`ย้าย Blog
http://303739ene.wordpress.com/
วันอาทิตย์ที่ 8 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2558
วันอาทิตย์ที่ 1 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2558
TEAM MEMBER
น.ส.บุณฑริกา จำรูญศิริ 55070502430
น.ส.พิมพกานต์
ติณสิริสุข 55070502437
น.ส.ภรณ์พรรณนา
จางนิติวิชย์ 55070502439
ภาควิชาวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์และโทรคมนาคม
มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี
มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี
SOLAR CELL
วัตถุประสงค์
1. เพื่อเข้าใจหลักการทำงานของเซลล์แสงอาทิตย์
2.เพื่อศึกษาคุณสมบัติทางไฟฟ้าของเซลล์แสงอาทิตย์
3. เพื่อศึกษาการนำเซลล์แสงอาทิตย์ไปใช้ในงานต่างๆ
Solar Cell หรือ PV มีชื่อเรียกกันไปหลายอย่าง เช่น เซลล์แสงอาทิตย์ เซลล์สุริยะ หรือเซลล์
photovoltaic ซึ่งต่างก็มีที่มาจากคำว่า Photovoltaic โดยแยกออกเป็น photo
หมายถึง แสง และ
volt หมายถึง แรงดันไฟฟ้า เมื่อรวมคำแล้วหมายถึง กระบวนการผลิตไฟฟ้าจากการตกกระทบของแสงบนวัตถุที่มีความสามารถในการเปลี่ยนพลังงานแสงเป็นพลังงานไฟฟ้าได้โดยตรง
แนวความคิดนี้ได้ถูกค้นพบมาตั้งแต่ ปี ค.ศ. 1839 แต่เซลล์แสงอาทิตย์ก็ยังไม่ถูกสร้างขึ้นมา
จนกระทั่งใน ปี ค.ศ. 1954 จึงมีการประดิษฐ์เซลล์แสงอาทิตย์
และได้ถูกนำไปใช้เป็นแหล่งจ่ายพลังงานให้กับดาวเทียมในอวกาศ เมื่อ ปี ค.ศ. 1959 ดังนั้น สรุปได้ว่า
เซลล์แสงอาทิตย์ คือ สิ่งประดิษฐ์ที่ทำจากสารกึ่งตัวนำ เช่น ซิลิคอน (Silicon), แกลเลี่ยม อาร์เซไนด์ (Gallium Arsenide), อินเดียม ฟอสไฟด์ (Indium Phosphide), แคดเมียม เทลเลอไรด์ (Cadmium Telluride) และคอปเปอร์ อินเดียม ไดเซเลไนด์ (Copper Indium Diselenide) เป็นต้น ซึ่งเมื่อได้รับแสงอาทิตย์โดยตรงก็จะเปลี่ยนเป็นพาหะนำไฟฟ้า
และจะถูกแยกเป็นประจุไฟฟ้าบวกและลบเพื่อให้เกิดแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วทั้งสองของเซลล์แสงอาทิตย์
เมื่อนำขั้วไฟฟ้าของเซลล์แสงอาทิตย์ต่อเข้ากับอุปกรณ์ไฟฟ้ากระแสตรง กระแสไฟฟ้าจะไหลเข้าสู่อุปกรณ์เหล่านั้น
ทำให้สามารถทำงานได้
ชนิดของเซลล์แสงอาทิตย์
แบ่งตามวัสดุที่ใช้เป็น 3 ชนิดหลักๆ คือ
Single Crystalline Silicon Solar CellPolycrystalline Silicon Solar CellAmorphous Silicon Solar Cell
