พลังงานแสงอาทิตย์ กำลังถูกจับตามองเป็นพิเศษเพื่อนำมาผลิตไฟฟ้า ทดแทนค่าไฟฟ้าที่กำลังพุ่งสูงขึ้น และ พลังงานแสงอาทิตย์ ยังช่วยสร้างสุขภาวะที่ดีในการอยู่อาศัยด้วย ศูนย์วิจัยและนวัตกรรมเพื่อความยั่งยืน Research & Innovation for Sustainability Center (RISC) ได้ศึกษาการใช้พลังงานแสงอาทิตย์เพื่อสร้างสุขภาวะที่ดี และผลิตไฟฟ้าเพื่ออนาคต
โดยแนะนำการใช้แสงอาทิตย์ในการออกแบบบ้านและสภาพแวดล้อมให้อยู่สบาย และการติดตั้งระบบโซลาร์เซลล์สำหรับอาคาร รวมถึงเทคโนโลยีทั้งในปัจจุบันและการพัฒนาเซลล์แสงอาทิตย์ในอนาคตด้วย
ศักยภาพพลังงานแสงอาทิตย์ของประเทศไทย
ก่อนจะนำแสงอาทิตย์มาใช้ในการออกแบบบ้านและสภาพแวดล้อมให้อยู่สบาย และสร้างพลังงานไฟฟ้า มาดูว่าประเทศไทยมีศักยภาพของ พลังงานแสงอาทิตย์ มากน้อยแค่ไหน และแสงอาทิตย์มีประโยชน์อย่างไร
แสงอาทิตย์เป็นแหล่งพลังงานหลักที่ต้นไม้ใช้ในการสังเคราะห์แสงและการคายน้ำ ก่อให้เกิดพลังงานลม พลังงานคลื่นตามธรรมชาติ อีกทั้งยังส่งผลถึงกระบวนการทำงานของฮอร์โมน ระบบเลือด และอวัยวะต่างๆ ภายในร่างกายของมนุษย์ มีการใช้ประโยชน์จากพลังงานแสงอาทิตย์ทั้งทางตรงและทางอ้อม ทั้งการให้แสงสว่าง การให้ความอบอุ่น การทำความร้อน การผลิตน้ำร้อน การอบแห้ง การฆ่าเชื้อโรค การช่วยให้เกิดความเย็นจากการระเหยของน้ำ ทั้งยังเป็นแหล่งของพลังงานหมุนเวียนหรือพลังงานสะอาดที่มีศักยภาพ
จากข้อมูลการศึกษารังสีรวมของดวงอาทิตย์รายวันเฉลี่ยต่อปีของพื้นที่ทั่วประเทศมีค่าเท่ากับ 18.2 MJ/m2– day (เมกะจูล/ตารางเมตร-วัน) แสดงให้เห็นว่าประเทศไทยมีศักยภาพ พลังงานแสงอาทิตย์ ค่อนข้างสูง จึงมีการส่งเสริมให้เกิดการใช้ประโยชน์จาก พลังงานแสงอาทิตย์ ในการผลิตพลังงานไฟฟ้าเพื่อใช้ในชีวิตประจำวัน
ที่มา: กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน กระทรวงพลังงาน
การใช้แสงอาทิตย์เพื่อสร้างสุขภาวะที่ดีในการอยู่อาศัย
พลังงานแสงอาทิตย์นับเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อการสร้างถิ่นฐานบ้านเรือนของมนุษย์ การออกแบบที่อยู่อาศัยจำเป็นต้องเข้าใจหลักการและรูปแบบการโคจรของดวงอาทิตย์ในพื้นที่นั้นๆ ในประเทศเขตเมืองหนาวมีการใช้พลังงานแสงอาทิตย์ช่วยสร้างความอบอุ่น แต่สำหรับประเทศไทยซึ่งเป็นเมืองร้อนชื้น จำเป็นต้องมีการป้องกันความร้อนจากรังสีดวงอาทิตย์เป็นพื้นฐาน และใช้ประโยชน์ในด้านอื่นๆ เช่น ให้แสงสว่างภายในอาคาร ลดความชื้นสะสม สร้างความเย็นจากการระเหยของน้ำ รวมถึงสร้างพลังงานต่างๆ เพื่อช่วยให้เกิดความสบายของการอยู่อาศัยทั้งภายในอาคารและในสภาพแวดล้อมภายนอกอาคาร
