ประเภทของพลังงานทดแทน

ในปัจจุบันเรื่องพลังงานเป็นปัญหาใหญ่ของโลก และนับวันจะมีผลกระทบรุนแรงต่อมวลมนุษยชาติมากขึ้นทุกที การไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทยก็เป็นอีกหนึ่งหน่วยงานที่ให้ความสำคัญในการร่วมหาหนทางแก้ไข ทำการศึกษา ค้นคว้า สำรวจ ทดลอง ติดตามเทคโนโลยีอย่างจริงจังและต่อเนื่องมาโดยตลอด เพื่อเตรียมพร้อมสำหรับการนำพลังงานทดแทนและเทคโนโลยีใหม่ๆในด้านพลังงานทดแทนเข้ามาใช้ในประเทศไทยต่อไป โดยคำนึงถึงทรัพยากรและสิ่งแวดล้อมซึ่งพอจะจำแนกประเภทของพลังงานทดแทนได้ดังนี้

    

   1)  พลังงานแสงอาทิตย์

ดวงอาทิตย์ให้พลังงานจำนวนมหาศาลแก่โลกของเรา พลังงานจากดวงอาทิตย์จัดเป็นพลังงานหมุนเวียนที่สำคัญที่สุด เป็นพลังงานสะอาดไม่ทำปฏิกิริยาใดๆอันจะทำให้สิ่งแวดล้อมเป็นพิษ เซลล์แสงอาทิตย์จึงเป็นสิ่งประดิษฐ์ทางอิเล็คทรอนิคส์ชนิดหนึ่ง ที่ถูกนำมาใช้ผลิตไฟฟ้า เนื่องจากสามารถเปลี่ยนเซลล์แสงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานไฟฟ้าได้โดยตรง ส่วนใหญ่เซลล์แสงอาทิตย์ทำมาจากสารกึ่งตัวนำพวกซิลิคอน มีประสิทธิภาพในการเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานไฟฟ้าได้สูงถึง 44 เปอร์เซ็นต์^[5]

ในส่วนของประเทศไทยซึ่งตั้งอยู่บริเวณใกล้เส้นศูนย์สูตร จึงได้รับพลังงานจากแสงอาทิตย์ในเกณฑ์สูง พลังงานโดยเฉลี่ยซึ่งรับได้ทั่วประเทศประมาณ 4 ถึง 4.5 กิโลวัตต์ชั่วโมงต่อตารางเมตรต่อวัน ประกอบด้วยพลังงานจากรังสีตรง (Direct Radiation) ประมาณ 50 เปอร์เซ็นต์ ส่วนที่เหลือเป็นพลังงานรังสีกระจาย (Diffused Radiation) ซึ่งเกิดจากละอองน้ำในบรรยากาศ(เมฆ) ซึ่งมีปริมาณสูงกว่าบริเวณที่ห่างจากเส้นศูนย์สูตรออกไปทั้งแนวเหนือ – ใต้

1.1 การนำแสงอาทิตย์มาใช้ประโยชน์

ในปัจจุบันได้มีการน้าพลังงานแสงอาทิตย์มาใช้เพื่อลดต้นทุนการผลิตหลายแนวทางด้วยกัน

1. การท้าน้ำให้อุ่น ด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ โดยสูบน้ำขึ้นไปผ่านเครื่องทำน้ำอุ่นจากพลังงานแสงอาทิตย์ แล้วนำน้ำมาเก็บในถังกักอุณหภูมิ ซึ่งวิธีนี้ถ้าหากต้องการเพียงแค่น้ำอุ่นอุณหภูมิไม่เกิน 70 องศาก็สามารถน้าน้ำมาใช้ได้เลย แต่ถ้าหากต้องการน้ำร้อน ก็นำน้ำอุ่นนี้ไปเข้าเครื่องทำน้ำร้อนอีกทีหนึ่ง (สามารถประหยัดพลังงานในการทำน้ำให้ร้อนได้ประมาณ 30 องศา)

2. ใช้แสงอาทิตย์ฆ่าเชื้อโรค เนื่องจากในแสงอาทิตย์มีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่หลากหลายความถี่ ซึ่งความถี่ UV เป็นความถี่ที่สามารถฆ่าเชื้อแบคทีเรียได้ดี ในปัจจุบันได้ใช้วิธีนี้ในการฆ่าเชื้อในน้ำประปา

4

3. การท้าเตาอบพลังงานแสงอาทิตย์ สำหรับสินค้าเกษตรที่เพียงแต่ต้องการลดความชื้นของสินค้า ก็เพียงแต่ออกแบบเตาอบพลังงานแสงอาทิตย์ให้เหมาะสมกับสินค้าชนิดนั้นๆ ซึ่งท้าให้ไม่ต้องใช้ถ่านหิน หรือไฟฟ้าในการให้ความร้อน

