อุปกรณ์ระบบ แผงโซล่าเซลล์

การใช้ประโยชน์จากพลังงานทดแทนในด้านของพลังงานแสงอาทิตย์ในระบบผลิตพลังงานไฟฟ้าจาก แผงโซล่าเซลล์ ที่ทำจากผลึกซิลิกอนถูกแบ่งเป็น 2 ชนิดคือ โมโนคริสตัลไลน์ (Mono Crystalline) และโพลีคริสตัลไลน์ (Poly Crystaline) ทั้งสองแบบคุณภาพไม่แตกต่างกัน แต่ที่ขนาดกำลังวัตต์เท่ากัน แผงโซล่าเซลล์ แบบโมโนคริสตัลไลน์ จะมีขนาดเล็กกว่าประมาณ 10 เปอร์เซ็นต์ เหมาะสำหรับการติดตั้งที่ต้องการประหยัดพื้นที่ โดยเฉพาะการทำโซล่าฟาร์มในต่างประเทศที่ราคาที่ดินสูง จะต้องมีอุปกรณ์ประกอบในระบบดังนี้

1.แผงโซล่าเซลล์ (Solar Panel)

แผงโซล่าเซลล์
Solar Panel

เป็นอุปกรณ์ในระบบโซล่าเซลล์ที่มีหน้าที่ในการเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานไฟฟ้า โดยแผงโซล่าเซลล์ที่ทำจากผลึกซิลิกอนถูกแบ่งเป็น 2 ชนิดคือ โมโนคริสตัลไลน์ (Mono Crystalline) และโพลีคริสตัลไลน์ (Poly Crystaline) ทั้งสองแบบคุณภาพไม่แตกต่างกัน แต่ที่ขนาดกำลังวัตต์เท่ากัน แผงโซล่าเซลล์แบบโมโนคริสตัลไลน์ จะมีขนาดเล็กกว่าประมาณ 10 เปอร์เซ็นต์ เหมาะสำหรับการติดตั้งที่ต้องการประหยัดพื้นที่ โดยเฉพาะการทำโซล่าฟาร์มในต่างประเทศที่ราคาที่ดินสูง แต่สำหรับประเทศไทยเรื่องพื้นอาจจะยังไม่ใช่ปัญหาใหญ่ สามารถเลือกใช้แผงโซล่าเซลล์แบบโพลีคริสตัลไลน์ที่ราคาประหยัดกว่าได้

2.เครื่องควบคุมการชาร์จไฟ  (solar control charger)

แผงโซล่าเซลล์
solar control charger

เป็นอุปกรณ์ในระบบโซล่าเซลล์ที่จะใช้สำหรับควบคุมชาร์จไฟที่ได้จากแผงเข้าเก็บไว้ในแบตเตอร์รี่ มีให้เลือกหลายชนิด เลือกให้ตรงตามขนาดวัตต์ของแผงโซล่าเซลล์ หรือมากกว่าเล็กน้อย เพื่อความทนทานชาร์จลงแบตเตอรี่ 12 โวลต์ ส่วน 10 แอมแปร์ นั้นไม่ใช่ขนาดแบตเตอรี่ แต่เป็นขนาดโซล่าที่ใช้ได้ แผงโซล่าแต่ละขนาดจะมีค่ากระแสไฟฟ้าบอกที่ฉลากอยู่แล้วว่าเท่าไหร่ ถ้าค่ากระแสไฟฟ้านั้นไม่เกิน 10 แอมแปร์ ก็เป็นใช้ได้ ถ้าเกินก็ต้องใช้รุ่น 20 แอมแปร์ เช่นนี้เป็นต้น

3.แบตเตอร์รี่ (Battery)

