แผงเซลล์แสงอาทิตย์ทำงานอย่างไร

ไม่ว่าคุณจะไปที่ไหน คุณก็จะพบเห็นระบบโซลาร์เซลล์มากขึ้นเรื่อยๆ คนส่วนใหญ่รู้ดีอยู่แล้วว่าแผงโซลาร์เซลล์สามารถผลิตไฟฟ้าได้ และสามารถติดตั้งในบ้านและธุรกิจเพื่อประหยัดค่าไฟฟ้าหรือเพิ่มรายได้

แผงโซลาร์เซลล์ทำงานอย่างไร: ตั้งแต่เริ่มต้น

ก่อนอื่น มาดูดวงอาทิตย์กันก่อน นี่คือเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ขนาดมหึมา ห่างจากเราไป 147.1 ล้านกิโลเมตร มันส่งพลังงานมายังโลกตลอดเวลา พลังงานนี้กระจายไปในจักรวาลในรูปของ "โฟตอน"

โฟตอนที่มาถึงพื้นผิวโลกทุกชั่วโมงให้พลังงานไฟฟ้ามากกว่าที่เราใช้ทั่วโลกตลอดทั้งปีเสียอีก

พลังงานทั้งหมดนี้คุณสามารถใช้งานได้ฟรี

ใช้ประโยชน์จากพลังงานนั้นในทางปฏิบัติ – นั่นคือสิ่งที่แผงโซลาร์เซลล์ทำ

แผงโซล่าเซลล์แปลงแสงอาทิตย์ให้เป็นไฟฟ้าได้อย่างไร?

แผงโซลาร์เซลล์ (Solar Panel) คือแผงโซลาร์เซลล์หลายเซลล์ (หรือที่เรียกย่อๆ ว่า PV) เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดนี้ถูกหุ้มด้วยกระจกป้องกันและยึดเข้าด้วยกันด้วยกรอบอะลูมิเนียมอัลลอยด์ เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดนี้ผลิตจากวัสดุกึ่งตัวนำซิลิคอนที่บางเป็นพิเศษ

เซลล์แสงอาทิตย์แต่ละเซลล์มีชั้นประจุลบและชั้นประจุบวก ขั้วลบมีอิเล็กตรอนส่วนเกิน และขั้วบวกมีรูเพื่อรองรับอิเล็กตรอนเหล่านี้ (ลองนึกภาพสถานการณ์ที่ลูกปลาหมึกไม่ได้ถูกวางไว้ในหม้อ) อิเล็กตรอนถูกเคลื่อนที่โดยสนามไฟฟ้าในตัว และในขณะเดียวกันก็มีความต่างศักย์ ดังนั้น สำหรับแผงโซลาร์เซลล์ เราเพียงแค่ต้องการพลังงานเล็กน้อยเพื่อแยกอิเล็กตรอนออกจากกระแสที่กักขังไว้ เพื่อให้อิเล็กตรอนไหลจากชั้นประจุลบไปยังชั้นประจุบวก

ใช่แล้ว แหล่งพลังงานนี้คือดวงอาทิตย์ โฟตอนจากดวงอาทิตย์ที่กระทบพื้นผิวโลกตลอดเวลาคือกุญแจสำคัญในการแก้ปัญหาการทำงานของแผงโซลาร์เซลล์

พลังงานจากโฟตอนเหล่านี้จะปลดปล่อยอิเล็กตรอนในขั้วลบของเซลล์แสงอาทิตย์จากสนามแม่เหล็กและเคลื่อนย้ายอิเล็กตรอน ซึ่งหมายความว่าตอนนี้เรามีกระแสไฟฟ้าที่สามารถไหลได้ ซึ่งเรียกว่าปรากฏการณ์โฟโตโวลตาอิก

นี่เป็นเพียงจุดเริ่มต้นของความเข้าใจว่าแผงโซลาร์เซลล์ทำงานอย่างไร เนื่องจากอิเล็กตรอนเหล่านี้ต้องการตัวนำไฟฟ้าเพื่อเดินทางผ่านและกระทำกับอุปกรณ์ไฟฟ้า แล้วสิ่งนี้เกิดขึ้นได้อย่างไร?

เส้นทางที่เราสร้างขึ้นสำหรับอิเล็กตรอนเรียกว่าวงจร เมื่ออิเล็กตรอนออกจากด้านลบของเซลล์ เราต้องการให้อิเล็กตรอนไหลผ่านโหลดต่างๆ ของเรา (เช่น หลอดไฟ LED และเครื่องใช้ไฟฟ้า) เพื่อให้อิเล็กตรอนสามารถจ่ายพลังงานให้กับโหลดเหล่านั้นได้เมื่ออิเล็กตรอนไปถึงชั้นบวกของเซลล์

การไหลของกระแสไฟฟ้าเป็นสิ่งสำคัญ

แผงโซลาร์เซลล์ผลิตไฟฟ้ากระแสตรง (DC) แต่เราใช้ไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) ในบ้าน เพื่อแก้ปัญหานี้ เราจึงติดตั้งอินเวอร์เตอร์เข้าไปในระบบ PV เพื่อแปลงไฟฟ้ากระแสตรงเป็นไฟฟ้ากระแสสลับ

อินเวอร์เตอร์เป็นปัจจัยสำคัญในการกำหนดวิธีการทำงานของแผงโซลาร์เซลล์ เนื่องจากหากไม่มีอินเวอร์เตอร์ในระบบโฟโตโวลตาอิคส์ เราจะไม่สามารถทำอะไรได้มากกับไฟฟ้าที่ผลิตจากแผงโซลาร์เซลล์ของเรา

ประเภทหลักของอินเวอร์เตอร์ ได้แก่ อินเวอร์เตอร์แบบรวมศูนย์ อินเวอร์เตอร์แบบสตริง และอินเวอร์เตอร์แบบไมโคร

ไมโครอินเวอร์เตอร์

ไมโครอินเวอร์เตอร์เป็นอุปกรณ์ขนาดเล็กที่สามารถติดตั้งใต้แผงโซลาร์เซลล์ได้โดยตรง ไมโครอินเวอร์เตอร์ออกแบบมาเพื่อรับพลังงานจากแผงโซลาร์เซลล์หนึ่งแผง (หรือบางครั้งสองแผง) โดยแปลงไฟฟ้ากระแสตรง (DC) เป็นไฟฟ้ากระแสสลับทันที ผู้ผลิตบางรายถึงขั้นรวมไมโครอินเวอร์เตอร์เข้ากับแผงโซลาร์เซลล์และเรียกว่า "โมดูล AC"

อินเวอร์เตอร์สตริง

อินเวอร์เตอร์สตริงขนาดใหญ่ ออกแบบมาเพื่อแปลงไฟฟ้ากระแสตรงของโมดูลโฟโตวอลตาอิกจำนวนมากให้เป็นอาร์เรย์โฟโตวอลตาอิก อินเวอร์เตอร์เหล่านี้มีขนาดตั้งแต่เล็กเพียง 3 กิโลวัตต์ ไปจนถึงขนาดใหญ่กว่า 200 กิโลวัตต์

ด้วยอินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์เหล่านี้ คุณจะเชื่อมต่อแผงโซลาร์เซลล์เข้าด้วยกันแบบอนุกรมและจ่ายแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง (DC) ให้กับอินเวอร์เตอร์ จากนั้นอินเวอร์เตอร์จะปรับแรงดันไฟฟ้าลงเป็นแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) ที่เหมาะสมสำหรับบ้านหรือธุรกิจที่ติดตั้งระบบนี้