฟฟ้าจากระแสตรงเป็นกระแสสลับ เพื่อใช้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าต่อไปในบ้านหรือโรงงาน

แต่ที่ Inverter และ Switch boarder นั้นจะมีการต่อกับ Grid ของการไฟฟ้า นั้นหมายความว่าพลังงานที่โซล่าเซลล์ผลิตได้เพียงพอกับอุปกรณ์ไฟฟ้าในบ้านหรือโรงงานต้องการ ก็จะไม่จำเป็นต้องใช้ไฟฟ้าจาก Grid ของการไฟฟ้า ในทางกลับกัน ถ้าไม่เพียงพอระบบจะทำการดึงไฟฟ้าจากการไฟฟ้ามาช่วยจ่ายให้ได้โดยอัตโนมัติ

อย่างไรก็ตามระบบนี้แม้จะประหยัดเงินลงทุน แต่จะสามารถใช้ไฟฟ้าที่ผลิตจากโซล่าเซลล์ได้เพียงช่วงเวลากลางวัน หรือวันที่แดดแรงเท่านั้น และในระหว่างวันโซล่าเซลล์อาจจะไม่สามารถผลิตไฟฟ้าได้อย่างเต็มที่ จะต้องมีการนำดึงไฟฟ้าจากการไฟฟ้ามาจ่ายให้อุปกรณ์ไฟฟ้าในบ้านและโรงงาน

2. ระบบโซล่าเซลล์ประเภท Off grid

ระบบโซล่าเซลล์ที่ออกแบบมาเป็นแบบ Off grid นั้นจะคล้ายๆ กับ On grid แต่จะแตกต่างตรงที่จะไม่มีการเชื่อมต่อกับ Grid ของการไฟฟ้า และมีการติดตั้ง Battery เข้าไปเพื่อเป็นพลังงานสำรองของโซล่าเซลล์ นั่นก็หมายความว่าอุปกรณ์ไฟฟ้าในบ้านและโรงงานนั้นจะรับไฟฟ้าผ่านโซล่าเซลล์อย่างเดียว โดยจะไม่มีการรับไฟฟ้าจากทางการไฟฟ้าอย่าง PEA หรือ MEA

ซึ่งในระบบนี้นั้นค่าใช้จ่ายจะสูงกว่าแบบ On grid เนื่องจากมีเงินลงทุนของ Battery รวมไปถึงค่าบำรุงรักษา และการออกแบบจะต้องได้รับการพิจารณาอย่างเป็นพิเศษเพราะว่าจะต้องออกแบบให้ครอบคลุมไปถึงช่วงเวลาที่ไม่มีแสงแดด เช่น กลางคืน หรือ แสงแดดไม่จัด ซึ่งจะทำให้เรื่องของความเสถียรหรือความต่อเนื่องของการใช้ไฟฟ้าของอุปกรณ์ต่างๆ อาจจะไม่เพียงพอได้ในบางช่วงเวลา

3. ระบบโซล่าเซลล์ประเภท Hybrid

เป็นระบบโซล่าเซลล์ที่เอาข้อดีของทั้ง 2 ระบบ คือ On grid และ Off grid มาประยุกต์เข้าด้วยกัน คือสามารถใช้ไฟฟ้าได้ทุกช่วงเวลาไม่ว่าจะเป็นช่วงแสงแดดแรงหรือแดดอ่อน แม้กระทั่งช่วงเวลากลางคืนนั้นก็ยังคงสามารถใช้ไฟฟ้าได้อย่างต่อเนื่อง โดยแบ่งการใช้ไฟฟ้าแต่ละช่วงเวลาดังนี้

ในช่วงเวลากลางวัน จะใช้ไฟฟ้าจากระบบโซล่าเซลล์เป็นหลัก ถ้าไฟฟ้าไม่เพียงพอจะมีการรับไฟฟ้าส่วนที่ขาดมาจากทางการไฟฟ้าอย่าง PEA หรือ MEA มาช่วย

