ตำแหน่งเหมาะสมกับการ ติดตั้งระบบโซล่าเซลล์บ้าน

ตำแหน่งเหมาะสมกับการ ติดตั้งระบบโซล่าเซลล์บ้าน ของเราเหมาะสมหรือไม่

การที่เราตัดสินใจจะติดตั้งระบบโซล่าเซลล์ โดยเฉพาะบนหลังคาบ้านที่มีพื้นที่จำกัด สิ่งหนึ่งที่เราควรคำนึงมากที่สุดเลยก็คือ ตำแหน่งในการ ติดตั้งโซล่าเซลล์บ้าน ที่เหมาะสม เพราะหากเราเดาสุ่มตำแหน่งติดตั้งแผงโซล่าเซลล์ จากที่จะช่วยลดค่าไฟฟ้า อาจกลายเป็นเพียงแผงโซล่าเซลล์ประดับหลังคาบ้านเฉย ๆ ดังนั้น เราจึงมีตำแหน่งที่เหมาะสมในการติดตั้งแผงโซล่าเซลล์บนหลังคาบ้านมาฝาก เผื่อใครที่กำลังจะติดตั้งแต่ก็ยังไม่มั่นใจว่าจะติดตำแหน่งไหนของหลังคาดี ติดตั้งระบบโซล่าเซลล์บ้าน

การ ติดตั้งโซล่าเซลล์บ้าน ควรหันไปทิศทางไหน?

สิ่งที่เราต้องพิจารณามากที่สุดเริ่มจากวงกว้างก่อนนั่นคือ ตำแหน่งพื้นที่ของประเทศ ซึ่งการติดตั้งแผงโซล่าเซลล์ในแต่ละโซนทวีปจะแตกต่างกันออกไป ทำความเข้าใจง่าย ๆ ก่อนว่าโลกของเรามีเส้นศูนย์สูตร ประเทศที่อยู่ใต้เส้นศูนย์สูตรแสงแดดจะตกกระทบได้ดี 90 องศา ในทิศเหนือ เช่น ประเทศนิวซีแลนด์ ประเทศออสเตรเลีย หรือบางประเทศ ที่อยู่บนเส้นศูนย์สูตรการติดตั้ง แผงโซล่าเซลล์ ที่ทำได้คือต้องอยู่ระนาบเดียวกับพื้น (วางแนวนอน) เลย ได้แก่ ประเทศบรูไนฯ ส่วนประเทศที่ อยู่บนเส้นศูนย์สูตร อน่าง ประเทศไทย เหมาะสมอย่างยิ่งที่จะติดตั้งแผงโซล่าเซลล์ให้หันไปทางทิศใต้

จากนั้นเราลองตีวง การ ติดตั้งโซล่าเซลล์บ้าน ให้แคบขึ้น คือ เลือกติดตั้งในประเทศไทย แน่นอนว่าก็จะติดตั้งแตกต่างกันในแต่ละภูมิภาค (ยังคงยึดแนวเส้นศูนย์สูตร) อย่างเช่น ถ้าบ้านของเราอยู่เหนือสุดไม่ว่าจะจังหวัดเชียงราย เชียงใหม่ แม่ฮ่องสอน การติดตั้งก็จะต้องทำมุมประมาณ 18 องศาขึ้นไป หรือถ้าบ้านเราอยู่ในภาคกลาง แถว กทม. ซึ่งถือเป็น จังหวัดที่อยู่ทางเหนือ ของเส้นศูนย์สูตร การติดตั้ง แผงโซล่าเซลล์ ก็จะต้องทำมุมเฉียงมากกว่าทางใต้ในหลายองศา เราจึงไม่อาจสรุปได้ว่าองศาการติดตั้ง แผงโซล่าเซลล์ มุมเท่าไรจะเป็นมุมที่ดีที่สุด แต่ทั้งนี้มุมที่เหมาะสมจริง ๆ ในการตัดสินใจ นำมาติดตั้ง แผงโซล่าเซลล์ บนหลังคาบ้าน หรือเรียกง่าย ๆ ว่าเป็นค่ามาตรฐานที่ใช้กันอยู่ก็คือ การทำมุม 15 องศา ของแผงโซล่าเซลล์

