หลักการทำงานและการใช้งานทั่วไปของเซลล์แสงอาทิตย์
- โครงสร้างของเซลล์แสงอาทิตย์ที่นิยมใช้กันมากที่สุดได้แก่รอยต่อพีเอ็นของสารกึ่งตัวนำซึ่งวัสดุสารกึ่งตัวนำที่ราคาถูกที่สุดและมีมากที่สุดบนพื้นโลกได้แก่ซิลิกอนซึ่งถลุงได้จากควอตไซต์ หรือทรายและผ่านขั้นตอนการทำให้บริสุทธิ์ตลอดจนการทำให้เป็นผลึก
- เซลล์แสงอาทิตย์หนึ่งแผ่นอาจมีรูปร่างเป็นแผ่นวงกลม (เส้นผ่นศูนย์กลาง5นิ้ว)หรือสี่เหลี่ยมจัตุรัส (ด้านละ 5 นิ้ว ) มีควมหนา 200 – 400ไมครอน ( ประมาณ 0.2 – 0.4 มิลลิเมตร ) และต้องนำมาผ่านกระบอนการแพร่ซึมสารเจือปนในเตาอุณหภูมิสูง
( ประมาณ1000C )เพื่อสร้างรอยต่อ P-N ขั้วไฟฟ้าด้านหลังเป็นผิวสัมผัสโลหะเต็มหน้าส่วนขั้วไฟฟ้าด้านหน้าที่รับแสงจะมีลักษณะเป็นลายเส้นคล้ายก้างปลา - เมื่อมีแสงอาทิตย์ตกกระทบกับเซลล์แสงอาทิตย์จะเกิดการสรางพาหะนำไฟฟ้าประจุลบ และประจุบวก ขึ้นซึ่งได้แก่อิเล็กตรอนและโฮลโครงสร้างรอยต่อพีเอ็นจะทำหน้าที่สร้างสนามไฟฟ้าภายในเซลล์เพื่อแยกพาหะไฟฟ้าชนิดอิเล็กตรอนให้ไหลไปที่ขั้วลบและทำให้พาหะนำไฟฟ้าชนิดโฮลไหลไปที่ขั้วบวก ด้วยเหตุนี้ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าแบบกระแสตรงขึ้นที่ขั้วทั้งสองเมื่อเราต่อเซลล์แสงอาทิตย์เข้ากับเครื่องใช้ไฟฟ้า( เช่นหลอดแสงสว่าง มอเตอร์ เป็นต้น)ก็จะมีกระแสไฟฟ้าไหลในวงจร
- เซลล์แสงอาทิตย์ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง5นิ้วจะให้กระแสไฟฟ้าลัดวงจรประมาณ3แอมแปร์และให้แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดประมาณ 0.5 โวลต์ถ้าต้องการให้ได้กระแสไฟฟ้ามากๆก็ทำได้โดยการนำเซลล์มาต่อขนานกันหรือถ้าต้องการให้ได้รแรงดันสูงๆ
ก็นำเซลล์มาต่ออนุกรมกันเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีขายในท้องตลาดจะถูออกแบบให้อยู่ในกรอบอลูมินั่มสี่เหลี่ยมผืนผ้าซึ่งเรียกว่า แผง หรือ โมดูล - เนื่องจากกระแสไฟฟ้าที่ไหลออกจากเซลล์แสงอาทิตย์เป็นชนิดกระแสตรง ดังนั้นถ้าผู้ใช้ต้องการนำไปจ่ายไฟฟ้าให้กับอุปกรณ์ ไฟฟ้ากระแสสลับต้องต่อเซลล์แสงอาทิตย์เข้ากับอินเวอร์เตอร์ ( Inverter) ซึ่งเป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าจากกระแสตรงให้เป็นกระแสสลับก่อน
- ถ้าจ่ายไฟฟ้าให้เฉพาะเครื่องใช้ไฟฟ้ากระแสตรงในเวลากลางวันเช่นหลอดแสงสว่างกระแสตรงสามารถต่อเซลล์แสงอาทิตย์กับเครื่องใช้ไฟฟ้ากระแสตรงได้โดยตรง
- ถ้าจ่ายไฟฟ้าให้กับเครื่องใช้ไฟฟ้ากระแสสลับในเวลากลางวันเช่นตู้เย็นเครื่องปรับอากาศในระบบจะต้องมีอินเวอร์เตอร์ด้วย
- ถ้าต้องการใช้ไฟฟ้าในเวลากลางคืนด้วยจะต้องมีแบตเตอรี่เข้ามาใช้ในระบบด้วย
กล่องควบคุมการประจุไฟฟ้าทำหน้าที่
1.เลือกว่าจะส่งกระแสไฟฟ้าไปยังอินเวอร์เตอร์หรือส่งไปยังแบตเตอรี่หรือ
2.ตัดเซลล์แสงอาทิตย์ออกจากระบบและต่อแบตเตอรี่ตรงไป ยังอินเวอร์เตอร์
