คำว่า เซลล์แสงอาทิตย์ หรือภาษาวิชาการ เรียกว่า เซลล์โฟโตวอลเทอิก (Photovoltaic cell) เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าซึ่งทำหน้าที่แปลงพลังงานเป็นพลังงานโดยตรง โดยปรากฏการณ์โฟโตโวลตาอิก นั่นก็คือ คุณสมบัติของสารจะเปลี่ยนไปเมื่อมีแสงตกกระทบโดยไม่ต้องอาศัยภายนอก ออกมาในรูปของค่าพารามิเตอร์ไฟฟ้า เช่น ค่าความต้านทาน แรงดัน และกระแส
คำนิยามและความหมาย
คำว่า “Photovoltaic” มาจากภาษากรีก φῶς ( Photo ) หมายถึง “แสง” และคำว่า “โวลต์” ซึ่งเป็นหน่วยของแรงเหนี่ยวนำ, คำว่าโวลต์มาจากนามสกุลของนักฟิสิกส์ชาวอิตาเลียนชื่อ อเลสซานโดร Volta ซึ่งเป็นนักประดิษฐ์แบตเตอรี่ (เซลล์ไฟฟ้าเคมี ) คำว่า “Photovoltaic” ถูกใช้ใน ภาษาอังกฤษตั้งแต่ปี 1849
หลักการทำงาน
โฟโตโวลตาอิก เป็นสาขาของเทคโนโลยีและการวิจัยที่เกี่ยวข้องกับการประยุกต์ใช้เซลล์แสงอาทิตย์ในการผลิตกระแสไฟฟ้าจากแสงสว่าง แม้ว่ามันมักจะถูกนำมาใช้เฉพาะเพื่ออ้างถึงการผลิตกระแสไฟฟ้าจากแสงแดดก็ตาม เซลล์นั้นๆสามารถถูกอธิบายว่าเป็นเซลล์แสงอาทิตย์ได้ แม้ว่าแหล่งกำเนิดแสงไม่จำเป็นต้องเป็นดวงอาทิตย์ (เช่นแสงตะเกียงหรือไฟเทียม ฯลฯ) ในกรณีดังกล่าว เซลล์นั้นบางครั้งจะถูกใช้เป็นตัวตรวจจับแสง (เช่น ตัวตรวจจับแสงอินฟราเรด) เพื่อตรวจจับแสงหรือรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าอื่นๆที่อยู่ในทัศนวิสัย หรือใช้วัดความเข้มของแสง
การทำงานของเซลล์แสงอาทิตย์หรือ photovoltaic (PV) cell ต้องมีคุณสมบัติพื้นฐาน 3 อย่างดังนี้
- การดูดซึมของแสงเพื่อสร้างคู่อิเล็กตรอน-โฮล หรือ เอ็กซิตอน อย่างใดอย่างหนึ่ง
- การแยกต่างหากของตัวขนส่งประจุที่ต่างชนิดกัน
- การสกัดการแยกออกจากกันของตัวขนส่งเหล่านั้นออกไปยังวงจรภายนอก
ในทางตรงกันข้าม ตัวสะสมความร้อนจากแสงอาทิตย์จะจ่ายความร้อน โดยการดูดซับแสงแดด เพื่อวัตถุประสงค์ในการให้ความร้อนโดยตรงหรือใช้ในการผลิตไฟฟ้าโดยอ้อมอย่างใดอย่างหนึ่ง
เซลล์แสงอาทิตย์หลายๆ ชุดถูกประกอบเข้าด้วยกันเพื่อทำเป็นแผงเซลล์แสงอาทิตย์ในการผลิตพลังงานไฟฟ้าจากแสงแดด หลายๆเซลล์รวมเข้ามาเป็นกลุ่มๆ ทุกกลุ่มวางตัวเป็นหนึ่งแผง เรียกว่าแผงโซลาร์เซลล์หนึ่งแผงหรือหนึ่ง “โมดูลของเซลล์แสงอาทิตย์” ซึ่งจะแตกต่างจาก “โมดูลความร้อนแสงอาทิตย์” หรือ “แผงน้ำร้อนแสงอาทิตย์ . ” พลังงานไฟฟ้าที่ถูกสร้างขึ้นจากโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์ซึ่งถูกเรียกว่าพลังงานแสงอาทิตย์เป็นตัวอย่างของการนำพลังงานจากดวงอาทิตย์มาใช้ กลุ่มของแผงเซลล์แสงอาทิตย์หลายๆแผงที่เชื่อมต่อกันเรียกว่า “อาเรย์”
