พลังงานจากเซลล์แสงอาทิตย์

สัมภาษณ์โดย ดร.บัญชา ธนบุญสมบัติ

ถอดบทสัมภาษณ์โดย อรวรรณ สัมฤทธิ์เดชขจร

รายการก่อ กอง Science ครั้งนี้ ชวนคุณผู้ฟังคุยกับนักวิจัยทางด้านเทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์ ดร.อมรรัตน์ ลิ้มมณี หรือ ดร.เบนซ์ หัวหน้าทีมวิจัยเทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์ กลุ่มวิจัยนวัตกรรมพลังงาน ศูนย์เทคโนโลยีพลังงานแห่งชาติ (ENTEC)

ถาม : ขอทราบประวัติการศึกษาของ ดร.เบนซ์ ครับ ทราบมาว่าไปเรียนที่ประเทศญี่ปุ่นตั้งแต่ชั้นมัธยมศึกษาตอนปลาย?

ตอบ : 

หลังจากจบการศึกษาระดับมัธยมศึกษาตอนต้นก็สอบชิงทุนรัฐบาลเพื่อไปศึกษาต่อที่ประเทศญี่ปุ่น โดยไปเรียนภาษาญี่ปุ่นก่อน 1 ปี จากนั้นก็เข้าศึกษาในระดับมัธยมศึกษาตอนปลายจนกระทั่งจบปริญญาเอกทางด้านอิเล็กทรอนิกส์เชิงกายภาพ (physical electronics) รวมระยะเวลา 13 ปีค่ะ

เนื่องจากทุนที่ได้รับเปิดกว้าง ไม่ได้ระบุว่าต้องไปศึกษาทางด้านไหน แต่ด้วยความที่ชอบวิชาวิทยาศาสตร์และคณิตศาสตร์ อีกทั้งการได้ไปเรียนที่ประเทศญี่ปุ่น ซึ่งมีความเจริญทางด้านไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์อยู่แล้ว และเมื่อได้เรียนก็ยิ่งทำให้รู้สึกว่าเราน่าจะเหมาะกับด้านนี้จึงเลือกเรียนวิศวกรรมไฟฟ้าค่ะ

ถาม : เหตุใดจึงเลือกศึกษาลงลึกเรื่องเซลล์แสงอาทิตย์ตอนที่เรียนปริญญาโท-เอกครับ?

ตอบ : 

สมัยปริญญาตรีได้เรียนเซมิคอนดักเตอร์หรือสารกึ่งตัวนำและวงจรอิเล็กทรอนิกส์อยู่แล้ว อาจารย์ให้คำแนะนำว่าถ้าเรียนเซมิคอนดักเตอร์ก็น่าจะเลือกให้ชัดเจนว่าจะเป็นไดโอดหรือเซลล์แสงอาทิตย์ ดังนั้นจึงเลือกเซลล์แสงอาทิตย์ เพราะเคยทำไดโอดและเซมิคอนดักเตอร์มาก่อน แต่ยังไม่เคยทำเซลล์แสงอาทิตย์ อีกทั้งอาจารย์มองว่าประเทศไทยน่าจะเหมาะกับเซลล์แสงอาทิตย์ ในตอนนั้นที่ไทยยังไม่ค่อยมีคนทำวิจัยด้านเซลล์แสงอาทิตย์สักเท่าไร จะมีแค่ ศ. ดร. ดุสิต เครืองาม,  ศ. ดร. สมศักดิ์ ปัญญาแก้ว และ ดร. พอพนธ์ สิชฌนุกฤษฏ์ อีกทั้งเราก็เห็นว่าน่าสนุกดีจึงเลือกทำเรื่องนี้ค่ะ

ถาม : ช่วงที่เรียนปริญญาเอกหัวข้องานวิจัยที่ศึกษาลงลึกเกี่ยวกับอะไร และได้ฝึกงานกับบริษัทเอกชนที่ไหนบ้างครับ?

ตอบ : 

เป็นการพัฒนาชั้นฟิล์มในเซลล์ชนิดผลึกซิลิคอน ซึ่งเป็นชั้นกันการสะท้อนและลดการสูญเสียพลังงานด้านขั้วด้านล่างกับด้านบนโดยการสร้างซิลิคอนไนไตรด์ (silicon nitride) เนื่องจากเซลล์แสงอาทิตย์ต้องการให้แสงหักเหเข้ามากก็ต้องพัฒนาชั้นบนให้ลดการสะท้อนและลดการสูญเสียด้านอื่นด้วยจึงพัฒนาฟิล์มซิลิคอนไนไตรด์ และฟิล์มซิลิคอนออกไซด์ (silicon-oxide) เพื่อใช้ในโครงสร้างเซลล์ชนิดผลึกซิลิคอนค่ะ

ตอนฝึกงานได้ฝึกที่บริษัท มิตซูบิชิ อิเล็คทริค โดยเรียนรู้ตั้งแต่การทำวิจัยและพัฒนาในเซลล์เล็ก การวัดวิเคราะห์เซลล์เล็กไปจนถึงกระบวนการสร้างจริงว่ากว่าจะมาเป็นแผงเซลล์แสงอาทิตย์ที่วางจำหน่ายมีขั้นตอน และมีกระบวนการอะไรบ้าง

บริษัทในเครือ มิตซูบิชิ อิเล็คทริค นอกจากจะผลิตอุปกรณ์ไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ แล้วยังมีโรงผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ด้วย แต่ส่วนใหญ่จำหน่ายภายในประเทศและส่งออกไปประเทศอื่นที่ไม่ใช่ประเทศไทย ในตอนนั้นเขาวัดคุณสมบัติแผ่นซิลิคอนเวเฟอร์เพื่อศึกษาว่าเวเฟอร์แบบไหนที่เหมาะจะมาสร้างเซลล์แสงอาทิตย์ วิธีการคัดเลือก การวิเคราะห์ว่าทำอย่างไรให้ได้ประสิทธิภาพสูงและมีการสูญเสียตรงไหนบ้าง ซึ่งญี่ปุ่นจะลงในรายละเอียดมาก

ถาม : เนื่องจากประเทศญี่ปุ่นมีความโดดเด่นด้านการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และเซลล์แสงอาทิตย์มาก ถ้ามองภาพรวมของประเทศญี่ปุ่นเทียบกับโลกมีการแข่งขันกับประเทศไหนเป็นพิเศษไหมครับ?

