นาโนเทคบวกแรงกดดันจากราคาน้ำมันที่แพงลิบลิ่วทำให้อุตสาหกรรมผลิตเซลล์สุริยะกลับมาคึกคักอีกครั้ง

เทคโนโลยีการผลิตเซลล์สุริยะเพื่อรับพลังงานแสงอาทิตย์เกิดขึ้นมานานแล้ว แต่ซบเซาไปในสหรัฐฯ เนื่องจากราคาน้ำมันยังถูก แต่มาบัดนี้เมื่อราคาน้ำมันทะยานขึ้นอีกครั้ง อย่างไม่มีทางที่จะลดต่ำลงไปเท่าในอดีต บวกกับความก้าวหน้าของนาโนเทคโนโลยี ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิ ภาพของเซลล์สุริยะ ทำให้บริษัทต่างๆ ในสหรัฐฯ เริ่มหันมาทุ่มลงทุนพัฒนาการใช้พลังงานแสงอาทิตย์กันขนานใหญ่อีกครั้ง

เทคโนโลยีหรือแนวคิดพื้นฐานในการนำพลังงานแสงอาทิตย์มาใช้มี 2 แนวคิดคือ การสะสมพลังงานความร้อน (solar-thermal) หรือการเปลี่ยนพลังงานแสงให้เป็นกระแสไฟฟ้า (photovoltaics) วิธีแรกใช้กระจกในการสะท้อนพลังงานความร้อนจากพื้นที่ขนาดใหญ่ไปสู่พื้นที่ขนาดเล็กเช่นท่อน้ำ เมื่ออุณหภูมิของของเหลวในท่อน้ำสูงขึ้นหลายร้อยองศา ก็สามารถนำไปใช้ต้มน้ำจนเดือดและนำไอน้ำที่เกิดขึ้นไปใช้กับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบดั้งเดิมได้

ส่วนอีกวิธีหนึ่ง จะใช้สารกึ่งตัวนำ (semiconductor) ซึ่งมักทำจากสาร silicon ดูดซับโฟตอนที่ปล่อยมาจากแสงอาทิตย์ แล้วทำปฏิกิริยาด้วยการปล่อยอิเล็กตรอน ซึ่งก็คือกระแสไฟฟ้าออกมา

วิธีแรกซึ่งผลิตไฟฟ้าโดยเปลี่ยนพลังงานความร้อนมาเป็นกระแสไฟฟ้า มีประสิทธิภาพในการผลิตไฟฟ้า 30% หรือมากกว่าวิธีที่สองถึงหนึ่งเท่าตัว

บริษัท Stirling Energy Systems เป็นบริษัทหนึ่งของสหรัฐฯ ที่มุ่งพัฒนาการผลิตไฟฟ้าจากพลังแสงอาทิตย์ตามวิธีแรก และในอนาคตอาจผลิตไฟฟ้าได้ในราคาที่ต่ำกว่า 8 เซ็นต์ต่อกิโลวัตต์ชั่วโมง (kilowatt hour:kwh) หรืออาจต่ำกว่า 6 เซ็นต์

นอกจากนี้มีการคาดว่าภายในปี 2006 ราคาแผงเซลล์สุริยะ ชนิดเปลี่ยนพลังงานความร้อนเป็นกระแสไฟฟ้า จะลดต่ำลงถึง 90% เหลือเพียง 25,000 ดอลลาร์ต่อแผงเซลล์สุริยะขนาดที่สามารถผลิตไฟฟ้าได้ 25 กิโลวัตต์ ซึ่งหมายความว่าต้นทุนในการสร้างโรงไฟฟ้าพลังแสงอาทิตย์ขนาด 10 เมกะวัตต์ (MW) จะลดลงเหลือ 10 ล้านดอลลาร์ หรือ 1 ดอลลาร์ต่อวัตต์เท่านั้น (จากที่เคยต้องลงทุนถึง 150 ล้านดอลลาร์ในปี 1999)

อย่างไรก็ตาม แผงเซลล์สุริยะที่ผลิตไฟฟ้าตามแนวคิดแรกจะมีขนาดใหญ่เกินกว่าที่จะติดตั้งบนหลังคาบ้านหรือแม้แต่สนามหลังบ้านได้

ในขณะที่การผลิตเซลล์สุริยะตามแนวคิดที่สอง (เปลี่ยนพลังงานแสงเป็นพลังงานไฟฟ้า) สามารถนำมาใช้กับบ้านและสำนักงานได้ ซึ่งบริษัท Solaicx ผู้พัฒนาเซลล์สุริยะชนิดนี้คาดการณ์ว่า เซลล์สุริยะที่ผลิตจากสาร silicon จะสามารถแข่งขันกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบใช้พลังงานจากน้ำมันได้ภายในปี 2007 โดยค่าไฟจะอยู่ที่ประมาณ 10 เซ็นต์ต่อกิโลวัตต์ชั่วโมง ถ้าหากว่าสามารถลดต้นทุนในการติดตั้งระบบเซลสุริยะลงให้เหลือ 1 ดอลลาร์ต่อวัตต์ จากปัจจุบันซึ่งอยู่ที่ระดับ 3 ดอลลาร์ต่อวัตต์

