Солнечная лампа

Солнечная лампа, также известная как солнечный светильник или солнечный фонарь, представляет собой систему освещения, состоящую из светодиодной лампы, солнечных панелей, батареи, контроллера заряда, а также может включать инвертор. Лампа работает от электричества, получаемого от батарей, заряжаемых с помощью солнечной фотоэлектрической панели.

Бытовое освещение на солнечных батареях может заменить другие источники света, такие как свечи или керосиновые лампы. Солнечные лампы имеют более низкие эксплуатационные расходы, чем керосиновые, поскольку возобновляемая энергия солнца бесплатна, в отличие от топлива. Кроме того, солнечные лампы не загрязняют воздух в помещении, в отличие от керосиновых ламп. Однако солнечные лампы, как правило, имеют более высокую первоначальную стоимость и зависят от погодных условий.

Солнечные лампы, используемые в сельской местности, часто способны обеспечивать электроэнергией другие устройства, например, для зарядки мобильных телефонов. Американские инвесторы работают над разработкой солнечного фонаря стоимостью 10 долларов за единицу, который заменит керосиновые лампы.

История

Глобальная доля рынка фотоэлектрических технологий по объему годового производства с 1990 года

В некоторых солнечных фотоэлектрических системах используются панели из монокристаллического или поликристаллического кремния, в то время как в более новых технологиях применяются тонкопленочные солнечные элементы. С момента появления современных солнечных элементов в 1954 году в лабораториях Bell, достижения в повышении эффективности преобразования света в электрическую энергию, а также современные методы производства в сочетании с масштабируемостью привели к международному росту фотоэлектрических систем.

По состоянию на 2016 год светодиодные лампы потребляют всего около 10% энергии, необходимой для ламп накаливания. Повышение эффективности производства светодиодных ламп привело к их более широкому распространению в качестве альтернативы другим видам электрического освещения.

Компоненты

Вся конструкция солнечной лампы показана на рисунке 2.

солнечные панели

Солнечные панели изготавливаются из кремния, полупроводникового материала. Солнечный элемент состоит из двух разных слоев кремния. Нижний слой содержит меньше электронов и, следовательно, имеет небольшой положительный заряд из-за отрицательного заряда электронов. Кроме того, верхний слой содержит больше электронов и имеет небольшой отрицательный заряд. Между этими двумя слоями создается потенциальный барьер.

Когда поток световых частиц, называемых фотонами, входит в кристалл, они отдают свою энергию атомам кремния. Это приводит к переходу одного электрона из ковалентной связи на следующий энергетический уровень — с верхнего слоя на нижний. Этот переход электрона обеспечивает более свободное движение внутри кристалла, что приводит к возникновению электрического тока. Чем больше света проходит, тем больше электронов перемещается, и, следовательно, тем сильнее протекает ток. Этот процесс называется фотоэлектрическим эффектом. Фотоэлектрические системы напрямую преобразуют солнечный свет в электричество.

Солнечные панели состоят из слоев различных материалов, как показано на рисунке 2, в следующем порядке: стекло, герметик, кристаллические ячейки, герметик, задняя панель, распределительная коробка и, наконец, рама. Герметик защищает от влаги и загрязнений, которые могут вызвать проблемы.

Рисунок 2

Батарея

Батарея обычно помещается в металлический или пластиковый корпус. Внутри корпуса находятся электроды, включая катоды и аноды, где происходят химические реакции. Между катодом и анодом также имеется разделитель, который предотвращает одновременную реакцию электродов и позволяет электрическому заряду свободно протекать между ними. Наконец, коллектор проводит заряд от батареи наружу.

В солнечных лампах обычно используются батареи с гелевым электролитом, обладающие высокой эффективностью при глубоком разряде, что позволяет использовать их в экстремальных температурных диапазонах. Также могут использоваться свинцово-кислотные, никель-металлгидридные, никель-кадмиевые или литиевые батареи.

Эта часть лампы накапливает энергию от солнечной панели и обеспечивает электропитание, когда это необходимо, ночью, когда нет доступа к солнечной энергии.

В целом, эффективность преобразования фотоэлектрической энергии ограничена по физическим причинам. Около 24% солнечного излучения с длинной волной не поглощается. 33% приходится на тепловые потери в окружающую среду, а дополнительные потери составляют приблизительно 15-20%. Поглощается только 23%, что означает, что батарея является важнейшей частью солнечной лампы.