ตอบ : 

เมื่อ 10 กว่าปีก่อนญี่ปุ่นแข่งขันกับประเทศเยอรมนี ญี่ปุ่นเคยมีกำลังการผลิตแผงเซลล์แสงอาทิตย์สูงที่สุดในโลก ก่อนที่จีนจะมาในตลาดนี้ มีอเมริกาบ้างแต่ไม่มากนักค่ะ

ถาม : เวลาพูดถึงเซลล์แสงอาทิตย์คนทั่วไปจะนึกถึงแผงสีดำที่ติดตั้งบนหลังคาบ้าง หรือบนพื้นบ้าง ช่วยให้ภาพรวมของเทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์ว่าหัวใจของเซลล์แสงอาทิตย์ประกอบด้วยอะไรบ้างครับ?

ตอบ : 

เซลล์แสงอาทิตย์เป็นสารกึ่งตัวนำที่มีช่องว่างแถบพลังงานที่ดูดกลืนสเปกตรัมแสงอาทิตย์ได้โดยตรงซึ่งมีหลากหลายประเภท แต่ที่พบบ่อยที่สุดคือซิลิคอนด้วยราคาที่ไม่แพงและมีปริมาณมาก บางประเภทเป็นสารที่หายากอย่างแรร์เอิร์ท (rare earth) จึงมีราคาสูงและผลิตยาก ทำให้ต้นทุนที่ใช้ผลิตสูงมาก มีการเจือสารเพื่อให้เกิดความต่างศักย์เกิดรอยต่อพี-เอ็น (P-N junction) โฟตอน [1]จะทำให้เกิดอิเล็กตรอน (electron) ซึ่งมีประจุลบ และโฮล (hole) ซึ่งมีประจุบวก ทั้งคู่เป็นตัวนำกระแสไฟฟ้า ความต่างศักย์ที่เกิดขึ้นทำให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปคนละทางกับโฮล เมื่อครบวงจรก็เกิดไฟฟ้า
[1] โฟตอน (photon) เป็นอนุภาคของแสง พลังงานของโฟตอนจะแตกต่างกันตามความยาวของคลื่นแสง

ถาม : ในการทำงานของเซลล์แสงอาทิตย์ ทีมวิจัยมองแสงเป็นคลื่นหรือเป็นอนุภาคครับ?

ตอบ : 

มองได้ทั้ง 2 อย่างค่ะ ถ้ามองเป็นอิเล็กตรอนและโฮลจะมองเป็นอนุภาค เนื่องจากการวัดเซลล์แสงอาทิตย์จะมีการวัดประสิทธิภาพควอนตัม (quantum efficiency) [2] เพื่อดูว่าแสงถูกเปลี่ยนเป็นไฟฟ้าด้วยสัดส่วนเท่าไหร่ในแต่ละความยาวคลื่นแสง ส่วนในกรณีที่มองเป็นคลื่น จะดูว่าแสงมากี่วัตต์ต่อตารางเมตรตอนที่ยังไม่ถูกแปลงก็มองภาพรวมได้
[2] ประสิทธิภาพควอนตัม (quantum efficiency) ปริมาณอิเล็กตรอนที่วัสดุปล่อยออกมาต่อปริมาณโฟตอนที่ใส่เข้าไป

ถาม : ระบบของเซลล์แสงอาทิตย์ต้องมีอุปกรณ์หลักอะไรบ้างครับ?

ตอบ : 

แผงเซลล์แสงอาทิตย์คือการนำเซลล์หลายตัวมาต่อกัน เมื่อเป็นแผงก็จะมีแผงหลายแผงมาต่อกันเพื่อกำหนดค่าแรงดันและกระแสที่เหมาะสมกับระบบ

เนื่องจากไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์เป็นไฟฟ้ากระแสตรง ถ้าจะใช้กับอุปกรณ์บ้านก็ต้องมีอินเวอร์เตอร์ (inverter) เพื่อแปลงไฟฟ้ากระแสตรงเป็นกระแสสลับก่อน

นอกจากนี้ ไฟฟ้าที่ผลิตจากเซลล์แสงอาทิตย์ไม่สามารถเก็บในตัวเองได้ ต้องปล่อยออกไปเลย ดังนั้น ถ้าต้องการเก็บไฟฟ้าต้องเก็บในแบตเตอรี่ เมื่อมีตัวเก็บไฟแล้วก็ต้องมีตัวควบคุมการชาร์จ (charge controller) ด้วย เพราะไฟจากเซลล์แสงอาทิตย์อาจไม่สม่ำเสมอเปลี่ยนแปลงตามค่าแสงอาทิตย์ ซึ่งอาจสร้างความเสียหายต่อแบตเตอรี่ได้ถ้าชาร์จโดยตรง

ถาม : ถ้าพูดถึงเซลล์แสงอาทิตย์จะเป็นวัสดุที่รับแสงเข้ามาแล้วเปลี่ยนเป็นกระแสไฟฟ้า แต่ถ้ามองทั้งระบบเรียกโซลาร์โฟโตวอลเทอิก (solar photovoltaic system) ใช่ไหมครับ?

