เซลล์แสงอาทิตย์ (Solar Cell) นวัตกรรมเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ให้กลายเป็นไฟฟ้า ช่วยรักษาสิ่งแวดล้อมและเป็นมิตรต่อโลก ทางเลือกที่อาจเป็นทางหลักของพลังงานในอนาคต

เซลล์แสงอาทิตย์ หรือ โซล่าเซลล์ หรือ หรือ เซลล์สุริยะ คือ เซลล์สุริยะ สิ่งประดิษฐ์ทางอิเล็กทรอนิกส์ที่สร้างจากสารกึ่งตัวนำ โดยสามารถเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์หรือแสงจากหลอดไฟ มาเป็นพลังงานไฟฟ้าได้โดยตรง และถือเป็นพลังงานสะอาดที่ไม่สร้างมลภาวะใดๆ

ทั้งนี้ ที่มาของ เซลล์แสงอาทิตย์ มาจากคำว่า Photovoltaic ซึ่งแบ่งออกเป็น photo หมายถึง แสง และ volt หมายถึง แรงดันไฟฟ้า เมื่อรวมคำแล้วหมายถึง กระบวนการผลิตไฟฟ้าจากการตกกระทบของแสงบนวัตถุที่มีความสามารถในการเปลี่ยนพลังงานแสงเป็นพลังงานไฟฟ้าได้โดยตรง แนวความคิดนี้ได้ถูกค้นพบมาตั้งแต่ ปี ค.ศ. 1839 แต่เซลล์แสงอาทิตย์ก็ยังไม่ถูกสร้างขึ้นมา

ต่อมาใน ปี ค.ศ. 1954 จึงมีการประดิษฐ์เซลล์แสงอาทิตย์ และได้ถูกนำไปใช้เป็นแหล่งจ่ายพลังงานให้กับดาวเทียมในอวกาศ เมื่อ ปี ค.ศ. 1959 โดย เซลล์แสงอาทิตย์ เป็นสิ่งประดิษฐ์ที่ทำจากสารกึ่งตัวนำ อาทิ ซิลิคอน , แกลเลี่ยม อาร์เซไนด์, อินเดียม ฟอสไฟด์ , แคดเมียม เทลเลอไรด์ และ คอปเปอร์ อินเดียม ไดเซเลไนด์ เป็นต้น

เมื่อได้รับแสงอาทิตย์โดยตรงก็จะเปลี่ยนเป็นพาหะนำไฟฟ้า และจะถูกแยกเป็นประจุไฟฟ้าบวกและลบเพื่อให้เกิดแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วทั้งสองของเซลล์แสงอาทิตย์ เมื่อนำขั้วไฟฟ้าของเซลล์แสงอาทิตย์ต่อเข้ากับอุปกรณ์ไฟฟ้ากระแสตรง กระแสไฟฟ้าจะไหลเข้าสู่อุปกรณ์เหล่านั้น ทำให้สามารถทำงานได้

การทำงานของ เซลล์แสงอาทิตย์

เซลล์แสงอาทิตย์ ประกอบด้วยแผ่นกึ่งตัวนำ 2 ชั้น ชั้นบนทำด้วยซิลิคอนผสมฟอสฟอรัส ทำหน้าที่เป็นขั้วไฟฟ้าลบ และชั้นล่างทำด้วยซิลิคอนผสมโบรอน ทำหน้าที่เป็นขั้วไฟฟ้าบวก

ในส่วนของชั้นบนจะบางกว่าชั้นล่าง เพื่อให้แสงอาทิตย์สามารถส่องทะลุผ่านไปถึงชั้นล่างได้ แสงอาทิตย์จะเป็นตัวทำให้เกิดความต่างศักย์ไฟฟ้า เมื่อต่อวงจรไฟฟ้าจะเกิดกระแสไฟฟ้าไหลออกจากแผ่นบนผ่านหลอดไฟจะสว่าง แล้วกระแสไฟฟ้าจะไหลกลับเข้าที่แผ่นล่าง

อนึ่ง กระแสไฟฟ้าจะมากหรือน้อย ขึ้นอยู่กับความเข้มของแสงอาทิตย์ที่กระทบเซลล์ ถ้าความเข้มของแสงอาทิตย์มากก็จะได้กระแสไฟฟ้ามาก เซลล์สุริยะถูกนำมาใช้งานหลายด้าน เช่น นาฬิกา เครื่องคำนวณ ยานอวกาศ และดาวเทียม เป็นต้น

จุดเด่นของพลังงานจากเซลล์แสงอาทิตย์

พลังงานจากเซลล์แสงอาทิตย์ มีข้อดีที่ชัดเจนคือการนำพลังงานที่ไม่มีวันหมดมาใช้ โดยเมื่อทำการติดตั้งแผงโซล่าเซลล์ กระบวนการภายในของมันจะช่วยเปลี่ยนพลังงานจากแสงอาทิตย์ให้กลายเป็นพลังงานไฟฟ้า โดยแสงอาทิตย์คือพลังงานที่ไม่มีวันหมดไปจากโลกของเรา

