พลังงานแสงอาทิตย์คืออะไร สรุป วิธีการทำงาน และประเภท

พลังงานแสงอาทิตย์เป็นวิธีการ พลังงานหมุนเวียน ได้จาก แสงและความร้อนจากดวงอาทิตย์ซึ่งถือเป็นหนึ่งในแหล่งพลังงานที่สะอาดและยั่งยืนที่สุดในปัจจุบัน

การใช้พลังงานประเภทนี้อย่างเต็มที่เป็นไปได้ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีเฉพาะ ด้วยการประดิษฐ์อุปกรณ์ต่างๆ เช่น ตัวสะสมและเซลล์แสงอาทิตย์ หรือที่เรียกว่าแผงโซลาร์เซลล์ การแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นไฟฟ้าหรือความร้อนได้ดำเนินการ

ความก้าวหน้าของเทคโนโลยีเหล่านี้และการลดต้นทุนการติดตั้งทำให้พลังงานแสงอาทิตย์สามารถเข้าถึงได้มากขึ้นและใช้กันอย่างแพร่หลายในบ้าน ธุรกิจ และโรงไฟฟ้าทั่วโลก

พลังงานแสงอาทิตย์ทำงานอย่างไร (ทีละขั้นตอน)

พลังงานแสงอาทิตย์ผลิตโดยการจับและแปลงแสงแดดเป็นพลังงานไฟฟ้าหรือความร้อน กระบวนการผลิตพลังงานแสงอาทิตย์ประกอบด้วยขั้นตอนต่อไปนี้:

1. จับภาพแสงแดด

แผงเซลล์แสงอาทิตย์ประกอบด้วยเซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ เช่น ซิลิกอน เซลล์เหล่านี้มีคุณสมบัติพิเศษที่ช่วยให้สามารถดูดซับแสงแดดได้

2. ผลกระทบจากเซลล์แสงอาทิตย์

เมื่อแสงอาทิตย์ตกกระทบเซลล์แสงอาทิตย์ โฟตอนที่อยู่ในแสงจะกระตุ้นอิเล็กตรอนในอะตอมของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ กระบวนการนี้เรียกว่าเอฟเฟกต์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์และส่งผลให้เกิดกระแสไฟฟ้าอย่างต่อเนื่อง

3. แปลงเป็นพลังงานไฟฟ้า

กระแสไฟฟ้าที่เกิดจากเซลล์แสงอาทิตย์จะถูกรวบรวมและดำเนินการโดยสายโลหะ ก่อตัวเป็นวงจร วงจรนี้ช่วยให้อิเล็กตรอนไหล ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าที่ใช้งานได้

ในการจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าหรือระบบพลังงาน ไฟฟ้าที่ผลิตโดยแผงโซลาร์เซลล์จะผ่านอินเวอร์เตอร์ซึ่งจะแปลงไฟฟ้ากระแสตรงเป็นไฟฟ้ากระแสสลับ

4. การใช้งานและการเก็บรักษา

ไฟฟ้าที่ผลิตได้จากแผงโซลาร์เซลล์สามารถนำไปใช้จ่ายพลังงานให้กับเครื่องใช้ไฟฟ้า ระบบไฟส่องสว่าง เครื่องใช้ในครัวเรือน และอุปกรณ์อื่นๆ ได้ทันที

หากมีระบบจัดเก็บ เช่น แบตเตอรี่ พลังงานส่วนเกินที่ผลิตในระหว่างวันสามารถเก็บไว้ใช้ในภายหลังในตอนกลางคืนหรือในช่วงที่มีเมฆมาก

5. เครื่องทำความร้อน

นอกจากผลิตไฟฟ้าแล้ว ยังสามารถใช้พลังงานแสงอาทิตย์เพื่อให้ความร้อนได้อีกด้วย ในกรณีนี้ ตัวเก็บพลังงานแสงอาทิตย์จะถูกใช้เพื่อดูดซับแสงแดดและเปลี่ยนความร้อนเป็นพลังงานความร้อน

