เรื่องของพลังงาน

 


ตอน ระบบผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์

     

เรื่องราวของพลังงานทดแทนได้ถูกนำเสนอผ่าน "เส้นทางสู่พลังงานสีเขียว" ไปบ้างแล้วในชุดก่อนหน้านี้ ที่หวังจะช่วยจุดประกายความคิดในการเลือกใช้พลังงานทดแทนที่มีอยู่หลายรูปแบบ ณ โอกาสนี้ยังมีเรื่องพิเศษๆ มาฝาก... อยากจะนำเรื่องการผลิตไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์มาพูดถึง เนื่องด้วยความสนใจในการพัฒนาด้านนี้ยิ่งมีมากขึ้นเรื่อยๆ
ระบบผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์คืออะไร
เรามาเริ่มจากความหมายกันก่อน ระบบผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ ตรงกับคำว่า Solar electric system หรือ Photovoltaic (PV) system และอาจเรียกให้จำง่ายขึ้นว่า "ระบบเซลล์แสงอาทิตย์" เป็นระบบที่ทำการเปลี่ยนแสงอาทิตย์ให้เป็นไฟฟ้าได้โดยตรงผ่านทางอุปกรณ์สำคัญ ได้แก่ "แผงเซลล์แสงอาทิตย์" ระบบจะทำงานในเวลาที่มีแสงอาทิตย์เท่านั้น และจะสามารถผลิตไฟฟ้าได้มากยิ่งขึ้นหากมีแสงอาทิตย์มากพอตกกระทบโดยตรงบนแผงเซลล์แสงอาทิตย์ โดยแผงเซลล์แสงอาทิตย์เพียงอย่างเดียวคงไม่สามารถเกิดเป็นระบบเซลล์แสงอาทิตย์ได้ จึงต้องประกอบไปด้วยอุปกรณ์อื่นๆ เช่น อาจมีการจัดเก็บไฟฟ้าที่ผลิตได้เวลาที่มีแสงอาทิตย์ไว้ในแบตเตอรี่เพื่อใช้ประโยชน์ต่อไป หรือต้องอาศัยเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าเพื่อแปลงให้เป็นไฟฟ้ากระแสสลับเพื่อใช้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าอื่นๆ ตามต้องการ เป็นต้น

หากลองเปรียบเทียบระบบเซลล์แสงอาทิตย์กับสิ่งที่อยู่ใกล้ๆ ตัวจะทำให้เราเห็นภาพของระบบเซลล์แสงอาทิตย์ชัดเจนยิ่งขึ้น "ระบบกักเก็บน้ำฝน" เป็นระบบซึ่งมีความคล้ายคลึงกับระบบเซลล์แสงอาทิตย์ด้วยปัจจัยนานาประการ ไม่ว่าจะเป็น ปริมาณน้ำฝนจะมีได้ก็ต่อเมื่อเกิดฝนตกลงมา เช่นเดียวกับแสงอาทิตย์จะมีเฉพาะในเวลากลางวันเท่านั้น และอาจมีปริมาณมากบ้างน้อยบ้างทั้งนี้ก็เป็นไปตามสภาพอากาศเหมือนกัน นอกจากนี้การรวมกันเป็นระบบของทั้งสองระบบก็ยังมีอุปกรณ์ส่วนต่างๆ ที่ทำหน้าที่ใกล้เคียงกันอีก เช่น

ระบบเซลล์แสงอาทิตย์ ระบบกักเก็บน้ำฝน
แผงเซลล์แสงอาทิตย์ ผลิตไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์ พื้นที่บนหลังคา รองรับน้ำฝนที่ตกลงมา
แบตเตอรี่ เก็บไฟฟ้าและจ่ายให้กับอุปกรณ์ไฟฟ้า ถังเก็บน้ำ สำหรับเก็บน้ำฝนไว้ใช้ต่อไป
สายไฟ ส่งไฟฟ้าไปยังแบตเตอรี่และจ่ายไปใช้งาน ท่อ ใช้ลำเลียงน้ำไปยังถังเก็บและจ่ายใช้งาน
เครื่องควบคุมการไหลของไฟฟ้า วาล์วที่ติดอยู่กับท่อ ใช้ควบคุมการไหลของน้ำ
อุปกรณ์ไฟฟ้า เช่น หลอดไฟฟ้า, พัดลม ฯลฯ อุปกรณ์ที่ใช้น้ำ เช่น ก๊อกน้ำ, ฝักบัวอาบน้ำ ฯลฯ

การทำงานของระบบเซลล์แสงอาทิตย์
ทีนี้มาดูกันต่อไปถึงการทำงานของระบบเซลล์แสงอาทิตย์ ซึ่งจะเปรียบเทียบกับระบบกักเก็บน้ำฝนไปพร้อมๆ กันด้วย

