ทุกวันนี้เวลาเราพูดถึงหน้าร้อนของเมืองไทย หลายคนคงนึกถึงแค่แอร์ที่ทำงานหนักและค่าไฟที่พุ่งสูง แต่จริงๆ แล้วเบื้องหลังยังมีเรื่องราวทางเทคโนโลยีที่น่าสนใจซ่อนอยู่ นั่นคือการต่อสู้ระหว่างความร้อนกับอุปกรณ์ไฟฟ้าที่เราใช้งานอยู่ในชีวิตประจำวันของเรา ตั้งแต่แผงโซลาร์เซลล์บนหลังคา ไปจนถึงที่ชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า บทความนี้จะพาไปรู้จักกับวัสดุตัวหนึ่งที่อาจเป็นคำตอบของปัญหานี้ พร้อมทั้งเข้าใจว่าทำไมความร้อนระดับ 40 องศาถึงเป็นตัวเลขที่สำคัญกว่าที่คิด 

ยิ่งร้อน ยิ่งใช้ไฟ

หน้าร้อนปีที่ผ่านมา บางพื้นที่ของไทยความร้อนแตะถึง 44 องศา คนเปิดแอร์กันทั้งประเทศจนความต้องการไฟฟ้าทำสถิติใหม่เกือบ 37,000 เมกะวัตต์ ยิ่งรถยนต์ไฟฟ้ามีมากขึ้นเรื่อยๆ ความต้องการไฟก็ยิ่งสูงตามไปอีก

อย่างไรก็ตาม มีอุปกรณ์ตัวหนึ่งที่อยู่เบื้องหลังและทำงานอย่างหนัก ซึ่งก็คือ อินเวอร์เตอร์ เป็นกล่องที่คอยแปลงไฟฟ้าให้ใช้งานได้ ทั้งในแผงโซลาร์เซลล์ ที่ชาร์จรถ และเครื่องจักรทั่วไป แต่ปัญหาของเจ้ากล่องนี้ คือ มันไม่ถูกกับความร้อนอย่างที่สุด

หลักฐานการทดลองจริงในเมืองไทย

เคยมีการทดลองจริงในไทยที่นักวิจัยติดตั้งระบบโซลาร์เซลล์ที่จังหวัดปทุมธานี แล้วเฝ้าดูว่า เมื่ออากาศร้อนขึ้น อินเวอร์เตอร์จะทำงานอย่างไร คำตอบ คือ ตราบใดที่อากาศต่ำกว่า 37 องศา มันสามารถทำงานได้ดีมาก แต่พออุณหภูมิเกินเมื่อไหร่ประสิทธิภาพก็ร่วงลงทันที ที่น่ากลัวกว่านั้นคือ ข้างในกล่องร้อนกว่าอากาศภายนอกเสมอ ราวๆ 10 ถึง 14 องศา นั่นก็แปลว่า วันที่อากาศมีอุณหภูมิ 37 องศา ข้างในกล่องอาจแตะ 50 องศาได้แล้วถ้าเจอคลื่นความร้อน 40 องศาแบบที่ไทยเจอบ่อยขึ้นทุกๆปี ข้างในก็ยิ่งจะร้อนไปอีก จุดที่ร้อนและเปราะบางที่สุดในกล่อง คือ ชิ้นส่วนเล็กๆ ที่คอยเปิดปิดกระแสไฟและเป็นจุดที่วัสดุตัวใหม่ที่จะกล่าวถึงสามารถเข้ามาช่วยได้พอดี

ทำความรู้จักซิลิคอนคาร์ไบด์

ชิ้นส่วนเปิดปิดไฟพวกนี้ปกติทำจากซิลิคอน วัสดุที่เราใช้กันมากว่า 60 ปี ปัญหาคือ วัสดุเดิมเริ่มไปไม่ไหวเมื่อความร้อนเกิน 150 องศา แต่ยังมีวัสดุอีกตัวที่สามารถทนทานได้กว่ามาก มีชื่อว่า ซิลิคอนคาร์ไบด์ หรือเรียกสั้นๆ ว่า SiC มันเกิดจากการเอาซิลิคอนไปจับคู่กับคาร์บอน ทำให้พันธะข้างในแข็งแรงขึ้นเยอะ ผลก็คือ สามารถทนความร้อนได้สูงกว่าซิลิคอนธรรมดามาก แถมยังนำความร้อนได้ดีกว่า 2 ถึง 3 เท่า จึงคายความร้อนออกจากตัวเองได้ไวกว่า นอกจากนี้ยังมีการวัดเทียบกันแล้วพบว่า อุปกรณ์ที่ใช้ SiC ทำงานได้มีประสิทธิภาพกว่าซิลิคอนธรรมดาถึง 2.6% ถือเป็นส่วนต่างที่ไม่น้อยเลยทีเดียวสำหรับงานที่ต้องรีดประสิทธิภาพในทุกๆ เปอร์เซ็นต์

