ทุกวันนี้ ไม่ว่าจะหันไปทางใดก็จะพบว่า กระแสการรณรงค์ให้ประหยัดพลังงานกำลังมาแรง หากคุณที่กำลังไปตามเส้นทางสู่พลังงานสีเขียวอยู่ละก็ ขอบอกว่าคุณอินเทรนด์ทีเดียว สำหรับครั้งนี้เรื่องของพลังงานหมุนเวียนจากนอกโลกดำเนินมาถึงพลังงานหมุนเวียนที่เป็นผลจากดวงอาทิตย์โดยตรง เชิญมาติดตามกันต่อไป

รังสีดวงอาทิตย์ที่สาดส่องมายังโลกของเราก่อให้เกิดพลังงานความร้อนและแสงสว่าง พลังงานบางส่วนสามารถนำไปใช้โดยตรงในการให้ความร้อนและแสงสว่างแก่บ้านพักอาศัย อาคารต่างๆ ไปจนถึงนำมาแปลงสภาพเป็นไฟฟ้า, ใช้สำหรับระบบทำน้ำร้อน, ระบบทำความเย็น แล้วยังนำไปประยุกต์ใช้ในงานเชิงพาณิชย์และอุตสาหกรรมได้อีกด้วย

การใช้ประโยชน์จากพลังงานแสงอาทิตย์ต้องอาศัยเทคโนโลยีในการเปลี่ยนพลังงานจากแสงอาทิตย์ให้เป็นความร้อนเพื่อนำไปใช้ต่อไป ซึ่งมีอยู่ด้วยกัน 2 วิธี คือ เทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์และการผลิตความร้อนจากแสงอาทิตย์

ไฟฟ้าที่สามารถผลิตได้เอง
เซลล์แสงอาทิตย์ (Photovoltaic หรือ Solar cell)
เป็นเทคโนโลยีที่สามารถแปลงแสงอาทิตย์ให้เป็นไฟฟ้าโดยตรง เซลล์แสงอาทิตย์ผลิตขึ้นจากสารกึ่งตัวนำที่สามารถดูดกลืนแสงอาทิตย์ได้ ส่วนมากใช้ซิลิคอน (Silicon) เมื่อแสงอาทิตย์ตกกระทบพื้นผิวจะถูกเปลี่ยนเป็นพาหะนำไฟฟ้าและถูกแยกเป็นประจุไฟฟ้าบวกและลบเพื่อให้เกิดแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วทั้งสองของเซลล์แสงอาทิตย์ เมื่อนำขั้วไฟฟ้าของเซลล์แสงอาทิตย์ไปต่อกับอุปกรณ์ไฟฟ้ากระแสตรง ไฟฟ้าจะไหลเข้าสู่อุปกรณ์ไฟฟ้าและสามารถทำงานได้

เซลล์แสงอาทิตย์มีอยู่ 2 ลักษณะ คือ แบบผลึก มีทั้งแบบผลึกเดี่ยว (Single crystalline solar cell) และผลึกรวม (Poly crystalline solar cell) และแบบอะมอร์ฟัส (Amorphous solar cell) มีลักษณะเป็นฟิล์มบางๆ ทั้งสองแบบนี้สร้างมาจากซิลิคอน แต่จะต่างกันตรงที่วิธีการผลิตเท่านั้น

ไฟฟ้าที่ผลิตได้จากเซลล์แสงอาทิตย์เป็นไฟฟ้ากระแสตรงจึงใช้ได้เฉพาะกับอุปกรณ์ไฟฟ้ากระแสตรงเท่านั้น หากจะนำไปใช้กับอุปกรณ์ไฟฟ้ากระแสสลับหรือต้องการเก็บพลังงานไว้ก็ต้องใช้ร่วมกับอุปกรณ์อื่นๆ อีก เช่น

• แผงเซลล์แสงอาทิตย์ (Solar module) เปลี่ยนแสงอาทิตย์ให้เป็นไฟฟ้ากระแสตรง
• เครื่องควบคุมการประจุ (Charge controller) จะใช้ในกรณีที่ต้องการเก็บไฟฟ้าที่ผลิตได้จากเซลล์แสงอาทิตย์ไว้ในแบตเตอรี่ ซึ่งจะทำการประจุไฟฟ้าและควบคุมให้มีปริมาณเหมาะสมกับแบตเตอรี่
• แบตเตอรี่ (Battery) สำหรับเก็บพลังงานไฟฟ้าที่ผลิตได้จากเซลล์แสงอาทิตย์ไว้ใช้ต่อไป
• เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้า (Inverter) แปลงไฟฟ้ากระแสตรง (DC) ที่ผลิตได้ให้เป็นไฟฟ้ากระแสสลับ (AC)

ปัจจุบันระบบพลังงานแสงอาทิตย์ถูกนำไปใช้ประโยชน์ในหลายๆ ด้าน ไม่ว่าจะเป็นผลิตไฟฟ้าเพื่อใช้ในอาคาร, ระบบสูบน้ำ, ระบบแสงสว่าง, ระบบทำความร้อน, ระบบทำความเย็น, ประจุแบตเตอรี่, ขายคืนให้กับสายส่งและอีกมากมาย

