Солнечный светильник , также известный как солнечный свет или солнечный фонарь , представляет собой систему освещения, состоящую из светодиодной лампы , солнечных панелей , аккумулятора , контроллера заряда , а также может быть инвертор . Светильник работает на электричестве от аккумуляторов , 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 низкую стоимость эксплуатации, чем керосиновые лампы, 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 начальную стоимость и зависят от погоды.
Солнечные лампы для использования в сельской местности часто обладают способностью обеспечивать электроснабжение других устройств, например, для зарядки сотовых телефонов . Стоимость солнечных ламп продолжала снижаться в последние годы, поскольку компоненты и лампы производились массово во все больших количествах.
Некоторые солнечные фотоэлектрические системы используют монокристаллические кремниевые или поликристаллические кремниевые панели, в то время как более новые технологии используют тонкопленочные солнечные элементы . [1] С тех пор как в 1954 году в лабораториях Белла были представлены современные солнечные элементы , [2] достижения в повышении эффективности солнечных элементов при преобразовании света в электрическую энергию и современные технологии производства в сочетании с эффективностью масштаба привели к международному росту фотоэлектрических систем .
Первый патент на солнечный свет был подан Морисом Э. Парадайзом в 1955 году. [3]
По состоянию на 2016 год светодиодные лампы потребляют всего около 10% энергии, необходимой лампе накаливания. [4] Эффективность производства светодиодных ламп привела к их более широкому использованию в качестве альтернативы старым электрическим светильникам.
Большинство солнечных панелей изготавливаются из монокристаллического кремния — полупроводникового материала. [5]
Когда свет попадает на солнечный элемент , в подключенной электрической цепи возникает электрический ток. Это называется фотоэлектрическим эффектом . [5] Фотоэлектрические системы напрямую преобразуют энергию солнечного света в электричество.
Солнечные панели сделаны из слоев различных материалов (рисунок 2), в следующем порядке: стекло, инкапсуляция, кристаллические ячейки, задний лист, распределительная коробка и, наконец, рамка. Инкапсуляция не допускает попадания влаги и загрязняющих веществ, которые могут вызвать проблемы. [6]
Аккумулятор обычно размещается в металлическом или пластиковом корпусе. Внутри корпуса находятся электроды , включая катоды и аноды, где происходят химические реакции. Между катодом и анодом также существует сепаратор, который останавливает реакцию электродов вместе, в то же время позволяя электрическому заряду свободно течь между ними. Наконец, коллектор проводит заряд от аккумулятора наружу. [7]
В аккумуляторах солнечных ламп обычно используется технология гелевого электролита с высокими характеристиками при глубоком разряде, что позволяет использовать их в экстремальных диапазонах температур. [ необходима цитата ] Также могут использоваться свинцово-кислотные, никель-металл-гидридные, никель-кадмиевые или литиевые аккумуляторы.
Эта часть лампы экономит энергию солнечной панели и обеспечивает питание при необходимости в ночное время, когда нет доступной световой энергии.
В целом эффективность преобразования фотоэлектрической энергии ограничена по физическим причинам. Около 24% солнечного излучения с большой длиной волны не поглощается. 33% тепла теряется в окружающую среду, а дальнейшие потери составляют около 15-20%. Поглощается только 23%, что означает, что батарея является важнейшей частью солнечной лампы. [8]
Этот раздел контролирует все рабочие системы для защиты заряда батареи. Он гарантирует, что при любых обстоятельствах, включая экстремальные погодные условия с большой разницей температур, батарея не будет перезаряжена или разряжена и не повредит ее еще больше. [ необходима цитата ]
В этот раздел также включены дополнительные детали, такие как контроллер освещения, контроллер времени, звука, температурная компенсация, защита от молнии, защита от обратной полярности и переключатели переменного тока, которые обеспечивают нормальную работу чувствительных резервных нагрузок в случае отключения электроэнергии. [ необходима ссылка ]
Светодиодные лампы используются из-за их высокой световой эффективности и длительного срока службы. Под управлением контроллера заряда постоянного тока бесконтактное управление автоматически включает свет в темноте и выключает в дневное время. Иногда его также комбинируют с контроллерами времени, чтобы задать определенное время для автоматического включения и выключения света. [ необходима цитата ]
Как показано на рисунке 3, чип включает в себя microchip(R), B−, B+, S− и S+. S+ и S− оба подключены к солнечным панелям проводом, один из которых имеет положительный заряд, а другой отрицательный заряд. B− и B+ подключены к двум батареям в этом случае. Свет будет виден через светодиодный индикатор, когда все они подключены.