การใช้แสงอาทิตย์สร้างความสว่างในอาคาร
รังสีจากดวงอาทิตย์ที่เราต้องการนำมาใช้ประโยชน์สำหรับการให้แสงสว่างภายในอาคาร คือ รังสีแสงสว่าง (Visible Light) เป็นรังสีที่ตาเรามองเห็น มีช่วงความยาวคลื่น 400 – 730 นาโนเมตร แต่แสงสว่างมักมาพร้อมกับรังสียูวี และ อินฟราเรดหรือความร้อน จึงต้องหลีกเลี่ยงการนำแสงธรรมชาติเข้ามาภายในอาคารโดยตรง (Direct light) ด้วยเทคนิคการออกแบบอาคารวิธีการต่างๆ เช่น การจัดวางทิศทางอาคาร การเลือกรูปทรงอาคาร การออกแบบอุปกรณ์บังแดด การปลูกต้นไม้รอบอาคารเพื่อให้ร่มเงาและสร้างความสบาย รวมถึงการเลือกใช้เทคนิคป้องกันความร้อนรูปแบบต่างๆ เช่น การเลือกใช้กระจกที่มีคุณสมบัติป้องกันรังสียูวีและอินฟราเรด เพื่อให้สามารถใช้ประโยชน์จากแสงสว่างธรรมชาติได้อย่างมีประสิทธิภาพ
การใช้แสงอาทิตย์เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า
การผลิตพลังงานไฟฟ้าด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ ควรเข้าใจรูปแบบการโคจรของดวงอาทิตย์กันก่อน สำหรับกรุงเทพมหานครซึ่งอยู่ที่ละติจูด 14 องศาเหนือนั้น ดวงอาทิตย์มีการโคจรอ้อมไปทางทิศใต้เป็นส่วนใหญ่มากกว่า 8 เดือน ตลอดทั้งปี ดังนั้นเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพในการผลิตพลังงานสูง การติดตั้งแผ่นเซลล์แสงอาทิตย์ควรเอียงทำมุมประมาณ 15 องศา ทางทิศใต้ สำหรับการติดตั้งบนหลังคาหรือบนพื้นราบ หรือสามารถพิจารณาติดตั้งบนระนาบที่มีมุมเอียงเท่ากับละติจูดของแต่ละพื้นที่นั้นๆ ได้
การเลือกเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพสูง พิจารณาจากอะไร
นอกจากการติดตั้งโซลาร์เซลล์ให้มีระนาบเอียงและอยู่ในทิศที่เหมาะสมแล้ว ประสิทธิภาพในการผลิตพลังงานไฟฟ้ายังขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ด้วย ซึ่งมีข้อควรพิจารณาในการเลือกเซลล์แสงอาทิตย์ประสิทธิภาพสูงดังนี้
ข้อจำกัดของพื้นที่ติดตั้ง
หากพื้นที่มีจำกัด อาจพิจารณาเลือกใช้ประเภทของเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพสูง เพื่อให้เกิดความคุ้มค่า ทั้งนี้ตำแหน่งการติดตั้งต้องถูกต้องเหมาะสมต่อปริมาณรังสีดวงอาทิตย์ที่ได้รับร่วมด้วย จึงจะเกิดความคุ้มค่าอย่างแท้จริง แต่ถ้าไม่มีข้อจำกัดด้านพื้นที่ อาจพิจารณาเลือกใช้เซลล์แสงอาทิตย์ประเภทที่มีประสิทธิภาพรองลงมา ซึ่งต้นทุนต่อหน่วยพลังงานต่ำกว่าได้ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับเป้าหมายของปริมาณพลังงานที่ต้องการนำไปใช้ประโยชน์เป็นสำคัญ