ในช่วงเวลากลางคืน จะใช้ไฟฟ้าจาก Battery ที่เก็บสำรองไฟฟ้าจากโซล่าเซลล์ และรับไฟฟ้าจากการไฟฟ้าอย่าง PEA และ MEA เข้ามาช่วยจ่ายอุปกรณ์ไฟฟ้า

อย่างไรก็ตามระบบนี้ความเสถียรภาพของไฟฟ้านั้นสูง แต่เงินลงทุนก็จะสูงตามไปด้วย

ข้อดี และข้อเสีย ของ โซล่าเซลล์

การติดตั้งระบบโซล่าเซล์ เป็นระบบพลังงานไฟฟ้าทดแทนที่ได้รับความนิยมสูงมากขึ้นเรื่อยๆในปัจจุบัน เพราะวิถีชีวิต การทำงาน หรือ การใช้ชีวิตที่เปลี่ยนไปเช่นต้องอยู่บ้านมากขึ้น เป็นเหตุให้ต้องเสียค่าไฟที่สูงขึ้นหลายเท่า ทำให้ทุกคนต่างมองหาวิธีการประหยัด และ การลดค่าไฟในระยะยาวด้วยการติดตั้งระบบโซลล่าเซลล์ ซึ่งต้องบอกอย่างตรงไปตรงมาว่าการติดตั้งระบบโซล่าเซลล์นั้นมีทั้งข้อดีข้อเสียที่ควรทราบก่อนตัดสินใจ ดังนี้

ข้อดีของระบบโซล่าเซลล์

เป็นพลังงานสะอาดเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ไม่ทำให้เกิดภาวะโลกร้อน
เป็นพลังงานที่ใช้ได้อย่างไม่จำกัด เพราะแสดจากดวงอาทิตย์ไม่มีวันหมด
เป็นพลังงานฟรีที่ไม่ต้องเสียเงินซื้อมา เพียงแค่ติดตั้งระบบให้ได้มาตรฐานก็สามารถใช้ไปตอนกลางวันได้ฟรี
หากให้ไฟเหลือสามารถเข้าร่วมโครงขายไฟคืนให้กับการไฟฟ้าได้อีกด้วย
ช่วยประหยัดค่าไฟได้ 30-70% ขึ้นอยู่กับขนาดของการติดตั้ง
มีอายุการใช้งานนาน 20 – 25 ปี ขึ้นอยู่กับการดูแลรักษา

ข้อเสียของระบบโซล่าเซลล์

ต้องทำการติดตั้งโดยทีมช่างผู้ชำนาญ มีประสบการณ์ ภายใต้การควบคุมจากวิศวะกร
การผลิตไฟฟ้าในแต่ละวันอาจไม่เท่ากันขึ้นอยู่กับสภาพอากาศและแสงแดด
สามารถผลิตไฟฟ้าได้เฉพาะช่วงเวลากลางวัน หรือช่วงที่มีแสงแดดเท่านั้น

ข้อเเนะนำในการติดตั้งแผงโซล่าเซลล์

ควรเป็นที่โล่ง ไม่มีเงาบังเเสงอาทิตย์
การติดตั้งไม่ควรอยู่ไกล้ในสถานที่ที่เกิดฝุ่น
ควรติดตั้งแผงโซล่าเซลล์ให้มีความลาดเอียงประมาณ 10-15 องศา จากระดับเเนวนอน
ควรหันเเผงโซล่าเซลล์ไปในทิศทางใต้ จะช่วยให้รับเเสงได้ดีที่สุด

บ้านและที่พักอาศัย ติด โซล่าเซลล์ แบบไหน ?

