พลังงานแสงอาทิตย์ แหล่งพลังงานสะอาดจากดวงอาทิตย์
ดวงอาทิตย์ คือ แหล่งกำเนิดพลังงานตามธรรมชาติที่สำคัญที่สุดแหล่งหนึ่งที่สามารถปล่อยพลังงานได้อย่างมหาศาลและต่อเนื่อง อีกทั้งยังเป็นต้นกำเนิดของพลังงานหมุนเวียนอื่น ๆ อาทิ พลังงานลมและพลังงานน้ำ
แต่เดิม พลังงานจากดวงอาทิตย์ถูกนำไปใช้โดยตรงในรูปแบบของพลังงานความร้อนและแสงสว่าง จนมาถึงในปัจจุบันที่มีการต่อยอดการใช้ประโยชน์จากพลังงานจากดวงอาทิตย์ได้สำเร็จ โดยเฉพาะในพื้นที่ประเทศไทยที่มีความได้เปรียบในพื้นที่ตั้ง ทำให้สามารถผลิตพลังงานจากดวงอาทิตย์ได้มากกว่าเขตอื่น ๆ ของโลก จึงถือเป็นอีกพลังงานทดแทนที่มีอนาคตค่อนข้างสดใส
พลังงานแสงอาทิตย์ หรือ Solar Energy คืออะไร
พลังงานแสงอาทิตย์ หรือ Solar Energy คือ พลังงานที่ได้จากรังสีที่แผ่ออกมาจากดวงอาทิตย์หรือแสงแดด ซึ่งประกอบด้วยแสงสว่างและความร้อน โดยพลังงานเหล่านี้สามารถนำไปใช้ประโยชน์ในการผลิตพลังงานที่มีประโยชน์ต่อการดำรงชีวิตของมนุษย์ ได้แก่ พลังงานไฟฟ้าและพลังงานความร้อน
เทคโนโลยีการใช้พลังงานแสงอาทิตย์เพื่อผลิตความร้อน
การผลิตความร้อนจากพลังงานแสงอาทิตย์ คือ เทคโนโลยีที่นำความร้อนจากแสงแดดมาใช้ประโยชน์โดยตรง ซึ่งส่งผลให้อุณหภูมิที่จุดนั้น ๆ สูงขึ้น ไม่ว่าจะเป็นการปรุงอาหาร การถนอมอาหาร หรือการทำน้ำอุ่น ตัวอย่างของเทคโนโลยีการใช้พลังงานแสงอาทิตย์เพื่อผลิตความร้อน ได้แก่
การผลิตน้ำร้อนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์
การผลิตน้ำร้อนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ คือ เทคโนโลยีที่ใช้อุปกรณ์เก็บรังสีอาทิตย์ (Solar Collector) ในการแปลงค่ารังสีดวงอาทิตย์เป็นพลังงานความร้อนเพื่อผลิตน้ำร้อนเก็บไว้ในถังเก็บน้ำร้อน และนำไปใช้งาน สามารถแบ่งออกเป็น 3 รูปแบบหลัก ๆ คือ การผลิตน้ำร้อนชนิดไหลเวียนตามธรรมชาติที่เหมาะสำหรับการใช้ในที่อยู่อาศัย การผลิตน้ำร้อนชนิดใช้ปั๊มน้ำหมุนเวียนที่เหมาะสำหรับโรงแรม โรงพยาบาล และอุตสาหกรรมบางประเภท และการผลิตน้ำร้อนชนิดผสมผสาน
การอบแห้งด้วยพลังงานแสงอาทิตย์
การอบแห้งด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ คือ กระบวนการดึงความชื้นออกจากวัตถุหรือผลผลิตทางการเกษตรด้วยการจ่ายลมร้อนเข้าสู่ห้องอบแห้ง โดยใช้หลักการถ่ายเทความร้อนระหว่างอากาศและความชื้นที่ผิวของวัตถุดิบเพื่อทำให้น้ำระเหยออกจากผิว ถือเป็นการใช้ประโยชน์จากพลังงานแสงอาทิตย์ในรูปของความร้อนที่มีประสิทธิภาพ ไม่เสียค่าใช้จ่ายด้านเชื้อเพลิง ไม่มีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม ช่วยลดปัญหาการปนเปื้อนจากฝุ่นละอองและการรบกวนจากแมลง ทำให้ผลิตภัณฑ์ที่ได้มีคุณภาพดีขึ้น
