Una lámpara solar es un sistema de iluminación compuesto por una lámpara LED, paneles solares, batería, controlador de carga y también puede haber un inversor. La lámpara funciona con electricidad de baterías, cargadas mediante el uso de paneles solares fotovoltaicos.
La iluminación doméstica con energía solar puede reemplazar otras fuentes de luz como velas o lámparas de kerosene. Las lámparas solares tienen un costo operativo menor que las lámparas de queroseno porque la energía renovable del sol es libre, a diferencia del combustible. Además, las lámparas solares no producen contaminación del aire interior a diferencia de las lámparas de queroseno. Sin embargo, las lámparas solares generalmente tienen un costo inicial más alto y dependen del clima.
Las lámparas solares para uso en situaciones rurales a menudo tienen la capacidad de proporcionar un suministro de electricidad para otros dispositivos, como para cargar teléfonos celulares. Los inversores estadounidenses han estado trabajando para desarrollar una linterna solar de $ 10 por unidad para reemplazar las lámparas de queroseno.
Historia
Algunos paneles solares fotovoltaicos usan paneles de silicio policristalino o silicio monocristalino, mientras que las tecnologías más nuevas han utilizado células solares de película delgada. Desde que se introdujeron las células solares modernas en 1954 en los laboratorios Bell, los avances en la eficiencia de las células solares para convertir la luz en energía eléctrica y las modernas técnicas de fabricación combinadas con eficiencias de escala han llevado a un crecimiento internacional de la energía fotovoltaica.
A partir de 2016, las lámparas LED utilizan solo alrededor del 10% de la energía que requiere una lámpara incandescente. La eficiencia en la producción de lámparas LED ha llevado a una mayor adopción como alternativa a otras lámparas eléctricas.
Principios técnicos
La activación y desactivación de la iluminación eléctrica se activa mediante una unidad de control: al caer la noche, la luz se enciende automáticamente y se apaga al amanecer; algunos modelos están equipados con detectores de presencia para guardar la batería y solo se iluminan si es necesario.
Componentes
Paneles solares
Los paneles solares están hechos de cristales que están hechos de enlaces covalentes entre los electrones en la capa exterior de los átomos de silicio. El silicio es un semiconductor que no es ni metales que conducen electricidad ni aisladores que no conducen electricidad. Los semiconductores normalmente no conducen electricidad pero bajo ciertas circunstancias lo hacen en este ejemplo con exposición a la luz.
Una célula solar tiene dos capas diferentes de silicio. La capa inferior tiene menos electrones y, por lo tanto, tiene una ligera carga positiva debido a la naturaleza de carga negativa de los electrones. Además, la capa superior tiene más electrones y tiene una carga ligeramente negativa.
Sin embargo, cuando se crea una barrera entre estas dos capas, cuando entra la corriente de partículas de luz llamadas fotones, ceden su energía a los átomos del silicio. Promueve un electrón desde un enlace covalente hasta un siguiente nivel de energía desde la capa superior a la inferior. Esta promoción de un electrón permite un movimiento más libre dentro del cristal que produce una corriente. Más luz brilla a través, más electrones se mueven, por lo tanto fluyen más corrientes entre ellos. Este proceso se llama efecto fotovoltaico y fotoeléctrico. Los sistemas fotovoltaicos significan literalmente la combinación de luz y voltaje y usan células fotovoltaicas para convertir directamente la luz solar en electricidad.
Los paneles solares están hechos de capas de diferentes materiales, como se puede ver en la Figura 2, en orden de vidrio, encapsular, células cristalinas, encapsular, hoja posterior, caja de conexiones y, por último, marco. El encapsulado mantiene fuera la humedad y los contaminantes que podrían causar problemas.
Batería
Una batería generalmente se aloja dentro de una caja de metal o plástico. Dentro de la caja hay electrodos que incluyen cátodos y ánodos donde ocurren reacciones químicas. También existe un separador entre el cátodo y el ánodo que impide que los electrodos reaccionen entre sí al mismo tiempo que permite que la carga eléctrica fluya libremente entre los dos. Por último, el colector conduce una carga de la batería al exterior.
Las baterías dentro de las lámparas solares generalmente usan tecnología de electrolito en gel con alto rendimiento en descargas profundas, para permitir el uso en rangos extremos de temperatura. También puede usar ácido de plomo, hidruro metálico de níquel, níquel cadmio o litio.
Esta parte de la lámpara ahorra energía del panel solar y proporciona energía cuando es necesario por la noche cuando no hay energía lumínica disponible.
