การเก็บพลังงานแสงอาทิตย์มีกี่วิธี เลือกอย่างไรให้เหมาะสม

หัวใจสำคัญของการใช้พลังงานแสงอาทิตย์ให้เกิดประโยชน์สูงสุด ไม่ได้มีเพียงการออกแบบระบบเก็บเกี่ยวพลังงานจากธรรมชาติให้ได้ปริมาณมากที่สุดเท่านั้น แต่ต้องมีแนวทางในการกักเก็บพลังงานที่ยอดเยี่ยมด้วยเช่นกัน เพราะหากนำพลังงานแสงอาทิตย์มาแปลงเป็นพลังงานในรูปแบบที่ต้องการได้มหาศาล แต่กลับไม่สามารถลดการสูญเสียพลังงานส่วนเกินได้เลย ทั้งไม่สามารถดึงพลังงานมาใช้ในยามขาดแคลนได้อย่างเพียงพอ แบบนี้ก็เท่ากับระบบยังทำงานได้ไม่ถึงศักยภาพสูงสุดเท่าที่ควรจะเป็น การเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ด้วยระบบกักเก็บพลังงานที่เหมาะสม จึงช่วยบริหารจัดการพลังงานให้สอดคล้องกับการใช้งานจริงได้ แน่นอนว่าการกักเก็บพลังงานนี้สามารถใช้เป็นเครื่องมือช่วยเสริมประสิทธิภาพให้กับพลังงานหมุนเวียนประเภทอื่นๆ ได้ด้วย

ทำไมต้องเก็บพลังงานแสงอาทิตย์

เพราะพลังงานแสงอาทิตย์นั้นมีไม่จำกัด แต่ช่วงเวลาในการดึงพลังงานมาใช้งานกลับมีจำกัด ระบบกักเก็บพลังงานจึงเป็นเครื่องมือที่จะช่วยยืดระยะเวลาที่จำกัดนั้นให้ยาวออกไป เพื่อให้ใช้ประโยชน์จากพลังงานสะอาดได้คุ้มค่ายิ่งขึ้น

อย่างการติดตั้งระบบโซลาร์เซลล์ที่ได้รับความนิยมค่อนข้างแพร่หลายในปัจจุบัน ส่วนใหญ่ยังคงเป็นการวางระบบเพื่อลดภาระค่าใช้จ่ายบางส่วน โดยอาศัยการใช้ไฟฟ้าจากระบบโซลาร์เซลล์ในช่วงกลางวัน และใช้หน่วยไฟฟ้าจากการไฟฟ้าตามปกติในช่วงกลางคืน เมื่อไม่มีการเก็บพลังงานแสงอาทิตย์สำรองเอาไว้ พลังงานไฟฟ้าที่ผลิตได้เกินปริมาณการใช้งานในช่วงกลางวันก็ต้องสูญเสียไป และพอถึงช่วงกลางคืนหรือช่วงเวลาอื่นที่ไม่สามารถผลิตไฟฟ้าจากแผงโซลาร์เซลล์ได้ ก็ต้องเปลี่ยนมาใช้หน่วยไฟฟ้าแทนที่จะใช้พลังงานสะอาดส่วนเกินที่ผลิตได้เหล่านั้น การเก็บพลังงานแสงอาทิตย์จึงไม่ใช่เรื่องที่ควรมองข้าม

การเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ มีวิธีใดบ้าง

เมื่อเป้าหมายสูงสุดในด้านพลังงานคือการใช้ประโยชน์จาก “พลังงานหมุนเวียน” ให้ได้เต็มรูปแบบ ทุกภาคส่วนจึงให้ความสำคัญกับการกักเก็บพลังงานกันมากขึ้น โดยเฉพาะการเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ที่เป็นตัวเลือกของพลังงานหมุนเวียนอันดับต้นๆ มีการคิดค้นนวัตกรรมใหม่ที่มีประสิทธิภาพสูงในการกักเก็บพลังงาน และมีความหลากหลายมากพอที่จะรองรับระบบเกี่ยวกับพลังงานแสงอาทิตย์ที่แตกต่างกันได้ ซึ่งต่อไปนี้จะเป็นรูปแบบการเก็บพลังงานบางส่วนที่น่าสนใจและได้การยอมรับในวงกว้างแล้ว