อินเวอร์เตอร์เป็นอุปกรณ์ที่แปลงกระแสไฟฟ้าตรงเป็นกระแสไฟฟ้าสลับในการแปลงดังกล่าวจะเกิดการสูญเสียขึ้นเสมอโดยทั่วไปประสิทธิภาพของอินเวอร์เตอร์มีค่าประมาณร้อยละ 85-90 หมายความว่าถ้าต้องการใช้ไฟฟ้า 85-90 วัตต์เราควรเลือกใช้อิน
เวอร์เตอร์100 วัตต์เป็นต้น ในการใช้งานเราควรติดตั้งอินเวอร์เตอร์ในที่ร่มอุณหภูมิไม่เกิน 40 C °ความชื้นไม่เกินร้อยละ 60 อากาศระบายได้ดี ไม่มีสัตว์เช่น หนู งู มารบกวน และมีพื้นที่ให้บำรุงรักษาได้เพียงพอ
สถานที่ติดตั้งแผงเซลล์แสงอาทิตย์ควรเป็นที่โล่งไม่มีเงามาบังเซลล์ไม่อยู่ใกล้สถานที่เกิดฝุ่นอาจอยู่บนพื้นดินหรือบนหลังคาบ้าน ก็ได้ควรวางแผงเซลล์ให้มีความลาดเอียงประมาณ10- 18 องศาจากระดับแนวนอนและหันหน้าไปทางทิศใต้(สำหรับประเทศไทย)การวางแผงเซลล์ให้มีความลาดดังกล่าวจะช่วยให้เซลล์รับแสงอาทิตย์ได้มากที่สุดและช่วยระบายน้ำฝนได้รวดเร็ว
การใช้เซลล์แสงอาทิตย์ในประเทศไทย
ประเทศไทยได้เริ่มมีการใช้งานจากเซลล์แสงอาทิตย์ เมื่อปี พ.ศ. 2519 โดยหน่วยงานกระทรวงสาธารณสุข และมูลนิธิแพทย์อาสาฯ มีจำนวนประมาณ 300 แผง แต่ละแผงมีขนาด 15/30 วัตต์ และนับเป็นครั้งแรกที่ได้มีนโยบายและแผน ระดับชาติด้าน เซลล์แสงอาทิตย์ บรรจุลงใน แผนพัฒนาฯ ฉบับที่ 4 (พ.ศ. 2520-2524) การติดตั้งแผงเซลล์แสงอาทิตย์ ได้ติดตั้ง ใช้งาน อย่าง จริงจัง ในปลายปีของ แผนพัฒนาฯ ฉบับที่ 6 (พ.ศ. 2530-2534) โดยมี กรมพัฒนาและส่งเสริมพลังงาน กรมโยธาธิการ การไฟฟ้าส่วนภูมิภาค และการไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย ที่เป็นหน่วยงานหลัก ในการนำเซลล์แสงอาทิตย์ใช้ผลิตพลังงานไฟฟ้า เพื่อใช้งานในด้านแสงสว่าง ระบบโทรคมนาคม และเครื่องสูบน้ำ
ข้อมูลของการติดตั้งเซลล์แสงอาทิตย์ เพื่อใช้งานในประเทศไทย จนถึงปี พ.ศ. 2540 มีหน่วยงานต่างๆ ได้ติดตั้ง เซลล์ ขึ้นสาธิตใช้งานในลักษณะต่างๆ รวมกันแล้วประมาณ 3,734 กิโลวัตต์ ลักษณะการใช้งาน จะเป็นการติดตั้งใช้งานใน พื้นที่ที่ห่างไกล เป็นสถานีเติม ประจุแบตเตอรี 39% ระบบสื่อสารหรือสถานีทวนสัญญาณ ของ องค์การโทรศัพท์แห่งประเทศไทย 28% ระบบสูบน้ำด้วย พลังงานแสงอาทิตย์ 22% ระบบไฟฟ้าหมู่บ้านที่ห่างไกล 5% และ สัดส่วนที่เหลือจะติดตั้งใน โรงเรียนประถมศึกษา สาธารณสุข และ ไฟสัญญาณไฟกระพริบ
การไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย (กฟผ.) ได้ติดตั้งเซลล์แสงอาทิตย์ มาตั้งแต่ปี พ.ศ. 2521 เพื่อใช้งานในกิจการต่างๆ ของ กฟผ. ปัจจุบันติดตั้งใช้งานไปแล้ว ประมาณ 70 กิโลวัตต์ โดย กฟผ. ได้ทำการสาธิตการผลิตไฟฟ้า โดยใช้ เซลล์แสงอาทิตย์ ร่วมกับพลังงานชนิดอื่นๆ เช่น พลังน้ำ พลังงานลม แล้วส่งพลังงานที่ผลิตได้เข้าระบบจำหน่ายของการไฟฟ้าภูมิภาคต่อไป กฟผ. ยังได้สาธิตการผลิตไฟฟ้า จากเซลล์แสงอาทิตย์ โดยไม่ใช้แบตเตอรี่
ในระบบ บ้านแสงอาทิตย์ เป็นหลังแรกของประเทศไทย ตั้งอยู่ในบริเวณ สถานีพลังงาน แสงอาทิตย์สันกำแพง หมู่บ้านสหกรณ์ 2 อ. สันกำแพง จ.เชียงใหม่ โดยทำการติดตั้งแผงเซลล์แสงอาทิตย์จำนวน 44 แผง รวมกำลังการผลิต 2.5 กิโลวัตต์