Контроллер заряда

Этот раздел контролирует всю рабочую систему для защиты заряда батареи. Он гарантирует, что при любых обстоятельствах, включая экстремальные погодные условия с большими перепадами температур, батарея не будет перезаряжена или перезаряжена, что предотвратит дальнейшее повреждение батареи.

В этот раздел также входят дополнительные компоненты, такие как контроллер освещения, таймер, звуковой контроллер, температурная компенсация, защита от молнии, защита от обратной полярности и переключатели переменного тока, которые обеспечивают нормальную работу чувствительных резервных нагрузок при отключении электроэнергии.

Принципы работы

Рисунок 3

Светодиодные светильники используются благодаря высокой световой эффективности и длительному сроку службы. Под управлением контроллера заряда постоянного тока бесконтактное управление автоматически включает свет в темноте и выключает днем. Иногда также используется в сочетании с таймерами для установки времени включения и выключения света.

Как показано на рисунке 3, чип включает в себя микрочип(R), B-, B+, S- и S+. S+ и S- соединены проводами с солнечными панелями, одна из которых имеет положительный заряд, а другая — отрицательный. В данном случае B- и B+ подключены к двум батареям. При подключении всех этих элементов будет загораться светодиод.

Преимущества

Солнечные лампы проще устанавливать и обслуживать, поскольку им не требуется электрический кабель. Солнечные лампы приносят пользу владельцам благодаря снижению затрат на техническое обслуживание и счетов за электроэнергию. Солнечные лампы также могут использоваться в

В районах, где нет электросети, или в отдаленных районах, где отсутствует надежное электроснабжение, существует множество историй о людях, страдающих заболеваниями легких, ухудшением зрения, ожогами, а иногда и умирающих просто потому, что у них нет здоровой альтернативы свету ночью. Женщины чувствуют себя небезопасно, идя в туалет на улице после наступления темноты. Акушерки принимают роды, используя только свечи, а студенты не могут учиться после захода солнца из-за недостатка света, что приводит к росту неграмотности и постоянной бедности. Такова реальность для более чем миллиарда человек по всему миру. Отсутствие освещения равносильно сохранению бедности во всем мире. Солнечная лампа преобразует световую энергию в электрическую, что делает ее удобной для нашей повседневной жизни.

Выработка солнечной энергии ограничена погодными условиями и может быть менее эффективной в облачную, дождливую погоду или зимой.

Домохозяйства, переходящие с керосиновых ламп на солнечные, также выигрывают от снижения риска для здоровья, связанного с выбросами керосина. Керосин часто оказывает негативное воздействие на легкие человека.

Использование солнечной энергии сводит к минимуму загрязнение воздуха в помещениях, где керосин связывают со случаями проблем со здоровьем. Однако фотоэлектрические панели изготавливаются из кремния и других токсичных металлов, включая свинец, утилизация которых может быть затруднена.

Использование солнечных фонарей улучшает качество образования для учеников, живущих в семьях без электричества. Когда некоммерческая организация Unite-To-Light пожертвовала солнечные лампы...

В школах отдаленного региона Квазулу-Натал в Южной Африке результаты тестов и процент успеваемости улучшились более чем на 30%. Свет дает ученикам дополнительное время для учебы после наступления темноты.

Экспериментальное исследование 2017 года, проведенное в неэлектрифицированных районах северного Бангладеш, показало, что использование солнечных фонарей снизило общие расходы домохозяйств, увеличило количество часов, которые дети посвящают учебе дома, и повысило посещаемость школы. Однако это не привело к значительному улучшению успеваемости детей.

Использовать

Солнечный уличный фонарь

Основная статья: Уличный фонарь на солнечных батареях

Эти светильники представляют собой удобный и экономичный способ освещения улиц в ночное время без необходимости использования электросетей переменного тока для пешеходов и водителей. Они могут иметь отдельные панели для каждого светильника в системе или же большую центральную солнечную панель и аккумуляторную батарею для питания нескольких светильников.

Уличный фонарь на солнечных батареях со светодиодной подсветкой

Деревенский

В сельских районах Индии солнечные лампы, обычно называемые солнечными фонарями, использующие светодиоды или компактные люминесцентные лампы, заменяют керосиновые лампы, свечи и другие дешевые альтернативы освещению. Особенно в районах, где доступ к электричеству затруднен, солнечные лампы очень полезны и улучшают качество жизни.