เมืองไทยเรานี้โชคดีเพียงใดที่มีแสงแดดเกือบทั้งวัน
เกริ่นเช่นนี้หลายคนอาจจะร้องยี้ เพราะแสงแดดในเมืองไทยนั้นมันช่างแผดเผาเสียนี่กระไรโดยเฉพาะช่วงมี.ค. ถึง เม.ย. หลายๆคนแทบไม่อยากออกจากเคหสถาน แต่เชื่อเถอะค่ะว่าแสงแดดหรือพลังงานแสงอาทิตย์นั้นมีประโยชน์มากมายมหาศาลทีเดียว
พลังงานจากดวงอาทิตย์ (Solar energy) เป็นหนึ่งในแหล่งพลังงานธรรมชาติที่ใข้ได้ไม่มีวันหมดหรือที่เรียกว่าเป็นแหล่งพลังงานทดแทน (renewable energy source) นั่นเอง ดวงอาทิตย์ได้ให้ทั้งแสงสว่างและพลังงานความร้อนในรูปของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในย่านตามองเห็น (เวลาที่เรามองเห็นดวงอาทิตย์เป็นสีต่างๆกันในช่วงเวลาต่างๆ) ย่านอินฟราเรด (ในรูปของพลังงานความร้อน) และมีบางส่วนในย่านอุลตราไวโอเลต
ด้วยเหตุที่เป็นแหล่งพลังงานทดแทนที่มีพลังงานมากนี่เอง มวลมนุษยชาติจึงคิดค้นวิธีที่จะนำพลังงานจากดวงอาทิตย์มาใช้ประโยชน์ในชีวิตประจำวันมากที่สุด โดยหนึ่งในสิ่งประดิษฐ์ที่ถือเป็นนวัตกรรมที่ใช้พลังงานจากดวงอาทิตย์ก็คือ “เซลล์แสงอาทิตย์ ภาษาอังกฤษเรียกว่า solar cell หรือ photovoltaic cell”
หลักการพื้นฐานของเซลล์แสงอาทิตย์คือเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานไฟฟ้าโดยปรากฏการณ์ที่เรียกว่า “Photovoltaic effect” ปรากฏการณ์ดังกล่าวเป็นปรากฏการณ์ที่อธิบายถึงการเปลี่ยนแปลงของตัวแปรเช่น กระแส ความต่างศักย์ และความต้านทานของเซลล์แสงอาทิตย์เมื่อมีการเปลียนแปลงของพลังงานแสงอาทิตย์ที่เซลล์แสงอาทิตย์ดูดกลืนไว้นั่นเอง
แล้วเซลล์แสงอาทิตย์ต้องเป็นวัสดุแบบใดได้บ้าง? เซลล์แสงอาทิตย์มีโครงสร้างพื้นฐานเป็นผลึกของแข็งประเภทสารกึ่งตัวนำ ที่เป็นที่นิยมอย่างแพร่หลายคือ ผลึก
ซิลิกอน (Crystalline Silicon) นอกจากนี้ยังมี ฟิล์มบางของสารประกอบสารกึ่งตัวนำ เช่น แกเลียมอัลเซไนด์ (GaAs thin film) แต่มักไม่ค่อยนิยมนักเนื่องจากมีราคาแพงในขั้นตอนการเตรียมโครงสร้าง
ประเภทของเซลล์แสงอาทิตย์ซิลิกอน
อธิบายเสริมปรากฏการณ์ Photovoltaic: ปรากฏการณ์ Photovoltaic มีหลักการคล้ายคลึงกับ
โฟโตอิเล็กทริก (Photoelectric effect) กล่าวคือ ปรากฏการณ์ Photovoltaic จะทำการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์ที่มีพลังงานมากพอ (ที่มีค่ามากกว่าหรือเท่ากับช่องว่างแถบพลังงานของผลึกซิลิกอน) ที่มาตกกระทบกับผลึกแล้วทำให้เกิดพาหะอิสระ (อิเล็กตรอนอิสระ) หลุดออกจากแถบพลังงงานวาเลนซ์ (valence band) ของผลึกซิลิกอน อิเล็กตรอนอิสระเหล่านี้จะเคลื่อนที่อย่างอิสระภายในแถบนำพลังงาน (conduction band) ของผลึก
