lampe solaire

Une lampe solaire, également appelée éclairage solaire ou lanterne solaire, est un système d'éclairage composé d'une lampe LED, de panneaux solaires, d'une batterie, d'un régulateur de charge et, éventuellement, d'un onduleur. La lampe fonctionne grâce à l'électricité stockée dans la batterie, elle-même chargée par un panneau photovoltaïque.

L'éclairage domestique solaire peut remplacer d'autres sources lumineuses comme les bougies ou les lampes à pétrole. Les lampes solaires ont un coût d'utilisation inférieur à celui des lampes à pétrole, car l'énergie solaire est renouvelable et gratuite, contrairement aux combustibles fossiles. De plus, contrairement aux lampes à pétrole, elles ne polluent pas l'air intérieur. Cependant, leur coût initial est généralement plus élevé et leur fonctionnement dépend des conditions météorologiques.

Les lampes solaires destinées aux zones rurales peuvent souvent alimenter d'autres appareils, comme les téléphones portables, en électricité. Des investisseurs américains travaillent au développement d'une lanterne solaire à 10 dollars l'unité pour remplacer les lampes à pétrole.

Histoire

Part de marché mondiale en termes de production annuelle de la technologie photovoltaïque depuis 1990

Certaines cellules photovoltaïques utilisent des panneaux en silicium monocristallin ou polycristallin, tandis que les technologies plus récentes font appel à des cellules solaires à couches minces. Depuis l'introduction des cellules solaires modernes en 1954 aux laboratoires Bell, les progrès réalisés en matière d'efficacité de conversion de la lumière en énergie électrique, conjugués aux techniques de fabrication modernes et aux économies d'échelle, ont permis un essor international du photovoltaïque.

En 2016, les lampes LED consommaient environ 10 % de l'énergie requise par une lampe à incandescence. L'efficacité de leur production a favorisé leur adoption croissante comme alternative aux autres types d'éclairage électrique.

Composants

La structure complète de la lampe solaire est représentée sur la figure 2.

panneaux solaires

Les panneaux solaires sont fabriqués à partir de silicium, un matériau semi-conducteur. Une cellule solaire est composée de deux couches de silicium. La couche inférieure, moins riche en électrons, présente une légère charge positive, les électrons étant chargés négativement. La couche supérieure, plus riche en électrons, est légèrement chargée négativement. Une barrière de potentiel se forme entre ces deux couches.

Lorsque des photons, particules de lumière, pénètrent dans le silicium, ils cèdent leur énergie aux atomes. Un électron, lié par une covalence, passe d'une couche supérieure à une couche inférieure, ce qui favorise sa mobilité. Cette excitation permet une plus grande liberté de mouvement au sein du cristal et génère un courant électrique. Plus la lumière traverse le silicium, plus les électrons se déplacent, et plus le courant circule. Ce processus est appelé effet photovoltaïque ou photoélectrique. Les systèmes photovoltaïques convertissent directement la lumière du soleil en électricité.

Les panneaux solaires sont composés de plusieurs couches de matériaux différents, comme illustré sur la figure 2 : verre, couche d’encapsulation, cellules cristallines, couche d’encapsulation, feuille arrière, boîte de jonction et enfin cadre. La couche d’encapsulation empêche l’humidité et les contaminants de pénétrer et de causer des problèmes.

Figure 2

Batterie

Une batterie est généralement logée dans un boîtier métallique ou plastique. À l'intérieur de ce boîtier se trouvent des électrodes, notamment une cathode et une anode, où se produisent des réactions chimiques. Un séparateur sépare la cathode de l'anode, empêchant ainsi les électrodes de réagir entre elles tout en permettant la libre circulation du courant électrique. Enfin, le collecteur conduit le courant de la batterie vers l'extérieur.

Les batteries des lampes solaires utilisent généralement une technologie à électrolyte gélifié haute performance pour les décharges profondes, afin de permettre leur utilisation dans des plages de températures extrêmes. Elles peuvent également utiliser des batteries au plomb-acide, au nickel-hydrure métallique, au nickel-cadmium ou au lithium.

Cette partie de la lampe stocke l'énergie du panneau solaire et fournit de l'énergie en cas de besoin la nuit, lorsqu'il n'y a pas d'énergie lumineuse disponible.

En général, le rendement de la conversion d'énergie photovoltaïque est limité pour des raisons physiques. Environ 24 % du rayonnement solaire de grande longueur d'onde n'est pas absorbé. 33 % sont dissipés sous forme de chaleur dans l'environnement, et les pertes supplémentaires s'élèvent à environ 15-20 %. Seuls 23 % sont absorbés, ce qui rend la batterie indispensable au fonctionnement d'une lampe solaire.

