เมื่อพลังงานแสงอาทิตย์พบกับวิทยาศาสตร์ - บทบาทของการตรวจสอบ PV ในการวิจัยประยุกต์

เส้นแบ่งระหว่างนวัตกรรมเทคโนโลยีและการวิจัยประยุกต์กำลังเลือนรางลงเรื่อยๆ ในภูมิทัศน์พลังงานปัจจุบัน ตัวอย่างที่เป็นรูปธรรมคือโครงการทดลองสองโครงการที่ใช้เทคโนโลยี Tigo เพื่อรวบรวมข้อมูลประสิทธิภาพความละเอียดสูงในระดับโมดูล โครงการเหล่านี้ได้รับการสนับสนุนโดย Energy4Climate (E4C) โดยโครงการหนึ่งติดตั้งที่ หอสังเกตการณ์บรรยากาศ SIRTA (Site Instrumental de Recherche par Télédétection Atmoshpérique) ในเขตปารีส และอีกโครงการหนึ่งติดตั้งที่วิทยาเขต มหาวิทยาลัยเฟรนช์โปลินีเซีย (UPF)

ศูนย์ Energy4Climate ของสถาบันโพลีเทคนิคแห่งปารีส (Institute Polytechnique de Paris) รวบรวมห้องปฏิบัติการเกือบ 30 แห่งที่ทำงานในสี่หัวข้อหลักที่ครอบคลุมเพื่อลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก ปรับปรุงประสิทธิภาพพลังงาน ใช้พลังงานหมุนเวียน และเสนอนโยบายพลังงานที่เกี่ยวข้อง E4C พัฒนาแพลตฟอร์มและอุปกรณ์สาธิตเพื่อทดสอบภายใต้สภาวะแวดล้อมจริง วิธีการ การจัดการ และแบบจำลอง E4C ได้รับการสนับสนุนจาก ^{โครงการ} ลงทุนแห่งอาเวนเนอร์ (Programme d'Investissements d'Avenir) ฉบับที่ 3 (ANR-18-EUR-0006-02) และโครงการสองโครงการด้านล่างนี้ได้รับทุนสนับสนุนร่วมจากมูลนิธิโพลีเทคนิค (Foundation of Ecole polytechnique) (ประธานฝ่ายวิจัย “ Défis Technologiques pour une Énergie Responsable ” หรือ “ความท้าทายทางเทคโนโลยีเพื่อพลังงานที่รับผิดชอบ” ซึ่งได้รับทุนสนับสนุนจาก TotalEnergies)

โครงการ #1 – เทคโนโลยี PV สี่ประการถูกทดสอบในตาฮีตี

โครงการแรกจากทั้งหมด 2 โครงการจัดขึ้นที่ UPF Campus บนเกาะตาฮีตี ซึ่งเป็นสภาพแวดล้อมแบบร้อนชื้นที่มีเงื่อนไขที่ท้าทายเป็นพิเศษ ได้แก่ ลมแรง ฝนตกน้อยตามฤดูกาล และมีความเสี่ยงสูงที่จะมีฝุ่นละอองและสิ่งสกปรกสะสมบนโมดูล PV

โรงงานแห่งนี้ประกอบด้วยโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์ทั้งแบบหน้าเดียวและสองหน้า ช่วยให้สามารถวิเคราะห์ประสิทธิภาพการทำงานภายใต้สภาพแวดล้อมที่คล้ายคลึงกันได้อย่างเปรียบเทียบ ส่วนของระบบแบบสองหน้านี้ผสานรวมโมดูลจากผู้ผลิตหลายราย ทำให้สามารถประเมินเทคโนโลยีและการออกแบบที่แตกต่างกัน ทั้งในด้านผลผลิตพลังงาน ความน่าเชื่อถือ และการตอบสนองต่อสภาวะแวดล้อมที่แตกต่างกัน มีการติดตั้ง Tigo TS4 optimizer เพื่อตรวจสอบประสิทธิภาพของโมดูลแต่ละโมดูล ทั้งแรงดันไฟ กำลังไฟฟ้า และกระแสไฟฟ้า และส่งข้อมูลผ่าน API ไปยังแพลตฟอร์มวิเคราะห์ข้อมูลของ E4C

