เซลล์แสงอาทิตย์ (1)

ประวัติความเป็นมาของเซลล์แสงอาทิตย์

เซลล์แสงอาทิตย์ถูกสร้างขึ้นมาครั้งแรกในปี ค.ศ.1954 (พ.ศ.2497) โดย แซปปิน (Chapin) ฟลูเลอร์ (Fuller) และเพียสัน (Pearson) แห่งเบลล์เทลเลโฟน (Bell Telephone) โดยทั้ง 3 ท่านนี้ได้ค้นพบเทคโนโลยีการสร้างรอยต่อ พี – เอ็น (P-N) แบบใหม่โดยวิธีการแพร่สารเข้าไปในผลึกของซิลิคอน จนได้เซลล์แสงอาทิตย์ อันแรกของโลกซึ่งมีประสิทธิภาพเพียง 6% ซึ่งปัจจุบันนี้เซลล์แสงอาทิตย์ได้ถูกพัฒนาขึ้นจนมีประสิทธิภาพสูงกว่า 15% แล้ว ในระยะแรกเซลล์แสงอาทิตย์ส่วนใหญ่จะใช้สำหรับโครงการด้านอวกาศ ดาวเทียมหรือยานอวกาศที่ส่งจากพื้นโลกไปโคจรในอวกาศ ก็ใช้แผงเซลล์แสงอาทิตย์เป็นแหล่งกำเนิดพลังไฟฟ้า ต่อมาจึงได้มีการนำเอาแผงเซลล์แสงอาทิตย์มาใช้บนพื้นโลกเช่นในปัจจุบันนี้ เซลล์แสงอาทิตย์ในยุคแรกๆ ส่วนใหญ่ จะมีสีเทาดำ แต่ในปัจจุบันนี้ได้มีการพัฒนาให้เซลล์แสงอาทิตย์มีสีต่างๆ กันไปเช่น แดง น้ำเงิน เขียว ทอง เป็นต้น เพื่อความสวยงาม

เซลล์แสงอาทิตย์คืออะไร และมีประเภทใหญ่ๆ กี่ชนิด

เซลล์แสงอาทิตย์เป็นสิ่งประดิษฐ์กรรมทางอิเลคทรอนิกส์ ซึ่งทำจากสารกึ่งตัวนำที่สามารถเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานไฟฟ้าโดยตรง ซึ่งไฟที่ได้นั้นจะเป็นไฟกระแสตรง โครงสร้างหลักของเซลล์แสงอาทิตย์ส่วนใหญ่ที่นิยมใช้กันอยู่ในปัจจุบันนี้คือหัวต่อพีเอ็นของสารกึ่งตัวนำ ซึ่งสารกึ่งตัวนำที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายจะทำจาก ซิลิคอน เนื่องจากซิลิคอนเป็นธาตุที่มีมากที่สุดในบรรดาสารกึ่งตัวนำที่มีอยู่ในโลก จึงมีราคาถูกและเป็นสารกึ่งตัวนำที่ได้รับการพัฒนามานาน เทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องจึงเป็นที่เข้าใจและใช้งานกันอย่างกว้างขวางอยู่แล้วในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ในปัจจุบัน เซลล์แสงอาทิตย์ที่นิยมใช้กันอยู่ในปัจจุบันพอจะแบ่งออกเป็นประเภทใหญ่ๆ ได้ 4 ประเภทคือ

1. เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดผลึกเดี่ยวซิลิคอน (Single Crystalline Silicon Solar Cell)
2. เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดผลึกเดี่ยวโพลีซิลิคอน (Poly Crystalline Silicon Solar Cell)
3. เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดฟิล์มบางอะมอร์ฟัสซิลิคอน (Amorphous Silicon Solar Cell)
4. เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดผลึกแกลเลียมอาร์เซไนด์ (Gallium Arsenide Solar Cell) ซึ่งสำหรับประเภทนี้จะเป็นเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพสูงถึง 25% ขึ้นไป แต่มีราคาสูงมาก ไม่นิยมนำมาใช้บนพื้นโลก จึงใช้งานสำหรับดาวเทียมเป็นส่วนมาก

