เมื่อพูดถึงพลังงานแสงอาทิตย์ เรามักจะนึกถึงแผงโซลาร์เซลล์สีที่ติดตั้งอยู่บนหลังคาบ้าน ซึ่งได้รับความนิยมมากขึ้นจากกระแสด้านสิ่งแวดล้อมและการประหยัดพลังงาน แต่ข้อจำกัดคือมันทำงานได้ดีเมื่อมีแดดจัดเท่านั้น แต่ล่าสุดนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยโรเชสเตอร์ (Rochester University) ได้ทลายข้อจำกัดนั้นลง ด้วยการพัฒนา เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริกพลังงานแสงอาทิตย์ (STEG : Solar Thermoelectric Generators) แผงโซลาร์แบบใหม่ ที่เคลมว่ามีประสิทธิภาพสูงกว่าแผงโซลาร์เซลล์ในปัจจุบันถึง 15 เท่า มันสามารถสร้างไฟฟ้าได้จาก “ความร้อน” ทุกรูปแบบ ไม่ใช่แค่แสงแดด
รู้จัก STEG โรงไฟฟ้าจิ๋วที่เปลี่ยน ‘ความร้อน’ เป็น ‘ไฟฟ้า’
STEG ไม่ใช่เทคโนโลยีใหม่ มันทำงานด้วยหลักการที่เรียกว่าปรากฏการณ์ซีเบค (Seebeck effect) ลองจินตนาการถึงแผ่นวัสดุแผ่นหนึ่งที่มีด้านร้อนและด้านเย็น เมื่อมีความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างสองด้านนี้ กระแสไฟฟ้าจะวิ่งผ่านสารกึ่งตัวนำที่คั่นกลางอยู่ทันที
ข้อดีสุดของ STEG คือมันสามารถใช้แหล่งความร้อนอะไรก็ได้ ไม่ว่าจะเป็นความร้อนจากแสงแดด ความร้อนจากเครื่องจักรในโรงงาน หรือแม้กระทั่งความร้อนจากร่างกายมนุษย์ แต่ปัญหาที่ทำให้มันไม่เคยถูกนำมาใช้งานอย่างแพร่หลาย เพราะประสิทธิภาพต่ำ โดย STEG ทั่วไปสามารถเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นไฟฟ้าได้ไม่ถึง 1% เทียบกับแผงโซลาร์เซลล์ทั่วไปที่ทำได้ราว 20% ซึ่งมีความพยายามหลายครั้งที่พัฒนา STEG ในการนำมาใช้จริง แต่ก็ล้มเหลวเรื่อยมา
แต่ทีมวิจัยจากโรเชสเตอร์ พวกเขาเลือกที่จะไม่ยุ่งกับสารกึ่งตัวนำเลย แต่ไปทดสอบด้วยการทำให้ด้านร้อนเกิดความร้อนสุดขีด และ ด้านเย็นเกิดความเย็นจัด ด้วยวิธีต่อไปนี้
- สร้าง ‘โลหะดำ’ ดูดกลืนแสง : ทีมวิจัยใช้เทคโนโลยีเลเซอร์ความเร็วสูงยิงพื้นผิวของโลหะทังสเตนในระดับนาโน ทำให้มันกลายเป็น โลหะดำ (Black metal) ที่มีคุณสมบัติดูดกลืนพลังงานจากแสงอาทิตย์ได้ดี และคายความร้อนได้ช้า
- สร้าง ‘เรือนกระจกจิ๋ว’ : พวกเขาได้นำพลาสติกใสมาครอบทับโลหะดำนั้นอีกชั้นหนึ่ง เพื่อสร้างสภาวะเหมือน “เรือนกระจก” ขนาดเล็ก ช่วยกักเก็บความร้อนไว้ ทำให้ด้านร้อนมีอุณหภูมิสูงขึ้นไปอีก
- อัปเกรดแผงระบายความร้อน : ในด้านเย็น พวกเขาใช้เทคโนโลยีเลเซอร์แบบเดียวกันยิงลงบนแผ่นอะลูมิเนียมธรรมดา เพื่อสร้างโครงสร้างระดับนาโนที่ช่วยเพิ่มความสามารถในการแผ่รังสีและพาความร้อน ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการระบายความร้อนได้ถึงสองเท่าเมื่อเทียบกับแผงระบายความร้อนทั่วไป
นั่นหมายความว่าแผงโซลาร์เซลล์ชนิดนี้จะสามารถดูดซึมและกักเก็บความร้อนในตัวแผงได้มากกว่าแผงแบบเดิม ไม่ว่าจะจากแสงอาทิตย์ ความร้อนจากสภาพแวดล้อม ร่วมกับการระบายความร้อนในอีกด้าน และกระตุ้นให้เกิดการนำไฟฟ้าขึ้น ทีมนักวิจัยกล่าวว่าความสำเร็จในการเพิ่มประสิทธิภาพขึ้น 15 เท่า สามารถนำมาใช้งานจริงและใกล้ตัวเรากว่าที่คิด
- อุปกรณ์เซนเซอร์ไร้สายจำนวนมหาศาลในบ้านหรือเมือง จะสามารถทำงานได้ด้วยตัวเอง โดยไม่ต้องมีแบตเตอรี่ เพียงแค่ใช้ความร้อนจากสภาพแวดล้อม
- อุปกรณ์สวมใส่ ลองจินตนาการถึงนาฬิกาอัจฉริยะหรือสายรัดข้อมือเพื่อสุขภาพ ที่สามารถชาร์จไฟได้จากความร้อนบนผิวหนังของเราตลอดเวลา
- พลังงานสำหรับพื้นที่ห่างไกล ด้วยคุณสมบัติที่เรียบง่าย ทนทาน และสามารถผลิตไฟฟ้าได้จากแหล่งความร้อนหลากหลายของ STEG อาจเป็นตัวช่วยด้านพลังงานสำหรับพื้นที่ห่างไกลที่ไฟฟ้าเข้าไม่ถึง
บางครั้งนวัตกรรมที่เปลี่ยนโลกอาจมาจากการมองปัญหาเดิมด้วยมุมมองใหม่ การเปลี่ยนจุดโฟกัสจากสิ่งที่ซับซ้อนไปสู่พื้นฐานที่ถูกมองข้าม จนนำมาสู่การแผงผลิตพลังงานไฟฟ้าที่ทำงานได้ทุกที่ ทุกเวลา ไม่ว่าวันนั้นแดดจะออกหรือไม่ก็ตาม อย่างไรก็ตาม การทดสอบนี้อยู่ในขั้นทดลองเท่านั้น