แผงโซล่าเซลล์
Battery

เป็นอุปกรณ์ในระบบโซล่าเซลล์ที่มีไว้สำหรับเก็บพลังงานไฟฟ้าที่ผลิตจากแผงโซล่าเซลล์ ควรเลือกให้มีขนาดความจุของกระแสไฟฟ้าเพียงพอต่อการเก็บไฟที่ได้จากแผงโซล่าเซลล์ แบตเตอรี่หน้าที่ของมันคือเก็บพลังงานไฟฟ้าเท่านั้น มันไม่ได้มีหน้าที่ผลิตไฟฟ้าที่ได้ต่อชั่วโมงที่จะส่งมาเก็บในแบตเตอรี่ ในการเพิ่มจำนวนหรือขนาดแบตเตอรี่เป็นเพียงการเพิ่มพื้นที่เก็บไฟฟ้าเท่านั้น อุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ผลิตไฟฟ้าคือแผงโซล่าเซลล์ ดังนั้น หากขนาดแผงโซล่าเซลล์ยังเท่าเดิม ปริมาณกำลังไฟฟ้า

แบตเตอรี่แบบจ่ายประจุสูง (Deep discharge battery) เป็นแบตเตอรี่ที่เหมาะจะใช้งานกับระบบไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์มากที่สุด เพราะถูกออกแบบให้สามารถจ่ายพลังงานปริมาณเล็กน้อยได้อย่างต่อเนื่องเป็นเวลานานๆ โดยไม่เกิดความเสียหาย เราจะสามารถใช้ไฟฟ้าที่เก็บ อยู่ในแบตเตอรี่นี้ได้อย่างต่อเนื่องถึง 80 เปอร์เซ็นต์ โดยแบตเตอรี่ไม่ได้รับความเสียหาย

4.อินเวอร์เตอร์หรือเครื่องแปลงไฟ (inverter)

inverter

เป็นอุปกรณ์ในระบบโซล่าเซลล์ที่มีหน้าที่ในการแปลงไฟฟ้ากระแสตรงให้เป็นกระแสสลับ ควรเลือกซื้อตามขนาดกำลังวัตต์รวมของเครื่องใช้ไฟฟ้าทั้งหมดที่เรารวมไว้โดยให้ขนาดกำลังวัตต์ของอินเวอร์เตอร์มากกว่า กำลังวัตต์รวมของเครื่องใช้ไฟฟ้าประมาณ 30-40 เปอร์เซ็นต์เพื่อความทนทาน เช่นทีวีคุณใช้ไฟฟ้า 60 วัตต์ ควรเลือกซื้อเครื่องแปลงไฟ อินเวอร์เตอร์ ขนาด 100 วัตต์ ความเหมือนที่แตกต่างของอินเวอร์เตอร์กับงานโซล่าเซลล์ ปัจจุบันมีการใช้อินเวอร์เตอร์เพื่อแปลงไฟจากไฟฟ้ากระแสตรง จากรถยนต์,โซล่าเซลล์,กังหันลม เป็นไฟฟ้ากระแสสลับ 220 โวลต์ (ไฟบ้าน) กันอย่างแพร่หลาย แต่หลายคนยังไม่ทราบว่าแท้จริงแล้ว ปัจจุบันมีอินเวอร์เตอร์ อยู่สองแบบหลักๆที่ใช้ในการแปลงไฟและใช้ในระบบประหยัดพลังงาน

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

หลักการทำงานทั่วไปของเซลล์แสงอาทิตย์

แผงโซล่าเซลล์

เมื่อมีแสงอาทิตย์ตกกระทบเซลล์แสงอาทิตย์ จะเกิดการสร้างพาหะนำไฟฟ้าประจุลบและบวกขึ้น ได้แก่ อิเล็กตรอนและ โฮล โครงสร้างรอยต่อพีเอ็นจะทำหน้าที่สร้างสนามไฟฟ้าภายในเซลล์ เพื่อแยกพาหะนำไฟฟ้าชนิดอิเล็กตรอนไปที่ขั้วลบ และพาหะนำไฟฟ้าชนิดโฮลไปที่ขั้วบวก (ปกติที่ฐานจะใช้สารกึ่งตัวนำชนิดพี ขั้วไฟฟ้าด้านหลังจึงเป็นขั้วบวก ส่วนด้านรับแสงใช้สารกึ่งตัวนำชนิดเอ็น ขั้วไฟฟ้าจึงเป็นขั้วลบ) ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าแบบกระแสตรงที่ขั้วไฟฟ้าทั้งสอง เมื่อต่อให้ครบวงจรไฟฟ้าจะเกิดกระแสไฟฟ้าไหลขึ้น

