1.2 เซลล์แสงอาทิตย์ซึ่งอยู่ในขั้นตอนการวิจัยและพัฒนาอย่างต่อเนื่องได้แก่
เซลล์แสงอาทิตย์ทรงกลม (Spherical Micro Solar Cells) เซลล์แสงอาทิตย์ประเภทดายเซนซิไทซ์ (Dye-sensitized Solar Cells)โดยมีหลักการออกแบบเซลล์จากกระบวนการสังเคราะห์แสงของพืช มีประสิทธิภาพอยู่ที่ 3-5%และเซลล์แสงอาทิตย์ประเภทควอนตัมดอต (Quantum Dot Solar Cells) ถูกพัฒนาขึ้นเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการเปลี่ยนผลทางเทอร์โมไดนามิกส์ของโฟตอนให้มีค่ามากที่สุด นับเป็นการพัฒนาจากข้อจำกัดของเซลล์ชนิดผลึก โดยเพิ่มประสิทธิภาพทางเทอร์โมไดนามิกส์เป็น 66 เปอร์เซ็นต์ (จากเดิมของวัสดุสารกึ่งตัวนำทั่วไปอยู่ที่ 31-33 เปอร์เซ็นต์) ยังไม่มีการผลิตเชิงพาณิชย์แต่ก็ประกอบด้วยหลายหน่วยงานทั้งในและต่างประเทศที่ให้ความสนใจและดำเนินการศึกษาในเรื่องดังกล่าวซึ่งในประเทศไทยโดย Semiconductor Device Research Laboratory จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัยได้ทำการวิจัยพัฒนา Multi-Stacked HighDensity InAs Quantum Dot Molecule Solar Cells.
2. เครื่องควบคุมการประจุ (charge controller)
ทำหน้าที่ประจุกระแสไฟฟ้าที่ผลิตได้จากแผงเซลล์แสงอาทิตย์เข้าสู่แบตเตอรี่และการจ่ายกระแสไฟฟ้าออกจากแบตเตอรี่
ระบบเซลล์แสงอาทิตย์แบบอิสระ ตามปกติจะมีแรงดันไฟฟ้า 12, 24 หรือ 48 โวลต์ซึ่งอุปกรณ์ ในระบบต้องมีแรงดันไฟฟ้าที่สอดคล้องกัน โดยแรงดันไฟฟ้าในการอัดประจุของเครื่องควบคุม การประจุจะต้องสูงกว่าของแบตเตอรี่เสมอ ส่วนแรงดันไฟฟ้าของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ต้องสูงพอที่จะสามารถจ่ายกำลังไฟฟ้าสูงสุดได้ขณะที่อุณหภูมิสูง (โดยปกติหากอุณหภูมิสูงขึ้นแรงดันไฟฟ้าของแผงเซลล์แสงอาทิตย์จะต่ำลง) อีกทั้งยังต้องพิจารณาแรงดันตกคร่อมในสายไฟที่ต้องเสียไปอีก 2-3 เปอร์เซนต์ ส่วนในกรณีอุณหภูมิต่ำแรงดันไฟฟ้าของแผงเซลล์แสงอาทิตย์จะสูงซึ่งเครื่องควบคุมการประจุแบตเตอรี่จะต้องควบคุมแรงดันในการอัดประจุไม่ให้สูงเกินไปจนทำให้แบตเตอรี่เสียหายทั้งนี้การป้องกันการอัดประจุเกินพิกัดของเครื่องควบคุมการประจุทำได้หลายวิธี ยกตัวอย่างเช่น
ตัดวงจรแผงเซลล์แสงอาทิตย์ออกจากระบบเมื่อแรงดันไฟฟ้าสูงเกินกว่า charge cut-out voltage วิธีนี้ใช้สำหรับเครื่องควบคุมการประจุที่ต่อแบบอนุกรม
ทำการลัดวงจร (short-circuit) แผงเซลล์แสงอาทิตย์ซึ่งใช้สำหรับเครื่องควบคุมการประจุที่ต่อแบบขนาน
ปรับระดับแรงดันไฟฟ้า โดยใช้ MPPT charge controller
ในกรณีแสงแดดมีน้อย แรงดันแผงเซลล์แสงอาทิตย์จะต่ำกว่าของแบตเตอรี่ซึ่งทำให้กระแสไฟฟ้าไหลย้อนกลับได้จึงต้องมีการป้องกันโดยเพิ่มไดโอดป้องกันการกลับทิศของกระแส ซึ่งส่วนใหญ่จะประกอบอยู่ภายในเครื่องควบคุมการประจุอยู่แล้ว จากวัตถุประสงค์ที่ต้องการยืดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ ดังนั้นเครื่องควบคุมการประจุแบตเตอรี่จำเป็นต้องทำงานที่หลากหลายได้อย่างมีประสิทธิภาพ เนื่องจากแรงดัน charge cut-out และ discharge cut-off จะขึ้นอยู่กับสภาวะการอัดประจุของแบตเตอรี่ อีกทั้งคุณสมบัติของแบตเตอรี่แต่ละชนิดก็แตกต่างกัน และการทำงานที่อุณหภูมิแตกต่างกันนั่นคือเครื่องควบคุมการประจุที่ดีจึงต้องสามารถทำงานที่เงื่อนไขแตกต่างกันเหล่านี้ได้