เทคโนโลยีของเซลล์แสงอาทิตย์ในปัจจุบันและอนาคต
เซลล์แสงอาทิตย์แต่ละชนิดจะมีประสิทธิภาพสูง-ต่ำไม่เท่ากัน ซึ่งเซลล์แสงอาทิตย์ประสิทธิภาพสูง ราคาย่อมสูงตาม และใช้พื้นที่น้อยกว่า แต่หากเปรียบเทียบในเชิงต้นทุนทางด้านราคาต่อหน่วยพลังงานที่ได้รับอาจจะมีความใกล้เคียงกันก็ได้ จึงควรพิจารณาจากตำแหน่งของการติดตั้ง ขนาดพื้นที่ การนำไปใช้ประโยชน์ และงบประมาณ โดยเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดผลึกซิลิกอนและชนิดฟิล์มบางซิลิกอน ปัจจุบันได้มีการใช้งานอย่างแพร่หลายในบ้านเรือน ส่วนเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดอื่นๆ ส่วนใหญ่ยังอยู่ในระหว่างการวิจัยและพัฒนาเพื่อลดต้นทุนของวัตถุดิบของการผลิตและเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตพลังงงาน เพื่อเป็นตัวเลือกทดแทนเทคโนโลยีดั้งเดิมที่พึ่งพาวัตถุดิบที่มีจำกัด โดยเทคโนโลยีของเซลล์แสงอาทิตย์ขั้นพื้นฐานประกอบด้วย
- เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดผลึกซิลิกอน มีทั้งแบบผลึกเดี่ยว (Mono Crystalline) และผลึกผสม (Poly Crystalline) ความแตกต่างอยู่ที่สัดส่วนความบริสุทธิ์ของผลึกซิลิกอนที่นำมาผลิตเป็นเซลล์แสงอาทิตย์ ส่งผลต่อกำลังการผลิตพลังงาน และประสิทธิภาพการผลิตพลังงานที่มากน้อยแตกต่างกัน
- เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดฟิล์มบาง มีทั้งชนิดที่ผลิตจากซิลิกอน (Amorphous Silicon) และชนิดที่ผลิตจากสารประกอบกึ่งตัวนำ (Compound Semiconductors) ซึ่งมีระดับของราคาตั้งแต่ต่ำไปจนถึงสูงมาก ขึ้นอยู่กับต้นทุนวัตถุดิบและประสิทธิภาพการผลิตพลังงาน
- เทคโนโลยีอื่นๆ ที่ทางผู้ผลิตและนักวิจัยมุ่งเน้นพัฒนาเพื่อเป็นทางเลือกเพิ่มเติม เช่น การผสมผสานระหว่างเซลล์แสงอาทิตย์ผลิตไฟฟ้าร่วมกับระบบผลิตน้ำร้อน เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดสีย้อมไวแสง เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดกึ่งโปร่งแสง หรือเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดสารอินทรีย์ เป็นต้น
รู้จักระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ สำหรับประชาชนทั่วไป
ระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์มี 3 ระบบ การจะเลือกใช้ระบบใดเบื้องต้นควรพิจารณาความต้องการใช้ไฟฟ้าดังนี้
- ใช้เอง ไม่ขายไฟ หากต้องการติดตั้งระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์เพื่อใช้เองเท่านั้น มีรูปแบบของระบบที่ต้องพิจารณาดังนี้