1.เซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากซิลิคอน
ชนิดผลึกเดี่ยว (Single Crystalline Silicon Solar
Cell) หรือที่รู้จักกันในชื่อ Monocrystalline
Silicon Solar Cell และชนิดผลึกรวม (Polycrystalline
Silicon Solar Cell) ลักษณะเป็นแผ่นซิลิคอนแข็งและบางมาก
2.เซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากอะมอร์ฟัสซิลิคอน
(Amorphous Silicon Solar Cell) ลักษณะเป็นฟิล์มบางเพียง
0.5 ไมครอน (0.0005 มม.) น้ำหนักเบามาก
และประสิทธิภาพเพียง 5-10%
3.เซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากสารกึ่งตัวนำอื่นๆ
เช่น แกลเลี่ยม อาร์เซไนด์, แคดเมียม เทลเลอไรด์
และคอปเปอร์ อินเดียม ไดเซเลไนด์ เป็นต้น มีทั้งชนิดผลึกเดี่ยว (Single Crystalline) และผลึกรวม (Polycrystalline)
เซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากแกลเลี่ยม
อาร์เซไนด์ จะให้ประสิทธิภาพสูงถึง 20-25%
โครงสร้างของเซลล์แสงอาทิตย์
โครงสร้างที่นิยมมากที่สุด ได้แก่ รอยต่อพีเอ็นของสารกึ่งตัวนำ สารกึ่งตัวนำที่ราคาถูกที่สุดและมีมากที่สุดบนโลก
คือ ซิลิคอน จึงถูกนำมาสร้างเซลล์แสงอาทิตย์ โดยนำซิลิคอนมาถลุง และผ่านขั้นตอนการทำให้บริสุทธิ์
จนกระทั่งทำให้เป็นผลึก จากนั้นนำมาผ่านกระบวนการแพร่ซึมสารเจือปนเพื่อสร้างรอยต่อพีเอ็น
โดยเมื่อเติมสารเจือฟอสฟอรัส จะเป็นสารกึ่งตัวนำชนิดเอ็น (เพราะนำไฟฟ้าด้วยอิเล็กตรอนซึ่งมีประจุลบ)
และเมื่อเติมสารเจือโบรอน จะเป็นสารกึ่งตัวนำชนิดพี (เพราะนำไฟฟ้าด้วยโฮลซึ่งมีประจุบวก)
ดังนั้น เมื่อนำสารกึ่งตัวนำชนิดพีและเอ็นมาต่อกัน จะเกิดรอยต่อพีเอ็นขึ้น โครงสร้างของเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดซิลิคอน
อาจมีรูปร่างเป็นแผ่นวงกลมหรือสี่เหลี่ยมจัตุรัส ความหนา 200-400 ไมครอน (0.2-0.4 มม.) ผิวด้านรับแสงจะมีชั้นแพร่ซึมที่มีการนำไฟฟ้า
ขั้วไฟฟ้าด้านหน้าที่รับแสงจะมีลักษณะคล้ายก้างปลาเพื่อให้ได้พื้นที่รับแสงมากที่สุด
ส่วนขั้วไฟฟ้าด้านหลังเป็นขั้วโลหะเต็มพื้นผิว
หลักการทำงานทั่วไปของเซลล์แสงอาทิตย์
เมื่อมีแสงอาทิตย์ตกกระทบเซลล์แสงอาทิตย์
จะเกิดการสร้างพาหะนำไฟฟ้าประจุลบและบวกขึ้น ได้แก่ อิเล็กตรอนและ โฮล โครงสร้างรอยต่อพีเอ็นจะทำหน้าที่สร้างสนามไฟฟ้าภายในเซลล์
