ธิระศักดิ์ เสภากล่อม                                                                    

ด้วยปัจจุบันที่ภาวะน้ำมันอันเป็นแหล่งพลังงานหลักของโลก มีราคาสูงขึ้นทุกวัน ในขณะที่การใช้งานนั้นก็ไม่มีทีท่าว่าจะลดลงแต่อย่างใด มีแต่ความต้องการปริมาณน้ำมันที่สูงขึ้น ทั้งการใช้งานเพื่อการค้า การอยู่อาศัย เป็นแหล่งพลังงานต่าง ๆ สถานการณ์เช่นนี้ทำให้ประเทศต่าง ๆ ต้องมุ่งศึกษาและใช้พลังงานทดแทนแบบใหม่ เพื่อทดแทนการใช้น้ำมัน ที่มีการคาดการณ์กันว่าอาจจะมีโอกาสหมดไปจากโลกในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า พลังงานทางเลือกต่าง ๆ จึงถูกนำมาส่งเสริมให้มีการใช้กันมากขึ้น หนึ่งในนั้นก็คือ พลังงานจากแสงอาทิตย์     

เนื่องจากเทคโนโลยีที่ใช้แปลงพลังงานจากแสงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานไฟฟ้านั้น มีความสะดวก ง่ายต่อการใช้งาน อายุการใช้งานยาวนาน ไม่ต้องการการบำรุงรักษามากนัก ใช้ได้ในทุกสถานที่ที่มีแสงจากดวงอาทิตย์เพียงพอ รวมทั้งกระบวนการที่ผลิตพลังงานนั้นมีความสะอาดเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และประการสำคัญก็คือ แสงอาทิตย์เป็นพลังงานที่มีอยู่แล้วในธรรมชาติเพียงพอต่อความต้องการ ซึ่งเป็นหนึ่งในพลังงานที่มีความยั่งยืน ไม่มีที่สิ้นสุด 

แต่การที่จะได้มาซึ่งพลังงานและนำมาใช้ได้ในรูปแบบของพลังงานไฟฟ้านั้น จะต้องมีการเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ซึ่งอยู่ในรูปของแสงแดดให้เป็นพลังงานไฟฟ้าเสียก่อนด้วยอุปกรณ์ที่เรียกว่า โซลาร์เซลล์

เซลล์แสงอาทิตย์ (Solar Cell) เป็นสิ่งประดิษฐ์กรรมทางอิเล็กทรอนิกส์ ที่สร้างขึ้นเพื่อเป็นอุปกรณ์สำหรับเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานไฟฟ้า โดยการนำสารกึ่งตัวนำ เช่น ซิลิกอน ซึ่งมีราคาถูกที่สุดและมีมากที่สุดบนพื้นโลกมาผ่านกระบวนการทางวิทยาศาสตร์เพื่อผลิตให้เป็นแผ่นบางบริสุทธิ์     

และทันทีที่แสงตกกระทบบนแผ่นเซลล์ รังสีของแสงที่มีอนุภาคของพลังงานประกอบที่เรียกว่า โฟตอน (Proton) จะถ่ายเทพลังงานให้กับอิเล็กตรอน (Electron) ในสารกึ่งตัวนำจนมีพลังงานมากพอที่จะกระโดดออกมาจากแรงดึงดูดของอะตอม (Atom) และเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ ดังนั้นเมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่ครบวงจรก็จะทำให้เกิดไฟฟ้ากระแสตรงขึ้น 

แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่ผลิตขึ้นจากเซลล์แสงอาทิตย์เพียงเซลล์เดียวจะมีค่าต่ำมาก ดังนั้นการนำมาใช้งานจะต้องนำเซลล์หลาย ๆ เซลล์ มาต่อกันแบบอนุกรมเพื่อเพิ่มค่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าให้สูงขึ้น เซลล์ที่นำมาต่อกันในจำนวนและขนาดที่เหมาะสมเรียกว่า แผงเซลล์แสงอาทิตย์ (Solar Module หรือ Solar Panel)

ซึ่งการทำเซลล์แสงอาทิตย์ให้เป็นแผงก็เพื่อความสะดวกในการนำไปใช้งาน ด้านหน้าของแผงเซลล์ ประกอบด้วย แผ่นกระจกที่มีส่วนผสมของเหล็กต่ำ ซึ่งมีคุณสมบัติในการยอมให้แสงผ่านได้ดี และยังเป็นเกราะป้องกันแผ่นเซลล์อีกด้วย แผงเซลล์จะต้องมีการป้องกันความชื้นที่ดีมาก เพราะจะต้องอยู่กลางแดดกลางฝนเป็นเวลายาวนาน      

ในการประกอบจะต้องใช้วัสดุที่มีความคงทนและป้องกันความชื้นที่ดี เช่น ซิลิโคนและอีวีเอ (Ethelele Vinyl Acetate) เป็นต้น เพื่อเป็นการป้องกันแผ่นกระจกด้านบนของแผงเซลล์ จึงต้องมีการทำกรอบด้วยวัสดุที่มีความแข็งแรง แต่บางครั้งก็ไม่มีความจำเป็น ถ้ามีการเสริมความแข็งแรงของแผ่นกระจกให้เพียงพอ ซึ่งก็สามารถทดแทนการทำกรอบได้เช่นกัน ดังนั้นแผงเซลล์จึงมีลักษณะเป็นแผ่นเรียบ (Laminate) ซึ่งสะดวกในการติดตั้ง 

การผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ แบบผลึกเดี่ยว หรือที่รู้จักกันในชื่อ Mono-Crystalline การเตรียมสารซิลิคอนชนิดนี้ เริ่มต้นจากการนำสารซิลิคอนซึ่งผ่านการทำให้เป็นก้อนที่มีความบริสุทธิ์สูงมาก (99.999%) มาหลอมละลายในเตา Induction Furnace ที่อุณหภูมิสูงถึง 1,500 องศาเซลเซียส เพื่อทำการสร้างแท่งผลึกเดี่ยวขนาดใหญ่ (เส้นผ่าศูนย์กลาง 6-8 นิ้ว)

พร้อมกับใส่สารเจือปน Boron เพื่อทำให้เกิด P-type แล้วทำให้เกิดการเย็นตัวจับตัวกันเป็นผลึกด้วย Seed ซึ่งจะตกผลึกมีขนาดหน้าตัดใหญ่ แล้วค่อย ๆ ดึงแท่งผลึกนี้ขึ้นจากเตาหลอม ด้วยเทคโนโลยีการดึงผลึก จะได้แท่งผลึกยาวเป็นรูปทรงกระบอก คุณภาพของผลึกเดี่ยวจะสำคัญมากต่อคุณสมบัติของเซลล์แสงอาทิตย์

จากนั้นนำแท่งผลึกมาตัดให้เป็นแผ่นบาง ๆ ด้วยลวดตัดเพชร (Wire Cut) เรียกว่า เวเฟอร์ ซึ่งจะได้แผ่นผลึกมีความหนาประมาณ 300 ไมโครเมตร และขัดความเรียบของผิว จากนั้นก็จะนำไปเจือสารที่จำเป็นในการทำให้เกิดเป็น P-N Junction ขึ้นบนแผ่นเวเฟอร์ ด้วยวิธีการ Diffusion ที่อุณหภูมิระดับ 1,000 องศาเซลเซียสจากนั้นนำไปทำขั้วไฟฟ้าเพื่อนำกระแสไฟออกใช้ ที่ผิวบนจะเป็นขั้วลบ

ส่วนผิวล่างเป็นขั้วบวก ขั้นตอนสุดท้ายจะเป็นการเคลือบฟิล์มผิวหน้าเพื่อป้องกันการสะท้อนแสงให้น้อยที่สุด ตอนนี้จะได้เซลล์ที่พร้อมใช้งาน หลังจากนั้นก็นำไปประกอบเข้าแผงโดยใช้กระจกเป็นเกราะป้องกันแผ่นเซลล์ และใช้ซิลิโคน และอีวีเอ (Ethelele Vinyl Acetate) ช่วยป้องกันความชื้น ในการใช้งานจริง เราจะนำเซลล์แต่ละเซลล์มาต่ออนุกรมกันเพื่อเพิ่มแรงเคลื่อนไฟฟ้าให้ได้ตามต้องการ                

การผลิตเซลล์แสงอาทิตย์โดยวิธีนี้ จะมีค่าใช้จ่ายที่ถูกกว่าวิธีแรก คือการทำแผ่นเซลล์ จะใช้วิธีการหลอมสารซิลิคอนให้ละลายพร้อมกับใส่สารเจือปน Boron เพื่อทำให้เกิด P-type แล้วเทลงในแบบพิมพ์ เมื่อสารละลายซิลิคอนแข็งตัวก็จะได้เป็นแท่งซิลิคอนแบบผลึกรวม (ตกผลึกไม่พร้อมกัน) จากนั้นนำไปตัดเป็นแผ่นเช่นเดียวกับแบบผลึกเดี่ยว

ความแตกต่างระหว่างแบบผลึกเดี่ยวและแบบผลึกรวมสังเกตได้จากผิวผลึก ถ้ามีโทนสีที่แตกต่างกันซึ่งเกิดจากผลึกเล็ก ๆ หลายผลึกในแผ่นเซลล์จะเป็นแบบผลึกรวม ในขณะที่แบบผลึกเดี่ยวจะเห็นเป็นผลึกเนื้อเดียว คือ มีสีเดียวตลอดทั้งแผ่น ส่วนกรรมวิธีการผลิตเซลล์ที่เหลือจะเหมือนกัน เซลล์แสงอาทิตย์แบบผลึกรวม (Poly Crystalline) จะให้ประสิทธิภาพต่ำกว่าแบบผลึกเดี่ยว ประมาณ 2-3% อย่างไรก็ตามเซลล์ทั้ง 2 ชนิด มีข้อเสียในการผลิต คือ แตกหักง่ายเช่นกัน

การทำงานของเซลล์แสงอาทิตย์ เป็นขบวนการเปลี่ยนพลังงานแสงเป็นกระแสไฟฟ้าได้โดยตรง โดยเมื่อแสงซึ่งเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและมีพลังงานกระทบกับสารกึ่งตัวนำ จะเกิดการถ่ายทอดพลังงานระหว่างกัน พลังงานจากแสงจะทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของกระแสไฟฟ้า (อิเล็กตรอน) ขึ้นในสารกึ่งตัวนำ จึงสามารถต่อกระแสไฟฟ้าดังกล่าวไปใช้งานได้    