เทคโนโลยีการใช้พลังงานแสงอาทิตย์เพื่อผลิตไฟฟ้า
การใช้พลังงานแสงอาทิตย์เพื่อการผลิตไฟฟ้าสามารถทำได้ 2 รูปแบบ คือ การผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงและการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานความร้อน ซึ่งวิธีที่ได้รับความนิยมและมีความสำคัญที่สุดก็คือ การผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงด้วยเซลล์แสงอาทิตย์ หรือโซล่าร์เซลล์ (Solar Cell หรือ Photovoltaic Cell)
หลักการของการผลิตไฟฟ้าด้วยวิธีนี้ คือ เมื่อมีแสงอาทิตย์ตกกระทบเซลล์แสงอาทิตย์ จะเกิดการสร้างพาหะนำไฟฟ้าประจุลบและบวกขึ้น ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าแบบกระแสตรงที่ขั้วไฟฟ้าทั้งสอง เมื่อต่อให้ครบวงจรไฟฟ้าจะเกิดกระแสไฟฟ้าไหลขึ้น ซึ่งกระแสไฟฟ้าแบบกระแสตรงที่ผลิตได้จากเซลล์แสงอาทิตย์นี้สามารถนำไปใช้ได้เฉพาะกับอุปกรณ์ไฟฟ้ากระแสตรงเท่านั้น หากต้องการนำไปใช้กับอุปกรณ์ไฟฟ้ากระแสสลับหรือเก็บสะสมพลังงานไว้ใช้ต่อไป ต้องอาศัยอุปกรณ์อื่น ๆ ร่วมด้วย
เซลล์แสงอาทิตย์แบบอิสระ (Photovoltaic (PV) Stand Alone System)
เซลล์แสงอาทิตย์แบบอิสระ หรือ ระบบออฟกริด คือ ระบบผลิตไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์โดยที่ไม่ต้องเชื่อมต่อระบบไฟฟ้าจากระบบไฟฟ้าฝ่ายจำหน่าย หรือการรับไฟฟ้าผ่านโซล่าเซลล์อย่างเดียว โดยไม่รับไฟฟ้าจากทางการไฟฟ้า ซึ่งออกแบบเพื่อการใช้งานในพื้นที่ชนบทหรือพื้นที่ที่ไม่มีระบบสายส่งไฟฟ้า เช่น พื้นที่ตามป่าเขาหรือไร่นาต่าง ๆ อุปกรณ์ระบบหลักของระบบผลิตไฟฟ้าด้วยเซลล์แสงอาทิตย์แบบอิสระ คือ แผงเซลล์แสงอาทิตย์ อุปกรณ์ควบคุมการประจุแบตเตอรี่ แบตเตอรี่ และอุปกรณ์เปลี่ยนระบบไฟฟ้ากระแสตรงเป็นไฟฟ้ากระแสสลับ
เซลล์แสงอาทิตย์แบบต่อกับระบบจำหน่าย (Photovoltaic (PV) Grid Connected System)
เซลล์แสงอาทิตย์แบบต่อกับระบบจำหน่าย หรือ ระบบออนกริด คือ ระบบผลิตไฟฟ้าที่ถูกออกแบบสำหรับผลิตไฟฟ้าผ่านอุปกรณ์ที่เปลี่ยนไฟฟ้ากระแสตรงเป็นไฟฟ้ากระแสสลับ ในกรณีที่พลังงานไม่เพียงพอ ระบบจะทำการดึงไฟฟ้าจากการไฟฟ้ามาใช้งานได้โดยอัตโนมัติ และหากมีพลังงานไฟฟ้าส่วนเกินก็จะถูกจ่ายเข้าระบบจำหน่ายไฟฟ้าแห่งชาติ ดังนั้นจึงนิยมใช้ในเขตเมืองหรือพื้นที่ที่มีระบบจำหน่ายไฟฟ้าเข้าถึง อุปกรณ์ระบบที่สำคัญประกอบด้วยแผงเซลล์แสงอาทิตย์ อุปกรณ์เปลี่ยนระบบไฟฟ้ากระแสตรงเป็นไฟฟ้ากระแสสลับชนิดต่อกับระบบจำหน่ายไฟฟ้า
