Солнечная лампа — это осветительный прибор, состоящий из светодиодной лампы, фотоэлектрической солнечной панели и аккумуляторной батареи. Наружные конструкции, могут иметь лампу, солнечную панель и батарею, встроенные в один блок.

Еще несколько лет назад мысль о том, чтобы питать свет от энергии Солнца, казалась научной фантастикой. Однако сегодня солнечные панели можно увидеть на крышах зданий и домов, а также на уличных фонарях в некоторых городах.

С момента появления новейших солнечных элементов в лаборатории Bell Labs в 1954 году, прогресс в эффективности солнечных элементов для преобразования света в электричество в сочетании с новейшими технологиями производства в сочетании с эффективностью масштаба привели к международному развитию солнечной фотоэлектрической энергетики.
По состоянию на 2016 год светодиодные лампы потребляют лишь около 10% энергии, необходимой лампам накаливания. Эффективность производства светодиодных ламп привела к их растущему внедрению в качестве альтернативы другим формам электрического освещения.

То, что когда-то было мечтой, стало реальностью. Более того, солнечная энергия может быть даже у вас под рукой в виде калькулятора, работающего на солнечных батареях. Если у вас дома есть сад или ландшафтный дизайн, вы можете даже иметь фонари на солнечных батареях, указывающие вам путь ночью.

Освещение дома на солнечных батареях может заменить другие источники света, такие как свечи или керосиновые лампы. Солнечные лампы имеют более низкие эксплуатационные расходы, чем керосиновые лампы, поскольку, в отличие от топлива, они получают возобновляемую энергию от солнца. Солнечные лампы также не загрязняют воздух в помещении, как керосиновые лампы. Однако солнечные лампы обычно имеют более высокую первоначальную стоимость и зависят от погодных условий.
Солнечные лампы, используемые в сельских районах, часто имеют возможность питать другие устройства, например, заряжать сотовые телефоны.

Из чего состоит солнечная лампа

Активация и деактивация электрического освещения происходит с помощью блока управления. Светильники автоматически включаются в сумерках и выключаются на восходе солнца. Некоторые модели оснащены датчиком присутствия, который экономит заряд батареи и включается только при необходимости.

1.Солнечная панель

Солнечные панели изготавливаются из кристаллов, состоящих из ковалентных связей между электронами во внешней оболочке атомов кремния. Кремний — это полупроводник, который не является ни металлом, проводящим электричество, ни изолятором, не проводящим его. Полупроводники обычно не проводят электричество, но при определенных условиях проводят. В данном конкретном случае он проводит электричество под воздействием света.
Солнечный элемент имеет два разных слоя кремния. Нижний слой имеет мало электронов и поэтому имеет небольшой положительный заряд из-за отрицательной природы электронов. Верхний слой содержит больше электронов и имеет небольшой отрицательный заряд.
Между этими двумя слоями создается барьер, но когда поток световых частиц, называемых фотонами, проникает внутрь, они заряжают атомы кремния. Электроны переходят с ковалентных связей на следующий энергетический уровень с верхней оболочки на нижнюю. Это продвижение электронов позволяет им более свободно перемещаться внутри кристалла и генерировать электрический ток. По мере прохождения большего количества света и перемещения большего количества электронов, между ними протекает больший ток. Этот процесс называется фотовольтаикой и фотоэлектрическим эффектом. Фотоэлектрическая система, буквально означающая сочетание света и напряжения, использует солнечные батареи для преобразования солнечного света непосредственно в электричество.
Солнечная панель состоит из различных слоев материалов в следующем порядке:

• стекло, инкапсуляция,
• кристаллические элементы,
• инкапсуляция, задний лист,
• распределительная коробка,
• каркас.

Инкапсуляция защищает от влаги и загрязняющих веществ, которые могут вызвать проблемы.