En general, la eficiencia de la conversión de energía fotovoltaica es limitada por razones físicas. Alrededor del 24% de la radiación solar de una longitud de onda larga no se absorbe. El 33% se pierde por calor en los alrededores, y las pérdidas adicionales son de aproximadamente 15-20%. Solo el 23% se absorbe, lo que significa que la batería es una parte crucial de la lámpara solar.
Controlador de carga
Esta sección controla todos los sistemas operativos para proteger la carga de la batería. Garantiza, bajo cualquier circunstancia, incluidas las condiciones climáticas extremas con grandes diferencias de temperatura, que la batería no se sobrecarga o sobre descarga y daña la batería aún más.
Esta sección también incluye partes adicionales como controlador de luz, controlador de tiempo, sonido, compensación de temperatura, protección de iluminación, protección de polaridad inversa e interruptores de transferencia de CA que aseguran que las cargas de respaldo sensibles funcionen normalmente cuando ocurre una interrupción.
Principios de trabajo
Las luces LED se utilizan debido a su alta eficiencia luminosa y larga vida útil. Bajo el control de un controlador de carga CC, el control sin contacto enciende automáticamente la luz en la oscuridad y se apaga durante el día. A veces también se combina con controladores de tiempo para configurar el tiempo de la cortina para que encienda y apague la luz automáticamente.
Como se muestra en la Figura 3, el chip incluye microchip (R), B-, B +, S- y S +. S + y S- están ambos conectados a paneles solares con cable, uno de los cuales tiene más carga y el otro menos carga. B- y B + están conectados a dos baterías en este caso. La luz se mostrará a través de la luz LED cuando todos estos estén conectados.
Beneficios
Las lámparas solares pueden ser más fáciles de instalar y mantener para los clientes, ya que no requieren un cable de electricidad. Las lámparas solares pueden beneficiar a los propietarios con un costo de mantenimiento reducido y los costos de las facturas de electricidad. Las lámparas solares también se pueden usar en áreas donde no hay una red eléctrica o áreas remotas que carecen de un suministro eléctrico confiable. Hay muchas historias de personas con enfermedades pulmonares, deterioro de los ojos, quemaduras y, a veces incluso la muerte, simplemente porque no tienen una alternativa saludable a la luz por la noche. Las mujeres se han sentido inseguras yendo al baño afuera por la noche. Los bebés son entregados por parteras usando solo una vela, y los estudiantes no pueden estudiar cuando el sol se pone por falta de luz lo que lleva a un aumento del analfabetismo y la pobreza perpetua. Estas son las realidades de más de mil millones de personas en todo el mundo. La falta de iluminación equivale a la pobreza continua que se siente en todo el mundo.
La producción de energía solar está limitada por el clima y puede ser menos efectiva si está nublado, húmedo o en invierno.
Los hogares que cambian a lámparas solares de lámparas de queroseno también se benefician del riesgo de salud asociado con las emisiones de queroseno. El queroseno a menudo tiene un impacto negativo en los pulmones humanos.
El uso de energía solar minimiza la contaminación creada en el interior, donde el queroseno se ha relacionado con casos de problemas de salud. Sin embargo, los paneles fotovoltaicos están hechos de silicio y otros metales tóxicos, incluido el plomo, que puede ser difícil de eliminar.
El uso de luces solares mejora la educación de los estudiantes que viven en hogares sin electricidad. Cuando la organización sin fines de lucro Unite-To-Light donó lámparas solares a las escuelas, una remota región de Kwa Zulu Natal en Sudáfrica obtuvo un puntaje en las pruebas y los índices de aprobación mejoró en más del 30%. La luz les da a los estudiantes tiempo adicional para estudiar después del anochecer.
Un estudio experimental realizado en 2017 en áreas no electrificadas del norte de Bangladesh descubrió que el uso de linternas solares disminuía el gasto total de los hogares, aumentaba el horario de estudio en el hogar de los niños y aumentaba la asistencia escolar. Sin embargo, no mejoró en gran medida los logros educativos de los niños.
Utilizar
Luz de calle solar
Estas luces proporcionan una forma conveniente y económica de iluminar calles por la noche sin la necesidad de redes eléctricas de CA para peatones y conductores. Pueden tener paneles individuales para cada lámpara de un sistema, o pueden tener un gran panel solar central y un banco de baterías para alimentar varias lámparas.
Rural
En la India rural, las lámparas solares, comúnmente llamadas lámparas solares, que utilizan LED o lámparas fluorescentes compactas, se utilizan para reemplazar las lámparas de queroseno. Especialmente en áreas donde la electricidad es de otro modo de difícil acceso, las lámparas solares son muy útiles y también mejorarán la vida en las áreas rurales.