จะเห็นได้ว่าการ ติดตั้งโซล่าเซลล์บ้าน ไม่ใช่ตำแหน่งไหนก็สามารถติดได้เลย สิ่งสำคัญที่สุดในกรณีที่เรามีความตั้งใจที่จะติดตั้งโซล่าเซลล์จริง ๆ เราจำเป็นอย่างยิ่งที่ต้องพิจารณาดูความเหมาะสมตั้งแต่ที่ตั้งของจังหวัด จนไปถึงตำแหน่งของจังหวัดนั้นอยู่ห่างจากเส้นศูนย์สูตรมากน้อยเพียงใด เพื่อให้ได้ตำแหน่งการวาง การทำมุมของแผงโซล่าเซลล์ที่ดีที่สุดในการตั้งรับแสงอาทิตย์อย่างเต็มกำลัง ที่สามารถกกำเนิดไฟฟ้า จากพลังงานแสงอาทิตย์นำมาใช้ภายในบ้านได้

ปรากฏการณ์ โฟโต้โวลตาอิกได้รับการค้นพบครั้งแรกในปี ค.ศ. 1839 โดยอเล็กซานเดร เอ็ดมันด์ เบคคีเรล (Alexandre-Edmond Becquerel) นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสจึงอาจกล่าวได้ว่า เบคคีเรลคือบิดาของเซลรับแสงอาทิตย์ก็ได้ แต่กว่าที่ชื่อของปรากฏการณ์นี้จะได้รับการรับรองเบคคีเรลต้องรอถึงปี ค.ศ. 1849 เลยทีเดียว ทว่าจากแนวคิดนั้นกว่าจะคนที่สามารถ ประดิษฐ์เซลรับแสงอาทิตย์ชิ้นแรกของโลกขึ้นมาได้โลกนี้ต้องรอถึงปี ค.ศ. 1883 นักประดิษฐ์ชาวอเมริกันที่ชื่อ ชาร์ล ฟริตส์ (Charles Fritts) ได้นำแนวคิดนี้มาสร้างเซลรับแสงอาทิตย์ได้สำเร็จโดยใช้สารกึ่งตัวนำ ที่ชื่อเซเรเนียมเคลือบลงบนแผ่นทองคำ แต่ประสิทธิภาพที่ได้มีเพียง 1% เท่านั้น เซลรับแสงอาทิตย์ของฟริตส์จึงยังต้องอยู่ให้ห้องทดลองต่อไป จากนั้นมีนักประดิษฐ์ และ นักวิทยาศาสตร์อีกหลายต่อหลายคนพยายามต่อยอดแนวคิดและผลงานของเบคคีเรลและฟ ริตส์ ไม่เว้นแม้แต่อัลเบิร์ตไอน์สไตน์ จนกระทั่งปี ค.ศ. 1954 ทีมงานผู้สามารถจากเบลแลบ (Bell Lab) สหรัฐอเมริกา อันประกอบด้วย เจอรัลด์ แอล เพียร์สัน (Gerald L. Pearson), แดรีล เอ็ม แชปิน (Daryl M. Chapin) และกัลวิน เอส ฟูลเลอร์ (Calvin S. Fuller)ได้ค้นพบการนำลิเธียม-ซิลิกอนเข้ามาเป็นส่วนประกอบสำคัญในการสร้าง เซลรับแสงอาทิตย์ ทำให้สามารถสร้างเซลรับแสงอาทิตย์ได้สำเร็จ โดยมีประสิทธิภาพ 6% โดยความสำเร็จในครั้งนั้นได้รับการประกาศให้โลกรู้ด้วย ฝีมือของ นิวยอร์คไทม์ หนังสือพิมพ์ยักษ์ใหญ่ของอเมริกันชนนั่นเอง ต่อมาทีมงานได้จดสิทธิบัตรของผลงานนี้ในปี ค.ศ. 1957 และในปีเดียวกันนั้นเองฮอฟฟ์แมนอิเล็กทรอนิกส์สามารถผลิตเซลรับแสง อาทิตย์ที่มีประสิทธภาพ 8% ได้เป็นผลสำเร็จ และก็เป็นเองฮอฟฟ์แมนอิเล็กทรอนิกส์ที่สามารถผลิตเซลรับแสงอาทิตย์ออก จำหน่ายในเชิงพาณิชย์เป็นเจ้าแรกด้วยในปี ค.ศ. 1959 เชื่อว่า ถึงไม่บอกก็คงทราบว่า ราคาของมันในขณะนั้นแพงสุดๆ ครับ
นับ จากนั้นได้มีการต่อยอดและพัฒนาเซลรับแสงอาทิตย์มาอย่างต่อเนื่องจนถึงทุกวัน นี้มีผู้ผลิตเซลรับแสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพสูงถึงกว่า 40% แล้ว แต่ราคายังสูงอยู่มาก และเป็นการใช้งานในกิจการอวกาศเป็นหลัก สำหรับเชิงพาณิชย์แล้วเซลรับแสงอาทิตย์ที่มีการใช้งานอย่างแพร่หลายใน ปัจจุบันนี้มีประสิทธิภาพประมาณ 15%