2.Батареи

Батарея обычно находится в металлическом или пластиковом корпусе. Внутри корпуса находятся электроды, такие как катод и анод, где происходят химические реакции. Между катодом и анодом также имеется сепаратор, который предотвращает реакцию электродов друг с другом и в то же время обеспечивает свободный поток заряда между ними. Наконец, коллектор передает заряд от батареи наружу.
Как правило, в аккумуляторах солнечных ламп используется технология гелевого электролита с высокими показателями глубокого разряда, что позволяет использовать их в условиях экстремальных температур. Также могут использоваться свинцово-кислотные, никель-металлгидридные, никель-кадмиевые и литиевые батареи.
Эта часть лампы накапливает энергию, полученную от солнечных батарей, и выдает ее при необходимости ночью, когда световая энергия недоступна.
В целом, эффективность преобразования фотоэлектрической энергии ограничена по физическим причинам. Приблизительно 24% длинноволнового солнечного излучения не поглощается. 33% уходит в окружающую среду в виде тепла, при этом дополнительные потери составляют около 15-20%. Только 23% поглощается, что означает, что батарея является важной частью солнечной лампы.

3.Контроллер заряда

Эта секция управляет всеми операционными системами и защищает заряд батареи. При любых условиях, включая экстремальные погодные условия с большой разницей температур, батарея не может быть перезаряжена или переразряжена и в дальнейшем повреждена.
Эта секция также включает дополнительные компоненты, такие как светорегуляторы, регуляторы времени, звука, температурной компенсации, защиты освещения, защиты от обратной полярности, а также переключатель переменного тока, который обеспечивает нормальную работу чувствительных резервных нагрузок при отключении электроэнергии.

Принцип работы солнечной лампы

Светодиодное освещение используется благодаря его высокой светоотдаче и длительному сроку службы. Под управлением контроллера заряда постоянного тока бесконтактное управление автоматически включает освещение в темное время суток и выключает его днем. Оно также может быть объединено с таймером для автоматического включения и выключения штор в разное время суток.
Чипы включают в себя микросхемы (R), B-, B+, S- и S+. S+ и S— соединены с солнечной батареей проводами, один из которых заряжен положительно, а другой — отрицательно. В этом случае B- и B+ подключены к двум аккумуляторам. Когда все они подключены, через светодиоды появляется свет.

Более детально: как работают солнечные батареи

Какие преимущества в использовании?

1. Солнечные светильники не требуют шнура питания, что упрощает установку и обслуживание.
2. Лампа на солнечной батарее приносит пользу домовладельцам, снижая расходы на обслуживание и электроэнергию.
3. Солнечные лампы можно использовать в районах без электросети или в отдаленных районах без надежного электроснабжения. Существует множество историй о том, как люди страдают от болезней легких, повреждений глаз, ожогов, а иногда и от смерти, просто потому, что у них нет здоровой альтернативы для ночного освещения. Женщины считают опасным ходить в туалет на улице после наступления темноты. Роды принимают акушерки, которые используют только одну свечу. Студенты не могут учиться после наступления темноты из-за отсутствия света, что приводит к неграмотности и беспредельной бедности. Такова реальность для более чем одного миллиарда людей во всем мире.
4. Отсутствие освещения равносильно постоянной бедности во всем мире.Производство солнечной энергии ограничено погодными условиями и может быть менее эффективным, когда облачно, влажно или зимой.
5. Домашние хозяйства, переходящие с керосиновых ламп на солнечные, также выигрывают от рисков для здоровья, связанных с выбросами керосина. Керосин часто негативно влияет на легкие человека.
6. Использование солнечной энергии сводит к минимуму загрязнение воздуха в помещении, которое керосин связывает с проблемами со здоровьем. Однако солнечные батареи изготавливаются из кремния и других токсичных металлов, включая свинец, и от них трудно отказаться.
7. Глубокое однородное освещение, и очень долгий срок службы.
8. Светильники также могут быть оснащены солнечными батареями, встроенными в лампы или расположенными рядом (например, на стенах или потолках зон активности), как, например, в экологическом парке Сучжоу (Китай), но для этого требуется небольшая электрическая сеть.
9. Техническое обслуживание сводится к замене батарей каждые 2-10 лет, в зависимости от типа и использования.
10. Все компоненты могут быть включены в поток вторичной переработки или использованы повторно.

