พลังงานแสงอาทิตย์ 24 ชั่วโมง เมื่อตะวันไม่เคยลับฟ้าในโลกแห่งพลังงาน
สุนิสา กาญจนกุล รายงาน
พลังงานแสงอาทิตย์ถือเป็นหนึ่งในแหล่งพลังงานหมุนเวียนที่เติบโตเร็วที่สุดในโลก แต่ข้อด้อยที่ร้ายแรงของพลังงานชนิดนี้คือความไม่ต่อเนื่อง สามารถผลิตไฟฟ้าได้เฉพาะช่วงเวลาที่มีแสงแดดเท่านั้น ที่ผ่านมา มนุษย์จึงไม่อาจพึ่งพาพลังงานแสงอาทิตย์เพียงอย่างเดียว ต้องอาศัยแหล่งพลังงานอื่นควบคู่กันไปด้วย
แต่ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ราคาที่ลดลงของแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนและความก้าวหน้าทางวิศวกรรมทำให้แนวคิดพลังงานแสงอาทิตย์ตลอด 24 ชั่วโมง (round-the-clock solar power) กลายเป็นจริงขึ้นมาได้
ด้วยการผสานแผงโซลาร์เซลล์เข้ากับระบบกักเก็บพลังงานขั้นสูง การจ่ายไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์อย่างต่อเนื่องทั้งกลางวันและกลางคืนจึงกำเนิดขึ้น จนสามารถแข่งขันกับไฟฟ้าจากพลังงานฟอสซิลได้ในบางพื้นที่ที่แดดจัด จึงถือเป็นการพลิกโฉมระบบพลังงานหมุนเวียนของโลกอย่างแท้จริง
จากแนวคิดสู่ความเป็นจริง
การพัฒนาพลังงานแสงอาทิตย์เริ่มต้นขึ้นเมื่อเอ็ดมันด์ เบคคีเรล (Edmond Becquerel) นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส ค้นพบปรากฏการณ์โฟโตโวลตาอิก (Photovoltaic Effect) ในปี 1839 ซึ่งเป็นหลักการพื้นฐานของการที่แสงตกกระทบวัตถุแล้วเกิดกระแสไฟฟ้า ภายหลังเบคคีเรลจึงได้รับการยกย่องว่าเป็น “บิดาแห่งโซลาร์เซลล์”
ในปี 1954 เบลล์แล็บส์เปิดตัวเซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนเป็นครั้งแรก มีประสิทธิภาพเพียง 6% เท่านั้น การกักเก็บพลังงานยังถูกมองว่าเป็นเรื่องเพ้อฝัน พลังงานแสงอาทิตย์จึงเป็นเพียงพลังงานเสริมสำหรับพื้นที่ห่างไกลหรือสำหรับใช้งานกับอุปกรณ์ขนาดเล็ก
แต่เมื่อการผลิตพลังงานแสงอาทิตย์เริ่มมีวิวัฒนาการที่ชัดเจนและกลายเป็นพลังงานทางเลือกที่โดดเด่น คำถามหนึ่งที่นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรด้านพลังงานหมกมุ่นกันมานาน คือทำอย่างไรโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์จึงจะสามารถส่งกระแสไฟฟ้าได้ในยามค่ำคืนที่ดวงอาทิตย์ลับขอบฟ้าไปแล้ว