ระบบเชื่อมต่อสายส่งการไฟฟ้า (On-Grid System)
อาคารทุกประเภทสามารถติดตั้งระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ ขนานกับระบบจำหน่ายไฟฟ้าของการไฟฟ้า โดยติดตั้งเพื่อใช้เองทั้งหมด ไม่ขายไฟฟ้า ซึ่งจะต้องปฏิบัติตามข้อกำหนดการเชื่อมต่อระบบโครงข่ายไฟฟ้า การใช้บริการระบบโครงข่ายไฟฟ้า และการปฏิบัติการระบบโครงข่ายไฟฟ้า ตามมาตรฐานของการไฟฟ้าและได้รับการอนุญาตจากหน่วยงานต่างๆ ที่เกี่ยวข้อง
ระบบไม่เชื่อมต่อสายส่งการไฟฟ้า (Off-Grid System)
เป็นการติดตั้งระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์เพื่อใช้เป็นแหล่งพลังงานหลักสำหรับใช้งานเองทั้งหมด โดยไม่มีการเชื่อมต่อกับระบบจำหน่ายไฟฟ้าของการไฟฟ้า จึงไม่จำเป็นต้องขออนุญาตจากการไฟฟ้าหรือหน่วยงานอื่นๆ แต่จะต้องคำนึงถึงมาตรฐานการติดตั้งเพื่อความปลอดภัยในการใช้งาน เหมาะสำหรับอาคารบ้านเรือนที่อยู่ในพื้นที่ห่างไกลจากระบบสายส่งไฟฟ้า ทั้งนี้อาจต้องพิจารณาติดตั้งร่วมกับระบบกักเก็บพลังงานหรือแบตเตอรี่ หากไม่มีแหล่งพลังงานอื่นสำรอง หรือต้องการใช้พลังงานไฟฟ้าในช่วงกลางคืน
- ใช้เองก่อน เหลือขายไฟคืน
หากต้องการติดตั้งระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์เพื่อขายไฟฟ้า สามารถติดตั้งได้ไม่เกินกำลังการผลิตที่กำหนด โดยติดตั้งเพื่อใช้เองเป็นหลักและขายส่วนที่เหลือให้กับการไฟฟ้า แบ่งตามประเภทการใช้งานของอาคาร ดังนี้
บ้านอยู่อาศัย (ผู้ใช้ไฟฟ้าประเภทที่ 1) ติดตั้งได้ไม่เกิน 10 กิโลวัตต์ (kWp) อัตรารับซื้อไฟฟ้า 2.20 บาทต่อหน่วย ระยะเวลารับซื้อไฟฟ้า 10 ปี (อ้างอิงตามประกาศคณะกรรมการกำกับกิจการพลังงาน เรื่อง ประกาศเชิญชวนการรับซื้อไฟฟ้าโครงการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ที่ติดตั้งบนหลังคา สำหรับภาคประชาชนประเภทบ้านอยู่อาศัย พ.ศ. 2564)
อาคารหรือสถานประกอบการ (กลุ่มโรงเรียน สถานศึกษา โรงพยาบาล) ติดตั้งได้ไม่เกิน 200 กิโลวัตต์ (kWp) อัตรารับซื้อไฟฟ้า 1.00 บาทต่อหน่วย ระยะเวลารับซื้อไฟฟ้า 10 ปี (อ้างอิงตาม ระเบียบคณะกรรมการกำกับกิจการพลังงาน ว่าด้วยการจัดหาไฟฟ้าโครงการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ที่ติดตั้งบนหลังคา สำหรับกลุ่มโรงเรียน สถานศึกษา โรงพยาบาล และสูบน้ำเพื่อการเกษตร (โครงการนำร่อง) พ.ศ. 2564)
