เปรียบเทียบประสิทธิภาพของแผงโซลาร์เซลล์แตละชนิด...

วารสารวชาการโรงเรยนนายเรอ ดานวทยาศาสตรและเทคโนโลย ปท 1 ฉบบท 1 สงหาคม 2557

37

เปรยบเทยบประสทธภาพของแผงโซลารเซลลแตละชนด The Comparison of Solar Cell Panels Efficiency

จระศกด สนสขอดมชย สาขาวชาวศวกรรมไฟฟา คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเอเชยอาคเนย

19/1 ถนนเพชรเกษม แขวงหนองคางพล เขตหนองแขม กรงเทพมหานคร 10160 [email protected]

บทคดยอ: บทความวจยนเปนการศกษาและเปรยบเทยบแผงโซลารเซลล 3 ชนด ขนาด 40 วตต คอ 1) เซลลแบบผลกเดยว 2) เซลลแบบผลกรวม และ 3) เซลลแบบจากอะมอรฟสซลคอน เพอเปนการศกษาและรวบรวมขอมลของเซลลแตละชนด เพราะในปจจบนการใชพลงงานทดแทนในประเทศไทยเกยวกบโซลารเซลลมความนยมแพรหลายมากขน จงไดท าการรวบรวมขอมลของแผงโซลารเซลลและท าการศกษาทดลองคณสมบตและตวแปรตางๆ ทส าคญของโซลารเซลลแตละชนด จากผลการทดสอบพบวาในการจายก าลงไฟฟากระแสตรงจากแผงโซลารเซลล เซลลแบบผลกเดยวจายก าลงได 11.78 วตต เซลลแบบผลกรวมจายก าลงได14.64 วตต และเซลลแบบจากอะมอรฟสซลคอนจายก าลงได 17.10 วตต ฉะนนเมอพจารณาดจากผลโดยรวม เซลลแบบอะมอรฟสซลคอนจะเปนเซลลทเหมาะกบการใชงานมากทสด ค ำส ำคญ: เซลลแบบผลกเดยว, เซลลแบบผลกรวม, เซลลแบบจากอะมอรฟสซลคอน Abstract: This paper is to study and compare three types of solar panel Size 40 W is 1) Single crystalline silicon solar cell 2) Poly crystalline silicon solar cell and 3) Amorphous silicon solar cell. To study and collected data from each cell type. Nowadays the use of renewable energy in the solar cells are much more widespread. So the solar panels collect and study the properties and variables of the solar cell types. The results showed that the DC power from the solar panel. Single crystalline cell are paid 11.78 W. Poly crystalline silicon solar cell are paid 14.64 W. and Amorphous silicon solar cell are paid 17.10 W. So when considering the overall results. Amorphous silicon cells are cells that are suitable for most applications. Keywords: Single crystalline silicon solar cell, Poly crystalline silicon solar cell, Amorphous silicon solar cell.

mailto:[email protected]


38

1.บทน า Solar Cell หรอ PV มชอเรยกกนไปหลายอยาง เชน

เซลลแสงอาทตย เซลลสรยะ หรอเซลล photovoltaic ซงตางกมทมาจากค าวา Photovoltaic โดยแยกออกเปน photo หมายถง แสง และ volt หมายถง แรงดนไฟฟา เมอรวมค าแลวหมายถงกระบวนการผลตไฟฟาจากการตกกระทบของแสงบนวตถทมความสามารถในการเปลยนพลงงานแสงเปนพลงงานไฟฟาไดโดยตรงแนวความคดนไดถกคนพบมาตงแต ป ค.ศ. 1839 แตเซลลแสงอาทตยกยงไมถกสรางขนมา จนกระทงใน ป ค.ศ. 1954 จงมการประดษฐเซลลแสงอาทตย และไดถกน าไปใชเปนแหลงจายพลงงานใหกบดาวเทยมในอวกาศ เมอ ป ค.ศ. 1959 ดงนน สรปไดวา เซลลแสงอาทตยทใชงานในปจจบนม อย 3 ประเภท ดงตอไปน

