Una lampada solare, è un sistema di illuminazione composto da una lampada a LED, pannelli solari, batteria, regolatore di carica e potrebbe esserci anche un inverter. La lampada funziona a elettricità dalle batterie, caricata tramite l’uso del pannello solare fotovoltaico.

L’illuminazione domestica a energia solare può sostituire altre fonti di luce come candele o lampade a cherosene. Le lampade solari hanno un costo operativo inferiore rispetto alle lampade a cherosene perché l’energia rinnovabile del sole è gratuita, a differenza del combustibile. Inoltre, le lampade solari non producono inquinamento dell’aria interna a differenza delle lampade a cherosene. Tuttavia, le lampade solari hanno generalmente un costo iniziale più elevato e dipendono dal tempo.

Le lampade solari per l’uso in ambienti rurali hanno spesso la capacità di fornire elettricità per altri dispositivi, ad esempio per ricaricare i telefoni cellulari. Gli investitori americani hanno lavorato allo sviluppo di una lanterna solare da 10 $ / unità per la sostituzione delle lampade a cherosene.

Storia
Alcuni pannelli solari fotovoltaici utilizzano silicio monocristallino o pannelli in silicio policristallino, mentre le nuove tecnologie hanno utilizzato celle solari a film sottile. Dal momento che le moderne celle solari sono state introdotte nel 1954 nei laboratori Bell, i progressi nell’efficienza delle celle solari nel convertire la luce in energia elettrica e le moderne tecniche di produzione combinate con efficienze di scala hanno portato a una crescita internazionale del fotovoltaico.

A partire dal 2016, le lampade a LED utilizzano solo il 10% circa dell’energia necessaria per una lampada a incandescenza. L’efficienza nella produzione di lampade a LED ha portato a una maggiore adozione come alternativa alle altre luci elettriche.

Principi tecnici
L’accensione e lo spegnimento dell’illuminazione elettrica sono attivati ​​da un’unità di controllo: al calar della notte, la luce si accende automaticamente e si spegne all’alba; alcuni modelli sono dotati di rilevatori di presenza per salvare la batteria e illuminare solo se necessario.
componenti

Pannelli solari
I pannelli solari sono fatti di cristalli che sono fatti di legami covalenti tra gli elettroni sul guscio esterno degli atomi di silicio. Il silicio è un semiconduttore che non è né metalli che conducono elettricità né isolanti che non conducono elettricità. Normalmente i semiconduttori non conducono l’elettricità, ma in determinate circostanze lo fanno in questo esempio con l’esposizione alla luce.

Una cella solare ha due diversi strati di silicio. Lo strato inferiore ha meno elettroni e quindi ha una leggera carica positiva a causa della natura di carica negativa degli elettroni. Inoltre, lo strato superiore ha più elettroni e ha una carica leggermente negativa.

Tra questi due strati si crea una barriera, tuttavia quando il flusso di particelle luminose chiamate fotoni entrano, rinunciano alla loro energia per gli atomi nel silicio. Promuove un elettrone da un legame covalente ad un livello di energia successivo dallo strato superiore allo strato inferiore. Questa promozione di un elettrone consente un movimento più libero all’interno del cristallo che produce una corrente. Più luce traspare, più elettroni si spostano quindi più flussi di corrente tra di loro. Questo processo si chiama effetto fotovoltaico e fotoelettrico. I sistemi fotovoltaici significano letteralmente combinazione di luce e tensione e usano le celle fotovoltaiche per convertire direttamente la luce solare in elettricità.

I pannelli solari sono fatti di strati di materiali diversi, come potete vedere nella Figura 2, in ordine di vetro, incapsulare, celle cristalline, incapsulati, foglio posteriore, scatola di giunzione e infine cornice. L’incapsulamento trattiene l’umidità e i contaminanti che potrebbero causare problemi.

Batteria
Una batteria è di solito alloggiata in una custodia di metallo o plastica. All’interno del case sono elettrodi compresi catodi e anodi in cui si verificano reazioni chimiche. Esiste anche un separatore tra catodo e anodo che arresta gli elettrodi reagendo insieme allo stesso tempo consentendo alla carica elettrica di fluire liberamente tra i due. Infine, il raccoglitore conduce una carica dalla batteria all’esterno.

Le batterie all’interno delle lampade solari utilizzano solitamente la tecnologia elettrolitica a gel con elevate prestazioni in fase di scarica profonda, al fine di consentire l’utilizzo in intervalli di temperatura estremi. Può anche usare piombo-acido, idruro di nichel metallo, nichel-cadmio o litio.

Questa parte della lampada consente di risparmiare energia dal pannello solare e fornisce energia quando necessario di notte quando non è disponibile energia luminosa.

In generale, l’efficienza della conversione di energia fotovoltaica è limitata per ragioni fisiche. Circa il 24% della radiazione solare di una lunghezza d’onda lunga non viene assorbito. Il 33% viene dissipato dal calore circostante e ulteriori perdite sono di circa il 15-20%. Solo il 23% viene assorbito, il che significa che una batteria è una parte cruciale della lampada solare.

Regolatore di carica
Questa sezione controlla l’intero sistema operativo per proteggere la carica della batteria. Garantisce, in qualsiasi circostanza che includa condizioni meteorologiche estreme con grandi differenze di temperatura, che la batteria non si sovraccarichi o si scarichi e danneggi ulteriormente la batteria.

Questa sezione include anche parti aggiuntive come controller luci, controller di tempo, suono, compensazione della temperatura, protezione dell’illuminazione, protezione da inversione di polarità e interruttori di trasferimento CA che assicurano che i carichi di riserva sensibili funzionino normalmente in caso di interruzione dell’alimentazione.

