태양광 램프

태양광 램프(태양광 조명 또는 태양광 랜턴이라고도 함)는 LED 램프, 태양광 패널, 배터리, 충전 컨트롤러로 구성된 조명 시스템이며, 경우에 따라 인버터가 포함될 수도 있습니다. 이 램프는 태양광 패널을 통해 충전된 배터리의 전기를 동력으로 사용합니다.

태양광 가정용 조명은 양초나 등유 램프와 같은 다른 광원을 대체할 수 있습니다. 태양광 램프는 연료와 달리 태양으로부터 얻는 재생 에너지가 무료이기 때문에 등유 램프보다 운영 비용이 저렴합니다. 또한, 등유 램프와 달리 실내 공기 오염 물질을 배출하지 않습니다. 하지만 태양광 램프는 일반적으로 초기 구매 비용이 더 높고 날씨의 영향을 받습니다.

농촌 지역에서 사용되는 태양광 램프는 휴대전화 충전과 같은 다른 기기에 전력을 공급할 수 있는 기능을 갖추고 있는 경우가 많습니다. 미국 투자자들은 등유 램프를 대체할 수 있는 10달러짜리 태양광 랜턴 개발을 위해 노력해 왔습니다.

역사

1990년 이후 태양광 기술 연간 생산량 기준 세계 시장 점유율

일부 태양광 발전 시스템은 단결정 실리콘 또는 다결정 실리콘 패널을 사용하는 반면, 최신 기술은 박막 태양 전지를 사용합니다. 1954년 벨 연구소에서 현대적인 태양 전지가 처음 소개된 이후, 빛을 전기 에너지로 변환하는 태양 전지의 효율 향상과 현대적인 제조 기술, 그리고 규모의 경제 효과 덕분에 태양광 발전은 전 세계적으로 성장해 왔습니다.

2016년 기준으로 LED 램프는 백열 램프에 필요한 에너지의 약 10%만 사용합니다. LED 램프 생산 효율성 향상으로 인해 다른 전기 조명의 대안으로 채택이 증가하고 있습니다.

구성 요소

태양광 램프의 전체 구조는 그림 2에 나와 있습니다.

태양광 패널

태양광 패널은 반도체 소재인 실리콘으로 만들어집니다. 태양 전지는 두 개의 서로 다른 실리콘 층으로 구성됩니다. 아래쪽 층은 전자의 수가 적어 전자의 음전하 때문에 약간의 양전하를 띕니다. 반대로 위쪽 층은 전자의 수가 많아 약간의 음전하를 띕니다. 이 두 층 사이에는 전위차가 발생합니다.

광자라고 불리는 빛 입자의 흐름이 실리콘 원자에 들어가면, 광자는 실리콘 원자에 에너지를 전달합니다. 이 과정에서 공유 결합에 있는 전자 하나가 위쪽 에너지 준위에서 아래쪽 에너지 준위로 이동합니다. 전자가 이동하면서 실리콘 결정 내부에서 더 자유롭게 움직일 수 있게 되어 전류가 발생합니다. 빛이 더 많이 투과될수록 더 많은 전자가 움직이고, 따라서 더 많은 전류가 흐르게 됩니다. 이러한 현상을 광전 효과라고 합니다. 광전 시스템은 햇빛을 직접 전기 에너지로 변환합니다.

그림 2에서 볼 수 있듯이 태양광 패널은 유리, 밀봉재, 결정질 셀, 밀봉재, 후면 시트, 접합 상자, 그리고 마지막으로 프레임 순으로 여러 겹의 재료로 구성됩니다. 밀봉재는 습기와 오염 물질이 침투하여 문제를 일으키는 것을 방지합니다.

그림 2

배터리

배터리는 일반적으로 금속이나 플라스틱 케이스 안에 들어 있습니다. 케이스 내부에는 화학 반응이 일어나는 음극과 양극을 포함한 전극이 있습니다. 음극과 양극 사이에는 분리막이 있어 두 전극이 동시에 반응하는 것을 막으면서도 전하가 자유롭게 흐르도록 합니다. 마지막으로, 집전체는 배터리에서 외부로 전하를 전달하는 역할을 합니다.

태양광 램프에 사용되는 배터리는 일반적으로 극한의 온도 범위에서도 사용할 수 있도록 심방전 성능이 뛰어난 젤 전해질 기술을 사용합니다. 또한 납산, 니켈 금속 수소화물, 니켈 카드뮴 또는 리튬 배터리를 사용할 수도 있습니다.

이 램프의 해당 부분은 태양광 패널에서 에너지를 저장하여 빛이 부족한 밤에 필요할 때 전력을 공급합니다.

일반적으로 태양광 에너지 변환 효율은 물리적인 이유로 제한적입니다. 장파장 태양 복사 에너지의 약 24%는 흡수되지 않고, 33%는 주변으로 열 손실되며, 그 외 약 15~20%가 손실됩니다. 흡수되는 에너지는 단 23%에 불과하므로 배터리는 태양광 램프에서 매우 중요한 부품입니다.