พลังงานความร้อนนี้สามารถนำไปใช้เพื่อให้ความร้อนแก่น้ำสำหรับใช้ภายในบ้าน สระว่ายน้ำ ระบบทำความร้อนในอวกาศ หรือแม้แต่เพื่อผลิตไอน้ำในโรงไฟฟ้า

ประเภทของพลังงานแสงอาทิตย์ (พร้อมตัวอย่าง)

มีพลังงานแสงอาทิตย์หลายประเภทที่สามารถนำมาใช้เพื่อผลิตไฟฟ้าหรือความร้อนได้ ประเภทหลักคือ:

พลังงานแสงอาทิตย์

การติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์.

เป็นพลังงานแสงอาทิตย์ประเภทที่พบมากที่สุดและเป็นที่รู้จักมากที่สุด ในกรณีนี้ แสงอาทิตย์จะถูกแปลงเป็นไฟฟ้าโดยตรงผ่านเซลล์แสงอาทิตย์ซึ่งมีอยู่ในแผงเซลล์แสงอาทิตย์

เซลล์เหล่านี้มักทำจากซิลิคอน ดูดซับโฟตอนจากแสงแดดและสร้างกระแสไฟฟ้า พลังงานไฟฟ้าที่ผลิตได้สามารถนำไปใช้ได้ทันที เก็บไว้ในแบตเตอรี่หรือฉีดเข้าไปในโครงข่ายไฟฟ้า

พลังงานแสงอาทิตย์ความร้อน

ระบบทำน้ำร้อนด้วยแผงโซลาร์เซลล์

พลังงานแสงอาทิตย์รูปแบบนี้ใช้สำหรับให้ความร้อน ตัวเก็บความร้อนจากแสงอาทิตย์จับพลังงานของแสงอาทิตย์และแปลงเป็นความร้อน พลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์เป็นทางเลือกที่มีประสิทธิภาพและยั่งยืนในการทดแทนระบบทำความร้อนแบบเดิม

พลังงานแสงอาทิตย์เข้มข้น

พลังงานแสงอาทิตย์เข้มข้นผ่านเลนส์

พลังงานแสงอาทิตย์ประเภทนี้ใช้กระจกหรือเลนส์เพื่อโฟกัสแสงอาทิตย์ไปยังจุดเฉพาะซึ่งเกิดความร้อนขึ้น ความร้อนนี้สามารถนำมาใช้เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าผ่านวงจรอุณหพลศาสตร์ คล้ายกับที่ใช้ในโรงงานเทอร์โมอิเล็กทริก

พลังงานแสงอาทิตย์แบบเข้มข้นมักใช้ในโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่ โดยปรับความเข้มข้นของแสงแดดให้เหมาะสมที่สุด

พลังงานแสงอาทิตย์แบบพาสซีฟ

ตัวอย่างของ ออกแบบ สมาร์ทที่ใช้ประโยชน์จากแสงแดดสำหรับแสงสว่างภายใน

พลังงานแสงอาทิตย์แบบพาสซีฟไม่เกี่ยวข้องกับการแปลงแสงอาทิตย์เป็นไฟฟ้าหรือความร้อนโดยตรง ไม่เหมือนกับประเภทที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้ หมายถึงการใช้การออกแบบสถาปัตยกรรมและวัสดุอย่างชาญฉลาดเพื่อใช้ประโยชน์สูงสุดจากแสงแดดและความร้อนจากธรรมชาติจากดวงอาทิตย์ในอาคาร

ตัวอย่างของกลยุทธ์พลังงานแสงอาทิตย์แบบพาสซีฟ ได้แก่ การใช้หน้าต่างบานใหญ่เพื่อรับแสง พลังงานแสงอาทิตย์ ฉนวนกันความร้อนที่เพียงพอ และการวางตำแหน่งของอาคารเพื่อใช้ประโยชน์จากการเคลื่อนที่ของ ดวงอาทิตย์.