1. กลุ่มเซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากสารกึ่งตัวนำประเภทซิลิคอน จะแบ่งตามลักษณะของผลึกที่เกิดขึ้น คือ แบบที่เป็น รูปผลึก (Crystal) และแบบที่ไม่เป็นรูปผลึก (Amorphous) แบบที่เป็นรูปผลึก จะแบ่งออกเป็น2 ชนิด คือ ชนิดผลึกเดี่ยวซิลิคอน (Single Crystalline Silicon Solar Cell) และชนิดผลึกรวมซิลิคอน (Poly Crystalline Silicon Solar Cell) แบบที่ไม่เป็นรูปผลึก คือ ชนิดฟิล์มบางอะมอร์ฟัสซิลิคอน (Amorphous Silicon Solar Cell)

2. กลุ่มเซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากสารประกอบที่ไม่ใช่ซิลิคอน ซึ่งประเภทนี้ จะเป็นเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพสูงถึง 25% ขึ้นไป แต่มีราคาสูงมาก ไม่นิยมนำมาใช้บนพื้นโลก จึงใช้งานสำหรับดาวเทียมและระบบรวมแสงเป็นส่วนใหญ่ แต่การพัฒนาขบวนการผลิตสมัยใหม่จะทำให้มีราคาถูกลง และนำมาใช้มากขึ้นในอนาคต (ปัจจุบันนำมาใช้เพียง 7% ของปริมาณที่มีใช้ทั้งหมด)

เซลล์แสงอาทิตย์แบบผลึกเดี่ยว, ผลึกรวม และแบบอะมอร์ฟัส

ตัวแปรที่สำคัญที่มีส่วนทำให้เซลล์แสงอาทิตย์มีประสิทธิภาพการทำงานในแต่ละพื้นที่ต่างกัน และมีความสำคัญในการพิจารณานำไปใช้ในแต่ละพื้นที่ ตลอดจนการนำไปคำนวณระบบหรือคำนวณจำนวนแผงแสงอาทิตย์ที่ต้องใช้ในแต่ละพื้นที่ขึ้นอยู่กับ

* พื้นที่ของแผง แผงเซลล์แสงอาทิตย์ยิ่งมีขนาดใหญ่ จะยิ่งผลิตไฟฟ้าได้มากยิ่งขึ้น
* ความสว่างของแสงอาทิตย์ ยิ่งแสงอาทิตย์ตกลงบนแผงมาก จะยิ่งผลิตไฟฟ้าได้มากขึ้น หากมีร่มเงามาบังแผงแม้เพียง 1 เซลล์ ไฟฟ้าที่ผลิตได้อาจลดลงเหลือแค่ครึ่งหรือต่ำกว่านั้น
* ทิศทางการวางแผง ควรวางแผงเซลล์แสงอาทิตย์ให้หันไปทางด้านดวงอาทิตย์ เพื่อให้ผลิตไฟฟ้าได้มากที่สุด
* ความร้อน แผงเซลล์แสงอาทิตย์จะทำงานได้ดีในสภาพเย็น หากแผงเซลล์แสงอาทิตย์ร้อน จะผลิตไฟฟ้าได้น้อย     

ระบบผลิตไฟฟ้าด้วยเซลล์แสงอาทิตย์แบบอิสระ ได้รับการออกแบบสำหรับใช้งานในพื้นที่ชนบทที่ไม่มีระบบจำหน่ายไฟฟ้าจาก National Grid โดยมีหลักการทำงานแบ่งได้เป็น 2 ช่วงเวลา กล่าวคือ ช่วงเวลากลางวัน เซลล์แสงอาทิตย์ได้รับแสงแดดสามารถผลิตไฟฟ้าจ่ายให้แก่โหลดพร้อมทั้งประจุพลังงานไฟฟ้าส่วนเกินไว้ในแบตเตอรี่พร้อม ๆ กัน

ส่วนในช่วงกลางคืน เซลล์แสงอาทิตย์ไม่ได้รับแสงแดดจึงไม่สามารถผลิตไฟฟ้าได้ ดังนั้น พลังงานจากแบตเตอรี่ที่เก็บประจุไว้ในช่วงกลางวันจะถูกจ่ายให้แก่โหลด จึงสามารถกล่าวได้ว่า ระบบผลิตไฟฟ้าด้วยเซลล์แสงอาทิตย์แบบอิสระสามารถจ่ายกระแสไฟฟ้าให้โหลดได้ทั้งกลางวันและกลางคืน อุปกรณ์ระบบที่สำคัญประกอบด้วยแผงเซลล์แสงอาทิตย์ อุปกรณ์ควบคุมการประจุแบตเตอรี่ แบตเตอรี่ และอุปกรณ์เปลี่ยนระบบไฟฟ้ากระแสตรงเป็นไฟฟ้ากระแสสลับชนิด Stand Alone เป็นต้น 

