Eine Solarlampe ist ein Beleuchtungssystem, bestehend aus einer LED-Lampe, Solarzellen, Batterie, Laderegler und es kann auch ein Wechselrichter sein. Die Lampe arbeitet mit Strom aus Batterien, die durch den Einsatz von Photovoltaik-Modulen geladen werden.
Solarbetriebene Haushaltsbeleuchtung kann andere Lichtquellen wie Kerzen oder Petroleumlampen ersetzen. Solarlampen haben niedrigere Betriebskosten als Kerosinlampen, da erneuerbare Energie von der Sonne im Gegensatz zu Kraftstoff frei ist. Darüber hinaus erzeugen Solarlampen im Gegensatz zu Kerosinlampen keine Luftverschmutzung in Innenräumen. Solarlampen haben jedoch im Allgemeinen höhere Anfangskosten und sind wetterabhängig.
Solarlampen für den Gebrauch in ländlichen Situationen können oft eine Stromversorgung für andere Geräte bereitstellen, beispielsweise zum Laden von Mobiltelefonen. Amerikanische Investoren haben daran gearbeitet, eine 10-Dollar-Solarlaterne für den Austausch von Kerosinlampen zu entwickeln.
Geschichte
Einige Solar-Photovoltaik-Anlagen verwenden monokristalline Silizium- oder polykristalline Silizium-Platten, während neuere Technologien Dünnschicht-Solarzellen verwenden. Seit die modernen Solarzellen 1954 in Bell Labs eingeführt wurden, haben die Fortschritte in der Solarzelleneffizienz bei der Umwandlung von Licht in elektrische Energie und moderne Herstellungsverfahren in Kombination mit Größenvorteilen zu einem internationalen Wachstum der Photovoltaik geführt.
Ab 2016 verbrauchen LED-Lampen nur noch ca. 10% der Energie, die eine Glühlampe benötigt. Effizienz in der Produktion von LED-Lampen hat zu einer verstärkten Akzeptanz als Alternative zu anderen elektrischen Leuchten geführt.
Technische Grundsätze
Das Ein- und Ausschalten der elektrischen Beleuchtung wird durch eine Steuereinheit ausgelöst: Bei Einbruch der Dunkelheit schaltet sich das Licht automatisch ein und bei Sonnenaufgang aus; Einige Modelle sind mit Präsenzmeldern ausgestattet, um die Batterie zu schonen und nur bei Bedarf zu beleuchten.
Komponenten
Solarplatten
Sonnenkollektoren bestehen aus Kristallen, die aus kovalenten Bindungen zwischen Elektronen an der äußeren Hülle von Siliziumatomen bestehen. Silizium ist ein Halbleiter, bei dem es sich weder um elektrisch leitendes Metall noch um elektrisch nichtleitende Isolatoren handelt. Halbleiter leiten normalerweise keine Elektrizität, aber unter bestimmten Umständen tun sie in diesem Beispiel Licht.
Eine Solarzelle hat zwei verschiedene Siliziumschichten. Die untere Schicht weist weniger Elektronen auf und hat daher aufgrund der negativen Ladungscharakteristik von Elektronen eine leichte positive Ladung. Außerdem hat die obere Schicht mehr Elektronen und eine leicht negative Ladung.
Eine Barriere wird zwischen diesen beiden Schichten erzeugt, aber wenn der Strom von Lichtteilchen, die Photonen genannt werden, eintritt, geben sie ihre Energie an die Atome im Silizium ab. Es fördert ein Elektron von einer kovalenten Bindung zu einem nächsten Energieniveau von der oberen Schicht zu der unteren Schicht. Diese Förderung eines Elektrons ermöglicht eine freiere Bewegung innerhalb des Kristalls, die einen Strom erzeugt. Mehr Licht scheint durch, mehr Elektronen bewegen sich, daher fließt mehr Strom dazwischen. Dieser Prozess wird photovoltaischer und photoelektrischer Effekt genannt. Photovoltaische Systeme bedeutet wörtlich Kombination von Licht und Spannung und sie verwenden photovoltaische Zellen, um Sonnenlicht direkt in Elektrizität umzuwandeln.
