โซลาร์เซลล์พลังงานกลางคืน นวัตกรรมใหม่เพิ่มทางเลือกพลังงานหมุนเวียน

ความก้าวหน้าในการมองหาพลังงานทดแทน และพลังงานหมุนเวียนคือภารกิจใหม่ที่ท้าทายนักวิจัยหลายสำนักให้เคร่งเครียดเพื่อหาทางออกด้านพลังงานให้กับมนุษยชาติหากต้องเผชิญกับวิกฤตที่ไม่แน่นอนในอนาคต

โซลาร์เซลล์คือหนึ่งในพลังงานหมุนเวียนที่เริ่มใช้กันอย่างแพร่หลาย และสามารถใช้ได้ในกลุ่มประชาชนหรือภาคครัวเรือนได้แล้ว และกำลังเป็นที่นิยม แต่แน่นอนว่าพลังงานไฟฟ้าโซลลาร์เซลล์นั้นมีข้อจำกัด การได้มาซึ่งพลังงานนั้น เราต้องหวังพึ่งแสงแดดจ้าๆของดวงอาทิตย์

ราคาที่ยังคงสูง การติดตั้งที่ดูจะยุ่งยากนิดหน่อยและองค์ความรู้หลายๆอย่างในการคำนวณพลังงานที่ได้รับ ในด้านของข้อจำกัดเรื่องช่วงเวลา ทำให้แผงโซลลาร์เซลล์บางครั้งก็กักเก็บพลังงานได้อย่างไม่เต็มที่ เนื่องจากยังคงมีเงาตกกระทบบดบังแสงแดดอยู่บ้าง

แม้ว่านวัตกรรมการติดตั้งจะมีตัวเลือกในการติดตั้งในรูปแบบมีแบตเตอรี่สำรองกักเก็บพลังงานจากตอนกลางวันไว้ได้ แต่ก็ยังต้องอาศัยปัจจัยหลายๆด้าน

ล่าสุดนวัตกรรมใหม่กำลังก่อกำเนิดขึ้นแล้ว เพื่อเพิ่มทางเลือกในการมองหาพลังงานหมุนเวียน นักวิจัยจาก UNSW ได้สร้างความก้าวหน้าครั้งใหม่ในเทคโนโลยีพลังงานหมุนเวียนโดยการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ที่กักเก็บได้แม้ยามรัตติกาลหรือตอนกลางคืนนั่นเอง

เนื้อหาที่เกี่ยวข้อง

• ชวนรู้จัก เทคโนโลยีผลิตน้ำดื่มจากอากาศได้ตลอด 24 ชั่วโมง โดยไม่พึ่งพลังงาน

• ทดลองสำเร็จ ดินจากดวงจันทร์สามารถปลูกพืชได้เป็นครั้งแรก

• มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ใช้สาหร่ายผลิตพลังงานให้ IoT

• DYPER ผ้าอ้อมเด็กรักษ์โลก ทำจากไม้ไผ่ ใช้เสร็จย่อยสลายได้

• สตาร์ทอัพสิงคโปร์ผุดไอเดียบะหมี่กึ่งสำเร็จรูปทำจากถั่ว รับมือวิกฤตอาหาร

ทีมงานจาก School of Photovoltaic and Renewable Energy Engineering ผลิตไฟฟ้าจากความร้อนที่แผ่รังสีในรูปแบบของแสงอินฟราเรด ในขณะที่โลกเย็นตัวลงด้วยการแผ่รังสีความร้อนออกสู่อวกาศในเวลากลางคืน

หรือหากอธิบายให้เข้าใจง่ายๆคือ ในช่วงเวลากลางคืน โลกของเราหรือสภาพแวดล้อมในช่วงเวลานั้นจะแผ่ความร้อนออกสู่ชั้นบรรยากาศเพื่อให้อากาศเย็นลง และความร้อนที่แผ่ออกมานั้นจะต้องไม่สูญเปล่าหากเรานำมาใช้ประโยชน์ด้วยการเปลี่ยนความร้อนนั้นเป็นพลังงานไฟฟ้า

อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์หรือที่เรียกว่า thermoradiative diode ซึ่งประกอบด้วยวัสดุที่พบในแว่นตาที่สามารถมองเห็นได้ในสภาพแสงมืดมิดหรือใช้ในตอนกลางคืน ถูกนำมาใช้เพื่อสร้างพลังงานในการปล่อยแสงอินฟราเรด

ผลการวิจัยนี้ได้รับการตีพิมพ์ใน ACS Photonics แม้ว่าปริมาณพลังงานที่สร้างขึ้นได้ตอนนี้จะมีน้อยกว่าพลังงานที่จ่ายผ่านแผงโซลาร์เซลล์ประมาณ 100,000 เท่า แต่นักวิจัยเชื่อว่าผลลัพธ์อาจสามารถเปลี่ยนแปลง พัฒนาและปรับปรุงให้ดีขึ้นได้ในอนาคต

รองศาสตราจารย์ Ned Ekins-Daukes หัวหน้าทีมวิจัยกล่าวว่า เราได้สาธิตพลังงานไฟฟ้าจากไดโอดทอร์โมเรเดียทีฟ การใช้กล้องตรวจจับความร้อนหรืออินฟราเรด คุณจะสามารถดูปริมาณรังสีในเวลากลางคืนได้ แต่เฉพาะในอินฟราเรดเท่านั้น แทนที่จะเป็นเครื่องวัดความยาวคลื่นแต่เปลี่ยนเป็นสิ่งที่เราสามารถมองเห็นได้ผ่านตัวกรองแทน แต่สิ่งที่เราทำคือสร้างอุปกรณ์ที่สามารถสร้างพลังงานไฟฟ้าได้จากการปล่อยรังสีความร้อนอินฟราเรดออกมาแทน

ศาสตราจารย์กล่าวว่า 'การไหลของพลังงาน' กระบวนการนี้ยังคงใช้พลังงานแสงอาทิตย์ในท้ายที่สุดเป็นตัวช่วย ซึ่งได้มากระทบพื้นโลกตอนกลางวันในรูปของแสงแดดที่ทำให้โลกอบอุ่น ในเวลากลางคืน พลังงานเดียวกันนี้จะแผ่กลับเข้าไปในช่องว่างที่กว้างใหญ่และความเย็นยะเยือกของอวกาศในรูปแบบของแสงอินฟราเรด โดยปัจจุบันไดโอดที่ควบคุมความร้อน ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้โดยใช้ประโยชน์จากกระบวนการนี้

ดร.ฟีบี เพียร์ซ (Phoebe Pearce) หนึ่งในผู้ร่วมเขียนงานวิจัยเสริมว่า เมื่อใดก็ตามที่มีการไหลของพลังงาน เราจะสามารถดัดแปลงมันระหว่างรูปแบบต่างๆได้ โฟโตโวลตาอิกส์ (photoviltaic) สามารถแปลงแสงแดดเป็นพลังงานไฟฟ้าได้โดยตรง เป็นกระบวนการประดิษฐ์ที่มนุษย์พัฒนาขึ้นเพื่อสร้างพลังงาน

ในลักษณะเดียวกับที่เซลล์แสงอาทิตย์สามารถผลิตไฟฟ้าได้โดยการดูดซึมแสงแดดที่ปล่อยออกมาจากดวงอาทิตย์ที่ร้อนจัด ไดโอดควบคุมอุณหภูมิจะสร้างกระแสไฟฟ้าโดยการปล่อยแสงอินฟราเรดออกสู่สภาพแวดล้อมที่เย็นกว่า ในทั้ง 2 กรณี ความแตกต่างของอุณหภูมิคือสิ่งที่ทำให้เราผลิตกระแสไฟฟ้าได้

ความก้าวหน้าของทีม UNSW เป็นการยืนยันที่น่าตื่นเต้นของกระบวนการทางทฤษฎีก่อนหน้านี้ และเป็นขั้นตอนแรกในการสร้างอุปกรณ์เฉพาะทางและมีประสิทธิภาพมากขึ้น ซึ่งวันหนึ่งหวังว่ามันจะสามารถจับพลังงานขนาดที่ใหญ่กว่าได้