1. กักเก็บด้วยแบตเตอรี่

นี่น่าจะเป็นการเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ที่หลายคนคุ้นเคย และสามารถทำความเข้าใจได้ง่ายที่สุด เพราะเแบตเตอรี่เป็นส่วนหนึ่งของระบบโซลาร์เซลล์แบบ Off Grid และ Hybrid ด้วย ภาพรวมของการกักเก็บพลังงานด้วยแบตเตอรี่คือ หลังจากโซลาร์เซลล์ผลิตพลังงานไฟฟ้าได้ในช่วงเวลากลางวัน ไฟฟ้าบางส่วนจะถูกส่งไปยังโหลดไฟฟ้าเพื่อใช้งานทันที ส่วนที่เกินก็จะถูกส่งเข้าไปเก็บสำรองไว้ในแบตเตอรี่จนกว่าจะเต็ม พอถึงช่วงเวลากลางคืนหรือจังหวะที่โซลาร์เซลล์ผลิตไฟฟ้าไม่ได้ ระบบจะดึงพลังงานไฟฟ้าจากแบตเตอรี่ออกมาใช้ก่อน

ปริมาณไฟฟ้าที่สำรองไว้จะมากน้อยแค่ไหนก็ขึ้นอยู่กับขนาดความจุและจำนวนของแบตเตอรี่ที่เลือกใช้ อย่างในกรณีของภาคอุตสาหกรรมก็จะนิยมใช้แบตเตอรี่ในรูปแบบ Battery Energy Storage System (BESS) ซึ่งเป็นระบบแบตเตอรี่สเกลใหญ่ที่มีความจุและมีความปลอดภัยสูง

2. กักเก็บในรูปพลังงานความร้อน

การเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ให้อยู่ในรูปของพลังงานความร้อน เป็นการสะสมความร้อนไว้ในวัสดุตัวกลาง เช่น น้ำ เกลือหลอมเหลว เป็นต้น โดยการรวมแสงอาทิตย์ให้มีค่าความเข้มข้นสูงจนเกิดความร้อน แล้วใช้พลังงานความร้อนนั้นทำให้วัสดุตัวกลางมีอุณหภูมิสูงขึ้น ก่อนเก็บรักษาให้คงสภาพนั้นไว้จนกว่าจะถึงช่วงเวลาที่ต้องการใช้งาน

หากอธิบายให้เข้าใจง่ายๆ ก็คือการใช้พลังงานแสงอาทิตย์ทำน้ำให้ร้อน แล้วเก็บน้ำร้อนไว้ในถังที่ออกแบบมาพิเศษจนกว่าจะนำพลังงานมาใช้นั่นเอง เดิมทีการกักเก็บพลังงานในลักษณะนี้จำเป็นต้องใช้พื้นที่มากและต้องลงทุนสูง แต่ปัจจุบันมีการพัฒนาวัสดุเปลี่ยนสถานะที่เป็นนวัตกรรมนาโนเทคโนโลยีขึ้นมาแล้ว เรียกว่า PCM (Phase Change Materials, PCMs) แม้ว่ายังเป็นวัสดุที่มีข้อจำกัดในการใช้งานมาก แต่ก็ได้รับการพัฒนาต่อยอดเพื่อลดทอนข้อจำกัดอย่างต่อเนื่อง และเชื่อว่าวัสดุชนิดนี้จะมีบทบาทต่อการเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ในอนาคตอย่างมากทีเดียว

