Lâmpada solar

Uma lâmpada solar, também conhecida como luminária solar ou lanterna solar, é um sistema de iluminação composto por uma lâmpada LED, painéis solares, bateria, controlador de carga e, possivelmente, um inversor. A lâmpada funciona com eletricidade proveniente de baterias, carregadas através de painéis solares fotovoltaicos.

A iluminação doméstica movida a energia solar pode substituir outras fontes de luz, como velas ou lâmpadas de querosene. As lâmpadas solares têm um custo operacional menor do que as lâmpadas de querosene, porque a energia renovável do sol é gratuita, ao contrário do combustível. Além disso, as lâmpadas solares não produzem poluição do ar em ambientes internos, diferentemente das lâmpadas de querosene. No entanto, as lâmpadas solares geralmente têm um custo inicial mais alto e dependem das condições climáticas.

Lâmpadas solares para uso em áreas rurais frequentemente têm a capacidade de fornecer energia elétrica para outros dispositivos, como para carregar celulares. Investidores americanos têm trabalhado no desenvolvimento de uma lanterna solar de US$ 10 por unidade para substituir as lâmpadas de querosene.

História

Quota de mercado global em termos de produção anual da tecnologia fotovoltaica desde 1990

Algumas células fotovoltaicas utilizam painéis de silício monocristalino ou policristalino, enquanto tecnologias mais recentes empregam células solares de película fina. Desde a introdução das células solares modernas em 1954 nos Laboratórios Bell, os avanços na eficiência da conversão de luz em energia elétrica, aliados às modernas técnicas de fabricação e à economia de escala, impulsionaram o crescimento internacional da energia fotovoltaica.

Em 2016, as lâmpadas LED consumiam apenas cerca de 10% da energia necessária para uma lâmpada incandescente. A eficiência na produção de lâmpadas LED levou a uma maior adoção como alternativa a outros tipos de iluminação elétrica.

Componentes

A estrutura completa da lâmpada solar é mostrada na Figura 2.

Painéis solares

Os painéis solares são feitos de silício, um material semicondutor. Uma célula solar possui duas camadas distintas de silício. A camada inferior tem menos elétrons e, portanto, apresenta uma leve carga positiva devido à natureza negativa dos elétrons. Além disso, a camada superior tem mais elétrons e apresenta uma leve carga negativa. Uma barreira de potencial é criada entre essas duas camadas.

Quando um feixe de partículas de luz, chamadas fótons, entra no silício, ele cede sua energia aos átomos. Isso promove um elétron de uma ligação covalente para um nível de energia mais próximo, da camada superior para a inferior. Essa promoção de um elétron permite maior liberdade de movimento dentro do cristal, o que gera uma corrente elétrica. Quanto mais luz atravessa o cristal, mais elétrons se movem, aumentando assim a corrente elétrica. Esse processo é chamado de efeito fotovoltaico ou fotoelétrico. Os sistemas fotovoltaicos convertem diretamente a luz solar em eletricidade.

Os painéis solares são compostos por camadas de diferentes materiais, como pode ser visto na Figura 2, na seguinte ordem: vidro, encapsulamento, células cristalinas, encapsulamento, folha traseira, caixa de junção e, por último, a estrutura. O encapsulamento impede a entrada de umidade e contaminantes que poderiam causar problemas.

Figura 2

Bateria

Uma bateria geralmente é alojada dentro de uma caixa de metal ou plástico. Dentro da caixa encontram-se eletrodos, incluindo cátodos e ânodos, onde ocorrem reações químicas. Um separador também existe entre o cátodo e o ânodo, impedindo que os eletrodos reajam entre si, ao mesmo tempo que permite que a carga elétrica flua livremente entre os dois. Por fim, o coletor conduz a carga da bateria para o exterior.

As baterias dentro das lâmpadas solares geralmente utilizam tecnologia de eletrólito em gel com alto desempenho em descargas profundas, para permitir o uso em faixas extremas de temperatura. Também podem usar baterias de chumbo-ácido, níquel-hidreto metálico, níquel-cádmio ou lítio.

Esta parte da lâmpada armazena energia do painel solar e fornece energia quando necessário à noite, quando não há luz natural disponível.

De forma geral, a eficiência da conversão de energia fotovoltaica é limitada por razões físicas. Cerca de 24% da radiação solar de comprimento de onda longo não é absorvida. 33% é dissipada como calor para o ambiente, e outras perdas somam aproximadamente 15-20%. Apenas 23% é absorvida, o que torna a bateria um componente crucial da lâmpada solar.