Солнечные фонари улучшают обучение студентов, живущих в семьях без электричества. Когда некоммерческая организация Unite-to-Light подарила солнечные лампы отдаленной школе в КВА Зулу Натал, Южная Африка, результаты экзаменов и успеваемость повысились на 30%. Свет дает ученикам время на учебу после наступления темноты.
Экспериментальное исследование 2017 года в неэлектрифицированных районах северной части Бангладеш показало, что использование солнечных фонарей увеличило общие расходы домохозяйств, увеличило время, проводимое детьми дома за учебой, и повысило успеваемость в школе. Однако это не привело к значительному повышению успеваемости детей.

Статья по теме: 9 преимуществ солнечной энергии

Проблемы и недостатки

Они связаны с ночной окружающей средой, климатом, безопасностью энергосбережения, неприятными ощущениями и уменьшением светового загрязнения.
Светодиодные светильники позволяют освещать «просто». Яркая мощность легко формируется ночью в соответствии с расписанием или с помощью детектора прохода. Таким образом, потребление энергии значительно снижается, а функции разметки и освещения всегда выполняются.
Задача экономии энергии и выбросов парниковых газов является важной. По мнению Ecofin, «ООН напоминает нам, что на общественное освещение приходится 5% подавляемой электроэнергии в мире и что существуют экономически эффективные технологии для экономии этой огромной энергии». . странах, таких как Пакистан».

Использования солнечного света для дома

Солнечные уличные фонари обеспечивают уличное освещение без использования электрической сети. Они могут иметь отдельные панели для каждой лампы системы или могут иметь большую центральную солнечную панель и аккумуляторную батарею для питания нескольких ламп.

Существует множество моделей и разновидностей лампы солнечного света. Но глобально делятся на два типа:

• Внутренние
• Наружные

Внутренние солнечные лампы, также называемые бесшахтными или бескамерными, имеют отдельно установленные солнечные панели и используются для общего освещения в тех случаях, когда централизованная солнечная установка работает четко без сбоев. Это относится к местам с постоянным достатком солнечного света.
Генерируемая энергия является достаточно удобной и главное экономически выгодной и чистой.

Эти фонари обеспечивают удобный и экономически эффективный способ освещения дороги в ночное время без необходимости использования сети переменного тока для пешеходов и водителей. В системе могут быть отдельные панели для каждого фонаря, или может быть большая центральная солнечная панель и аккумуляторная батарея для питания нескольких фонарей.

В сельской местности

В развивающихся странах солнечные фонари являются недорогой альтернативой солнечным домашним системам (СВС), которые обеспечивают четыре-пять часов высококачественного освещения. Они обеспечивают более качественное освещение, чем свечи или керосиновые лампы. Они также используются для обеспечения уличного освещения в сельской местности. В этом случае обычно используются солнечные фонари на светоизлучающих диодах (LED). В развитых странах солнечные фонари обычно используются на открытом воздухе для освещения сада и улицы, а также для отдыха на природе, например, на море или в кемпинге. Солнечное светодиодное освещение также используется для морского и авиационного освещения, дорожных знаков, уличной разметки, автобусных остановок, остановок для автобусов и многих других применений. Светодиоды долговечны и надежны, выдерживают экстремальные температуры и погодные условия, вибрацию и ультрафиолетовое (УФ) излучение.

В сельских районах Индии солнечные лампы, обычно со светодиодами или КФЛ, используются для замены керосиновых ламп. Особенно в районах, где доступ к электричеству затруднен, солнечные лампы очень полезны и улучшают жизнь в сельской местности.
Развитие
Этот тип освещения полностью развит. Солнечные свечи очень рекомендуются для освещения улиц и кварталов в странах Эквадора, где ресурсы солнечной энергии важны и регулярны в течение всего года. Они также очень хорошо подходят для освещения изолированных пространств в других районах, поскольку там нет электрических кабелей или траншей.
В 2013 году в Нидерландах была выпущена двухламповая модель с фотоэлектрическим блоком.

Лампы на солнечных батареях для дома или дачи

Бытовое освещение на солнечных батареях может вытеснить такие источники света, как керосиновые лампы, экономя деньги пользователя и уменьшая опасность пожара и загрязнения окружающей среды.

