วัสดุเพื่อการผลิตไฟฟ้าแบบไฮบริด จากสายลม แสงแดด และสายฝน

 

นี่เป็นความคิดที่สุดยอดมากในการคิดค้น วัสดุเพื่อการผลิตไฟฟ้าแบบไฮบริด ที่สามารถเปลี่ยนพลังงานหมุนเวียนจากธรรมชาติ แสงแดด สายลม และสายฝน ให้เป็นพลังงานไฟฟ้า โดยรวมอยู่ในวัสดุเพียงสิ่งเดียว ซึ่งเขาผลิตมาในรูปแบบของฟิล์ม และแบบเส้นไย ซึ่งสามารถนำไปประยุกต์ใช้ได้หลายรูปแบบ

วัสดุเพื่อการผลิตไฟฟ้าแบบไฮบริด

ผลงานชิ้นนี้เป็นงานวิจัยของนักวิทยาศาสตร์ Professor Elias Siores ของประเทศอังกฤษจากสถาบัน IMRI (Institute for Materials Research and Innovation) แห่งมหาวิทยาลัยโบลตัน เป็นการรวมเอาจุดเด่นของวัสดุที่ใช้ผลิตไฟฟ้า 2 อย่างเข้าด้วยกันเพื่อเป็นการปิดจุดด้อยของกันและกัน

อย่างแรกคือ เพียโซอิเลคทริค (Piezoelectric Material) เป็นวัสดุที่มีคุณสมบัติเมื่อถูกแรงกดหรือแรงดึงจะสามารถเปลี่ยนไปเป็นพลังงานไฟฟ้าได้ และในทางกลับกันก็สามารถเปลี่ยนไฟฟ้ามาเป็นพลังงานกลได้ วัสดุประเภทนี้ถูกค้นพบในปี 1880 โดย Pierre and Jacques Curie และได้มีการนำมาประยุกต์ใช้เป็นครั้งแรกเพื่อเป็นเครื่องตรวจจับเรือดำน้ำในระหว่างสงครามโลกครั้งที่ 1 ในสมัยแรกๆวัสดุที่ใช้ก็จะเป็นพวกเซรามิค เช่น  Barium Titanate, Lead Titanate, Lead ZirconateTitanate, Sodium/Potassium Niobate ซึ่งมีความแข็งและไม่มีความยืดหยุ่น และไม่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ในยุคหลังๆได้มีการพัฒนาไปเป็นพวกโพลีเมอร์ เช่น Polyvinylfluoride PVF, Polyvinylidene Fluoride PVDF และ porous polypropylyne PP เป็นต้น

อย่างที่สองคือ โฟโตโวลตาอิก (Photovoltaic Material) เป็นวัสดุที่มีคุณสมบัติในการเปลี่ยนแสงให้ไปเป็นพลังงานไฟฟ้าได้ โฟโตโวลตาอิกถูกแสดงด้วยการทดลองให้เห็นเป็นครั้งแรกโดยนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสชื่อ A.E. Becquerel และเขาก็เป็นคนแรกที่สร้าง ในปี 1954 เซลล์แสงอาทิตย์ได้ถูกผลิตและนำมาใช้ในทางปฏิบัติจริงเป็นครั้งแรก โดย Daryl Chapin, Calvin Souther Fuller และ Gerald Pearson  และต่อมาบริษัท ฮอฟแมน อิเล็กทรอนิกส์ได้ให้แผนกเซมิคอนดักเตอร์ของเขาบุกเบิกการผลิตและการผลิตแบบจำนวนมากของเซลล์แสงอาทิตย์ ซึ่งยังคงมีราคาแพงถึง 250 USD ต่อวัตต์ นั่นเป็นจุดเริ่มต้น และต่อมาก็มีการพัฒนามาเรื่อยๆแต่เป็นไปอย่างเชื่องช้า แต่ในปัจจุบันมีการพัฒนาอย่างรวดเร็วและทำให้ราคาถูกลงอย่างมาก มีการนำวัสดุหลากหลายมาใช้ ทั้งเป็นแบบผลึกซิลิคอน แบบฟิล์มบาง และปัจจุบันก็มีการศึกษาวิจัยถึงเซลล์แสงอาทิตย์แบบอินทรีย์ ว่ากันว่าจะทำให้ราคาถูกลงมาอย่างมาก

Hybrid piezoelectric-photovoltaic cell

ด้วยวัสดุที่ใช้ผลิตไฟฟ้าทั้งสองประเภทล้วนมีจุดอ่อน คือเมื่อไม่มีแสง โพโตโวลทาอิก ก็ไม่สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้ และเมื่อไม่มีพลังงานจากการเคลื่อนไหว เพียโซอิเลคตริก ก็ผลิตกระแสไฟฟ้าไม่ได้ ดังนั้นสถาบัน IMIR แห่งมหาวิทยาลัยโบลตัน ของอังกฤษผู้มีความเชี่ยวชาญเกี่ยวกับวัสดุทั้งสองประเภทก็เลย ทำการศึกษาวิจัยเพื่อรวมวัสดุทั้งสองประเภทเข้าด้วยกัน เรียกว่า Hybrid piezoelectric-photovoltaic cell  เริ่มตั้งแต่ปลายปี 2010 โดยผลิตออกมาในรูปของเส้นใย และฟิล์มบาง และมีการเลือกใช้วัสดุที่มีราคาถูก เช่นเมื่อมีแผ่นเซลล์แสงอาทิตย์แบบอินทรีย์ผลิตออกมาก็นำมาทดสอบผลิตด้วย มีการทดสอบวัดกระแสไฟฟ้าที่ผลิตได้จากแสง และยังมีการทดสอบผลิตกระแสไฟด้วยการทดสอบในอุโมงค์ลมอีกด้วย

การนำ วัสดุเพื่อการผลิตไฟฟ้าแบบไฮบริด ไปประยุกต์ใช้

เนื่องจากวัสดุนี้เป็นแบบที่ยืดหยุ่นได้ และมีความแข็งแรงทนทนทาน จึงสามารถประยุกต์ใช้ได้กับหลายงาน เช่น สามารถถักทอทำเป็นพรม เมื่อมีคน เดิน นั่ง หรือนอน พรมนี้ก็สามารถสร้างกระแสไฟได้ การใช้เป็นวัสดุทำหลังคาที่ยอดเยี่ยม นอกจากจะผลิตกระแสไฟฟ้าได้จากแสงอาทิตย์แล้ว เมื่อไม่มีแสง ขอเพียงมีลมหลังคานี้ก็สามารถผลิตกระแสไฟได้ อีกทั้งเมื่อตอนฝนตกก็สามารถผลิตไฟได้เช่นกัน เพราะว่ามันเป็นเส้นไยดังนั้นการนำไปเป็นผ้าเต้นท์หรือม่านก็ย่อมเป็นสิ่งที่ผลิตกระแสไฟฟ้าได้เช่นกัน

ในอนาคตอันใกล้ อาจจะมีการพัฒนานำไปต่อยอดให้สามารถผลิตกระไฟฟ้าได้ปริมาณมากๆ จนกลายเป็นแหล่งไฟฟ้าหมุนเวียนที่ไม่มีข้อจำกัดใดๆ ที่สามารถผลิตไฟฟ้าได้ตลอดเวลา เราหวังว่าเวลานั้นจะมาถึงโดยไว ซึ่งมันมีความเป็นไปได้ เมื่อหลายๆชาติได้มุ่งมั่นพัฒนาพลังงานหมุนเวียนเพิ่มมากขึ้น