การเต้นรำของดวงอาทิตย์: การเคลื่อนไหวของมันส่งผลต่อพลังงานแสงอาทิตย์อย่างไร
พลังงานแสงอาทิตย์อาจดูเหมือนไม่ใช่เรื่องง่าย- เพราะดวงอาทิตย์อยู่ที่นั่นเสมอใช่ไหม แต่การที่ดวงอาทิตย์เคลื่อนที่อย่างไรนั้นมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อปริมาณน้ำที่แผงของคุณทำ มันเหมือนกับการเต้นรำ: โดยที่ดวงอาทิตย์เป็นตัวกำหนดว่ารังสีเหล่านั้นจะกระทบแผงหน้าจอของคุณเมื่อใดและที่ไหน ซึ่งจะเปลี่ยนพลังงานของคุณ มาดูกันว่าการเต้นระบำพระอาทิตย์นี้เปลี่ยนแปลงสิ่งต่าง ๆ เพื่อพลังของคุณอย่างไร
1. พื้นฐานพลังงานแสงอาทิตย์
แผงโซลาร์เซลล์ทำงานโดยเปลี่ยนแสงเป็นไฟฟ้า เมื่อแสงตกกระทบแผง จะทำให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ และการเคลื่อนที่นี้จะสร้างกระแสไฟฟ้า ประสิทธิภาพของการแปลงนี้ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขต่างๆ รวมถึงตำแหน่งของดวงอาทิตย์ ความเข้มของแสง และระยะเวลาการรับแสง
ประสิทธิภาพของแผงโซลาร์เซลล์สัมพันธ์กับมุมของแสงแดดที่เข้ามา เช่น หลังคาที่หันหน้าไปทางทิศใต้จะได้รับแสงแดดมากขึ้นในช่วงเที่ยงวัน เมื่อเทียบกับหลังคาเรียบ
ความแรงของแสงอาทิตย์จะถึงจุดสูงสุดเมื่อดวงอาทิตย์อยู่ที่จุดสูงสุด ซึ่งโดยปกติจะเป็นเวลาประมาณเที่ยงวัน สภาพบรรยากาศ เช่น เมฆปกคลุมหรือหมอกควัน สามารถกระจายแสงแดด ซึ่งอาจลดการผลิตไฟฟ้าได้ประมาณ 30%
อาหารอันโอชะ: ดวงอาทิตย์ส่งพลังงานประมาณ 1,360 วัตต์ต่อตารางเมตรสู่ชั้นบรรยากาศ เมื่อต้องดิ้นรนผ่านชั้นบรรยากาศและฝุ่นเข้ามาในบ้านของคุณ จะมีกำลังประมาณ 1,000 วัตต์
2. การหมุนของโลกและการติดตามแสงอาทิตย์: การไล่ล่าแสงอาทิตย์ตลอด 24 ชั่วโมงทุกวัน
ดูเหมือนว่าดวงอาทิตย์จะเคลื่อนที่ประมาณ 15 องศาทุกๆ ชั่วโมง เพราะโลกกำลังหมุนอยู่ ระบบสุริยะมักจะทำหนึ่งในสองสิ่งต่อไปนี้:
เครื่องติดตามแกนเดี่ยว-: แผงเหล่านี้เปลี่ยนจากตะวันออกไปตะวันตก พวกมันดีที่จะได้รับพลังงานเพิ่มขึ้นประมาณ 20–30% เมื่อเทียบกับการติดอยู่ในจุดเดียว
เครื่องติดตามแกนคู่-: เคลื่อนที่เพื่อจับดวงอาทิตย์ทุกวันและตลอดฤดูกาล พวกมันสวยงามมากทางเหนือหรือใต้ของเส้นศูนย์สูตร ซึ่งเส้นทางของดวงอาทิตย์เปลี่ยนแปลงไปมาก
3. การเปลี่ยนแปลงตามฤดูกาล: การเล่นระหว่างฤดูร้อนกับฤดูหนาว
มุมของดวงอาทิตย์สัมพันธ์กับเส้นศูนย์สูตรของโลกเปลี่ยนแปลงไปตามฤดูกาล
ระบบแผงโซลาร์เซลล์ผลิตพลังงานในปริมาณที่มากขึ้นในช่วงฤดูร้อนเนื่องจากมีแสงแดดโดยตรงเป็นระยะเวลานาน นอกเหนือจากการสร้างปริมาณพลังงานที่เพิ่มขึ้นอันเป็นผลมาจากอุณหภูมิที่สูงขึ้นซึ่งเกิดจากการรับพลังงานจากดวงอาทิตย์ ตัวอย่างเช่น มีการผลิตประมาณ 60 กิโลวัตต์ชั่วโมง (kWh) ต่อวันโดยใช้ระบบผลิตพลังงานแสงอาทิตย์ PV ที่มีกำลังการผลิตสูงสุด 5 กิโลวัตต์ (kWp) ในช่วงเดือนมิถุนายน และประมาณ 35 กิโลวัตต์ชั่วโมงที่ผลิตในระบบที่คล้ายกันในช่วงเดือนธันวาคม