Controlador de carga

Esta seção controla todos os sistemas de funcionamento para proteger a carga da bateria. Ela garante que, em quaisquer circunstâncias, incluindo condições climáticas extremas com grandes variações de temperatura, a bateria não sobrecarregue nem descarregue em excesso, evitando danos adicionais.

Esta seção também inclui componentes adicionais como controlador de luz, controlador de tempo, controle de som, compensação de temperatura, proteção contra raios, proteção contra inversão de polaridade e chaves de transferência CA, que garantem o funcionamento normal de cargas de reserva sensíveis em caso de queda de energia.

Princípios de funcionamento

Figura 3

As luzes LED são utilizadas devido à sua alta eficiência luminosa e longa vida útil. Controladas por um controlador de carga CC, o sistema de acionamento sem contato liga a luz automaticamente ao anoitecer e desliga ao amanhecer. Em alguns casos, também pode ser combinado com temporizadores para programar o acionamento automático da luz em intervalos regulares.

Como mostrado na Figura 3, o chip inclui o microchip (R), B-, B+, S- e S+. S+ e S- estão conectados a painéis solares por meio de fios, sendo um deles o polo positivo e o outro o negativo. B- e B+ estão conectados a duas baterias. A luz será emitida pelo LED quando todos esses componentes estiverem conectados.

Benefícios

As lâmpadas solares podem ser mais fáceis de instalar e manter para os clientes, pois não necessitam de cabos de eletricidade. Elas podem beneficiar os proprietários com a redução dos custos de manutenção e das contas de luz. As lâmpadas solares também podem ser usadas em

Áreas sem rede elétrica ou regiões remotas que carecem de um fornecimento de energia confiável. Há muitos relatos de pessoas com doenças pulmonares, deterioração da visão, queimaduras e até mesmo morte simplesmente por não terem uma alternativa saudável à luz à noite. Mulheres se sentem inseguras ao ir ao banheiro na rua depois de escurecer. Parteiras estão dando à luz apenas com velas, e estudantes não conseguem estudar quando o sol se põe por falta de luz, o que leva ao aumento do analfabetismo e à perpetuação da pobreza. Essa é a realidade de mais de um bilhão de pessoas em todo o mundo. A falta de iluminação equivale à perpetuação da pobreza global. As lâmpadas solares convertem a energia luminosa em energia elétrica, sendo uma solução prática para o nosso dia a dia.

A produção de energia solar é limitada pelas condições climáticas e pode ser menos eficaz em dias nublados, chuvosos ou no inverno.

As famílias que trocam as lâmpadas de querosene por lâmpadas solares também se beneficiam da redução dos riscos à saúde associados às emissões de querosene. O querosene frequentemente causa impactos negativos nos pulmões humanos.

O uso da energia solar minimiza a poluição em ambientes internos, onde o querosene tem sido associado a problemas de saúde. No entanto, os painéis fotovoltaicos são feitos de silício e outros metais tóxicos, incluindo chumbo, que podem ser difíceis de descartar.

O uso de luzes solares melhora a educação de alunos que vivem em residências sem eletricidade. Quando a organização sem fins lucrativos Unite-To-Light doou lâmpadas solares para

Escolas em uma região remota de KwaZulu-Natal, na África do Sul, registraram melhorias de mais de 30% nas notas e nas taxas de aprovação em testes. A iluminação proporciona aos alunos mais tempo para estudar após o anoitecer.

Um estudo experimental realizado em 2017 em áreas sem eletricidade no norte de Bangladesh constatou que o uso de lanternas solares diminuiu as despesas totais das famílias, aumentou as horas de estudo em casa das crianças e elevou a frequência escolar. No entanto, não houve uma melhora significativa no desempenho acadêmico das crianças.

Usar

Iluminação pública solar

Artigo principal: Iluminação pública solar

Essas luminárias oferecem uma maneira prática e econômica de iluminar ruas à noite, sem a necessidade de redes elétricas de corrente alternada, para pedestres e motoristas. Elas podem ter painéis individuais para cada lâmpada de um sistema ou um grande painel solar central e um banco de baterias para alimentar várias lâmpadas.

Poste de iluminação pública LED solar

Rural

Na Índia rural, lâmpadas solares, comumente chamadas de lanternas solares, que utilizam LEDs ou lâmpadas fluorescentes compactas (CFLs), estão sendo usadas para substituir lâmpadas de querosene, velas e outras alternativas de iluminação baratas. Especialmente em áreas onde o acesso à eletricidade é difícil, as lâmpadas solares são muito úteis e também melhoram a qualidade de vida.