ตอบ : 

ใช่ค่ะ จริงๆ การผลิตไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์จะมีอีกรูปแบบหนึ่งคือ การใช้เป็นความร้อน (solar thermal) ผลิตน้ำร้อนหรือไอน้ำแล้วไปปั่นไฟ แต่ถ้าแปลงจากแสงเป็นไฟฟ้าโดยตรงจะเรียก solar photovoltaic system หรือ solar PV system

ถาม : ในมุมมองของวัสดุที่พูดถึงผลึกแบบต่างๆ เช่น ผลึกเดี่ยว (monocrystalline) พหุผลึก (polycrystalline หรือ multicrystalline) อสัณฐาน (amorphous) ผลึกเหล่านี้ส่งผลต่อประสิทธิภาพของโฟโตวอลเทอิกที่แตกต่างกันอย่างไรครับ?

ตอบ : 

ผลึกที่ทำให้โฟโตวอลเทอิกมีประสิทธิภาพสูงที่สุดคือผลึกเดี่ยวเพราะเป็นเนื้อเดียว แต่มีราคาสูง ถ้าเป็นพหุผลึกหรือหลายผลึกจะมีเกรนต่างๆ ทำให้มีรอยต่อระหว่างเกรน ซึ่งมีโอกาสที่จะสูญเสียพลังงานได้มาก เดิมทีผลึกเดี่ยวมีราคาสูงจึงพบวัสดุประเภทพหุผลึกหรือหลายผลึกในท้องตลาดมากกว่าแม้จะมีประสิทธิภาพต่ำกว่า แต่ถ้ามองในแง่เศรษฐศาสตร์ก็จะคุ้มค่ากว่า

ปัจจุบันจีนผลิตผลึกเดี่ยวได้ถูกลงจนมีราคาพอๆ กับพหุผลึก ทำให้สัดส่วนในตลาดที่แท้จริงตอนนี้มีผลึกเดี่ยวมากกว่า ซิลิคอนเวเฟอร์ที่ใช้ในอุตสาหกรรมเซลล์แสงอาทิตย์ร้อยละ 96 ผลิตที่จีน ทำให้จีนสามารถคุมได้ตั้งแต่ต้นน้ำถึงปลายน้ำทำให้ราคาลดต่ำลงเรื่อยๆ ตั้งแต่ปี 2553 จากเดิมราคาต่อวัตต์ของเซลล์แสงอาทิตย์สูงประมาณ 80 บาทต่อวัตต์ ตอนนี้ลงมาเหลือ 20 บาทต่อวัตต์ ถ้าในระดับโซลาร์ฟาร์มต่ำกว่า 10 บาทต่อวัตต์ ดังนั้นต้นทุนพลังงานแสงอาทิตย์จะลดต่ำลงสาเหตุมาจากราคาแผงต่ำลง ประเทศอื่นไม่สามารถลดราคาลงได้เท่าจีน เพราะจีนคือผู้ผลิตเวเฟอร์ เมื่อนำไปขายต่อจะเป็นผู้กำหนดราคาและควบคุมคุณภาพได้หมด

ถาม : การแข่งขันของเทคโนโลยีฟิล์มบางซิลิคอนอสัณฐาน (amorphous silicon) เป็นอย่างไรครับ?

ตอบ : 

เมื่อประมาณ 10 กว่าปีที่แล้ว ฟิล์มบางซิลิคอนอสัณฐานเป็นเทคนิคในการเคลือบฟิล์ม โดยการใช้ก๊าซ เช่น ไซเลน หรือไฮโดรเจนมาสร้างฟิล์มซิลิคอนอสัณฐานบนฐานรองกระจก เพราะมีคุณสมบัติที่ดีคือต้นทุนถูกกว่าผลึก แต่ต่อมาผลึกราคาลงจนเทียบเท่าต้นทุนของฟิล์มบางซิลิคอนอสัณฐานทำให้ตอนนี้ฟิล์มบางซิลิคอนอสัณฐานค่อยๆ หายไปจากตลาดเหลือสัดส่วนอยู่น้อยมาก

ถาม : ถ้าอุปสงค์ลดลง การวิจัยและพัฒนายังคงดำเนินต่อไหมครับ หรือลดลงไปตามตลาด?

ตอบ : 

ลดลงค่ะ ไปเป็นเพียงชั้นหนึ่งในเซลล์ผลึกซิลิคอน เดิมทีใช้สร้างเซลล์แสงอาทิตย์แต่เปลี่ยนไปเป็นตัวเสริมเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของเซลล์ชนิดผลึกซิลิคอนแทน

ถาม : งานวิจัยที่ทำตอนอยู่ที่ศูนย์อิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์แห่งชาติ (NECTEC) เกี่ยวกับอะไรครับ?

ตอบ : 

ตอนทำที่ NECTEC ยังทำฟิล์มบางซิลิคอนอสันฐานอยู่โดยสร้างบนฐานรองโพลิอิไมด์ (polyimide) ซึ่งเป็นพลาสติกที่อ่อนตัวได้ ม้วนได้ พกพาได้เพราะมีน้ำหนักเบา ตอนนั้นในแง่ของเทคโนโลยีสามารถทำในห้องปฏิบัติการได้ขนาด 10×10 cm2 แต่การขยายสเกลต้องใช้เครื่องจักรที่ผลิตแบบโรลทูโรล (roll-to-roll processing) เหมือนเครื่องทอผ้า ซึ่งมีข้อจำกัดเรื่องต้นทุน เมื่อผลิตน้อย ราคาก็สูง จึงไม่คุ้มในเชิงเศรษฐศาสตร์ อีกทั้งยังหาผู้ลงทุนได้ยาก เพราะเป็นจังหวะที่ผลึกมีราคาต่ำลง ทุกคนก็หันไปสนใจผลึก

เซลล์แสงอาทิตย์แบบงอได้โดยสร้างบนฐานรองโพลิอิไมด์
เซลล์แสงอาทิตย์แบบงอได้โดยสร้างบนฐานรองโพลิอิไมด์

ภาพจาก: โครงการวิจัยและพัฒนาเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดฟิล์มบางซิลิคอนบนฐานรองที่โค้งงอได้ สวทช. ปี 2553

ถาม : เมื่อผลึกมีราคาลดลง ต้องมีการปรับเปลี่ยนทิศทางการวิจัยอย่างไรครับ?