เป้าหมายคือการวิเคราะห์ผลกระทบของสภาพแวดล้อมที่มีต่อโมดูลแต่ละประเภทอย่างแม่นยำ เพื่อให้เห็นภาพได้ชัดเจนยิ่งขึ้น ระบบตรวจสอบสภาพแวดล้อมขั้นสูงจะให้ข้อมูลการฉายรังสีและอุณหภูมิสำหรับแต่ละส่วน ทำให้สามารถวิเคราะห์แบบไขว้ได้อย่างแม่นยำสูง

โครงการ #2 – ระบบผลิตไฟฟ้าจากพลังงานหมุนเวียนและโมดูลสองด้าน: การทำงานร่วมกันระหว่างพืชผลและพลังงานแสงอาทิตย์ในฝรั่งเศส

การติดตั้งครั้งที่สองจัดขึ้นที่ SIRTA หนึ่งในหอสังเกตการณ์บรรยากาศชั้นนำของยุโรป โดยมีเครื่องมือมากกว่า 200 เครื่องคอยตรวจสอบสภาพแวดล้อมในชั้นบรรยากาศอย่างต่อเนื่อง การติดตั้งนี้เป็นส่วนหนึ่งของโครงการ AgriPV-ER ซึ่งสนับสนุน โครงการ Pôle National de Recherche sur l'Agriphotovoltaïsme (หรือ “ศูนย์วิจัยการเกษตรไฟฟ้าพลังน้ำแห่งชาติ”) ของ INRAE โครงการนี้ได้รับการสนับสนุนจากโครงการ France 2030 และ PEPR TASE (22-PETA-0007)

โครงการนี้มุ่งเน้นการบูรณาการการเกษตรและพลังงานแสงอาทิตย์ ภายในหอดูดาว SIRTA ในเมืองปาเลโซ ระบบเกษตรพลังงานแสงอาทิตย์ผสมผสานการปลูกอัลฟัลฟาและข้าวสาลีเข้ากับการติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์แบบสองหน้าเหนือพื้นที่เพาะปลูก มีการติดตั้งเครื่องมือมากกว่า 50 ชิ้นเพื่อติดตามสภาพอากาศ ดิน รังสี และตัวแปรสถานะของพลังงานแสงอาทิตย์

นอกจากนี้ ตัวเพิ่มประสิทธิภาพ Tigo TS4 ยังช่วยให้สามารถรวบรวมข้อมูลระดับโมดูลโดยละเอียด ซึ่งมีความจำเป็นต่อการวิเคราะห์และสร้างแบบจำลองปฏิสัมพันธ์ระหว่างวงจรการเจริญเติบโตของพืชและประสิทธิภาพการใช้พลังงานของระบบ PV

หนึ่งในผลการศึกษาที่น่าสนใจที่สุดเกี่ยวข้องกับ ความแปรผันของ ค่าอัลเบโด ตามฤดูกาล นั่นคือ ความสามารถในการสะท้อนแสงอาทิตย์ของดิน (หรือในกรณีนี้คือของพืชพรรณ) ในฤดูกาลที่อากาศอบอุ่นกว่า โดยเฉพาะอย่างยิ่งระหว่างปลายเดือนมีนาคมถึงต้นเดือนเมษายน พ.ศ. 2568 พบว่า พลังงานที่นำกลับมาใช้ใหม่ จากออปติไมเซอร์เพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัด ซึ่งเกิดจากค่าอัลเบโดที่ไม่สม่ำเสมอที่เกิดจากพืชพรรณปกคลุมและเงาของแผงโซลาร์เซลล์บางแผงที่เกิดจากอุปกรณ์ที่ติดตั้ง ในช่วงเวลานี้ พืชจะเจริญเติบโตเต็มที่และบดบังแสงอย่างเต็มที่ ความแตกต่างของสีของใบและการกระจายตัวที่ไม่สม่ำเสมอทำให้เกิดการสะท้อนแสงที่ไม่สม่ำเสมอ ทำให้บทบาทของออปติไมเซอร์มีความสำคัญยิ่งขึ้น ไม่ใช่แค่การตรวจสอบประสิทธิภาพเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการเพิ่มผลผลิตพลังงานสูงสุดโดยการลดผลกระทบจากความไม่ตรงกัน

