Lampa słoneczna

Lampa solarna, znana również jako lampa solarna lub latarnia solarna, to system oświetleniowy składający się z lampy LED, paneli słonecznych, akumulatora, regulatora ładowania, a także falownika. Lampa jest zasilana energią elektryczną z akumulatorów ładowanych za pomocą panelu fotowoltaicznego.

Oświetlenie domowe zasilane energią słoneczną może zastąpić inne źródła światła, takie jak świece czy lampy naftowe. Lampy solarne charakteryzują się niższymi kosztami eksploatacji niż lampy naftowe, ponieważ energia odnawialna pochodząca ze słońca jest darmowa, w przeciwieństwie do paliwa. Ponadto, w przeciwieństwie do lamp naftowych, lampy solarne nie zanieczyszczają powietrza w pomieszczeniach. Jednak lampy solarne charakteryzują się zazwyczaj wyższym kosztem początkowym i są uzależnione od warunków atmosferycznych.

Lampy solarne do użytku na obszarach wiejskich często umożliwiają zasilanie innych urządzeń, na przykład do ładowania telefonów komórkowych. Amerykańscy inwestorzy pracują nad opracowaniem lampy solarnej w cenie 10 dolarów za sztukę, która miałaby zastąpić lampy naftowe.

Historia

Udział w rynku światowym pod względem rocznej produkcji technologii fotowoltaicznej od 1990 r.

Niektóre panele fotowoltaiczne wykorzystują monokrystaliczne lub polikrystaliczne panele krzemowe, natomiast nowsze technologie wykorzystują cienkowarstwowe ogniwa słoneczne. Od czasu wprowadzenia nowoczesnych ogniw słonecznych w 1954 roku w laboratoriach Bell, postęp w zakresie wydajności ogniw słonecznych w przetwarzaniu światła na energię elektryczną oraz nowoczesne techniki produkcji w połączeniu z efektywnością skali doprowadziły do ​​międzynarodowego rozwoju fotowoltaiki.

Według danych z 2016 roku lampy LED zużywały zaledwie około 10% energii zużywanej przez żarówki tradycyjne. Efektywność produkcji lamp LED przyczyniła się do ich coraz powszechniejszego stosowania jako alternatywy dla innych rodzajów oświetlenia elektrycznego.

Komponenty

Pełna struktura lampy solarnej pokazana jest na rysunku 2.

Panele słoneczne

Panele słoneczne są wykonane z krzemu, materiału półprzewodnikowego. Ogniwo słoneczne składa się z dwóch różnych warstw krzemu. Dolna warstwa ma mniej elektronów, a zatem ma lekko dodatni ładunek ze względu na ujemną naturę ładunku elektronów. Ponadto górna warstwa ma więcej elektronów i ma lekko ujemny ładunek. Pomiędzy tymi dwiema warstwami powstaje bariera potencjału.

Kiedy strumień cząstek światła, zwanych fotonami, wnika do kryształu, oddaje swoją energię atomom krzemu. Powoduje to przeniesienie jednego elektronu z wiązania kowalencyjnego na kolejny poziom energetyczny, z warstwy górnej do dolnej. To przeniesienie elektronu umożliwia swobodniejszy ruch wewnątrz kryształu, co generuje prąd. Im więcej światła przechodzi przez kryształ, tym więcej elektronów się przemieszcza, a tym samym przepływa między nimi większy prąd. Proces ten nazywa się efektem fotowoltaicznym i fotoelektrycznym. Systemy fotowoltaiczne bezpośrednio przetwarzają światło słoneczne na energię elektryczną.

Panele słoneczne składają się z warstw różnych materiałów, jak widać na rysunku 2, w kolejności: szkło, obudowa, ogniwa krystaliczne, obudowa, tylna warstwa, puszka przyłączeniowa i na końcu rama. Obudowa zapobiega przedostawaniu się wilgoci i zanieczyszczeń, które mogłyby powodować problemy.

Rysunek 2

Bateria

Akumulator jest zazwyczaj umieszczony w metalowej lub plastikowej obudowie. Wewnątrz obudowy znajdują się elektrody, w tym katody i anody, w których zachodzą reakcje chemiczne. Pomiędzy katodą a anodą znajduje się również separator, który zapobiega wzajemnemu oddziaływaniu elektrod, umożliwiając jednocześnie swobodny przepływ ładunku elektrycznego między nimi. Na koniec kolektor przewodzi ładunek z akumulatora na zewnątrz.

W akumulatorach wewnątrz lamp solarnych zwykle stosowana jest technologia żelowego elektrolitu o wysokiej wydajności przy głębokim rozładowaniu, co umożliwia ich stosowanie w ekstremalnych zakresach temperatur. Można w nich również stosować akumulatory kwasowo-ołowiowe, niklowo-metalowo-wodorkowe, niklowo-kadmowe lub litowe.

Ta część lampy gromadzi energię z panelu słonecznego i zapewnia zasilanie w nocy, gdy nie ma dostępnego źródła światła.

Ogólnie rzecz biorąc, wydajność konwersji energii fotowoltaicznej jest ograniczona z przyczyn fizycznych. Około 24% promieniowania słonecznego o długiej długości fali nie jest absorbowane. 33% to strata ciepła do otoczenia, a dalsze straty wynoszą około 15-20%. Tylko 23% jest absorbowane, co oznacza, że ​​bateria jest kluczowym elementem lampy solarnej.