การทำงานของเซลรับแสงอาทิตย์

เซลล์ รับแสงอาทิตย์ประกอบด้วยชิ้นสารกึ่งตัวนำ 2 ชิ้นมาประกบกัน ชิ้นบนคือ สารกึ่งตัวนำชนิด N และชิ้นล่างือสารกึ่งตัวนำชนิด Pบริเวณที่ต่อกันเรียก ว่า รอยต่อ NP (NP junction) สารกึ่งตัวนำที่นิยมนำมาใช้ในการผลิตรับเซลรับแสงอาทิตย์คือ ซิลิกอน

กลไกการทำงานอย่างง่ายของเซลรับแสงอาทิตย์ที่พัฒนามาจากปรากฏการณ์โฟโต้โวลตาอิก มีด้วยกัน 4 ขั้นตอนดังแสดงในรูปที่ 2อธิบายได้ดังนี้

(1) เมื่อมีแสงมาตกกระทบที่ชั้นสารกึ่งตัวนำชนิด N อนุภาคแสงหรือโฟตอน (photon) จะกระจายอยู่ทั่วพื้นผิวด้านบน

(2) อนุภาคแสงจะถ่ายทอดพลังงานลงสู่สารกึ่งตัวนำ

(3) พลังงานจากอนุภาคแสงจะถ่ายทอดต่อไปยังอิเล็กตรอนอิสระในชั้นสาร P

(4) เมื่อ พลังงานที่ได้รับมากเพียงพอ อิเล็กตรอนอิสระจะสามารถข้ามรอยต่อไปยังชั้นสาร N เพื่อเตรียมเคลื่อนที่ออก จากเซลรับแสงอาทิตย์ไปยังวงจรที่ต่อภายนอก หากมีการต่อโหลดภายนอกมายังขั้วของเซลรับแสงอาทิตย์ อิเล็กตรอนก็จะเคลื่อนที่ออกจากขั้วต่อของเซลรับแสงอาทิตย์ผ่านโหลดและไปครบ วงจรยังขั้วต่อที่ชั้นสาร P ของเซลรับแสงอาทิตย์ จึงเกิดกระแสไฟฟ้าไหล

