แผงโซลาร์ทำงานอย่างไร? อธิบายวิทยาศาสตร์ที่อยู่เบื้องหลังพลังงานโซลาร์

เราทุกคนต่างรู้ดีว่าแผงโฟโตโวลตาอิก (PV) สามารถเปลี่ยนแสงแดดให้เป็นไฟฟ้าที่เราสามารถใช้งานได้ แต่มีไม่กี่คนเท่านั้นที่เข้าใจจริง ๆ เกี่ยวกับกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ที่อยู่เบื้องหลังเหตุการณ์นี้

ดวงอาทิตย์ของเราคือปฏิกรณ์นิวเคลียร์ตามธรรมชาติ โดยดวงอาทิตย์จะปล่อยเศษเสี้ยวของพลังงานออกมาซึ่งมีชื่อว่า โฟตอน โฟตอนเดินทางจากดวงอาทิตย์มาหาโลกด้วยระยะทาง 150 ล้านกิโลเมตรด้วยเวลาประมาณ 8.5 นาที ในทุก ๆ ชั่วโมงจะมีโฟตอนจำนวนมากพอตกลงมาที่โลกของเราจนก่อให้เกิดเป็นพลังงานโซลาร์ ซึ่งเมื่ออ้างอิงตามทฤษฎีแล้วเราจะพบว่าปริมาณเท่านี้เพียงพอแล้วต่อความต้องการในการใช้พลังงานทั่วโลกตลอดทั้งปี

ในบทความนี้ คุณจะได้เรียนรู้เกี่ยวกับวิธีการที่ดวงอาทิตย์ช่วยเติมพลังงานให้กับเครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้านหรือธุรกิจของคุณ

แผงโซลาร์ทำงานอย่างไร?

เมื่อโฟตอนสัมผัสกับเซลล์โซลาร์ อิเล็กตรอนจะหลุดออกจากอะตอม หากมีการต่อตัวนำเข้ากับขั้วบวกและขั้วลบของเซลล์จะเกิดเป็นวงจรไฟฟ้าขึ้น โดยไฟฟ้าจะเกิดขึ้นเมื่ออิเล็กตรอนไหลผ่านวงจร หลายเซลล์สามารถนำมารวมกันเพื่อให้กลายเป็นแผงโซลาร์ได้ และแผงโซลาร์หลายแผง (โมดูล) สามารถนำมาต่อเข้าด้วยกันเพื่อให้กลายเป็นอาร์เรย์โซลาร์ ยิ่งติดตั้งแผงโซลาร์ได้มากเท่าไหร่ คุณก็จะยิ่งสร้างพลังงานได้มากขึ้นเท่านั้น

แผงโซลาร์ทำมาจากอะไร?

แผงโซลาร์โฟโตโวลตาอิก (PV) ทำมาจากการรวมเซลล์โซลาร์หลาย ๆ เซลล์เข้าด้วยกัน เซลล์โซลาร์ทำมาจากซิลิคอนเหมือนกับเซมิคอนดักเตอร์ เซลล์เหล่านี้จะถูกสร้างขึ้นเป็นชั้นขั้วบวกและชั้นขั้วลบ เมื่อนำมารวมกันแล้วจะก่อให้เกิดเป็นสนามไฟฟ้าเช่นเดียวกับในแบตเตอรี่

แผงโซลาร์สร้างไฟฟ้าขึ้นมาได้อย่างไร?

แผงโซลาร์ PV สร้างไฟฟ้ากระแสตรง (DC) สำหรับไฟฟ้ากระแสตรง อิเล็กตรอนจะไหลไปทิศทางเดียวในวงจร เช่นเดียวกับการที่แบตเตอรี่ให้พลังงานกับหลอดไฟ อิเล็กตรอนขยับจากด้านขั้วลบของแบตเตอรี่ วิ่งผ่านโคมไฟ แล้วกลับมายังขั้วบวกของแบตเตอรี่

สำหรับไฟฟ้า AC (กระแสสลับ) อิเล็กตรอนจะทั้งถูกดึงและถูกผลักสลับกันเป็นระยะ เช่นเดียวกับกระบอกสูบเครื่องยนต์ในรถยนต์ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะสร้างไฟฟ้า AC เมื่อขดลวดหมุนอยู่ข้างแม่เหล็ก แหล่งพลังงานต่าง ๆ มากมายสามารถ “ใช้ประโยชน์” จากเครื่องกำเนิดไฟฟ้านี้ได้ เช่น ก๊าซหรือเชื้อเพลิงดีเซล ไฟฟ้าพลังงานน้ำ นิวเคลียร์ ถ่านหิน ลม หรือโซลาร์

ไฟฟ้า AC คือสิ่งที่พลังงานกริดทั่วโลกใช้กันเนื่องจากมีต้นทุนที่ถูกกว่าเมื่อต้องส่งในระยะไกล อย่างไรก็ตาม แผงโซลาร์สร้างไฟฟ้า DC แล้วเราจะแปลงไฟฟ้า DC เป็น AC ได้อย่างไรล่ะ เราใช้สิ่งที่เรียกว่าอินเวอร์เตอร์นั่นเอง

อินเวอร์เตอร์โซลาร์มีหน้าที่ทำอะไร?