เซลล์แสงอาทิตย์แบบผสมผสาน (Photovoltaic (PV) Hybrid System)
เซลล์แสงอาทิตย์แบบผสมผสาน คือ ระบบผลิตไฟฟ้าที่นำข้อดีของระบบออฟกริดและระบบออนกริดมารวมไว้ด้วยกัน โดยระบบนี้จะเชื่อมต่อกับการไฟฟ้าในช่วงที่ไม่มีแดดและมีการใช้แบตเตอรี่เพื่อกักเก็บพลังงานไปใช้ในตอนกลางคืน ทำให้สามารถใช้ไฟฟ้าได้ทุกช่วงเวลา ไม่ว่าจะเป็นช่วงที่แดดแรงหรือแดดอ่อน กล่าวคือ ในช่วงกลางวัน จะใช้ไฟฟ้าจากระบบโซล่าร์เซลล์เป็นหลัก หากไฟฟ้าไม่เพียงพอ จะมีการรับไฟฟ้าส่วนที่ขาดมาจากทางการไฟฟ้า ส่วนในช่วงกลางคืน จะใช้ไฟฟ้าจากแบตเตอรี่ที่เก็บสำรองไฟฟ้าจากโซล่าเซลล์ และรับไฟฟ้าจากการไฟฟ้าอย่าง PEA และ MEA เข้ามาช่วยจ่ายอุปกรณ์ไฟฟ้า
อุปกรณ์ที่ใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้า
อุปกรณ์สำคัญที่ใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้าจากระบบโซล่าร์เซลล์มีดังนี้
แผงเซลล์แสงอาทิตย์ (Solar Module)
แผงเซลล์แสงอาทิตย์ คือ อุปกรณ์ที่ทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานไฟฟ้า ซึ่งแผงเซลล์แสงอาทิตย์แต่ละแผง (Module) จะประกอบด้วยเซลล์ (Cell) หลายตัว และแต่ละเซลล์จะมีแรงดันไฟฟ้าประมาณ 0.6-0.7 V ทำให้ในการใช้งานจริงจะต้องมีการต่ออนุกรมเซลล์หลายตัวเข้าด้วยกันเพื่อทำให้แรงดันไฟฟ้าสูงขึ้น
เครื่องควบคุมการชาร์จ (Charge Controller)
เครื่องควบคุมการชาร์จ คือ อุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ประจุกระแสไฟฟ้าที่ผลิตได้จากแผงเซลล์แสงอาทิตย์เข้าสู่แบตเตอรี่ และควบคุมการประจุกระแสไฟฟ้าให้มีปริมาณเหมาะสมกับแบตเตอรี่เพื่อยืดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ รวมถึงการจ่ายกระแสไฟฟ้าออกจากแบตเตอรี่ สำหรับระบบพลังงานแสงอาทิตย์จะใช้เครื่องควบคุมการประจุกระแสไฟฟ้าในกรณีที่มีการเก็บพลังงานไฟฟ้าไว้ในแบตเตอรี่เท่านั้น
แบตเตอรี่ (battery)
แบตเตอรี่ คือ อุปกรณ์ที่ทำหน้าที่เป็นตัวเก็บกระแสไฟฟ้าที่ผลิตได้จากแผงเซลล์แสงอาทิตย์ไว้ใช้เวลาที่ต้องการ เช่น เวลาที่ไม่มีแสงแดด แดดอ่อน หรือเวลากลางคืน มีหลายชนิดและหลายขนาดให้เลือกใช้งานตามความเหมาะสม
เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้า (inverter)
เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้า คือ อุปกรณ์ที่ทำหน้าที่แปลงพลังงานไฟฟ้าจากกระแสตรง (DC) ที่ผลิตได้จากแผงเซลล์แสงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) เพื่อให้สามารถใช้ได้กับอุปกรณ์ไฟฟ้ากระแสสลับ
ระบบป้องกันฟ้าผ่า (lightning protection)
ระบบป้องกันฟ้าผ่า คือ ระบบที่ทำหน้าที่ป้องกันความเสียหายที่เกิดกับอุปกรณ์ไฟฟ้าเมื่อฟ้าผ่า โดยทั่วไประบบป้องกันฟ้าผ่ามักใช้กับโครงการขนาดใหญ่และมีความสำคัญเท่านั้น และต้องใช้ร่วมกับระบบสายดินที่มีประสิทธิภาพด้วย
ข้อดีของพลังงานแสงอาทิตย์
- ผลิตไฟฟ้าได้ทุกขนาด ตั้งแต่ขนาดย่อย เช่น ในเครื่องคิดเลขไปจนถึงขนาดใหญ่อย่างโรงงานไฟฟ้าโดยให้ประสิทธิภาพไม่ต่างกัน ต่างจากพลังงานน้ำหรือพลังงานนิวเคลียร์ที่ประสิทธิภาพของพลังงานจะขึ้นอยู่กับขนาดของระบบ
- นำมาใช้ได้ง่ายที่สุด เพียงแค่ติดตั้งแผงเซลล์แสงอาทิตย์บนหลังคาก็สามารถผลิตไฟฟ้าใช้เองได้ภายในครัวเรือน พร้อมสร้างรายได้จากการขายปริมาณไฟฟ้าส่วนเกินได้
- เป็นแหล่งพลังงานหมุนเวียนที่ไม่ก่อให้เกิดมลภาวะใด ๆ จากกระบวนการผลิตหรือนำไปใช้งาน
- มีศักยภาพที่ดีพอสำหรับการนำไปใช้ประโยชน์หรือดำเนินกิจกรรมในชีวิตประจำวัน ทั้งการผลิตเพื่อความร้อนและการผลิตกระแสไฟฟ้า
- เป็นแหล่งพลังงานตามธรรมชาติที่ได้มาโดยไม่มีค่าใช้จ่าย ใช้แล้วเกิดขึ้นใหม่ได้ไม่รู้จบ
- ทั้งสามารถใช้ผลิตไฟฟ้าได้ทุกมุมโลกแม้บนเกาะเล็ก ๆ กลางทะเล บนยอดเขาสูง หรือพื้นที่ห่างไกล
ข้อจำกัดของพลังงานแสงอาทิตย์
- การผลิตไฟฟ้าที่ได้จากเซลล์แสงอาทิตย์อาจไม่สม่ำเสมอในบางช่วงเวลา เช่น หากมีเมฆบัง หรือฝนตกหนัก กำลังการผลิตจะลดลง
- ความเข้มของพลังงานแสงอาทิตย์ในบางพื้นที่นั้นไม่สูงมาก เมื่อต้องการพลังงานในปริมาณมาก ๆ จึงจำเป็นต้องใช้แผงเซลล์แสงอาทิตย์และพื้นที่ติดตั้งที่มากตามไปด้วย
- กระบวนการเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้าจะเกิดขึ้นได้เมื่อมีแสงเท่านั้น ดังนั้น จึงต้องมีอุปกรณ์รองรับเพื่อสลับไปใช้ระบบไฟฟ้าปกติ หรือมีแบตเตอรี่เพื่อเก็บไว้ใช้ยามสำรอง
สรุป
ในวันที่ทั่วโลกต่างเผชิญกับการเปลี่ยนแปลงด้านพลังงานและสิ่งแวดล้อมในหลากหลายรูปแบบ ประกอบกับว่าเชื้อเพลิงฟอสซิลเป็นทรัพยากรที่มีอยู่อย่างจำกัด และคาดว่าในไม่ช้า เชื้อเพลิงชนิดนี้จะหมดไปจากโลก ด้วยเหตุนี้มวลมนุษยชาติจึงพยายามคิดค้นและพัฒนาเทคโนโลยีและนวัตกรรมใหม่ ๆ มาเพื่อรองรับปัญหาการขาดแคลนพลังงาน และสิ่งหนึ่งที่มนุษย์หันไปพึ่งพานั่นคือ พลังงานทดแทน โดยหนึ่งในพลังงานทดแทนที่ถือว่าเป็นพลังงานสะอาด และมีผลกระทบต่อชีวิตและทรัพย์สินมนุษย์น้อยที่สุด คือ พลังงานจากแสงอาทิตย์
