พลังงานแสงอาทิตย์สำหรับบ้าน: ประเภทและข้อดี
ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์หรือพลังงานความร้อน? ทำความเข้าใจทุกอย่างเกี่ยวกับความแตกต่างระหว่างพวกเขาและค้นหาประเภทที่เหมาะสมที่สุดสำหรับกรณีของคุณ
ภาพ Vivint Solar ใน Unsplash
น้ำมันและถ่านหินเป็นแหล่งพลังงานที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย แต่มีมลพิษสูง ดังนั้น ในการแสวงหาการรวมประสิทธิภาพพลังงานและผลกระทบต่ำต่อโลก การใช้พลังงานหมุนเวียนจึงเป็นที่ต้องการมากขึ้น ในสภาพแวดล้อมเช่นนี้ พลังงานแสงอาทิตย์มีความโดดเด่นและมีการสำรวจมากขึ้น ทั้งสำหรับการผลิตในภาคธุรกิจและในระบบที่อยู่อาศัย
พลังงานแสงอาทิตย์คืออะไร?
พลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีแหล่งกำเนิดเป็นดวงอาทิตย์ ด้วยเหตุนี้ จึงถือเป็นแหล่งพลังงานที่ยั่งยืนและสะอาด ซึ่งไม่ก่อให้เกิดของเสียเกินกว่าส่วนประกอบของชุดอุปกรณ์ และยังก่อให้เกิดประโยชน์ต่อสิ่งแวดล้อมในแง่ของการลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก
สามารถแปลงเป็นพลังงานความร้อนหรือพลังงานไฟฟ้าและนำไปใช้งานต่างๆ ได้ สองวิธีหลักในการใช้พลังงานแสงอาทิตย์คือการผลิตไฟฟ้าและการทำน้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์
การผลิตพลังงานไฟฟ้าใช้สองระบบ: ความร้อนจากความร้อน ซึ่งการแผ่รังสีจะถูกแปลงเป็นพลังงานความร้อนในครั้งแรกและต่อมาเป็นพลังงานไฟฟ้า (ส่วนใหญ่ใช้ในโรงไฟฟ้าและจะไม่ถูกกล่าวถึง) และเซลล์แสงอาทิตย์ซึ่งรังสีแสงอาทิตย์จะถูกแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้าโดยตรง ในทางกลับกัน พลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์ได้มาจากการจับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ตามด้วยการเปลี่ยนแปลงเป็นความร้อน ซึ่งก็คือพลังงานความร้อน ด้วยเหตุนี้จึงทำให้ระบบทำน้ำร้อนในระบบที่อยู่อาศัย อาคาร และพาณิชยกรรม
ด้านล่างนี้ คุณจะพบข้อมูลสรุปลักษณะและความแตกต่างระหว่างพลังงานแสงอาทิตย์หลักสองประเภทสำหรับบ้าน: พลังงานโซลาร์เซลล์และพลังงานความร้อน
ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์
แนวคิดของพลังงานโซลาร์เซลล์คือการสร้างพลังงานไฟฟ้าในลักษณะที่ไม่ธรรมดา กล่าวคือ ผ่านการแผ่รังสีสุริยะโดยไม่ต้องผ่านเฟสพลังงานความร้อน
เช่นเดียวกับในระบบความร้อนใต้พิภพ ในระบบพลังงานแสงอาทิตย์ด้วยเซลล์แสงอาทิตย์ มีตัวสะสม (หรือแผงโซลาร์เซลล์) หลายรุ่นที่แสดงประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่มากหรือน้อย ที่พบมากที่สุดคือ monocrystalline, polycrystalline และฟิล์มบาง
ส่วนประกอบหลักของระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ ได้แก่ แผงหน้าปัด โครงสร้างรองรับ ตัวควบคุมประจุ อินเวอร์เตอร์และแบตเตอรี่
อย่าลืมตรวจสอบให้แน่ใจว่าส่วนประกอบที่ใช้ได้รับการรับรองโดย National Institute of Metrology, Quality and Technology (Inmetro) ซึ่งใช้ Ordinance No. 357 ในปี 2014 โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อกำหนดกฎเกณฑ์สำหรับอุปกรณ์การผลิตไฟฟ้าโซลาร์เซลล์
เวลาคืนทุนเป็นตัวแปรและขึ้นอยู่กับปริมาณพลังงานที่ทรัพย์สินต้องการ อย่างไรก็ตาม ข้อได้เปรียบของระบบบ้านนั้นสัมพันธ์กับจำนวนเงินที่ผู้ใช้สามารถบันทึกได้: เมื่อถึงเวลาคืนทุน ค่าพลังงานจะไม่ต้องชำระอีกต่อไป
มันทำงานอย่างไร?
