ไฟฟ้าที่ผลิตได้จากพลังงานแสงอาทิตย์

 ไฟฟ้าที่ผลิตได้จากพลังงานแสงอาทิตย์

     

เมื่อฟ้าผ่าลงมา พบว่าเกิดพลังงานหลายชนิด เช่น ไฟฟ้า ความร้อน แสงและเสียง ฯลฯ

"เส้นทางสู่พลังงานสีเขียว" ครั้งนี้จะมาดูกันที่ผลิตผลจากระบบเซลล์แสงอาทิตย์ ซึ่งก็คือ ไฟฟ้า แต่ไฟฟ้าคืออะไรและไฟฟ้าที่ผลิตได้จากพลังงานแสงอาทิตย์เป็นอย่างไร ต้องไปทำความรู้จักกันสักหน่อยแล้ว ไฟฟ้าคืออะไร คนส่วนมากถ้าพูดถึงไฟฟ้าจะนึกถึงหลอดไฟฟ้า, โทรทัศน์, ตู้เย็นหรือเครื่องใช้ไฟฟ้าอื่นๆ ในความเป็นจริงแล้ว ไฟฟ้ามีประโยชน์และมีความสำคัญมากกว่านั้น เราต้องมาค้นหาคำตอบ... อธิบายได้ว่า ไฟฟ้าเป็นปรากฏการณ์ชนิดหนึ่งที่เกิดขึ้นจากประจุไฟฟ้าที่มีอยู่ ซึ่งก็คือโปรตอน - อนุภาคที่มีไฟฟ้าบวก และอิเล็กตรอน - อนุภาคทีมีไฟฟ้าลบ1 ไฟฟ้าเกิดขึ้นได้อย่างไร มาขยายความกันต่อไป... วัตถุประกอบด้วยอะตอมจำนวนมาก อะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสและอิเล็กตรอน ภายในนิวเคลียสนั้นมีโปรตอนและนิวตรอน จำนวนของโปรตอนจะเท่ากับอิเล็กตรอนเสมอ โดยอิเล็กตรอนหมุนรอบนิวเคลียสด้วยวงโคจรที่แน่นอนเพราะมีแรงดึงดูดระหว่างประจุไฟฟ้าของโปรตอนและอิเล็กตรอน ซึ่งทำให้อิเล็กตรอนติดอยู่กับอะตอม แต่เมื่อมีอิทธิพลจากภายนอกมากระทำ อิเล็กตรอนที่อยู่วงโคจรนอกสุดสามารถหลุดจากวงโคจรและเคลื่อนไหวได้อย่างอิสระระหว่างอะตอม เนื่องจากเราไม่สามารถมองเห็นไฟฟ้าจึงอาจจะเข้าใจได้ยาก ดังนั้น "ระบบน้ำ" จะเป็นตัวอย่างที่ใช้เปรียบเทียบกับระบบไฟฟ้า ถึงแม้ระบบการทำงานของทั้งสองจะไม่เหมือนกันเลยทีเดียว แต่แนวความคิดเกี่ยวกับแรงดัน, ปริมาณ, อัตราการไหล, ความต้านทานการไหล, กำลังและพลังงานของทั้งสองระบบเหมือนกัน

