โคมไฟพลังงานแสงอาทิตย์

โคมไฟพลังงานแสงอาทิตย์ หรือที่รู้จักกันในชื่อไฟพลังงานแสงอาทิตย์ หรือโคมไฟพลังงานแสงอาทิตย์ คือระบบให้แสงสว่างที่ประกอบด้วยหลอดไฟ LED แผงโซลาร์เซลล์ แบตเตอรี่ ตัวควบคุมการชาร์จ และอาจมีอินเวอร์เตอร์ด้วย โคมไฟทำงานโดยใช้ไฟฟ้าจากแบตเตอรี่ ซึ่งชาร์จผ่านแผงโซลาร์เซลล์

โคมไฟพลังงานแสงอาทิตย์สำหรับใช้ในบ้านสามารถใช้แทนแหล่งกำเนิดแสงอื่นๆ เช่น เทียนหรือตะเกียงน้ำมันก๊าดได้ โคมไฟพลังงานแสงอาทิตย์มีต้นทุนการใช้งานต่ำกว่าตะเกียงน้ำมันก๊าด เนื่องจากพลังงานหมุนเวียนจากแสงอาทิตย์นั้นฟรี ต่างจากเชื้อเพลิง นอกจากนี้ โคมไฟพลังงานแสงอาทิตย์ยังไม่ก่อให้เกิดมลพิษทางอากาศภายในบ้าน ต่างจากตะเกียงน้ำมันก๊าด อย่างไรก็ตาม โดยทั่วไปแล้ว โคมไฟพลังงานแสงอาทิตย์จะมีต้นทุนเริ่มต้นสูงกว่า และขึ้นอยู่กับสภาพอากาศ

โคมไฟพลังงานแสงอาทิตย์สำหรับใช้ในพื้นที่ชนบทมักมีความสามารถในการจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับอุปกรณ์อื่นๆ ได้ เช่น การชาร์จโทรศัพท์มือถือ นักลงทุนชาวอเมริกันกำลังทำงานเพื่อพัฒนาโคมไฟพลังงานแสงอาทิตย์ราคา 10 ดอลลาร์ต่อหน่วย เพื่อใช้ทดแทนโคมไฟน้ำมันก๊าด

ประวัติศาสตร์

ส่วนแบ่งการตลาดโลกในแง่ของการผลิตประจำปีของเทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์นับตั้งแต่ปี 1990

แผงโซลาร์เซลล์บางชนิดใช้แผงซิลิคอนผลึกเดี่ยวหรือซิลิคอนผลึกหลายชั้น ในขณะที่เทคโนโลยีใหม่กว่าใช้เซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบาง นับตั้งแต่มีการนำเซลล์แสงอาทิตย์สมัยใหม่มาใช้ในปี 1954 ที่ห้องปฏิบัติการเบลล์ ความก้าวหน้าในประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ในการแปลงแสงเป็นพลังงานไฟฟ้า และเทคนิคการผลิตที่ทันสมัย ​​ผนวกกับประสิทธิภาพในระดับการผลิตที่มากขึ้น ได้นำไปสู่การเติบโตของเทคโนโลยีโซลาร์เซลล์ในระดับนานาชาติ

ในปี 2016 หลอดไฟ LED ใช้พลังงานเพียงประมาณ 10% ของหลอดไฟแบบไส้ การผลิตหลอดไฟ LED ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นส่งผลให้มีการนำมาใช้เป็นทางเลือกแทนหลอดไฟประเภทอื่นๆ เพิ่มมากขึ้น

ส่วนประกอบ

โครงสร้างทั้งหมดของโคมไฟพลังงานแสงอาทิตย์แสดงอยู่ในรูปที่ 2

แผงโซลาร์เซลล์

แผงโซลาร์เซลล์ทำจากซิลิคอน ซึ่งเป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ เซลล์แสงอาทิตย์ประกอบด้วยซิลิคอนสองชั้นที่แตกต่างกัน ชั้นล่างมีอิเล็กตรอนน้อยกว่า จึงมีประจุบวกเล็กน้อยเนื่องจากอิเล็กตรอนมีประจุลบ ในขณะที่ชั้นบนมีอิเล็กตรอนมากกว่าและมีประจุลบเล็กน้อย เกิดเป็นกำแพงศักย์ขึ้นระหว่างสองชั้นนี้

