ตามไปดู โซลาร์เซลล์ เปลี่ยนแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้าได้อย่างไร พร้อมเรื่องน่ารู้ก่อนตัดสินใจติดตั้งเอาไว้ใช้เองที่บ้าน

แหล่งพลังงานสำคัญของโลกแบ่งออกเป็น 2 ประเภทใหญ่ ๆ คือ พลังงานฟอสซิล หรือพลังงานสิ้นเปลือง เช่น ถ่านหิน น้ำมันดิบ และก๊าซธรรมชาติ กับพลังงานทดแทน หรือพลังงานหมุนเวียน เช่น น้ำ ลม ชีวมวล นิวเคลียร์ และแสงอาทิตย์ แต่ทุกวันนี้หลายฝ่ายต่างก็มุ่งมั่นจะหันมาใช้อย่างหลังกันมากขึ้น เนื่องจากเป็นพลังงานที่ไม่มีวันหมดและหามาทดแทนได้ ต่างจากพลังงานฟอสซิลที่มีอยู่อย่างจำกัดและกำลังจะหมดไปในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า โดยข้อมูลของกระทรวงพลังงาน รายงานว่า ในปี 2557 ประเทศไทยมีปริมาณสำรองของน้ำมันดิบอยู่ที่ 741 ล้านบาร์เรล หรือใช้ได้ประมาณ 15 ปี มีปริมาณสำรองของก๊าซธรรมชาติอยู่ที่ 18,885 พันล้านลูกบาศก์ฟุต ซึ่งใช้ได้ประมาณ 16 ปี

นอกจากนี้ การเผาไหม้ฟอสซิลเพื่อให้ได้พลังงานมา ยังต้องแลกกับการปล่อยก๊าซต่าง ๆ สู่ชั้นบรรยากาศ จนทำให้เกิดภาวะเรือนกระจกและส่งผลให้โลกร้อนด้วย จึงทำให้พลังงานทดแทนเข้ามามีบทบาทสำคัญ หนึ่งในนั้นก็คือ “พลังงานแสงอาทิตย์” ที่สามารถนำมาเปลี่ยนเป็นไฟฟ้าด้วยโซลาร์เซลล์ได้ ซึ่งในวันนี้เราจะพาทุกคนไปทำความรู้จักกับกระบวนการและความน่าสนใจของสิ่งประดิษฐ์ชนิดนี้กันค่ะ

โซลาร์เซลล์ หรือเซลล์แสงอาทิตย์ (Solar Cell) เป็นผลงานของ แชปปิน (Chapin) ฟูลเลอร์ (Fuller) และเพียร์สัน (Pearson) ผู้คิดค้นเทคโนโลยีการสร้างรอยต่อ P-N ของผลึกซิลิคอน จนเกิดเป็นอุปกรณ์ที่สามารถเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้าได้ โดยโซลาร์เซลล์ชุดแรกสร้างขึ้นในปี 1954 เดิมทีใช้เปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้าในด้านอวกาศดาวเทียมเท่านั้น จากนั้นก็ค่อย ๆ พัฒนาระบบต่อยอดให้มีประสิทธิภาพสูงขึ้น นำมาใช้งานได้หลากหลายมากขึ้น โดยใช้ต้นทุนในการผลิตที่ต่ำลง

สำหรับประเทศไทยมีการใช้ประโยชน์จากพลังงานแสงอาทิตย์มานานแล้ว ทว่าในแง่ของการเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้า หรือการใช้โซลาร์เซลล์ เพิ่งจะเริ่มในปี 2519 หรือประมาณ 22 ปี หลังจากโซลาร์เซลล์แผ่นแรกถูกสร้างขึ้น โดยมีหน่วยงานกระทรวงสาธารณสุข และมูลนิธิแพทย์อาสาฯ เป็นผู้ดูแล และเริ่มเป็นรูปธรรมมากขึ้นในช่วงท้ายของแผนพัฒนาฯ ฉบับที่ 6 (2530-2534) โดยมีกรมพัฒนาและส่งเสริมพลังงาน กรมโยธาธิการ การไฟฟ้าส่วนภูมิภาค และการไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย เป็นผู้ดูแลหลัก  

