Lámpara solar

Una lámpara solar, también conocida como luz solar o linterna solar, es un sistema de iluminación compuesto por una lámpara LED, paneles solares, una batería, un controlador de carga y, posiblemente, un inversor. La lámpara funciona con electricidad proveniente de baterías, que se cargan mediante un panel solar fotovoltaico.

La iluminación doméstica con energía solar puede reemplazar otras fuentes de luz como velas o lámparas de queroseno. Las lámparas solares tienen un menor costo operativo que las de queroseno, ya que la energía renovable del sol es gratuita, a diferencia del combustible. Además, las lámparas solares no producen contaminación del aire interior, a diferencia de las de queroseno. Sin embargo, las lámparas solares generalmente tienen un costo inicial más alto y dependen de las condiciones climáticas.

Las lámparas solares para uso rural suelen tener la capacidad de suministrar electricidad a otros dispositivos, como la carga de teléfonos móviles. Inversores estadounidenses han estado trabajando en el desarrollo de una linterna solar de 10 dólares por unidad para reemplazar las lámparas de queroseno.

Historia

Cuota de mercado global en términos de producción anual por tecnología fotovoltaica desde 1990.

Algunos sistemas fotovoltaicos solares utilizan paneles de silicio monocristalino o policristalino, mientras que las tecnologías más recientes emplean células solares de película delgada. Desde la introducción de las células solares modernas en 1954 en los laboratorios Bell, los avances en la eficiencia de estas células para convertir la luz en energía eléctrica, junto con las técnicas de fabricación modernas y las economías de escala, han propiciado un crecimiento internacional de la energía fotovoltaica.

En 2016, las lámparas LED consumían solo alrededor del 10 % de la energía que requiere una lámpara incandescente. La eficiencia en la producción de lámparas LED ha propiciado su creciente adopción como alternativa a otros sistemas de iluminación eléctrica.

Componentes

La estructura completa de la lámpara solar se muestra en la Figura 2.

Paneles solares

Los paneles solares están hechos de silicio, un material semiconductor. Una célula solar tiene dos capas de silicio. La capa inferior tiene menos electrones y, por lo tanto, presenta una ligera carga positiva debido a la naturaleza negativa de los electrones. Por otro lado, la capa superior tiene más electrones y presenta una ligera carga negativa. Se crea una barrera de potencial entre estas dos capas.

Cuando el flujo de partículas de luz llamadas fotones entra, cede su energía a los átomos del silicio. Esto provoca que un electrón pase de un enlace covalente a un nivel de energía superior, de una capa superior a una inferior. Esta promoción del electrón permite un movimiento más libre dentro del cristal, lo que genera una corriente eléctrica. Cuanta más luz atraviesa el cristal, más electrones se mueven y, por lo tanto, mayor es el flujo de corriente. Este proceso se conoce como efecto fotovoltaico y fotoeléctrico. Los sistemas fotovoltaicos convierten directamente la luz solar en electricidad.

Los paneles solares están compuestos por capas de diferentes materiales, como se puede observar en la Figura 2, en el siguiente orden: vidrio, encapsulado, células cristalinas, encapsulado, lámina posterior, caja de conexiones y, por último, marco. El encapsulado evita la entrada de humedad y contaminantes que podrían causar problemas.

Figura 2

Batería

Una batería suele estar alojada en una carcasa de metal o plástico. Dentro de la carcasa se encuentran los electrodos, incluidos los cátodos y los ánodos, donde tienen lugar las reacciones químicas. Entre el cátodo y el ánodo hay un separador que impide que los electrodos reaccionen entre sí, a la vez que permite que la carga eléctrica fluya libremente entre ellos. Finalmente, el colector conduce la carga desde la batería hacia el exterior.

Las baterías que se encuentran dentro de las lámparas solares suelen utilizar tecnología de electrolito en gel con un alto rendimiento en descargas profundas, para permitir su uso en rangos de temperatura extremos. También pueden utilizar plomo-ácido, níquel-hidruro metálico, níquel-cadmio o litio.

Esta parte de la lámpara almacena energía del panel solar y proporciona energía cuando se necesita por la noche, cuando no hay luz disponible.

En general, la eficiencia de la conversión de energía fotovoltaica está limitada por razones físicas. Alrededor del 24% de la radiación solar de longitud de onda larga no se absorbe. El 33% se pierde en forma de calor al entorno, y las pérdidas adicionales son de aproximadamente el 15-20%. Dado que solo se absorbe el 23%, la batería es un componente crucial de la lámpara solar.

controlador de carga

Esta sección controla todos los sistemas de funcionamiento para proteger la carga de la batería. Garantiza que, bajo cualquier circunstancia, incluso en condiciones climáticas extremas con grandes diferencias de temperatura, la batería no se sobrecargue ni se descargue en exceso, evitando así daños adicionales.