รูปที่ 1 การผลิตกระแสไฟฟ้าด้วยเซลล์แสงอาทิตย์แบบ Stand Alone System     

เป็นระบบผลิตไฟฟ้าด้วยเซลล์แสงอาทิตย์ที่ถูกออกแบบสำหรับผลิตไฟฟ้าผ่านอุปกรณ์เปลี่ยนระบบไฟฟ้ากระแสตรงเป็นไฟฟ้ากระแสสลับเข้าสู่ระบบจำหน่ายไฟฟ้า National Grid โดยตรง มีหลักการทำงานแบ่งเป็น 2 ช่วง กล่าวคือ ในช่วงเวลากลางวัน เซลล์แสงอาทิตย์ได้รับแสงแดดสามารถผลิตไฟฟ้าจ่ายให้แก่โหลดได้โดยตรง

โดยผ่านอุปกรณ์เปลี่ยนระบบไฟฟ้ากระแสตรงเป็นไฟฟ้ากระแสสลับ และหากมีพลังงานไฟฟ้าส่วนที่เกินจะถูกจ่ายเข้าระบบจำหน่ายไฟฟ้า สังเกตได้เนื่องจากมิเตอร์วัดพลังงานไฟฟ้าจะหมุนกลับทาง ส่วนในช่วงกลางคืนเซลล์แสงอาทิตย์ไม่สามารถผลิตไฟฟ้าได้ กระแสไฟฟ้าจากระบบจำหน่ายไฟฟ้าจะจ่ายให้แก่โหลดโดยตรง สังเกตได้จากมิเตอร์วัดพลังงานไฟฟ้าจะหมุนปกติ

ดังนั้น ระบบผลิตไฟฟ้าด้วยเซลล์แสงอาทิตย์แบบต่อกับระบบจำหน่ายจะเป็นการใช้งานเซลล์แสงอาทิตย์ผลิตไฟฟ้าในเขตเมืองหรือพื้นที่ที่มีระบบจำหน่ายไฟฟ้าเข้าถึง อุปกรณ์ระบบที่สำคัญประกอบด้วยแผงเซลล์แสงอาทิตย์ อุปกรณ์เปลี่ยนระบบไฟฟ้ากระแสตรงเป็นไฟฟ้ากระแสสลับชนิดต่อกับระบบจำหน่ายไฟฟ้า Grid Connected เป็นต้น

รูปที่ 2 การผลิตกระแสไฟฟ้าด้วยเซลล์แสงอาทิตย์แบบ Grid Connected System

เป็นระบบผลิตไฟฟ้าด้วยเซลล์แสงอาทิตย์ที่ถูกออกแบบสำหรับทำงานร่วมกับอุปกรณ์ผลิตไฟฟ้าอื่น ๆ เช่น ระบบเซลล์แสงอาทิตย์กับพลังงานลมและเครื่องยนต์ดีเซล ระบบเซลล์แสงอาทิตย์กับพลังงานลมและไฟฟ้าพลังน้ำ เป็นต้น โดยรูปแบบระบบจะขึ้นอยู่กับการออกแบบตามวัตถุประสงค์โครงการเป็นกรณีเฉพาะ เช่น ระบบเซลล์แสงอาทิตย์กับพลังงานลมและเครื่องยนต์ดีเซล มีหลักการทำงาน กล่าวคือ ในช่วงเวลากลางวัน

เซลล์แสงอาทิตย์ได้รับแสงแดดสามารถผลิตไฟฟ้าได้ จะจ่ายกระแสไฟฟ้าผ่านอุปกรณ์เปลี่ยนระบบไฟฟ้ากระแสตรงเป็นไฟฟ้ากระแสสลับชนิด Multi Function ทำงานร่วมกับไฟฟ้าจากพลังงานลม จ่ายกระแสไฟฟ้าให้แก่โหลดพร้อมทั้งทำงานประจุไฟฟ้าส่วนที่เกินไว้ในแบตเตอรี่ ในกรณีพลังงานลมต่ำไม่สามารถผลิตไฟฟ้าหรือเวลากลางคืนไม่มีไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์ ชุดแบตเตอรี่จะจ่ายกระแสไฟฟ้าให้แก่โหลด และกรณีแบตเตอรี่จ่ายกระแสไฟฟ้ามากจนถึงพิกัดที่ออกแบบไว้ เครื่องยนต์ดีเซลจะทำงานโดยอัตโนมัติเป็นอุปกรณ์สำรองพลังงาน

กล่าวคือจะจ่ายกระแสไฟฟ้าประจุแบตเตอรี่โดยตรงและแบ่งจ่ายให้แก่โหลดพร้อมกัน และหากโหลดมีมากเกินไประบบจะหยุดทำงานทันที และจะทำงานใหม่อีกครั้งเมื่อเซลล์แสงอาทิตย์หรือพลังงานลมสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าประจุแบตเตอรี่ได้ปริมาณตามพิกัดที่ออกแบบไว้พร้อมทั้งขนาดโหลดอยู่ในพิกัดที่ชุดแบตเตอรี่สามารถจ่ายกระแสไฟฟ้าได้                   