충전 컨트롤러

이 섹션은 배터리 충전을 보호하기 위한 전체 작동 시스템을 제어합니다. 극한의 기상 조건이나 큰 온도 변화를 포함한 모든 상황에서 배터리의 과충전 또는 과방전을 방지하여 배터리 손상을 막습니다.

이 섹션에는 조명 제어기, 시간 제어기, 음향, 온도 보상, 낙뢰 보호, 역극성 보호 및 AC 전환 스위치와 같은 추가 부품이 포함되어 있어 정전 발생 시 민감한 백업 부하가 정상적으로 작동하도록 보장합니다.

작동 원리

그림 3

LED 조명은 높은 발광 효율과 긴 수명 때문에 사용됩니다. DC 충전 컨트롤러의 제어 하에 비접촉식 제어 방식으로 어두워지면 자동으로 조명이 켜지고 낮에는 꺼집니다. 경우에 따라 타이머 컨트롤러와 결합하여 커튼이 켜지고 꺼지는 시간을 설정할 수도 있습니다.

그림 3에서 보는 바와 같이, 칩에는 마이크로칩(R), B-, B+, S- 및 S+가 포함됩니다. S+와 S-는 모두 전선으로 태양광 패널에 연결되어 있으며, 하나는 플러스 전하를, 다른 하나는 마이너스 전하를 띕니다. B-와 B+는 이 경우 두 개의 배터리에 연결됩니다. 이 모든 것이 연결되면 LED 조명을 통해 빛이 나옵니다.

이익

태양광 램프는 전기 케이블이 필요 없기 때문에 설치 및 유지 관리가 더 간편합니다. 태양광 램프를 사용하면 유지 보수 비용과 전기 요금을 절감할 수 있습니다. 또한 태양광 램프는 다양한 용도로 활용될 수 있습니다.

전력망이 없거나 안정적인 전력 공급이 부족한 외딴 지역에서는 야간에 건강한 조명 대안이 없어 폐 질환, 시력 저하, 화상, 심지어 사망에 이르는 사례가 수없이 많습니다. 여성들은 어두워진 후 화장실에 가는 것조차 불안해하고, 조산사들은 촛불 하나에 의지해 아기를 출산하며, 학생들은 해가 지면 빛 부족으로 공부할 수 없어 문맹률이 높아지고 빈곤이 심화됩니다. 이는 전 세계 10억 명이 넘는 사람들이 직면하고 있는 현실입니다. 조명 부족은 전 세계적인 빈곤의 지속과 직결됩니다. 태양열 램프는 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하여 우리의 일상생활에 편리함을 제공합니다.

태양 에너지 생산량은 날씨의 영향을 받으며, 흐리거나 비가 오거나 겨울철에는 효율이 떨어질 수 있습니다.

등유 램프를 태양광 램프로 바꾸는 가정은 등유 배출과 관련된 건강 위험으로부터도 이점을 얻습니다. 등유는 종종 인간의 폐에 부정적인 영향을 미칩니다.

태양 에너지를 사용하면 실내 오염 발생을 최소화할 수 있는데, 특히 등유는 건강 문제와 연관되어 온 사례가 있습니다. 그러나 태양광 패널은 실리콘과 납을 포함한 유독성 금속으로 만들어지는데, 이러한 물질들은 폐기가 어려울 수 있습니다.

태양광 조명의 사용은 전기가 없는 가정에 사는 학생들의 교육 수준을 향상시킵니다. 비영리 단체인 Unite-To-Light가 태양광 램프를 기증했을 때

남아프리카공화국 콰줄루나탈 주의 외딴 지역에 있는 학교들의 시험 점수와 합격률이 30% 이상 향상되었습니다. 이 조명 덕분에 학생들은 어두워진 후에도 공부할 시간을 더 확보할 수 있게 되었습니다.

2017년 방글라데시 북부의 전기가 공급되지 않는 지역에서 실시된 실험 연구에 따르면 태양광 랜턴 사용은 가구 총 지출을 줄이고, 어린이들의 가정 학습 시간을 늘리고, 학교 출석률을 높이는 것으로 나타났습니다. 그러나 어린이들의 학업 성취도를 크게 향상시키지는 못했습니다.

사용

태양광 가로등

주요 기사: 태양광 가로등

이러한 조명은 보행자와 운전자를 위해 교류 전력망 없이도 야간에 거리를 밝히는 편리하고 비용 효율적인 방법을 제공합니다. 시스템 내 각 램프마다 개별 패널이 있을 수도 있고, 여러 램프에 전력을 공급하기 위한 대형 중앙 태양광 패널과 배터리 뱅크가 있을 수도 있습니다.

태양광 LED 가로등

시골의

인도 농촌 지역에서는 LED나 CFL 전구를 사용하는 태양광 램프(일명 태양광 랜턴)가 등유 램프, 양초, 기타 저렴한 조명 기구를 대체하고 있습니다. 특히 전기가 부족한 지역에서 태양광 램프는 매우 유용하며 삶의 질 향상에도 기여합니다.