ตัวแปรที่สำคัญที่มีส่วนทำให้เซลล์แสงอาทิตย์มีประสิทธิภาพการทำงานในแต่ละพื้นที่ต่างกัน และมีความสำคัญในการพิจารณานำไปใช้ในแต่ละพื้นที่ ตลอดจนการนำไปคำนวณระบบ หรือคำนวณจำนวนแผงเซลล์แสงอาทิตย์ที่ต้องใช้ในแต่ละพื้นที่ มีดังนี้
1. ความเข้มของแสง
กระแสไฟ (Current) จะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเข้มของแสง หมายความว่า เมื่อความเข้มของแสงสูง กระแสที่ได้จากเซลล์แสงอาทิตย์ก็จะสูงขึ้น ในขณะที่ แรงดันไฟฟ้าหรือโวลท์ แทบจะไม่แปรไปตามความเข้มของแสงมากนัก ความเข้มของแสงที่ใช้วัดเป็นมาตรฐานคือ ความเข้มของแสงอาทิตย์ที่วัดบนพื้นโลกในสภาพอากาศปลอดโปร่งปราศจากเมฆหมอก และวัดที่ระดับน้ำทะเลในสภาพที่แสงอาทิตย์ตั้งฉากกับพื้นโลก ซึ่งความเข้มของแสงจะมีค่าเท่ากับ 100mW ต่อ ตร.ซม. หรือ 1,000 W ต่อ ตร.เมตร ซึ่งมีค่าเท่ากับ AM 1.5 (Air Mass 1.5) และถ้าแสงอาทิตย์ทำมุม 60 องศากับพื้นโลกความเข้มของแสงจะมีค่าเท่ากับประมาณ 75 mW ต่อ ตร.ซม. หรือ 70 W ต่อ ตร.ซม. เมตร ซึ่งมีค่าเท่ากับ AM2 กรณีของแผงเซลล์แสงอาทิตย์นั้นจะใช้ค่า AM 1.5 เป็นมาตรฐานในการวัดประสิทธิภาพของแผง
2. อุณหภูมิ
กระแสไฟ (Current) จะไม่แปรตามอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงไป ในขณะที่แรงดันไฟฟ้า (โวล์ท) จะลดลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ซึ่งโดยเฉลี่ยแล้ว ทุกๆ 1 องศาที่เพิ่มขึ้น จะทำให้แรงดันไฟฟ้าลดลง 0.5% และในกรณีของแผงเซลล์แสงอาทิตย์มาตรฐานที่ใช้กำหนดประสิทธิภาพของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ คือ ณ อุณหภูมิ 25 องศา C เช่น กำหนดไว้ว่าแผงเซลล์แสงอาทิตย์มีแรงดันไฟฟ้าที่วงจรเปิด (Open Circuit Voltage หรือ V oc) ที่ 21 V ณ อุณหภูมิ 25 องศา C ก็จะหมายความว่าแรงดันไฟฟ้าที่จะได้จากแผงเซลล์แสงอาทิตย์เมื่อยังไม่ได้ต่อกับอุปกรณ์ไฟฟ้า ณ อุณหภูมิ 25 องศา C จะเท่ากับ 21 V ถ้าอุณหภูมิสูงกว่า 25 องศา C เช่น อุณหภูมิ 30 องศา C จะทำให้แรงดันไฟฟ้าของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ลดลง 2.5% (0.5% x 5องศา C) นั่นคือ แรงดันของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ที่ V oc จะลดลง 0.525 V (21V x 2.5%) เหลือเพียง 20.475 V (21V – 0.525V) สรุปได้ว่า เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น แรงดันไฟฟ้าก็จะลดลง ซึ่งมีผลทำให้กำลังไฟฟ้าสูงสุดของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ลดลงด้วย