ดังนั้นจึงมั่นใจได้ว่าการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานธรรมชาติอย่างแสงอาทิตย์จะเป็นกระบวนการที่สามารถทำได้เรื่อยๆ ตลอดไป ไม่มีวันหมด ทำให้มนุษย์มีพลังงานไฟฟ้าใช้อย่างเพียงพอในชีวิตประจำวันแบบยั่งยืน

ขณะที่การใช้แสงแดด ทำให้สามารถผลิตพลังงานได้จากทุกที่ ขอแค่มีแสงแดดส่องถึง ซึ่งปริมาณการผลิตไฟฟ้าก็จะแตกต่างกันออกไปตามพื้นที่แต่ละแห่ง รวมถึงตามปริมาณแสงแดดที่มากหรือน้อยตามสภาพภูมิประเทศหรือภูมิอากาศของพื้นที่ รวมถึงยังไม่ก่อมลพิษกับกระบวนการที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม เป็นพลังงานสะอาดอย่างแท้จริง

นอกจากนี้ แม้ว่าจะมีค่าใช้จ่ายสูงในการซื้อและติดตั้งแผงเซลล์แสงอาทิตย์ แต่ก็ช่วยให้ประหยัดค่าใช้จ่ายในระยะยาว เนื่องจากพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานที่สามารถนำมาใช้ได้ฟรีๆ ไม่มีวันหายไปไหน และยังช่วยรักษาสิ่งแวดล้อม

ประเภทของเซลล์แสงอาทิตย์

เซลล์แสงอาทิตย์ สามารถแบ่งออกเป็น 3 ประเภทหลักๆ ได้แก่

• เซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากซิลิคอน ชนิดผลึกเดี่ยว คือเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดแรกๆ ที่ได้รับการผลิต และจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ มีลักษณะเป็นแผ่นซิลิคอนหนาประมาณ 300 ไมครอน หรือที่เรียกว่า เวเฟอร์ และชนิดผลึกรวม ลักษณะเป็นแผ่นซิลิคอนแข็งและบางมากเป็นเซลล์แสงอาทิตย์ที่ได้รับการพัฒนาขึ้น เพื่อ ลดต้นทุนของโซลาร์เซลล์แบบผลึกเดี่ยว ซึ่งยังคงคุณสมบัติและประสิทธิภาพการใช้งาน ใกล้เคียงกับแบบผลึกเดี่ยวมากที่สุด ซึ่งโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ส่วนใหญ่ในประเทศไทยจะนิยมใช้เซลล์แสงอาทิตย์ประเภทนี้
• เซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากอะมอร์ฟัสซิลิคอน คือเทคโนโลยีใหม่ที่ได้รับการคิดค้นและพัฒนาขึ้น เพื่อประหยัดต้นทุนและเวลาในการผลิต เนื่องจากเป็นฟิลม์บางเพียง 0.5 ไมครอน น้ำหนักเบามาก มีความยืดหยุ่นกว่าแบบผลึก เหมาะกับการใช้ในโครงการโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่ ให้ประสิทธิภาพ 5-10%
• เซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากสารกึ่งตัวนำอื่นๆ อาทิ แกลเลี่ยม อาร์เซไนด์, แคดเมียม เทลเลอไรด์ และคอปเปอร์ อินเดียม ไดเซเลไนด์ เป็นต้น มีทั้งชนิดผลึกเดี่ยว และผลึกรวม ซึ่งเซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากแกลเลี่ยม อาร์เซไนด์ โดยให้ประสิทธิภาพสูงถึง 20-25%

ด้วยคุณสมบัติและข้อดีต่างๆ ทำให้พลังงานจากเซลล์แสงอาทิตย์ได้ชื่อว่าเป็นเทรนด์แห่งอนาคต ซึ่งรถยนต์พลังงานไฟฟ้าก็เป็นอีกนวัตกรรมทางอ้อมที่เกิดขึ้นจากพลังของแสงอาทิตย์ แต่ที่น่าสนใจกว่าคือในอนาคตอาจมี รถยนต์เทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์เกิดขึ้นก็ได้

อย่างไรก็ตาม แม้ว่าเซลล์แสงอาทิตย์จะมีคุณประโยชน์มากมาย แต่ก็มีข้อควรระวังคือการจัดการกับแผงเซลล์แสงอาทิตย์ที่หมดอายุ ซึ่งหากจัดการไม่ดี จะก่อให้เกิดปัญหาสิ่งแวดล้อมหรือก๊าซเรือนกระจก เพราะตัวแผงเซลล์แสงอาทิตย์มีสารคาร์บอนไดออกไซด์และสารไดออกซินที่เกิดจากการเผาที่ไม่ถูกต้อง และการแพร่กระจายของสารโลหะหนักอีกด้วย

สืบค้นและเรียบเรียง สิทธิโชติ สุภาวรรณ์ 

ภาพจาก U.S. Navy photo by Chief Mass Communication Specialist Bill Mesta/Released

ข้อมูลอ้างอิง

https://www.trueplookpanya.com/learning/detail/33740

https://www.leonics.co.th/html/th/aboutpower/solar_knowledge.php

https://th.wikipedia.org/wiki/เซลล์แสงอาทิตย์

อ่านเพิ่มเติม “ดวงอาทิตย์เทียม” ทุบสถิติ สร้างพลังงาน ให้บ้าน 12,000 หลังเป็นเวลา 5 วินาที