เพื่อแยกพาหะนำไฟฟ้าชนิดอิเล็กตรอนไปที่ขั้วลบ และพาหะนำไฟฟ้าชนิดโฮลไปที่ขั้วบวก
(ปกติที่ฐานจะใช้สารกึ่งตัวนำชนิดพี ขั้วไฟฟ้าด้านหลังจึงเป็นขั้วบวก ส่วนด้านรับแสงใช้สารกึ่งตัวนำชนิดเอ็น
ขั้วไฟฟ้าจึงเป็นขั้วลบ) ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าแบบกระแสตรงที่ขั้วไฟฟ้าทั้งสอง เมื่อต่อให้ครบวงจรไฟฟ้าจะเกิดกระแสไฟฟ้าไหลขึ้น
ตัวอย่าง
เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดซิลิคอนที่มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง
4 นิ้ว จะให้กระแสไฟฟ้าประมาณ 2-3 แอมแปร์ และให้แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดประมาณ
0.6 โวลต์ เนื่องจากกระแสไฟฟ้าที่ได้จากเซลล์แสงอาทิตย์ไม่มากนัก ดังนั้นเพื่อให้ได้กำลังไฟฟ้ามากเพียงพอสำหรับใช้งาน
จึงมีการนำเซลล์แสงอาทิตย์หลายๆ เซลล์มาต่อกันเป็น เรียกว่า แผงเซลล์แสงอาทิตย์ (Solar Modules) ลักษณะการต่อแผงเซลล์แสงอาทิตย์ขึ้นอยู่ว่าต้องการกระแสไฟฟ้าหรือแรงดันไฟฟ้า
- การต่อแผงเซลล์แสงอาทิตย์แบบขนาน จะทำให้ได้กระแสไฟฟ้าเพิ่มมากขึ้น
- การต่อแผงเซลล์แสงอาทิตย์แบบอนุกรม จะทำให้ได้แรงดันไฟฟ้าสูงขึ้น
การทดลองที่ 1
เรื่องการหาแรงดันเปิดปิดวงจรและกระแสลัดวงจรของเซลล์แสงอาทิตย์
รูปที่ 1 วงจรที่ใช้ในการทดลอง
อุปกรณ์ที่ใช้ในการทดลอง
1. ชุดทดลองของเซลล์แสงอาทิตย์ 1 ชุด
2. หลอดไฟขนาด 120 วัตต์ 220 โวลท์ 1 ชุด
3. แอมป์มิเตอร์ไฟตรง 0-250 mA 1 ตัว
4.โวลท์มิเตอร์ไฟตรง 0-10 V 1 ตัว
ลำดับขั้นตอนการทดลอง
1. ต่อวงจรดังในรูปที่ 1
โดยใช้เซลล์แสงอาทิตย์ แผงที่ A โดยทำการปลดโหลด (Load) ทางด้านเอาท์พุตของเซลล์แสงอาทิตย์ออก
2. ทำการเปิดหลอดไฟ (Lamp) โดยที่ตำแหน่งของหลอดไฟจะอยู่เหนือแผงเซลล์แสงอาทิตย์ที่ใช้ในการทดลอง
ประมาณ 1 ฟุต หลังจากนั้นบันทึกค่าแรงดันและกระแสทางด้านเซลล์แสงอาทิตย์
3. ทำการปิดหลอดไฟ (Lamp) หลังจากนั้น เปลี่ยนเซลล์แสงอาทิตย์จากแผง A
เป็นแผง B หลังจากนั้นทำการทดลองซ้ำขั้นตอนที่ 2
4. ทำการปิดหลอดไฟ (Lamp) ทำการเปลี่ยนแปลงวงจรการทดลองโดยที่
ทำการลัดวงจรทางด้านเอาท์พุตทางด้านโหลด (Load)
5. หลังจากนั้น
ทำการทดลองซ้ำขั้นตอนที่ 2
6. ทำการปิดหลอดไฟ (Lamp) หลังจากนั้น เปลี่ยนเซลล์แสงอาทิตย์จากแผง A
เป็นแผงที่ B หลังจากนั้นทำการทดลองซ้ำขั้นตอนที่
