อุณหภูมิมีผลต่อการทำงานของแผงโซลาร์เซลล์อย่างไร
หลายคนอาจเข้าใจว่าแผงโซลาร์เซลล์ยิ่งร้อนยิ่งดี เพราะดูเหมือนว่าจะได้รับแสงแดดมากขึ้นและผลิตไฟฟ้าได้มากกว่า แต่ในความเป็นจริงแล้ว แผงโซลาร์เซลล์ไม่ได้ชอบความร้อน อุณหภูมิสูงมีผลกระทบต่อประสิทธิภาพในการผลิตไฟฟ้าอย่างชัดเจน และในบางกรณีอาจทำให้การผลิตไฟลดลงอย่างมีนัยสำคัญ
หลักการพื้นฐานของแผงโซลาร์เซลล์คือการเปลี่ยนพลังงานแสงจากดวงอาทิตย์ให้กลายเป็นไฟฟ้ากระแสตรง (DC) ผ่านกระบวนการโฟโตโวลตาอิก (Photovoltaic effect) โดยมีเซลล์ซิลิคอนเป็นวัสดุหลัก แต่เมื่ออุณหภูมิของแผงเพิ่มสูงขึ้น สมรรถนะของเซลล์ซิลิคอนจะลดลง ทำให้แรงดันไฟฟ้า (Voltage) ที่แผงสามารถผลิตได้น้อยลง ซึ่งส่งผลต่อพลังงานรวมที่ผลิตได้
แผงโซลาร์เซลล์ทุกแผ่นจะมีค่าหนึ่งที่เรียกว่า Temperature Coefficient หรือ “สัมประสิทธิ์อุณหภูมิ” ซึ่งบอกว่าทุก ๆ 1°C ที่แผงร้อนขึ้น ประสิทธิภาพจะลดลงกี่เปอร์เซ็นต์ ตัวอย่างเช่น ถ้าแผงมี Temperature Coefficient = -0.4%/°C และอุณหภูมิพื้นผิวแผงสูงขึ้นจาก 25°C ไปเป็น 45°C นั่นหมายความว่าประสิทธิภาพจะลดลงประมาณ 8%
เหตุใดอุณหภูมิถึงมีผล? เมื่อเซลล์โซลาร์เซลล์ร้อนขึ้น โครงสร้างผลึกซิลิคอนภายในจะมีการสั่นสะเทือนของอะตอมมากขึ้น ทำให้ประสิทธิภาพในการแปลงพลังงานจากแสงเป็นไฟฟ้าลดลง นอกจากนี้ ความร้อนยังอาจเพิ่มความต้านทานภายในเซลล์ ส่งผลให้กระแสไฟที่ได้ไม่เสถียร และอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อ เช่น อินเวอร์เตอร์ ต้องทำงานหนักขึ้น
อุณหภูมิกับแรงดันไฟฟ้า เป็นความสัมพันธ์ที่สำคัญ โดยทั่วไปเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น แรงดันจะลดลงอย่างชัดเจน แม้ว่ากระแสไฟ (Current) จะเพิ่มขึ้นเล็กน้อย แต่ไม่สามารถชดเชยการลดลงของแรงดันได้ ทำให้พลังงานรวมที่ได้จากแผงลดลงในที่สุด
ตัวอย่างการคำนวณ: สมมติว่าแผงผลิตไฟฟ้าได้ 100 วัตต์ที่อุณหภูมิ 25°C หากอุณหภูมิแผงเพิ่มขึ้นเป็น 45°C (เพิ่ม 20°C) และแผงมี Temperature Coefficient = -0.4%/°C จะมีการลดลงของประสิทธิภาพ = 0.4% × 20 = 8% ดังนั้นพลังงานที่ผลิตได้จะเหลือเพียง 92 วัตต์
ในประเทศเขตร้อนอย่างประเทศไทย แผงโซลาร์เซลล์สามารถมีอุณหภูมิพื้นผิวสูงกว่าอากาศโดยรอบถึง 20–30°C ได้ไม่ยาก ยกตัวอย่างเช่น ในวันที่อุณหภูมิอากาศ 35°C แผงอาจร้อนถึง 60–65°C หากไม่มีการระบายความร้อนที่ดี ก็อาจทำให้พลังงานที่ได้ลดลงถึง 15–20% เลยทีเดียว
แนวทางลดผลกระทบของอุณหภูมิ:
- เลือกแผงโซลาร์เซลล์ที่มี Temperature Coefficient ต่ำ เช่น -0.3%/°C หรือน้อยกว่า
- ติดตั้งแผงให้มีช่องว่างใต้แผงเพื่อให้ลมสามารถไหลผ่านและระบายความร้อนได้
- หลีกเลี่ยงการติดตั้งแผงบนวัสดุที่อมความร้อน เช่น กระเบื้องสีเข้มหรือโลหะโดยไม่มีช่องว่าง
- ใช้ระบบ Monitoring เพื่อตรวจสอบอุณหภูมิแผงและประสิทธิภาพแบบเรียลไทม์
นอกจากนี้ยังมีการพัฒนาเทคโนโลยีแผงโซลาร์ใหม่ ๆ ที่สามารถทนต่ออุณหภูมิสูงได้ดีขึ้น เช่น แผงที่ใช้เซลล์ชนิด HJT (Heterojunction), TOPCon หรือ IBC ที่มีค่า Temperature Coefficient ดีกว่าเซลล์ซิลิคอนแบบทั่วไป และให้ผลผลิตสูงแม้ในสภาพอากาศร้อนจัด
ในบางโครงการยังมีการออกแบบระบบระบายความร้อนร่วม (active cooling) เช่น พัดลม หรือการใช้น้ำหล่อเย็น เพื่อช่วยลดอุณหภูมิพื้นผิวของแผงลง ซึ่งแม้จะมีต้นทุนเพิ่มขึ้นแต่ก็สามารถช่วยเพิ่มประสิทธิภาพและยืดอายุการใช้งานของแผงได้
การเลือกตำแหน่งติดตั้งแผงก็เป็นอีกปัจจัยสำคัญ เช่น หากติดตั้งแผงไว้ใกล้ผนังหรือบนหลังคาที่มีการสะสมความร้อนมาก แผงอาจร้อนเร็วกว่าปกติ การเลือกตำแหน่งที่มีลมผ่าน หรือมีเงาร่มบางช่วงเวลา อาจช่วยรักษาอุณหภูมิไม่ให้สูงจนเกินไป
สรุปคือ อุณหภูมิไม่ได้ส่งผลดีต่อแผงโซลาร์เซลล์เสมอไป ตรงกันข้าม แผงทำงานได้ดีที่สุดเมื่ออุณหภูมิต่ำและแสงแดดจัด การออกแบบระบบให้มีการระบายความร้อนดี เลือกแผงที่มีคุณสมบัติทนความร้อน และติดตั้งอย่างเหมาะสม จะช่วยให้การผลิตไฟฟ้าเป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพและคุ้มค่าสูงสุด