จากการที่โซลาร์เซลล์เป็นสิ่งประดิษฐ์ที่สามารถเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้าได้ ประโยชน์หลัก ๆ ก็เลยเป็นการใช้พลังงานจากแหล่งที่ไม่มีวันหมด อีกทั้งยังเป็นพลังงานสะอาด ปราศจากมลพิษ สามารถนำมาใช้ทดแทนการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลได้ นอกเหนือจากนี้ยังนำไปใช้งานได้หลากหลาย ผลิตไฟฟ้าได้ทุกขนาดตั้งแต่เล็กจนถึงใหญ่ และช่วยให้การผลิตไฟฟ้าใช้เองเป็นเรื่องง่าย เพราะผลิตที่ไหนก็ใช้ที่นั่นได้เลย ไม่ต้องคำนึงถึงการนำส่ง

การเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้าจะต้องประกอบด้วยอุปกรณ์ต่าง ๆ เช่น แผงโซลาร์เซลล์ เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้า (อินเวอร์เตอร์) ตู้กระแสสลับ มิเตอร์วัดกระแสสลับ และหม้อแปลงไฟฟ้า

โดยกระบวนการไฟฟ้าจะเกิดขึ้นเมื่อ “แสงอาทิตย์” ซึ่งเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและมีพลังงาน มากระทบกับ “แผงโซลาร์เซลล์” ซึ่งเป็นสารกึ่งตัวนำ จนเกิดเป็นการถ่ายทอดพลังงาน ทำให้กลายเป็นพลังงานไฟฟ้ากระแสตรงขึ้น หลังจากนั้นก็เคลื่อนที่ต่อไปยังเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าเพื่อทำให้กลายเป็นกระแสสลับ เสร็จแล้วก็ส่งต่อไปสู่มิเตอร์วัดกระแสไฟฟ้าและหม้อแปลงไฟฟ้า เพื่อเพิ่มแรงดันและส่งใช้งานต่อไป

โซลาร์เซลล์ในปัจจุบันแบ่งออกเป็น 2 ประเภทใหญ่ ๆ ได้แก่ โซลาร์เซลล์ที่ใช้สารกึ่งตัวนำซิลิคอน (Silicon Semiconductor) และโซลาร์เซลล์ที่ใช้สารกึ่งตัวนำแบบผสม (Compound Semiconductor) ทว่าประเภทที่มักจะพบเห็นกันทั่วไปและนิยมใช้กันเป็นส่วนใหญ่ คือ โซลาร์เซลล์ที่ใช้สารกึ่งตัวนำซิลิคอน ซึ่งก็จะมีแบ่งแยกย่อยเพิ่มเติมตามลักษณะได้อีก 2 แบบ คือ แบบที่อยู่ในรูปผลึก (Crystal) และแบบที่ไม่อยู่ในรูปผลึก (Amorphous) โดยโซลาร์เซลล์ที่ใช้สารกึ่งตัวนำซิลิคอนที่คนไทยนิยมใช้มีทั้งหมด 3 ชนิดหลัก ดังนี้

1. โซลาร์เซลล์แบบผลึกเดี่ยว

โซลาร์เซลล์แบบผลึกเดี่ยว โมโนคริสตัลไลน์ หรือซิงเกิลคริสตัลไลน์ (Mono Crystalline/Single Crystalline) มีลักษณะเป็นแผ่นสี่เหลี่ยมจัตุรัสวางเรียงกันในแนวราบคล้ายการปูกระเบื้อง โดยมีเส้นสีเงินทำหน้าที่นำกระแสไฟฟ้า ซึ่งถือเป็นโซลาร์เซลล์ชนิดแรกที่ถูกสร้างขึ้น แม้จะมีราคาแพงแต่ก็มีประสิทธิภาพสูงกว่าแผงโซลาร์เซลล์ชนิดอื่น

2. โซลาร์เซลล์แบบผลึกรวม

โซลาร์เซลล์แบบผลึกรวม โพลีคริสตัลไลน์ หรือมัลติคริสตัลไลน์  (Poly Crystalline/Multi Crystalline) มีลักษณะเป็นสีน้ำเงิน พร้อมคริสตัลสีรุ้ง เป็นโซลาร์เซลล์ที่สร้างขึ้นต่อยอดจากโซลาร์เซลล์แบบผลึกเดี่ยว

