จากอวกาศสู่โลก: เรื่องราวของไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์
จอห์น เพอร์ลิน
Aatec: 1999 224 หน้า $32, £22.50
เว็บสล็อต นับตั้งแต่นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส Henri Becquerel ค้นพบปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกในปี 1839 นักวิจัยและวิศวกรต่างก็หลงใหลในความคิดที่จะแปลงแสงเป็นพลังงานไฟฟ้า มีแง่มุมที่มหัศจรรย์สำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ที่ดึงดูดผู้คนในวงกว้างตั้งแต่มือสมัครเล่นที่ไม่รู้หนังสือไปจนถึงมืออาชีพที่ได้รับการฝึกฝนมาอย่างดีจากผู้ประกอบการที่ไม่มีเงินไปจนถึงผู้สนับสนุนที่ร่ำรวย ความฝันร่วมกันของพวกเขาคือการรวบรวมพลังงานที่หาได้จากแสงแดดและเปลี่ยนให้เป็นพลังงานที่มีคุณค่าและมีความสำคัญทางยุทธศาสตร์ซึ่งก็คือพลังงานไฟฟ้า
งานเบา: เซลล์แสงอาทิตย์มีประสิทธิภาพเพียงพอที่จะแข่งขันกับเซลล์โซลิดสเตตทั่วไป เครดิต: PHILLIPE PLAILLY/SPL
การพัฒนาเซลล์แสงอาทิตย์ยังได้รับการส่งเสริมโดยการรับรู้ของสาธารณชนที่เพิ่มขึ้นว่าปริมาณสำรองน้ำมันของโลกจะหมดลงในศตวรรษนี้ เนื่องจากความต้องการพลังงานของโลกจะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าเป็นอย่างน้อยภายใน 50 ปีข้างหน้า เวทีจึงถูกตั้งขึ้นสำหรับปัญหาการขาดแคลนพลังงานครั้งใหญ่ เว้นแต่พลังงานหมุนเวียนจะสามารถครอบคลุมการขาดดุลจำนวนมากที่เชื้อเพลิงฟอสซิลไม่สามารถจัดหาได้อีกต่อไป ความกังวลของสาธารณชนได้เพิ่มสูงขึ้นเมื่อเร็วๆ นี้อันเป็นผลมาจากมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมที่ร้ายแรงจากการรั่วไหลของน้ำมันและผลกระทบจากสภาพอากาศอันน่าสะพรึงกลัวของภาวะโลกร้อนจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิล
โชคดีที่การจ่ายพลังงานจากดวงอาทิตย์มายังโลกมีปริมาณมหาศาล — 3×10 24จูลต่อปี หรือมากกว่าการบริโภคในปัจจุบันของมนุษย์ประมาณ 10,000 เท่า กล่าวอีกนัยหนึ่งว่าการครอบคลุมเพียง 0.1 เปอร์เซ็นต์ของพื้นผิวโลกด้วยเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพ 10 เปอร์เซ็นต์จะตอบสนองความต้องการในปัจจุบันของเรา
การจะเจาะเข้าไปในแหล่งกักเก็บพลังงานขนาดใหญ่
ของดวงอาทิตย์ยังคงเป็นความท้าทายสำคัญสำหรับมนุษยชาติ หนังสือของ John Perlin ให้รสชาติของความยากลำบากอย่างมากที่ผู้บุกเบิกยุคแรกต้องเอาชนะเพื่อเปลี่ยนการประดิษฐ์โมดูลแสงอาทิตย์ที่ใช้ซีลีเนียมในปี 2428 ของ Charles Fritt ให้กลายเป็นธุรกิจไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ที่เฟื่องฟูในปัจจุบัน เซลล์แสงอาทิตย์ทำงานได้ไม่ดีนักเป็นเวลานานหลังจากการค้นพบ โดยให้ผลผลิตการแปลงต่ำกว่าร้อยละหนึ่ง พวกเขายังคงอยากรู้อยากเห็นจนถึงปี 1954 เมื่อ Calvin Fuller และ Gerald Pearson จาก Bell Laboratories ตระหนักถึงอุปกรณ์เชื่อมต่อ p–n ที่ใช้ซิลิกอนเครื่องแรกซึ่งมีประสิทธิภาพเกือบร้อยละหก