1. เซลลแสงอาทตยทท าจากซลคอน ชนดผล กเดยว (Single Crystalline Silicon Solar Cell) หรอทรจกกนในชอ Mono crystalline Silicon Solar Cell และชนดผลกรวม (Poly crystalline Silicon Solar Cell) ลกษณะเปนแผนซลคอนแขงและบางมากดงในรปท1 (ก)และ(ข)

2. เซลล แสงอาท ต ยท ท า จาก อะมอร ฟ สซ ลคอน (Amorphous Silicon Solar Cell) ลกษณะเปนฟลมบางเพยง 0.5 ไมครอน น าหนกเบามาก และประสทธภาพเพยง 5-10% ดงในรปท1 (ค)

3. เซลลแสงอาทตยทท าจากสารกงตวน าอนๆ เชน แกลเลยม อารเซไนด, แคดเมยม เทลเลอไรด และคอปเปอร อนเดยม ไดเซเลไนด เปนตน มทงชนดผลกเดยว (Single Crystalline) และผลกรวม (Polycrystalline) เซลลแสงอาทตยทท าจากแกลเลยม อารเซไนด จะใหประสทธภาพสงถง 20-25%

(ก) (ข) (ค)

รปท 1 แสดงเซลลอาททตแบบตางๆ

2. ทฤษฎ 2.1 หลกการท างานของโซลารเซลล

โครงสรางทนยมมากทสด ไดแก รอยตอพเอนของสารกงตวน า สารกงตวน าทราคาถกทสดและมมากทสดบนโลก คอ ซลคอน จงถกน ามาสรางเซลลแสงอาทตย โดยน าซลคอนมาถลงและผาขนตอนการท าใหบรสทธ จนกระทงท าใหเปนผลก จากนนน ามาผานกระบวนการแพรซมสารเจอปนเพอสรางรอยตอพเอน โดยเมอเตมสารเจอฟอสฟอรส จะเปนสารกงตวน าชนดเอน ( เพราะน าไฟฟาดวยอเลกตรอนซงมประจลบ ) และเมอเตมสารเจอโบรอน จะเปนสารกงตวน าชนดพ ( เพราะน าไฟฟาดวยโฮลซงมประจบวก ) ดงนน เมอน าสารกงตวน าชนดพและเอนมาตอกน จะเกดรอยตอพเอนขนโครงสรางของเซลลแสงอาทตยชนดซลคอน อาจมรปรางเปนแผนวงกลมหรอสเหลยมจตรส ความหนา 200-400 ไมครอน (0.2-0.4 มม.) ผวดานรบแสงจะมชนแพรซมทมการน าไฟฟา ขวไฟฟาดานหนาทรบแสงจะมลกษณะคลายกางปลาเพอใหไดพนทรบแสงมากทสด สวนขวไฟฟาดานหลงเปนขวโลหะเตมพนผวเซลลแสงอาทตย คอ สงประดษฐทท าจากสารกงตวน า เชน ซลคอน (Silicon), แกลเลยม อารเซไนด (Gallium Arsenide), อนเดยม ฟอสไฟด (Indium Phosphide), แคดเมยม เทลเลอไรด (Cadmium Telluride) และคอปเปอร อนเดยม ไดเซเลไนด (Copper Indium Diselenide) เปนตน ซงเมอไดรบแสงอาทตยโดยตรงกจะเปลยนเปนพาหะน าไฟฟา และจะถกแยกเปนประจไฟฟาบวกและลบเพอใหเกดแรงดนไฟฟาทขวทงสอง