3. โซลาร์เซลล์แบบฟิล์มบาง

โซลาร์เซลล์แบบฟิล์มบางซิลิคอน (Thin film) หรืออะมอร์ฟัสซิลิคอน (Amorphous) มีลักษณะเป็นสีดำ อาจจะมีเส้นราง ๆ เป็นบางครั้ง เป็นโซลาร์เซลล์ที่ไม่ค่อยได้รับความนิยมเท่าไร ส่วนมากจะใช้ในฟาร์มขนาดใหญ่ หรือไม่ก็นำไปใช้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าขนาดเล็กต่าง ๆ เช่น เครื่องคิดเลข นาฬิกา

ส่วนโซลาร์เซลล์ที่ใช้สารกึ่งตัวนำแบบผสม หรือทำมาจากสารประกอบอื่น ๆ (Compound Semiconductor) เป็นโซลาร์เซลล์ที่ไม่ค่อยนิยมใช้ในประเทศไทย รวมถึงพื้นที่ต่าง ๆ บนโลกเท่าไร เนื่องจากโซลาร์เซลล์ประเภทนี้มีประสิทธิภาพสูงมาก อย่างน้อยก็ 25% ขึ้นไป จึงทำให้ราคาแพงเกินเอื้อม ฉะนั้นการใช้งานหลักจึงเป็นบนอวกาศ ดาวเทียม และระบบรวมแสง อีกทั้งยังเหมาะกับพื้นที่ที่มีขนาดจำกัดและมีปัญหาเรื่องการรองรับน้ำหนักด้วย

1. เป็นพลังงานสะอาด

เพราะได้มาจากการเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้าโดยตรง ไม่ทำให้เกิดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ หนึ่งในตัวการสำคัญของภาวะเรือนกระจก เหมือนกับการผลิตไฟฟ้าด้วยวิธีอื่น ๆ

2. เป็นพลังงานที่ไม่มีวันหมด

เพราะผลิตมาจากแหล่งพลังงานที่ไม่จำกัด และไม่มีวันดับอย่างดวงอาทิตย์ แตกต่างจากแหล่งพลังงานอื่นที่มีอยู่อย่างจำกัด ใช้แล้วหมดไป เช่น น้ำมัน ถ่านหิน และก๊าซธรรมชาติ

3. ผลิตไฟฟ้าได้ทุกขนาด

ไม่ว่าจะเล็กระดับเครื่องคิดเลข หรือใหญ่ระดับโรงงานไฟฟ้า ก็สามารถผลิตกระแสไฟฟ้ามาใช้ได้ด้วยการใช้แผ่นโซลาร์เซลล์ที่มีลักษณะเหมือนกัน

4. ไม่จำเป็นต้องมีระบบส่ง

เพราะโซลาร์เซลล์สามารถเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้าในบริเวณที่จะใช้งานได้เลย แตกต่างจากการผลิตพลังงานไฟฟ้าในระบบปกติที่จะต้องนำส่ง เพราะแหล่งผลิตกับแหล่งใช้งานอยู่คนละที่กัน

1. ปริมาณไม่แน่นอน

เพราะกระบวนการผลิตขึ้นอยู่กับความเข้มของแสงอาทิตย์หรือสภาพอากาศโดยตรง ถ้าหากวันไหนอากาศดี ท้องฟ้าแจ่มใส ก็จะได้ปริมาณไฟฟ้าเต็มที่ ถ้าหากวันไหนอากาศไม่ดี มีฝนหรือมีหมอก ก็จะได้ปริมาณไฟฟ้าน้อยลง  

2. พลังงานไม่ค่อยสูง

เพราะความเข้มของพลังงานดวงอาทิตย์ไม่สูงมากนัก ดังนั้น ถ้าหากที่ไหนต้องการปริมาณไฟฟ้ามาก ก็ต้องใช้จำนวนโซลาร์เซลล์และพื้นที่ในการติดตั้งเพิ่มมากขึ้น