4. การใช้ เซลล์แสงอาทิตย์ ในการผลิตกระแสไฟฟ้า ในปัจจุบัน มีการใช้เพียงกรณีที่ค่าตั้งสายส่งมีราคาสูงมาก ๆ เช่น หมู่บ้านที่ห่างไกล เนื่องจากประสิทธิภาพในการแปลงพลังงานของเซลล์แสงอาทิตย์ยังต่ำอยู่เมื่อเทียบกับราคาของเซลล์แสงอาทิตย์

1.2 เซลล์แสงอาทิตย์

เซลล์แสงอาทิตย์ (Solar cell) เป็นสิ่งประดิษฐ์ที่สร้างข้นเพื่อเป็นอุปกรณ์สำหรับการเปลี่ยนพลังงานแสงให้เป็นพลังงานไฟฟ้า โดยการน้าสารกึ่งตัวน้า เช่น ซิลิคอน ซึ่งมีราคาถูกที่สุดและมีมากที่สุดบน

พื้นโลก(คือทราย) น้ามาผ่านกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ ผลิตให้เป็นแผ่นบางบริสุทธิ์ และในทันทีที่มีแสงตกกระทบบนแผ่นเซลล์ รังสีของแสงที่มีอนุภาคของพลังงานประกอบ ที่เรียกว่า Photon จะถ่ายเทพลังงานให้กับ Electron ในสารกึ่งตัวน้า จนมีพลังงานมากพอที่จะกระโดดออกมาจากแรงดึงดูดของ Atom และสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ ดังนั้นเมื่อ Electron มีการเคลื่อนที่ครบวงจรก็จะท้าให้เกิดไฟฟ้ากระแสตรงขึ้น

เซลล์แสงอาทิตย์ถูกสร้างขึ้นมาครั้งแรกในปีค.ศ. 1954 (พ.ศ. 2497) โดย แชปปิน (Chapin) ฟูลเลอร์ (Fuller) และเพียสัน (Pearson) แห่งเบลล์เทลเลโฟน (Bell Telephon) โดยทั้ง 3 ท่านนี้ได้ค้นพบเทคโนโลยีการสร้างรอยต่อ พี-เอ็น (PN) แบบใหม่ โดยวิธีการแพร่สารเข้าไปในผลึกของซิลิกอน จนได้เซลล์แสงอาทิตย์อันแรกของโลก ซึ่งมีประสิทธิภาพเพียง 6% ซึ่งปัจจุบันนี้เซลล์แสงอาทิตย์ได้ถูกพัฒนาขึ้นจนมีประสิทธิภาพสูงกว่า 15% แล้ว ในระยะแรกเซลล์แสงอาทิตย์ส่วนใหญ่จะใช้สำหรับโครงการด้านอวกาศ ดาวเทียมหรือยานอวกาศที่ส่งจากพื้นโลกไปโคจรในอวกาศ ก็ใช้แผงเซลล์แสงอาทิตย์เป็นแหล่งกำเนิดพลังไฟฟ้า ต่อมาจึงได้มีการน้าเอาแผงเซลล์แสงอาทิตย์มาใช้บนพื้นโลกเช่นในปัจจุบันนี้เซลล์แสงอาทิตย์ในยุคแรกๆ ส่วนใหญ่จะมีสีเทาด้ำแต่ในปัจจุบันนี้ ได้มีการพัฒนาให้เซลล์แสงอาทิตย์มีสีต่าง ๆ กันไป เช่น แดง น้ำเงิน เขียว ทองเป็นต้น เพื่อความสวยงาม

เซลล์แสงอาทิตย์แบ่งได้เป็น 2 ชนิดใหญ่

1. เซลล์แสงอาทิตย์ที่ท้าจากซิลิคอน แบ่งตามลักษณะของรูปผลึกได้เป็น 3 รูปแบบ คือ แบบผลึกเดี่ยว (SingleCrystalline) แบบผลึกรวม (Polycrystalline) และแบบไม่มีรูปผลึก (Amorphous) ซึ่งบางครั้งอาจเรียกว่า เซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบาง (Thin Film Solar Cell)

5

2. เซลล์แสงอาทิตย์ที่ท้าจากสารประกอบ เช่น สารประกอบแกลเลี่ยมอาเซไนด์ แคดเมียมเทลเลอไรด์ คอปเปอร์อินเดียมไดอาเซไนด์ เป็นต้น ซึ่งมีทั้งแบบผลึกเดี่ยว และผลึกรวม ส่วนใหญ่มีประสิทธิภาพสูง ข้อเสียของเซลล์ชนิดนี้คือ มีราคาแพง บางชนิดท้าจากสารที่เป็นพิษต่อสภาวะแวดล้อม และยังมีปัญหาเรื่องอายุการใช้งานอีกด้วย