39

ของเซลลแสงอาทตย เมอน าขวไฟฟาของเซลลแสงอาทตยตอเขากบอปกรณไฟฟากระแสตรง กระแสไฟฟาจะไหลเขาสอปกรณเหลานน ท าใหสามารถท างานได โซลารเซลล (Solar Cell) เปนสงประดษฐกรรมทาง electronic ทสรางขนเพอเปนอปกรณส าหรบเปลยนพลงงานแสงอาทตยใหเปนพลงงานไฟฟา โดยการน าสารกงตวน า เชน ซลกอน ซงมราคาถกทสดและมมากทสดบนพนโลกมาผานกระบวนการทางวทยาศาสตร เพอผลตใหเปนแผนบางบรสทธ และทนททแสงตกกระทบบนแผนเซลล รงสของแสงทมอนภาคของพลงงานประกอบทเรยกวา “โฟตอน” (Photon) จะถายเทพลงงานใหกบอเลกตรอน (Electron) ใหสารกงตวน าจนมพลงงานมากพอทจะกระโดดออกมาจากแรงดงดดของอะตอม ( Atom ) และเคลอนทไดอยางอสระ ดงนนเมออเลกตรอนเคลอนทครบวงจรจะท าใหเกดไฟฟากระแสตรงขน วสดส าคญทใชท าโซลารเซลล ไดแก สารซลคอน ( Si ) ซงเปนสารชนดเดยวกบทใชท าชพในคอมพวเตอร และเครองอเลกทรอนกส ซลคอนเปนสารซงไมเปนพษ มการน ามาผลตโซลารเซลลใชกนอยางแพรหลายเพราะมราคาถก คงทน และเชอถอไดและรปท2แสดงหลกการท างานโซลารเซลล

รปท 2 หลกการท างานโซลารเซลล 2.2 คณสมบตและตวแปรทส าคญของเซลลแสงอาทตย

2.2.1. ความเขมของแสง กระแสไฟ (Current) จะเปนสดสวนโดยตรงกบ

ความเขมของแสง หมายความวาเมอความเขมของแสงสง กระแสทไดจากเซลลแสงอาทตยกจะสงขนในขณะท

แรงดนไฟฟาหรอโวลตแทบจะไมแปรไปตามความเขมของแสงมากนก ความเขมของแสงทใชวดเปนมาตรฐานคอความเขมของแสงทวดบนพนโลกในสภาพอากาศปลอดโปรงปราศจาก เมฆหมอกและวดทระดบน าทะเลในสภาพทแสงอาทตยตงฉากกบพนโลก ซงความเขมของแสงจะมคาเทากบ 100 mW ตอ ตร.ซม. หรอ 1,000 W ตอ ตร.เมตร ซงมคาเทากบ AM 1.5 (Air Mass 1.5) และถาแสงอาทตยท ามม 60 องศากบพนโลกความเขมของแสง จะมคาเทากบประมาณ 75 mW ตอ ตร.ซม. หรอ 750 W ตอ ตร.เมตร ซงมคาเทากบ AM2 กรณของแผงเซลลแสงอาทตยนนจะใชคา(AM1.5)เปนมาตรฐานในการวดประสทธภาพของแผง

2.2.2 อณหภม กระแสไฟ (Current) จะไมแปรตามอณหภมท

เปลยนแปลงไป ในขณะทแรงดนไฟฟา (โวลท) จะลดลงเมอ

อณหภมสงขน ซงโดยเฉลยแลวทกๆ 1 C ทเพมขน จะท าใหแรงดนไฟฟาลดลง 0.5% และในกรณของแผงเซลลแสงอาทตยมาตรฐานทใชก าหนดประสทธภาพของแผงแสง

อาทตยคอ ณ อณหภม 25 C เชน ก าหนดไววาแผงแสงอาทตยมแรงดนไฟฟาทวงจรเปด (Open Circuit

Voltage หรอ Voc) ท 21 V ณ อณหภม 25 C กจะหมายความวา แรงดนไฟฟาทจะไดจากแผงแสงอาทตย เมอ