รูปที่ 3 การผลิตกระแสไฟฟ้าด้วยเซลล์แสงอาทิตย์แบบ Hybrid System

กระแสไฟฟ้าที่ได้จากเซลล์แสงอาทิตย์จะเป็นกระแสตรง เราจึงนำไปใช้ได้เฉพาะกับอุปกรณ์ไฟฟ้าที่เป็นกระแสตรงเท่านั้น แต่หากเราต้องการนำไปใช้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้ไฟฟ้ากระแสสลับหรือเก็บสะสมพลังงานไว้ใช้ต่อไปได้ มีจำเป็นจะต้องต่อชุดโซลาร์เซลล์เข้ากับอุปกรณ์อื่น ๆ อีก โดยรวมเข้าเป็นระบบที่ผลิตกระแสไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์ ซึ่งอุปกรณ์สำคัญมีดังนี้คือ

1. แผงเซลล์แสงอาทิตย์ (Solar Module) ทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานไฟฟ้า ซึ่งเป็นไฟฟ้ากระแสตรงและมีหน่วยเป็นวัตต์ (Watt) มีการนำแผงเซลล์แสงอาทิตย์หลาย ๆ เซลล์มาต่อกันเป็นแถวหรือเป็นชุด (Solar Array) เพื่อให้ได้พลังงานไฟฟ้าใช้งานตามที่ต้องการ 

โดยการต่อกันแบบอนุกรม จะเพิ่มแรงดันไฟฟ้า และการต่อกันแบบขนาน จะเพิ่มพลังงานไฟฟ้า หากสถานที่ตั้งทางภูมิศาสตร์แตกต่างกัน ก็จะมีผลให้ปริมาณของค่าเฉลี่ยพลังงานสูงสุดในหนึ่งวันไม่เท่ากันด้วย รวมถึงอุณหภูมิก็มีผลต่อการผลิตพลังงานไฟฟ้า หากอุณหภูมิสูงขึ้น การผลิตพลังงานไฟฟ้าจะลดลง

2. เครื่องควบคุมการประจุ (Charge Controller) ทำหน้าที่ประจุกระแสไฟฟ้าที่ผลิตได้จากแผงเซลล์แสงอาทิตย์เข้าสู่แบตเตอรี่ และควบคุมการประจุกระแสไฟฟ้าให้มีปริมาณเหมาะสมกับแบตเตอรี่ เพื่อยืดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ รวมถึงการจ่ายกระแสไฟฟ้าออกจากแบตเตอรี่ด้วย

ดังนั้น การทำงานของเครื่องควบคุมการประจุ คือ เมื่อประจุกระแสไฟฟ้าเข้าสู่แบตเตอรี่จนเต็มแล้ว จะหยุดหรือลดการประจุกระแสไฟฟ้า (และมักจะมีคุณสมบัติในการตัดการจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับอุปกรณ์ไฟฟ้า กรณีแรงดันของแบตเตอรี่ลดลงด้วย) ระบบพลังงานแสงอาทิตย์จะใช้เครื่องควบคุมการประจุกระแสไฟฟ้าในกรณีที่มีการเก็บพลังงานไฟฟ้าไว้ในแบตเตอรี่เท่านั้น

3. แบตเตอรี่ (Battery) ทำหน้าที่เป็นตัวเก็บพลังงานไฟฟ้าที่ผลิตได้จากแผงเซลล์แสงอาทิตย์ไว้ใช้เวลาที่ต้องการ เช่น เวลาที่ไม่มีแสงอาทิตย์ เวลากลางคืน หรือนำไปประยุกต์ใช้งานอื่น ๆ แบตเตอรี่มีหลายชนิดและหลายขนาดให้เลือกใช้งานตามความเหมาะสม 

4. เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้า (Inverter) ทำหน้าที่แปลงพลังงานไฟฟ้าจากกระแสตรง (DC) ที่ผลิตได้จากแผงเซลล์แสงอาทิตย์ ให้เป็นพลังงานไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) เพื่อให้สามารถใช้ได้กับอุปกรณ์ไฟฟ้ากระแสสลับ แบ่งเป็น 2 ชนิด คือ Sine Wave Inverter ใช้ได้กับอุปกรณ์ไฟฟ้ากระแสสลับทุกชนิด และ Modified Sine Wave Inverter ใช้ได้กับอุปกรณ์ไฟฟ้ากระแสสลับที่ไม่มีส่วนประกอบของมอเตอร์และหลอดฟลูออเรสเซนต์ที่เป็น Electronic Ballast 

5. ระบบป้องกันฟ้าผ่า (Lightning Protection) ทำหน้าที่ป้องกันความเสียหายที่เกิดกับอุปกรณ์ไฟฟ้าเมื่อฟ้าผ่า หรือเกิดการเหนี่ยวนำทำให้ความต่างศักย์สูง ในระบบทั่วไปมักไม่ใช้อุปกรณ์นี้ จะใช้สำหรับระบบขนาดใหญ่และมีความสำคัญเท่านั้น รวมถึงต้องมีระบบสายดินที่มีประสิทธิภาพด้วย

ไนโตรเจนออกไซด์ ฯลฯ ซึ่งเป็นผลจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงจำพวกน้ำมัน ถ่านหิน และก๊าซธรรมชาติ ล้วนแล้วแต่ส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม เกิดปฏิกิริยาเรือนกระจก ทำให้โลกร้อนขึ้น เกิดฝนกรด และอากาศเป็นพิษ ฯลฯ 