Солнечные лампы проще устанавливать и обслуживать, так как им не требуется электрический кабель. Солнечные лампы могут принести пользу владельцам за счет снижения расходов на обслуживание и счетов за электроэнергию. Солнечные лампы также можно использовать в районах, где нет электросети , или в отдаленных районах, где нет надежного электроснабжения. [ необходима цитата ] Более 1 миллиарда человек по всему миру не имеют электрического освещения, что способствует сохранению нищеты. [ необходима цитата ]
Выработка солнечной энергии ограничена погодой и может быть менее эффективной, если на улице облачно, сыро или зима. [ необходима цитата ]
Домохозяйства, переходящие с керосиновых ламп на солнечные, также выигрывают от риска для здоровья, связанного с выбросами керосина. Керосин часто оказывает негативное воздействие на легкие человека. [9]
Использование солнечной энергии минимизирует создание загрязнения в помещениях, где керосин был связан со случаями проблем со здоровьем. Однако фотоэлектрические панели сделаны из кремния и других токсичных металлов, включая свинец , который может быть трудно утилизировать. [ необходима цитата ]
Использование солнечных ламп улучшает образование для студентов, которые живут в домах без электричества. Когда некоммерческая организация Unite to Light пожертвовала солнечные лампы школам в отдаленном регионе Квазулу-Натал в Южной Африке, результаты тестов и процент сдачи экзаменов улучшились более чем на 30%. [10] Свет дает студентам дополнительное время для учебы после наступления темноты. [ требуется ссылка ]
Экспериментальное исследование 2017 года в неэлектрифицированных районах северной части Бангладеш показало, что использование солнечных фонарей снизило общие расходы домохозяйств, увеличило часы домашнего обучения детей и повысило посещаемость школ. Однако это не улучшило успеваемость детей в какой-либо значительной степени. [11]
Эти фонари обеспечивают удобный и экономичный способ освещения улиц ночью без необходимости использования сетей переменного тока для пешеходов и водителей. Они могут иметь отдельные панели для каждой лампы системы или могут иметь большую центральную солнечную панель и аккумуляторную батарею для питания нескольких ламп.
Небольшие солнечные лампы могут использоваться домовладельцами для добавления окружающего освещения в их сады. Эти лампы можно найти во многих форм-факторах, обычно это дорожные светильники и прожекторы. [12]
В сельской Индии солнечные лампы, обычно называемые солнечными фонарями, использующие либо светодиоды, либо КЛЛ, используются для замены керосиновых ламп и других дешевых альтернатив освещения. Особенно в районах, где электричество труднодоступно, солнечные лампы очень полезны, и они также улучшают качество жизни. [13]
Африка, имеющая самый низкий уровень доступа к электричеству в мире — 40% [14], значительно выиграла за счет доступа к солнечным лампам и комплексным решениям по освещению домов. Во многих регионах Африки недостаточное освещение после наступления темноты представляет угрозу безопасности. Солнечные фонари освещают темные улицы и тропы, повышая общественную безопасность и сокращая количество несчастных случаев. [15]
В морских условиях все чаще используются светодиодные солнечные фонари в качестве альтернативы обычному освещению. Удаленность от лодок и парусного спорта затрудняет доступ к энергии, поэтому здесь нужны самодостаточные технологии, такие как солнечное освещение для лодок [ требуется цитата ]
Американские инвесторы работают над созданием солнечного фонаря стоимостью 10 долларов за единицу для замены керосиновых ламп. [16]
Решения для освещения дома на основе солнечной энергии могут быть дорогими в приобретении. Организации, работающие вне сети, предлагают системы освещения дома на основе солнечной энергии с помощью инновационных финансовых механизмов, таких как модель Pay-As-You-Go, позволяющая потребителям снабжать энергией весь свой дом, выплачивая легкие ежемесячные взносы. В настоящее время более 40% всех продаж продукции для освещения дома на основе солнечной энергии вне сети в странах Африки к югу от Сахары осуществляется через PayGo, достигая почти 50% в Кении и 65% в Руанде. [14]
Медиа, связанные с солнечными лампами на Wikimedia Commons