สถานที่ในการติดตั้งแผงเซลล์แสงอาทิตย์ควรให้มีแสงอาทิตย์ส่องถึง เป็นที่โล่งและไม่มีเงามาบังเซลล์ จึงนิยมติดตั้งไว้บนหลังคาบ้านหรืออาคาร เมื่อมีแสงอาทิตย์ตกกระทบแผงเซลล์แสงอาทิตย์โดยตรงจะทำการผลิตไฟฟ้า ยิ่งแผงเซลล์แสงอาทิตย์มีขนาดใหญ่มาก ก็จะผลิตไฟฟ้าในเวลาที่มีแสงอาทิตย์ได้มาก และถ้ามีแสงอาทิตย์แรงจัด ก็จะผลิตไฟฟ้าเก็บสะสมได้มากเช่นกัน ในทำนองเดียวกัน ระบบกักเก็บน้ำฝนใช้หลังคาบ้านรองรับน้ำฝนที่ตกลงมา ยิ่งหลังคามีพื้นที่มากก็จะยิ่งรองรับน้ำฝนได้มากขึ้น รวมถึงถ้ามีฝนตกหนักมากเท่าไร ปริมาณน้ำที่จะเก็บไว้ใช้ก็มีมากเท่านั้น

เนื่องจากแผงเซลล์แสงอาทิตย์จะสามารถผลิตไฟฟ้าได้เฉพาะในเวลากลางวันที่มีแสงอาทิตย์ ดังนั้น หากมีความต้องการใช้ไฟฟ้าในเวลากลางคืนหรือนำไปใช้งานอื่นๆ จำเป็นต้องมีการจัดเก็บไฟฟ้าที่ผลิตได้ลงในแบตเตอรี่ ซึ่งถูกออกแบบเพื่อให้ทำการประจุไฟฟ้าเก็บไว้และจ่ายให้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ต่อเชื่อมอยู่ สำหรับระบบกักเก็บน้ำจะมีถังเก็บน้ำที่ทำหน้าที่คล้ายกับแบตเตอรี่ โดยจะกักเก็บน้ำสำรองไว้ใช้ในตอนที่ฝนไม่ตกและจ่ายออกไปเมื่อมีความต้องการใช้

และแน่นอนว่าเมื่อแบตเตอรี่มีการประจุไฟฟ้าและจ่ายประจุไฟฟ้า ก็ต้องมีตัวควบคุม ในระบบเซลล์แสงอาทิตย์มีเครื่องควบคุมการประจุและจ่ายประจุไฟฟ้า ทั้งนี้เพื่อป้องกันการรับกระแสไฟฟ้าเข้ามามากเกินและการจ่ายกระแสไฟฟ้าออกไปมากเกิน ซึ่งเทียบได้กับวาล์วที่ท่อน้ำขาเข้าและขาออกของระบบกักเก็บน้ำฝน เพื่อไม่ให้น้ำไหลเข้ามาเต็มจนล้นและควบคุมน้ำที่จ่ายออกไป

อุปกรณ์ที่ใช้ไฟฟ้าซึ่งผลิตได้จากระบบเซลล์แสงอาทิตย์ที่ใช้ทั่วไป คือ หลอดไฟฟ้า ไม่เพียงเท่านี้ยังนำไปใช้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าอื่นๆ ได้ เช่น โทรทัศน์, วิทยุ, พัดลม, คอมพิวเตอร์ แม้กระทั่งเครื่องสูบน้ำและตู้เย็นถ้ามีการออกแบบระบบที่เหมาะสม ส่วนอุปกรณ์ที่ใช้น้ำจากระบบกักเก็บน้ำฝนที่ง่ายไม่ซับซ้อน คือ ก๊อกน้ำ ระบบที่ถูกออกแบบให้รองรับการใช้งานที่ซับซ้อนมากขึ้นจะใช้งานร่วมกับสุขภัณฑ์ ฝักบัวอาบน้ำ และอ่างอาบน้ำได้ด้วย

ยังมีอีกสิ่งหนึ่งซึ่งสำคัญไม่น้อยนั่นคือ การลำเลียงหรือส่งไฟฟ้าและน้ำไปยังจุดที่ต้องการ จะใช้สิ่งอื่นใดไปไม่ได้นอกจากสายไฟที่ยอมให้ไฟฟ้าไหลจากจุดหนึ่งไปยังจุดอื่นๆ และท่อน้ำสำหรับลำเลียงน้ำไปใช้งานต่างๆ โดยขนาดของสายไฟและท่อน้ำเป็นปัจจัยสำคัญต่อการไหลของไฟฟ้าและน้ำ กล่าวคือ สายไฟขนาดใหญ่จะยอมให้ไฟฟ้าไหลผ่านได้ง่ายกว่าสายไฟขนาดเล็ก เช่นเดียวกับท่อขนาดใหญ่จะทำให้น้ำไหลผ่านได้ง่ายกว่าท่อขนาดเล็ก





หลังจากที่คุณผู้อ่านทำได้เข้าใจในความหมายและการทำงานของระบบเซลล์แสงอาทิตย์หรือระบบผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์พร้อมด้วยตัวอย่างที่ทำให้เข้าใจง่ายขึ้นไปแล้ว ฉบับหน้ามาดูกันต่อถึงผลผลิตที่ได้จากระบบเซลล์แสงอาทิตย์ ซึ่งก็คือไฟฟ้า แต่จะมีที่มาและที่ไปอย่างไร ขอให้ติดตาม!
ที่มาของข้อมูล: PV Solar Photovoltaic Technical Training Manual, Mr. Herbert Wade
ที่มาของภาพ: เว็บไซต์ nrel.gov, pikespeakpermaculture.org
 กลับเรื่องของพลังงาน