โซลาร์เซลล์ กำเนิดขึ้นในช่วงปี พ.ศ.2493 ที่ Bell Telephone Laboratory ประเทศสหรัฐอเมริกา โดยมีวัตถุประสงค์เบื้องต้น เพื่อผลิตไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์ สำหรับใช้ในโครงการอวกาศ ต่อจากนั้นจึงได้เริ่มมีการนำมาใช้อย่างกว้างขวาง และขยายผลสู่ระดับอุตสาหกรรมเซลล์แสงอาทิตย์ของโลก เมื่อประมาณปลายทศวรรษที่ 50 เป็นต้นมา โดยในระยะแรกเซลล์แสงอาทิตย์ จะมีราคาแพงมาก จึงจำกัดการใช้งานอยู่เฉพาะในงานวิทยุสื่อสาร และไฟฟ้าแสงสว่างขนาดเล็กในพื้นที่ห่างไกลเท่านั้น     

ต่อมาในช่วงปี พ.ศ. 2513 ภาครัฐในประเทศสหรัฐอเมริกา เยอรมัน และญี่ปุ่น ได้ส่งเสริมการผลิตไฟฟ้า จากเซลล์แสงอาทิตย์อย่างจริงจังและต่อเนื่อง จึงเป็นผลให้ราคาของเซลล์แสงอาทิตย์ลดลงเป็นลำดับ จากประมาณ 4 ล้านบาทต่อกิโลวัตต์ ในปัจจุบันคงเหลือประมาณ 1.6 แสนบาทต่อกิโลวัตต์ ซึ่งนับว่าราคาของเซลล์แสงอาทิตย์ได้ลดลงมามาก

สำหรับการติดตั้งแผงโซลาร์ของทั้งโลกในปี พ.ศ.2550 นั้นสูงถึง 2.8 กิกะวัตต์ และมีแนวโน้มที่จะขยายตัวได้อย่างต่อเนื่อง ทำให้อุตสาหกรรมการผลิตแผง/เซลล์พลังงานแสงอาทิตย์หรือโซลาร์เซลล์เป็นอุตสาหกรรมอีกหนึ่งอุตสาหกรรมที่น่าจับตามอง ซึ่งการเติบโตของอุตสาหกรรมการผลิตแผง/เซลล์แสงอาทิตย์ในช่วงที่ผ่านมามีข้อจำกัดจากความต้องการของวัตถุดิบ 

เนื่องจากโพลีซิลิคอนขาดแคลนและมีราคาแพง ทำให้บริษัทผู้ผลิตบางส่วนหันไปหาการผลิตโซลาร์เซลล์แบบฟิล์มบางซึ่งเป็นเทคโนโลยีการผลิตที่มีการพึ่งพาโพลีซิลิคอนต่ำกว่าการผลิตแบบ Crystalline แต่อย่างไรก็ตามเนื่องจากความต้องการซิลิคอนบริสุทธิ์ที่สูง จูงใจให้มีการลงทุนผลิตเพิ่ม ดังนั้นคาดว่าตั้งแต่ปี พ.ศ. 2552 สถานการณ์ความขาดแคลนโพลีซิลิคอนเพื่อใช้ในอุตสาหกรรมจะมีแนวโน้มคลี่คลายลง ซึ่งหมายความว่าต้นทุนการผลิตและราคาของโซลาร์เซลล์มีแนวโน้มลดลงในอนาคต  

และปัจจัยหลักที่สนับสนุนการเติบโตของตลาดเทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์โลกก็มาจากนโยบายการส่งเสริมของรัฐ ตลาดหลักของพลังงานแสงอาทิตย์มีการกระจุกตัวอยู่ในไม่กี่ประเทศในยุโรป โดยตลาดที่ใหญ่ที่สุด (ส่วนแบ่งตลาดเกือบร้อยละ 50) และเติบโตเร็วที่สุดอยู่ที่ประเทศเยอรมัน รองลงมาคือสเปน (ประมาณร้อยละ 20)      

ในขณะที่ตลาดนอกยุโรปที่มีความสำคัญ ได้แก่ ญี่ปุ่น และสหรัฐ ฯ ซึ่งในประเทศเหล่านี้มีนโยบายที่สนับสนุนและมีการให้ความสำคัญกับการใช้พลังงานทางเลือกที่คำนึงถึงสิ่งแวดล้อม อาทิ การให้เครดิตภาษี การรับซื้อกระแสไฟฟ้าที่ผลิตจากพลังงานแสงอาทิตย์ในอัตราที่จูงใจ เป็นต้น         

เนื่องจากประเทศไทย ตั้งอยู่ในเขตศูนย์สูตรจึงทำให้ได้รับแสงอาทิตย์อย่างต่อเนื่องและคงที่ตลอดทั้งปี ความเข้มของแสงโดยเฉลี่ยของการแผ่รังสีในแต่ละวันในประเทศไทยมีประมาณ 5 กิโลวัตต์ชั่วโมงต่อตารางเมตร ซึ่งเป็นปริมาณที่เพียงพอสำหรับการพัฒนา แต่ปัจจุบันก็ยังมีการใช้พลังงานแสงอาทิตย์อยู่เป็นจำนวนน้อย  