อุปกรณ์สำคัญของระบบการผลิตกระแสไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์
เซลล์แสงอาทิตย์ผลิตไฟฟ้ากระแสตรง จึงนำกระแสไฟฟ้าไปใช้ได้เฉพาะกับอุปกรณ์ไฟฟ้ากระแสตรงเท่านั้น หากต้องการนำไปใช้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้ไฟฟ้ากระแสสลับหรือเก็บสะสมพลังงานไว้ใช้ต่อไป จะต้องใช้ร่วมกับอุปกรณ์อื่น ๆ อีก โดยรวมเข้าเป็นระบบที่ผลิตกระแสไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์ อุปกรณ์สำคัญ ๆ มีดังนี้

แผงโซล่าเซลล์
  1. แผงเซลล์แสงอาทิตย์ (Solar Module) ทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานไฟฟ้า ซึ่งเป็นไฟฟ้ากระแสตรงและมีหน่วยเป็นวัตต์ (Watt) มีการนำแผงเซลล์แสงอาทิตย์หลายๆ เซลล์มาต่อกันเป็นแถวหรือเป็นชุด (Solar Array) เพื่อให้ได้พลังงานไฟฟ้าใช้งานตามที่ต้องการ โดยการต่อกันแบบอนุกรม จะเพิ่มแรงดันไฟฟ้า และการต่อกันแบบขนาน จะเพิ่มพลังงานไฟฟ้า หากสถานที่ตั้งทางภูมิศาสตร์แตกต่างกัน
  2. เครื่องควบคุมการประจุ (Charge Controller) ทำหน้าที่ประจุกระแสไฟฟ้าที่ผลิตได้จากแผงเซลล์แสงอาทิตย์เข้าสู่แบตเตอรี่ และควบคุมการประจุกระแสไฟฟ้าให้มีปริมาณเหมาะสมกับแบตเตอรี่ เพื่อยืดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ รวมถึงการจ่ายกระแสไฟฟ้าออกจากแบตเตอรี่ด้วย ดังนั้น การทำงานของเครื่องควบคุมการประจุ คือ เมื่อประจุกระแสไฟฟ้าเข้าสู่แบตเตอรี่จนเต็มแล้ว จะหยุดหรือลดการประจุกระแสไฟฟ้า
  3. แบตเตอรี่ (Battery) ทำหน้าที่เป็นตัวเก็บพลังงานไฟฟ้าที่ผลิตได้จากแผงเซลล์แสงอาทิตย์ไว้ใช้เวลาที่ต้องการ เช่น เวลาที่ไม่มีแสงอาทิตย์ เวลากลางคืน หรือนำไปประยุกต์ใช้งานอื่นๆ แบตเตอรี่มีหลายชนิด และหลายขนาดให้เลือกใช้งานตามความเหมาะสม
  4. เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้า (Inverter) ทำหน้าที่แปลงพลังงานไฟฟ้าจากกระแสตรง (DC) ที่ผลิตได้จากแผงเซลล์แสงอาทิตย์ ให้เป็นพลังงานไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) เพื่อให้สามารถใช้ได้กับอุปกรณ์ไฟฟ้ากระแสสลับ แบ่งเป็น 2 ชนิด คือ Pure Sine Wave Inverter ใช้ได้กับอุปกรณ์ไฟฟ้ากระแสสลับทุกชนิด และ Modified Sine Wave Inverter ใช้ได้กับอุปกรณ์ไฟฟ้ากระแสสลับที่ไม่มีส่วนประกอบของมอเตอร์และหลอดฟลูออเรสเซนต์ที่เป็น Electronic ballast
  5. ระบบป้องกันฟ้าผ่า (Lightning Protection) ทำหน้าที่ป้องกันความเสียหายที่เกิดกับอุปกรณ์ไฟฟ้าเมื่อฟ้าผ่า หรือเกิดการเหนี่ยวนำทำให้ความต่างศักย์สูง ในระบบทั่วไปมักไม่ใช้อุปกรณ์นี้ จะใช้สำหรับระบบขนาดใหญ่ และมีความสำคัญเท่านั้น รวมถึงต้องมีระบบสายดินที่มีประสิทธิภาพด้วย