การติดตั้งโซล่าเซลล์บนหลังคาเพื่อใช้สำหรับบ้านพักอาศัยซึ่งมีตั้งแต่ขนาด 1 – 12 กิโลวัตต์ (kWp.) หรือ 1,000-12,000 วัตต์ ซึ่งก็สามารถเลือกขนาดให้เหมาะแก่การใช้งานได้ เป็นการช่วยลดภาระการใช้ไฟตอนกลางวันได้มาก 30-70% ขึ้นอยู่กับขนาดที่ต้องการติดตั้งให้ตาม Requirement ที่ต้องการของแต่ละคน

ซึ่งโซล่าเซลล์สำหรับบ้านและที่พักอาศัยนิยมนิตั้งด้วย ระบบโซล่าเซลล์ประเภท On grid ที่มีการเชื่อมต่อเข้ากับระบบของการไฟฟ้า เพื่อให้การใช้งานเป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพ นอกจากนี้หากใช้ไฟเหลือยังสามารถเข้าร่วมโครงการภาคประชาชนขายไฟคืนให้กับการไฟฟ้าได้อีกด้วย

โดยระบบออนกริด On Grid : เป็นระบบโซล่าเซลล์ที่ใช้ทั้งไฟจากการไฟฟ้า และไฟฟ้าที่ผลิตได้จากแผงโซล่าเซลล์ เหมาะสำหรับบ้านพักอาศัยใช้ไฟฟ้าในช่วงเวลากลางวันมาก โดยระบบนี้จะไม่มีแบตเตอรี่ไว้สำรองไฟ ผลิตไฟฟ้าได้แล้วใช้เลย ซึ่งก่อนติดตั้งโซล่าเซลล์ระบบนี้จะต้องขออนุญาตการไฟฟ้าก่อนในปัจจุบันระบบนี้นิยมติดมากที่สุด

Q&A

โซล่าเซลล์ช่วยประหยัดค่าไฟจริงหรือไม่ ?

การติดตั้งโซล่าเซลล์นั้นช่วยประหยัดค่าไฟได้จริง แต่จะมากน้อยเพียงใด ขึ้นอยู่กับขนาดของแผงโซล่าเซลที่ติดตั้ง ร่วมกับพฤติกรรมการใช้ไฟฟ้าของเจ้าของบ้าน ถ้าไม่ใช้ไฟในเวลากลางวันมาก หรือค่าไฟไม่กี่ร้อยต่อเดือน การติดโซล่าเซลล์ไม่ได้ช่วยประหยัดมาก เพราะกว่าจะถึงจุดคุ้มทุนก็ 7-10 ปี

ต้องใช้กี่ปีถึงจะถึงจุดคุ้มทุนของโซล่าเซลล์ ?

จุดคุ้มทุนของการใช้งานแผ่นโซล่าเซลล์นั้นอยู่ที่ 4 – 5 ปี ซึ่งอาจจะมากหรือน้อยกว่านี้ได้ ขึ้นอยู่กับพฤติกรรมการใช้ไฟฟ้าของแต่ละบุคคล ดูตัวอย่างค่าไฟและการคำนวณจุดคุ้มทุนได้ที่ตาราง หลังถึงจุดคุ้มทุนไปแล้ว (หักลบต้นทุนกับค่าไฟรายเดือน) คุณจะได้ใช้ไฟฟรี หรือหากเป็นโซล่าเซลล์ระบบออนกริด สามารถต่อยอดสร้างรายได้ด้วยการขายไฟให้กับการไฟฟ้าได้อีกด้วย

———————————————-

P𝐫𝐢𝐦𝐨 𝐒𝐞𝐫𝐯𝐢𝐜𝐞 𝐒𝐨𝐥𝐮𝐭𝐢𝐨𝐧𝐬

ผู้เชี่ยวชาญธุรกิจบริการด้านอสังหาริมทรัพย์แบบครบวงจร มุ่งเน้นการให้บริการอย่างมืออาชีพ

สอบถามรายละเอียดเพิ่มเติม ได้ที่

Tel : 02-0810000