โดยในปี พ.ศ. 2550 ประเทศไทยมีการผลิตไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์เพียง 32.3 เมกะวัตต์ โดยในจำนวนนี้ร้อยละ 10.5 หรือประมาณ 3.4 เมกะวัตต์เป็นการผลิตไฟฟ้าเพื่อเชื่อมต่อกับระบบ (Grid-connected) ในขณะที่ส่วนใหญ่ร้อยละ 80.6 หรือ 26 เมกะวัตต์เป็นการผลิตไฟฟ้าในบริเวณที่ไฟฟ้าเข้าไม่ถึง  

จากที่ผ่านมา การเติบโตของตลาดภายในประเทศขึ้นอยู่กับนโยบายการส่งเสริมของภาครัฐ ทำให้ตลาดภายในประเทศไทยค่อนข้างจำกัด การผลิตแผง/เซลล์แสงอาทิตย์ในไทยส่วนใหญ่จึงเป็นการผลิตเพื่อส่งออก ในปี พ.ศ. 2550 ไทยมีการส่งออกสินค้าในหมวดนี้เป็นมูลค่ารวม 213.6 ล้านดอลลาร์สหรัฐฯ คิดเป็นสัดส่วนประมาณร้อยละ 1 ของการส่งออกของทั้งโลก โดยตลาดส่งออกที่สำคัญของไทย คือ ญี่ปุ่น มาเลเซีย ฮ่องกง สิงคโปร์ กลุ่มประเทศยุโรป อาทิ เยอรมัน ฮังการี และสหรัฐอเมริกา

ในขณะที่การขยายตัวของตลาดในไทย มีการติดตั้งเซลล์แสงอาทิตย์เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าเพิ่มขึ้นประมาณ 1-3 เมกะวัตต์ต่อปีเท่านั้น จากอุปสรรคดังกล่าวทำให้ไทยมียุทธศาสตร์สำหรับการพัฒนาพลังงานทดแทน.ในไทยช่วง 5 ปี (2551-2554) โดยได้มีการตั้งเป้าหมายในส่วนของการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์เพิ่มขึ้นเป็น 45 เมกะวัตต์จากเดิม 32.25 เมกะวัตต์ 

นอกจากนี้ภาครัฐยังมีมาตรการสนับสนุนธุรกิจและส่งเสริมการใช้พลังงานแสงอาทิตย์โดยมีการยกเว้นภาษีนำเข้าวัตถุดิบและการให้ส่วนเพิ่มราคารับซื้อไฟฟ้า (ค่า Adder) เป็นต้น อย่างไรก็ตามเนื่องจากค่าใช้จ่ายในการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ยังอยู่ในระดับที่สูง การเพิ่มแรงจูงใจจึงเป็นตัวกระตุ้นตลาดในประเทศที่สำคัญ

และจากการสำรวจความคิดเห็นประชาชนเกี่ยวกับแหล่งพลังงานทางเลือกในอนาคตที่อยากให้นำมาใช้มากที่สุด พบว่า พลังงานแสงอาทิตย์เป็นแหล่งพลังงานที่คนไทยต้องการนำมาใช้ในอนาคตมากที่สุด เหตุผลที่สำคัญคือ พลังงานแสงอาทิตย์ไม่ทำลายสภาพแวดล้อมและมีอยู่ในทุกพื้นที่       

แต่ทั้งนี้ทั้งนั้นอุปสรรคที่สำคัญของการใช้พลังงานแสงอาทิตย์ในประเทศก็คือ ต้นทุนที่สูงเมื่อเทียบกับการผลิตกระแสไฟฟ้าด้วยเชื้อเพลิงชนิดอื่น เช่น พลังงานแสงอาทิตย์มีราคาถึง 10 บาทต่อหน่วย ในขณะที่พลังงานที่ได้จากเชื้อเพลิงฟอสซิลมีราคาถูกกว่าถึง 5 เท่าตัว เหตุที่เทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์มีราคาแพง เนื่องจากเป็นเทคโนโลยีนำเข้าจากต่างประเทศ อุปกรณ์ต่าง ๆ ที่จำเป็นต้องใช้จึงมีราคาสูง จึงทำให้มีผู้สนใจไม่มากเท่าที่ควร

อย่างไรก็ตาม หากเราพัฒนาเทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์ในประเทศจนสามารถผลิตอุปกรณ์ต่าง ๆ ได้เองโดยไม่ต้องอาศัยการนำเข้า ซึ่งจะช่วยให้ต้นทุนการผลิตพลังงานจากแสงอาทิตย์ในอนาคตจะมีราคาถูกลงมาก เมื่อตลาดมีความต้องการพลังงานประเภทนี้เพิ่มขึ้นก็จะทำให้การใช้พลังงานแสงอาทิตย์มีมากขึ้นด้วยเช่นกัน โดยเฉพาะในพื้นที่ที่อยู่นอกระบบสายส่งของการไฟฟ้าฯ

