พลังงานแสงอาทิตย์

0


เป็นที่ทราบกันดีนะคะว่าพลังงานแสงอาทิตย์เริ่มมีบทบาทในประเทศไทยมากขึ้นตามแผนแม่บทพัฒนาพลังงานทดแทนแห่งชาติ 15 ปี (REDP Master Plan 2008-2022) ได้รับความเห็นชอบจากคณะกรรมการนโยบายพลังงานแห่งชาติ และคณะรัฐมนตรี เมื่อวันที่ 28 ม.ค. 2552 ซึ่งตั้งเป้าการใช้พลังงานจากพลังงานแสงอาทิตย์ จนถึงปี 2565 อยู่ที่ 500 เมกะวัตต์ แต่ล่าสุดมีผู้ประกอบการเสนอเข้ามาแล้วกว่า 1,000 เมกะวัตต์ ซึ่งเป็นที่น่ายินดีที่ประเทศไทยจะสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ได้มากกว่าเป้าหมายที่ตั้งไว้

เซลล์แสงอาทิตย์ผลิตไฟฟ้าได้อย่างไร
 หลาย ๆ ท่านอาจจะยังสงสัยว่าเราสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ได้อย่างไร ขออธิบายโดยย่อดังนี้ค่ะ เราสามารถผลิตไฟฟ้าได้จากเซลล์แสงอาทิตย์หรือโซลาร์เซลล์ (Solar Cell) ซึ่งเป็นสิ่งประดิษฐ์สารกึ่งตัวนำประเภท N และ P มาเชื่อมต่อกันเมื่อมีแสงจากดวงอาทิตย์มาตกกระทบเซลล์แสงอาทิตย์จะเกิดการถ่ายทอดพลังงานให้กับสารกึ่งตัวนำ ทำให้เกิดประจุบวกและลบขึ้นในสารกึ่งตัวนำ ประจุลบจะวิ่งไปรวมอยู่ในสารกึ่งตัวนำประเภท N ส่วนประจุบวกจะวิ่งไปรวมกันที่สารกึ่งตัวนำประเภท P ทำให้เกิดความต่างศักย์ขึ้น
 ดังนั้นเมื่อทำการต่อขั้วทั้งสองเข้าด้วยกันโดยผ่านโหลดจะทำให้เกิดการไหลของประจุที่เรียกว่ากระแสไฟฟ้า ซึ่งกระแสไฟที่ได้เป็นกระแสไฟฟ้าตรง (Direct Current : DC)

ประเภทของเซลล์แสงอาทิตย์
เซลล์แสงอาทิตย์สามารถแบ่งได้เป็น 2 ประเภทใหญ่ๆ คือ
1. เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดผลึกเดี่ยวซิลิกอนและผลึกโพลีซิลิกอน (Crystalline Solar Cells) ผลิตจากธาตุซิลิกอนซึ่งเป็นธาตุที่มีมากที่สุดบนพื้นโลกและราคาถูก
ประสิทธิภาพการทำงานประมาณ 15%
2. เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดฟิล์มบาง (Thin Film Solar Cells) ผลิตจากอมอร์ฟัสซิลิกอน หรือแคดเมี่ยมเทลลูไลท์ หรือคอปเปอร์อินเดียมไดเซเลเนียม เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดนี้จะบางเบา ราคาถูก นิยมใช้ในเครื่องคิดเลข นาฬิกาประสิทธิภาพการทำงานประมาณ 10%