ยงไมไดตอกบอปกรณไฟฟา ณ อณหภม 25 C จะเทากบ

21 V ถาอณหภมสงกวา 25 C เชน อณหภม 30 C จะท า

ใหแรงดนไฟฟาของแผงแสงอาทตยลดลง 2.5% (0.5%×5C) นนคอ แรงดนของแผงแสงอาทตยท Voc จะลดลง 0.525 V (21 V×2.5%) เหลอเพยง 20.475 V (21V – 0.525V) สรปไดวา เมออณหภมสงขน แรงดนไฟฟากจะลดลงซงมผลท าใหก าลงไฟฟาสงสดของแผงแสงอาทตยลดลงดวยจากขอก าหนดดงกลาวขางตน กอนทผใชจะเลอกใชเซลลแผงแสงอาทตย จะตองค านงถงคณสมบตของแผงทระบไวในแผงแตละชนดดวยวา ใชมาตรฐานอะไร หรอมาตรฐานทใชวดแตกตางกนหรอไม เชนแผงชนดหนงระบวา ใหก าลงไฟฟาสงสดได 80 วตต ท


40

ความเขมแสง 1,200 W ตอ ตารางเมตร ณ อณหภม 20 C ขณะทอกชนดหนงระบวาใหก าลงไฟฟาสงสดได 75 วตต ทความเขมแสง1,000Wตอตารางเมตร และอณหภมมาตรฐาน

25 C แลว จะพบวาแผงทระบวาใหก าลงไฟฟา 80 W จะใหก าลงไฟฟาต ากวา จากสาเหตดงกลาว ผทจะใชแผงจงตองค านงถงขอก าหนดเหลานในการเลอกใชแผงแตละชนดดวย 2.3 พลงงานแสงอาทตย

พลงงานแสงอาทตย เปนพลงงานสะอาดไมท าปฏกรยาใด ๆ อนจะท าใหสงแวดลอมเปนพษ เซลลแสงอาทตย จงเปนสงประดษฐทางอเลคทรอนคสชนดหนงทถกน ามาใชผลตไฟฟา เนองจาก สามารถเปลยนพลงงานแสงอาทตยใหเปนพลงงานไฟฟาไดโดยตรง ปจจบนในประเทศไทย มหลายหนวยงาน ไดท าการตดตงเซลลแสงอาทตยเพอใชงานในลกษณะตางๆ กนโลกไดรบพลงงานสวนใหญจากแสงอาทตย โดยเมอคดตามภาคตดขวางในแนวเสนผาศนยกลางของโลกจะมพลงงานแสงอาทตยตกกระทบโลกโดยเฉลยประมาณ 178,000 ลานลานวตต และจะสะทอนกลบสอวกาศรอยละ 35 โดยบรรยากาศโลกจะดดกลนพลงงานแสงอาทตยไวประมาณรอยละ 43 และจะแผคนกลบสบรรยากาศประมาณรอยละ 22 ของพลงงานแสงอาทตย ประเทศไทยตงอยในต าแหนงทมพลงงานแสงอาทตยตกกระทบมคาความเขมของรงสเฉลยวนละประมาณ 4.7 กโลวตตตอชวโมงตอตารางเมตร หรอประมาณ 16.92 เมกะจลตอตารางเมตร ซงสามารถน ามาใชประโยชนไดอยางไมมวนหมดโดยอาศยอปกรณแปรรป พลงงานแบบตางๆ ทงในรปของความรอนและการใชเซลลแสงอาทตย

3. การออกแบบ 3.1 การออกแบบโครงสราง

รปท 3 แสดงโครงสรางในการตดตงแผงโซลารเซลล 3.2 ตวควบคมการชารจแบตเตอร ท าหนาทรบพลงงานจากแผงโซลารเซลลแลวประจ

ลงสแบตเตอรวงจรการควบคมการเกบประจสวนใหญแลวจะเปนวงจรทตรวจสอบระดบแรงดนของแบตเตอรทลดลงเมอประจจนแรงดนถงตามตองการแลวกจะหยดการประจเขาแบตเตอร ลกษณะกลองใชงานจรง วงจรการชารจและบลอกไดอะแกรมแสดงในรปท 4 , 5 และ 6