ตอบ : 

ช่วงนั้นมีโอกาสได้ไปอบรมการวิเคราะห์สมรรถนะและความน่าเชื่อของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ที่ AIST (The National Institute of Advanced Industrial Science and Technology) ประเทศญี่ปุ่น ซึ่ง AIST ถือว่าเป็น 1 ใน 3 ของศูนย์ทดสอบเซลล์แสงอาทิตย์ที่ใหญ่ที่สุดในโลก เขาสอนตั้งแต่การวัดสเปกตรัมแสง เพราะมีผลกระทบต่อประสิทธิภาพของเซลล์แต่ละชนิด เช่น เซลล์ชนิดนี้ทำงานที่เยอรมนีได้ดี แต่ที่ญี่ปุ่นอาจไม่ดีเท่าที่คิด และยังมีปัจจัยอื่นๆ เช่น อุณหภูมิ รวมถึงการวัดในห้องปฏิบัติการต้องวัดอะไรบ้าง การวัดระบบที่เป็นแผงใช้งานจริงบริเวณภายนอก ตามมาตรฐานต้องมีอะไร ใช้เครื่องมืออะไร ซึ่งทำให้ได้เรียนรู้มากขึ้น

ถาม : ถ้ามีแผงเซลล์แสงอาทิตย์ติดตั้งภายนอก ปัจจัยทางอุตุนิยมวิทยา เช่น มีเมฆมาบัง มีลมพัด ปัจจัยสำคัญอะไรบ้างที่ต้องคำนึงถึงครับ?

ตอบ : 

อันดับแรกคือค่าความเข้มแสง อันดับที่สองคืออุณหภูมิแผง เพราะเงื่อนไขมาตรฐานวัดที่ค่าความเข้มแสง 1000 W/m2 อุณหภูมิแผงที่ 25°C เพื่อแสดงว่ากำลังการผลิตไฟฟ้าของแผงกี่วัตต์ สำหรับประเทศไทยอุณหภูมิแผงที่ตั้งเฉยๆ ก็ 30°C เมื่อรับแสงอุณหภูมิจะสูงขึ้นอีก ยิ่งช่วงเมษายนบางครั้งอุณหภูมิแผงสูงถึง 70°C และถ้าติดตั้งบนหลังคา ซึ่งการระบายอากาศไม่ดีก็มีโอกาสที่อุณหภูมิจะสูงถึง 80°C แม้ว่าเซลล์แสงอาทิตย์จะชอบแสง แต่ไม่ชอบความร้อนค่ะ

ถาม : สภาวะที่เหมาะสมของเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดผลึกเดี่ยวต้องเป็นอย่างไรครับ?

ตอบ : 

สภาวะที่เหมาะสมคือมีความเข้มแสงสูงแต่อุณหภูมิต่ำ น่าจะเป็นแถบยุโรปบางเมือง แต่ในเขตร้อนแถบเส้นศูนย์สูตรแสงเยอะตลอดทั้งปี ข้อดีคือได้รับแสง แต่ต้องยอมรับว่าจะมีการสูญเสียที่เกิดจากอุณหภูมิได้เช่นเดียวกัน

ถาม : การที่เซลล์แสงอาทิตย์มีสีเข้ม มีเหตุผลทางวิชาการไหมครับว่าทำไมต้องมีสีแบบนี้?

ตอบ : 

สีเข้มจะดูดกลืนแสงขาวได้ทั้งหมด การที่เราเห็นสีไหนหมายความว่าสีนั้นจะสะท้อนเข้าตาเรา คือไม่ถูกดูดกลืน เช่น ซิลิคอนที่เราเห็นเป็นสีน้ำเงินเข้ม เพราะสะท้อนสีน้ำเงินเข้มออกมาแล้วดูดกลืนสีช่วงอื่น จริงๆ แล้วพลังงานแสงอาทิตย์ร้อยละ 40 อยู่ที่แสงขาวที่มีความยาวคลื่นตั้งแต่ 400-800 นาโนเมตร

เซลล์แสงอาทิตย์ที่มีสีแตกต่างกัน

ภาพจาก: https://metsolar.eu/customization-options/#coloredsolarcells

เราสามารถปรับสีของเซลล์แสงอาทิตย์ได้เพื่อความสวยงาม เช่น เซลล์ชนิดผลึกซิลิคอน ถ้าปรับชั้นซิลิคอนไนไตรด์ที่เป็นชั้นกันสะท้อนด้านบน โดยปรับค่าดัชนีหักเหของแสงกับความหนาของฟิล์มก็จะสามารถปรับสีให้เป็นสีเหลือง สีแสด สีอื่นๆ ได้ แต่ต้องแลกกับประสิทธิภาพของแผงที่ลดลง เพราะแผงจะดูดกลืนสีนี้น้อยลง

งานวิจัยด้าน BIPV (Building Integrated Photovoltaic) สามารถทำให้เลือกได้ว่าต้องการเซลล์สีอะไร กระจกสีอะไร จะไม่เน้นเรื่องประสิทธิภาพ แต่เน้นที่ความสวยงามสำหรับใช้ตกแต่งเป็นหลักค่ะ

ถาม : ในแง่ทฤษฎีสามารถทำให้เซลล์แสงอาทิตย์มีประสิทธิภาพสูงสุดได้เท่าไหร่ครับ?

