เหตุใดการผลิตไฟฟ้าโซลาร์เซลล์จึงสามารถครองตำแหน่งผู้นำในการผลิตพลังงานทดแทนได้

ผู้บริโภค อุตสาหกรรม และรัฐบาลต่างก็ดำเนินมาตรการเพื่อเพิ่มการใช้พลังงานหมุนเวียนนี่เป็นการผลักดันระบบการผลิตและจำหน่ายพลังงานจากสถาปัตยกรรมแบบฮับและซี่แบบรวมศูนย์ ไปสู่การผลิตและการใช้ไฟฟ้าแบบกริดที่อิงตามท้องถิ่นมากขึ้น และอุปทานและอุปสงค์ที่มั่นคงผ่านการเชื่อมต่อโครงข่ายอัจฉริยะของกริด

ตามรายงานเชื้อเพลิงของสำนักงานพลังงานระหว่างประเทศ (IEA) เดือนตุลาคม 2019 ระบุว่าภายในปี 2567 การผลิตพลังงานหมุนเวียนจะเพิ่มขึ้น 50%.

ซึ่งหมายความว่ากำลังการผลิตพลังงานทดแทนทั่วโลกจะเพิ่มขึ้น 1,200GW ซึ่งเทียบเท่ากับกำลังการผลิตติดตั้งในปัจจุบันของสหรัฐอเมริการายงานคาดการณ์ว่า 60% ของการผลิตพลังงานหมุนเวียนที่เพิ่มขึ้นจะอยู่ในรูปของอุปกรณ์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์

รายงานยังเน้นย้ำถึงความสำคัญของระบบการผลิตไฟฟ้าโซลาร์เซลล์แบบกระจาย เนื่องจากผู้บริโภค อาคารพาณิชย์ และโรงงานอุตสาหกรรมเริ่มผลิตไฟฟ้าด้วยตนเองโดยคาดการณ์ว่าภายในปี 2567 การผลิตไฟฟ้าโซลาร์เซลล์แบบกระจายจะเพิ่มขึ้นมากกว่าสองเท่าเป็นมากกว่า 500 กิกะวัตต์นี่หมายความว่าการผลิตไฟฟ้าโซลาร์เซลล์แบบกระจายจะมีสัดส่วนเกือบครึ่งหนึ่งของการเติบโตทั้งหมดของการผลิตไฟฟ้าโซลาร์เซลล์จากแสงอาทิตย์.

ข้อได้เปรียบด้านพลังงานแสงอาทิตย์

เหตุใดการผลิตไฟฟ้าโซลาร์เซลล์จากแสงอาทิตย์จึงเป็นผู้นำในการเติบโตของการผลิตพลังงานทดแทน

เหตุผลที่ชัดเจนประการหนึ่งก็คือดวงอาทิตย์ส่องแสงมาที่เราทุกคน พลังงานของดวงอาทิตย์จึงถูกใช้อย่างกว้างขวางสิ่งนี้ทำให้การผลิตไฟฟ้าใกล้เคียงกับการใช้พลังงานมากขึ้นและส่งพลังงานไปยังจุดนอกกริด ซึ่งมีประโยชน์อย่างยิ่งในการลดการสูญเสียการกระจายพลังงาน

อีกเหตุผลที่ชัดเจนก็คือมีพลังงานแสงอาทิตย์มากมาย.มีความแตกต่างเล็กๆ น้อยๆ มากมายในการคำนวณปริมาณพลังงานที่โลกได้รับจากดวงอาทิตย์หลักการทั่วไปคือระดับน้ำทะเลเฉลี่ยอยู่ที่ 1kW ต่อตารางเมตรในวันที่มีแสงแดดจ้า หรือเมื่อพิจารณาปัจจัยต่างๆ เช่น วงจรกลางวัน/กลางคืน มุมตกกระทบ และฤดูกาล ค่าเฉลี่ยจะอยู่ที่ต่อตารางเมตรต่อวันเอ็ม 6kWh.

เซลล์แสงอาทิตย์ใช้เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกเพื่อแปลงแสงตกกระทบให้เป็นพลังงานไฟฟ้าในรูปของโฟตอนโฟตอนถูกดูดซับโดยวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ เช่น เจือซิลิคอน และพลังงานของพวกมันกระตุ้นอิเล็กตรอนจากวงโคจรของโมเลกุลหรืออะตอมจากนั้นอิเล็กตรอนเหล่านี้จะมีอิสระในการกระจายพลังงานส่วนเกินเป็นความร้อนและกลับสู่วงโคจรของมัน หรือแพร่กระจายไปยังอิเล็กโทรดและกลายเป็นส่วนหนึ่งของกระแสเพื่อชดเชยความต่างศักย์ที่สร้างขึ้นบนอิเล็กโทรด

