ประวัติความเป็นมาของเซลล์แสงอาทิตย์

ประวัติความเป็นมา และเทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์

       เซลล์แสงอาทิตย์มีกำเนิดในช่วงปีค.ศ.1950 ที่ bell Telephone Laboratory ประเทศสหรัฐอเมริกาโดยมีวัตถุประสงค์เบื้องต้นเพื่อผลิตไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์สำหรับใช้ในโครงการอวกาศ ต่อจากนั้นจึงได้เริ่มมีการนำมาใช้อย่างกว้างขวาง และขยายผลสู่ระดับอุตสาหกรรมเซลล์แสงอาทิตย์ของโลก เมื่อประมาณปลายทศวรรษที่ 50 เป็นต้นมา โดยในระยะแรกเซลล์แสงอาทิตย์จะมีราคาแพงมากจึงจำกัดการใช้งานอยู่เฉพาะในงานวิทยุสื่อสารและไฟฟ้าแสงสว่าง ขนาดเล็กในพื้นที่ห่างไกลเท่านั้น

       เซลล์แสงอาทิตย์คือสิ่งประดิษฐ์ที่ทำจากสารกึ่งตัวนำ เช่น ซิลิคอน (Silicon) แกลเลี่ยม อาร์เซไนต์(Gallium Arsenide)อินเดียมฟอสไฟต์ (Indium Telliuide) แคดเมียมเทลเลอไรด์ (Cadium Telluride) และคอปเปอร์ อินเดียม ไดเซเลไนต์ (Copper Indium

ประเภทของเซลล์แสงอาทิตย์

       เซลล์แสงอาทิตย์ที่นิยมใช้กันอยู่ในปัจจุบันจะแบ่งออกเป็น 2 กลุ่มใหญ่ ๆ คือ
        1. กลุ่มเซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากสารกึ่งตัวนำประเภทซิลิคอน จะแบ่งตามลักษณะของผลึกที่เกิดขึ้น คือ แบบที่เป็นรูปผลึก (Crystal) และแบบที่ไม่เป็นรูปผลึก (Amorphous)แบบที่เป็นรูปผลึกจะแบ่งออกเป็น 2 ชนิด คือชนิดผลึกเดี่ยวซิลิคอน (Single Crystalline Silicon Solar Cell) และชนิดผลึกรวมซิลิคอน (Poly Crystalline Silicon Solar Cell)แบบที่ไม่เป็นรูปผลึกคือ ชนิดฟิล์มบางอะมอร์ฟัสซิลิคอน   ( Amorphous Silicon Solar Cell ) กลุ่มเซลล์แสงอาทิตย์ประเภทนี้ ปัจจุบันมีประสิทธิภาพ  8-12%
        2. กลุ่มเซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากสารประกอบที่ไม่ใช่ซิลิคอน ซึ่งประเภทนี้จะเป็นเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพสูงถึง 25% ขึ้นไป แต่มีราคาสูงมาก ไม่นิยมนำมาใช้บนพื้นโลกจึงใช้งานสำหรับดาวเทียม และระบบ รวมแสงเป็นส่วนใหญ่ แต่การพัฒนาขบวนการผลิตสมัยใหม่จะทำให้มีราคาถูกลง และนำมาใช้มากขึ้นในอนาคต ซึ่งปัจจุบันมีการนำเซลล์แสงอาทิตย์ประเภทนี้มาใช้เพียง 7% ของปริมาณเซลล์แสงทิตย์ที่มีใช้งานทั้งหมด

ส่วนประกอบของเซลล์แสงอาทิตย์

        แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่ผลิตขึ้นจากเซลล์แสงอาทิตย์เพียงเซลล์เดียว จะมีค่าต่ำมาก การนำมาใช้งานจะต้องนำเซลล์หลาย ๆเซลล์ มาต่อกันแบบอนุกรมเพื่อเพิ่มค่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าให้สูงขึ้น  เซลล์ที่นำมาต่อกันในจำนวนและขนาดที่เหมาะสมเรียก

