ソーラーランプ

ソーラーランプ（ソーラーライト、ソーラーランタンとも呼ばれる）は、LEDランプ、ソーラーパネル、バッテリー、充電コントローラー、そして場合によってはインバーターで構成される照明システムです。このランプは、太陽光発電パネルで充電されたバッテリーからの電力で動作します。

太陽光発電式の家庭用照明は、ろうそくや灯油ランプなどの他の光源に取って代わることができます。太陽光ランプは、燃料とは異なり太陽からの再生可能エネルギーが無料であるため、灯油ランプよりも運転コストが低くなります。さらに、灯油ランプとは異なり、太陽光ランプは室内空気汚染を引き起こしません。ただし、太陽光ランプは一般的に初期費用が高く、天候に左右されます。

農村地域で使用されるソーラーランプは、携帯電話の充電など、他の機器に電力を供給できる機能を備えていることが多い。アメリカの投資家たちは、灯油ランプに代わる、1台10ドルのソーラーランタンの開発に取り組んでいる。

歴史

1990年以降の太陽光発電技術別の年間生産量に基づく世界市場シェア

太陽光発電システムの中には、単結晶シリコンや多結晶シリコンのパネルを使用するものもあれば、より新しい技術では薄膜太陽電池が用いられている。1954年にベル研究所で現代の太陽電池が開発されて以来、光を電力に変換する効率の向上、最新の製造技術、そして規模の経済による効率化が相まって、太陽光発電は国際的に急速に成長を遂げてきた。

2016年現在、LEDランプの消費電力は白熱電球の約10%に過ぎません。LEDランプの製造効率の向上により、他の電気照明の代替品として普及が進んでいます。

コンポーネント

ソーラーランプの全体構造を図2に示す。

ソーラーパネル

太陽電池パネルは、半導体材料であるシリコンでできています。太陽電池は2つの異なるシリコン層から構成されています。下層は電子の数が少なく、電子の負電荷の性質によりわずかに正電荷を帯びています。一方、上層は電子の数が多く、わずかに負電荷を帯びています。これら2つの層の間には電位障壁が形成されます。

光子と呼ばれる光の粒子が入射すると、シリコン中の原子にエネルギーを与えます。これにより、共有結合した電子が上層から下層へと次のエネルギー準位に励起されます。この電子の励起によって結晶内部での電子の移動が自由になり、電流が発生します。より多くの光が透過し、より多くの電子が動き回るため、より多くの電流が流れます。このプロセスは光起電力効果または光電効果と呼ばれます。光起電力システムは、太陽光を直接電気に変換します。

図2に示すように、ソーラーパネルはガラス、封止材、結晶セル、封止材、バックシート、ジャンクションボックス、そして最後にフレームという順に、異なる材料の層で構成されています。封止材は、問題を引き起こす可能性のある湿気や汚染物質の侵入を防ぎます。

図2

バッテリー

電池は通常、金属またはプラスチック製のケースに収められています。ケース内部には、化学反応が起こるカソードとアノードなどの電極があります。カソードとアノードの間にはセパレーターがあり、電極同士が同時に反応するのを防ぎつつ、電荷が両電極間を自由に流れるようにしています。最後に、コレクターが電池から外部へ電荷を伝導します。

ソーラーランプ内部のバッテリーは、極端な温度範囲での使用を可能にするため、通常、深放電性能に優れたゲル電解質技術を採用しています。また、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、リチウム電池なども使用される場合があります。

このランプのこの部分は、ソーラーパネルからエネルギーを蓄え、夜間など光エネルギーが利用できない時に必要な電力を供給します。

一般的に、太陽光発電のエネルギー変換効率は物理的な理由から制限されます。長波長の太陽放射の約24%は吸収されず、33%は周囲への熱損失となり、さらに約15～20%が損失します。吸収されるのはわずか23%であるため、バッテリーはソーラーランプにとって不可欠な要素となります。