ข้อดีและประโยชน์ของพลังงานแสงอาทิตย์

แหล่งพลังงานหมุนเวียน

พลังงานแสงอาทิตย์เป็นแหล่งพลังงานที่ไม่มีวันหมด โดยได้มาจากดวงอาทิตย์ ซึ่งจะส่องสว่างต่อไปอีกนับพันล้านปี ซึ่งแตกต่างจากเชื้อเพลิงฟอสซิล พลังงานประเภทนี้จะไม่หมดไปและไม่ก่อให้เกิดการขาดแคลนทรัพยากรธรรมชาติ

ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมต่ำ

การผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ไม่ปล่อยมลพิษทางอากาศที่เป็นอันตราย เช่น คาร์บอนไดออกไซด์ ซัลเฟอร์ออกไซด์ หรือไนโตรเจนออกไซด์ สิ่งนี้มีส่วนช่วยในการลดภาวะเรือนกระจก มลพิษทางอากาศ และปัญหาสุขภาพที่เกี่ยวข้อง

ประหยัดค่าใช้จ่ายในระยะยาว

แม้ว่าต้นทุนเริ่มต้นของการติดตั้งระบบพลังงานแสงอาทิตย์จะสูง แต่พลังงานแสงอาทิตย์ช่วยประหยัดเงินได้ในระยะยาว เมื่อติดตั้งแล้ว ดวงอาทิตย์จะให้พลังงานฟรีและเหลือเฟือ ลดการพึ่งพาผู้ให้บริการพลังงานแบบเดิมได้อย่างมาก ช่วยควบคุมค่าไฟฟ้า

แอพพลิเคชั่นอเนกประสงค์

พลังงานแสงอาทิตย์สามารถใช้ได้ในระดับต่างๆ ตั้งแต่ระบบผลิตไฟฟ้าแบบกระจายขนาดเล็กในบ้านไปจนถึงโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ขนาดใหญ่

นอกจากนี้ยังสามารถใช้สำหรับทั้งการผลิตไฟฟ้าและการทำความร้อนด้วยความร้อน ทำให้เป็นตัวเลือกที่หลากหลายเพื่อตอบสนองความต้องการด้านพลังงานที่แตกต่างกัน

ข้อเสียของพลังงานแสงอาทิตย์

ขึ้นอยู่กับสภาพอากาศ

ปริมาณพลังงานแสงอาทิตย์ที่มีจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับสภาพอากาศ เช่น การปรากฏตัวของเมฆ ช่วงเวลาของปี และตำแหน่งทางภูมิศาสตร์

ซึ่งหมายความว่าการผลิตพลังงานแสงอาทิตย์อาจได้รับผลกระทบในวันที่มีเมฆมาก ตอนกลางคืน และในบริเวณที่มีการแผ่รังสีจากดวงอาทิตย์น้อย

ต้นทุนเริ่มต้นสูง

การติดตั้งระบบพลังงานแสงอาทิตย์จำเป็นต้องมีการลงทุนเริ่มต้นจำนวนมาก ซึ่งรวมถึงการซื้ออุปกรณ์ การติดตั้ง และการบำรุงรักษา แม้ว่าค่าใช้จ่ายจะลดลงในช่วงหลายปีที่ผ่านมา แต่ก็ยังคงเป็นอุปสรรคสำหรับบางคนหรือบางธุรกิจ

ต้องการพื้นที่

การติดตั้งระบบพลังงานแสงอาทิตย์ขนาดใหญ่จำเป็นต้องมีพื้นที่เพียงพอ ไม่ว่าจะเป็นบนหลังคาอาคาร พื้นที่โล่ง หรือพื้นที่เฉพาะสำหรับโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์

ในเขตเมืองที่มีประชากรหนาแน่น การหาพื้นที่ให้เพียงพอต่อความต้องการพลังงานอาจเป็นเรื่องที่ท้าทาย