ว่า แผงเซลล์แสงอาทิตย์ (Solar Module หรือ Solar Pane)
       การทำเซลล์และแสงอาทิตย์ให้เป็นแผงก็เพื่อความสะดวก ในการนำไปใช้งาน ด้านหน้าของแผงเซลล์ ประกอบด้วยแผ่นกระจกที่มีส่วนผสมของเหล็กต่ำ ซึ่งมีคุณสมบัติในการยอมให้แสงผ่านได้ดี และยังเป็นเกราะป้องกันแผ่นเซลล์อีกด้วย แผงเซลล์จะต้องมีการป้องกันความชื้นที่ดีมาก เพราะจะต้องอยู่กลางแสงแดดกลางฝนเป็นเวลายาวนาน ในการประกอบจะต้องใช้วัสดุที่มีความคงทนและป้องกันความชื้น ที่ดี เช่น ซิลิโคนและอีวีเอ (Ethylene Vinyl Acetate) เป็นต้น เพื่อเป็นการป้องกันแผ่นกระจกด้านบนของแผงเซลล์  จึงต้องมีการทำกรอบด้วยวัสดุที่มีความแข็งแรง แต่บางครั้งก็ไม่มีความจำเป็น ถ้ามีการเสริมความแข็งแรงของแผ่นกระจกให้เพียงพอ ซึ่งก็สามารถทดแทนการทำกรอบได้เช่นกัน ดังนั้นแผงเซลล์จึงมีลักษณะเป็นแผ่นเรียบ (Iaminate) ซึ่งสะดวกในการติดตั้ง อีกทั้งปัจจุบันมีการประยุกต์ใช้แผงเซลล์อาทิตย์ชนิดฟิล์ม บางอะมอร์ฟัสซิลิคอนซึ่งสามารถตัดโค้งงอติดตั้งบนพื้นผิวที่ไม่เป็นระนาบ ได้อีกด้วย โดยส่วนประกอบของเซลล์แสงอาทิตย์สามารถแสดงได้ ดังรูปที่ 5

หลักการทำงานของเซลล์แสงอาทิตย์

       การทำงานของเซลล์แสงอาทิตย์ เป็นขบวนการเปลี่ยนพลังงานแสงเป็นกระแสไฟฟ้าได้โดยตรง โดยเมื่อแสงซึ่งเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและมีพลังงานกระทบ กับสารกึ่งตัวนำ จะเกิดการถ่ายทอดพลังงานระหว่างกัน พลังงานจากแสงจะทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของกระแสไฟฟ้า (อิเล็กตรอน)ขึ้นในสารกึ่งตัวนำ จึงสามารถต่อกระแสไฟฟ้าดังกล่าวไปใช้งานได้โดยเมื่อมีแสงอาทิตย์ตกกระทบ

เซลล์แสงอาทิตย์จะเกิดการสร้างพาหะ นำไฟฟ้าประจุลบและบวกขึ้น ได้แก่ อิเล็กตรอน และโฮล โครงสร้างรอยต่อพีเอ็นจะทำหน้าที่สร้างสนามไฟฟ้าภายในเซลล ์เพื่อแยกพาหะนำไฟฟ้าชนิดอิเล็กตรอนไปที่ขั้วลบและพาหะ นำไฟฟ้าชนิดโฮลไปที่ขั้วบวก (ปกติที่ฐานจะใช้สารกึ่งตัวนำชนิดพี ขั้วไฟฟ้าด้านหลังจึงเป็นขั้วบวก ส่วนด้านรับแสงใช้สารกึ่งตัวนำชนิดเอ็น ขั้วไฟฟ้าจึงเป็นขั้วลบ)ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าแบบกระแสตรงที่ขั้วไฟฟ้าทั้งสอง เมื่อต่อให้ครบวงจรไฟฟ้าจะเกิดกระแสไฟฟ้าไหลขึ้น ซึ่งสามารถแสดงรูปหลักการทำงานได้ดังรูปที่ 6

ข้อดีในการนำเซลล์แสงอาทิตย์มาใช้ผลิตไฟฟ้า

       1. ใช้พลังงานจากธรรมชาติ คือ แสงอาทิตย์ ซึ่งสะอาดและบริสุทธิ์ ไม่ก่อปฏิกิริยาที่จะทำให้สิ่งแวดล้อมเป็นพิษ
       2. เป็นการนำพลังงานจากแหล่งธรรมชาติมาใช้ อย่างคุ้มค่าและไม่มีวันหมดไปจากโลกนี้