ค่าของพลังงานจากแสงอาทิตย์ที่แผ่รังสีมายังโลก และพลังงานแสงอาทิตย์เฉลี่ยที่ได้รับในประเทศไทย

โลกโคจรรอบดวงอาทิตย์เป็นวงรี ระยะห่างระหว่างโลก และดวงอาทิตย์จะแปรเปลี่ยนอยู่ระหว่าง 150 ล้านกิโลเมตร บวกลบ 17% พลังงานแสงอาทิตย์ที่ได้รับนอกบรรยากาศที่ระยะห่างดังกล่าวมีค่าสูงสุดเท่ากับ 1,400 วัตต์ต่อตารางเมตร ในช่วงเดือนธันวาคม และเดือนมกราคม และมีค่าต่ำสุดเท่ากับ 1,305 วัตต์ต่อตารางเมตร ในช่วงเดือนมิถุนายน และเดือนกรกฎาคม เพราะฉะนั้นโดยเฉลี่ยแล้วพลังงานแสงอาทิตย์ที่รับได้ต่อปีเท่ากับ 1,353 วัตต์ต่อตารางเมตร สำหรับในประเทศไทยอัตราพลังงานแสงอาทิตย์เฉลี่ยต่อวันซึ่งรับได้ตามภาคต่างๆ ในประเทศไทย มีค่าคิดเป็น กิโลวัตต์ ต่อวัน ดังต่อไปนี้

จากข้อมูลดังกล่าวข้างต้นถ้าหากเซลล์แสงอาทิตย์มีประสิทธิภาพของเซลล์ร้อยละ 15 ก็เท่ากับว่าพื้นที่ประเทศไทยต่อเนื่องตารางเมตรจะสามารถผลิตพลังงานได้ถึง 711 วัตต์ต่อวัน และในปัจจุบันได้มีการพัฒนาเซลล์แสงอาทิตย์ให้มีประสิทธิภาพของเซลล์สูงถึงร้อยละเกือบ 18 ซึ่งถ้าใช้เซลล์แสงอาทิตย์ประสิทธิภาพสูงชนิดนี้ในการทำแผงเซลล์แสงอาทิตย์ จะมีประสิทธิภาพของแผงประมาณร้อยละ 14 หรือ ถ้านำมาใช้ในประเทศไทยคิดที่อัตราพลังงานแสงแดดที่ได้รับต่อปีเท่ากับ 4.75 กิโลวัตต์/ตารางเมตร/วัน ก็จะได้พลังงานประมาณ 665 วัตต์ต่อตารางเมตร ต่อวัน เพราะฉะนั้นบ้านแต่ละหลังเพียงใช้หลังคาหรือพื้นที่ในบริเวณบ้านเพียง 25 ตารางเมตร ก็จะสามารถผลิตพลังงานได้เฉลี่ยถึงกว่า 16.6 กิโลวัตต์ต่อวัน หรือประมาณ 500 กิโลวัตต์ (500 หน่วย) ต่อเดือน

ชาวนาเงินล้าน

รายการคนค้นฅน
ชาวนาเงินล้าน

ลุงเสาร์แก้ว ใจบาล

คุณลุงเสาร์แก้ว ใจบาล กับ Biogas จากขี้วัว (ถัง 200 ลิตร)

คุณลุงเสาร์แก้ว ใจบาล อยู่บ้านเลขที่ 139 หมู่ที่ 4 ตำบลบ้านตุ่น อำเภอเมืองพะเยา  จังหวัดพะเยา เป็นปราชญ์ชาวบ้านที่ได้พึ่งพาตนเองด้านเชื้อเพลิงก๊าซหุงต้ม โดยนำมูลวัวที่เลี้ยงในบ้านมาเป็นวัตถุดิบในการผลิตก๊าซชีวภาพขนาดครัวเรือน ทำให้ไม่ต้องพึ่งพาก๊าซหุงต้ม LPG 