เมื่อพืชเริ่มเหี่ยวเฉา สีของมันจะเปลี่ยนไปและค่าการสะท้อนแสงจะลดลงอย่างต่อเนื่อง ซึ่งส่งผลกระทบต่อผลผลิตของโมดูลไบเฟเชียลอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ในทางกลับกัน ในช่วงฤดูหนาว ค่าการสะท้อนแสงที่พุ่งสูงเป็นกระจุกอาจเกิดจากหิมะตกสั้นๆ แต่ผลผลิตโดยรวมยังคงลดลงเนื่องจากสภาพอากาศที่ไม่เอื้ออำนวย

ที่น่าสังเกตคือโรงงานแห่งนี้ตั้งอยู่ในพื้นที่ที่มีฝนตกบ่อยและสภาพอากาศที่มืดครึ้มบ่อยครั้ง ส่งผลให้การผลิตเกิดความผันผวนตามธรรมชาติเนื่องจากมีเมฆปกคลุม ด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์กำลังไฟฟ้าของ Tigo ไม่เพียงแต่รับประกันพลังงานสูงสุดในทุกสภาวะเท่านั้น แต่ยังสามารถตรวจสอบความผันผวนเหล่านี้ได้อย่างแม่นยำ โดยแปลงแม้แต่สภาพแวดล้อมที่ซับซ้อนและผันผวนให้เป็นข้อมูลที่มีค่าเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของระบบ

บทบาทของเทคโนโลยี Tigo ในการวิจัยทางวิทยาศาสตร์

“ตัวเพิ่มประสิทธิภาพ Tigo TS4 ให้ค่าที่เราต้องการเพื่อศึกษาประสิทธิภาพของแต่ละโมดูล ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของระบบที่ใหญ่กว่ามาก” มอยรา ตอร์เรส นักวิจัยหลังปริญญาเอกประจำ ห้องปฏิบัติการ GeePs (Laboratoire de Génie Electrique et Electronique de Paris) ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของ CentraleSupélec กล่าว “สิ่งนี้ช่วยให้เราเข้าใจได้ดียิ่งขึ้นว่าโมดูลตอบสนองต่อสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกันอย่างไร และเพื่อปรับปรุงการคาดการณ์การผลิต ข้อมูลที่สกัดจากตัวเพิ่มประสิทธิภาพ Tigo ประมวลผลและแสดงภาพผ่านแพลตฟอร์ม Energy Intelligence รวมกับข้อมูลด้านสิ่งแวดล้อม ไม่เพียงแต่ใช้เพื่อตรวจสอบความถูกต้องของแบบจำลองที่มีอยู่แล้วเท่านั้น แต่ยังใช้พัฒนาแบบจำลองใหม่ๆ ได้อีกด้วย”

บทสรุป – ข้อมูลขับเคลื่อนนวัตกรรม

โครงการเหล่านี้ถือเป็นข้อยืนยันที่สำคัญ: ข้อมูลที่เทคโนโลยี Tigo มอบให้ไม่เพียงแต่สนับสนุนการดำเนินงานระบบ PV ในแต่ละวันเท่านั้น แต่ยังกลายเป็นเครื่องมือสำคัญสำหรับการวิจัยทางวิทยาศาสตร์อีกด้วย ในบริบทที่แตกต่างกันอย่างมาก ตั้งแต่สภาพอากาศเขตร้อนไปจนถึงภูมิทัศน์ทางการเกษตรในยุโรป การปรับปรุงประสิทธิภาพระดับโมดูลจึงเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งต่อการทำความเข้าใจ คาดการณ์ และปรับปรุงประสิทธิภาพของระบบโฟโตวอลตาอิกในอนาคต

‍