จากข้อกำหนดดังกล่าว ข้างต้น ก่อนที่ผู้ใช้จะเลือกใช้แผงเซลล์แสงอาทิตย์จะต้องคำนึงถึงคุณสมบัติของแผงที่ระบุไว้ในแผงแต่ละชนิดด้วยว่า ใช้มาตรฐานอะไร หรือ มาตรฐานที่ใช้วัดแตกต่างกันหรือไม่ เช่นแผงชนิดหนึ่งระบุว่า ให้กำลังไฟฟ้าสูงสุดได้ 80 วัตต์ ที่ ความเข้มแสง 1,200 W ต่อ ตร.เมตร ณ อุณหภูมิ 20 องศา C ขณะที่อีกชนิดหนึ่งระบุว่า ให้กำลังไฟฟ้าสูงสุดได้ 75 วัตต์ ที่ความเข้มแสง 1,000 W ต่อ ตร.เมตร ณ อุณหภูมิ 25 องศา C ซึ่งถ้าหากมาตรฐานที่ใช้วัดแตกต่างกันอย่างนี้ ไม่ได้หมายความว่าแผงชนิดแรกที่ระบุว่าให้กำลังไฟฟ้า 80 วัตต์ จะสามารถให้กำลังไฟฟ้าสูงกว่าแผงชนิดที่สอง ที่ระบุว่า ให้กำลังไฟฟ้า 75 W เนื่องจากว่า เมื่อคำนวณกลับไปโดยใช้มาตรฐานสากล ที่กำหนดความเข้มมาตรฐานที่ 1,000 W ต่อ ตร.เมตร และ อุณหภูมิมาตรฐาน 25 องศา C แล้ว จะพบว่าแผงที่ระบุว่าให้กำลังไฟฟ้า 80 W จะให้กำลังไฟฟ้าต่ำกว่า จากสาเหตุดังกล่าวผู้ที่จะใช้แผงจึงต้องคำนึงถึงข้อกำหนดเหล่านี้ในการเลือกใช้แผงแต่ละชนิดด้วย
คุณลักษณะทางไฟฟ้าของแผงเซลล์แสงอาทิตย์
จากที่กล่าวมาแล้วว่าแผงเซลล์แสงอาทิตย์มีหลายประเภท การพิจารณาเลือกใช้ประเภทใดประเภทหนึ่ง จะขึ้นอยู่กับความเหมาะสมของสถานที่ติดตั้งและความต้องการของผู้ใช้ เช่นผู้ใช้มีปัญหาเรื่องขนาดของพื้นที่ติดตั้งหรือไม่ ถ้าไม่มีปัญหา ก็อาจจะเลือกใช้ชนิดที่เป็นฟิล์มบางซึ่งมีประสิทธิภาพต่ำกว่าชนิดที่เป็นผลึกเดี่ยวซิลิคอน หรือ ผลึกโพลีซิลิคอน ซึ่งราคาอาจจะถูกกว่า อย่างไรก็ตามไม่ว่าจะเลือกใช้แผงเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดใด ข้อมูลที่ควรพิจารณา ซึ่งเป็นข้อมูลมาตรฐานสากลที่ใช้กันอยู่ สำหรับแผงเซลล์แสงอาทิตย์จะมีข้อมูลต่างๆ เพื่อพิจารณาเปรียบเทียบ ดังต่อไปนี้
Peak Power ( Pmax ) คือกำลังสูงสุดของแผงชนิดนั้นๆ ซึ่งจะบอกตัวเลขเป็นวัตต์ (W)
Operating Voltage ( V mp ) คือแรงดันไฟฟ้าสูงสุดเมื่อต่อกับอุปกรณ์ไฟฟ้า บอกตัวเลขเป็นโวลท์
Operating Current ( I mp ) คือกระแสไฟฟ้าที่วัดได้ที่กำลังสูงสุดเมื่อใช้งานปกติ บอกตัวเลขเป็น แอมป์
Open Circuit Voltage ( V oc ) คือแรงดันไฟฟ้าเมื่อเปิดวงจร ซึ่งเป็นแรงดันที่วัดได้เมื่อไม่ได้ต่อกับอุปกรณ์ไฟฟ้า
Short Circuit Current ( I sc ) คือค่ากระแสไฟฟ้าที่วัดได้เมื่อลัดวงจร (แอมป์)
Dimensions คือขนาดของแผง ซึ่งมี
Width ความกว้างแผง
Depth ความหนาแผง
Weight คือน้ำหนักแผงเพื่อประโยชน์ในการคำนวณโครงสร้างรองรับแผง
Standard Test Condition คือเงื่อนไขของการทดสอบแผง เช่น
Air Mass 1.5 ระดับความเข้มของแสงที่ใช้ในการทดสอบที่ 1,000 W ต่อ ตารางเมตร
Operating Temperature ระดับอุณหภูมิที่ใช้ในการทดสอบ และใช้งาน