Evoluciones
Este tipo de iluminación está en pleno desarrollo. Los candelabros solares son especialmente recomendables para iluminar carreteras o barrios en países ecuatoriales, donde el recurso solar es importante y regular durante todo el año. También son muy adecuados para iluminar sitios aislados en otros territorios, debido a la ausencia de cableado eléctrico y zanjas.
En 2013, se produce en Holanda un modelo de doble lámpara con módulos fotovoltaicos integrados en el mástil.
Cuestiones
Se refieren a seguridad, menos molestias y contaminación lumínica para el ambiente nocturno, el clima y el ahorro de energía.
Mediante el uso de luces LED, es más fácil iluminar «solo»; la potencia luminosa se puede modular más fácilmente durante la noche de acuerdo con un cronograma o mediante un servocontrol a un detector de pasaje. Por lo tanto, el consumo de energía se reduce considerablemente y las funciones de marcado e iluminación siempre se cumplen.
El desafío de ahorrar energía y las emisiones de gases de efecto invernadero es importante. Según la Agencia Ecofin, «las Naciones Unidas nos recuerdan que el alumbrado público representa el 5% de la electricidad consumida en todo el mundo y que existen técnicas rentables para ahorrar esta enorme ganancia energética, que corresponde aproximadamente al consumo de electricidad de una gran ciudad. países como India «.
Ventajas: las luminarias LED tienen muchas ventajas
rendimiento energético,
menos contaminación lumínica si están controlados por presencia y detectores de luz ambiental
iluminación muy homogénea
muy larga vida.
La luminaria también puede ser alimentada por paneles solares integrados en la luminaria o cerca (en las paredes o techos de un área de actividad, por ejemplo) como en el parque ecoindustrial de Suzhou (China), pero luego es necesaria una pequeña red eléctrica.
el mantenimiento se suma al cambio de las baterías, cada 2 a 10 años, según su tipo y el uso de estas.
Todos los componentes pueden integrarse potencialmente en una corriente de reciclaje o incluso utilizarse nuevamente.
interés en todas las necesidades de iluminación fuera de la red
Estos productos parecen destinados al éxito dado el aumento en los precios de la energía y el costo de establecer una red eléctrica en un país en desarrollo (áreas aisladas de África occidental, por ejemplo) o en sitios aislados. Un mástil se puede mover (durante los sitios de construcción o festividades, por ejemplo) según sea necesario y sin la necesidad de redes eléctricas enterradas o aéreas. Es una solución también probada por electricistas sin fronteras para ayudar a los países en desarrollo o Haití después del terremoto, además de una distribución de «lámparas solares individuales», o que puede usarse después de un terremoto o un accidente grave que priva a un sitio o ciudad de electricidad . Por ejemplo, en 2010, un «proyecto, apoyado principalmente por la Fundación de Francia, el Ademe, el Consejo Regional de Martinica, la ciudad de París» propuso la instalación de «casi 350 farolas solares en 40 campamentos ubicados en las comunas». de Port-au-Prince, Léogâne y Carrefour, con más de 80,000 refugiados «. Un pequeño campamento para un ecoturismo local en el último pueblo al que se puede acceder desde Ladakh se ha equipado (2010) con una lámpara solar, un solo pueblo de fuente de luz fija. La ONU cree que la iluminación solar «sin conexión a la red» con luces solares puede traer importantes beneficios a las personas; Un estudio del PNUMA en 80 países concluyó que «el costo de invertir en el reemplazo de alumbrado basado en combustible con sistemas LED se amortizaría en menos de un año, gracias al ahorro de combustible: más de 1.3 billones de personas viven en el mundo sin acceso a la iluminación eléctrica y casi 25 mil millones de litros de kerosene se utilizan cada año para alimentar las lámparas de aceite, lo que representa un costo de casi $ 23 mil millones al año para los usuarios «. Solo en Nigeria, se ahorrarían $ 1.4 mil millones por año.
Estas son soluciones que forman parte de la investigación y el desarrollo de empresas en el sector de la iluminación
Futuro
Con el progreso de los módulos fotovoltaicos, algunas luminarias podrían quizás convertirse en «energía positiva» y alimentar lateralmente a otros objetos o actores, en una red inteligente como lo propuso Jeremy Rifkin en su concepto de la tercera revolución industrial. La evolución de los LED es esencial para la evolución del candelabro solar; la vida de la batería también es esencial. Esta vida útil está fuertemente relacionada con la temperatura ambiente, lo ideal es un lugar de almacenamiento a 20 ° C o para enterrar las baterías independientemente del tipo de cable de la batería, litio, Nimh.
El almacenamiento de hidrógeno para el proyecto Myrte en la Universidad de Ajaccio fue llevado a cabo por CEA, CNRS y LUMI’IN Francia.