หลายประเทศมหาอำนาจมีการวิจัยและการพัฒนาโซลาร์เซลล์อย่างจริงจังจนเกิดเป็นองค์ความรู้มากมาย และมีสถิติในประเทศที่พัฒนาแล้วว่ามีการติดตั้งแผงพลังงานแสงอาทิตย์เพิ่มขึ้นทุกปี อย่างไรก็ตาม ด้วยความได้เปรียบจากที่ตั้งทางภูมิศาสตร์ ทำให้ประเทศไทยมีกำลังการผลิตพลังงานจากแสงอาทิตย์มากกว่าทุกประเทศในเอเชียตะวันออกเฉียงใต้รวมกัน แสดงให้เห็นว่าประเทศไทยมีศักยภาพพลังงานแสงอาทิตย์ที่สูง ภาครัฐและภาคเอกชนได้หันมาสนใจการผลิตและการใช้ประโยชน์จากพลังงานแสงอาทิตย์อย่างจริงจังมากขึ้นดังสะท้อนให้เห็นจากเป้าหมายและแผนพัฒนาการผลิตพลังงานไฟฟ้าจากภาครัฐ รวมถึงเป้าหมายการผลิตพลังงานไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์ในภาคเอกชนนั่นเอง
NPS ผู้นำด้านเทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์ชั้นนำของไทย
บริษัท เนชั่นแนล เพาเวอร์ ซัพพลาย จำกัด (มหาชน) หรือ NPS ผู้ผลิตและจำหน่ายไฟฟ้าและไอน้ำ มีโรงไฟฟ้าที่ดำเนินการผลิตเชิงพาณิชย์แล้วทั้งหมด 13 โรง มีกำลังการผลิตไฟฟ้าติดตั้งรวม 830.70 เมกะวัตต์ และกำลังผลิตไอน้ำติดตั้งรวม 2,661.80 ตันต่อชั่วโมง โดยมีโรงไฟฟ้า Future greenery “FG” หรือโรงไฟฟ้า 9 (PP9) เป็นโรงไฟฟ้าชีวมวลที่ใหญ่สุดในประเทศไทย และปัจจุบัน NPS โครงการโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์บนทุ่นลอยน้ำ หรือ Floating Solar Farm ใหญ่ที่สุดในประเทศไทยใน จ.ปราจีนบุรี จำนวน 3 เฟส กำลังผลิตรวม 150 MW เริ่มจ่ายไฟเชิงพาณิชย์ (COD) 2 เฟส แล้ว 60 MW และจะแล้วเสร็จเฟสที่ 3 ในปี 2567 ซึ่งโครงการโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์บนทุ่นลอยน้ำของ NPS มีส่วนช่วย หนุนนโยบายรัฐบาลที่ผลักดันให้ทุกภาคส่วนใช้พลังงานสะอาดเพื่อให้ไทยบรรลุเป้าหมายการปล่อยคาร์บอนสุทธิเป็นศูนย์ภายในปี 2593 และการปล่อยก๊าซเรือนกระจกเป็นศูนย์ (Net-zero GHG emission) ภายในปี 2608 และยังเพื่อตอบสนองความต้องการพลังงานสะอาดของลูกค้าโรงงานอุตสาหกรรมในสวนอุตสาหกรรม 304 เป็นส่วนช่วยสร้างความมั่นคงด้านสาธารณูปโภคพื้นฐานของประเทศ และสร้างความเจริญให้กับชุมชนท้องถิ่นที่อยู่รอบโรงไฟฟ้าอย่างยั่งยืน