วัสดุในการประกอบเซลล์โฟโตวอลเทอิก
วัสดุที่ต่างกันแสดงประสิทธิภาพที่ต่างกัน วัสดุสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ ที่มีประสิทธิภาพจะต้องมีลักษณะที่ตรงกับสเปกตรัมของแสงที่มีอยู่ เซลล์บางตัวถูกออกแบบมาเพื่อแปลงความยาวคลื่นของแสงอาทิตย์ที่มาถึงพื้นผิวโลกได้อย่างมีประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตาม เซลล์แสงอาทิตย์บางตัวจะเหมาะสำหรับการดูดซึมแสงนอกชั้นบรรยากาศของโลกได้เป็นอย่างดี วัสดุที่ดูดซับแสงมักจะสามารถใช้ในการกำหนดค่าทางกายภาพหลายอย่างเพื่อใช้ประโยชน์จากการดูดกลืนแสงที่แตกต่างกันและกลไกการแยกประจุ
เซลล์แสงอาทิตย์อุตสาหกรรม ถูกทำจากซิลิกอน monocrystalline , polycrystalline ซิลิคอน, ซิลิคอนอสัณฐาน, แคดเมียมเทลลูไรด์ หรือทองแดง อินเดียม selenide/ซัลไฟด์ หรือ ระบบที่ใช้วัสดุ multijunction ที่มีพื้นฐานจาก GaAs
เซลล์แสงอาทิตย์ที่มีอยู่ในปัจจุบันจำนวนมากจะทำจากวัสดุที่เป็นกลุ่มที่ถูกตัดให้เป็นเวเฟอร์หนา ระหว่าง 180 ถึง 240 ไมโครเมตร แล้วนำไปผ่านขบวนการผลิตเหมือนเซมิคอดักเตอร์ อื่น ๆ
การผลิตและใช้งาน
ในประเทศไทย เริ่มมีการติดตั้งเซลล์แสงอาทิตย์เพื่อผลิตไฟฟ้ามาตั้งแต่ปี 2526 จนถึงปี 2553 มียอดติดตั้งรวม 100.39 MW แจกจ่ายไฟฟ้า(เฉพาะเชื่อมกับสายส่งของ กฟผ แล้ว) ทั้งปี 2553 รวม 21.6 GWh หรือ 0.0134% ของปริมาณความต้องการใช้ไฟฟ้าทั้งหมด 161,350 GWh โดยการไฟฟ้าฝ่ายผลิต ผลิตไฟฟ้าได้ 2.2 GWh ผู้ผลิตรายย่อย 19.4 GWh
ตามพระราชบัญญัติการพัฒนาพลังงานหมุนเวียน 15 ปีนับจากปี 2552 กำหนดเป้าหมายการใช้พลังงานหมุนเวียนไว้ที่ 20.3% ของพลังงานทั้งหมด โดยมีสัดส่วนของพลังงานจากเซลล์แสงอาทิตย์อยู่ที่ 6% ดังนั้น ตามแผนงาน ในปี 2565 ประเทศไทยต้องมีโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ด้วยเซลล์แสงอาทิตย์มีกำลังการผลิตรวม 500 MW ตัวเลขในปี 2554 อยู่ระหว่างดำเนินการติดตั้ง 265 MW และอยู่ระหว่างการพิจารณาจาก กฟผ อีก 336 MW
โรงไฟฟ้าที่สร้างที่จังหวัดลพบุรีด้วยเทคโนโลยี amorphous thin film ต้องใช้แผงเซลล์แสงอาทิตย์ถึง 540,000 ชุด มีกำลังการผลิต 73 MW จะเป็นโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ระบบโฟโตโวลตาอิคส์ที่ใหญ่ที่สุดในโลก