Contrôleur de charge

Cette section contrôle l'ensemble des systèmes de fonctionnement afin de protéger la charge de la batterie. Elle garantit que, quelles que soient les circonstances, y compris les conditions météorologiques extrêmes avec d'importantes variations de température, la batterie ne se surcharge ni ne se décharge excessivement, ce qui pourrait l'endommager davantage.

Cette section comprend également des éléments supplémentaires tels que le contrôleur d'éclairage, le contrôleur horaire, le système sonore, la compensation de température, la protection contre la foudre, la protection contre l'inversion de polarité et les commutateurs de transfert CA qui garantissent le fonctionnement normal des charges de secours sensibles en cas de panne de courant.

Principes de fonctionnement

Figure 3

Les lampes LED sont utilisées pour leur rendement lumineux élevé et leur longue durée de vie. Pilotées par un régulateur de charge CC, elles s'allument automatiquement à la tombée de la nuit et s'éteignent au lever du jour. Ce système peut également être associé à des programmateurs horaires pour une gestion automatique de l'éclairage.

Comme illustré sur la figure 3, la puce comprend une micropuce (R), B-, B+, S- et S+. S+ et S- sont reliés à des panneaux solaires par des fils, l'un étant chargé positivement et l'autre négativement. B- et B+ sont connectés à deux batteries. La lumière sera émise par la LED lorsque tous ces éléments seront connectés.

Avantages

Les lampes solaires sont plus faciles à installer et à entretenir pour les clients, car elles ne nécessitent pas de câble électrique. Elles permettent aux propriétaires de réduire leurs coûts d'entretien et leurs factures d'électricité. Les lampes solaires peuvent également être utilisées dans

Dans les régions dépourvues de réseau électrique ou dans les zones reculées où l'approvisionnement en électricité est insuffisant, de nombreuses personnes souffrent de maladies pulmonaires, de troubles de la vue, de brûlures et parfois même de décès, faute d'une alternative saine à la lumière naturelle la nuit. Des femmes se sentent en danger lorsqu'elles vont aux toilettes à l'extérieur après la tombée de la nuit. Des accouchements sont pratiqués par des sages-femmes à la seule lueur d'une bougie, et les élèves ne peuvent étudier après le coucher du soleil, faute de lumière, ce qui contribue à l'analphabétisme et à la pauvreté persistante. C'est la réalité de plus d'un milliard de personnes dans le monde. Le manque d'éclairage perpétue la pauvreté à l'échelle mondiale. Les lampes solaires convertissent l'énergie lumineuse en énergie électrique, ce qui facilite notre quotidien.

La production d'énergie solaire est limitée par les conditions météorologiques et peut être moins efficace par temps nuageux, humide ou en hiver.

Les ménages qui remplacent les lampes à pétrole par des lampes solaires bénéficient également d'une réduction des risques sanitaires liés aux émissions de pétrole. Le pétrole a souvent des effets néfastes sur les poumons.

L'utilisation de l'énergie solaire minimise la pollution intérieure, notamment celle liée au kérosène, responsable de problèmes de santé. Cependant, les panneaux photovoltaïques sont composés de silicium et d'autres métaux toxiques, dont le plomb, dont l'élimination peut s'avérer complexe.

L'utilisation de lampes solaires améliore l'éducation des élèves vivant dans des foyers sans électricité. Lorsque l'association à but non lucratif Unite-To-Light a fait don de lampes solaires à

Dans les écoles d'une région reculée du KwaZulu-Natal en Afrique du Sud, les résultats aux tests et les taux de réussite ont progressé de plus de 30 %. L'éclairage offre aux élèves davantage de temps pour étudier après la tombée de la nuit.

Une étude expérimentale menée en 2017 dans des zones non électrifiées du nord du Bangladesh a révélé que l'utilisation de lampes solaires réduisait les dépenses totales des ménages, augmentait le temps d'étude à domicile des enfants et améliorait leur assiduité scolaire. Cependant, elle n'a pas permis d'améliorer significativement leurs résultats scolaires.

Utiliser

Réverbère solaire

Article principal : Éclairage public solaire

Ces éclairages constituent une solution pratique et économique pour illuminer les rues la nuit, sans nécessiter de réseau électrique alternatif pour les piétons et les automobilistes. Ils peuvent comporter des panneaux individuels pour chaque lampe d'un système, ou un grand panneau solaire central et une batterie pour alimenter plusieurs lampes.

Réverbère solaire à LED

Rural

Dans les zones rurales de l'Inde, les lampes solaires, souvent appelées lanternes solaires, utilisant des LED ou des ampoules fluocompactes, remplacent les lampes à pétrole, les bougies et autres sources d'éclairage bon marché. Particulièrement utiles dans les régions où l'accès à l'électricité est difficile, les lampes solaires contribuent à améliorer la qualité de vie.