เช่นเดียวกับกระบวนการแปลงพลังงานทั้งหมด พลังงานที่ป้อนเข้าสู่เซลล์แสงอาทิตย์ไม่ได้ถูกส่งออกไปในรูปแบบพลังงานไฟฟ้าที่ต้องการทั้งหมดในความเป็นจริง ประสิทธิภาพการใช้พลังงานของเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดโมโนคริสตัลไลน์ซิลิคอนอยู่ระหว่าง 20% ถึง 25% เป็นเวลาหลายปีอย่างไรก็ตาม โอกาสสำหรับแผงเซลล์แสงอาทิตย์มีมากจนทีมวิจัยได้ทำงานมานานหลายทศวรรษเพื่อใช้โครงสร้างและวัสดุที่ซับซ้อนมากขึ้นเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการแปลงเซลล์ ดังที่แสดงในภาพนี้โดย NREL

การบรรลุประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่สูงขึ้นนั้นมักจะต้องแลกมาด้วยการใช้วัสดุที่แตกต่างกันหลายชนิดและเทคนิคการผลิตที่ซับซ้อนและมีราคาแพงมากขึ้น

อุปกรณ์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์พลังงานแสงอาทิตย์จำนวนมากใช้ซิลิคอนผลึกหรือฟิล์มบางของซิลิคอน แคดเมียมเทลลูไรด์หรือคอปเปอร์ อินเดียม แกลเลียม เซเลไนด์ในรูปแบบต่างๆ โดยมีประสิทธิภาพการแปลง 20% ถึง 30%แบตเตอรี่ถูกสร้างขึ้นในโมดูล และผู้ติดตั้งสามารถใช้โมดูลเหล่านี้เป็นหน่วยพื้นฐานในการสร้างระบบผลิตไฟฟ้าโซลาร์เซลล์แสงอาทิตย์

ความท้าทายด้านประสิทธิภาพการใช้พลังงาน

การแปลงไฟฟ้าโซลาร์เซลล์จะแปลงพลังงานแสงอาทิตย์จำนวนกิโลวัตต์ที่ตกกระทบในทุกตารางเมตรของพื้นผิวโลกให้เป็นพลังงานไฟฟ้าขนาด 200 ถึง 300 วัตต์แน่นอนว่านี่อยู่ภายใต้เงื่อนไขที่เหมาะสมอย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพการแปลงอาจลดลงเนื่องจากสาเหตุต่อไปนี้: ฝน หิมะ และฝุ่นที่สะสมบนพื้นผิวของแบตเตอรี่ อิทธิพลของการเสื่อมสภาพของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ และสีที่เพิ่มขึ้นเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงสภาพแวดล้อม เช่น การเจริญเติบโตของพืชพรรณ หรือการก่อสร้างอาคารใหม่

ดังนั้น ความจริงก็คือ แม้ว่าพลังงานแสงอาทิตย์จะไม่มีค่าใช้จ่าย แต่การใช้พลังงานแสงอาทิตย์เพื่อสร้างพลังงานไฟฟ้าที่เป็นประโยชน์นั้น จำเป็นต้องมีการปรับให้เหมาะสมในแต่ละขั้นตอนของการรวบรวม การจัดเก็บ และการแปลงขั้นสุดท้ายเป็นพลังงานไฟฟ้าอย่างระมัดระวังโอกาสที่ยิ่งใหญ่ที่สุดประการหนึ่งในการปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงานคือการออกแบบอินเวอร์เตอร์ซึ่งแปลงเอาต์พุต DC ของแผงโซลาร์เซลล์ (หรือที่เก็บแบตเตอรี่) ให้เป็นกระแสไฟ AC เพื่อการใช้งานโดยตรงหรือส่งผ่านโครงข่าย

อินเวอร์เตอร์จะเปลี่ยนขั้วของกระแสอินพุต DC เพื่อให้ใกล้กับเอาต์พุต ACยิ่งความถี่ในการสวิตชิ่งสูง ประสิทธิภาพการแปลงก็จะยิ่งสูงขึ้นสวิตช์ธรรมดาสามารถสร้างเอาต์พุตคลื่นสี่เหลี่ยมที่สามารถขับเคลื่อนโหลดความต้านทานได้ แต่ด้วยฮาร์โมนิค จะทำให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ซับซ้อนมากขึ้นที่ขับเคลื่อนด้วยคลื่นไซน์บริสุทธิ์ AC เสียหายดังนั้นการออกแบบอินเวอร์เตอร์จึงกลายเป็นกุญแจสำคัญในการสร้างสมดุลในด้านหนึ่งการเพิ่มความถี่ในการสวิตชิ่งเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงาน แรงดันไฟฟ้าในการทำงาน และการผลิตไฟฟ้า, ในทางกลับกัน,เพื่อลดต้นทุนของส่วนประกอบเสริมที่ใช้เพื่อทำให้คลื่นสี่เหลี่ยมเรียบ.