เซลล์แสงอาทิตย์ (Solar Cell)

       เซลล์แสงอาทิตย์ (Solar Cell) เป็นสิ่งประดิษฐ์กรรมทางอิเลคทรอนิกส์ สร้างขึ้นเพื่อใช้ในการเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานไฟฟ้า โดยการนาสารกึ่งตัวนาประเภท ซิลิกอนมาผ่านกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ เพื่อผลิตเป็นแผ่นซิลิกอนบริสุทธิ์ และเมื่อแสงตกกระทบบนแผ่นเซลล์ รังสีของแสงที่มีอนุภาคของพลังงานประกอบที่เรียกว่า โฟตอน (Proton) จะถ่ายเทพลังงานให้กับอิเล็กตรอน (Electron) ในสารกึ่งตัวนาจนมีพลังงานมากพอที่จะกระโดดออกมาจากแรงดึงดูดของอะตอม (atom) และเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ ดังนั้น เมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่ครบวงจรจะทาให้เกิดไฟฟ้ากระแสตรงขึ้น เมื่อพิจารณาลักษณะการผลิตไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์พบว่า เซลล์แสงอาทิตย์จะมีประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าสูงที่สุดในช่วงเวลากลางวัน ซึ่งมีความเหมาะสมในการนาเซลล์แสงอาทิตย์มาใช้ผลิตไฟฟ้า เพื่อแก้ไขปัญหาการขาดแคลนพลังงานไฟฟ้าในช่วงเวลากลางวัน

 การผลิตไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์มีจุดเด่นที่สาคัญ หลายประการ ดังนี้

1. ไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวในขณะใช้งาน จึงทาให้ไม่มีมลภาวะทางเสียง
2. ไม่ก่อให้เกิดมลภาวะเป็นพิษจากขบวนการผลิตไฟฟ้า
3. มีการบารุงรักษาน้อยมากและใช้งานแบบอัตโนมัติได้ง่าย
4. ประสิทธิภาพคงที่ไม่ขึ้นกับขนาด
5. สามารถผลิตเป็นแผงขนาดต่าง ๆ ได้ง่าย ทาให้สามารถผลิตได้ปริมาณมาก
6. ผลิตไฟฟ้าได้แม้มีแสงแดดอ่อนหรือมีเมฆ
7. เป็นการใช้พลังงานแสงอาทิตย์ที่ได้มาฟรีและมีไม่สิ้นสุด
8. ผลิตไฟฟ้าได้ทุกมุมโลกแม้บนเกาะเล็ก ๆ กลางทะเล บนยอดเขาสูง และในอวกาศ
9. ได้พลังงานไฟฟ้าโดยตรงซึ่งเป็นพลังงานที่นามาใช้ได้สะดวกที่สุด

เทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์

       เซลล์แสงอาทิตย์ มีกาเนิดในช่วงปี ค.ศ.1950 ที่ Bell Telephone Laboratory ประเทศสหรัฐอเมริกา เพื่อผลิตไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์ สาหรับใช้ในโครงการอวกาศ จากนั้นมีการนามาใช้อย่างกว้างขวาง และขยายผลสู่ระดับอุตสาหกรรม ตั้งแต่ปลายทศวรรษที่ 50 เป็นต้นมา ในระยะแรกเซลล์แสงอาทิตย์ จะมีราคาแพงมาก จึงจากัดการใช้งานอยู่เฉพาะในงานวิทยุสื่อสาร และไฟฟ้าแสงสว่างขนาดเล็กในพื้นที่ห่างไกลเท่านั้นในช่วงปี ค.ศ. 1970 ภาครัฐในประเทศสหรัฐอเมริกา เยอรมัน และญี่ปุ่น ได้ส่งเสริมการผลิตไฟฟ้า จากเซลล์แสงอาทิตย์อย่างจริงจัง และต่อเนื่อง เป็นผลให้ราคาของเซลล์แสงอาทิตย์ ลดลงเป็นลาดับ จากประมาณ 4 ล้านบาทต่อกิโลวัตต์ ในปัจจุบันคงเหลือประมาณหลักแสนบาทต่อกิโลวัตต์ ซึ่งนับว่าราคาของเซลล์แสงอาทิตย์ได้ลดลงอย่างมากถึงแม้ว่าเทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์ ได้มีการพัฒนามาอย่างต่อเนื่องและเป็นที่น่าเชื่อถือ การใช้สารกึ่งตัวนาแบบผลึกของซิลิกอน (Crystalline Silicon) ที่มีความบริสุทธิ์สูง และมีประสิทธิภาพในการเปลี่ยนแสงอาทิตย์ ให้เป็นไฟฟ้าได้ประมาณ 12-17% แต่ราคาเซลล์แสงอาทิตย์แบบผลึกของซิลิกอนก็สูงเช่นกัน เนื่องจาก Crystalline Silicon เป็นส่วนประกอบสาคัญของอุตสาหกรรมอิเลคทรอนิกส์ จึงเป็นที่ต้องการของตลาดจานวนมาก นอกจากนี้กรรมวิธีในการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์จาก Crystalline Silicon ที่จะต้องนามาเลื่อยให้เป็นแผ่น (Wafer) บาง ๆ จึงทาให้เกิดการสูญเสีย ในลักษณะขี้เลื่อยไปไม่น้อยกว่าครึ่งอย่างไรก็ตามบริษัทผู้ผลิตเซลล์แสงอาทิตย์หลาย ๆ แห่ง ได้พยายามที่จะพัฒนาเพื่อลดราคาลง โดยการดึงเป็นแผ่นฟิล์ม (Ribbon) และการใช้ Silicon แบบไม่เป็นผลึก คือ Amorphous Silicon ในลักษณะฟิล์มบางเคลือบลงบนแผ่นกระจกหรือแผ่น Stainless Steel ที่งอโค้งได้ วิธีนี้จะสามารถช่วยลดต้นทุนการผลิตลงไปได้มาก แต่เนื่องจาก Amorphous Silicon มีประสิทธิภาพต่ากว่า และจะเสื่อมสภาพอายุการใช้งานเร็วกว่าแบบ Crystalline Silicon จึงได้มีการพยายามพัฒนาสารประกอบตัวอื่น ๆ เช่น Copper Indium Diselenide (CIS) และ Cadmium Telluride (CdTe) เพื่อผลิตเซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบางขึ้น ซึ่งคาดว่าจะมีประสิทธิภาพสูงกว่าและอายุการใช้งานนานกว่า Amorphous Silicon และคาดว่าจะนาออกสู่ตลาดเซลล์แสงอาทิตย์ได้ในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า ด้วยราคาที่ถูกกว่าแบบ Crystalline Silicon ประมาณครึ่งหนึ่ง นอกจากนี้ได้มีงานพัฒนาอุปกรณ์แปลงไฟฟ้า (Inverter) ให้มีราคาถูกลงอีก ควบคู่ไปพร้อม ๆ กับการพัฒนาเซลล์แสงอาทิตย์

ประเภทของเซลล์แสงอาทิตย์

1. กลุ่มเซลล์แสงอาทิตย์ที่ทาจากสารกึ่งตัวนาประเภทซิลิคอน จะแบ่งตามลักษณะของผลึกที่เกิดขึ้น คือ แบบที่เป็นรูปผลึก (Crystal) สามารถแบ่งออกเป็น 2 ชนิด คือ ชนิดผลึกเดี่ยวซิลิคอน (Single Crystalline Silicon Solar Cell) และชนิดผลึกรวมซิลิคอน (Poly Crystalline Silicon Solar Cell) และแบบที่ไม่เป็นรูปผลึก (Amorphous) คือ ชนิดฟิล์มบางอะมอร์ฟัสซิลิคอน (Amorphous Silicon Solar Cell)

2. กลุ่มเซลล์แสงอาทิตย์ที่ทาจากสารประกอบที่ไม่ใช่ซิลิคอน ซึ่งประเภทนี้ จะเป็นเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพสูงถึง 25% ขึ้นไป แต่มีราคาสูงมาก ส่วนใหญ่ใช้งานสาหรับดาวเทียมและระบบรวมแสงเป็นส่วนใหญ่ แต่การพัฒนาขบวนการผลิตสมัยใหม่จะทาให้มีราคาถูกลง และนามาใช้มากขึ้นในอนาคต

เซลล์แสงอาทิตย์ที่ทาจากสารกึ่งตัวนาประเภทซิลิคอน

แบบผลึกเดี่ยว (Single Crystal)		แบบผลึกรวม (Poly Crystal)

แบบอะมอร์ฟัส ( Amorphous )