แรงดัน แรงดันน้ำ คือ แรงที่กระทำให้น้ำไหลไปตามท่อ หน่วยทั่วไปที่ใช้วัดคือ กิโลกรัมต่อตารางเมตร (kg/m2) การส่งน้ำไปตามท่อยาวระยะไกลจึงต้องใช้แรงดันที่สูงมาก ส่วนแรงดันไฟฟ้า เป็นแรงที่กระทำต่ออิเล็กตรอนทำให้เกิดการไหลหรือเกิดกระแสไฟฟ้าไหลไปตามสายไฟ หน่วยที่ใช้ คือ โวลต์ (volt) ในการส่งไฟฟ้าไปยังพื้นที่ห่างไกลหรือแหล่งที่ต้องการกำลังไฟฟ้าสูงต้องใช้แรงดันไฟฟ้าสูง (มากกว่า 1,000 โวลต์) ปริมาณ ปริมาณน้ำที่เก็บอยู่ในถังเก็บน้ำ หน่วยที่นิยมใช้ คือ ลิตร (liter) และแกลลอน (gallon) หรืออาจใช้ลูกบาศก์เมตร (meter3) หรือคิวบิคเมตร (cubic meter) ก็ได้ (1 ลูกบาศก์เมตร = 1,000 ลิตร) สำหรับปริมาณไฟฟ้า หน่วยที่ใช้วัด คือ คูลอมบ์ (Coulomb) หรืออีกหน่วยที่ใช้กัน คือ แอมแปร์-ชั่วโมง (ampere-hour) โดยปริมาณไฟฟ้า 1 แอมแปร์-ชั่วโมง = 3,600 คูลอมบ์ อัตราการไหล อัตราการไหลของน้ำ คือ ปริมาณน้ำที่ไหลไปตามท่อในช่วงเวลาหนึ่ง บอกเป็นลิตรต่อนาที หรือแกลลอนต่อชั่วโมง แต่ไฟฟ้าเคลื่อนที่ไปตามสายไฟนั้นเรียกว่า กระแส มีหน่วยวัดเป็นแอมแปร์ (ampere) ซึ่ง 1 แอมแปร์ คือ ปริมาณไฟฟ้า 1 คูลอมบ์ที่ไหลไปตามสายไฟในระยะเวลา 1 วินาที

ความต้านทานการไหล การที่น้ำมีการเคลื่อนที่หรือน้ำไหลไปตามท่อ ภายในท่อจะเกิดแรงต้านการไหลของน้ำเรียกว่า ความต้านทานการไหลหรือความต้านทาน ซึ่งจะเพิ่มขึ้นโดยแปรผันตามความยาวของท่อ สำหรับไฟฟ้าที่ไหลไปตามสายไฟก็มีความต้านทานการไหลของไฟฟ้าเกิดขึ้นในสายไฟและจะเพิ่มขึ้นโดยแปรผันตามความยาวของสายไฟเช่นเดียวกัน หน่วยของความต้านทานไฟฟ้าที่ใช้ คือ โอห์ม (ohm) เราสามารถสรุปความสัมพันธ์ของคุณสมบัติของน้ำและไฟฟ้าได้ดังนี้

แรงดันน้ำ = อัตราการไหล x ความต้านทานการไหลหรือ อัตราการไหล = แรงดัน / ความต้านทานการไหลหรือ ความต้านทานการไหล = แรงดัน / อัตราการไหล

แรงดันไฟฟ้า = กระแส x ความต้านทานหรือ กระแส = แรงดันไฟฟ้า / ความต้านทานหรือ ความต้านทาน = แรงดันไฟฟ้า / กระแส

กำลัง กำลัง คือ ความสามารถในการทำงาน กำลังน้ำ คุณสามารถสัมผัสได้โดยนำมือไปรองน้ำจากก๊อก กระแสน้ำจะดันมือคุณ การไหลของน้ำทำให้เกิดกำลังของกระแสน้ำและจะเพิ่มขึ้นเมื่อแรงดันน้ำหรืออัตราการไหลเพิ่มขึ้น ดังคุณสมบัติที่ว่า กำลัง = แรงดัน x อัตราการไหล สำหรับกำลังไฟฟ้า คุณไม่อาจสัมผัสได้ แต่รู้ความหมายได้ว่า คือ ปริมาณงานที่ทำโดยกระแสไฟฟ้าในช่วงเวลาหนึ่ง เมื่อกระแสไหลในวงจรที่มีตัวต้านทานจะทำให้เกิดงาน2 โดยกำลังไฟฟ้า = แรงดันไฟฟ้า x กระแส มีหน่วยเป็นวัตต์ (watt)

