คำว่า “พลังงาน” หมายถึงความสามารถในการทำงาน ความต้องการพลังงานของโลกเพิ่มขึ้นในมิติที่สูงมากเนื่องจากการเติบโตตามธรรมชาติและการใช้เทคโนโลยีใหม่ แหล่งที่มาของเชื้อเพลิงติดไฟที่เราพึ่งพา เช่น ถ่านหิน ก๊าซ และน้ำมัน มีอยู่อย่างจำกัด การเผาไหม้เชื้อเพลิงที่เพิ่มขึ้นทำให้เกิดความกังวลเกี่ยวกับ ภาวะโลกร้อน และ มลพิษทางอากาศ เนื่องจากการพึ่งพา เชื้อเพลิงฟอสซิล มากเกินไปสำหรับพลังงาน พวกมันกำลังจะหมดลง จึงจำเป็นต้องหาแหล่งพลังงานทดแทน และแหล่งทางเลือกหนึ่งคือ ดวงอาทิตย์
พลังงานแสงอาทิตย์คือแสงที่แผ่ออกมาและความร้อนจากดวงอาทิตย์ที่ควบคุมโดยใช้เทคโนโลยีที่พัฒนาตลอดเวลา เช่น การให้ความร้อนจากแสงอาทิตย์ พลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์ สถาปัตยกรรมจากแสงอาทิตย์ และการสังเคราะห์ด้วยแสงเทียม
นอกจากนี้ยังเป็นแหล่งพลังงานหมุนเวียนที่สำคัญ และเทคโนโลยีของเทคโนโลยีมีลักษณะกว้างๆ ว่าเป็นพลังงานแสงอาทิตย์แบบพาสซีฟหรือพลังงานแสงอาทิตย์แบบแอคทีฟ ขึ้นอยู่กับวิธีการจับและกระจายพลังงานแสงอาทิตย์หรือแปลงเป็นพลังงานแสงอาทิตย์
วัตถุประสงค์การเรียนรู้
เมื่อจบบทเรียนนี้ คุณควรจะสามารถ:
ดวงอาทิตย์เป็นแหล่งพลังงานที่ทรงพลังอย่างยิ่ง และแสงแดดก็เป็นแหล่งพลังงานที่ใหญ่ที่สุดที่โลกได้รับ รังสีดวงอาทิตย์หรือแสงอาทิตย์ที่ตกถึงพื้นประกอบด้วยแสงที่มองเห็นได้เกือบร้อยละ 50 รังสีอินฟราเรดร้อยละ 45 และรังสีอัลตราไวโอเลตและรูปแบบอื่นๆ ของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าในปริมาณที่น้อยกว่า พลังงานแสงอาทิตย์เป็นเพียงแสงและความร้อนที่มาจากดวงอาทิตย์ พลังงานแสงอาทิตย์เป็นแหล่งพลังงานหมุนเวียนที่สะอาดและอุดมสมบูรณ์ที่สุดที่มีอยู่
รูปแบบของพลังงานแสงอาทิตย์
ดังที่แสดงไว้ด้านบน แผงโซลาร์มีหน้าที่รวบรวมแสงแดดหรือรังสีดวงอาทิตย์และแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้า ตัวควบคุมการประจุพลังงานแสงอาทิตย์ควบคุมการไหลของกระแสจากแผงโซลาร์เซลล์ไปยังแบตเตอรี่ ตัวควบคุมจะตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่และลดกระแสไฟฟ้าเมื่อชาร์จแบตเตอรี่เต็มแล้ว แบตเตอรี่จะเก็บพลังงานไว้ใช้ในภายหลัง อินเวอร์เตอร์แปลงไฟฟ้ากระแสตรง (ซึ่งผลิตโดยแสงอาทิตย์) เป็นไฟฟ้ากระแสสลับ (ซึ่งใช้ในโครงข่ายไฟฟ้า) เครื่องวัดจะวัดปริมาณพลังงานที่เครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้านใช้ เช่น ตู้เย็น หลอดไฟ และโทรทัศน์
พลังงานแสงอาทิตย์สามารถอยู่ในรูปแบบใดรูปแบบหนึ่งดังต่อไปนี้