充電コントローラー

このセクションは、バッテリー充電を保護するためのすべての動作システムを制御します。これにより、大きな温度差を伴う極端な気象条件を含むあらゆる状況下でも、バッテリーの過充電や過放電を防ぎ、バッテリーのさらなる損傷を防止します。

このセクションには、照明制御装置、時間制御装置、音響装置、温度補償装置、雷保護装置、逆極性保護装置、AC切替スイッチなどの追加部品も含まれており、停電時にも高感度なバックアップ負荷が正常に動作することを保証します。

動作原理

図3

LED照明は、高い発光効率と長寿命という利点から採用されています。DC充電コントローラーの制御下で、非接触制御により暗くなると自動的に点灯し、日中は消灯します。また、タイマーコントローラーと組み合わせることで、点灯・消灯のタイミングを自動的に設定することも可能です。

図3に示すように、このチップはマイクロチップ(R)、B-、B+、S-、S+で構成されています。S+とS-はどちらも電線でソーラーパネルに接続されており、片方はプラス電荷、もう片方はマイナス電荷を帯びています。B-とB+は、この場合2つのバッテリーに接続されています。これらすべてが接続されると、LEDライトを通して光が発せられます。

利点

ソーラーランプは、電気ケーブルを必要としないため、顧客にとって設置やメンテナンスが容易です。ソーラーランプは、メンテナンスコストと電気料金の削減というメリットを所有者に提供します。ソーラーランプは、

電力網がない地域や、信頼できる電力供給がない遠隔地では、夜間に健康的な照明の代替手段がないために、肺疾患、視力低下、火傷、そして時には死に至る人々の話が数多くあります。女性は暗くなってからトイレに行くのが不安に感じています。助産師がろうそくだけで赤ちゃんを取り上げ、学生は日が沈むと光がないため勉強できず、識字率の低下と貧困の継続につながっています。これらは世界中で10億人以上の人々の現実です。照明の不足は、世界中で感じられている貧困の継続を意味します。ソーラーエネルギーランプは光エネルギーを電気エネルギーに変換するため、私たちの日常生活に便利です。

太陽エネルギーの出力は天候に左右され、曇り、雨天、冬季には効率が低下する可能性がある。

灯油ランプからソーラーランプに切り替える家庭は、灯油の排出物に伴う健康リスクからも解放されるというメリットがある。灯油はしばしば人間の肺に悪影響を及ぼす。

太陽エネルギーの利用は、灯油が健康問題との関連が指摘されている室内汚染の発生を最小限に抑える。しかし、太陽光発電パネルはシリコンや鉛などの有害金属でできており、廃棄が難しい場合がある。

太陽光発電照明の使用は、電気のない家庭に住む生徒の教育を向上させます。非営利団体Unite-To-Lightが太陽光発電ランプを寄贈したとき、

南アフリカのクワズール・ナタール州の僻地にある学校では、テストの成績と合格率が30%以上向上した。照明のおかげで、生徒たちは暗くなってからも勉強できる時間が増えた。

2017年にバングラデシュ北部の未電化地域で行われた実験的研究では、ソーラーランタンの使用により、世帯の総支出が減少し、子供の自宅学習時間が増加し、学校への出席率も向上したことが明らかになった。しかし、子供の学業成績は大幅には向上しなかった。

使用

ソーラー街路灯

メイン記事：ソーラー街路灯

これらの照明は、歩行者やドライバーのために交流電力網を必要とせずに、夜間の街路を照らす便利で費用対効果の高い方法を提供します。システム内の各ランプごとに個別のソーラーパネルを備えている場合もあれば、複数のランプに電力を供給するために、中央に大型のソーラーパネルとバッテリーバンクを備えている場合もあります。

ソーラーLED街路灯

田舎

インドの農村部では、LEDまたはCFLを使用したソーラーランプ（一般的にソーラーランタンと呼ばれる）が、灯油ランプやろうそくなどの安価な照明器具の代替として利用されている。特に電気へのアクセスが困難な地域では、ソーラーランプは非常に便利で、生活の質の向上にも貢献している。