ส่วนประกอบของถังหมักและถังเก็บก๊าซชีวภาพ

ถังพลาสติคปิดฝา ขนาด 200 ลิตร จำนวน 1 ใบ ทำหน้าที่ในการบรรจุมูลสัตว์และเศษอาหารเพื่อย่อยสลายจนเกิดก๊าซ โดยมีช่องใส่วัตถุดิบ ท่อน้ำล้นเพื่อควบคุมปริมาตรภายใน และท่อระบาย ด้านบนจะมีสายยางต่อเพื่อลำเลียงก๊าซที่ผลิตได้ไปสู่ถังเก็บ

ถังพลาสติคเปิดฝาบน ขนาด 200 ลิตร จำนวน 1 ใบ เป็นถังเก็บก๊าซถังหงาย โดยจะตั้งหงายเพื่อบรรจุน้ำสำหรับเป็นตัวกันไม่ให้ก๊าซรั่วออกนอกถังเก็บ ถังจะตั้งหงายเพื่อให้ถังใบเล็กอีกถังครอบ ในส่วนของคุณลุงเสาร์แก้ว ดัดแปลงใช้วงบ่อซีเมนต์ ขนาด 80 เซนติเมตร 2 วง ฉาบปูนแทน

ถังพลาสติคเปิดฝาบน ขนาด 120 ลิตร จำนวน 1 ใบ เป็นถังเก็บก๊าซถังคว่ำ โดยจะตั้งคว่ำลงภายในถังเก็บก๊าซ ขนาด 200 ลิตร หรือวงบ่อที่ใส่น้ำ ทำหน้าที่เป็นตัวกักก๊าซไว้โดยตัวถังจะลอยขึ้นเมื่อก๊าซถูกลำเลียงมาจากถัง หมัก ด้านบนจะมีท่อลำเลียงก๊าซไปจุดใช้งานต่อไป ก่อนจะเริ่มใช้งานให้ใส่น้ำลงไปในถังใบที่ 2 ถังเก็บก๊าซถังหงายให้เต็ม แล้วสวมถังใบที่ 3 หรือถังเก็บก๊าซถังคว่ำลงในถังใบที่ 2 ให้จมลงไปในน้ำพอดีก้นถัง ต่อสายยางจากถังหมักมายังถังเก็บก๊าซ และต่อสายยางจากถังเก็บก๊าซไปยังเตาแก๊สเพื่อไว้ใช้งานต่อไป

ส่วนประกอบสำหรับท่อน้ำล้นและท่อระบายของถังหมักก๊าชชีวภาพ

ข้อต่อเกลียวนอก ขนาด 1 นิ้ว 1 อัน

ข้องอเกลียวใน ขนาด 1 นิ้ว

ท่อพีวีซี ขนาด 1 นิ้ว ตัดยาว 2 นิ้ว 1 อัน

3 ทาง ขนาด 1 นิ้ว 2 อัน

ฝาปิดพีวีซี ขนาด 1 นิ้ว 1 อัน

ท่อพีวีซี ขนาด 1 นิ้ว ตัดประมาณ 40 เซนติเมตร 1 อัน

ท่อพีวีซี ขนาด 1 นิ้ว ตัดประมาณ 30 เซนติเมตร 1 อัน

ส่วนประกอบสำหรับช่องเติมและท่อส่งก๊าซของถังหมัก

ท่อพีวีซี ขนาดยาว 1 เมตร เจาะช่องกลางท่อ ขนาดกว้าง 0.5 ของท่อ และยาว 15 เซนติเมตร ตัดให้ช่องห่างจากปากท่อ 32 เซนติเมตร