Esta sección también incluye componentes adicionales como controlador de luz, controlador de tiempo, sonido, compensación de temperatura, protección contra rayos, protección contra polaridad inversa e interruptores de transferencia de CA que garantizan que las cargas de respaldo sensibles funcionen normalmente cuando se produce un corte de energía.

Principios de funcionamiento

Figura 3

Las luces LED se utilizan por su alta eficiencia luminosa y larga vida útil. Mediante un controlador de carga de CC, el control sin contacto enciende automáticamente la luz al anochecer y la apaga durante el día. En ocasiones, también se combina con temporizadores para programar el encendido y apagado automático de la luz.

Como se muestra en la Figura 3, el chip incluye el microchip (R), B-, B+, S- y S+. S+ y S- están conectados a paneles solares mediante cables; uno de ellos tiene carga positiva y el otro negativa. En este caso, B- y B+ están conectados a dos baterías. La luz se mostrará a través del LED cuando todos estos componentes estén conectados.

Beneficios

Las lámparas solares pueden ser más fáciles de instalar y mantener para los clientes, ya que no requieren un cable eléctrico. Las lámparas solares pueden beneficiar a los propietarios con menores costos de mantenimiento y costos de facturas de electricidad. Las lámparas solares también se pueden utilizar en

áreas donde no hay red eléctrica o áreas remotas que carecen de un suministro eléctrico confiable. Hay muchas historias de personas con enfermedades pulmonares, deterioro de la vista, quemaduras e incluso la muerte simplemente porque no tienen una alternativa saludable a la luz por la noche. Las mujeres se han sentido inseguras al caminar al baño afuera después del anochecer. Parteras dan a luz bebés usando solo una vela, y los estudiantes no pueden estudiar cuando se pone el sol por falta de luz, lo que lleva a un aumento del analfabetismo y la pobreza perpetua. Estas son las realidades para más de mil millones de personas en todo el mundo. La falta de iluminación equivale a la pobreza continua que se siente en todo el mundo. En una lámpara de energía solar, la energía luminosa se convierte en energía eléctrica, es decir, es conveniente para nuestra vida diaria.

La producción de energía solar está limitada por las condiciones meteorológicas y puede ser menos efectiva si está nublado, llueve o es invierno.

Los hogares que cambian las lámparas de queroseno por lámparas solares también se benefician al reducir los riesgos para la salud asociados con las emisiones de queroseno. El queroseno suele tener efectos negativos en los pulmones humanos.

El uso de energía solar minimiza la contaminación generada en interiores, donde el queroseno se ha relacionado con problemas de salud. Sin embargo, los paneles fotovoltaicos están hechos de silicio y otros metales tóxicos, como el plomo, cuya eliminación puede resultar complicada.

El uso de luces solares mejora la educación de los estudiantes que viven en hogares sin electricidad. Cuando la organización sin fines de lucro Unite-To-Light donó lámparas solares a

Las escuelas de una región remota de KwaZulu-Natal, en Sudáfrica, vieron cómo las calificaciones y los índices de aprobación mejoraron en más del 30%. La luz les da a los estudiantes más tiempo para estudiar después del anochecer.

Un estudio experimental realizado en 2017 en zonas sin electricidad del norte de Bangladesh reveló que el uso de linternas solares redujo el gasto total de los hogares, aumentó las horas de estudio en casa de los niños e incrementó su asistencia escolar. Sin embargo, no mejoró significativamente el rendimiento académico de los niños.

Usar

Farola solar

Artículo principal: Farola solar

Estas luces ofrecen una forma práctica y económica de iluminar las calles por la noche sin necesidad de redes eléctricas de corriente alterna para peatones y conductores. Pueden tener paneles individuales para cada lámpara del sistema, o bien un gran panel solar central y un banco de baterías para alimentar varias lámparas.

Farola solar LED

Rural

En las zonas rurales de la India, las lámparas solares, comúnmente llamadas linternas solares, que utilizan LED o bombillas fluorescentes compactas (CFL), se emplean para reemplazar las lámparas de queroseno, las velas y otras alternativas de iluminación económicas. Especialmente en zonas donde el acceso a la electricidad es difícil, las lámparas solares resultan muy útiles y, además, mejoran la calidad de vida.