3. เก็บสะสมไว้ใช้ได้ไม่นาน

เพราะกระบวนการเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้าจะเกิดขึ้นได้เมื่อมีแสงเท่านั้น ฉะนั้นจึงต้องมีอุปกรณ์รองรับเพื่อสลับไปใช้ระบบไฟฟ้าปกติ หรือมีแบตเตอรี่เพื่อเก็บไว้ใช้ยามสำรองด้วย

1. เลือกชนิดให้เหมาะสม 

เนื่องจากแต่ละชนิดมีคุณสมบัติและราคาแตกต่างกัน โดยแผ่นโซลาร์เซลล์แบบผลึกเดี่ยวจะมีประสิทธิภาพสูงที่สุด แต่ราคาก็สูงมากตามไปด้วย ส่วนแผ่นโซลาร์เซลล์แบบผลึกรวมจะมีประสิทธิภาพรองลงมา และราคาก็ถูกลงมาด้วยเช่นกัน จึงทำให้ได้รับความนิยมมากที่สุด สำหรับแผ่นโซลาร์เซลล์แบบฟิล์มบางจะมีประสิทธิภาพน้อยที่สุด และมีอายุการใช้งานสั้น ทว่าทำงานได้ดีกว่าในพื้นที่ที่มีความเข้มของแสงต่ำ และพื้นที่ที่มีอุณหภูมิสูง อีกทั้งยังมีราคาถูกที่สุดด้วย

2. คำนึงถึงประสิทธิภาพ ขนาด และกำลังการผลิต 

ความสามารถในการเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้าที่ระบุเป็นเปอร์เซ็นต์ไว้ ก็เป็นอีกหนึ่งสิ่งที่ต้องพิจารณา เพราะถ้าหากราคาเท่ากัน แต่โซลาร์เซลล์อีกชนิดให้ประสิทธิภาพสูงกว่า ก็จะถือว่าคุ้มค่ามากยิ่งกว่า อย่างไรก็ตามโซลาร์เซลล์ที่มีกำลังผลิตไฟฟ้ามาก จะมีขนาดใหญ่ขึ้นตามไปด้วย ดังนั้นทั้งหมดจึงต้องพิจารณาควบคู่กันไป ให้เหมาะสมกับความต้องการในการใช้ไฟฟ้านั่นเอง

3. เปรียบเทียบค่ากำลังไฟ

เลือกเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้า หรืออินเวอร์เตอร์ ให้มีขนาดเหมาะสม นั่นก็คือ เลือกค่ากำลังไฟฟ้าของอินเวอร์เตอร์ให้มากกว่าค่ากำลังไฟฟ้าของเครื่องใช้ไฟฟ้าทั้งหมดรวมกันประมาณ 30-40%

4. ใช้ของที่มีคุณภาพ 

เลือกสายไฟและเบรกเกอร์ที่มีคุณภาพ โดยสำหรับสายไฟควรเลือกให้มีความทนทานต่ออุณหภูมิ 80 องศาเซลเซียสขึ้นไป นอกจากนี้ข้อต่อต่าง ๆ ก็ต้องทนน้ำและทนความร้อนด้วย

5. ใช้อุปกรณ์เสริมให้เหมาะสม 

อย่าลืมเลือกซื้ออุปกรณ์ป้องกันต่าง ๆ เพื่อช่วยให้เครื่องทำงานได้ต่อเนื่อง ไม่สะดุด แม้จะเกิดเหตุฉุกเฉินจนทำให้ความดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าสูงขึ้นอย่างรวดเร็วก็ตาม

6. ราคา 

ราคาของโซลาร์เซลล์ไม่อาจจะระบุได้ชัดเจนมากนัก และการซื้อโซลาร์ในราคาที่ถูกที่สุดก็ไม่ได้หมายความว่าจะดีที่สุด ควรดูปัจจัยอื่นควบคู่กันไปด้วย เช่น ประเทศผู้ผลิต คุณภาพ และอุปกรณ์ที่นำมาใช้ประกอบ

7. ประกัน 

สิ่งสุดท้ายที่ควรพิจารณาก่อนซื้อก็คือประกัน เพราะของถูกมักรับประกันในระยะเวลาสั้น ๆ ส่วนใหญ่จะรับประกันอุปกรณ์และความเสียหายที่เกิดจากการผลิต 10 ปี ในขณะที่บางบริษัทก็จะมีประกันกำลังการผลิตด้วย เช่น รับประกันกำลังการผลิต 80% ของกำลังการผลิตเริ่มต้นในปีที่ 25 