แผงหรือแผงโซลาร์เซลล์เป็นระบบผลิตพลังงานขนาดเล็กที่ประกอบด้วยเซลล์สุริยะ ชุดแผงประกอบเป็นโมดูลโซลาร์เซลล์ เซลล์แสงอาทิตย์ทำจากวัสดุเซมิคอนดักเตอร์เช่นซิลิกอน เมื่อเซลล์เพลตสัมผัสกับแสงและจับพลังงาน ส่วนหนึ่งของอิเล็กตรอนในวัสดุที่ส่องสว่างจะดูดซับโฟตอน (อนุภาคพลังงานที่มีอยู่ในแสงแดด)
อิเล็กตรอนอิสระจะถูกขนส่งในฟลักซ์โดยเซมิคอนดักเตอร์จนกว่าพวกมันจะถูกดึงด้วยสนามไฟฟ้า ซึ่งเกิดขึ้นที่บริเวณทางแยกของวัสดุโดยความต่างศักย์ไฟฟ้าที่มีอยู่ระหว่างวัสดุเซมิคอนดักเตอร์เหล่านี้ จากนั้นอิเล็กตรอนอิสระจะถูกนำออกจากเซลล์แสงอาทิตย์และเตรียมให้พร้อมใช้เป็นพลังงานไฟฟ้า
แตกต่างจากระบบความร้อนใต้พิภพ ระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ไม่ต้องการการแผ่รังสีดวงอาทิตย์สูงสำหรับการทำงาน อย่างไรก็ตาม ปริมาณพลังงานที่สร้างขึ้นนั้นขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของเมฆ ดังนั้น เมฆจำนวนน้อยอาจส่งผลให้มีการผลิตไฟฟ้าสูงขึ้น เมื่อเทียบกับวันที่ท้องฟ้าเปิดโดยสิ้นเชิง เนื่องจากปรากฏการณ์การสะท้อนแสงแดด
ประสิทธิภาพการแปลงวัดโดยสัดส่วนของรังสีดวงอาทิตย์ที่ตกกระทบบนพื้นผิวเซลล์ที่แปลงเป็นพลังงานไฟฟ้า ปัจจุบันเซลล์ที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดมีประสิทธิภาพประมาณ 25%
ปัจจุบัน รัฐบาลกำลังพัฒนาโครงการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์เพื่อตอบสนองความต้องการพลังงานของชุมชนชนบทและชุมชนห่างไกล อ้างจากกระทรวงสิ่งแวดล้อม โครงการเหล่านี้มุ่งเน้นไปที่พื้นที่เช่น:
- สูบน้ำประปาใช้ภายในประเทศ
- การชลประทานและการเลี้ยงปลา
- ไฟถนน;
- ระบบเพื่อการใช้งานร่วมกัน (ไฟฟ้าของโรงเรียน สถานีอนามัย และศูนย์ชุมชน)
- การดูแลที่บ้าน.
