Tweet

ทุกคนทราบดีว่า แผงโซลาร์เซลที่ทำจาก silicon นั้นสามารถผลิตไฟฟ้าออกมาได้หากได้รับแสงอาทิตย์​ เราเรียนเรื่องนี้กันมาตั้งแต่วัยประถม โดยถือว่าพลังงานไฟฟ้าจากกังหันลม จากน้ำ และจากแสงอาทิตย์นั้นถือเป็นพลังงานสะอาด

การผลิตโดยใช้กังหันลมอาศัยพลังงานลมเปลี่ยนเป็นพลังงานกลเพื่อไปหมุนไดนาโม พลังงานน้ำก็เช่นกันอาศัยแรงดันน้ำเปลี่ยนเป็นพลังงานกลเพื่อไปหมุนไดนาโม แต่การใช้เซลแสงอาทิตย์เพื่อผลิตพลังงานไฟฟ้า ต้องอาศัยความเข้าใจถึงกลไกการทำงานที่ลึกซึ้งไปกว่านั้น เนื่องจากอาศัยโฟตอนจากแสงอาทิตย์แล้วผลิตเป็นพลังงานไฟฟ้าออกมา

วันนี้เราจะมาดูกันนะครับว่า การทำงานของเซลแสงอาทิตย์นั้นเป็นอย่างไร ซึ่งต้องอาศัยความรู้ลึกลงไปถึงระดับอะตอมของสารกึ่งตัวนำนั่นเอง

การผลิตไฟฟ้าจากเซลแสงอาทิตย์

พลังงานที่เกิดจากการแผ่รังสีของดวงอาทิตย์นั้นจะสามารถแปลงให้เป็นพลังงานไฟฟ้าได้โดยตรงผ่าน photovoltaic cell หรือเราเรียกย่อๆว่า solar cell นั่นเอง

โดยในเซลเหล่านี้ จะเกิดความต่างศักย์ขึ้นมาเล็กน้อยเมื่อมีแสงมาตกกระทบกับรอยต่อระหว่างโลหะและสารกึ่งตัวนำ(เช่นซิลิกอน) หรือรอยต่อระหว่างสารกึ่งตัวนำกับสารกึ่งตัวนำ ซึ่งเราเรียกว่าเป็นปรากฏการณ์ โฟโตโวลทาอิค (photovoltaic effect)

พลังงานที่เกิดจากแต่ละเซลนั้นปกติแล้วจะมีค่าประมาณ 2 วัตต์เท่านั้น แต่การเชื่อมต่อเซลล์เล็กๆเข้าด้วยกันเป็นจำนวนมาก อย่างเช่นแผงโซล่าร์เซลที่เราพบเห็นกันทั่วไปนั้น เราจะสามารถผลิตพลังงานไฟฟ้าได้เป็นพันๆวัตต์เลยทีเดียว

จากภาพ (Credit Merriam-Webster Inc.) เมื่อแสงมาตกกระทบแผงโซลาร์เซล ที่ชั้นบนสุดเคลือบแก้วเพื่อให้ทำความสะอาดง่าย และติดด้วยกาวโปร่งแสง อิเลคตรอนจะได้รับอิสระจากปรากฏการโฟโตโวลตาอิค

แผ่นสารกึ่งตัวนำสองชนิดที่แตกต่างกันจะทำให้เกิดความต่างศักย์กันโดยธรรมชาติอยู่แล้ว เมื่อแสงตกกระทบจะทำให้เกิดการไหลของอิเลคตรอนอิสระผ่านไปยังวงจรภายนอก การไหลของอิเลคตรอนทำให้เกิดไฟฟ้าตามกระบวนการนี้จึงเกิดจากคุณสมบัติของสารกึ่งตัวนำและอาศัยลำแสงมาตกกระทบนั้นเอง

ประสิทธิภาพในการผลิตพลังงานไฟฟ้าของโซลาร์เซลในปัจจุบันอยู่ที่ประมาณ 15-20 เปอร์เซ็น และเนื่องจากความเข้มของแสงอาทิตย์นั้นไม่แน่นอนและมักจะมีค่าต่ำ ไหนจะเมฆหมอกบดบัง และมุมของดวงทิตย์ที่กระทำต่อแผงโซลาร์เซล ทำให้ต้องมีการสร้างแผงโซลาร์เซลที่มีขนาดใหญ่และมีน้ำหนักมากและยุ่งยากในการติดตั้งเพื่อให้ได้พลังงานที่เพียงพอกับการใช้งาน

ที่ผ่านมาเรามักพบเห็นแผงเซลแสงอาทิตย์ขนาดเล็กๆที่ใช้งานกับแสงอาทิตย์หรือแสงสว่างจากหลอดไฟติดตั้งกับอุปกรณ์ที่กินไฟน้อยอย่าง เครื่องคิดเลข หรือนาฬิกาข้อมือเป็น หรือเราอาจจะเห็นแผงขนาดใหญ่ขึ้นมาหน่อย สำหรับการใช้งานกับปั้มสูบน้ำหรือระบบการสื่อสารที่อยู่ห่างไกลจากระบบไฟฟ้าสายส่ง หรือไฟแสงสว่างที่มีแบตเตอร์รี่พร้อมในตัววางขายอยู่ทั่วไป