ตอบ : 

ถ้าเป็นเซลล์แบบประเภทรวมแสง คือ นำเลนส์มารวมความเข้มแสง มีประสิทธิภาพใกล้เคียงร้อยละ 50 บางครั้งจะเห็นข่าวรายงานว่าเซลล์ชนิดนี้มีประสิทธิภาพร้อยละ 49-50 ถ้าไปอ่านรายละเอียดและเงื่อนไขในการทดสอบจะพบว่าเป็นเซลล์รวมแสง 300 ซัน ซึ่งแสงทั่วไปคือ 1 ซัน หมายความว่าเซลล์ชนิดนี้รวมความเข้มแสง ณ จุดพื้นที่ที่โฟกัสแล้ววัดประสิทธิภาพตรงจุดนี้ ซึ่งเงื่อนไขนี้จะไม่เกิดในธรรมชาติแต่ในแง่ทฤษฎีหรือสภาพแวดล้อมที่ควบคุมสามารถทำได้ แต่ในความเป็นจริงประสิทธิภาพการทำงานจะไม่ถึงเพราะมีปัจจัยทางอุตุนิยมวิทยาเข้ามาเกี่ยวข้อง

ถาม : ในทางปฏิบัติประสิทธิภาพอยู่ประมาณเท่าไหร่ครับ?

ตอบ : 

ถ้าเป็นเซลล์ซิลิคอนทั่วไปประสิทธิภาพจะประมาณร้อยละ 20 แต่ถ้าเป็นประสิทธิภาพแผงที่ใช้ในโซลาร์ฟาร์มปัจจุบันจะอยู่ประมาณร้อยละ 18-19

ถาม : มีความหวังด้านเทคโนโลยีที่จะผลักดันประสิทธิภาพให้สูงมากกว่านี้ไหมครับ?

ตอบ : 

ในแง่ประสิทธิภาพของเซลล์ซิลิคอนมีความเป็นไปได้ที่จะทำได้ถึงร้อยละ 25-26 แต่ราคาจะสูงตามไปด้วย ดังนั้น คนจะไม่ลงทุนทำโซลาร์ฟาร์มด้วยแผงที่ประสิทธิภาพสูงสุดแต่จะพิจารณาความคุ้มค่าในการลงทุน เนื่องจากเมื่อพิจารณาในแง่เศรษฐศาสตร์แล้วพบว่าประสิทธิภาพสูงใช้พื้นที่น้อยกว่าเท่านั้น ส่วนแผงประสิทธิภาพต่ำก็สามารถผลิตได้เท่ากันเพียงแต่ใช้พื้นที่มากกว่าเท่านั้น

ถาม : เราได้ยินเทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์มานานแล้ว อีกทั้งเคยมีนักวิชาการบางท่านเสนอนำเข้าระบบกริด โดยมีความฝันว่าคนจำนวนมากในประเทศจะผลิตไฟฟ้าใช้กันเอง แต่การใช้งานในปัจจุบันยังมีแค่เพียงบางบ้านไม่กระจายไปทั่ว ทั้งนี้มีอุปสรรคอะไรครับ?

ตอบ : 

สาเหตุที่เทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์ยังไม่มีการใช้งานกันทั่วไปในวงกว้าง เนื่องจากเป็นระบบการผลิตไฟฟ้าที่ไม่เสถียร กล่าวคือมีการเปลี่ยนแปลงไปตามสภาพอากาศ อีกทั้งในช่วงเวลากลางคืนก็ไม่สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้ ซึ่งจะแตกต่างจากโรงไฟฟ้าอื่นที่สามารถควบคุมกำลังการผลิตได้ 24 ชั่วโมง ดังนั้น ต้องแก้ระบบให้มีความเสถียรก่อน เช่น อาจต้องใช้แบตเตอรี่มาเก็บสำรองไฟ ซึ่งก็จะทำให้ราคาต้นทุนสูงขึ้นจึงยังไม่เหมาะที่จะใช้เป็นระบบหลักในการผลิตกระแสไฟฟ้า

ถ้าเป็นระบบเล็ก ต้องสร้างความรู้และความเข้าใจในสิ่งที่เซลล์แสงอาทิตย์ทำได้ก่อน เพราะความคาดหวังของคนคิดว่าถ้าติดแล้วจะสามารถใช้แทนไฟฟ้าทั้งบ้านได้ ซึ่งจริงๆ แล้ว แค่ช่วยลดปริมาณการใช้ไฟลงได้ ไฟฟ้าที่ผลิตจากเซลล์แสงอาทิตย์สามารถใช้กับเครื่องไฟฟ้าทั่วไป เช่น พัดลม ไฟแสงสว่างได้ แต่ไม่เหมาะที่จะใช้กับเครื่องใช้ไฟฟ้าที่กินไฟ เช่น เครื่องปรับอากาศ เตารีด หรือเตาอบ

นอกจากนี้ราคาระบบเล็กอาจไม่ถูกนัก เพราะระบบต้องมีอินเวอร์เตอร์ ค่าติดตั้ง ค่าแผง ดังนั้น คนที่ติดตั้งต้องมีเงินระดับหนึ่งหรือเป็นคนที่อยากทดลองใช้จริงๆ และถ้าต้องการติดตั้งเชื่อมต่อกับสายส่งก็ต้องทำเรื่อง ยื่นเอกสารต่างๆ เพื่อแจ้งการไฟฟ้า ซึ่งก็จะมีขั้นตอนการดำเนินการอยู่ค่ะ

ถาม : ในภาพใหญ่ของประเทศไทยมีนโยบายที่อยากให้เพิ่มสัดส่วนการใช้ปริมาณไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์มากขึ้นไหมครับ?