2
ตารางที่1
ผลการทดลองกระแสและแรงดันลัดวงจร ของเซลล์แสงอาทิตย์
|
เซลล์แสงอาทิตย์
|
กระแสเปิดวงจร
(mA)
|
แรงดันเปิดวงจร
(V)
|
กระแสปิดวงจร (mA)
|
แรงดันปิดวงจร (V)
|
|
เซลล์ A
|
18.44
|
3.027
|
0.22
|
0.2
|
|
เซลล์ B
|
6.29
|
4.87
|
0.21
|
0.1
|
การทดลองที่ 2 เรื่องการหา V-I Characteristic ของเซลล์แสงอาทิตย์
อุปกรณ์ที่ใช้ในการทดลอง
1. ชุดทดลองของเซลล์แสงอาทิตย์ 1ชุด
2. หลอดไฟขนาด 120 วัตต์ 220
โวลท์ 1ชุด
3. แอมป์มิเตอร์ไฟตรง 0-250 mA 1ตัว
4.โวลท์มิเตอร์ไฟตรง 0-10 V 1ตัว
5. ตัวต้านทานปรับค่าได้ 1ตัว
ลำดับขั้นตอนการทดลอง
1. ต่อวงจรดังในรูปที่ 1
โดยใช้เซลล์แสงอาทิตย์ แผงที่ A โดยทำการต่อตัวต้านทานปรับค่าได้เป็นโหลด (Load) ทางด้านเอาท์พุตของเซลล์แสงอาทิตย์ออก
หลังจากนั้นทำการปรับค่าความต้านทานโหลดให้มีความต้านทานต่ำสุด
2. ทำการเปิดหลอดไฟ (Lamp) โดยที่ตำแหน่งของหลอดไฟจะอยู่เหนือแผงเซลล์แสงอาทิตย์ที่ใช้ในการทดลอง
ประมาณ 1 ฟุต จากนั้นทำการปรับเพิ่มความต้านทานโหลดโดยที่จะทำการปรับเพื่อให้แรงดันตกคร่อมโหลดเพิ่มขึ้นครั้งละ
0.5 โวลท์ หลังจากนั้นบันทึกค่าแรงดันและกระแสทางด้านเซลล์แสงอาทิตย์
ในแต่ละครั้งของการปรับความต้านทานโหลด
3. ทำการปิดหลอดไฟ (Lamp) ทำซ้ำขั้นตอนที่ 1 และ 2 โดยเปลี่ยนเซลล์แสงอาทิตย์จากแผง
A เป็นแผง B
4. นำค่าแรงดันและกระแสที่ได้จากการทดลอง
ไปทำการพล๊อตแสดงความสัมพันธ์ระหว่างกระแสและแรงดัน (V-I Characteristic)
5. จากผลการทดลองที่ได้ ให้นักศึกษา
หาว่าเซลล์แสอาทิตย์ แต่ละแผงสามารถจ่ายกำลังไฟฟ้าสูงสุดไดเท่ากับเท่าใด และที่แรงดันและกระแสเท่าใด
ตารางที่2 ผลการทดลอง
|
เซลล์ A
|
เซลล์ B
|
||||
|
แรงดัน(V)
|
กระแส(A)
|
กำลังไฟฟ้า(W)
|
แรงดัน(V)
|
กระแส(A)
|
กำลังไฟฟ้า(W)
|
|
0
|
0.01852
|
0
|
0
|
0.01229
|
0
|
|
0.5
|
0.01844
|
0.00922
|
0.5
|
0.01215
|
0.00607
|
|
1.0
|
0.01841
|
0.01841
|
1.0
|
0.01204
|
0.01204
|
|
1.5
|
0.01824
|
0.02736
|
1.5
|
0.01200
|
0.01800
|
|
2.0
|
0.01776
|
0.03552
|
2.0
|
0.01198
|
0.02396
|
|
2.5
|
0.01536
|
0.03840
|
2.5
|
0.00977
|
0.02443
|
|
3.0
|
0.00408
|
0.01224
|
3.0
|
0.00551
|
0.01653
|
|
3.5
|
0
|
0
|
3.5
|
0.00548
|
0.01918
|
|
4.0
|
0
|
0
|
4.0
|