 ซึ่งในประเทศไทยมีบริษัทผู้ผลิตและจำหน่ายแผงเซลล์แสงอาทิตย์รายใหญ่ได้แก่ บริษัทบางกอกโวลาร์ จำกัด, บริษัท ไทเอเย่นซี เอ็นยีเนียริง จำกัดและบริษัทเอกรัฐโซลาร์ เป็นต้น
นอกจากนี้ยังมีการพัฒนาเซลล์แสงอาทิตย์อย่างไม่หยุดยั้งเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพที่ดียิ่งขึ้น ลดการสร้างมลพิษ และอายุการใช้งานยาวนานในอนาคตเราคงมีเซลล์แสงอาทิตย์ประสิทธิภาพสูงและราคาถูกให้ได้ใช้งานเพิ่มมากขึ้นการผลิตกระแสไฟฟ้าด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ การสร้างแรงดันไฟฟ้าของโซลาร์เซลล์จากเซลล์เดียวนั้นมีค่าตํ่ามากในการใช้งานจริง จึงต้องนำเซลล์หลาย ๆ เซลล์มาต่ออนุกรมกันเพื่อให้มีแรงดันไฟฟ้าสูงขึ้น จากนั้นจึงทำการบรรจุลงในกรอบอลูมิเนียมสี่เหลี่ยมซึ่งปิดผนึกด้านหน้าด้วยแผ่นกระจกใส และด้านหลังปิดผนึกด้วยวัสดุป้องกันฝุ่นละอองและความชื้นไม่ให้เข้าไปสู่แผ่นเซลล์ โดยเรียกเซลล์ที่ถูกบรรจุลงในกรอบอลูมิเนียมสี่เหลี่ยมนี้ว่า แผงโซลาร์เซลล์ (Solar Module / Solar Panel) ดังรูปที่ 2 และเมื่อนำแผงโซลาร์เซลล์ตั้งแต่ 2 แผงขึ้นไปมาต่ออนุกรมกันเรียกว่าสตริง (String) เพื่อเพิ่มแรงดันไฟฟ้าแล้วจึงนำแผงโซลาร์เซลล์มาต่อขนานกัน เรียกว่าอาร์เรย์ (Array) เพื่อเพิ่มกระแสไฟฟ้าเราก็จะได้พลังงานไฟฟ้าตามที่ต้องการ
ระบบผลิตกระแสไฟฟ้าด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ (Photovoltaic System) แบ่งได้เป็น 3 ระบบคือ
1. แบบอิสระ (PV Stand Alone System)  เป็นระบบสำหรับพื้นที่ชนบทห่างไกลจากระบบจำหน่ายของการไฟฟ้า คือสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าเพื่อใช้ในตอนกลางวัน ส่วนเกินจะเก็บไว้ในแบตเตอรี่ เมื่อถึงเวลากลางคืนก็นำไฟฟ้าจากแบตเตอรี่มาใช้งาน อุปกรณ์ระบบที่สำคัญประกอบด้วย แผงโซลาร์เซลล์ แบตเตอรี่ อุปกรณ์ควบคุมประจุแบตเตอรี่ และอุปกรณ์แปลงระบบไฟฟ้ากระแสตรงเป็นไฟฟ้ากระแสสลับ (Inverter)
2. แบบต่อกับระบบจำหน่าย (PV Grid Connected System)  เป็นระบบสำหรับพื้นที่ที่มีระบบจำหน่ายของการไฟฟ้าเข้าถึง คือสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าเพื่อใช้ในตอนกลางวัน ส่วนเกินจะจำหน่ายให้กับการไฟฟ้า เมื่อถึงเวลากลางคืนจะใช้ไฟฟ้าจากระบบจำหน่ายของการไฟฟ้าโดยตรงอุปกรณ์ระบบที่สำคัญประกอบด้วย แผงโซล่าเซลล์อุปกรณ์แปลงระบบไฟฟ้ากระแสตรงเป็นไฟฟ้ากระแสสลับ(Inverter) ชนิดต่อกับระบบจำหน่ายไฟฟ้า
3. แบบผสมผสาน (PV Hybrid System)  เป็นระบบสำหรับทำงานร่วมกับอุปกรณ์ผลิตไฟฟ้าประเภทอื่นๆ เช่น ระบบพลังงานแสงอาทิตย์กับพลังงานลม ระบบพลังงานแสงอาทิตย์กับพลังน้ำ เป็นต้นอุปกรณ์ประกอบขึ้นอยู่กับระบบที่ทำงานร่วมกัน