นอกจากนี้ผู้ผลิตบางรายยังให้ประกันจากบริษัทประกันภายนอกอีกขั้นหนึ่ง เพื่อช่วยเพิ่มความเชื่อมั่น เนื่องจากธุรกิจโซลาร์เซลล์มีการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว ซึ่งมีความเสี่ยงที่อาจจะทำให้หลายบริษัทเกิดการควบรวมหรือปิดกิจการ  

ข้อมูลจากโครงการโซลาร์ภาคประชาชน กกพ. ได้มีการคาดการณ์งบประมาณในการติดตั้งโซลาร์ รูฟท็อป หรือโซลาร์เซลล์บนหลังคาสำหรับบ้านเรือนไว้ โดยระบุว่า ถ้าหากใช้พื้นที่ในการติดตั้งประมาณ 8-10 ตารางเมตร มีต้นทุนเฉลี่ยประมาณ 35,000 บาท ต่อการผลิตไฟฟ้า 1 กิโลวัตต์ หลังการติดตั้งและนำมาใช้เฉลี่ยแล้ว โซลาร์เซลล์ทุก ๆ 1,000 วัตต์ จะช่วยลดค่าไฟได้ 500-700 บาท แถมยังนำไฟฟ้าส่วนที่เหลือไปจำหน่ายต่อให้กับการไฟฟ้าฯ ได้อีกด้วย

เนื่องจากการใช้โซลาร์เซลล์ในประเทศไทยเพิ่งจะเริ่มมาได้ไม่นาน แถมโซลาร์เซลล์แต่ละแผ่นก็ยังมีอายุการใช้งานยาวนานถึง 20-25 ปี จึงทำให้ทุกวันนี้เรายังไม่มีรูปแบบการกำจัดโซลาร์เซลล์ที่แน่ชัด ดังนั้น แนวทางที่ถูกต้องที่สุดในตอนนี้จึงมุ่งเน้นไปที่การส่งต่อให้กับผู้ประกอบการที่รับจัดการขยะอิเล็กทรอนิกส์โดยตรงแทน โดยขั้นตอนจะมีทั้งแบบนำไปส่งเอง หรือให้มารับที่บ้านก็ได้ ซึ่งในบริเวณรอบกรุงเทพฯ และปริมณฑล มีอยู่ไม่ต่ำกว่า 30 ราย โดยผู้ประกอบการแต่ละรายจะนำไปทำการรีไซเคิลให้เหมาะสมกับโซลาร์เซลล์แต่ละชนิด เช่น การคัดแยกวัสดุด้วยความร้อนประมาณ 600 องศาเซลเซียส และกระบวนการทางเคมี เพื่อกำจัดสารเคลือบป้องกันการสะท้อน ก่อนจะนำไปหลอมเป็นแท่งผลึกซิลิคอน แล้วนำกลับมาผลิตเป็นโซลาร์เซลล์อีกครั้ง

ต้องยอมรับเลยว่าโซลาร์เซลล์เป็นสิ่งประดิษฐ์ที่น่าสนใจไม่น้อย เพราะนอกจากจะมีประโยชน์ในเรื่องของการใช้พลังงานทดแทนแทนพลังงานฟอสซิล และการใช้พลังงานสะอาด ไม่สร้างมลพิษ จนช่วยลดภาวะโลกร้อนแล้ว ยังมีประโยชน์ต่อตัวเราและครอบครัว เนื่องจากการติดแผ่นโซลาร์เซลล์ไว้บนหลังคาช่วยลดความร้อนในบ้านได้ แถมการผลิตไฟฟ้าใช้เองยังช่วยประหยัดค่าไฟลงด้วย เชื่อว่าดีงาม คุ้มค่าขนาดนี้ อีกไม่กี่ปีข้างหน้าคงได้เห็นการใช้โซลาร์เซลล์ในประเทศไทยเพิ่มมากขึ้นแน่นอน

ได้รับการสนับสนุนงบประมาณจากกองทุนพัฒนาไฟฟ้า 
สำนักงานคณะกรรมการกำกับกิจการพลังงาน พ.ศ. 2562