มีจำนวนจำกัดในชั่วข้ามคืน

ไม่มีพลังงานแสงอาทิตย์ในเวลากลางคืนเมื่อไม่มีแสงแดดส่องถึงโดยตรง สิ่งนี้จำเป็นต้องใช้ระบบกักเก็บพลังงาน เช่น แบตเตอรี่ เพื่อให้แน่ใจว่ามีการจ่ายไฟฟ้าอย่างต่อเนื่องนอกช่วงเวลาที่แสงแดดส่องถึง

แม้ว่าจะมีข้อเสียอยู่บ้าง แต่พลังงานแสงอาทิตย์ได้รับการพิจารณาอย่างกว้างขวางว่าเป็นทางเลือกพลังงานที่สะอาดและยั่งยืนและมีศักยภาพในการเติบโตสูง

การใช้พลังงานแสงอาทิตย์ในบราซิล

พลังงานแสงอาทิตย์มีความสำคัญเพิ่มขึ้นทั้งในเวทีโลกและในบราซิล การตระหนักถึงผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมของเชื้อเพลิงฟอสซิลและการค้นหาแหล่งพลังงานหมุนเวียนที่สะอาดได้ผลักดันการเติบโตของภาคพลังงานแสงอาทิตย์ทั่วโลก

บราซิลมีตำแหน่งที่โดดเด่นในเวทีโลกในด้านการผลิตพลังงานแสงอาทิตย์จากเซลล์แสงอาทิตย์ ปัจจุบันอยู่ในอันดับที่แปดในการจัดอันดับโลก โดยมีกำลังการผลิตติดตั้งสะสมที่ 24 GW ตัวเลขที่น่าประทับใจนี้แสดงให้เห็นถึงการลงทุนที่เพิ่มขึ้นและการใช้พลังงานแสงอาทิตย์ในประเทศ

พลังงานแสงอาทิตย์มีบทบาทพื้นฐานในการทำให้เมทริกซ์พลังงานของบราซิลมีความหลากหลาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งในบริบทที่เขื่อนไฟฟ้าพลังน้ำต้องเผชิญกับความท้าทายและวิกฤตเนื่องจากปริมาณน้ำฝนที่ขาดแคลนและ การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ ความสามารถในการผลิตพลังงานแสงอาทิตย์เป็นทางเลือกที่มีคุณค่า ช่วยให้มีความปลอดภัยและเสถียรภาพมากขึ้นในการจ่ายไฟฟ้า

ในเดือนมกราคม พ.ศ. 2566 พลังงานแสงอาทิตย์ถูกรวมเป็นแหล่งที่ใช้มากเป็นอันดับสองในเมทริกซ์ไฟฟ้าของบราซิล ซึ่งคิดเป็นสัดส่วน 12% ซึ่งแซงหน้าพลังงานลมและก๊าซธรรมชาติ ความสำเร็จนี้เน้นย้ำถึงความสำคัญและศักยภาพของแหล่งพลังงานที่สะอาดและยั่งยืนนี้

บรรณานุกรม:

• ลุยซ์, อาดีร์ มอยส์. พลังงานแสงอาทิตย์และการอนุรักษ์สิ่งแวดล้อม. เซาเปาโล: ร้านหนังสือฟิสิกส์ 2556
• โทลมาสควิม, เมาริซิโอ ติออมโม. แหล่งพลังงานทดแทนในบราซิล. ริโอ เดอ จาเนโร: ซินเนอร์เจีย 2546
• ABSOLAR (สมาคมพลังงานแสงอาทิตย์แห่งบราซิล) ปานามาของพลังงานแสงอาทิตย์ในบราซิลและในโลก - อินโฟกราฟิก https://www.absolar.org.br/mercado/infografico/. เข้าถึงเมื่อ: 5 กรกฎาคม 2023.

ดูเพิ่มเติม:

• พลังงาน
• ประเภทของพลังงานและแหล่งที่มา
• พลังงานหมุนเวียน
• พลังงานความร้อน
• พลังงานลม
• ไฟฟ้า