ทั้งนี้ ปัจจุบันโครงการรับซื้อไฟฟ้าตามประกาศของคณะกรรมการกำกับกิจการพลังงาน (พ.ศ. 2564) ได้สิ้นสุดลงแล้ว โดยในการประชุมคณะกรรมการนโยบายพลังงานแห่งชาติ (กพช.) เมื่อวันที่ 9 มีนาคม 2565 มีมติเห็นชอบแนวทางการส่งเสริมการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์แบบติดตั้งบนหลังคา โดยรับซื้อไฟฟ้าในอัตราเดิม (อ้างอิง : https://cutt.ly/sDkQoYS ) ผู้ที่สนใจเข้าร่วมโครงการโซลาร์ประชาชนใหม่ สามารถติดตามนโยบายและประกาศจากหน่วยงานที่เกี่ยวข้องเพิ่มเติมได้ที
- คณะกรรมการกำกับกิจการพลังงาน (กกพ.) https://www.erc.or.th/ERCWeb2/default.aspx
- การไฟฟ้านครหลวง: โครงการพลังงานหมุนเวียน ส่งเสริมให้ผู้ใช้ไฟฟ้าติดตั้งระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์บนหลังคา (Solar Rooftop) ภายในบ้านอยู่อาศัย อาคารหรือสถานประกอบการ https://myenergy.mea.or.th/
- การไฟฟ้าส่วนภูมิภาค: โครงการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ที่ติดตั้งบนหลังคา สำหรับภาคประชาชนประเภทบ้านอยู่อาศัย https://ppim.pea.co.th/project/solar/detail/5ce68a82de1e5f00634179ae
ความคุ้มค่าในการติดตั้งโซลาร์เซลล์ การคืนทุน/สิ่งแวดล้อม
ปัจจุบันต้นทุนของเซลล์แสงอาทิตย์เฉลี่ยอยู่ที่ประมาณ 1$ ต่อ 1 Wp โดยมีช่วงราคาประมาณ 20-40 บาท ต่อ 1 Wp แปรตามปริมาณการติดตั้ง เมื่อคำนวณต้นทุนพลังงานไฟฟ้าต่อหน่วยตลอดอายุการใช้งานของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ จะอยู่ที่ประมาณ 0.80-1.60 บาทต่อหน่วย (อ้างอิงอายุการใช้งาน 25 ปี) ซึ่งต่ำกว่าอัตราค่าไฟฟ้าจากการไฟฟ้า ทั้งนี้ส่วนต่างมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับประเภทอาคาร ประเภทมิเตอร์ไฟฟ้า และปริมาณการใช้ไฟฟ้า
เมื่อเปรียบเทียบกับอัตราค่าไฟฟ้าที่เราซื้อจากการไฟฟ้า ประมาณ 3.25-4.42 บาทต่อหน่วย (อัตราก้าวหน้า อ้างอิงปริมาณการใช้พลังงานไฟฟ้าเกินกว่า 150 หน่วยต่อเดือน) ในขณะที่อัตราค่าไฟฟ้าที่เราขายคืนอยู่ที่ 2.20 บาทต่อหน่วย (อ้างอิงตามประกาศคณะกรรมการกำกับกิจการพลังงาน เรื่อง ประกาศเชิญชวนการรับซื้อไฟฟ้าโครงการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ที่ติดตั้งบนหลังคา สำหรับภาคประชาชนประเภทบ้านอยู่อาศัย พ.ศ. 2564) จะเห็นได้ว่า หากเราเลือกใช้พลังงานไฟฟ้าที่ได้จากระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์เพื่อช่วยลดปริมาณการใช้ไฟฟ้าจากการไฟฟ้าจะมีความคุ้มค่ามากกว่า หรือคืนทุนเร็วกว่าการขายไฟฟ้าคืนนั่นเอง
ความคุ้มค่าทางด้านสิ่งแวดล้อม เนื่องด้วยพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานสะอาด ช่วยลดปัจจัยที่ส่งผลต่อภาวะโลกร้อนเมื่อเทียบกับแหล่งพลังงานจากเชื้อเพลิงถ่านหินหรือก๊าซธรรมชาติ และยังช่วยสร้างความมั่นคงทางด้านพลังงานของเรา สามารถอยู่ได้ไม่ต้องพึ่งพาพลังงานจากสายส่งเพียงอย่างเดียว