ทำไมจึงต้องเลือกใช้กล่องต่อสาย HENSEL ผลิตภัณฑ์จากประเทศเยอรมนี สำหรับระบบผลิต กระแสไฟฟ้าด้วยพลังงานแสงอาทิตย์?
 ในระบบผลิตกระแสไฟฟ้าด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงที่ได้
จากระบบอาจสูงถึง 1000 VDC แล้วจึงทำการแปลงเป็นแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ เพื่อให้ได้พลังงานไฟฟ้าตามที่ต้องการ ดังนั้นอุปกรณ์ที่ใช้ประกอบในการติดตั้งจึงต้องมีทั้งอุปกรณ์ที่รองรับไฟฟ้ากระแสตรงและไฟฟ้ากระแสสลับอีกด้วย ในฉบับนี้ ขอพูดถึงกล่องต่อสายที่ใช้ในการติดตั้งอุปกรณ์ด้านไฟฟ้ากระแสตรงของHENSEL ผู้ผลิตจากประเทศเยอรมนี ซึ่งมีคุณสมบัติเด่นดังนี้
 – ฉนวนทนแรงดัน 1000 VDC ตามมาตรฐาน IEC 60 364-7-712
 – ไม่เป็นสนิม วัสดุผลิตจากโพลีคาร์บอเนตคุณภาพสูง
 – ระดับการป้องกันฝุ่นและน้ำสูงสุด IP65 สมามารถใช้ได้ทั้งภายในและ ภายนอกอาคารได้
 – ผ่านมาตรฐานการลามไฟ (Glow Wire Test IEC 60 695-2-11 960oC, UL    Subject 94 : V-2)
 – ระดับการป้องกันฉนวน (Protection Class II), มีฉนวน 2ชั้นไม่ต้องทีการต่อลงดิน
 – ทนแรงกระแทกสูงสุดระดับ IK08 (5 Joule)
 – ทนต่อรังสียูวี, ไม่กรอบแตกง่ายเหมือนกล่องทั่วไป
 – ทนต่อการกัดกร่อนจากสารเคมีได้
 – ทนแดด ทนฝน เหมาะสำหรับการติดตั้งภายนอกอาคาร
 – ปราศจากก๊าซฮาโลเจน และก๊าซซิลิกอน ซึ่งเป็นก๊าซที่มีฤทธิ์กัดกร่อนสูง เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมความเสียหายที่เกิดจากการอาร์กของไฟฟ้ากระแสตรง กล่องต่อสายสำหรับอุปกรณ์ไฟฟ้ากระแสตรงมีความสำคัญไม่น้อยไปกว่าอุปกรณ์ภายในที่ติดตั้งเพื่อป้องกันระบบเสียหายจากการลุกไหม้จากการอาร์กและการลามไฟ เนื่องจากไฟฟ้ากระแสตรงเป็นแหล่งจ่ายที่ไม่ตัดศูนย์ (No Zero Crossing, current source characteristic) ดังรูปที่3 ดังนั้นเมื่อเกิดการอาร์กจะเกิดอย่างต่อเนื่องทำให้อุปกรณ์ภายในเสียหาย กล่องผิดรูป ดังรูปที่ 4 และลุกไหม้เกิดการลามไฟได้  ปัจจุบันระบบผลิตกระแสไฟฟ้าด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ สามารถผลิตได้ถึง 1,000 VDC ก่อนที่จะนำมาแปลงเป็นไฟฟ้ากระแสสลับ ดังนั้นการเลือกใช้กล่องต่อสายควรเลือกชนิดที่สามารถทนแรงดันได้ 1000 V DCและไม่ลามไฟ เพื่อความปลอดภัยของผู้ใช้งานและระบบผลิตกระแสไฟฟ้า

อุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้สำหรับระบบผลิตกระแสไฟฟ้าด้วยพลังงานแสงอาทิตย์อีกมากมาย เช่น
   – สวิทช์ปลดวงจร (Switch Disconnectors) มีทั้งชนิด DC และ AC
   – ฟิวส์ (Fuses) มีทั้งชนิด DC และ AC
   – ดิจิตอลมัลติมิเตอร์ (Digital Multimeters)
   – เครื่องวัดพลังงานไฟฟ้า (Energy Meters)
   – สวิทช์สับไกอัตโนมัติ (Automatic Transfer Switch)

ฉบับหน้า…เราจะมาแนะนำอุปกรณ์อื่นๆ ที่ใช้ในระบบผลิตกระแสไฟฟ้า
ด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ จาก HENSEL ผลิตภัณฑ์จากประเทศเยอรมนี และ LOVATO ผลิตภัณฑ์จากประเทศอิตาลี