หลายฝ่ายทุ่มเทเพื่อหาคำตอบให้กับคำถามดังกล่าว แต่ก็ยังไม่ประสบความสำเร็จ จนกระทั่งไม่กี่ปีที่ผ่านมา องค์ประกอบต่างๆ ก็ลงตัวจนกลายเป็นคำตอบที่อาจเปลี่ยนแปลงระบบพลังงานสะอาดของทั้งโลก
ในช่วงทศวรรษ 1970 เมื่อวิกฤติน้ำมันโลกผลักดันให้หลายประเทศเริ่มลงทุนด้านพลังงานทางเลือกอย่างจริงจัง และเทคโนโลยีสำคัญที่ทำให้พลังงานแสงอาทิตย์ทำงานได้ทั้งวันทั้งคืนก็ค่อยๆ เป็นรูปเป็นร่างขึ้น
องค์ประกอบสำคัญ
เทคโนโลยีสำคัญที่เมื่อรวมตัวกันแล้วทำให้แนวคิดพลังงานแสงอาทิตย์ 24 ชั่วโมงกลายเป็นจริงขึ้นมานั้นมีอยู่สองอย่างด้วยกัน ได้แก่
1. โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบรวมแสง (Concentrated Solar Power – CSP) เป็นระบบที่ใช้กระจกจำนวนมากสะท้อนแสงอาทิตย์ไปยังจุดเดียวเพื่อสร้างความร้อนสูง จากนั้นจึงใช้ความร้อนไปผลิตไอน้ำที่หมุนกังหันไฟฟ้า
ความพิเศษของ CSP คือ สามารถเก็บพลังงานในรูปของความร้อนเอาไว้ในวัสดุกักเก็บ เช่น เกลือหลอมเหลว พลังงานความร้อนนี้สามารถเก็บไว้หลายชั่วโมง ทำให้โรงไฟฟ้ายังผลิตไฟฟ้าได้แม้ในยามค่ำคืน
โรงไฟฟ้า Solar Electric Generating Station I ในแคลิฟอร์เนีย ถือเป็นโรงไฟฟ้าเชิงพาณิชย์แห่งแรกของโลกที่ใช้เทคโนโลยี CSP ควบคู่กับระบบกักเก็บพลังงานความร้อน โรงไฟฟ้าแห่งนี้สร้างขึ้นในปี 1984 มีกำลังผลิต 13.8 เมกะวัตต์ และสามารถเก็บพลังงานได้นาน 3 ชั่วโมง หลังอาทิตย์ตกดิน นับเป็นก้าวแรกของการพิสูจน์ว่าโรงไฟฟ้าพลังแสงอาทิตย์ไม่จำเป็นต้องสิ้นพลังเมื่อดวงอาทิตย์หมดแสง
2. ระบบเก็บพลังงานด้วยแบตเตอรี่ขนาดมหึมา ที่เก็บพลังงานจากแผงโซลาร์เซลล์ในช่วงกลางวันเอาไว้ใช้ในเวลากลางคืน
ราคาแบตเตอรี่ลิเทียมไอออนที่ลดลงอย่างมากในช่วง 10 ปีที่ผ่านมา ทำให้แนวคิดพลังงานแสงอาทิตย์ 24 ชั่วโมง เริ่มมีความเป็นไปได้ในเชิงเศรษฐศาสตร์
พัฒนาการที่ก้าวกระโดด
ความก้าวหน้าครั้งสำคัญเกิดขึ้นในปี 2015 เมื่อเครสเซนต์ ดูนส์ (Crescent Dunes) ในรัฐเนวาดา เปิดตัวในฐานะโรงไฟฟ้า CSP ขนาดใหญ่แห่งแรกที่ใช้เกลือหลอมเหลวเป็นทั้งตัวรับและตัวเก็บพลังงาน
ด้วยกระจกเฮลิโอสแตตหลายพันบานที่สะท้อนแสงไปยังหอคอยกลาง ความร้อนสูงถึง 565 องศาเซลเซียสถูกเก็บไว้ในเกลือหลอมเหลวมหาศาลถึง 32,000 ตัน ซึ่งสามารถเก็บพลังงานไว้ผลิตไฟฟ้าได้นาน 10 ชั่วโมง โดยไม่ต้องพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิลแม้แต่น้อย