Cell Specifications ข้อมูลจำนวนชิ้นและชนิดของเซลล์แสงอาทิตย์ที่ใช้
ข้อสังเกตเรื่องข้อมูลของแผงเซลล์แสงอาทิตย์
ข้อสังเกตในการพิจารณาข้อมูลของแผงเซลล์แสงอาทิตย์แต่ละแผงเพื่อการเปรียบเทียบ ผู้ใช้จะต้องใช้ความระวังในการพิจารณาข้อมูลด้วยว่า กำลังไฟฟ้าจริงที่จะได้จากแผงเป็นเท่าไร ภายใต้เงื่อนไขอะไร ซึ่งผู้ใช้จะต้องใช้ความระมัดระวังในการพิจารณาข้อมูลด้วยว่า กำลังไฟจริงที่จะได้จากแผงเป็นเท่าไร ภายใต้เงื่อนไขอะไร ซึ่งบ่อยครั้งจะพบว่าแผงบางชนิดระบุตัวเลขแรงดันไฟฟ้าเมื่อปิดวงจร ( V oc ) ซึ่งเป็นแรงดันไฟฟ้าที่ไม่ได้ต่อกับอุปกรณ์ไฟฟ้าไว้สูง หมายความว่าไม่ใช่แรงดันไฟฟ้าที่จะได้ในเวลาใช้งานหรือระบุตัวเลขของกระแสไฟเมื่อลัดวงจร ( I sc ) ซึ่งไม่ใช่กระแสไฟที่จะได้ในการใช้งานปกติไว้สูง ซึ่งอาจทำให้ผู้เข้าใจผิดได้ เพราะถ้าเอาตัวเลขทั้ง 2 ตัวนี้มาคูณกัน กำลังไฟฟ้าที่ได้จะสูงมาก แต่นั่นไม่ใช่กำลังไฟฟ้าที่ได้จริงจากแผงแสงอาทิตย์ เพราะฉะนั้นผู้ใช้ควรจะใช้ตัวเลขของแรงดันไฟฟ้าเมื่อใช้งาน ( V mp ) หรือเมื่อต่อกับอุปกรณ์ไฟฟ้า และ ตัวเลขของกระแสไฟที่วัดได้ที่ที่กำลังสูงสุด ( I mp ) ซึ่งทั้ง 2 ตัวจะเป็นตัวเลขบ่งชี้ถึงกำลังไฟฟ้าที่จะได้จริงจากแผงเซลล์แสงอาทิตย์ และที่สำคัญซึ่งได้กล่าวมาแล้วคือ ตัวเลขที่ใช้เป็นตัวเลขในมาตรฐานเดียวกันหรือไม่ เช่น ที่ความเข้ม 1,000 วัตต์ต่อตางรางเมตร ณ อุณหภูมิ 25 องศา C อีกประการหนึ่งที่มีความสำคัญในการนำแผงไปใช้งาน ซึ่งถ้าผู้ใช้ไม่สังเกตให้ดีแล้ว แผงที่นำไปจะใช้งานไม่ได้ คือ แผงแสงอาทิตย์บางประเภทจะระบุว่าให้กำลังสูงมาก เช่น 90 หรือ 100 วัตต์ แต่เมื่อไปพิจารณาถึงแรงดัน หรือ โวลท์ ของแผงนั้น อาจจะพบว่าแรงดันของแผงอาจจะไม่ใช่แผงที่ใช้กับอุปกรณ์ระบบ 12 โวลท์ หรือ 24 โวลท์ ตามที่ผู้ใช้ต้องการก็ได้ โดยทั่ว ๆ ไปแล้ว แผงแสงอาทิตย์ที่จะใช้กับอุปกรณ์ระบบ 12 โวลท์ จะระบุแรงดันเมื่อใช้งาน ( V mp ) ที่ประมาณ 15 ถึง 18 โวลท์ ขึ้นอยู่กับเป็นแผงชนิดไหน ส่วนแผงที่ใช้กับอุปกรณ์ระบบ 6 โวลท์ จะระบุแรงดันเมื่อใช้งาน ( V mp ) ที่ประมาณ 7.5 ถึง 9 โวลท์ อย่างไรก็ตามในปัจจุบันนี้เท่าที่พบ แผงเซลล์แสงอาทิตย์ส่วนใหญ่ที่มีการใช้งานโดยทั่ว ๆ ไป จะเป็นชนิดที่ใช้กับอุปกรณ์ระบบ 12 โวลท์เป็นส่วนใหญ่ ประเภทที่ใช้งานกับระบบ 6 โวลท์ ก็มีบ้าง ส่วนประเภทที่ใช้กับระบบ 24 โวลท์ หรือสูงกว่า ก็มีผู้ผลิตบางรายทำขึ้นเหมือนกัน แต่ไม่มากเหมือนระบบ 12 โวลท์ เนื่องจากผู้ใช้สามารถนำแผงชนิดแรงดัน 12 โวลท์ ไปต่ออนุกรมให้ได้โวลท์สูงขึ้นตามที่ต้องการอยู่แล้ว ซึ่งจะได้กล่าวโดยละเอียดต่อไปในบทว่าด้วยเรื่องการนำแผงเซลล์แสงอาทิตย์ไปใช้