3. กักเก็บในรูปพลังงานอื่นๆ

เมื่อเป็นการกักเก็บพลังงานที่จำเป็นต้องมีโครงสร้างของระบบขนาดใหญ่ จึงมีเงื่อนไขและข้อจำกัดค่อนข้างมาก อาจเป็นการเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ให้อยู่ในรูปแบบของพลังงานศักย์ พลังงานจลน์ หรือพลังงานกลแบบใดแบบหนึ่งก็ได้ เช่น การใช้ระบบปั๊มน้ำ การใช้ระบบอัดอากาศ การใช้ระบบฟลายวีล เป็นต้น

• การใช้ระบบปั๊มน้ำ (Pumped Hydro) เป็นการกักเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ด้วยการใช้พลังงานไฟฟ้าส่วนเกินที่ผลิตได้ สูบน้ำขึ้นไปยังแหล่งพักน้ำที่อยู่สูงขึ้นไป เมื่อต้องการใช้งานก็ปล่อยน้ำให้ไหลลงสู่แหล่งพักน้ำด้านล่างที่ต่ำกว่า การไหลของน้ำจะปลดปล่อยพลังงานออกมา ซึ่งเปลี่ยนไปเป็นพลังงานไฟฟ้าที่พร้อมใช้งานได้
• การใช้ระบบอัดอากาศ (Compressed Air) เป็นระบบที่ค่อนข้างซับซ้อน เพราะต้องใช้พลังงานไฟฟ้าส่วนเกินที่ผลิตได้มาอัดอากาศเก็บไว้ เมื่อต้องการใช้งานก็ปล่อยอากาศออกมา โดยต้องเชื่อมต่อกับระบบกังหันที่สามารถเปลี่ยนพลังงานให้กลายเป็นไฟฟ้าได้อีกทีหนึ่ง ปัจจุบันจึงมีการเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ด้วยระบบอัดอากาศเพียงแค่ไม่กี่แห่งเท่านั้น
• การใช้ระบบฟลายวีล (Flywheel Energy System) อุปกรณ์ที่เรียกว่า Flywheel นี้จะมีลักษณะเป็นทรงกระบอกขนาดใหญ่ มีส่วนประกอบที่หมุนได้อยู่ภายในซึ่งออกแบบให้เป็นสุญญากาศเพื่อลดแรงต้านด้วย หลักการทำงานคือส่งไฟฟ้าส่วนเกินที่ผลิตได้เข้าไปยัง Flywheel และเก็บสะสมไว้ในรูปแบบของพลังงานจลน์จากการหมุน เมื่อต้องการใช้งานก็แค่เปลี่ยนพลังงานจลน์นั้นกลับมาเป็นพลังงานไฟฟ้า

ข้อดีของการกักเก็บพลังงานแสงอาทิตย์

• ช่วยให้การใช้ประโยชน์จากพลังงานแสงอาทิตย์มีประสิทธิภาพสูงและยืดหยุ่นมากขึ้น ทั้งในแง่ของปริมาณพลังงานและช่วงเวลาที่ใช้งานได้
• ช่วยลดการสูญเสียพลังงานที่ควรได้รับโดยเปล่าประโยชน์
• ช่วยลดปัญหาต่างๆ ที่เกิดจากความผันผวนในการใช้พลังงานแสงอาทิตย์ ไม่ว่าจะเป็นผลที่มาจากปัจจัยภายนอกหรือภายใน เช่น สภาพอากาศ ความผิดปกติของระบบโซลาร์เซลล์ เป็นต้น
• ช่วยเพิ่มสัดส่วนของพลังงานหมุนเวียนในระบบการผลิตพลังงานไฟฟ้า
• ช่วยลดอัตราการปล่อยก๊าซเรือนกระจกจากโรงผลิตไฟฟ้าแบบเดิม ซึ่งเป็นผลดีต่อสภาพแวดล้อมในระยะยาว
• ช่วยลดภาระค่าใช้จ่ายที่เกี่ยวข้องกับการใช้พลังงานไฟฟ้าได้มากขึ้น โดยเฉพาะในระยะยาว