Kontroler ładowania

Ta sekcja steruje wszystkimi systemami operacyjnymi, aby chronić ładunek akumulatora. Gwarantuje, że w każdych warunkach, w tym w ekstremalnych warunkach pogodowych z dużą różnicą temperatur, akumulator nie zostanie przeładowany ani rozładowany, co mogłoby spowodować dalsze uszkodzenia.

W tej sekcji znajdują się również dodatkowe części, takie jak sterownik oświetlenia, sterownik czasowy, moduł dźwiękowy, kompensacja temperatury, zabezpieczenie odgromowe, zabezpieczenie przed odwrotną polaryzacją oraz przełączniki przełączające prąd przemienny, które zapewniają prawidłową pracę wrażliwych odbiorników zapasowych w przypadku awarii zasilania.

Zasady działania

Rysunek 3

Oświetlenie LED jest stosowane ze względu na wysoką wydajność świetlną i długą żywotność. Pod kontrolą regulatora ładowania DC, sterowanie bezdotykowe automatycznie włącza światło po zmroku i wyłącza je w ciągu dnia. Czasami łączy się również z regulatorami czasowymi, aby ustawić czas zasłonięcia i automatycznego włączania i wyłączania światła.

Jak pokazano na rysunku 3, układ scalony zawiera mikroprocesor(R), B-, B+, S- i S+. S+ i S- są podłączone do paneli słonecznych za pomocą przewodu, z których jeden ma ładunek dodatni, a drugi ujemny. W tym przypadku B- i B+ są podłączone do dwóch akumulatorów. Po podłączeniu wszystkich tych elementów dioda LED będzie świecić.

Korzyści

Lampy solarne mogą być łatwiejsze w montażu i konserwacji dla klientów, ponieważ nie wymagają kabla elektrycznego. Lampy solarne mogą przynieść korzyści właścicielom poprzez obniżenie kosztów konserwacji i rachunków za prąd. Lampy solarne można również stosować w…

Obszary, gdzie nie ma sieci elektrycznej lub odległe obszary, w których brakuje niezawodnego zasilania. Istnieje wiele historii osób z chorobami płuc, pogorszeniem wzroku, oparzeniami, a czasem nawet śmiercią, po prostu dlatego, że nie mają zdrowej alternatywy dla światła w nocy. Kobiety czuły się niepewnie, idąc do toalety na zewnątrz po zmroku. Dzieci są odbierane przez położne przy użyciu tylko świecy, a uczniowie nie mogą się uczyć po zachodzie słońca z powodu braku światła, co prowadzi do wzrostu analfabetyzmu i wiecznego ubóstwa. Taka jest rzeczywistość ponad 1 miliarda ludzi na całym świecie. Brak oświetlenia oznacza ciągłe ubóstwo odczuwane na całym świecie. Lampy solarne przekształcają energię świetlną w energię elektryczną, co ułatwia nam codzienne życie.

Produkcja energii słonecznej jest ograniczona przez pogodę i może być mniej efektywna, jeśli pogoda jest pochmurna, mokra lub zimą.

Gospodarstwa domowe, które rezygnują z lamp naftowych na lampy solarne, również tracą na ryzyku zdrowotnym związanym z emisją nafty. Nafta często ma negatywny wpływ na ludzkie płuca.

Wykorzystanie energii słonecznej minimalizuje emisję zanieczyszczeń w pomieszczeniach, gdzie nafta jest łączona z problemami zdrowotnymi. Jednak panele fotowoltaiczne są wykonane z krzemu i innych toksycznych metali, w tym ołowiu, których utylizacja może być trudna.

Wykorzystanie lamp solarnych poprawia edukację uczniów mieszkających w domach bez prądu. Kiedy organizacja non-profit Unite-To-Light przekazała lampy solarne…

W szkołach w odległym regionie Kwa Zulu Natal w Republice Południowej Afryki wyniki testów i wskaźniki zdawalności poprawiły się o ponad 30%. Światło daje uczniom więcej czasu na naukę po zmroku.

Badanie eksperymentalne przeprowadzone w 2017 roku na niezelektryfikowanych obszarach północnego Bangladeszu wykazało, że wykorzystanie lamp solarnych zmniejszyło całkowite wydatki gospodarstw domowych, zwiększyło liczbę godzin przeznaczonych na naukę w domu i zwiększyło frekwencję w szkole. Nie wpłynęło to jednak znacząco na poprawę wyników edukacyjnych dzieci.

Używać

Lampa uliczna zasilana energią słoneczną

Artykuł główny: Lampa uliczna zasilana energią słoneczną

Te lampy zapewniają wygodny i ekonomiczny sposób oświetlenia ulic nocą, bez konieczności korzystania z sieci prądu przemiennego dla pieszych i kierowców. Mogą być wyposażone w oddzielne panele dla każdej lampy w systemie lub w duży, centralny panel słoneczny i bank akumulatorów do zasilania wielu lamp.

Lampa uliczna LED zasilana energią słoneczną

Wiejski

Na obszarach wiejskich Indii lampy solarne, powszechnie nazywane latarniami solarnymi, wykorzystujące diody LED lub świetlówki kompaktowe (CFL), zastępują lampy naftowe, świece i inne tanie alternatywy oświetleniowe. Lampy solarne są bardzo przydatne, zwłaszcza na obszarach, gdzie dostęp do elektryczności jest utrudniony, a dodatkowo poprawiają jakość życia.