พลังงาน พลังงาน คือ งานทั้งหมดที่ได้กระทำ พลังงานไฟฟ้าก็เป็นรูปแบบหนึ่งของพลังงานที่เกิดขึ้นในสนามไฟฟ้าหรือสนามแม่เหล็ก3 พลังงานที่เกิดขึ้นอยู่กับกำลังที่มีกับระยะเวลาที่ใช้กำลัง เท่ากับว่า กำลัง x ระยะเวลาที่ใช้กำลัง จะได้พลังงาน โดยมีหน่วยเป็นวัตต์-ชั่วโมง (watt-hour) หรือจูล (Joule) ในระบบ SI วงจร ระบบกักเก็บน้ำฝนที่มีการต่อท่อและก๊อกอยู่ตรงปลาย อาจทำได้ทั้งแบบท่อเดียวจุดเดียวหรือแยกเป็นหลายท่อต่อไปยังจุดต่างๆ ท่อและจุดเชื่อมต่อรวมกันเรียกว่า วงจรน้ำ การไหลของน้ำจากถังเก็บไปยังอุปกรณ์ต้องมีท่อลำเลียงไป ระบบเซลล์แสงอาทิตย์ มีทั้งแบบที่ต่อจากแบตเตอรี่ไปยังเครื่องใช้ไฟฟ้าโดยตรง และแบบที่ซับซ้อนมากขึ้น ประกอบด้วยแบตเตอรี่หลายลูกและเครื่องใช้ไฟฟ้าหลายชนิด ส่วนประกอบต่างๆ เชื่อมต่อกันอย่างต่อเนื่องด้วยสายไฟเกิดเป็นวงจรไฟฟ้า

ไฟฟ้ากระแสตรงและไฟฟ้ากระแสสลับ คุณลองนึกถึงระบบไฟฟ้าแบบง่ายๆ เช่น ไฟฟ้าที่มาจากแบตเตอรี่โดยตรงไหลไปตามสายไฟถึงจุดใช้งานที่มีหลอดไฟฟ้า นั่นคือ ไฟฟ้ากระแสตรง หรือ DC เช่นเดียวกับแผงเซลล์แสงอาทิตย์และแบตเตอรี่ที่ให้ไฟฟ้ากระแสตรง ส่วนไฟฟ้าที่ไหลไปทางเดียวในช่วงเวลาสั้นๆ แล้วไหลกลับไปทางอื่นอีกและไหลกลับไปกลับมาเรียกว่า ไฟฟ้ากระแสสลับ หรือ AC เพราะไฟฟ้ามีการเปลี่ยนทิศทางการไหลกลับไปกลับมาอย่างสม่ำเสมอ ตัวอย่างเช่น ไฟฟ้าจากแหล่งกำเนิดไฟฟ้าขนาดใหญ่ เช่น โรงไฟฟ้า ข้อแตกต่างของไฟฟ้า 2 ชนิดนี้คือ AC จะไม่มีขั้วเพราะขั้วเป็นตัวบ่งชี้ทิศทางการไหลของไฟฟ้า ในระบบ AC ไฟฟ้าไหลกลับไปกลับมาหลายครั้งใน 1 วินาที นอกจากนี้ AC ยังใช้แพร่หลายมากกว่าโดยใช้ในระบบกำลังไฟฟ้าขนาดใหญ่ ส่วน DC นำไปใช้ในระบบขนส่งซึ่งจะให้ประสิทธิภาพที่ดีกว่า แต่มีข้อด้อยคือ การผลิตจำนวนมากทำได้ยาก ระบบเซลล์แสงอาทิตย์มีแผงเซลล์แสงอาทิตย์ผลิตไฟฟ้ากระแสตรง ในกรณีที่เครื่องใช้ไฟฟ้าของคุณถูกออกแบบให้ใช้ไฟฟ้ากระแสสลับ ก็สามารถใช้เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้าเพื่อแปลงไฟฟ้ากระแสตรงให้เป็นไฟฟ้ากระแสสลับได้ ความสำคัญและประโยชน์ของระบบผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์เป็นหัวข้อที่เราจะหยิบขึ้นมาพูดถึงกันต่อไป นอกจากนี้จะมาดูแนวโน้มของการนำไปใช้งานด้านต่างๆ ในประเทศไทยเรานี้ด้วย นับว่าเป็นอีกหนึ่งเรื่องราวดีๆ ที่คุณไม่ควรพลาด 1ที่มา: www.encyclopedia.com 2, 3ที่มา: Wikipedia encyclopedia ที่มาของข้อมูล: PV Solar Photovoltaic Technical Training Manual, Mr. Herbert Wade ที่มาของภาพ: เว็บไซต์ US National Weather Service, Leonics, NREL