ตอบ : 

มีค่ะ แต่จะเน้นส่งเสริมการติดตั้งบนหลังคากับลอยน้ำ การที่ส่งเสริมให้ติดตั้งบนหลังคาบ้าน หลังคาโรงงาน หลังคาโกดังก็เพื่อจะได้ไม่รบกวนพื้นที่ดินสำหรับการเกษตร เป็นการใช้พื้นที่อาคารที่มีอยู่แล้วให้เกิดประโยชน์ ซึ่งส่วนหนึ่งรัฐสนับสนุน แต่ระยะหลังจะเป็นการติดตั้งบนหลังคาโกดังและโรงงานขนาดกลางและขนาดใหญ่เนื่องจากมีเงินทุน ถ้าขายไฟได้และลดพีกช่วงเวลากลางวันก็จะลดค่าไฟได้ทำให้คืนทุนได้เร็ว

ส่วนเซลล์แสงอาทิตย์ลอยน้ำเป็นเทรนด์ใหม่ของทั่วโลก เป็นการใช้พื้นที่ผิวน้ำ เช่น ทะเล ทะเลสาบ เขื่อน โดยนำเซลล์แสงอาทิตย์ไปติดบนทุ่น จากนั้นนำทุ่นไปลอยน้ำเพื่อใช้พื้นที่ให้เป็นประโยชน์ อีกแง่หนึ่งคืออุณหภูมิแผงจะเย็นกว่าเนื่องจากใกล้น้ำและมีลม

ประเทศไทยเริ่มติดตั้งแล้วที่เขื่อนสิรินธรของการไฟฟ้าฝ่ายผลิต (EGAT) โดยติดตั้งใช้จริง 45 เมกะวัตต์ แต่ก็ต้องศึกษากันในระยะยาว เพราะแผงอยู่ใกล้ความชื้นตลอดเวลาก็อาจทำให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เสื่อมสภาพ ถ้าติดตั้งใกล้ทะเลก็จะมีไอเกลือ ซึ่งจะมีผลเรื่องการกัดกร่อนบนตัวแผงและสายไฟค่ะ

เซลล์แสงอาทิตย์แบบลอยน้ำ (Floating PV)

ภาพจาก: EGAT การไฟฟ้าฝ่ายผลิต เขื่อนสิรินธร

ถาม : อายุการใช้งานของเซลล์แสงอาทิตย์ประมาณกี่ปีครับ?

ตอบ : 

ถ้าตัวแผงมีการรับประกันประมาณ 20-25 ปี สมรรถนะจะลดลงไม่ต่ำกว่าร้อยละ 80 จากตั้งต้น แต่ในเขตร้อนชื้นจะเสื่อมเร็วกว่า อายุการใช้งานจึงไม่ถึง 20 ปีแต่ถ้าคุ้มทุนแล้วก็ไม่เป็นปัญหาระยะเวลาที่คุ้มทุนสำหรับระบบใหญ่จะประมาณ 7 ปี แต่ถ้าเป็นระบบเล็กตามบ้านเรือนจะประมาณ 10 กว่าปี (ขึ้นกับขนาดระบบ ราคาอุปกรณ์ ราคาขายไฟ แรงจูงใจที่ได้รับ) อย่างไรก็ดี แม้ว่าเซลล์แสงอาทิตย์จะเสื่อมก็ยังสามารถผลิตไฟฟ้าได้ แต่อุปกรณ์ที่เสื่อมก่อนคือ อินเวอร์เตอร์

ถาม : ถ้าเปรียบเทียบราคาของอินเวอร์เตอร์เทียบกับราคาทั้งระบบคิดเป็นสัดส่วนเท่าไหร่ครับ?

ตอบ : 

ประมาณร้อยละ 10 ค่ะ หรือประมาณหลักหมื่น ซึ่งสำหรับโรงงานไม่น่ามีปัญหา แต่สำหรับบ้านเรือนค่อนข้างมีผลกระทบสูงค่ะ

ถาม : มีวิธีการจัดการปลายทางแผงที่หมดอายุหรือมีประสิทธิภาพต่ำอย่างไรครับ?

ตอบ : 

ถ้าในต่างประเทศจะมีโรงงานรีไซเคิลแผงคือ แยกแต่ละส่วนและนำกลับมาใช้ แต่ต้นทุนในการรีไซเคิลยังสูงมาก ไม่ว่าจะเป็นพลังงาน หรือสารเคมีที่ต้องใช้ เมื่อประเมินแล้วยังไม่ค่อยคุ้มทุนที่จะรีไซเคิล จึงใช้แนวทางในการใช้ซ้ำ

ในประเทศไทยยังไม่มีโรงงานรีไซเคิล และกลไกการใช้งานซ้ำก็ยังไม่มีแต่กำลังอยู่ระหว่างการพัฒนา ปัจจุบันเราติดตั้งแผงในระบบไปแล้วไม่น้อยกว่า 3 กิกะวัตต์หรือมีอยู่ไม่ต่ำกว่า 12 ล้านแผง ถ้าตามแผนอีก 10-20 ปี เราจะมีมากกว่า 40 ล้านแผง ดังนั้น การจัดการปลายทางอย่างเป็นระบบจะเป็นเรื่องสำคัญที่บอกว่าเซลล์แสงอาทิตย์ดีต่อสิ่งแวดล้อมจริงหรือไม่

ถาม : ในต่างประเทศที่เจริญมากอย่างประเทศญี่ปุ่น เยอรมนี หรือประเทศอื่นในยุโรปเขามีวิธีจัดการเซลล์ที่หมดอายุอย่างไรครับ?