41

รปท 4 ชดควบคมการชารจแบตเตอร ท าหนาทรบ

พลงงานจากแผงโซลารเซลล ชารจเกบไวในแบตเตอร

รปท 5 วงจรควบคมการชารจแบตเตอร

รปท 6 บลอกไดอะแกรมการท างานของชดควบคมการชารจ แบตเตอร

4. ผลการทดสอบ

รปท 7 แสดงการตดตงเพอการทดลอง

รปท 8 แสดงระยะของการตดตงเพอการทดลอง

V A

รปท 9 แสดงการตอวงจรแผงโซลากบอปกรณตางๆ

ในการวจยจะตดตงแผงโซลารเซลลและวงจรการตอเขา

กบอปกรณตางๆของโซลารเซลลทง3ชนดซงไดแก1.เซลลแบบผลกเดยว (Single Crystalline Silicon Solar Cell) ขนาด 40 วตต 2.เซลลแบบผลกรวม (Polycrystalline Silicon Solar Cell) ขนาด 40 วตต 3.เซลลแบบจากอะมอรฟสซลคอน(Amorphous Silicon Solar Cell) ขนาด 40 วตต ดงในรปท 7-8 จากแผงโซลารเซลลจะตอเขากบ


42

เครองควบคมการประจแบตเตอรเพอประจเขาแบตเตอรขนาด 12V 5Ah ทเครองควบคมการประจแบตเตอรสามารถตอเขากบอปกรณทใชกบไฟฟากระแสตรงได จากแบตเตอร มอนเวอรเตอรเพอน าไปใชงานกบไฟฟากระแสสลบ ไดอะแกรมการตออปกรณแสดงดงในรปท 9 ในขณะแผงโซลารเซลลท างานท าการจดบนทกขอมลของการใชงานแผงโซลารเซลลโดยวดแรงดนไฟฟา กระแสไฟฟาและก าลงไฟฟาของแผงโซลารเซลลแตละชนด โดยเกบขอมลทก10นาทในชวงเวลาตงแต 9.00น.-17.00น.จ านวน 4 ครง ผลทไดแสดงรปท 10 – 21 ดงน

รปท 10 การเปรยบเทยบคาแรงดนไฟฟาของแผงโซลารเซลลแตละชนด ของการจดบนทกขอมลครงท 1

รปท 11 การเปรยบเทยบคากระแสไฟฟาของแผงโซลารเซลลแตละชนดของการจดบนทกขอมลครงท 1

รปท 12 การเปรยบเทยบคาก าลงไฟฟาของแผงโซลารเซลลแตละชนดของการจดบนทกขอมลครงท 1




43





รปท 19 การเปรยบเทยบคาแรงดนไฟฟาของแผงโซลลาเซลลแตละชนด ของการจดบนทกขอมลครงท 4

รปท 20 การเปรยบเทยบคากระแสไฟฟาของแผงโซลลาเซลลแตละชนดของการจดบนทกขอมลครงท 4


44


จากขอมลทงหมดน ามาเขยนเปนตารางหาผลเฉลยของ

แรงดนไฟฟา กระแสไฟฟาและก าลงไฟฟาของแผงโซลารเซลลแตละชนดไดดงน

ตารางท1 ผลเฉลยแรงดนไฟฟา

แรงเคลอนไฟฟา(V) คาเฉลยของการจดบนทกครงท1 คาเฉลยของการจดบนทกครงท2 คาเฉลยของการจดบนทกครงท3 คาเฉลยของการจดบนทกครงท4 ผลเฉลยSingle Crystalline Silicon Solar Cell 16.74 17.07 15.04 14.14 15.75

Poly crystalline Silicon Solar cell 18.28 18.41 16.55 15.04 17.07

Amorphous Silicon Solar Cell 21.16 21.50 17.99 17.80 19.61 ตารางท2 ผลเฉลยกระแสไฟฟา

กระแสไฟฟา(A) คาเฉลยของการจดบนทกครงท1 คาเฉลยของการจดบนทกครงท2 คาเฉลยของการจดบนทกครงท3 คาเฉลยของการจดบนทกครงท4 ผลเฉลยSingle Crystalline Silicon Solar Cell 0.88 0.79 0.64 0.63 0.73