อาจารย์เน็ด เปรียบงานวิจัยใหม่กับงานของวิศวกรที่ Bell Labs ซึ่งได้สาธิตเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดซิลิคอนตัวแรกที่ใช้งานได้จริงในปี 1954 เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดซิลิคอนตัวแรกนั้นมีประสิทธิภาพเพียง 2% เท่านั้น แต่ตอนนี้เซลล์ในยุคปัจจุบันสามารถแปลงแสงจากดวงอาทิตย์ประมาณ 23% ให้เป็นพลังงานไฟฟ้าได้

ทีมวิจัยเชื่อว่าเทคโนโลยีใหม่นี้สามารถใช้งานได้หลากหลายในอนาคตโดยช่วยในการผลิตไฟฟ้าในรูปแบบที่ไม่สามารถทำได้ในปัจจุบัน

ถ้าจับจากอินฟราเรด เป็นไปได้หรือไม่ที่ความร้อนในร่างกายก็สามารถแปลงเป็นพลังงานได้?

หนึ่งในนั้นอาจเป็นการจ่ายพลังงานให้กับอุปกรณ์ไบโอนิค เช่น หัวใจเทียม ซึ่งปัจจุบัน หมดยุคของแบตเตอรี่ที่ต้องเปลี่ยนแบตเตอรี่เข้าออกประจำแล้ว

อาจารย์เน็ด กล่าวว่า “โดยหลักการแล้ว เป็นไปได้ที่เราจะสร้างพลังงานในลักษณะที่เราได้แสดงให้เห็นเพียงแค่ความร้อนในร่างกาย ซึ่งคุณจะเห็นการเรืองแสงได้ หากมองผ่านกล้องจับความร้อน” ในท้ายที่สุด เทคโนโลยีนี้อาจเก็บเกี่ยวพลังงานนั้นและขจัดความจำเป็นในการใช้แบตเตอรี่ในอุปกรณ์บางอย่าง หรือช่วยชาร์จพลังงานเหล่านั้น นั่นไม่ใช่สิ่งที่พลังงานแสงอาทิตย์แบบธรรมดาจะเป็นตัวเลือกให้ทำงานนี้ได้

ทีมวิจัยหวังว่าผู้นำในอุตสาหกรรมจะตระหนักถึงศักยภาพของเทคโนโลยีใหม่และสนับสนุนการพัฒนาต่อไป

ตอนนี้ การสาธิตที่เรามีกับเทอร์โมเรเดียทีฟไดโอดนั้น ใช้พลังงานค่อนข้างต่ำมาก หนึ่งในความท้าทายคือการตรวจจับ แต่ทฤษฎีบอกว่า เป็นไปได้ที่เทคโนโลยีนี้จะผลิตพลังงานได้ประมาณ 1 ใน 10 ของเซลล์แสงอาทิตย์ในที่สุด

ผมคิดว่า เพื่อให้สิ่งนี้เป็นเทคโนโลยีที่ล้ำหน้า เราไม่ควรมองข้ามความจำเป็นที่อุตสาหกรรมจะก้าวเข้ามาและขับเคลื่อนมันจริงๆ ผมยังมีงานวิจัยของมหาวิทยาลัยอีกประมาณ 1 ทศวรรษที่ต้องทำที่นี่และจากนั้นก็ต้องการอุตสาหกรรมที่จะหยิบมันขึ้นมา

หากอุตสาหกรรมเห็นว่านี่เป็นเทคโนโลยีที่มีคุณค่าสำหรับพวกเขา ความก้าวหน้าก็จะรวดเร็วมาก ปาฏิหาริย์ของพลังงานแสงอาทิตย์ในปัจจุบันเป็นหนี้นักวิจัยที่มีชื่อเสียงระดับโลกเช่น ศาสตราจารย์มาร์ตินกรีน แห่ง Scientia และยังรวมถึงนักอุตสาหกรรมที่ได้ระดมเงินจำนวนมากเพื่อขยายการผลิต

ที่มาข้อมูล

https://newsroom.unsw.edu.au/news/science-tech/night-time-solar-technology-can-now-deliver-power-dark