Sonnenkollektoren werden aus Schichten verschiedener Materialien hergestellt, wie Sie in Abbildung 2 sehen können, in der Reihenfolge Glas, Einkapselung, kristalline Zellen, Einkapselung, Rückwand, Anschlussdose und letzter Rahmen. Das Einkapselungsmaterial hält Feuchtigkeit und Verunreinigungen fern, die Probleme verursachen könnten.
Batterie
Eine Batterie ist normalerweise in einem Metall- oder Kunststoffgehäuse untergebracht. Im Inneren des Gehäuses befinden sich Elektroden einschließlich Kathoden und Anoden, an denen chemische Reaktionen ablaufen. Zwischen der Kathode und der Anode existiert auch ein Separator, der verhindert, dass die Elektroden gleichzeitig reagieren, während die elektrische Ladung frei zwischen den beiden fließen kann. Zuletzt leitet der Kollektor eine Ladung von der Batterie nach außen.
Batterien in Solarlampen verwenden normalerweise eine Gelelektrolyttechnologie mit hoher Leistung im Tiefentladen, um den Einsatz in extremen Temperaturbereichen zu ermöglichen. Es kann auch Blei-Säure, Nickel-Metall-Hydrid, Nickel-Cadmium oder Lithium verwenden.
Dieser Teil der Lampe spart Energie vom Solarpanel und liefert nachts Strom, wenn keine Lichtenergie zur Verfügung steht.
Im Allgemeinen ist die Effizienz der photovoltaischen Energieumwandlung aus physikalischen Gründen begrenzt. Etwa 24% der Sonnenstrahlung mit einer langen Wellenlänge werden nicht absorbiert. 33% Wärme gehen an die Umgebung verloren, weitere Verluste liegen bei ca. 15-20%. Nur 23% werden absorbiert, was bedeutet, dass eine Batterie ein wichtiger Teil der Solarlampe ist.
Laderegler
Dieser Abschnitt steuert das gesamte Arbeitssystem, um die Batterieladung zu schützen. Es gewährleistet unter allen Umständen, einschließlich extremen Wetterbedingungen mit großen Temperaturunterschieden, dass die Batterie nicht überladen oder übermäßig entladen wird und die Batterie noch weiter beschädigt.
Dieser Abschnitt enthält auch zusätzliche Teile wie Lichtsteuerung, Zeitsteuerung, Ton, Temperaturkompensation, Blitzschutz, Verpolungsschutz und AC-Übertragungsschalter, die sicherstellen, dass empfindliche Backup-Lasten bei einem Ausfall normal funktionieren.
Arbeitsprinzipien
LED-Leuchten werden aufgrund ihrer hohen Lichtausbeute und ihrer langen Lebensdauer eingesetzt. Unter der Kontrolle eines DC-Ladereglers schaltet die berührungslose Steuerung automatisch das Licht bei Dunkelheit ein und schaltet tagsüber aus. Manchmal kombiniert es auch mit Zeitsteuerungen, um die Gardinenzeit einzustellen, damit das Licht automatisch ein- und ausgeschaltet wird.
Wie in Fig. 3 gezeigt, enthält der Chip Mikrochip (R), B-, B +, S- und S +. S + und S- sind beide mit Solarmodulen mit Draht verbunden, von denen eine plus Ladung und die andere minus Ladung hat. B- und B + sind in diesem Fall an zwei Batterien angeschlossen. Das Licht wird durch das LED-Licht angezeigt, wenn alle diese verbunden sind.
Leistungen
Solarlampen können von Kunden leichter installiert und gewartet werden, da sie kein Stromkabel benötigen. Solarlampen können Eigentümer mit reduzierten Wartungskosten und Kosten der Stromrechnung profitieren. Solarlampen können auch in Gebieten ohne Stromnetz oder in abgelegenen Gebieten ohne zuverlässige Stromversorgung eingesetzt werden. Es gibt viele Geschichten von Menschen mit Lungenkrankheiten, Augenschäden, Verbrennungen und manchmal sogar Tod, einfach weil sie keine gesunde Alternative zum Licht in der Nacht haben. Frauen haben sich nach Einbruch der Dunkelheit unsicher auf die Toilette gewagt. Babys werden von Hebammen mit nur einer Kerze geliefert, und Studenten können nicht lernen, wenn die Sonne untergeht, weil Lichtmangel zu erhöhtem Analphabetismus und ewiger Armut führt. Dies sind die Realitäten für mehr als 1 Milliarde Menschen auf der ganzen Welt. Der Mangel an Beleuchtung entspricht der anhaltenden Armut auf der ganzen Welt.