ประสิทธิภาพของเซลล์และประสิทธิภาพของแผงเซลล์แสงอาทิตย์
ประสิทธิภาพของเซลล์และประสิทธิภาพของแผงจะมีความแตกต่างกัน เนื่องจากการคำนวณประสิทธิภาพนั้นจะคำนวณจากขนาดของชิ้นเซลล์ หรือ ขนาดของแผง เปรียบเทียบกับกำลังไฟที่ได้จากชิ้นเซลล์ หรือ จากแผงนั้น ๆ ซึ่งจะมีความแตกต่างกัน เพราะการนำชิ้นเซลล์ไปประกอบเป็นแผงนั้น จะมีช่องรอยต่อระหว่างชิ้นเซลล์ ทำให้ขนาดของแผงใหญ่ขึ้น ยกตัวอย่างเช่น ชิ้นเซลล์ขนาด 125 x 125 มม. ซึ่งมีพื้นที่เท่ากับ 125 x 125 = 15,625 ตร.มม. ต่อชิ้น จำนวน 36 ชิ้น จะมีพื้นที่รวม 562,500 ตร.มม. หรือเท่ากับ 0.562 ตารางเมตร และเซลล์ทั้ง 36 ชิ้นที่ว่านี้สามารถให้กำลังได้รวมกันเท่ากับ 75 วัตต์ ที่ความเข้มแสงมาตรฐาน 1,000 วัตต์ต่อตารางเมตรแล้ว ประสิทธิภาพของชิ้นเซลล์ขนาดนี้จะเท่ากับ 75 x 100 หารด้วย 0.562 x 1,000 = 13.34% ถ้าหากชิ้นเซลล์ดังกล่าวมีลักษณะเป็นสี่เหลี่ยมจัตุรัส ในกรณีที่ชิ้นเซลล์มีการตัดมุมทิ้งไปทั้ง 4 มุม ทำให้พื้นที่จริงของชิ้นเซลล์ลดลง ประสิทธิภาพของเซลล์ก็จะเพิ่มขึ้นอีกเล็กน้อย
แต่เมื่อนำชิ้นเซลล์ทั้ง 36 ชิ้นนี้ไปประกอบเป็นแผงเซลล์แสงอาทิตย์ ซึ่งต้องมีช่องระหว่างรอยต่อของเซลล์แต่ละชิ้น ซึ่งจะมีผลทำให้ขนาดของแผงใหญ่ขึ้นกว่าพื้นที่ของชิ้นเซลล์ทั้ง 36 ชิ้นรวมกัน เช่น เมื่อประกอบเป็นแผง ขนาดของแผงเซลล์แสงอาทิตย์นั้นจะมีความกว้างเท่ากับ 530 มม. และมีความยาวแผงเท่ากับ 1,188 มม. ซึ่งเมื่อคิดเป็นพื้นที่แล้วจะได้พื้นที่เท่ากับ 530 x 1,188 หรือ 629,640 ตร.มม. หรือเท่ากับ 0.630 ตารางเมตร ในขณะที่แผงดังกล่าวให้กำลังเท่าเดิมคือ 75 วัตต์ ที่ความเข้มของแสงมาตรฐาน 1,000 วัตต์ต่อตารางเมตรแล้ว ประสิทธิภาพของแผงเซลล์แสงอาทิตย์นั้นจะเท่ากับ 75 x 100 หารด้วย 0.63 x 100 = 11.90%
ซึ่งในปัจจุบันนี้ได้มีความพยายามในการพัฒนาประสิทธิภาพของชิ้นเซลล์ให้สูงขึ้น ในขณะที่ขนาดของชิ้นเซลล์เท่าเดิม ทั้งนี้ เพื่อให้แผงขนาดเท่าเดิมแต่สามารถให้กำลังได้เพิ่มขึ้น เพื่อเป็นประโยชน์ต่อการติดตั้งแผงที่มีพื้นที่ติดตั้งจำกัด เช่น ตามหลังคาบ้านต่าง ๆ ซึ่งไม่สามารถเปลี่ยนแปลงขนาดของหลังคาบ้านได้ หรือ มีพื้นที่สามารถรับแสงได้ในบริเวณที่จำกัด ถ้าได้ใช้แผงเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพสูงในการติดตั้ง แม้พื้นที่จะจำกัดเท่าเดิม แต่กำลังที่จะได้จากแผงก็เพิ่มขึ้น อีกทั้งผู้ใช้ยังสามารถประหยัดค่าใช้จ่ายด้านโครงสร้างรองรับแผง ไม่ต้องใช้โครงสร้างใหญ่เพื่อรองรับจำนวนแผงมาก ๆ เหมือนสมัยแรก ๆ
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น