เมื่ออนุภาคแสงที่เรียกว่าโฟตอนเข้ามา โฟตอนจะถ่ายโอนพลังงานให้กับอะตอมในซิลิคอน ทำให้เกิดการกระตุ้นอิเล็กตรอนหนึ่งตัวจากพันธะโควาเลนต์ไปยังระดับพลังงานถัดไปจากชั้นบนลงสู่ชั้นล่าง การกระตุ้นอิเล็กตรอนนี้ทำให้เกิดการเคลื่อนที่อย่างอิสระมากขึ้นภายในผลึก ซึ่งก่อให้เกิดกระแสไฟฟ้า ยิ่งมีแสงส่องผ่านมากเท่าไร อิเล็กตรอนก็จะเคลื่อนที่ไปมามากขึ้นเท่านั้น จึงทำให้กระแสไฟฟ้าไหลมากขึ้น กระบวนการนี้เรียกว่าปรากฏการณ์โฟโตโวลตาอิกและโฟโตอิเล็กทริก ระบบโฟโตโวลตาอิกจะแปลงแสงแดดเป็นไฟฟ้าโดยตรง

แผงโซลาร์เซลล์ทำจากวัสดุหลายชั้น ดังแสดงในรูปที่ 2 เรียงลำดับจากมากไปน้อย ได้แก่ กระจก สารเคลือบ เซลล์ผลึก สารเคลือบ แผ่นรองด้านหลัง กล่องเชื่อมต่อ และสุดท้ายคือโครง สารเคลือบช่วยป้องกันความชื้นและสิ่งปนเปื้อนที่อาจก่อให้เกิดปัญหาได้

รูปที่ 2

แบตเตอรี่

โดยทั่วไปแบตเตอรี่จะถูกบรรจุอยู่ในกล่องโลหะหรือพลาสติก ภายในกล่องจะมีขั้วไฟฟ้า ได้แก่ แคโทดและแอโนด ซึ่งเป็นบริเวณที่เกิดปฏิกิริยาเคมี นอกจากนี้ยังมีแผ่นกั้นอยู่ระหว่างแคโทดและแอโนด เพื่อป้องกันไม่ให้ขั้วไฟฟ้าทั้งสองทำปฏิกิริยากัน ในขณะเดียวกันก็ช่วยให้ประจุไฟฟ้าไหลผ่านระหว่างกันได้อย่างอิสระ สุดท้าย ตัวเก็บประจุทำหน้าที่นำประจุจากแบตเตอรี่ออกสู่ภายนอก

แบตเตอรี่ภายในโคมไฟพลังงานแสงอาทิตย์มักใช้เทคโนโลยีอิเล็กโทรไลต์แบบเจลที่มีประสิทธิภาพสูงในการคายประจุลึก เพื่อให้สามารถใช้งานได้ในอุณหภูมิที่หลากหลาย นอกจากนี้ยังอาจใช้แบตเตอรี่ตะกั่วกรด นิกเกิลเมทัลไฮไดรด์ นิกเกิลแคดเมียม หรือลิเธียมได้อีกด้วย

ส่วนนี้ของโคมไฟจะเก็บสะสมพลังงานจากแผงโซลาร์เซลล์และจ่ายพลังงานเมื่อจำเป็นในเวลากลางคืนเมื่อไม่มีแสงสว่างจากแหล่งอื่น

โดยทั่วไป ประสิทธิภาพการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้ามีข้อจำกัดทางกายภาพ ประมาณ 24% ของรังสีแสงอาทิตย์ที่มีความยาวคลื่นยาวจะไม่ถูกดูดซับ 33% จะสูญเสียไปเป็นความร้อนสู่สิ่งแวดล้อม และมีการสูญเสียเพิ่มเติมอีกประมาณ 15-20% เหลือเพียง 23% เท่านั้นที่ถูกดูดซับ ซึ่งหมายความว่าแบตเตอรี่เป็นส่วนสำคัญของโคมไฟพลังงานแสงอาทิตย์