ข้องอเกลียวนอก ขนาด 4 หุน 1 อัน

หัวต่อสายยางเกลียวนอก ขนาด 4 หุน 1 อัน

ส่วนประกอบสำหรับท่อนำก๊าซของถังเก็บก๊าซ

3 ทาง ขนาด 4 หุน 1 ตัว

หัวต่อสายยางเกลียวนอก ขนาด 4 หุน 2 อัน

ส่วนประกอบปลีกย่อยอื่นๆ

กิ๊บยึดท่อ ขนาด 1 นิ้ว 1-2 อัน

กาวซีเมนต์ (กาวแห้งเร็ว 2 หลอดคู่) 1 ชุด

กาวซิลิโคลน ชนิดใส 1 หลอด

สายยาง 3 หุน ยาว 5 เมตร 1 เส้น

วิธีการประกอบถังหมักก๊าซชีวภาพ

นำ ถังใบที่ปิดสนิทเจาะรูขนาดเท่ากับเกลียวของข้อต่อเกลียวนอก 4 หุน บริเวณที่เรียบๆ บนฝาถัง เจาะรูถังขนาดเท่าเกลียวนอกของข้อต่อตรงขนาด 1 นิ้ว เจาะบริเวณข้างถังสูงจากก้นถังประมาณ 3 นิ้ว เนื่องจากฝาถังหมักปิดสนิทต้องใช้แท่งพีวีซี ติดข้อต่อเกลียวนอก ขนาด 1 นิ้ว ไว้ที่ปลาย แล้วแยงจากช่องเติมอาหารผ่านไปติดที่ข้างถังด้านใน โดยให้ปลายเกลียวพ้นรูถังออกมา ทากาวบริเวณที่พ้นผ่านรูออกมา และทากาวที่ปากท่อข้องอเกลียวใน 1 นิ้ว จึงนำมาประกอบกัน ในส่วนของส่วนประกอบท่อน้ำล้น โดย 3 ทางตัวบน ต้องสูงได้ 75 เปอร์เซ็นต์ของตัวถัง จากนั้นยึดด้วยกิ๊บยึดท่อก็เป็นอันเสร็จในส่วนท่อน้ำล้น จากนั้นนำข้องอเกลียว ขนาด 4 หุน มาทากาวที่ปากท่อหมุนเกลียวเข้ารูที่ใช้ลำเลียงก๊าซด้านบนของถังหมัก และติดหัวต่อสายเกลียวนอก ขนาด 4 หุน ที่ข้องอเพื่อจะใช้ต่อสายยางต่อไป ประกอบท่อพีวีซี 3 นิ้ว ส่วนที่เป็นที่เติมวัตถุดิบด้านบนของถัง โดยหย่อนลงในถังด้านบนที่เจาะรูไว้ หันช่องเติมที่เจาะเข้าด้านในถัง ทากาวขอบท่อให้ทั่วเพื่อกันอากาศเข้า

วิธีการประกอบถังเก็บก๊าซชีวภาพ

เจาะ รูที่ก้นถังพลาสติคขนาด 120 ลิตร 1 รู ขนาดเท่ากับเกลียวของข้องอเกลียวนอก ขนาด 4 หุน ติด 3 ทาง ขนาด 4 หุน ที่ก้นถังด้านนอกอัดกาวให้ทั่ว ใช้เกลียวหมุนให้แน่น ต่อหัวต่อสายยางเกลียวนอก ขนาด 4 หุน ทั้ง 2 ด้าน ของรู 3 ทาง จากนั้นต่อสายยาง ขนาด 3 หุน เข้าหาถังหมัก และถังเก็บก๊าซความยาวตามต้องการ

