หลักการทำงาน, โครงสร้าง, การบำรุงรักษาและอายุการใช้งานแผงโซล่าเซลล์

โซล่าเซลล์ (Solar Cell)

เป็นพลังงานทดแทน (Renewable Energy) ที่สะอาดอีกทางเลือกหนึ่ง ซึ่งนับว่าเป็นที่สนใจมากในปัจจุบัน โซล่าเซลล์ใช้เทคโนโลยีอิเล็คทรอนิกส์ของสารกึ่งตัวนำซิลิคอน (Silicon Semiconductor) สองชนิดมาต่อกัน ซึ่งเรียกว่าพีและเอ็น (P-N) เป็นส่วนประกอบสำคัญในการเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานไฟฟ้า

หลักการทำงานของโซล่าเซลล์ (Solar Cell)

โซล่าเซลล์เป็นเทคโนโลยีการสร้างรอยต่อ P และ N ของผลึกซิลิคอน โดยทำให้ซิลิคอนไม่บริสุทธิ์ด้วยการเติมธาตุที่มีอิเล็กตรอนวงนอกสุดลงไป และนำซิลิคอนมาต่อกัน โดยวางซ้อนกันเป็นชั้นบางๆ ทำให้ได้ซิลิคอนที่มีสมบัติทางไฟฟ้าที่ต่างกันระหว่าง P และ N เมื่อมีแสงที่มีอนุภาคเป็นโฟตอน (Photon) มาตกกระทบลงบนแผ่นซิลิคอน จะส่งผลให้อิเล็กตรอนในแต่ละชั้นของซิลิคอนไม่สมดุลกันระหว่างชั้นเซลล์ เมื่อนำขั้วไฟฟ้าสองอันมาต่อที่ปลายซิลิคอน จะทำให้เกิดแรงดันขึ้นระหว่างขั้วไฟฟ้า  ปกติแต่ละเซลล์จะให้แรงดันไฟฟ้าประมาณ 0.5 โวลล์ ซึ่งแผงโซล่าเซลล์เกิดจากหลายๆ เซลล์มาต่อกันภายในแผง ทำให้ได้แรงดันไฟฟ้าที่ต้องการ เช่น ถ้านำเซลล์ 48 เซลล์มาต่อกัน ก็จะได้แรงดันไฟฟ้าเท่ากับ 24 โวลท์ เมื่อนำอุปกรณ์ไฟฟ้ามาต่อที่ขั้วบวกและลบของแผงโซลล่าร์เซลล์ก็จะทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าไหลครบวงจร ทำให้อุปกรณ์ไฟฟ้าสามารถทำงานได้

ชนิดของโซล่าเซลล์ ซึ่งแบ่งออกตามโครงสร้างทางกายภาพได้ดังนี้

1. โซล่าเซลล์ชนิดผลึกเดี่ยวซิลิคอน (Single Crystalline Silicon Solar Cell)

ซิลิคอนเป็นวัสดุสารกึ่งตัวนำ ที่มีราคาค่อนข้างถูก เนื่องจากเป็นธาตุที่มีมากและสามารถถลุงได้จากหินและทราย นิยมใช้สารกึ่งตัวนำซิลิคอนในงานอุตสาหกรรมประเภทอิเล็กทรอนิกส์ เป็นส่วนประกอบสำคัญของทรานซิสเตอร์และไอซี รวมทั้งโซล่าเซลล์ด้วย

2. โซล่าเซลล์ชนิดผลึกโพลีซิลิคอน (Polycrystalline Silicon Solar Cell)

หรือเรียกว่า Multi-crystalline Silicon Solar Cell เป็นการพัฒนาเทคโนโลยีจากโซลล่าเซลล์ชนิดผลึกเดี่ยวซิลิคอน จนกลายมาเป็นโซล่าเซลล์ชนิดผลึกโพลีซิลิคอน วัตถุประสงค์หลักก็เพื่อลดต้นทุนการผลิตที่ต่ำกว่าโซล่าเซลล์ชนิดผลึกเดี่ยวซิลิคอน จึงทำให้ราคาขายของแผงโซล่าเซลล์ชนิดผลึกโพลีซิลิคอนถูกกว่านั่นเอง แต่ต้องยอมรับว่าประสิทธิภาพพลังงานไฟฟ้าที่ได้รับ ก็จะต่ำกว่าเล็กน้อยเมื่อเทียบกับแผงโซล่าเซลล์ชนิดผลึกเดี่ยวซิลิคอน อย่างไรก็ตามแผงโซล่าเซลล์ชนิดผลึกโพลีซิลิคอน (Polycrystalline Silicon Solar Cell) ยังคงได้รับความนิยมและใช้งานกันอย่างแพร่หลายเลยทีเดียว  นั่นอาจเป็นเพราะเรื่องของราคาที่ถูกกว่าและประสิทธิภาพที่สามารถยอมรับได้

 

3. โซล่าเซลล์ชนิดฟิล์มบางอะมอร์ฟัสซิลิคอน (Amorphous Silicon Solar Cell)

เป็นธาตุซิลิคอนที่มีลักษณะไม่เป็นผลึก แต่มีลักษณะเป็นแผ่นฟิมล์มบางอาจบางถึง 300 นาโนเมตร น้ำหนักเบา ไม่เป็นมลพิษกับสิ่งแวดล้อม ด้วยคุณลักษณะเฉพาะตัวนี้จึงนิยมนำมาใช้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าขนาดเล็ก ที่กินไฟน้อย เช่น นาฬิกาข้อมือ และเครื่องคิดเลข

การบำรุงรักษาแผงโซล่าเซลล์และอายุการใช้งาน

ค่าบำรุงรักษาแผงโซล่าเซลล์ค่อนข้างต่ำเพราะจะมีแค่เรื่องการทำความสะอาดฝุ่นที่เกิดบนแผงโซล่าเซลล์เท่านั้น จึงทำให้แผงโซล่าเซลล์มีอายุการใช้งานได้นานถึง 20 ปี หรือมากกว่านั้น เพราะเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าชนิดที่ไม่มีส่วนใดของตัวมันมีการเคลื่อนที่ เหมือนกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าชนิดหมุนประเภทเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเครื่องยนต์ดีเซล เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแก๊สเทอร์ไบน์ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังงานไอน้ำนั่นเอง