ด้าน บนคือรูปแสดงสัญลักษณ์ทางไฟฟ้าของเซลรับแสงอาทิตย์ และวงจรสมมูลย์ จะเห็นได้ว่า มันประกอบด้วยแหล่งจ่ายกระแสไฟฟ้าคงที่ขนาดเล็ก, ไดโอด, ตัว ต้านทาน RSH ซึ่งเป็นความต้านทานภายในที่เกิดจากสารกึ่งตัวนำที่นำมาผลิตเซล รับแสงอาทิตย์ และตัวต้านทาน RS อันเป็นความต้านทานค่าน้อยๆ ที่เกิดจากการต่อสายมายังขั้วต่อของเซลรับแสงอาทิตย์ ดังนั้นอาจกล่าวได้ว่า แสงอาทิตย์หรือแสงที่มีพลังงานความร้อน เช่น แสงจากหลอดฮาโลเจน, หลอดไฟไส้ หรือสปอตไลต์ เมื่อส่องมายังชิ้นสารกึ่งตัวนำ จะทำให้เกิดประจุไฟฟ้าสะสมขึ้นที่แหล่งจ่ายกระแสไฟฟ้าคงที่ที่ IL เมื่อต่อ ผ่านตัวต้านทาน RS ก็จะทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าขึ้นที่ขั้วต่อของเซลรับแสง อาทิตย์

เซลรับแสงอาทิตย์ 1 เซลมาตรฐาน (จนถึงขณะนี้ ) จะให้แรงดัน 0.5 ถึง 0.6V เมื่อได้รับแสงอาทิตย์เต็มที่ ส่วนกระแสไฟฟ้าจะขึ้นกับขนาดของพื้นที่หน้าตัด สำหรับเซลรับแสงอาทิตย์ที่ใช้ในโครงงานขนาดเล็กจะมีความสามารถในการจ่าย กระแสไฟฟ้าต่อเซลตั้งแต่15 ถึง 100mA ดังนั้นหากต้องการแรงดันและกระแสไฟฟ้า เพิ่ม จึงต้องมีการต่อเซลรับแสงอาทิตย์ในลักษณะอนุกรมเพื่อเพิ่มแรงดันไฟฟ้า และต่อขนานเพื่อเพิ่มกระแสไฟฟ้าดูรูปแบบการต่อแผงเซลล์แสงอาทิตย์ได้จากบทความการติดตั้ง

หาก ต้องการใช้งานกลางแจ้งแบบจริงจัง ต้องมีนำเซลรับแสงอาทิตย์มาติดตั้งเข้ากับโครงสร้างที่แข็งแรงมากขึ้น มีแผ่นกระจกปกป้อง เนื่องจากต้องทนต่อแดด กันฝน กันฝุ่นละออง จากเซลรับแสงอาทิตย์จึงกลายมาเป็นแผงรับแสงอาทิตย์หรือโซล่าร์พาเนล (solar panel) ที่เราเห็นกันชินตาบนหลังคาบ้าน หรือในลานกลางแจ้ง

ปัจจัยที่ทำให้เซลรับแสงอาทิตย์ทำงานได้ดีและให้พลังงานไฟฟ้าอย่างเต็มที่ประกอบด้วย

1. ความเข้มของแสง เซล รับแสงอาทิตย์จะทำงานได้ดีเมื่อได้รับแสงอาทิตย์โดยตรงเต็มที่ในทิศทางตั้ง ฉาก กล่าวคือ กระแสไฟฟ้าที่ได้จากเซลรับแสงอาทิตย์จะสูงขึ้นเมื่แสงอาทิตย์ที่รับได้มี ความเข้มสูง โดยความเข้มของแสงมีผลน้อยต่อแรงดันไฟฟ้าของเซลรับแสงอาทิตย์ ซึ่งสอดคล้องกับวงจรสมมูลย์ของเซลรับแสงอาทิตย์ที่เป็นแหล่งจ่ายกระแสไฟฟ้า

2 . อุณหภูมิใช้งาน กระแสไฟฟ้าที่ได้จากเซลรับแสงอาทิตย์ไม่เปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิใช้งาน แต่แรงดันไฟฟ้าจากเซลรับแสงอาทิตย์จะลดลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น