นอกจากนี้ยังมีระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ที่แตกต่างกันสองประเภท: ระบบที่เชื่อมต่อกับกริด (บนกริด หรือ เนคไทกริด) หรือที่แยกจากเครือข่าย (นอกตาราง หรือประกอบอาชีพอิสระ) หนึ่งในความแตกต่างที่สำคัญระหว่างพวกเขาคือองค์ประกอบของชุดเนื่องจากชุดแรกไม่มีอุปกรณ์เก็บพลังงานนั่นคือไม่ต้องใช้แบตเตอรี่และตัวควบคุมการประจุ ข้อแตกต่างที่สำคัญอีกประการหนึ่งระหว่างพวกเขาคือ สิ่งแรกต้องเชื่อมต่อกับเครือข่ายการจ่ายพลังงานแบบเดิม ในขณะที่ส่วนที่สองสามารถติดตั้งได้ในพื้นที่ห่างไกลมากขึ้น
สำหรับระบบเชื่อมต่อโครงข่าย กฎข้อ 10,438/02 ให้ประโยชน์เชิงเศรษฐกิจในรูปของสินเชื่อพลังงานแก่ผู้ผลิตในบ้านของตนเอง พลังงานมากกว่าที่ต้องการ กล่าวคือ ประหยัดเงินในทันทีที่เกี่ยวข้องกับการจ่าย ของค่าไฟฟ้าสำหรับเดือนที่ที่อยู่อาศัยสร้างพลังงานน้อยกว่าที่ต้องการ
น่าเสียดายที่ยังมีสิ่งจูงใจและการจัดหาเงินทุนสำหรับพลังงานประเภทนี้ในบราซิลซึ่งยังเข้าถึงได้ยากและมีการบังคับใช้เพียงเล็กน้อย เป็นที่คาดการณ์ว่าด้วยการเติบโตของการบริโภคระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ แรงจูงใจที่เกี่ยวข้องและสามารถเข้าถึงได้มากขึ้นสำหรับที่อยู่อาศัยทั่วไปจะเกิดขึ้น
การใช้ประโยชน์จากความร้อน
อีกวิธีหนึ่งในการใช้ประโยชน์จากรังสีแสงอาทิตย์ก็คือการให้ความร้อน การทำความร้อนด้วยความร้อนสามารถทำได้โดยกระบวนการดูดซับแสงแดดโดยนักสะสม ซึ่งโดยปกติแล้วจะติดตั้งบนหลังคาของอาคาร คอนโดมิเนียม และที่พักอาศัย
เนื่องจากอุบัติการณ์ของรังสีดวงอาทิตย์บนพื้นผิวโลกมีน้อย จึงจำเป็นต้องติดตั้งตัวสะสมขนาดสองสามตารางเมตร แต่ละรุ่นของตัวสะสม (ซึ่งสามารถเป็นแบบเปิด ปิด หรือแบบท่อสุญญากาศ) มีลักษณะเฉพาะของประสิทธิภาพการใช้พลังงาน และสามารถให้ความร้อนกับน้ำจนถึงอุณหภูมิที่กำหนดได้ ดังนั้นจึงมีรูปแบบที่เหมาะสมกว่าอยู่เสมอ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับการใช้น้ำอุ่นที่ต้องการ
ตามรายงานของสำนักงานพลังงานไฟฟ้าแห่งชาติ (Aneel) เพื่อตอบสนองการจ่ายน้ำร้อนในบ้านที่มีผู้อยู่อาศัยสามถึงสี่คน จำเป็นต้องมีนักสะสมขนาด 4 ตร.ม. แม้ว่าความต้องการเทคโนโลยีนี้จะส่วนใหญ่เป็นที่อยู่อาศัย แต่ก็มีความสนใจจากภาคการค้า เช่น อาคารสาธารณะ โรงพยาบาล ร้านอาหาร โรงแรม และบริษัทอื่นๆ
เวลาคืนทุนจากการลงทุนในพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์มักจะแตกต่างกันไป โดยปกติอยู่ในช่วงระหว่าง 18 ถึง 36 เดือน อายุการใช้งานของเครื่องทำความร้อนพลังงานแสงอาทิตย์อยู่ที่ประมาณ 240 เดือน ทำให้ระบบมีประโยชน์และประหยัดมาก
มันทำงานอย่างไร?
หลักการทำงานของการใช้ความร้อนนั้นง่ายมาก: พื้นผิวของแผงมีครีบที่ทำจากทองแดงหรืออลูมิเนียม ซึ่งปกติจะทาสีด้วยสีเข้มเพื่อการดูดซับรังสีดวงอาทิตย์ที่มากขึ้น ดังนั้นครีบเหล่านี้จะจับรังสีดวงอาทิตย์และเปลี่ยนเป็นความร้อน ความร้อนจะถูกดูดซับโดยของเหลวที่อยู่ในแผง (โดยปกติคือน้ำ) ซึ่งจะถูกขนส่งโดยปั๊มผ่านท่อที่มีฉนวนหุ้ม จนกว่าจะถึงถังน้ำร้อน (อ่างเก็บน้ำหรือหม้อต้มน้ำร้อน)
ถังเก็บน้ำร้อนทำมาจากวัสดุที่เป็นฉนวน ซึ่งช่วยป้องกันน้ำไม่ให้เย็นลง และปล่อยให้มีอุณหภูมิที่เหมาะสมแม้ในช่วงเวลาที่ไม่มีแสงแดด
ข้อดีและข้อเสียของพลังงานแสงอาทิตย์คืออะไร?