ทนได้ กับ อยู่ได้นาน เป็นคนละเรื่อง

ทนความร้อนเป็นเรื่องหนึ่ง แต่จะใช้งานได้นานแค่ไหนเป็นอีกเรื่อง มีงานวิจัยซึ่งลองคำนวณแล้วดูว่า ถ้าเอา SiC มาใช้ในอินเวอร์เตอร์ อายุการใช้งานจะยืดออกไปแค่ไหน โดยเทียบพื้นที่ของอากาศที่มีอุณหภูมิร้อนกับพื้นที่มีอุณหภูมิอากาศเย็น

ผลที่ได้คือ ในพื้นที่อากาศที่มีอุณหภูมิร้อน SiC ยืดอายุได้ประมาณ 8 ปี ส่วนพื้นที่มีอุณหภูมิอากาศเย็นยืดได้ถึง 21 ถึง 26 ปี เหตุผลที่พื้นที่อากาศที่มีอุณหภูมิร้อนยืดอายุได้น้อยกว่าก็เพราะมีความร้อนที่สูงอยู่แล้วคอยเร่งให้อุปกรณ์เสื่อมเร็วขึ้น จนแม้แต่วัสดุที่ถึกทนอย่าง SiC ก็ยังยืดอายุได้ไม่เต็มที่ นี่เป็นสัญญาณเตือนว่า สำหรับเมืองร้อนอย่างไทย แค่เปลี่ยนมาใช้ SiC เฉยๆ ยังไม่เพียงพอ 

อย่าลืมว่าไทยไม่ได้แค่ร้อน แต่ชื้นด้วย

อีกเรื่องที่คนมักมองข้ามคือ ไทยเป็นเมืองร้อนชื้น และเจ้าความชื้นนี่แหละที่กัดกร่อนอุปกรณ์ในแบบที่ความร้อนแห้งๆ ทำไม่ได้

ผู้ผลิต SiC รายใหญ่รายหนึ่งเตือนไว้ตรงๆ ว่า สำหรับงานที่ต้องเจอความชื้นสูง การทดสอบมาตรฐานทั่วไปไม่พอแล้ว ต้องใช้การทดสอบที่โหดกว่าเดิมที่เรียกว่า HV-H3TRB ซึ่งจับอุปกรณ์ไปเจอไฟแรงสูง ความชื้น 85 เปอร์เซ็นต์ และความร้อน 85 องศา พร้อมกันนานเป็นพันชั่วโมง เพื่อจำลองสภาพที่เลวร้ายที่สุดในเวลาสั้นๆ ใครจะเลือกอุปกรณ์มาใช้ในไทย จุดนี้คือ สิ่งที่ควรจะต้องมองหาและตรวจสอบก่อนเลย

ติดตั้งให้ดี ช่วยได้ทันที

เรื่องสุดท้ายเป็นสิ่งที่ทำได้เลยโดยไม่ต้องรอเทคโนโลยีใหม่ นั่นคือ การออกแบบและติดตั้งให้ถูกต้อง คู่มือจากผู้เชี่ยวชาญที่ลงมือติดตั้งจริงให้ตัวเลขที่น่าสนใจไว้ว่า ที่ 40 องศา อินเวอร์เตอร์ยังจ่ายไฟได้เต็ม 100 เปอร์เซ็นต์ แต่พอเกิน 40 องศาไปแม้แค่นิดเดียว มันจะเริ่มลดกำลังลงทันที เท่ากับว่า คลื่นความร้อน 40 องศาของไทยอยู่ตรงจุดหัวเลี้ยวหัวต่อพอดี การติดตั้งจึงสำคัญกว่าที่หลายคนคิด ยังมี วิธีง่ายๆ ที่ทำได้ก็มี เช่น ตั้งไว้ในที่ร่มที่อากาศถ่ายเทสะดวก วางในแนวตั้งเพื่อให้ความร้อนลอยขึ้นได้เอง อย่าให้แดดส่องตรงที่ตู้ และหมั่นล้างไส้กรองไม่ให้อุดตัน

นอกจากนี้ มีหลักคิดง่ายๆ ที่ทั้งผู้เชี่ยวชาญและงานวิจัยพูดตรงกันว่า ทุกครั้งที่ลดความร้อนลงได้ 10 องศา อายุอุปกรณ์จะเพิ่มเป็นเท่าตัว แค่ดูแลเรื่องความร้อนให้ดีก็สามารถยืดอายุการใช้งานได้ยาวนานมากแล้ว