อินเวอร์เตอร์โซลาร์นำไฟฟ้า DC จากแผงโซลาร์เข้ามาเพื่อแปลงเป็นไฟฟ้า AC อินเวอร์เตอร์เป็นเหมือนมันสมองของระบบ นอกจากแปลงกำลัง DC เป็น AC แล้ว อินเวอร์เตอร์ยังมีการปกป้องการลัดวงจรลงดินและสถานะของระบบ รวมถึงแรงดันและกระแสในวงจร AC และ DC, การผลิตพลังงาน และจุดจ่ายกำลังสูงสุด (maximum power point tracking)

อินเวอร์เตอร์กลาง (Central inverters) กินส่วนแบ่งในอุตสาหกรรมโซลาร์มานานตั้งแต่ยุคเริ่มต้น การเข้ามาใหม่ของไมโครอินเวอร์เตอร์คือหนึ่งในการเปลี่ยนแปลงเทคโนโลยีครั้งใหญ่ที่สุดในอุตสาหกรรม PV โดยไมโครอินเวอร์เตอร์จะปรับประสิทธิภาพสำหรับแผงโซลาร์แต่ละแผง ไม่ได้ปรับทั้งระบบเหมือนอินเวอร์เตอร์กลาง

อินเวอร์เตอร์ช่วยให้แผงโซลาร์ทุกแผงสามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด เมื่อใช้งานอินเวอร์เตอร์กลาง หากมีแผงโซลาร์หนึ่งที่เกิดปัญหา (บางทีอาจอยู่ในที่ร่มหรือเริ่มสกปรก) จะทำให้ประสิทธิภาพของอาร์เรย์โซลาร์ทั้งหมดแย่ลง

เมื่อผ่านอินเวอร์เตอร์ พลังงานโซลาร์จะถูกเปลี่ยนเป็นไฟฟ้าโซลาร์ที่สามารถใช้งานได้ในบ้านของคุณเป็นที่เรียบร้อยแล้ว 

แผงโซลาร์ใช้งานได้ในวันที่มีเมฆมากหรือไม่?

แผงโซลาร์สามารถใช้สร้างไฟฟ้าได้ทั้งในตอนที่โดนแสงแดดตรง ๆ และทางอ้อม นั่นหมายความว่าแผงโซลาร์สามารถใช้ประโยชน์ได้แม้ว่าจะมีเมฆมาบัง อย่างไรก็ตาม แผงโซลาร์เป็นสิ่งที่มีประสิทธิภาพและมีประโยชน์มากที่สุดเมื่อโดนแสงแดดตรง ๆ ในวันที่แดดจ้า

แม้ว่าแผงโซลาร์จะยังคงทำงานได้แม้ว่ามีแสงสะท้อนหรือโดนเมฆบังบางส่วน ความสามารถในการผลิตพลังงานจะอยู่ที่ประมาณ 10 ถึง 25% ในวันที่มีเมฆมาก

พอมีเมฆก็มักจะมีฝนตามมา และความจริงที่คุณอาจนึกไม่ถึงก็คือ ฝนช่วยให้แผงโซลาร์ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น นั่นเป็นเพราะฝนช่วยชำระล้างดินหรือเศษฝุ่นที่เกาะอยู่บนแผงของคุณ ส่งผลให้แผงโซลาร์สามารถดูดซับแสงแดดได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น

อย่างไรก็ตาม โซลาร์เซลล์จะไม่สร้างไฟฟ้าในตอนกลางคืน

การจัดเก็บพลังงานโซลาร์ไว้ใช้ในวันที่มีเมฆมากและตอนกลางคืน

ในช่วงที่มีแสงอาทิตย์สูงสุด แผงโซลาร์ของคุณอาจสร้างพลังงานได้มากกว่าที่จำเป็นต้องใช้ ส่วนเกินที่เพิ่มขึ้นมานี้สามารถใช้เป็นพลังงานเสริมในวันที่มีเมฆมากหรือในตอนกลางคืนได้ แต่คุณจะเก็บพลังงานนี้ไว้ใช้ภายหลังได้ยังไงล่ะ?

คุณสามารถจัดเก็บพลังงานส่วนเกินได้ในแบตเตอรี่โซลาร์ เมื่อคุณใส่แบตเตอรี่โซลาร์เข้าไปในแผงโซลาร์ที่คุณติดตั้ง ไฟฟ้าที่เกินกว่าความจำเป็นจะสามารถเก็บไว้ใช้ในช่วงที่มีแสงแดดน้อยได้ เช่น ช่วงกลางคืนหรือช่วงที่มีเมฆมาก

แบตเตอรี่อาจทำให้คุณสามารถเปิดใช้งานระบบโซลาร์ได้ตลอดทั้งวัน อย่างไรก็ตาม การจัดเก็บโดยใช้แบตเตอรี่ก็มีข้อเสียอยู่บ้าง เช่น:

• ต้องติดตั้งเพิ่มอีกหนึ่งอย่าง
• ค่าใช้จ่ายในการติดตั้งระบบโซลาร์มากขึ้นมาอีกหนึ่งอย่าง
• แบตเตอรี่จะใช้พื้นที่มากขึ้นเล็กน้อย
• คุณอาจต้องการแบตเตอรี่หลายชิ้นหากต้องการให้มีไฟฟ้าใช้หลายชั่วโมง
• คุณต้องเปลี่ยนแบตเตอรี่ทุก ๆ 10 ปี