การใช้งานถังหมักก๊าซชีวภาพ

วัตถุดิบ

1. มูลสัตว์

2. น้ำ

3. เศษอาหาร

ขั้นตอนการหมักก๊าซชีวภาพ

นำมูลสัตว์แห้งหรือเปียกผสมกับน้ำแล้วใส่ลงไปในถังหมักปริมาตร 25 เปอร์เซ็นต์ของตัวถัง ใช้ท่อพีวีซี กระทุ้งให้มูลสัตว์กระจายตัวให้ทั่วถึง หมักมูลสัตว์ที่เป็นวัตถุดิบตั้งต้นในถังประมาณ 10-15 วัน หลังจากนั้น เติมน้ำลงไปให้ถึงระดับ 75 เปอร์เซ็นต์ของถัง ซึ่งจะอยู่ที่ระดับน้ำล้นของถัง แล้วจึงสามารถเติมเศษอาหารหรือมูลสัตว์เพื่อผลิตก๊าซต่อไปได้ ในระยะแรกเติมวัตถุดิบแต่น้อยทุกวันที่มีการใช้ก๊าซประมาณ 1-2 กิโลกรัม แต่ไม่ควรเกิน 4 กิโลกรัม ต่อวัน เมื่อใช้ไปนานๆ สามารถเติมได้มากขึ้น แต่ไม่เกิน 10 กิโลกรัม เมื่อเติมลงช่องให้ใช้ท่อพีวีซี กระทุ้งขึ้น-ลงให้เศษอาหารกระจายตัว กระบวนการย่อยเพื่อผลิตก๊าซจะใช้เวลาประมาณ 24 ชั่วโมง เมื่อมีก๊าซเกิดขึ้น ชุดถังเก็บก๊าซที่คว่ำอยู่จะเริ่มลอย ก๊าซที่เกิดมาชุดแรกให้ปล่อยทิ้งก่อนเพราะจะจุดไฟไม่ติดหรือติดยาก เพราะมีปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์มาก เมื่อหมักจนเกิดก๊าซตั้งแต่ถังที่ 2 ต่อไปจึงสามารถจุดไฟใช้งานได้

การดูแลรักษา

เมื่อ ใช้งานจนถึงช่วง 7 เดือน ถึง 1 ปี ให้ปล่อยกากออกทางช่องระบาย ซึ่งสามารถสังเกตได้จากเมื่อเติมมูลสัตว์หรือเศษอาหารเข้าไปแล้วไม่ค่อยล้น แสดงว่ามีเศษไปตกตะกอนอุดตัน หรือดูได้จากอัตราการเกิดก๊าซน้อยลง แสดงว่ามีการอุดตันเช่นเดียวกัน ไม่ควรใส่เศษอาหารเปรี้ยวในถังหมักเพราะจะทำให้แบคทีเรียไม่ทำงาน เนื่องจากค่าความเป็นกรดด่างไม่เหมาะสม ในถังเมื่อมีค่ากรดเกินไปจะสังเกตได้จากการเกิดก๊าซน้อย และพยายามอย่าให้ถังกระทบกระเทือนมากเพราะกาวจะกะเทาะออกได้จนเกิดการรั่ว เมื่อเกิดก๊าซให้ตรวจสอบรอยรั่วและสามารถใช้กาวทาซ่อมได้
ข้อเด่นของ ก๊าซแอลพีจี ที่เราใช้กันอยู่จนเคยชินคือ เรื่องแรงดันของก๊าซ ความร้อนของไฟ และการที่สามารถบรรจุในถังก๊าซได้ ซึ่งก๊าซชีวภาพที่เราผลิตจากมูลสัตว์และเศษอาหารในชุดถังหมักนี้จะมีแรงดัน ต่ำกว่าก๊าซแอลพีจี จึงต้องมีการปรับรูเตาแก๊สให้มีขนาดใหญ่ขึ้น หรือใช้วิธีเพิ่มน้ำหนักกดทับด้านบนของถังเก็บก๊าซหรือทำโครงเหล็กกดถังเก็บ ก๊าซ ทั้งนี้เพื่อให้เกิดแรงดันก๊าซชีวภาพที่มากขึ้น