สำหรับระบบพลังงานแสงอาทิตย์ที่สำคัญๆ เช่น ระบบพลังงานแสงอาทิตย์ชนิดติดตั้งอิสระ (Stand-alone solar system) สามารถใช้ผลิตไฟฟ้าในพื้นที่ห่างไกลหรือในที่ซึ่งไม่มีไฟฟ้าใช้, ระบบพลังงานแสงอาทิตย์ชนิดต่อเชื่อมระบบสายส่ง (Grid connected solar system) สามารถใช้ได้ทั้งไฟฟ้าที่ผลิตได้และจากระบบสายส่ง หรือขายคืนไฟฟ้าที่เกินความต้องการกลับสู่สายส่งการไฟฟ้าได้ และระบบประจุแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ (Battery charging system) สามารถกักเก็บไฟฟ้าที่ผลิตได้ไว้ใช้ในงานอื่นๆ หรือในเวลาที่ไม่สามารถผลิตไฟฟ้าได้ เป็นต้น

รวมแสง (อาทิตย์) แล้วแปลงเป็นความร้อน
ผลิตความร้อนจากแสงอาทิตย์ (Solar thermal)
เป็นเทคโนโลยีที่ใช้พลังงานความร้อนจากดวงอาทิตย์มาใช้ประโยชน์ โดยอาศัยพื้นผิวหรือของเหลวที่สามารถดูดกลืนแสงอาทิตย์และเปลี่ยนเป็นความร้อน จากนั้นกักเก็บไว้และนำความร้อนที่ผลิตได้เพื่อใช้ต่อไป สำหรับการผลิตไฟฟ้า ความร้อนที่อุณหภูมิสูงจะถูกทำให้กลายเป็นไอเพื่อจ่ายให้เครื่องจักรหรือจ่ายความร้อนโดยตรงเพื่อทำให้เครื่องจักรร้อนและทำการผลิตไฟฟ้า เทคโนโลยีนี้จะให้กำลังไฟฟ้าสูงมาก แต่ต้องใช้พื้นที่มากในการติดตั้ง reflector แล้วยังขึ้นอยู่กับแสงอาทิตย์ที่ส่องตรงยังตัวรับพลังงานด้วย

• Solar collector ถือเป็นหัวใจสำคัญของระบบ เพราะเป็นตัวรวบรวมพลังงานจากดวงอาทิตย์และแปลงเป็นความร้อนที่สามารถนำไปใช้ในงานอื่นๆ ต่อไป Solar collector มีหลายชนิดด้วยกัน เช่น Flat-plate collector - เป็นชนิดที่ใช้มากที่สุดสำหรับระบบทำน้ำร้อนที่ใช้ในบ้านเรือน และจะให้ความร้อนได้ดีแก่ของเหลวหรืออากาศที่อุณหภูมิต่ำกว่า 180 °F, Evacuated-tube collector - ในภาวะที่อุณหภูมิสูงจะมีประสิทธิภาพสูงกว่าชนิดแรก นิยมใช้มากที่สุดในเชิงพาณิชย์และอุตสาหกรรม เพราะทำงานได้ที่อุณหภูมิสูงถึง 170-350 °F และ Concentrating collector - ใช้เป็นตัวรับพลังงานภายใต้สภาวะความเข้มของแสงอาทิตย์สูงกว่าปกติ 6 เท่า มักนำมาใช้ในเชิงพาณิชย์และอุตสาหกรรม เป็นต้น
• ถังเก็บน้ำ (Water storage) เป็นส่วนประกอบในระบบส่วนมาก ยกเว้นระบบผลิตความร้อนสำหรับสระว่ายน้ำ
  นอกจากนี้แล้วอุปกรณ์อื่นที่จำเป็น เช่น ปั๊มน้ำ, วาล์วและตัวควบคุมเพื่อหมุนเวียนน้ำหรือของเหลวที่เป็นตัวกลางถ่ายเทความร้อนให้ไหลผ่าน collector

ความร้อนที่ผลิตได้สามารถนำไปทำน้ำร้อนใช้ภายในบ้าน สระว่ายน้ำ สปา ตลอดจนประยุกต์ใช้ในอาคาร งานในเชิงพาณิชย์และอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ เช่น ระบบทำความร้อน ระบบทำความเย็นและใช้แทนที่ในงานที่ใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล การใช้ประโยชน์นอกเหนือจากที่กล่าวมาก็คือการผลิตไฟฟ้า

ปัจจุบันเทคโนโลยีเหล่านี้ยังถือว่ามีต้นทุนสูงในการนำมาใช้ผลิตไฟฟ้า แต่จะมีผลในระยะยาวเพราะมีระยะเวลาการคืนทุนที่ยาวนาน แต่ในทางกลับกันหากพิจารณาถึงข้อดีที่มีอยู่มากมาย เช่น เป็นการใช้พลังงานจากแหล่งธรรมชาติที่ไม่มีวันหมด, ช่วยลดปัญหาการสะสมของก๊าซพิษต่างๆ ที่จะส่งผลต่อสิ่งแวดล้อม, สามารถนำอุปกรณ์รองรับแสงอาทิตย์ไปติดตั้งบนหลังคาหรือสถานที่อื่นได้ รวมถึงต้องการการบำรุงรักษาน้อยมาก เป็นต้น

ในฉบับหน้า เราจะมาจับตามองที่การใช้ประโยชน์จากแหล่งพลังงานโดยตรงจากดวงอาทิตย์ ขยายความเจาะลึกถึงระบบพลังงานแสงอาทิตย์และระบบผลิตความร้อนจากแสงอาทิตย์ถูกนำไปใช้ในด้านใดและอย่างไรบ้าง