หน้าที่ของเครื่องควบคุมการประจุโดยทั่วไปดังต่อไปนี้
ควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่เหมาะสมกับแบตเตอรี่ชนิดต่างๆ กัน
สามารถป้องกันการอัดและการคายประจุไฟฟ้าเกินพิกัดได้อย่างมีประสิทธิภาพ
มีการตรวจสอบสภาวะการอัดประจุของแบตเตอรี่เสมอ
3. แบตเตอรี่ (Battery)
ทำหน้าที่เก็บพลังงานไฟฟ้าที่ผลิตจากแผงเซลล์แสงอาทิตย์ไว้ใช้เวลาที่ต้องการเช่นเวลาที่ไม่มีแสงอาทิตย์หรือเวลากลางคืน
ลักษณะของแบตเตอรี่
แบตเตอรี่ใช้งานในระบบเซลล์แสงอาทิตย์เป็นแบตเตอรี่ซึ่งถูกออกแบบเพื่อให้การจ่ายประจุของแบตเตอรี่มีค่าแรงดันไฟฟ้าคงที่ตลอด ซึ่งจะแตกต่างจากแบตเตอรี่สำหรับการสตาร์ทเครื่องยนต์ เช่นในรถยนต์ทั่วไป โดยได้รับการออกแบบให้เกิดการจ่ายกระแสไฟฟ้ามากๆ ในชั่วระยะเวลาหนึ่งๆ ตัวอย่างยานพาหนะที่ใช้แบตเตอรี่ชนิดนี้ เช่น รถกอลฟ์ รถฟอร์คลิฟท์ และรถกวาดพื้นเป็นต้น ความแตกต่างของโครงสร้างที่สำคัญระหว่างแบตเตอรี่แบบ Deep cycle lead-acid ซึ่งเหมาะสมในการใช้งานกับระบบเซลล์แสงอาทิตย์ เปรียบเทียบกับแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรดทั่วไปคือ แผ่นตะกั่วของแบตเตอรี่แบบแรกเป็นของแข็งทึบแต่ในแบตเตอรี่อีกแบบหนึ่งเป็นแบบของแข็งมีรูพรุนเหมือนฟองน้ำ ทั้งนี้อาจพบแบตเตอรี่แสดงไว้ที่ฉลากเป็น Deep cycle lead-acid แต่ภายในไม่ใช้แผ่นตะกั่วแบบของแข็งทึบอย่างไรก็ตามจะเรียกแบตเตอรี่นี้เป็นแบบผสมผสาน(hybrid battery) แบตเตอรี่แบบ Deep cycle lead-acid ถูกออกแบบให้สามารถจ่ายกระแสไฟฟ้าได้ถึง 20 เปอร์เซ็นต์ของค่าความจุรวมถึงสามารถทำการประจุได้หลายพันรอบ ทั้งนี้หลายๆ บริษัทได้แนะนำว่า แบตเตอรี่แบบผสมผสานจะไม่สามารถจ่าย ประจุได้ถึง 50 เปอร์เซ็นต์ของค่าความจุ
4. เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้า (Inverter)
ทำหน้าที่แปลงพลังงานไฟฟ้าจากกระแสตรง (DC) ที่ผลิตได้จากแผงเซลล์แสงอาทิตย์ให้เป็นไฟฟ้ากระแสสลับ(AC)เพื่อให้สามารถใช้ได้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าต่างๆ ได้โดยอินเวอร์เตอร์ในระบบเซลล์แสงอาทิตย์สามารถแบ่งออกได้เป็น 2ประเภท คือ อินเวอร์เตอร์แบบเชื่อมต่อระบบจำหน่าย (Grid-connected or Grid tied inverter) และ อินเวอร์เตอร์แบบอิสระ (Stand-alone inverter) ในช่วงระยะเวลาประมาณ 20 ปี ที่ผ่านมามีงานวิจัยเกี่ยวกับอินเวอร์เตอร์สำหรับการผลิตไฟฟ้า ด้วยโซล่าเซลล์แบบมีการเชื่อมต่อสายส่ง (Grid-connected PV inverters)งานวิจัยเหล่านี้ส่วนหนึ่งเน้นไปที่วงจรหรือเทคนิคการควบคุมใหม่ๆ ซึ่งเมื่ออาศัยความก้าวหน้าด้านโซลิทสเตททำให้มีความเป็นไปได้ที่จะสร้างเอซีโมดูลที่กะทัดรัดมีประสิทธิภาพสูง มีความไว้วางใจได้ และมีราคาถูกกว่าเดิม
จากข้อมูลในบทความเบื้องต้นนี้เพื่อให้ผู้ใช้งานสามารถใช้เป็นแนวทางการออกแบบ และติดตั้งระบบ Solar Cell สำหรับบ้านประหยัดพลังงาน ซึ่งจะสามารถทำให้ผู้ใช้สามารถเลือกเทคโนโลยีที่แหมะสมกับพื้นที่ ตรงตามความต้องการ และการเลือกใช้อุปกรณ์ที่ดีมีประสิทธิภาพสูงได้ ท่านสามารถเยี่ยมชมบ้านประหยัดพลังงานและเทคโนโลยี Solar cell ได้ที่อาคารอนุรักษ์พลังงานเฉลิมพระเกียรติ บริเวณเทคโนธานี คลอง 5 ปทุมธานี