พลังงานแสงอาทิตย์ถือเป็นแหล่งพลังงานหมุนเวียนและไม่สิ้นสุด ต่างจากเชื้อเพลิงฟอสซิล กระบวนการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ไม่ปล่อยซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO2) ไนโตรเจนออกไซด์ (NOx) และคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ซึ่งล้วนแต่ก่อให้เกิดมลพิษซึ่งส่งผลเสียต่อสุขภาพของมนุษย์และมีส่วนทำให้เกิดภาวะโลกร้อน
พลังงานแสงอาทิตย์ยังมีประโยชน์เมื่อเทียบกับแหล่งพลังงานหมุนเวียนอื่นๆ เช่น ระบบไฮดรอลิกส์ เนื่องจากต้องการพื้นที่ที่กว้างขวางน้อยกว่า นอกจากนี้ พลังงานแสงอาทิตย์ยังมีการติดตั้งที่รวดเร็ว รวดเร็ว และระบบที่เงียบสนิท
การสนับสนุนพลังงานแสงอาทิตย์ในบราซิลนั้นสมเหตุสมผลด้วยศักยภาพของประเทศ ซึ่งมีพื้นที่ขนาดใหญ่ที่มีรังสีดวงอาทิตย์ตกกระทบและอยู่ใกล้กับเส้นศูนย์สูตร ตาม สภาอาคารเขียว (GBC Brasil) ข้อดีอีกประการของการติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์คือการประเมินมูลค่าอสังหาริมทรัพย์ (คุณสมบัติที่ยั่งยืนสูงถึง 30%)
ในกรณีของพลังงานแสงอาทิตย์ ข้อเสียที่กล่าวถึงบ่อยที่สุดคือการใช้งานซึ่งยังค่อนข้างแพง นอกจากต้นทุนแล้ว ยังมีประสิทธิภาพต่ำของกระบวนการ ซึ่งแตกต่างกันไปตั้งแต่ 15% ถึง 25% อย่างไรก็ตาม อีกประเด็นที่สำคัญอย่างยิ่งที่จะต้องพิจารณาในห่วงโซ่การผลิตของระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์คือผลกระทบทางสังคมและสิ่งแวดล้อมที่เกิดจากวัตถุดิบที่ใช้กันมากที่สุดในการผลิตเซลล์สุริยะ ซิลิคอน
การทำเหมืองซิลิคอนก็เหมือนกับการทำเหมืองอื่นๆ ที่มีผลกระทบต่อดินและน้ำใต้ดินของพื้นที่สกัด นอกจากนี้ สิ่งสำคัญคือต้องจัดให้มีสภาพการทำงานที่ดีแก่คนงาน เพื่อหลีกเลี่ยงอุบัติเหตุจากการทำงานและการพัฒนาของโรค หน่วยงานระหว่างประเทศเพื่อการวิจัยโรคมะเร็ง (IARC) ชี้ให้เห็นว่าผลึกซิลิกาเป็นสารก่อมะเร็งและอาจทำให้เกิดมะเร็งปอดเมื่อสูดดมแบบเรื้อรัง
รายงานของกระทรวงวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีชี้ให้เห็นประเด็นสำคัญอีกสองประเด็นที่เกี่ยวข้องกับระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์: การกำจัดแผงเซลล์แสงอาทิตย์จะต้องถูกกำจัดอย่างเหมาะสม เนื่องจากอาจทำให้เกิดความเป็นพิษได้ และการรีไซเคิลแผงโซลาร์เซลล์ยังไม่ถึงระดับที่น่าพอใจ
ประเด็นสำคัญอีกประการหนึ่งคือ แม้ว่าบราซิลจะเป็นผู้ผลิตซิลิคอนโลหะรายใหญ่ แต่เทคโนโลยีสำหรับการทำให้บริสุทธิ์ของซิลิคอนในระดับสุริยะยังคงอยู่ในขั้นตอนการพัฒนา ดังนั้นแม้จะเป็นพลังงานหมุนเวียนและไม่ปล่อยก๊าซ แต่พลังงานแสงอาทิตย์ยังคงเผชิญกับอุปสรรคทางเทคโนโลยีและเศรษฐกิจ แม้จะมีแนวโน้มสดใส แต่พลังงานแสงอาทิตย์จะมีศักยภาพทางเศรษฐกิจ โดยลดราคาลงด้วยความร่วมมือระหว่างภาครัฐและเอกชนเท่านั้น และด้วยการลงทุนในการวิจัยเพื่อปรับปรุงเทคโนโลยีที่ครอบคลุมกระบวนการผลิตทั้งหมด