Читайте также 9 применений солнечной энергии

Солнечные лампы заряжаются в течение дня. Автоматические наружные лампы включаются в сумерках и остаются освещенными на ночь, в зависимости от того, сколько солнечного света они получают в течение дня. Внутренние солнечные лампы могут накапливать или не накапливать энергию опционно.

Садовые фонари на солнечных батареях

Садовые фонари на солнечных батареях используются для украшения сада и имеют самый разнообразный дизайн. Иногда они имеют праздничную тематику и могут быть в форме животных. Они часто используются для обозначения пешеходных дорожек, или зон вокруг бассейнов. Некоторые солнечные фонари не дают столько света, сколько системы освещения с питанием от сети, но они легко устанавливаются и обслуживаются, а также являются более дешевой альтернативой проводным лампам.

Для снижения общей стоимости системы солнечного освещения используются энергосберегающие лампы люминесцентного или светодиодного типа, так как лампы накаливания потребляют в несколько раз больше энергии для получения заданного количества света.

Осуществимость технологии и эксплуатационные потребности

Существуют разрозненные факторы целесообразности использования солнечных фонарей в разных странах. Например, если изучить программу индийского правительства по распространению солнечных фонарей. Солнечные фотоэлектрические фонари подходят в тех случаях, когда стоимость расширения сети высока. В Индии, несмотря на благоприятные условия для внедрения, в рамках программы было установлено всего 365 000 солнечных фонарей. Программа позволила правительству субсидировать 50% затрат на монтаж, а остальную часть расходов на сигнал и установку покрывают потребители и правительство на уровне штата. Тем не менее, уровень внедрения был низким. Считается, что принятие технологии в большей степени зависит от относительных преимуществ новой технологии и потока коммуникаций внутри сообщества, чем от альтернатив.

Интерес для всех потребностей в освещении вне сети

Кажется, что солнечные фонари обречены на успех, учитывая растущие цены на энергию и стоимость строительства электросетей в развивающихся странах (таких как изолированные районы Западной Африки) или в изолированных местах. Мачты можно перемещать по мере необходимости (на строительных площадках или во время фестивальных мероприятий), и они не требуют прокладки подземных или воздушных линий электропередачи. Это решение, в дополнение к распространению «индивидуальных солнечных ламп», было опробовано организацией «Электрики без границ» для помощи развивающимся странам и Гаити после землетрясений и серьезных происшествий, лишающих район или города электричества.

Например, в 2010 году «проект, поддержанный в основном Фондом Франции, компанией Adem, остров Мартиника, и Региональным советом города Парижа» предложил «установить около 350 солнечных уличных фонарей в 40 гостеприимных лагерях в городе Париже». В Порт-о-Пренсе, Леогане и Карфуре находится более 80 000 беженцев. Небольшой лагерь для местного экотуризма в последней деревне, доступной из Ладакха, оборудован солнечными лампами, которые являются единственным постоянным источником света в деревне (2010).

ООН считает, что «автономное» солнечное освещение с использованием солнечных ламп может принести значительные выгоды людям. Исследование ЮНЕП, проведенное в 80 странах, показало, что «инвестиционные затраты на замену топливосжигающего освещения светодиодными системами снизились менее чем за год благодаря экономии топлива».

Стоимость замены топливосжигающих осветительных приборов на светодиодные системы снизилась менее чем за год, благодаря экономии топлива. Сегодня более 1,3 миллиарда человек в мире живут без доступа к электрическому освещению, а для питания масляных ламп ежегодно используется около 25 миллиардов литров керосина, что соответствует стоимости около 23 миллиардов долларов. Это очень много долларов в год для пользователей». Только в Нигерии экономия составит 1,4 миллиарда долларов в год.

Какие перспективы как итог?

Как предполагает Джереми Рифкин в своих идеях Третьей промышленной революции, прогресс в области солнечных модулей, вероятно, сделает некоторые осветительные приборы «энергоположительными» и потенциально способными питать другие объекты или носители энергии в интеллектуальной сети. Развитие светодиодов необходимо для эволюции солнечных фонарей. Срок службы батареи также имеет большое значение. Этот срок тесно связан с температурой окружающей среды, и независимо от того, используются ли свинцовые, литиевые или никелевые батареи, идеальным вариантом является хранение при 20 °C или закапывание батарей.