        1.3 การผลิตไฟฟ้าด้วยแสงอาทิตย์

        ส่วนประกอบที่สำคัญในการผลิตกระแสไฟฟ้าด้วยเซลล์แสดงอาทิตย์ประกอบด้วย

        1. Solar cell module เป็นการน้าเซลล์มาต่อขนานกันเพื่อให้กระแสไฟฟ้ามาก หรืออนุกรมเพื่อให้ได้แรงดันไฟฟ้าสูงขึ้น มักจะถูกออกแบบให้อยู่ในกรอบอลูมิเนียมสี่เหลี่ยม ที่เรียกว่า Photovoltaic Moduleเพื่อให้ง่ายต่อการติดตั้งใช้งานการติดตั้งแผงเซลล์ควรติดตั้งในที่โล่ง ไม่อยู่ใกล้ที่เกิดฝุ่น ควรตั้งเอียงประมาณ 10- 15 องศาจากแนวราบ โดยหันหน้าไปทาง

ทิศเหนือหรือใต้

        2. Charge controller เป็นอุปกรณ์ควบคุมการประจุไฟฟ้าที่ได้จากเซลล์แสงอาทิตย์ไปเก็บไว้ในแบตเตอรี่ในช่วงกลางวัน แล้วน้าไฟฟ้าไปใช้งานในช่วงเวลากลางคืน อาจมีคุณสมบัติอื่น ๆ เพิ่มเติม เช่นหยุดการประจุไฟฟ้าเมื่อแบตเตอรี่เต็ม หรือระบบจะตัดการจ่ายไฟเมื่อแรงดันไฟฟ้าต่้ากว่าที่ตั งไว้ ระบบเปิดปิดอัตโนมัติ (เมื่อมีแสงอาทิตย์จะตัดสวิตช์) ระบบป้องกันความเสียหายเมื่อวงจรควบคุมมีอุณหภูมิสูง หรือมีหลอดไฟแสดงสถานะภาพการท้างานของระบบ

        3. Inverter แปลงไฟฟ้ากระแสตรงให้เป็นกระแสสลับตามขนาดที่เครื่องใช้ไฟฟ้าต้องการ มีทั งแบบ Standalone แบบ Grid connected แบบ Grid connected with battery backup ต้องเลือกใช้ให้เหมาะกับงาน โดยคำนึงถึงขนาดและประสิทธิภาพด้วย

        4. Battery เป็นอุปกรณ์เก็บพลังงานไฟฟ้ากระแสตรงไว้ใช้ในเวลาที่ต้องการ เช่นในช่วงกลางคืน

การผลิตไฟฟ้าด้วยเซลล์แสงอาทิตย์

       การผลิตกระแสไฟฟ้าด้วยเซลล์แสงอาทิตย์ แบ่งออกเป็น 3 ระบบ คือ

      1. การผลิตกระแสไฟฟ้าด้วยเซลล์แสงอาทิตย์แบบอิสระ (PV Stand alone system)

เป็นระบบผลิตไฟฟ้าที่ได้รับการออกแบบสำหรับใช้งานในพื้นที่ชนบทที่ไม่มีระบบสายส่งไฟฟ้า อุปกรณ์ระบบที่สำคัญประกอบด้วยแผงเซลล์แสงอาทิตย์ อุปกรณ์ควบคุมการประจุแบตเตอรี่ แบตเตอรี่ และอุปกรณ์เปลี่ยนระบบไฟฟ้ากระแสตรงเป็นไฟฟ้ากระแสสลับแบบอิสระ

     

  2. การผลิตกระแสไฟฟ้าด้วยเซลล์แสงอาทิตย์แบบต่อกับระบบจำหน่าย (PV Grid connected system)

เป็นระบบผลิตไฟฟ้าที่ถูกออกแบบสำหรับผลิตไฟฟ้าผ่านอุปกรณ์เปลี่ยนระบบไฟฟ้ากระแสตรงเป็นไฟฟ้ากระแสสลับ เข้าสู่ระบบสายส่งไฟฟ้าโดยตรง ใช้ผลิตไฟฟ้าในเขตเมือง หรือพื้นที่ที่มีระบบจ้าหน่ายไฟฟ้าเข้าถึง อุปกรณ์ระบบที่สำคัญประกอบด้วยแผงเซลล์แสงอาทิตย์ อุปกรณ์เปลี่ยนระบบไฟฟ้ากระแสตรงเป็นไฟฟ้ากระแสสลับชนิดต่อกับระบบจ้าหน่ายไฟฟ้า

      3. การผลิตกระแสไฟฟ้าด้วยเซลล์แสงอาทิตย์แบบผสมผสาน (PV Hybrid system)

เป็นระบบผลิตไฟฟ้าที่ถูกออกแบบสำหรับท้างานร่วมกับอุปกรณ์ผลิตไฟฟ้าอื่นๆ เช่น ระบบเซลล์แสงอาทิตย์กับพลังงานลม และเครื่องยนต์ดีเซล ระบบเซลล์แสงอาทิตย์กับพลังงานลม และไฟฟ้าพลังน้ำ เป็นต้น โดยรูปแบบระบบจะขึ้นอยู่กับการออกแบบตามวัตถุประสงค์โครงการเป็นกรณีเฉพาะ