ซิลิกอนและเป็นอิเล็กตรอนอิสระตัวนำทำให้เกิดกระแสไหลในวัสดุ
ในขณะที่ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กตริกคือการฉายแสงหรือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่สูงตกกระทบกับผิวโลหะ ถ้าแสงที่ตกกระทบมีพลังงานมากพอ (มากกว่าฟังก์ชันงานของโลหะนั้นๆ) ก็จะทำให้อิเล็กตรอนหลุดออกจากโลหะแล้ววิ่งไปยังขั้วลบหรือขั้วคาโธด สามารถวัดกระแสที่เกิดจากการที่ “โฟโตอิเล็กตรอน”เคลื่อนที่ไปยังขั้วคาโธดได้ด้วยแอมมิเตอร์
แต่วัสดุที่กำลังเป็นที่ท้าทายในการวิจัย เนื่องจากมันมีประสิทธิภาพในการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานไฟฟ้าที่สูงขึ้น 20% ในตลอดระยะเวลา 10 ปีที่ผ่านมา นั่นคือ วัสดุประเภทเปอรอฟสไกท์ (Perovskite) เปอรอฟสไกท์เป็นผลึกของแข็งที่จริงๆแล้วคือแร่ธาตุชนิดหนึ่งที่ถูกค้นพบบริเวณเทือกเขาอูราล (Ураль) ในประเทศรัสเซีย (เทือกเขาอูราลเป็นเทือกเขาที่แบ่งอาณาเขตของประเทศรัสเซียเป็นส่วนตะวันตกหรือส่วนยุโรปและส่วนตะวันออกหรือส่วนเอเชีย) และที่ชื่อ “Perovskite” นี่ก็เพื่อเป็นเกียรติแก่ผู้ก่อตั้งสมาคมธรณีวิทยาของรัสเซียซึ่งก็คือ Лев Алексе́евич Перо́вский อ่านว่า เลียฟ อเล็กเซเยหวิช ปีโรฟสกีย์
ประสิทธิภาพการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์ของเปอรอฟสไกท์เมื่อเทียบกับเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดอื่นๆ
เปอรอฟสไกท์มีโครงสร้างผลึกที่มีรูปแบบของธาตุประกอบคือ ABX3 โดยที่ A คือ ไอออนบวกของธาตุอินทรีย์ เช่น methylammonium (CH3NH3+) B คือ ไอออนบวกของธาตุอนินทรีย์ เช่น Pb2+ และ X3 คือ ไอออนประจุลบ เช่น พวกธาตุฮาโลเจนทั้งหลาย (Cl-, F-) การจัดเรียงธาตุประกอบของเปอรอฟสไกท์ แสดงดังรูป
โครงสร้างผลึกของเปอรอฟสไกท์
ถึงแม้เปอรอฟสไกท์จะให้ประสิทธิภาพในการแปลงพลังงานสูงแต่มันก็ยังขาดความเสถียรในการทำงานซึ่งยังไม่เหมาะในการนำไปทำเซลล์แสงอาทิตย์ในเชิงพาณิชย์ในปัจจุบัน
จะเห็นได้ว่าพลังงานแสงอาทิตย์เป็นแหล่งพลังงานที่สำคัญแหล่งหนึ่งที่ไม่มีวันหมดไป พวกเราโชคดีที่อยู่ในประเทศที่ตั้งอยู่ในแนวเส้นศูนย์สูตรที่มีภูมิอากาศร้อนชื้น แดดออกตลอดทั้งปี (ถึงแม้ทางภาคใต้จะมีฝนตกชุกก็ตาม) แต่เมื่อเทียบกับประเทศที่ในหนึ่งปีจะมีแสงอาทิตย์จัดๆแค่ไม่เกิน 3 เดือน คือในช่วงฤดูร้อน เช่น ประเทศรัสเซีย หรือประเทศยุโรปหลายๆประเทศที่อยู่ในแนวอาร์กติก ประเทศไทยยังมีโอกาสนำพลังงานแสงอาทิตย์มาใช้ประโยชน์ได้ง่ายกว่า
- 2
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2024 Blockdit