Solarenergie ist begrenzt durch das Wetter und kann weniger effektiv sein, wenn es bewölkt, nass oder im Winter ist.
Haushalte, die aus Kerosinlampen auf Solarlampen umsteigen, profitieren ebenfalls von Gesundheitsrisiken, die mit Kerosinemissionen verbunden sind. Kerosin hat oft negative Auswirkungen auf die menschliche Lunge.
Die Nutzung von Solarenergie minimiert die Entstehung von Umweltverschmutzung in Innenräumen, wo Kerosin mit gesundheitlichen Problemen in Verbindung gebracht wurde. Photovoltaik-Module bestehen jedoch aus Silizium und anderen giftigen Metallen, einschließlich Blei, die schwer zu entsorgen sind.
Die Verwendung von Solarleuchten verbessert die Bildung für Studenten, die in Haushalten ohne Strom leben. Als die gemeinnützige Organisation Unite-To-Light Solarlampen an Schulen spendete, testete eine abgelegene Region von Kwa Zulu Natal in Südafrika die Punktzahlen und die Erfolgsquote um über 30%. Das Licht gibt den Schülern zusätzliche Zeit, um nach Einbruch der Dunkelheit zu lernen.
Eine experimentelle Studie aus dem Jahr 2017 in nicht elektrifizierten Gebieten im Norden Bangladeschs ergab, dass die Verwendung von Solarlaternen die Gesamtausgaben der Haushalte verringerte, die Heimarbeitsstunden der Kinder erhöhte und den Schulbesuch erhöhte. Es hat jedoch die schulischen Leistungen der Kinder nicht in hohem Maße verbessert.
Benutzen
Solar Straßenlaterne
Diese Leuchten bieten eine bequeme und kostengünstige Möglichkeit, Straßen in der Nacht zu beleuchten, ohne dass AC-Stromnetze für Fußgänger und Fahrer erforderlich sind. Sie können einzelne Paneele für jede Lampe eines Systems haben oder können ein großes zentrales Solarpanel und eine Batteriebank haben, um mehrere Lampen anzutreiben.
Ländlich
Im ländlichen Indien werden Solarlampen, die gemeinhin als Solarlaternen bezeichnet werden und entweder LEDs oder CFLs verwenden, Kerosinlampen ersetzen. Besonders in Gebieten, in denen Strom sonst schwer zugänglich ist, sind Solarlampen sehr nützlich und verbessern auch das Leben in ländlichen Gebieten.
Entwicklungen
Diese Art von Beleuchtung ist in voller Entwicklung. Solar-Kandelaber sind besonders für die Beleuchtung von Straßen oder Stadtteilen in äquatornahen Ländern zu empfehlen, in denen die Solarressourcen das ganze Jahr über wichtig und regelmäßig sind. Sie eignen sich auch sehr gut zur Beleuchtung von abgelegenen Gebieten in anderen Gebieten, da keine elektrischen Leitungen und Gräben vorhanden sind.
Im Jahr 2013 wird in den Niederlanden ein Doppellampenmodell mit auf dem Mast integrierten Photovoltaikmodulen hergestellt.
Probleme
Sie betreffen Sicherheit, weniger Belästigung und Lichtverschmutzung für die Nacht, Klima und Energieeinsparung.
Durch den Einsatz von LED-Leuchten wird es einfacher, „nur“ zu beleuchten; Die Lichtleistung kann während der Nacht gemäß einem Zeitplan oder über eine Servosteuerung zu einem Durchgangsdetektor einfacher moduliert werden. Dadurch wird der Stromverbrauch stark reduziert und die Funktionen Markieren und Leuchten werden immer erfüllt.
Die Herausforderung, Energie und Treibhausgasemissionen zu sparen, ist wichtig. Laut der ECOFIN-Agentur „erinnern die Vereinten Nationen daran, dass die öffentliche Beleuchtung 5% des weltweit verbrauchten Stroms ausmacht und dass kosteneffiziente Techniken existieren, um diesen enormen Energiegewinn zu sparen, der ungefähr dem Stromverbrauch einer Großstadt entspricht. Länder wie Indien „.