ปริมาณแสงแดดที่สามารถเข้าถึงได้ในช่วงฤดูหนาว และตำแหน่งของดวงอาทิตย์บนท้องฟ้าในช่วงฤดูหนาวจะส่งผลต่อการทำงานของระบบเซลล์แสงอาทิตย์ ตัวอย่างเช่น หากหิมะจำนวนมากสะสมบนพื้นผิวของแผงโซลาร์เซลล์ ประสิทธิภาพโดยรวมของระบบ PV อาจลดลงเกือบ 50% หากหิมะไม่ถูกกำจัดออกไป
4. วันที่มีเมฆมากและการแรเงา: จุดอ่อนของแสงอาทิตย์
แผงโซลาร์เซลล์ยังคงทำงานต่อไปแม้ในวันที่มีเมฆมาก แม้ว่ากำลังผลิตจะลดลงก็ตาม
เนื่องจากเมฆกระจายแสงแดด ซึ่งทำให้ความแรงของรังสีโดยตรงลดลง แต่การกระเจิงนี้ทำให้แสงทางอ้อมบางส่วนยังคงส่องไปถึงแผงหน้าปัดได้ เมื่อมีเมฆบางๆ กำลังไฟฟ้าจากแผงโซลาร์เซลล์อาจลดลงครึ่งหนึ่ง ในการเปรียบเทียบ เมฆปกคลุมหนาทึบสามารถลดการผลิตลงเหลือเพียง 10–20% ของปริมาณปกติ
5. นวัตกรรมต่อสู้กับความแปรปรวนของพลังงานแสงอาทิตย์
วิศวกรได้พัฒนาโซลูชันหลายอย่างที่ช่วยให้สามารถจัดการกับช่วงเวลาที่มีแสงแดดไม่สม่ำเสมอได้โดยการใช้อุปกรณ์ต่างๆ เช่น:
แบตเตอรี่ลิเธียม-เพื่อให้พลังงานเพิ่มเติมเมื่อจำเป็น ตัวอย่างเช่น Megapack ของ Tesla มีกำลังการผลิตเพียงพอที่จะจ่ายไฟฟ้าให้กับที่อยู่อาศัยประมาณ 3,600 หลังเป็นเวลาแปดชั่วโมงติดต่อกัน เมื่อจับคู่กับกังหันลม แผงโซลาร์เซลล์จะสร้างพลังงานอย่างต่อเนื่อง เนื่องจากกังหันลมผลิตพลังงานตลอดทั้งคืน
ฟาร์มกังหันลม Middelgrunden ในเดนมาร์กประสบความสำเร็จในการรวมการผลิตพลังงานลมเข้ากับเทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์ (PV) และสามารถลดการพึ่งพาโครงข่ายไฟฟ้าได้ประมาณ 70 เปอร์เซ็นต์
การจัดเก็บความร้อนเป็นอีกวิธีแก้ปัญหาหนึ่ง เหล่านี้เป็นถังเกลือหลอมเหลวขนาดใหญ่ซึ่งเต็มไปด้วยพลังงานความร้อนที่ผลิตโดยเทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์ เมื่อเติมความร้อนแล้ว พลังงานจะคงอยู่ในเกลือหลอมเหลวได้นานถึง 10+ ชั่วโมงหรือมากกว่านั้น ดังนั้นพลังงานจึงสามารถผลิตได้ในเวลากลางคืนแม้ว่าจะไม่มีแสงแดดก็ตาม
เมื่อพูดถึงการอัปเดต Down Under ในออสเตรเลีย CSIRO ได้ปรุงเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดเพอรอฟสกี้ขึ้นมา สิ่งเหล่านี้ยังใช้งานได้แม้มีเมฆมากและเพิ่มกำลังพลังงานแสงอาทิตย์ถึง 40%
6. ภาพใหญ่: บทบาทของพลังงานแสงอาทิตย์ในการผสมผสานพลังงาน
พลังงานแสงอาทิตย์เพิ่มขึ้นจากไม่มีอะไรเลยเป็นเกือบ 7% ของพลังงานโลกตั้งแต่ปี 2010! ค่อนข้างเจ๋งใช่มั้ย?
ยังมีบางสิ่งที่ต้องคิดออก:
กริด: บางครั้งพลังงานจากแสงอาทิตย์ก็เปิดและปิด ซึ่งเป็นเรื่องยากสำหรับโครงข่ายไฟฟ้า เทคโนโลยีและระบบอัจฉริยะที่ตอบสนองต่อการใช้พลังงานสามารถช่วยได้
การรีไซเคิล: แผงโซลาร์เซลล์ใช้ของแปลกๆ เช่น แคดเมียม ยุโรปต้องการรีไซเคิลแผงส่วนใหญ่ภายในปี 2573
ข่าวดี: โมร็อกโกมีโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ขนาดใหญ่ที่ให้พลังงานแก่ผู้คนมากกว่าล้านคน! และยังประหยัดพลังงานเมื่อไม่มีแสงแดดอีกด้วย
