เทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์

เทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์

เซลล์แสงอาทิตย์ มีกำเนิดในช่วงปี ค.ศ.1950 ที่ Bell Telephone Laboratory ประเทศสหรัฐอเมริกา โดยมีวัตถุประสงค์เบื้องต้น เพื่อผลิตไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์ สำหรับใช้ในโครงการอวกาศ ต่อจากนั้นจึงได้เริ่มมีการนำมาใช้อย่างกว้างขวาง และขยายผลสู่ระดับอุตสาหกรรมเซลล์แสงอาทิตย์ของโลก เมื่อประมาณปลายทศวรรษที่ 50 เป็นต้นมา โดยในระยะแรกเซลล์แสงอาทิตย์ จะมีราคาแพงมาก จึงจำกัดการใช้งานอยู่เฉพาะในงานวิทยุสื่อสาร และไฟฟ้าแสงสว่างขนาดเล็กในพื้นที่ห่างไกลเท่านั้น

ในช่วงปี ค.ศ. 1970 ภาครัฐในประเทศสหรัฐอเมริกา เยอรมัน และญี่ปุ่น ได้ส่งเสริมการผลิตไฟฟ้า จากเซลล์แสงอาทิตย์อย่างจริงจัง และต่อเนื่อง เป็นผลให้ราคาของเซลล์แสงอาทิตย์ ลดลงเป็นลำดับ จากประมาณ 4 ล้านบาทต่อกิโลวัตต์ ในปัจจุบันคงเหลือประมาณ 1.6 แสนบาทต่อกิโลวัตต์ ซึ่งนับว่าราคาของเซลล์แสงอาทิตย์ได้ลดลงมามากแล้ว แต่ก็ยังเป็นราคาที่แพงกว่าการผลิตไฟฟ้าโดยวิธีอื่นๆ

ค่าลงทุนและราคาไฟฟ้าที่ลดได้จริงในโปรแกรมของ SMUD
Source: Donald E. Dsborn, Sacramento Municipal Utility Distric, Jan 2000.

Cost Decreases for PPV Pioneer Installation
Year	System Cost (turn-key)	SMUD Program Cost	Total Installed Cost	Energy Cost 30 yr, ¢/kWh
1993	$7.70	$1.08	$8.78	23¢
1994	$6.23	$0.90	$7.13	20¢
1995	$5.98	$0.89	$6.87	19¢
1996	$5.36	$0.85	$6.21	17¢
1997	$4.75	$0.59	$5.34	16¢
1998	$4.25	$0.82	$5.07	16¢
1999	$3.75	$0.75	$4.50	14¢
2000*	$3.25	$0.65	$3.90	12¢
2001*	$2.80	$0.62	$3.42	11¢
2002*	$2.69	$0.49	$3.18	10¢
2003*	$2.59	$0.39	$2.98	9¢

All cost in per kW (PTC;A/C).
*Committed contract price.
Energy cost levelized over 30 years at District cost of money or 1^st mortgage rate.

แม้นว่าเทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์ ได้มีการพัฒนามาอย่างต่อเนื่องจนเป็นที่เชื่อถือได้ โดยใช้สารกึ่งตัวนำแบบผลึกของซิลิกอน (Crystalline Silicon) ที่มีความบริสุทธิ์สูง และมีประสิทธิภาพในการเปลี่ยนแสงอาทิตย์ ให้เป็นไฟฟ้าได้ประมาณ 12-17% แต่ราคาเซลล์แสงอาทิตย์แบบผลึกของซิลิกอน ไม่สามารถจะลดลงได้อีกมากนัก เนื่องจาก Crystalline Silicon เป็นส่วนประกอบสำคัญของอุตสาหกรรมอีเลคทรอนิคส์ จึงมีคุณค่าเพิ่ม (Value Added) ที่สูงกว่า เมื่อเปรียบเทียบกับการนำมาผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ นอกจากนั้นกรรมวิธีในการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์จาก Crystalline Silicon ที่จะต้องนำมาเลื่อยให้เป็นแผ่น (Wafer) บางๆ จึงทำให้เกิดการสูญเสีย ในลักษณะขี้เลื่อยไปไม่น้อยกว่าครึ่ง
อย่างไรก็ตามบริษัทผู้ผลิตเซลล์แสงอาทิตย์หลายๆแห่ง ได้พยายามที่จะพัฒนาเพื่อลดราคาการผลิตฯ โดยการดึงเป็นแผ่นฟิล์ม (Ribbon) และการใช้ Silicon แบบไม่เป็นผลึก คือ Amorphous Silicon ในลักษณะฟิล์มบางเคลือบลงบนแผ่นกระจกหรือแผ่น Stainless Steel ที่งอโค้งได้ โดยวิธีดังกล่าวแล้วนี้ จะสามารถช่วยลดต้นทุนการผลิตลงไปได้มาก
 แต่เนื่องจาก Amorphous Silicon มีประสิทธิภาพต่ำกว่า และจะเสื่อมสภาพอายุการใช้งานเร็วกว่าแบบ Crystalline Silicon ดังนั้น จึงได้มีการพยายามพัฒนาสารประกอบตัวอื่นๆ เช่น Copper Indium Diselenide (CIS) และ Cadmium Telluride (CdTe) เพื่อผลิตเซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบางขึ้น ซึ่งคาดว่าจะมีประสิทธิภาพสูงกว่าและอายุการใช้งานนานกว่า Amorphous Silicon ด้วย โดยคาดว่าจะนำออกสู่ตลาดเซลล์แสงอาทิตย์ได้ในอีก 5-10 ปี ข้างหน้า ด้วยราคาซึ่งคาดว่าจะถูกกว่าแบบ Crystalline Silicon ประมาณครึ่งหนึ่ง นอกจากนั้นยังได้มีงานพัฒนาอุปกรณ์ส่วนควบที่คู่ขนานไปพร้อมๆ กับการพัฒนาเซลล์แสงอาทิตย์ด้วย คือ การพัฒนาอุปกรณ์แปลงไฟฟ้า (Inverter) ให้มีราคาถูกลงอีก
จากการวิเคราะห์ของกระทรวงพลังงาน สหรัฐ (US DOE) ณ ราคาต้นทุนปัจจุบัน (1.6 แสนบาทต่อกิโลวัตต์) ของระบบเซลล์แสงอาทิตย์ ราคาไฟฟ้าที่ผลิตต่อหน่วย จะเริ่มถูกกว่าราคาไฟฟ้าที่รัฐฮาวาย คาลิฟอร์เนีย อะริโซน่า นิวยอร์ค และ แมสซาจูเซทท์ แล้ว และถ้ามีการเพิ่มสิ่งจูงใจ เพื่อทำให้ราคาต้นทุน ของระบบเซลล์แสงอาทิตย์ลดลงเหลือประมาณ 1 แสนบาท ได้เมื่อใด ราคาต่อหน่วยของไฟฟ้าแสงอาทิตย์ จะลดเหลือใกล้เคียงกับราคาไฟฟ้าของเกือบทุกรัฐ

ราคาไฟฟ้าแสงอาทิตย์ที่การลงทุนและอัตราดอกเบี้ยต่างๆ

Source: Solar 97 Conference Washington DC 1997; Howard Wenger and Christy Herig