พลังงานแสงอาทิตย์ ยังรอการพัฒนาในด้านใดบ้าง

การจะให้พลังงานแสงอาทิตย์ เข้ามามีบทบาทสำคัญในการให้พลังงานทั่วโลก เซลล์แสงอาทิตย์ (solar cell) ในปัจจุบันต้องมีราคาถูกลงและมีประสิทธิภาพสูงขึ้นด้วย ซึ่งไม่ใช่เรื่องที่จะทำได้ง่ายๆ อย่างๆไรก็ดีการพัฒนาใหม่ๆก็ทำให้มันมีความเป็นไปได้มากขึ้น อันที่จริง ประสิทธิภาพของ solar cell ได้พัฒนาให้มากขึ้นอย่างต่อเนื่องตลอด 40 ปีที่ผ่านมา และด้วยกำลังผลิตที่มากขึ้น ค่าติดตั้งของแผง solar cell ก็ลดลงอย่างมาก โดยเฉพาะในญี่ปุ่น ยอดขายที่เพิ่มขึ้นทำให้ราคาของพลังงานแสงอาทิตย์ลดลง 7% ต่อปี ตั้งแต่ปี 1992-2003 แต่ถึงกระนั้น ราคาก็ยังต้องลดลงมากกว่านี้อีก 10 ถึง 100 เท่า ถึงจะทำให้ราคาต่ำพอที่จะแข่งขันกับแหล่งพลังงานไฟฟ้าอื่นๆ ใช้ในการคมนาคม และใช้เป็นแหล่งพลังงานให้ความร้อนตามครัวเรือนทั่วไปได้ ในการที่จะทำให้เกิดความเปลี่ยนแปลงด้านราคานี้ กรมพลังงานของอเมริกาได้รายงานถึง หัวข้อสำคัญสำหรับการวิจัยด้านพลังงานแสงอาทิตย์ ซึ่งมีดังนี้

ต้องมีวิวัฒนาการรูปแบบของ เซลล์ไฟฟ้าแสงอาทิตย์ (Photovoltaic cell)
แผง solar cell มาตรฐานสามารถแปลง หนึ่งในสาม ของพลังงานจากโฟตอนที่มาชนมันไปเป็นกระแสไฟฟ้า แต่บางโฟตอนก็ไม่มีพลังงานมากพอที่จะกระตุ้นอิเล็กตรอนใน solar cell หรือโฟตอนบางตัวที่มีพลังงานมากเกินก็ปล่อยออกมาเป็นความร้อน คือถึงแม้ว่าโฟตอนที่มาชนมีพลังงานมากแต่ solar cell ก็ไม่สามารถสร้างกระแสไฟฟ้าได้มากขึ้นตาม อย่างไรก็ดี การวิจัยใหม่ๆชี้ให้เห็นว่า เราอาจจะกักเก็บพลังงานที่มากเกินเหล่านี้ด้วย สารจำพวกตะกั่วที่มีขนาดในระดับนาโนเมตร ที่สามารถกระตุ้นมากกว่าหนึ่งอิเล็กตรอน จากหนึ่งโฟตอนที่มาชนได้ แต่ว่าเทคนิคนี้ยังไม่ได้รับการพิสูจน์ว่าใช้ได้จริงใน solar cell

พลาสติกเซลล์
solar cell ที่สร้างจากสารอินทรีย์ รวมถึงโพลีเมอร์ราคาถูก จะลดราคาของไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ลงอย่างมาก แต่พลาสติกเซลล์ในปัจจุบันนี้ยังมีประสิทธิภาพต่ำอยู่ นั่นคือส่วนใหญ่สามารถแปลงเพียง 2% ของพลังงานแสงอาทิตย์ที่ได้รับไปเป็นกระแสไฟฟ้า การค้นพบวัตถุดิบใหม่ๆหรือการออกแบบใหม่ๆอาจช่วยเพิ่มตัวเลขนี้ให้เพิ่มขึ้นได้