ตัวควบคุมการชาร์จ

ส่วนนี้ควบคุมระบบการทำงานทั้งหมดเพื่อป้องกันการชาร์จแบตเตอรี่ โดยจะตรวจสอบให้แน่ใจว่าไม่ว่าในสถานการณ์ใดๆ รวมถึงสภาพอากาศที่รุนแรงซึ่งมีความแตกต่างของอุณหภูมิมาก แบตเตอรี่จะไม่ถูกชาร์จเกินหรือคายประจุมากเกินไปจนทำให้แบตเตอรี่เสียหายยิ่งขึ้น

ส่วนนี้ยังรวมถึงชิ้นส่วนเพิ่มเติม เช่น ตัวควบคุมแสง ตัวควบคุมเวลา เสียง การชดเชยอุณหภูมิ การป้องกันฟ้าผ่า การป้องกันการกลับขั้ว และสวิตช์ถ่ายโอนกระแสสลับ ซึ่งช่วยให้มั่นใจได้ว่าอุปกรณ์สำรองที่ไวต่อกระแสไฟจะทำงานได้ตามปกติเมื่อเกิดไฟฟ้าดับ

หลักการทำงาน

รูปที่ 3

หลอดไฟ LED ถูกนำมาใช้เนื่องจากมีประสิทธิภาพการส่องสว่างสูงและอายุการใช้งานยาวนาน ภายใต้การควบคุมของตัวควบคุมการชาร์จ DC ระบบควบคุมแบบไร้สัมผัสจะเปิดไฟโดยอัตโนมัติเมื่อมืดและปิดเมื่อกลางวัน บางครั้งอาจใช้ร่วมกับตัวควบคุมเวลาเพื่อตั้งเวลาให้ไฟเปิดและปิดโดยอัตโนมัติได้เช่นกัน

ดังแสดงในรูปที่ 3 ชิปประกอบด้วยไมโครชิป(R), B-, B+, S- และ S+ โดย S+ และ S- เชื่อมต่อกับแผงโซลาร์เซลล์ด้วยสายไฟ แผงหนึ่งมีประจุบวกและอีกแผงมีประจุลบ ส่วน B- และ B+ ต่อกับแบตเตอรี่สองก้อนในกรณีนี้ เมื่อเชื่อมต่อส่วนประกอบทั้งหมดแล้ว แสงไฟ LED จะส่องสว่างขึ้น

ประโยชน์

โคมไฟพลังงานแสงอาทิตย์ติดตั้งและบำรุงรักษาได้ง่ายกว่าสำหรับลูกค้า เนื่องจากไม่จำเป็นต้องใช้สายไฟ โคมไฟพลังงานแสงอาทิตย์ช่วยลดค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาและค่าไฟฟ้าให้กับเจ้าของบ้านได้ นอกจากนี้ โคมไฟพลังงานแสงอาทิตย์ยังสามารถใช้ใน...

ในพื้นที่ที่ไม่มีโครงข่ายไฟฟ้าหรือพื้นที่ห่างไกลที่ขาดแหล่งจ่ายไฟฟ้าที่เชื่อถือได้ มีเรื่องราวมากมายเกี่ยวกับผู้คนที่เป็นโรคปอด โรคตาเสื่อม แผลไหม้ และบางครั้งถึงขั้นเสียชีวิต เพียงเพราะพวกเขาไม่มีทางเลือกอื่นที่ดีต่อสุขภาพนอกเหนือจากแสงสว่างในเวลากลางคืน ผู้หญิงรู้สึกไม่ปลอดภัยที่จะเดินไปห้องน้ำข้างนอกหลังจากมืดค่ำ ทารกถูกทำคลอดโดยผดุงครรภ์โดยใช้เพียงเทียนไข และนักเรียนไม่สามารถเรียนได้เมื่อพระอาทิตย์ตกดินเนื่องจากขาดแสงสว่าง ซึ่งนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของอัตราการไม่รู้หนังสือและความยากจนอย่างต่อเนื่อง นี่คือความเป็นจริงสำหรับผู้คนกว่า 1 พันล้านคนทั่วโลก การขาดแสงสว่างเท่ากับความยากจนที่ยังคงอยู่ทั่วโลก ในโคมไฟพลังงานแสงอาทิตย์นั้น มันจะแปลงพลังงานแสงเป็นพลังงานไฟฟ้า กล่าวคือ มันสะดวกสบายต่อชีวิตประจำวันของเรา