อย่างไรก็ตาม เครสเซนต์ ดูนส์ ประสบปัญหาถังเกลือรั่วในปี 2016 และถูกยกเลิกสัญญาในปี 2019 เป็นบทเรียนที่ย้ำเตือนว่าการเปลี่ยนผ่านแนวคิดสู่การปฏิบัติจริงในเชิงพาณิชย์นั้นไม่ใช่เรื่องง่าย แต่ความมุ่งมั่นที่จะพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตพลังงานแสงอาทิตย์ 24 ชั่วโมงก็ไม่ได้จบลงตรงนี้ แต่มีการศึกษาค้นคว้าอย่างต่อเนื่องมาโดยตลอด
แต่การเปลี่ยนแปลงที่น่าตื่นเต้นที่สุดในวงการพลังงานหมุนเวียน คือทิศทางของต้นทุน ตลอด 10 ปีที่ผ่านมา ต้นทุนติดตั้งแบตเตอรี่กักเก็บพลังงานลดลงเฉลี่ย 20% ต่อปี ขณะที่การใช้งานเติบโต 80% ต่อปี
จนในปี 2024 เกิดเหตุการณ์ที่เรียกได้ว่าเป็น “จุดพลิกผัน” ของพลังงานหมุนเวียนอย่างแท้จริง ราคาอุปกรณ์แบตเตอรี่ระดับอุตสาหกรรมทั่วโลกลดลง 40% ภายในปีเดียว ซึ่งเป็นอัตราการลดลงที่เร็วที่สุดในประวัติศาสตร์ของอุตสาหกรรมนี้ และในปี 2025 ราคาแบตเตอรี่กักเก็บพลังงานลดลงอีก 31%
ผลก็คือ ช่วงปลายปี 2025 ต้นทุนการกักเก็บพลังงานสุทธิ (LCOS) ลดลงมาเหลือเพียง 65 เหรียญสหรัฐฯ ต่อเมกะวัตต์ชั่วโมง ซึ่งเป็นตัวเลขที่ถูกกว่าโรงไฟฟ้าถ่านหินที่ผลิตได้ในราคา 118 เหรียญสหรัฐฯ ต่อเมกะวัตต์ชั่วโมง และโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่ผลิตได้ในราคา 182 เหรียญสหรัฐฯ ต่อเมกะวัตต์ชั่วโมง
ตัวอย่างที่โดดเด่น
โครงการที่เป็นเสมือนหมุดหมายสำคัญของการผลิตพลังงานแสงอาทิตย์ 24 ชั่วโมง เกิดขึ้นในปี 2025 เมื่อสหรัฐอาหรับเอมิเรตส์ประกาศโครงการ Round-the-Clock (RTC) ซึ่งถือเป็นโครงการแรกของโลกในระดับกิกะสเกล ที่มุ่งผลิตพลังงานสะอาดสำหรับสาธารณูปโภคพื้นฐานแบบจริงจัง
โครงการ RTC เริ่มก่อสร้างอย่างเป็นทางการในเดือนตุลาคม 2025 ที่อาบูดาบี ด้วยมูลค่าเงินลงทุนประมาณ 6 พันล้านเหรียญสหรัฐฯ โครงการนี้ครอบคลุมพื้นที่ 90 ตารางกิโลเมตร จะสามารถจ่ายไฟฟ้าต่อเนื่อง 1 กิกะวัตต์ตลอด 24 ชั่วโมง 365 วันต่อปี เพียงพอสำหรับบ้านเรือนระหว่าง 500,000 ถึง 1 ล้านหลังคาเรือน และช่วยลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ได้ประมาณ 5.7 ล้านตันต่อปี เมื่อเทียบกับโรงไฟฟ้าก๊าซธรรมชาติขนาดเท่ากัน และตั้งเป้าหมายว่าจะกลายเป็นต้นแบบสำหรับโครงการคล้ายกันทั่วโลก