นาโนเทคโนโลยี
ถึงแม้ว่า solar cell แบบคริสตัล ที่ใช้อยู่ในปัจจุบันมีประสิทธิภาพประมาณ 30% การผลิตซิลิกอนคริสตัลเองก็ใช้พลังงานมาก และมีราคาแพง ผู้ผลิต solar cell ได้เริ่มหันมาใช้เทคนิคการผลิตทางเคมีที่มีราคาถูกลงในการสร้าง semiconductor คริสตัลขนาดระดับนาโนใส่เข้าไปใน solar cell ซึ่งทำให้ค่าผลิตถูกลงกว่าเดิมอย่างมาก แต่ประสิทธิภาพของเซลล์เหล่านี้ยังอยู่ที่แค่ 10% หรือน้อยกว่า นักวิจัยอาจจะเพิ่มประสิทธิภาพของเซลล์เหล่านี้ได้ ถ้าสามารถหาวิธีจัดเรียงอนุภาคนาโนเสียใหม่ ให้ขนย้ายอิเล็กตรอนที่ถูกกระตุ้นหลายๆตัวออกจากเซลล์ได้

จากอากาศและน้ำ สู่เชื้อเพลิง
แสงอาทิตย์สามารถแยกโมเลกุลน้ำเป็น ออกซิเจนและ ก๊าซไฮโดรเจนได้ ซึ่งอยู่ในรูปที่สามารถกักเก็บ ขนส่งผ่านท่อ และสามารถนำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงของยานพาหนะ หรือผลิตกระแสไฟฟ้าได้ แต่ในจุดนี้ ประเด็นเรื่องประสิทธิภาพก็เป็นปัญหาเช่นกัน ตัวกระตุ้น (catalyst) ที่ใช้แยกโมเลกุลน้ำสามารถดูดซึมเพียงไม่กี่ % ของพลังงานจากแสงอาทิตย์ที่ได้รับ และก็มีบ่อยๆที่มันไม่เสถียรพอในเซลล์ที่ใช้จริง ปัญหานี้คงจะแก้ได้ถ้านักวิจัยสามารถหา catalyst ตัวใหม่ที่มีประสิทธิภาพสูงกว่านี้ และเสถียรกว่านี้ ที่น่าสนใจพอๆกันก็คือการหา catalyst ที่สามารถใช้พลังงานแสงอาทิตย์ในการแปลงคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศให้เป็นไฮโดรคาร์บอนที่พร้อมใช้เป็นเชื้อเพลิงได้

ตัวรวมแสงอาทิตย์
ในปัจจุบัน ตัวสะท้อนที่ใช้รวมแสงอาทิตย์จำนวนมากให้ตกลงบน photovoltaic cell ตัวเดียว ได้ช่วยทำให้ค่าไฟฟ้าจากดวงอาทิตย์ถูกที่สุดเท่าที่เป็นไปได้แล้วขณะนี้ นักวิจัยกำลังมองหารูปแบบที่คล้ายๆกันในการแยกโมเลกุลน้ำ เพื่อสร้างก๊าซไฮโดรเจน หรือเพื่อใช้แยกไฮโดรเจนก๊าซและคาร์บอนออกจากเชื้อเพลิงฟอสซิล การที่จะเป็นไปได้ในทางปฏิบัติ ตัวก่อปฏิกิริยาเหล่านี้ต้องสามารถสะสมแสงอาทิตย์ได้มากพอถึงระดับ 2000 เคลวิน แต่ว่าที่อุณหภูมินี้ก็จะก่อให้เกิความร้อนที่ทำลายอุปกรณ์เซรามิกที่เป็นส่วนประกอบของตัวกระตุ้นปฏิกิริยาเคมีเสียเอง นั่นคือต้องมีเซรามิกทนความร้อนจึงจะสามารถทำให้เชื้อเพลิงจากแสงอาทิตย์เป็นจริงได้

http://www.vcharkarn.com/vnews/34904