Home เรื่องน่าสนใจ เราต้องสิ้นเปลือง “พลังงาน” ไปมากเท่าไร ? กว่าจะได้ Solarcell

เราต้องสิ้นเปลือง “พลังงาน” ไปมากเท่าไร ? กว่าจะได้ Solarcell

เซลล์แสงอาทิตย์ (Solar Cell) เป็นสิ่งประดิษฐ์กรรมทางอิเลคทรอนิกส์ ที่สร้างขึ้นเพื่อเป็นอุปกรณ์สำหรับเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานไฟฟ้า โดยการนำสารกึ่งตัวนำ เช่น ซิลิกอน ซึ่งมีราคาถูกที่สุดและมีมากที่สุดบนพื้นโลกมาผ่านกระบวนการทางวิทยาศาสตร์เพื่อผลิตให้เป็นแผ่นบางบริสุทธิ์ และทันทีที่แสงตกกระทบบนแผ่นเซลล์ รังสีของแสงที่มีัอนุภาคของพลังงานประกอบที่เรียกว่า โฟตอน (Proton) จะถ่ายเทพลังงานให้กับอิเล็กตรอน (Electron) ในสารกึ่งตัวนำจนมีพลังงานมากพอที่จะกระโดดออกมาจากแรงดึงดูดของอะตอม (atom) และเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ

ดังนั้นเมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่ครบวงจรจะทำให้เกิดไฟฟ้ากระแสตรงขึ้น เมื่อพิจารณาลักษณะการผลิตไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์พบว่า เซลล์แสงอาทิตย์จะมีประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าสูงที่สุดในช่วงเวลากลางวัน ซึ่งสอดคล้องและเหมาะสมในการนำเซลล์แสงอาทิตย์มาใช้ผลิตไฟฟ้า เพื่อแก้ไขปัญหาการขาดแคลนพลังงานไฟฟ้าในช่วงเวลากลางวัน

กระบวนการผลิต Solar cell

  1. แยกซิลิคอน (Si) ออกจากแร่ควอทซ์ (SiO2) โดยใช้คาร์บอนจากถ่านหินโค้ก โดยทำปฏิกิริยา Reduction ที่อุณหภูมิ 1,500-2,000 °C (SiO2 + C → Si + CO2) (ใช้ความร้อนครั้งที่ 1)
  2. แยกสารอื่นๆออก โดยทำปฏิกิริยากับกรดไฮโดรคลอริก ได้ไตรคลอโรไซเลน (Trichlorosilane) ซึ่งมีจุดหลอมเหลวต่ำ (31.8 °C) แล้วนำไปกลั่นให้บริสุทธิ์ (Si + 3HCl → SiHCl3 + H2)
  3. นำไตรคลอโรไซเลนบริสุทธิ์ไปทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนที่ 1,100 °C ได้ Si บริสุทธิ์ (SiHCl3 + H2 →Si + 3HCl) (ใช้ความร้อนครั้งที่ 2)
  4. นำ Si บริสุทธิ์ไปผลิต Crystalline silicon ingot โดยนิยมใช้วิธี Czochralski method ซึ่งเป็นการนำแท่ง Si บริสุทธิ์ (seed crystal of silicon) ไปจุ่มใน Si บริสุทธิ์หลอมเหลว แล้วยกออกและหมุน โดยจะได้แท่ง crystalline silicon ingot (ใช้ความร้อนครั้งที่ 3)
  1. นำ Crystalline silicon ingot มาตัดเป็นแผ่นบางๆ เรียกว่า Silicon wafer ด้วยเลื่อยเพชร เพราะโครงผลึกร่างตาข่าย Silicon มีความแข็งมาก
  2. นำ Silicon wafer ล้างด้วยกรด เพื่อลบรอยตัดและทำความสะอาดพื้นผิว
  3. นำ Silicon wafer ไปโด๊ปด้วยฟอสฟอรัสและโบรอน เพื่อให้มีสภาพเป็นสารกึ่งตัวนำชนิด n ชนิด p โดยนำ Silicon wafer ไปให้ความร้อนกับก๊าซฟอสฟอรัสที่อุณหภูมิ 1,410 °C ขณะที่โบรอนได้ถูกใส่ไปเล็กน้อยแล้วในขั้นตอนการผลิต Crystalline silicon ingot (ใช้ความร้อนครั้งที่ 4)

นอกจากนี้ยังต้องใช้ความร้อนจำนวนมากในกระบวนการผลิต

  • กระจก
  • แยกแร่บอกไซต์ผลิตอลูมิเนียม
  • การผลิต rack
  • เสาตั้งแผง ทั้งเหล็กและปูนซิเมนต์
  • สายไฟฟ้าทองแดงซึ่งใช้เยอะมาก

ยังไม่รวมความร้อนที่ต้องใช้ในการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในอินเวอเตอร์ หม้อแปลงไฟฟ้าแรงสูง “เฉพาะแผง Solarcell ” ใช้วัสดุ 72 ตันต่อเมกกะวัตต์ ไม่รวม rack ไม่รวม อินเวอเตอร์ ไม่รวม สายไฟฟ้าทองแดง ไม่รวม เสาโครงรับแผง ในขณะที่ เครื่องยนต์ดีเซล caterpillar มีวัสดุ 10 ตัน ต่อ เมกกะวัตต์พร้อมใช้งาน

สรุป คือ ใช้ CO2 เพื่อให้ได้มาซึ่งแผงโซล่าร์เซลล์สูงมาก และเป็นการ CO2 ในอนาคตมาใช้ในปัจจุบันเกือบทั้งหมด และเมื่อนำมาใช้ก็ต้องการสายส่งไมโครกริดจำนวนมาก (ต้นทุนค้าปลีก) ที่ต้องใช้พลังงานในการผลิต grid integration

Robert C. ARMSTONG สถาบันพลังงาน MIT จึงกล่าวไว้…

ถึงจะแจกแผงโซล่าร์ให้ฟรี ก็ไม่สามารถผลิตไฟฟ้าได้ถูกกว่าถ่านหินหรือก๊าซธรรมชาติได้ มันคือการแปรรูปทรัพยากรธรรมชาติให้เป็นสินค้าสำเร็จรูป ประเทศกำลังพัฒนาก็มีหน้าที่นำเข้าสินค้าสำเร็จรูป แม้จะมีความพยายามในการลดต้นทุน CO2 ในการผลิตแผง ด้วย Massive Automatic Line Production ก็ตาม แต่ด้วยการใช้พลังงานจำนวนมากในการผลิตแผง และส่วนประกอบอื่นๆ อีกมากมาย รวมทั้ง กริดอินทิเกรชั่น โดยพื้นฐานแล้วก็ทำให้ระบบผลิตไฟฟ้าจากโซล่าร์เซลล์ก่อ CO2 มากกว่าฟอสซิล ”

 

Ref: https://www.pveducation.org/pvcdrom/manufacturing/refining-silicon

http://www.madehow.com/Volume-1/Solar-Cell.html