ตอบ : 

รวบรวมกลับมาเพื่อรีไซเคิลค่ะ ที่นำหน้าที่สุดจะเป็นยุโรปที่สามารถรีไซเคิลได้ทุกส่วน ตั้งแต่กระจก ซิลิคอน ขั้วไฟฟ้า นำโลหะมีค่าออกมา ในตอนนี้อาจไม่คุ้มทุนแต่ในทางเทคนิคสามารถทำได้ จึงกลายเป็นว่าตอนนี้การแยกส่วนและบดทำลายเพื่อฝังกลบเป็นวิธีที่นิยมที่สุด ซึ่งประเทศไทยก็ใช้การฝังกลบเป็นหลักค่ะ

ถาม : อยากให้ ดร.เบนซ์ เล่าประสบการณ์ที่มีโอกาสได้ทำงานเชิงนโยบายเกี่ยวกับการใช้เซลล์แสงอาทิตย์ครับ?

ตอบ : 

ก่อนหน้านี้มีโอกาสได้ทำรายงานที่เป็นฉบับแรกของประเทศไทยเกี่ยวกับสถานภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ในประเทศไทยตั้งแต่ 10 ปีที่แล้ว รวมถึงการส่งเสริมการใช้ซ้ำหรือการรีไซเคิล ซึ่งกระทรวงการอุดมศึกษา วิทยาศาสตร์ วิจัยและนวัตกรรม (อว.) ได้ร่วมกับกระทรวงอุตสาหกรรมกำลังจะสร้างกลไกมารองรับแบบครบวงจร โดยหลังจากที่โซลาร์ฟาร์มรื้อแผงจะต้องดำเนินการอย่างไรกับแผงก่อนที่จะกระจายออกไปโดยที่ติดตามเอากลับคืนไม่ได้ค่ะ

ปัจจุบันโซลาร์ฟาร์มบางที่เปลี่ยนแผงโดยไม่รอถึง 20 ปี เนื่องจากเขาขายไฟ เมื่อพลังงานที่ผลิตได้ลดลงเขาก็เปลี่ยนแผงเพื่อรักษาสถานะการผลิตไฟฟ้า แผงที่ถูกเปลี่ยนบางส่วนถูกเก็บไว้ บางส่วนถูกขายต่อ บางส่วนถูกบริจาคไป ซึ่งเราจะไม่ทราบปลายทางที่จะไปรวบรวมกลับมาจัดการได้เลย

ถาม : รายงานสถานภาพเมื่อ 10 ปีก่อน น่าจะมีการมองอนาคตข้างหน้าด้วย อนาคตที่คาดไว้เมื่อ 10 ปีก่อนกับสถานะในปัจจุบันสอดคล้องหรือแตกต่างกันอย่างไรครับ?

ตอบ : 

สิ่งที่คาดไว้และตรงกับปัจจุบันคือจำนวนแผงเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ดังนั้นการจัดการจึงเป็นเรื่องที่สำคัญ เพราะเราพูดถึงการรีไซเคิลแผงตั้งแต่ 10 ปีที่แล้ว แต่ตอนนั้นยังถูกมองว่าอีกนานคือ 20-25 ปี เรายังไม่ต้องทำเรื่องนี้ก่อน ตั้งแต่ปี 2553 มีการพูดถึงงานวิจัยรีไซเคิลแต่ยังไม่ได้โฟกัสมาก เพราะไทยเน้นส่งเสริมการติดตั้งเพื่อใช้งานทั้งบนดิน หลังคา หรือลอยน้ำ แต่สุดท้ายแผงทั้งหมดคงต้องเข้าสู่กระบวนการจัดการและรีไซเคิลหรือทิ้ง แต่สิ่งที่กังวลคือ เมื่อต่างประเทศรื้อแผงจะส่งมาที่ประเทศไทยเหมือนกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หรือไม่

ถาม : การทำงานที่ผ่านมามีความภาคภูมิใจในเรื่องใดครับ?

ตอบ : 

สิ่งที่ภูมิใจคือส่วนของการวิเคราะห์ทดสอบ เมื่อ 10 ปีที่แล้ว ประเทศไทยติดตั้งอย่างเดียวไม่เน้นเรื่องการวิเคราะห์ทดสอบ ส่วนความน่าเชื่อถือเราเชื่อตามข้อมูลที่ต่างประเทศกล่าวอ้าง เมื่อ 10 ปีที่แล้วมีโอกาสได้ศึกษาเรื่องการทดสอบสมรรถนะความน่าเชื่อถือของเซลล์ 5 ชนิดในเขตร้อนชื้น ซึ่งงานนี้ได้รับรางวัลด้วย เนื่องจากญี่ปุ่น เยอรมนี อเมริกาเป็นประเทศที่ไม่ได้อยู่ในเขตร้อนชื้น เราเป็นประเทศแรกๆ ในเขตร้อนชื้นที่นำเสนองานวิจัยด้านนี้ โดยชี้ให้เห็นว่ามาตรฐานที่มีอยู่ไม่ได้สะท้อนการใช้งานจริงในบ้านเราสักเท่าไหร่นัก เพราะบ้านเรานอกจากจะร้อนชื้นแล้ว ยูวีก็แรงกว่าด้วย ดังนั้น เราจึงต้องทดสอบเพิ่มเติม