เซลล์สุริยะราคาถูก

วิธีที่ Soliacx ใช้ในการผลิตเซลล์สุริยะที่มีประสิทธิภาพเพิ่มขึ้น แต่มีราคาถูกลงคือ การทำให้แผ่น silicon ที่นำมาผลิตเซลล์สุริยะบางลง 40% และการเพิ่ม "carrier lifetime" กล่าวคือ การเพิ่มช่วงเวลาในขณะที่อิเล็กตรอนถูกปล่อยออกมาเป็นอิสระ ยิ่งเพิ่มช่วง carrier lifetime ให้มากขึ้นเท่าใด เซลล์สุริยะก็จะผลิตกระแสไฟฟ้าได้มากขึ้นเท่านั้น

ด้วยคุณภาพของ silicon ในปัจจุบัน เซลล์สุริยะชนิดนี้ มีประสิทธิภาพในการเปลี่ยนพลังงานแสงเป็นกระแสไฟฟ้าได้ 16% แต่เมื่อทดลองเพิ่ม carrier lifetime ประสิทธิภาพในการผลิตไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นเป็น 21%

ปัจจุบันเซลล์สุริยะที่ทำจาก silicon ครองตลาดเซลล์สุริยะประเภทนี้อยู่ถึง 92% แต่ผู้ผลิตก็ยังคงมองหาวัสดุใหม่ๆ ที่มีราคาถูกกว่าสำหรับอนาคต และหนึ่งในนั้นคือการใช้สารโพลิเมอร์นำไฟฟ้า มาผสมกับโมเลกุลของคาร์บอนขนาดเล็กระดับนาโน ซึ่งมีชื่อเรียกว่า "buckyball" ซึ่งจากการทดลองพบว่า มีประสิทธิภาพในการผลิตไฟฟ้าได้ 5% โดยมีข้อดีที่สำคัญคือราคาถูกกว่า silicon มาก ทำให้ประชาชนสามารถจะซื้อหาไปใช้ได้ แต่จะต้องรอพัฒนา ประสิทธิภาพในการผลิตไฟฟ้าให้เพิ่มขึ้นเป็น 7% หรือ 10% เสียก่อน เซลล์สุริยะที่ผลิตจาก buckyball นี้จึงจะสามารถผลิตไฟฟ้าได้พอใช้ทั้งบ้านได้

อีกแนวคิดหนึ่งในการพัฒนาเซลล์สุริยะคือ การเปลี่ยนหลังคาบ้านหรือสำนักงานให้กลายเป็นโรงไฟฟ้าพลังแสงอาทิตย์ ด้วยการใช้สารประกอบพลาสติกเหลว ซึ่งสามารถฉาบทาลงบนหลังคาหรือพื้นผิวใดๆ ก็ได้ แต่แทนที่จะผสม buckyball ลงไป กลับผสมลวดหรือหัวเข็มหมุดขนาดจิ๋วระดับนาโน ซึ่งมีชื่อเรียกว่า "quantum dot" ลงไปแทน

บริษัทยักษ์ใหญ่อย่าง General Electric และ IBM รวมทั้งบริษัท Matsushita ยักษ์ใหญ่อิเล็กทริกของญี่ปุ่น ต่างกำลังพัฒนาเซลล์สุริยะชนิดที่สามารถฉาบทาลงบนหลังคาหรือกำแพงได้ ในขณะที่ยุโรปก็มีโครงการใหม่ที่มีชื่อว่า Molycell มูลค่า 4.6 พันล้านยูโร ซึ่งจะใช้เวลาค้นคว้าวิจัย 30 เดือน เพื่อหาทางพัฒนาระบบพลังงานแสงอาทิตย์ที่มีต้นทุนต่ำเพียง 1 ดอลลาร์ต่อวัตต์ให้ได้

แม้ว่าสหรัฐฯ จะมีบทบาทสำคัญในการพัฒนาและวิจัยเซลล์สุริยะ แต่ญี่ปุ่นและยุโรปกลับนำหน้าสหรัฐฯ ไปหลายขุมในเรื่องการค้าเซลล์สุริยะ โดยญี่ปุ่นเป็นอันดับหนึ่งตามด้วยเยอรมนี ในปี 2001 ญี่ปุ่นสามารถผลิตไฟฟ้าพลังแสงอาทิตย์ได้มากกว่าที่สหรัฐฯผลิตได้ (สหรัฐฯ ผลิตได้ 167.8 เมกะวัตต์) ถึง 4 เท่า ส่วนปีที่แล้ว ญี่ปุ่นเป็นผู้ผลิตครึ่งหนึ่งของพลังงานแสงอาทิตย์ที่โลกผลิตได้ทั้งหมด ทั้งยังเป็นผู้ติดตั้งเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังแสงอาทิตย์มากกว่าที่สหรัฐฯ ติดตั้งถึง 5 เท่า โดยมี Sharp เป็นผู้ผลิตเซลล์สุริยะรายใหญ่สุดที่มีสัดส่วนถึง 27% ของแผงเซลล์สุริยะที่ญี่ปุ่นผลิตได้ทั้งหมด

ญี่ปุ่นและยุโรปส่งออกระบบพลังงานแสงอาทิตย์ออกขายทั่วโลก มียอดขายเพิ่มขึ้น 35% ต่อปี ตลอด 8 ปีที่ผ่านมา นักวิเคราะห์ตลาดพลังงานแสงอาทิตย์ประเมินว่า ยอดขายในอุตสาหกรรมพลังงานแสงอาทิตย์ของโลกในปีที่แล้วอยู่ที่ 4.7 พันล้านดอลลาร์ และคาดว่าจะเพิ่มขึ้นเป็น 30,800 ล้านดอลลาร์ในปี 2013

แปลและเรียบเรียงจาก BusinessWeek, September 6-13, 2004
โดย เสาวนีย์ พิสิฐานุสรณ์