ขณะที่โรงไฟฟ้า Gemasolar ประเทศสเปน ใกล้เมืองเซบิยา ถือเป็นหนึ่งในโครงการ CSP ที่โด่งดังที่สุด โรงไฟฟ้าแห่งนี้สามารถสร้างสถิติผลิตไฟฟ้าตลอด 24 ชั่วโมงต่อเนื่องได้ถึง 36 วัน โดยใช้การเก็บพลังงานด้วยเกลือหลอมเหลว
ระบบนี้ใช้กระจกเฮลิโอสแตตจำนวน 2,650 บาน สะท้อนแสงไปยังหอคอยกลาง และสามารถเก็บความร้อนไว้เพื่อผลิตไฟฟ้าได้ 18 ชั่วโมงโดยไม่ต้องใช้แสงอาทิตย์เพิ่มเติม
โรงไฟฟ้า CSP ในมองโกเลียใน ประเทศจีน เป็นอีกหนึ่งเหตุการณ์สำคัญที่เกิดขึ้นในปี 2022 เมื่อโรงไฟฟ้า CSP ในมองโกเลียสามารถผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ได้ต่อเนื่อง 12 วันเต็มตลอด 24 ชั่วโมง
ส่วนโรงไฟฟ้า Bokpoort ในแอฟริกาใต้ก็สร้างสถิติที่สำคัญเช่นกัน โดยสามารถจ่ายไฟฟ้าได้ต่อเนื่อง 161 ชั่วโมง (เกือบ 7 วัน) ด้วยระบบเก็บพลังงานเกลือหลอมเหลว
ความท้าทายที่ต้องเผชิญ
แม้ว่าเทคโนโลยีจะพร้อม แต่การก้าวไปสู่ระบบพลังงานแสงอาทิตย์ 24 ชั่วโมงแบบ 100% ยังมีอุปสรรคสำคัญ นั่นคือ ความคุ้มค่าเชิงพาณิชย์ เพราะในบางพื้นที่ที่ค่าไฟฟ้าจากฟอสซิลยังถูกมาก การลงทุนในระบบแบตเตอรี่ขนาดใหญ่อาจจะยังดูไม่คุ้มทุนในช่วงแรก
นอกจากนั้น ยังมีปัญหาด้านต้นทุนการกักเก็บพลังงาน เพราะระบบแบตเตอรี่ขนาดใหญ่ยังมีต้นทุนสูง โดยเฉพาะหากต้องเก็บพลังงานหลายสิบชั่วโมง ยังไม่รวมถึงปัญหาเรื่องทำเลก่อสร้าง ซึ่งต้องใช้พื้นที่ขนาดใหญ่ยักษ์ และอุปสรรคด้านความผันผวนของสภาพอากาศ หากเกิดพายุหรือช่วงเมฆหนาหลายวัน การผลิตพลังงานอาจลดลงมาก
อย่างไรก็ตาม นักวิเคราะห์พลังงานจำนวนมากเชื่อว่า เมื่อราคาของแบตเตอรี่และเทคโนโลยีเก็บพลังงานลดลงอย่างต่อเนื่อง ปัญหาเหล่านี้จะค่อยๆ ลดลงเช่นกัน
ผู้เชี่ยวชาญหลายคนเชื่อว่าโลกกำลังเข้าสู่ยุคใหม่ของพลังงานที่เรียกว่า พลังงานหมุนเวียนแบบสั่งการได้ (dispatchable renewables) ซึ่งเป็นระบบพลังงานหมุนเวียนที่ควบคุมการจ่ายไฟฟ้าได้อย่างสะดวกเหมือนโรงไฟฟ้าแบบดั้งเดิม สามารถเปิด ปิด หรือปรับเปลี่ยนได้ตามความต้องการใช้ไฟฟ้า ซึ่งช่วยสร้างเสถียรภาพให้กับระบบไฟฟ้า
จึงเป็นไปได้ว่า หากเทคโนโลยีกักเก็บพลังงานยังคงพัฒนาอย่างต่อเนื่อง โลกอาจเข้าสู่ยุคที่พลังงานจากแสงอาทิตย์เพียงอย่างเดียวสามารถตอบสนองความต้องการพลังงานของมนุษย์ได้ตลอด 24 ชั่วโมง ซึ่งจะเป็นก้าวสำคัญที่จะพาเราสู่ระบบพลังงานที่สะอาด ยั่งยืน และปลอดคาร์บอนอย่างแท้จริง
ข้อมูลอ้างอิง
https://www.mdpi.com/1996-1073/17/1/22