ผลงานวิจัยการทดสอบสมรรถนะความน่าเชื่อถือของเซลล์ 5 ชนิดในเขตร้อนชื้น

ภาพจาก: https://www.nectec.or.th/en/research/ssdru/ssdrg-slt.html

ในระยะหลังอินเดียกับสิงคโปร์มาแรงมาก อย่างสิงคโปร์เวลาที่เขาทุ่มงานวิจัยอะไร เขาก็ไปดึงทีมวิจัยจากเยอรมนีมาทำให้เริ่มได้เร็วและไปได้เร็วมาก เดิมทีในเขตร้อนชื้นอาจมีเราศึกษาวิจัย แต่ตอนนี้สิงคโปร์ที่แม้จะไม่มีพื้นที่จะติดเอง แต่เขาก็ไปเน้นแนวการวิเคราะห์ทดสอบ และก็พยายามรวบรวมข้อมูลในเขตร้อนชื้นมาทำโมเดลต่างๆ เช่นกัน

ถาม : อยากให้เล่ากรณีศึกษาที่เคยช่วยแก้ปัญหา หรือปรับปรุงระบบให้เหมาะสมตามสถานที่ต่างๆ ครับ?

ตอบ : 

สถานที่ที่ทีมเคยไปมีรูปแบบที่เป็นพื้นที่โซลาร์ฟาร์มที่เป็นภาคธุรกิจจริงๆ เพื่อช่วยแก้ปัญหาระบบในการผลิตไฟฟ้า เช่น หาสาเหตุที่กระแสไฟฟ้าที่ผลิตได้มันลดลง ส่วนอีกรูปแบบคือ พื้นที่ที่ไฟฟ้าเข้าไม่ถึง เราต้องไปออกแบบว่าควรติดตั้งเซลล์แสงอาทิตย์ขนาดเท่าไหร่จึงจะพอกับปริมาณไฟฟ้าที่เขาต้องการ หรือถ้าเขามีพลังงานน้ำด้วยจะมาผสมผสานเป็นระบบไฮบริดได้อย่างไรจึงเหมาะสม นอกจากนี้ในแต่ละฤดูปริมาณแสงอาทิตย์ไม่เท่ากัน หรือบางฤดูฝนตกต้องทำอย่างไร ซึ่งการใช้เซลล์แสงอาทิตย์ในแต่ละพื้นที่มีลักษณะการใช้งานที่หลากหลายมากค่ะ

ถาม : แง่มุมไหนที่จะเป็นทิศทางในอนาคตที่เราจะได้เห็นความก้าวหน้าของการใช้เซลล์แสงอาทิตย์ในบ้านเราหรือของโลกครับ?

ตอบ : 

อยากให้มองการใช้ให้คุ้มค่าและเกิดประโยชน์เป็นหลัก ในบางแง่มุมอาจไม่ต้องเป็นระบบขนาดใหญ่ เช่น ในภาคการเกษตรที่สายส่งเข้าไม่ถึง เซลล์แสงอาทิตย์สามารถช่วยเกษตรกรให้มีไฟฟ้าใช้ โดยเข้าไปทดแทนการปั่นไฟโดยใช้น้ำมัน ซึ่งการใช้เซลล์แสงอาทิตย์ลักษณะนี้มีผลกระทบและมีมูลค่าการใช้งานสูง เนื่องจากเป็นพลังงานทางเลือกสำหรับกลุ่มที่มีความจำเพาะ (niche market) เราอาจไม่เหมือนญี่ปุ่น หรือเยอรมนีที่มีสายส่งครอบคลุมกว่ามาก ประเทศไทยยังมีพื้นที่ที่ไฟฟ้าเข้าไม่ถึง หากใช้เซลล์แสงอาทิตย์น่าจะเหมาะเพราะการลากสายส่งเข้าไปจะมีค่าใช้จ่ายสูงมาก

ถาม : มีข้อแนะนำสำหรับผู้ที่สนใจจะทำงานด้านเซลล์แสงอาทิตย์ว่าควรไปศึกษาด้านไหนหรือต้องเกาะติดประเด็นอะไรเป็นพิเศษไหมครับ?

ตอบ : 

การพัฒนาเซลล์แสงอาทิตย์ต้องการความรู้หลากหลายสาขามาก เช่น ตัวเซลล์แสงอาทิตย์เป็นเรื่องวัสดุ ไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์ แต่เมื่อนำเซลล์มาประกอบกันให้สามารถกันความชื้นและแสงยูวีต้องใช้ความรู้ด้านวิศวกรรม การทำให้เซลล์ติดตามดวงอาทิตย์ก็ต้องมีความรู้เรื่องมอเตอร์ การป้องกันฝุ่นเพื่อช่วยลดการสูญเสียจากการบดบังของผงฝุ่นต้องใช้ความรู้ด้านการเคลือบสาร หรือในการใช้งานจริงเมื่อโดนแสงยูวี สารเคลือบนี้จะเสื่อมสภาพหรือไม่ หรือต้องเคลือบบ่อยแค่ไหนจึงจะคุ้มก็ต้องใช้ความรู้เรื่องวัสดุ หรือการควบคุมปัจจัยต่างๆ ให้เหมาะสมเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของอินเวอร์เตอร์ ซึ่งต้องใช้ความรู้หลากหลายสาขามาช่วยเสริมระบบให้มีประสิทธิภาพสูงขึ้นค่ะ

ขอขอบคุณ ดร.เบนซ์ที่มาให้ความรู้เรื่องเซลล์แสงอาทิตย์ รวมทั้งข้อคิดต่างๆ ในโอกาสหน้าขอเชิญมาให้ข้อมูลความก้าวหน้าใหม่ๆ ในงานวิจัยที่ศึกษาอยู่ภายใต้ศูนย์เทคโนโลยีพลังงานแห่งชาติอีกนะครับ

ผู้ที่สนใจรายการนี้ในรูปแบบพอดแคสต์ (podcast) สามารถรับฟังได้ที่

Print Friendly, PDF & Email