ปริมาณพลังงานแสงอาทิตย์ที่ผลิตได้นั้นถูกจำกัดด้วยสภาพอากาศ และอาจมีประสิทธิภาพลดลงหากมีเมฆมาก ฝนตก หรือในฤดูหนาว

ครัวเรือนที่เปลี่ยนมาใช้โคมไฟพลังงานแสงอาทิตย์แทนโคมไฟน้ำมันก๊าดจะได้รับประโยชน์จากความเสี่ยงด้านสุขภาพที่เกี่ยวข้องกับการปล่อยมลพิษจากน้ำมันก๊าดด้วยเช่นกัน น้ำมันก๊าดมักส่งผลเสียต่อปอดของมนุษย์

การใช้พลังงานแสงอาทิตย์ช่วยลดมลพิษภายในอาคาร ซึ่งน้ำมันก๊าดนั้นมีความเชื่อมโยงกับปัญหาสุขภาพหลายประการ อย่างไรก็ตาม แผงโซลาร์เซลล์ทำจากซิลิคอนและโลหะมีพิษอื่นๆ รวมถึงตะกั่ว ซึ่งยากต่อการกำจัด

การใช้ไฟพลังงานแสงอาทิตย์ช่วยพัฒนาการศึกษาสำหรับนักเรียนที่อาศัยอยู่ในบ้านที่ไม่มีไฟฟ้าใช้ เมื่อองค์กรไม่แสวงหาผลกำไร Unite-To-Light บริจาคโคมไฟพลังงานแสงอาทิตย์ให้กับ

โรงเรียนในเขตห่างไกลของควาซูลูนาตาลในแอฟริกาใต้ มีคะแนนสอบและอัตราการสอบผ่านดีขึ้นกว่า 30% แสงสว่างช่วยให้นักเรียนมีเวลาเรียนเพิ่มขึ้นหลังจากมืดแล้ว

จากการศึกษาเชิงทดลองในปี 2017 ในพื้นที่ที่ไม่มีไฟฟ้าใช้ในภาคเหนือของบังกลาเทศ พบว่าการใช้โคมไฟพลังงานแสงอาทิตย์ช่วยลดค่าใช้จ่ายโดยรวมของครัวเรือน เพิ่มชั่วโมงการเรียนที่บ้านของเด็ก และเพิ่มอัต attendance ในโรงเรียน อย่างไรก็ตาม ไม่ได้ช่วยพัฒนาผลสัมฤทธิ์ทางการเรียนของเด็กอย่างมีนัยสำคัญ

ใช้

ไฟถนนพลังงานแสงอาทิตย์

บทความหลัก: ไฟถนนพลังงานแสงอาทิตย์

ไฟเหล่านี้เป็นวิธีที่สะดวกและประหยัดค่าใช้จ่ายในการให้แสงสว่างแก่ถนนในเวลากลางคืน โดยไม่จำเป็นต้องใช้ระบบไฟฟ้ากระแสสลับสำหรับคนเดินเท้าและผู้ขับขี่ อาจมีแผงโซลาร์เซลล์แยกสำหรับแต่ละดวง หรืออาจมีแผงโซลาร์เซลล์ขนาดใหญ่ส่วนกลางและแบตเตอรี่เพื่อจ่ายไฟให้กับหลายดวง

ไฟถนน LED พลังงานแสงอาทิตย์

ชนบท

ในชนบทของอินเดีย โคมไฟพลังงานแสงอาทิตย์ หรือที่เรียกกันทั่วไปว่าโคมไฟโซลาร์เซลล์ ซึ่งใช้หลอด LED หรือ CFL กำลังถูกนำมาใช้แทนโคมไฟน้ำมันก๊าด เทียน และแหล่งแสงสว่างราคาถูกอื่นๆ โดยเฉพาะในพื้นที่ที่เข้าถึงไฟฟ้าได้ยาก โคมไฟพลังงานแสงอาทิตย์มีประโยชน์มากและยังช่วยยกระดับคุณภาพชีวิตอีกด้วย