Amorphous Silicon Solar Cell 0.89 0.80 0.81 0.78 0.82 ตารางท3 ผลเฉลยก าลงไฟฟา

ก าลงไฟฟา(W) คาเฉลยของการจดบนทกครงท1 คาเฉลยของการจดบนทกครงท2 คาเฉลยของการจดบนทกครงท3 คาเฉลยของการจดบนทกครงท4 ผลเฉลยSingle Crystalline Silicon Solar Cell 14.86 13.49 9.76 8.99 11.78


Amorphous Silicon Solar Cell 18.92 20.92 14.61 13.95 17.10

5. สรปผลการวจย เนองจากแผงโซลารเซลลททดสอบเปนแผงขนาดเลกโดยมขนาด 50x60 ซ.ม.ก าลงสงสด 40 วตต เหมาะกบการน าไปประยกตใชงานในลกษณะไฟฟาแสงสวางในยามค าคนไฟกระพรบตามแยกตางๆ ฯลฯ จากผลการวจยทปรากฏดงรป

ท 10-21 และสรปออกมาเปนผลเฉลยของแรงดนไฟฟา กระแสไฟฟาและก าลงไฟฟาดงตารางท1-3 มผลดงน 1)ในการจายแรงเคลอนไฟฟากระแสตรงจากแผงโซลารเซลลแบบเซลลแบบผลกเดยวจายได 15.75 V เซลลแบบผลกรวมจายได 17.07 V และเซลลแบบจากอะมอรฟสซลคอนจายได


45

19.61 V 2)ในการจายกระแสไฟฟากระแสตรงจากแผงโซลารเซลลแบบเซลลแบบผลกเดยวจายได 0.73 A เซลลแบบผลกรวมจายได 0.84 A และเซลลแบบจากอะมอรฟสซลคอนจายได 0.82 A 3) ในการจายก าลงไฟฟากระแสตรงจากแผงโซลารเซลลแบบเซลลแบบผลกเดยวจายได 11.78 W เซลลแบบผลกรวมจายได 14.64 วตต และเซลลแบบจากอะมอรฟสซลคอนจายได 17.10 วตต ดงนนเมอพจารณาดจากผลโดยรวม เซลลแบบอะมอรฟสซลคอน(Amorphous Silicon Solar Cell) จะเปนเซลลทเหมาะกบการใชงานทสดเนองจากสามารถใหแรงดนไฟฟาและก าลงไฟฟาทจายออกมาสงกวาเซลลทงสองชนดคอ เซลลแบบผลกเดยว (Single Crystalline Silicon Solar Cell) ขนาด 40 วตต และเซลลแบบผลกรวม (Polycrystalline Silicon Solar Cell)ขนาด 40 วตต ซงเปนขอเดนของเซลลแบบอะมอรฟสซลคอน(Amorphous Silicon Soloar Cell)นนเอง

เอกสำรอำงอง [1] กองพฒนาพลงงานทดแทน ฝายพฒนาและแผนงาน โรงไฟฟา การไฟฟาฝายผลต แหงประเทศไทย เซลล แสงอาทตย (Solar Cell) [Online], Available : http://www.egat.co.th/re/solarcell/ solarcell.html [2] บรษทลโอนคสจ ากด. (2552). ความรเกยวกบเซลล แสงอาทตย. (Online) [3] www.techtron.co.th/solar-system [4] http://lab.excise.go.th/group3/battery/ batstruc.html [5] http://www.integralsystems.org [6] http://solar-wind-nature-energy.com

จระศกด สนสขอดมชย: ปจจบนด ารงต าแหนงผชวยศาสตราจารย สาขาวชาวศวกรรมไฟฟา มหาวทยาลยเอเชยอาคเนย ท างานวจยดานวงจรไฟฟาและ

เครองจกรกลไฟฟา

http://www.egat.co.th/re/solarcell/

เปรียบเทียบประสิทธิภาพของแผงโซลาร์เซลล์แตละชนิด...

Documents

Transcript of เปรียบเทียบประสิทธิภาพของแผงโซลาร์เซลล์แตละชนิด...