เซลล์แสงอาทิตย์ที่ผลิตกระแสไฟฟ้าในเวลากลางคืน (The Solar Cells Produce Electricity at Night)

The Solar Cells Produce Electricity at Night (Photo: https://spectrum.ieee.org/solar-cell)

การผลิตไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์ในเวลากลางคืนอาจจะเป็นจริงได้ในไม่ช้านี้แล้ว ด้วยการใช้ประโยชน์จากความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างแผงโซลาร์เซลล์และสภาพอากาศแวดล้อม วิศวกรอาจสามารถสร้างเซลล์แสงอาทิตย์ที่สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้ในตอนกลางคืน

Shanhui Fan ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมไฟฟ้าที่มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด ซึ่งเป็นผู้ให้ความสนใจในเรื่องนี้ ได้ร่วมกับเพื่อนร่วมงานของเขาโดยใช้แนวคิดเรื่องการระบายความร้อนด้วยการแผ่รังสี (radiative cooling) ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่วัสดุแผ่ความร้อนขึ้นสู่ท้องฟ้าในเวลากลางคืนหลังจากดูดซับพลังงานแสงอาทิตย์ตลอดทั้งวัน และวัสดุอื่นๆ ได้ใช้ก่อนหน้านี้เพื่อสร้างสีทำความเย็นและเครื่องปรับอากาศที่ประหยัดพลังงาน ด้วยเหตุนี้อุณหภูมิของเซลล์แสงอาทิตย์มาตรฐานที่ระบายความร้อนขึ้นไปบนท้องฟ้าในตอนกลางคืนจึงต่ำกว่าอุณหภูมิอากาศแวดล้อม สิ่งนี้สร้างกระแสความร้อนจากอากาศแวดล้อมไปยังเซลล์แสงอาทิตย์ "การไหลของความร้อนนั้นสามารถเก็บเกี่ยวเพื่อสร้างพลังงานได้" Fan กล่าว

นักวิจัยได้รวมเซลล์สุริยะเข้ากับโมดูลเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริก (TEG) เชิงพาณิชย์ ซึ่งจะแปลงความแตกต่างของอุณหภูมิเป็นพลังงานไฟฟ้า TEG อยู่ใต้โซลาร์เซลล์ และแผ่นอลูมิเนียมระหว่างทั้งสองจะนำความร้อนจากโซลาร์เซลล์ไปยัง TEG อีกด้านหนึ่งของ TEG เชื่อมต่อผ่านแผงระบายความร้อนกับอากาศแวดล้อม

TEG หรือ Thermoelectric Generator คือ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าโดยการแปลงจากพลังงานความร้อนที่เกิดขึ้นระหว่างขั้ว มาแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้า ซึ่งตรงขั้วเทอร์โมอิเล็กทริกซ์ทั้งสองขั้วนั้น ทำมาจากวัสดุโซลิดสเตท เราเรียกกันว่า โมดูล(module) ซึ่งเจ้าโมดูลนี้ แบ่งเป็นสองขั้ว ด้วยกันคือ ฝั่งนึงจะเป็น สารกึ่งตัวนำชนิด เอ็น(N-Doped) ซึ่งสารกึ่งตัวนำชนิด เอ็นนี้ จะมีประจุส่วนมากเป็นอิเล็กตรอน และ ประจุส่วนน้อย เป็นโฮล ซึ่งหมายความว่า ฝั่งชนิดเอ็นนี้ มีขั้วเป็นลบ และในทางตรงกันข้าม วัสดุสารกึ่งตัวนำฝั่งพี(P-Doped) จะมีพาหะประจุส่วนมากเป็นโฮล และ พาหะประจุส่วนน้อยเป็น อิเล็กตรอน นั่นหมายความว่า ตัวนำฝั่งพีนั่น จะมีขั้วเป็นบวก เมื่อเกิดความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิของแผ่นเซรามิก ทั้งบนและล่าง หลังจากนั้นจะเกิดการไฟไหลจาก ประจุลบ ไปยังประจุบวก ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าไหลในโมดูลของเทอร์โมอิเล็กทริคแบบครบวงจร

หลักการทำงานของเทอร์โมอิเล็กทริกซ์
Photo:https://www.researchgate.net/figure/Schematic-diagram-of-thermoelectric-generator-TEG-composed-of-P-and-N-type-Bi2Te3_fig1_329222572

แม้ว่าแผงโซลาร์ที่มีอยู่แล้วสามารถติดตั้งเพิ่มเติมด้วย TEG เพื่อผลิตพลังงานในเวลากลางคืน Fan กล่าวว่าสิ่งสำคัญสำหรับอุปกรณ์ที่จะทำงานร่วมกันได้ดีคือการมีการสัมผัสทางความร้อนอย่างใกล้ชิดระหว่างเซลล์แสงอาทิตย์กับ TEG ทีมงานได้ทดสอบแผงโซลาร์เซลล์แบบรวม TEG ต้นแบบของพวกเขาเป็นเวลาสามวันในเดือนตุลาคม พ.ศ. 2564 บนชั้นดาดฟ้าในเมืองสแตนฟอร์ด รัฐแคลิฟอร์เนีย การสาธิตแสดงให้เห็นการผลิตพลังงานในเวลากลางคืนที่ 50 mW/m2 ทีมงานประมาณการว่าในสภาพอากาศที่ร้อนและแห้งกว่า การตั้งค่าแบบเดียวกันสามารถสร้างพลังงานสูงถึง 100 mW/m2

แปลและเรียบเรียงโดย ดร.วิชาญ นาคทอง ทีมงาน iEnergy Guru

Reference

1. https://spectrum.ieee.org/solar-cell
2. http://www.thaiphysoc.org/article/243/