แม้จะมีความก้าวหน้าที่น่าประทับใจเช่นนี้ แต่ก็คงจะไม่ถูกนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์โดยปราศจากการมาถึงของยุคอวกาศ มันคือความจำเป็นในการจ่ายไฟให้กับดาวเทียมที่ก่อให้เกิดการพัฒนาโซลาร์เซลล์ เฉพาะการใช้งานในอวกาศเท่านั้นที่สามารถจ่ายได้ในราคาที่สูงมาก นั่นคือพลังงานไฟฟ้าที่ผลิตโดยแผงโซลาร์เซลล์หลายร้อยดอลลาร์ต่อวัตต์ เมื่อราคาของเซลล์แสงอาทิตย์ลดลงเหลือ 20 ดอลลาร์ต่อวัตต์ พวกเขาก็มีความสามารถในการแข่งขันกับแบตเตอรี่หลักสำหรับการใช้งานภาคพื้นดินจากระยะไกล ซึ่งส่วนใหญ่อยู่ในด้านโทรคมนาคม วันนี้ต้นทุนลดลงเหลือ 5 ดอลลาร์ต่อวัตต์ ซึ่งเป็นการเปิดโอกาสทางการค้าสำหรับการสร้างการติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์แบบบูรณาการที่เชื่อมต่อกับกริด
เริ่มต้นด้วยการใช้พื้นที่ Perlin ให้เรื่องราวทางประวัติศาสตร์ที่สดใสและน่าสนใจเกี่ยวกับความก้าวหน้าของเซลล์แสงอาทิตย์บนโลก หนังสือของเขาบอกเล่าเรื่องราวความสำเร็จของผู้บุกเบิกเซลล์แสงอาทิตย์ โดยให้เครดิตกับจินตนาการและความอุตสาหะของพวกเขา หนึ่งในบุคคลที่น่าทึ่งที่บรรยายคือ Father Bernard Verspieren ผู้ซึ่งช่วยชีวิตผู้คนมากมายด้วยการติดตั้งเครื่องสูบน้ำที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ในมาลี การนำเสนอประวัติความเป็นมาของการพัฒนาเซลล์สุริยะในลักษณะเฉพาะบุคคลดังกล่าวทำให้การอ่านมีความมีชีวิตชีวาและน่าสนใจมากกว่าแค่เรื่องทางเทคนิคเพียงอย่างเดียว
หนังสือเล่มนี้เน้นที่ซิลิกอนอย่างมาก เซลล์แกลเลียม arsenide ซึ่งปัจจุบันเป็นตัวแปลงพลังงานแสงจากแสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดและใช้กันอย่างแพร่หลายในการใช้งานในอวกาศไม่ได้กล่าวถึง ระบบสุริยะแบบโมเลกุลฟิล์มบาง เช่น เซลล์แสงอาทิตย์แบบฉีดนาโนคริสตัลไลน์ ซึ่งมีประสิทธิภาพมากกว่า 10 เปอร์เซ็นต์ ก็ไม่ใช่ระบบสุริยะที่เป็นคู่แข่งกับเซลล์โซลิดสเตตทั่วไปเช่นกัน
ฉันน่าจะชอบการประเมินศักยภาพในอนาคตของโฟโตโวลตาอิกที่กว้างขวางกว่านี้ นอกเหนือไปจากการใช้เป็นแหล่งพลังงานสำหรับอุตสาหกรรมโทรคมนาคม คำถามสำคัญคือว่าเซลล์แสงอาทิตย์สามารถจัดหาพลังงานให้กับโลกในระดับใหญ่ได้หรือไม่ ปัจจุบันโลกต้องการพลังงาน 10,000 กิกะวัตต์ ซึ่งเป็นตัวเลขที่น่าประหลาดใจเมื่อเทียบกับการติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์มูลค่า 100 เมกะวัตต์ต่อปีในปัจจุบัน
แนวความคิดใหม่ที่ไม่อาศัยทางแยก p-n แบบธรรมดาอาจจำเป็นต่อการลดต้นทุนอย่างมีนัยสำคัญซึ่งจำเป็นสำหรับการใช้งานเซลล์แสงอาทิตย์ขนาดใหญ่ สาขาใหม่ของเซลล์แสงอาทิตย์ระดับโมเลกุลถือเป็นคำมั่นสัญญาที่ดีในแง่นี้ ระบบเหล่านี้ทำงานเหมือนกับการสังเคราะห์แสงของพืช โดยเลียนแบบกระบวนการที่ทำงานได้ดีในช่วง 3.5 พันล้านปีที่ผ่านมา โดยเป็นแหล่งสำรองพลังงานฟอสซิลทั้งหมดของโลก การใช้การสังเคราะห์ด้วยแสงเทียมเพื่อแปลงและจัดเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ทำให้เกิดโอกาสที่น่าตื่นเต้นสำหรับสหัสวรรษใหม่ เว็บสล็อต