จากกระแสการอนุรักษ์สิ่งแวดล้อม การป้องกันภาวะโลกร้อน ตลอดจนการเพิ่มขึ้นของราคาน้ำมันเชื้อเพลิงในช่วงที่ผ่านมา ทำให้มีการตื่นตัวในการใช้และพัฒนาพลังงานทดแทนกันมากขึ้น ซึ่งในส่วนของการใช้พลังงานจากแสงอาทิตย์นั้นมีการเติบโตอย่างรวดเร็วเช่นกัน ปัจจุบันมีการนำเซลล์แสงอาทิตย์มาใช้งานด้านต่าง ๆ อย่างแพร่หลาย ไม่ว่าจะเป็น เครื่องคิดเลข นาฬิกา สถานีถ่ายทอดวิทยุ ประภาคาร

สัญญาณจราจร โคมไฟถนน เรือมอเตอร์ เครื่องบิน ระบบสูบน้ำเพื่อการชลประทาน และดาวเทียม เป็นต้น สำหรับในต่างประเทศมีโรงผลิตกระแสไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์เกิดขึ้นหลายแห่ง ซึ่งได้มีการทดลองและใช้งานอย่างกว้างขวาง ส่วนในประเทศไทยก็ได้มีการสร้างโรงไฟฟ้าเซลล์แสงอาทิตย์ให้กับหมู่บ้านชนบทที่อยู่ห่างไกล      

เซลล์แสงอาทิตย์ที่ใช้งานในประเทศไทย ส่วนใหญ่จะเป็นการนำเข้าจากต่างประเทศ มีทั้งนำเข้าเฉพาะแผ่นเซลล์แสงอาทิตย์ แล้วนำมาประกอบเป็นแผง มีหลายขนาดเล็กให้เลือกใช้งาน และมีการนำเข้าเซลล์แสงอาทิตย์สำเร็จรูปด้วย แต่ในขณะเดียวกัน หลายหน่วยงานที่เกี่ยวข้องในด้านนี้ได้มีการประสานงานและเผยแพร่ข้อมูลการใช้เซลล์แสงอาทิตย์เพื่อผลิตไฟฟ้าให้กว้างขวางขึ้น รวมถึงมีการศึกษาและวิจัยพัฒนาเซลล์แสงอาทิตย์ด้วย และอีกไม่นานเชื่อว่า ประเทศไทยของเราจะสามารถผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ได้เอง 

สำหรับตลาดเซลล์แสงอาทิตย์ของประเทศไทยในอนาคตนั้น ก็มีความได้เปรียบที่จะเติบโตมากขึ้นเช่นกัน ทั้งในด้านของผู้ใช้และผู้ประกอบการ เพราะนโยบายจากภาครัฐได้ให้การสนับสนุนอย่างชัดเจน ซึ่งจากผลผลสำเร็จของโครงการต่าง ๆ ที่ผ่านมา นักวิชาการไทยได้มีโอกาสเพิ่มประสบการณ์มากขึ้น ทั้งในเรื่องการติดตั้งใช้งานและการพัฒนาระบบฯ ด้วยตนเอง ตลอดจนความร่วมมือที่เข้มแข็ง ของกลุ่มนักวิชาการพลังงานแสงอาทิตย์ ทั้งในประเทศและต่างประเทศ

จึงทำให้เชื่อมั่นได้ว่าหากนโยบาย จากภาครัฐยังคงมีความชัดเจน และให้การสนับสนุนอย่างจริงจังดังเช่นที่ผ่านมา และตลาดเซลล์แสงอาทิตย์ โดยเฉพาะกรณีไฟฟ้าชนบท (Off Grid) ซึ่งเป็นพื้นที่ทุรกันดาร และไม่มีสายไฟฟ้าเข้าถึง ยังมีอยู่เป็นจำนวนมากในทุกภูมิภาค ของประเทศไทย จึงเป็นเรื่องที่เป็นไปได้ไม่ยาก ในการก้าวไปสู่การดำเนินธุรกิจเซลล์แสงอาทิตย์ ในระดับอุตสาหกรรม

ทำให้ประเทศไทยเป็นที่สนใจ ของนักลงทุนต่างประเทศ ที่จะเข้ามาทำตลาดของไทยให้เติบโตขึ้น เมื่อประกอบกับประสบการณ์ด้านเทคโนโลยี ด้วยพื้นฐานที่มั่นคงและกลไก/ความสัมพันธ์ด้านการตลาดที่ดีอยู่แล้วในภูมิภาคนี้ โอกาสที่นักลงทุนจะขยายผลไปยังตลาดของประเทศเพื่อนบ้าน จึงไม่น่าจะเป็นเรื่องยากในอนาคต

* กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน (พพ.) กระทรวงพลังงาน
* เทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์, การไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย
* ประโยชน์มหาศาล พลังงานจากเซลล์แสงอาทิตย์, บริษัท ลีโอนิคส์ จำกัด
* ความรู้เกี่ยวกับเซลล์แสงอาทิตย์, บริษัท ลีโอนิคส์ จำกัด
*.โซลาร์เซลล์, ชาย ชีวะเกตุ ที่ปรึกษากองอนุรักษ์พลังงานและพลังงานทดแทน และ ชนานัญ บัวเขียว ฝ่ายพลังงานทดแทนและพลังงานใหม่