ปัจจัยที่ส่งผลต่อความคุ้มค่า
- ต้นทุนเหมาะสม โดยการเลือกใช้เทคโนโลยีที่มีประสิทธิภาพเหมาะสมกับพื้นที่ติดตั้งและปริมาณพลังงานที่ต้องการ ไม่พิจารณาด้วยปัจจัยทางด้านราคาหรือต้นทุนต่ำที่สุดเพียงอย่างเดียว จะต้องพิจารณาคุณภาพเป็นสำคัญเพื่อความปลอดภัยและความคุ้มค่าในระยะยาว
- จำนวนชั่วโมงของการรับพลังงานแสงอาทิตย์เต็มที่ตลอดทั้งวัน ตลอดทั้งปี ไม่โดนเงาบดบัง
- การควบคุมปริมาณการใช้พลังงานเท่าที่จำเป็นและสอดคล้องกับระบบที่ติดตั้ง หากมุ่งเน้นการประหยัดพลังงานภายในอาคาร พิจารณาการใช้พลังงานไฟฟ้าในช่วงเวลากลางวันเป็นหลัก
- การเสริมด้วยระบบกักเก็บพลังงานหรือแบตเตอรี่ สามารถช่วยเพิ่มช่วงเวลาการใช้พลังงานได้ แต่ต้องพิจารณาต้นทุนที่สูงขึ้น และมีแผนการจัดการแบตเตอรี่เมื่อหมดอายุการใช้งาน
- การบำรุงรักษา สามารถทำความสะอาดแผงเซลล์แสงอาทิตย์ได้ง่ายด้วยตนเอง ช่วยลดฝุ่นและคราบสกปรกที่อาจบดบังการรับพลังงานแสงอาทิตย์
ข้อควรระวังในการใช้ระบบเซลล์แสงอาทิตย์
- ความปลอดภัยของการเชื่อมต่อระบบโครงข่ายไฟฟ้า ต้องผ่านการตรวจสอบจากเจ้าหน้าที่ชำนาญการ ตามมาตรฐานของการไฟฟ้านครหลวง หรือการไฟฟ้าส่วนภูมิภาค เพื่อความปลอดภัยของผู้ใช้ไฟฟ้า อุปกรณ์ไฟฟ้า ความมั่นคงและคุณภาพโครงข่ายระบบจำหน่ายไฟฟ้า รวมถึงป้องกันเหตุอันตรายกับเจ้าหน้าที่ที่ปฏิบัติงาน
- ความปลอดภัยของการติดตั้งระบบและการรับน้ำหนักของโครงสร้าง ซึ่งอาจก่อให้เกิดความเสียหายแก่ชีวิตและทรัพย์สิน
- การป้องกันปัญหาน้ำรั่วซึมจากการติดตั้งระบบเซลล์แสงอาทิตย์บนหลังคาอาคารบ้านเรือน
- การเตรียมการเพื่อความสะดวกและปลอดภัยต่อการบำรุงรักษาแผงเซลล์แสงอาทิตย์และระบบ
รู้จักศูนย์วิจัยและนวัตกรรมเพื่อความยั่งยืน หรือ RISC (Research & Innovation for Sustainability Center) เป็นศูนย์ค้นคว้าและพัฒนาที่เน้นนวัตกรรมด้านคุณภาพชีวิตแห่งแรกของเอเชีย ประกอบด้วยเครือข่ายนักวิจัย นวัตกร ผู้เชี่ยวชาญ รวมทั้งผู้ผลิต เพื่อให้เกิดนวัตกรรมที่หลากหลายที่สามารถต่อยอดไปสู่การพัฒนาคุณภาพชีวิตและสุขภาวะของสิ่งมีชีวิตทุกชีวิตในโลก (For All Well-being) รวมไปถึงการฟื้นฟูและรักษาสภาพแวดล้อมให้อยู่ในสมดุล เอื้อต่อการใช้ชีวิตของทุกสรรพสิ่งได้อย่างมีความสุข มีคุณภาพ และยั่งยืน
ติดตาม FB : riscwellbeing
เรื่อง : ศูนย์วิจัยและนวัตกรรมเพื่อความยั่งยืน
เรียบเรียง : ศรายุทธ ศรีทิพย์อาสน์
ภาพประกอบ : เอกรินทร์ พันธุนิล