รังสีดวงอาทิตย์สามารถเปลี่ยนเป็น พลังงานความร้อน หรือ พลังงานไฟฟ้า ก็ได้
พลังงานความร้อน
อุปกรณ์ทั่วไปที่ใช้ในการจับพลังงานแสงอาทิตย์และแปลงเป็นพลังงานความร้อนคือตัวสะสมแบบแผ่นเรียบ ซึ่งใช้สำหรับการให้ความร้อนจากแสงอาทิตย์ เนื่องจากความเข้มของรังสีดวงอาทิตย์ที่พื้นผิวโลกต่ำ นักสะสมเหล่านี้จึงต้องมีพื้นที่มาก ตัวอย่างเช่น นักสะสมต้องมีพื้นที่ผิวประมาณ 40 ตารางเมตร (430 ตารางฟุต) เพื่อรวบรวมพลังงานให้เพียงพอสำหรับหนึ่งคน
ตัวสะสมแผ่นเรียบที่ใช้กันอย่างแพร่หลายประกอบด้วยแผ่นโลหะเคลือบสีดำ หุ้มด้วยกระจกหนึ่งหรือสองแผ่น ซึ่งได้รับความร้อนจากแสงอาทิตย์ที่ตกกระทบ จากนั้นความร้อนของแสงแดดจะถ่ายเทไปยังอากาศหรือน้ำ ซึ่งเรียกว่าของเหลวพาหะ ซึ่งไหลผ่านด้านหลังของแผ่น ความร้อนนี้สามารถนำมาใช้โดยตรงหรืออาจถ่ายโอนไปยังสื่ออื่นในการจัดเก็บ การเก็บความร้อนไว้ใช้ในเวลากลางคืนหรือวันที่มีเมฆมากทำได้โดยใช้ถังหุ้มฉนวนเพื่อเก็บน้ำร้อนในช่วงที่มีแดดจัด โดยทั่วไปแล้ว Flat-plate collector จะให้ของเหลวพาความร้อนที่อุณหภูมิตั้งแต่ 66 ถึง 93 องศาเซลเซียส ประสิทธิภาพของตัวสะสมดังกล่าวมีตั้งแต่ 20 ถึง 80 เปอร์เซ็นต์ ขึ้นอยู่กับการออกแบบของตัวสะสม
วิธีการแปลงพลังงานความร้อนอีกวิธีหนึ่งพบได้ในบ่อน้ำพลังงานแสงอาทิตย์ ซึ่งเป็นแหล่งน้ำเค็มที่ออกแบบมาเพื่อรวบรวมและเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ ความร้อนที่ได้รับจากบ่อเหล่านี้ทำให้สามารถผลิตสารเคมี อาหาร สิ่งทอ สระว่ายน้ำ และปศุสัตว์ได้ บ่อพลังงานแสงอาทิตย์มีราคาค่อนข้างแพงในการติดตั้งและบำรุงรักษา และโดยทั่วไปจำกัดไว้ในพื้นที่ชนบทที่อบอุ่น
ผลิตไฟฟ้า
รังสีอาทิตย์อาจถูกแปลงเป็นไฟฟ้าโดยตรงโดยเซลล์แสงอาทิตย์ ในเซลล์ดังกล่าว แรงดันไฟฟ้าขนาดเล็กจะถูกสร้างขึ้นเมื่อแสงตกกระทบที่รอยต่อระหว่างโลหะกับสารกึ่งตัวนำ (เช่น ซิลิคอน) หรือรอยต่อระหว่างสารกึ่งตัวนำสองตัว พลังงานที่เกิดจากเซลล์แสงอาทิตย์เซลล์เดียวคือประมาณสองวัตต์ ประสิทธิภาพการใช้พลังงานของเซลล์แสงอาทิตย์ในปัจจุบันส่วนใหญ่อยู่ที่ประมาณ 15 ถึง 20 เปอร์เซ็นต์เท่านั้น และเนื่องจากความเข้มของรังสีดวงอาทิตย์อยู่ในระดับต่ำ เริ่มต้นด้วยการประกอบเซลล์ขนาดใหญ่และมีราคาแพงเพื่อผลิตพลังงานในปริมาณปานกลาง
มีการใช้เซลล์แสงอาทิตย์ขนาดใหญ่ขึ้นเพื่อจ่ายพลังงานให้กับปั๊มน้ำและระบบสื่อสารในพื้นที่ห่างไกลและดาวเทียมสื่อสาร
แผงซิลิกอนผลึกแบบคลาสสิกและเทคโนโลยีเกิดใหม่ที่ใช้เซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบาง รวมถึงเซลล์แสงอาทิตย์แบบบูรณาการในอาคาร สามารถติดตั้งโดยเจ้าของธุรกิจและเจ้าของบ้านบนหลังคาบ้านเพื่อทดแทนแหล่งจ่ายไฟแบบเดิม
โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบรวมใช้ตัวรวมแสงหรือตัวรวมแสงเพื่อรวมแสงอาทิตย์ที่ได้รับจากพื้นที่กว้างไปยังตัวรับสีดำขนาดเล็ก ซึ่งจะเป็นการเพิ่มความเข้มของแสงอย่างมากเพื่อสร้างอุณหภูมิที่สูงขึ้น อาร์เรย์ของกระจกหรือเลนส์ที่จัดเรียงอย่างระมัดระวังสามารถโฟกัสแสงแดดได้มากพอที่จะให้ความร้อนแก่อุณหภูมิเป้าหมาย 2,000 องศาเซลเซียสหรือมากกว่านั้น ความร้อนนี้สามารถใช้ในการทำงานของหม้อไอน้ำ ซึ่งจะสร้างไอน้ำสำหรับโรงไฟฟ้าเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากังหันไอน้ำ สำหรับการผลิตไอน้ำโดยตรง สามารถจัดวางกระจกที่เคลื่อนย้ายได้เพื่อรวมรังสีดวงอาทิตย์จำนวนมากไปยังท่อที่ดำคล้ำซึ่งน้ำไหลผ่านและทำให้ร้อน
แอพพลิเคชั่นอื่นๆ
พลังงานแสงอาทิตย์ถูกนำมาใช้ในการผลิตเกลือจากน้ำทะเลโดยการระเหย หน่วยกลั่นน้ำทะเลที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์เปลี่ยนน้ำเค็มให้เป็นน้ำดื่มโดยแปลงพลังงานจากดวงอาทิตย์ให้เป็นความร้อน ไม่ว่าทางตรงหรือทางอ้อม เพื่อขับเคลื่อนกระบวนการกลั่นน้ำทะเล
เทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์ได้เกิดขึ้นเพื่อการผลิตไฮโดรเจนที่สะอาดและนำกลับมาใช้ใหม่ได้ในฐานะแหล่งพลังงานทางเลือก
ปัจจัยที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพของระบบไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์
1. การเปลี่ยนแปลงสภาพอากาศ
เนื่องจากการได้รับความร้อนอาจทำให้การผลิตในแต่ละวันของเซลล์แสงอาทิตย์ลดลงก่อนเวลาอันควร อุณหภูมิที่สูงจะทำให้แรงดันไฟฟ้าตกและพลังงานโดยรวมลดลง เซลล์แสงอาทิตย์ทำงานได้ดีในที่เย็นมากกว่าในสภาพอากาศร้อน ดังนั้น อุณหภูมิที่สูงขึ้นกว่า 25 องศาเซลเซียส นำไปสู่การสลายตัวของแผงโซลาร์เซลล์
2. การแรเงา
เมื่อเงาตกกระทบแม้แต่ส่วนเล็กๆ ของแผงโซลาร์ กระแสที่ไหลผ่านทั้งเส้นจะลดลง เซลล์ที่แรเงาส่งผลต่อกระแสไฟของระบบพลังงานแสงอาทิตย์ทั้งหมด
3. การวางแนวหลังคา
ควรปรับมุมเอียงของแผงโซลาร์เซลล์ตามการเปลี่ยนแปลงของฤดูกาล ละติจูดและลองจิจูด และชั่วโมงแสงแดด
4. ความสะอาดของแผงโซลาร์เซลล์
ความสะอาดของพื้นผิวแผงเซลล์แสงอาทิตย์เชื่อมต่อโดยตรงกับการแปลงพลังงานจากตาแมว พายุทราย สภาพแวดล้อมที่เป็นมลพิษ และปริมาณน้ำฝนเป็นปัจจัยบางประการที่อาจมีบทบาทในการลดประสิทธิภาพของแผงเซลล์แสงอาทิตย์
ข้อดีและข้อเสียของพลังงานแสงอาทิตย์
ข้อดีของพลังงานแสงอาทิตย์คือ
ข้อเสียของพลังงานแสงอาทิตย์ ได้แก่
สรุป