0.00544
|
0.02176
|
|
4.5
|
0
|
0
|
4.5
|
0.00525
|
0.02363
|
สรุปผลการทดลอง
จากการทดลองที่ 1 จะเห็นว่า กระแสและแรงดันเปิดวงจรจะมีค่ามากกว่ากระแสและแรงดันที่ลัดวงจรซึ่งกระแสแรงดันที่ได้มานี้เกิดจากเซลล์แสงอาทิตย์
โดยมีหลักการทำงานคือเมื่อมีแสงอาทิตย์ตกกระทบกับเซลล์แสงอาทิตย์จะเกิดการสรางพาหะนำไฟฟ้าประจุลบ และประจุบวก ขึ้นซึ่งได้แก่อิเล็กตรอน และโฮลโครงสร้างรอยต่อพีเอ็นจะทำหน้าที่สร้างสนามไฟฟ้าภายในเซลล์เพื่อแยกพาหะไฟฟ้าชนิดอิเล็กตรอนให้ไหลไปที่ขั้วลบและทำให้พาหะนำไฟฟ้าชนิดโฮลไหลไปที่ขั้วบวก ด้วยเหตุนี้ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าแบบกระแสตรงขึ้นที่ขั้วทั้งสองของเซลล์แสงอาทิตย์
จากการทดลองที่
2 จะเห็นความสัมพันธ์ของกระแสและแรงดันของวงจร ทั้งเซลล์ A และเซลล์ B ที่เมื่อแรงดันมีค่าเพิ่มมากขึ้น
กระแสที่ได้ก็จะมีค่าลดลง
วิจารณ์ผลการทดลอง
จากการทดลองเรื่องเซลล์แสงอาทิตย์นั้น
จะทำให้เห็นถึงคุณลักษณะทางด้านเอาท์พุตของเซลล์แสงอาทิตย์ที่ถูกแสดงอยู่ในรูปของความสัมพันธ์ของกระแสและแรงดัน
ซึ่งสามารถทดสอบได้โดย การปรับค่าความต้านทานที่โหลดจากศูนย์ ไปจนถึงอินฟินิตี้
และสามารถหาค่ากำลังไฟฟ้าได้จากสูตร P=VI
กระแสไฟฟ้าที่ได้จากเซลล์แสงอาทิตย์นี้สามารถนำไปใช้ประโยชน์โดนนำเซลล์แสงอาทิตย์ต่อเข้ากับเครื่องใช้ไฟฟ้า
เช่นหลอดแสงสว่าง มอเตอร์ เป็นเนื่องจากกระแสไฟฟ้าที่ได้จากเซลล์แสงอาทิตย์ไม่มากนัก
ดังนั้นเพื่อให้ได้กำลังไฟฟ้ามากเพียงพอสำหรับใช้งาน จึงมีการนำเซลล์แสงอาทิตย์หลายๆ
เซลล์มาต่อกันเป็น เรียกว่า แผงเซลล์แสงอาทิตย์ (Solar Modules) ลักษณะการต่อแผงเซลล์แสงอาทิตย์ขึ้นอยู่ว่าต้องการกระแสไฟฟ้าหรือแรงดันไฟฟ้า โดยการต่อแผงเซลล์แสงอาทิตย์แบบขนาน จะทำให้ได้กระแสไฟฟ้าเพิ่มมากขึ้น และการต่อแผงเซลล์แสงอาทิตย์แบบอนุกรม จะทำให้ได้แรงดันไฟฟ้าสูงขึ้น
ซึ่งในการทดลองนี้อาจมีความคลาดเคลื่อนของผลที่บันทึกได้
อันเนื่องมาจากระหว่างการทดลอง ความเข้มและปริมาณของแสงที่ได้รับนั้นไม่สม่ำเสมอ
และค่าที่วัดได้ไม่หยุดนิ่งทำให้ต้องประมาณค่าเพื่อบันทึกผล นอกจากนี้การปรับค่าความต้านทานโหลดเพื่อให้ได้แรงดันที่ต้องการทำได้ยากมากจึงต้องประมาณค่าแรงดันที่บันทึกเช่นกัน
จึงอาจเกิดความคลาดเคลื่อนจากการอ่านค่านี้ได้
สมัครสมาชิก:
บทความ (Atom)