ข้อเสียและข้อจำกัดของการกักเก็บพลังงานแสงอาทิตย์

• ระบบกักเก็บพลังงานส่วนใหญ่ยังมีต้นทุนค่อนข้างสูง และจำเป็นต้องมีการบำรุงรักษาต่อเนื่องตลอดอายุการใช้งาน ขณะที่ผู้เชี่ยวชาญในการซ่อมบำรุงก็ยังมีน้อย
• การเก็บพลังงานแสงอาทิตย์บางรูปแบบต้องใช้พื้นที่มาก มีความเสี่ยงสูง และโอกาสในการใช้งานก็ค่อนข้างจำกัด
• สำหรับภาคครัวเรือนและองค์กรขนาดเล็กยังมีทางเลือกของการกักเก็บพลังงานไม่มากนัก ส่วนใหญ่ก็จะจบที่การใช้แบตเตอรี่เป็นหลัก
• หากเลือกรูปแบบการกักเก็บพลังงานไม่เหมาะสม นอกจากจะทำงานได้ไม่เต็มประสิทธิภาพแล้ว ยังจะมีปัญหาจุกจิกกวนใจตามมาอีกมากที่จะเกิดกับอุปกรณ์ระหว่างใช้งาน เช่น ปัญหาความร้อน การเผาไหม้ การกัดกร่อน เป็นต้น

ข้อแนะนำการเลือกวิธีเก็บพลังงานแสงอาทิตย์

การเลือกวิธีเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ให้ตอบโจทย์การใช้งานจริง ควรเริ่มจากพิจารณาอัตราการผลิตพลังงานไฟฟ้าที่มีอยู่ว่ามีปริมาณมากน้อยแค่ไหน เป็นโครงการขนาดใหญ่หรือเล็ก หรือเป็นเพียงการใช้งานในภาคครัวเรือน แค่ประเด็นแรกก็สามารถตัดตัวเลือกที่ไม่เหมาะสมออกได้เกือบทั้งหมด ถ้าเป็นการใช้ตัวช่วยสำหรับกักเก็บพลังงานร่วมกับระบบโซลาร์เซลล์ภายในบ้าน ก็คงไม่ต้องสนใจทางเลือกอื่นนอกจากการใช้แบตเตอรี่ ทีนี้ก็เหลือแค่พิจารณาเรื่องของงบประมาณ ความจุและคุณสมบัติของแบตเตอรี่ที่สอดคล้องกับระบบโซลาร์เซลล์เท่านั้น ในทางกลับกันถ้าเป็นโครงการขนาดใหญ่ ก็ต้องมาดูในรายละเอียดว่าเป็นโครงการที่เกี่ยวข้องกับอะไร สถานที่เป็นอย่างไรบ้าง เงื่อนไขของโครงการและงบประมาณเป็นอย่างไร เช่น ถ้าเป็นโรงผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ ก็อาจเลือกการกักเก็บพลังงานเป็นระบบแบตเตอรี่ BESS หรือการใช้ระบบปั๊มน้ำ เป็นต้น

บทสรุป

แม้ว่าตอนนี้พลังงานแสงอาทิตย์จะเป็นพลังงานทางเลือกที่ได้รับการผลักดันมากที่สุด และมีการใช้งานที่เป็นรูปธรรมชัดเจนขึ้นเกือบทุกภาคส่วนแล้ว แต่ก็ยังมีอีกหลายองค์ประกอบที่ต้องพัฒนาต่อยอด กว่าจะไปถึงจุดที่เป็นการใช้พลังงานหมุนเวียนเต็มรูปแบบอย่างแท้จริง หนึ่งในนั้นคือระบบการเก็บพลังงานแสงอาทิตย์นี่เอง เมื่อไรที่การกักเก็บพลังงานเข้าถึงได้ง่ายขึ้น สามารถลดต้นทุน ความเสี่ยง และข้อจำกัดบางอย่างลงได้ เราน่าจะได้เห็นมิติใหม่ของการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ ที่สามารถสร้างความมั่นคงทางพลังงานและช่วยอนุรักษ์สิ่งแวดล้อมได้ดียิ่งขึ้นกว่าเดิม