Vorteile: LED-Leuchten haben viele Vorteile
energetische Leistung,
weniger Lichtverschmutzung, wenn sie durch Präsenz- und Umgebungslichtdetektoren gesteuert werden
sehr homogene Beleuchtung,
sehr langes Leben.
Die Leuchte kann auch durch in die Leuchte integrierte Solarmodule oder in der Nähe (z. B. an den Wänden oder Dächern eines Aktivitätsbereichs) wie im Öko-Industriepark von Suzhou (China) betrieben werden, doch ist dann ein kleines elektrisches Netzwerk erforderlich.
Die Wartung wird auf den Wechsel der Batterien alle 2 bis 10 Jahre entsprechend ihrer Art und ihrer Verwendung summiert.
Alle Komponenten können potenziell in einen Recycling-Strom integriert oder sogar wieder verwendet werden.
Interesse an allen Off-Grid-Beleuchtungsanforderungen
Für diese Produkte scheinen der Anstieg der Energiepreise und die Kosten für den Aufbau eines Stromnetzes in einem Entwicklungsland (z. B. in isolierten Gebieten Westafrikas) oder an abgelegenen Standorten zum Erfolg geführt zu haben. Ein Mast kann bewegt werden (zum Beispiel auf Baustellen oder bei Festlichkeiten), wenn dies erforderlich ist und ohne dass unterirdische oder überirdische Stromnetze benötigt werden. Es ist eine Lösung, die auch von Elektrikern ohne Grenzen getestet wird, um den Entwicklungsländern oder Haiti nach dem Erdbeben zu helfen, zusätzlich zu einer Verteilung von „individuellen Solarlampen“, oder die nach einem Erdbeben oder einem schweren Unfall genutzt werden kann, um einem Standort oder einer Stadt Strom zu entziehen . Im Jahr 2010 beispielsweise schlug ein „Projekt, das hauptsächlich von der Fondation de France, der Ademe, dem Regionalrat von Martinique und der Stadt Paris unterstützt wurde“ vor, „fast 350 Solarstraßenlaternen in 40 Camps in den Gemeinden zu installieren von Port-au-Prince, Léogâne und Carrefour, mit mehr als 80.000 Flüchtlingen „. Ein kleiner Campingplatz für einen lokalen Ökotourismus in dem letzten Dorf, das von Ladakh aus zugänglich ist, wurde (2010) mit einer Solarlampe, einem einzigen ortsfesten Lichtquellendorf ausgestattet. Die Vereinten Nationen glauben, dass „netzferne“ Solarbeleuchtung mit Solarleuchten erhebliche Vorteile für die Menschen bringen kann; Eine Studie von UNEP in 80 Ländern kam zu dem Schluss, „dass sich die Kosten für Investitionen in brennstoffbasierte Beleuchtungsersatz mit LED-Systemen dank Kraftstoffeinsparungen in weniger als einem Jahr amortisieren würden. Mehr als 1,3 Milliarden Menschen leben heute weltweit ohne Zugang zu Elektrische Beleuchtung und fast 25 Milliarden Liter Kerosin werden jedes Jahr für den Antrieb der Öllampen verwendet, was für die Nutzer Kosten von fast 23 Milliarden US-Dollar pro Jahr bedeutet. “ Alleine in Nigeria würden 1,4 Milliarden Dollar pro Jahr eingespart.
Dies sind Lösungen, die Teil der Forschung und Entwicklung von Unternehmen in der Beleuchtungsbranche sind
Prospektiv
Mit dem Fortschritt der Photovoltaikmodule könnten einige Leuchten vielleicht „positiv in der Energie“ werden und andere Objekte oder Akteure in einem intelligenten Raster seitlich speisen, wie es Jeremy Rifkin in seinem Konzept der dritten industriellen Revolution vorgeschlagen hat. Die Entwicklung von LEDs ist wesentlich für die Entwicklung der Sonnenkandelaber; Die Lebensdauer der Batterie ist ebenfalls wichtig. Diese Lebensdauer hängt stark von der Umgebungstemperatur ab, ideal ist ein Aufbewahrungsort bei 20 ° C oder die Batterien zu vergraben, unabhängig von der Art der Batterie, Lithium, Nimh.
Die Wasserstoffspeicherung für das Myrte-Projekt an der Universität Ajaccio wurde von CEA, CNRS und LUMI’IN France durchgeführt.