Principi di lavoro
Le luci a LED sono utilizzate grazie alla loro elevata efficienza luminosa e lunga durata. Sotto il controllo di un controller di carica DC, il controllo senza contatto accende automaticamente la luce al buio e si spegne durante il giorno. A volte si combina anche con i controller del tempo per impostare il tempo di tenda per accendere e spegnere la luce automaticamente.

Come mostrato nella Figura 3, il chip include microchip (R), B-, B +, S- e S +. S + e S- sono entrambi collegati a pannelli solari con filo, uno dei quali ha più carica e l’altra carica negativa. B- e B + sono collegati a due batterie in questo caso. La luce verrà mostrata attraverso la luce LED quando tutti questi sono collegati.

Benefici
Le lampade solari possono essere più facili da installare e mantenere perché non richiedono un cavo elettrico. Le lampade solari possono avvantaggiare i proprietari con costi di manutenzione e costi della bolletta elettrica ridotti. Le lampade solari possono essere utilizzate anche in aree in cui non vi è alcuna rete elettrica o aree remote che non hanno una fornitura elettrica affidabile. Ci sono molte storie di persone con malattie polmonari, deterioramento oculare, ustioni e talvolta anche morte semplicemente perché non hanno un’alternativa sana alla luce durante la notte. Le donne si sono sentite a rischio di andare al bagno fuori dopo il tramonto. I bambini vengono portati dalle ostetriche usando solo una candela e gli studenti non possono studiare quando il sole tramonta per mancanza di luce che porta ad aumentare l’analfabetismo e la povertà perpetua. Queste sono le realtà di oltre 1 miliardo di persone in tutto il mondo. La mancanza di illuminazione equivale alla continua povertà percepita in tutto il mondo.

La produzione di energia solare è limitata dalle condizioni meteorologiche e può essere meno efficace se è nuvolosa, umida o invernale.

Anche le famiglie che passano alle lampade solari dalle lampade a cherosene traggono beneficio dai rischi per la salute associati alle emissioni di cherosene. Il cherosene ha spesso impatti negativi sui polmoni umani.

L’uso dell’energia solare riduce al minimo l’inquinamento creato all’interno, dove il cherosene è stato collegato a casi di problemi di salute. Tuttavia, i pannelli fotovoltaici sono fatti di silicio e altri metalli tossici incluso il piombo che può essere difficile da smaltire.

L’uso di luci solari migliora l’istruzione per gli studenti che vivono in casa senza elettricità. Quando la non-profit Unite-To-Light ha donato alle scuole una regione remota di Kwa Zulu Natal in Sud Africa, i punteggi dei test e le percentuali di successo sono migliorati di oltre il 30%. La luce dà agli studenti il ​​tempo di studiare dopo il tramonto.

Uno studio sperimentale del 2017 in aree non elettrificate del nord del Bangladesh ha rilevato che l’uso di lanterne solari ha ridotto la spesa totale delle famiglie, aumentato le ore di studio a domicilio dei bambini e aumentato la frequenza scolastica. Tuttavia, non ha migliorato in alcun modo il rendimento scolastico dei bambini.

Uso

Lampione solare
Queste luci forniscono un modo conveniente e conveniente per illuminare le strade di notte senza la necessità di reti elettriche CA per pedoni e conducenti. Possono avere pannelli individuali per ogni lampada di un sistema, oppure possono avere un grande pannello solare centrale e un banco batteria per alimentare più lampade.

Rurale
Nell’India rurale, le lampade solari, comunemente chiamate lanterne solari, che utilizzano LED o CFL, vengono utilizzate per sostituire le lampade a cherosene. Soprattutto in aree dove l’elettricità è altrimenti difficile da raggiungere, le lampade solari sono molto utili e miglioreranno anche la vita nelle aree rurali.

Evoluzioni
Questo tipo di illuminazione è in pieno sviluppo. I candelabri solari sono particolarmente consigliati per illuminare strade o quartieri nei paesi equatoriali, dove la risorsa solare è importante e regolare durante tutto l’anno. Sono anche molto adatti per l’illuminazione di siti isolati in altri territori, a causa dell’assenza di cavi elettrici e trincee.

Nel 2013, un modello a doppia lampada con moduli fotovoltaici integrati sull’albero è prodotto nei Paesi Bassi.

Problemi
Riguardano la sicurezza, meno fastidio e inquinamento luminoso per l’ambiente notturno, il clima e il risparmio energetico.
Con l’uso di luci a LED, diventa più facile illuminare “solo”; la potenza luminosa può essere più facilmente modulata durante la notte in base a un programma orario o tramite un servocomando a un rilevatore di passaggio. Pertanto, il consumo energetico viene notevolmente ridotto e le funzioni di marcatura e illuminazione sono sempre soddisfatte.

La sfida del risparmio energetico e delle emissioni di gas serra è importante. Secondo l’Agenzia Ecofin, “le Nazioni Unite ci ricordano che l’illuminazione pubblica rappresenta il 5% dell’elettricità consumata in tutto il mondo e che esistono tecniche economicamente efficienti per salvare questa enorme quantità di energia, che corrisponde approssimativamente al consumo di elettricità di una grande città. paesi come l’India “.

Vantaggi: gli apparecchi a LED hanno molti vantaggi

prestazione energetica,
meno inquinamento luminoso se controllato da rilevatori di presenza e luce ambientale
illuminazione molto omogenea,
vita molto lunga.
L’apparecchio può anche essere alimentato da pannelli solari integrati nell’apparecchio o nelle vicinanze (sulle pareti o sui tetti di un’area di attività, ad esempio) come nel parco eco-industriale di Suzhou (Cina), ma è necessaria una piccola rete elettrica.
la manutenzione è riassunta al cambio delle batterie, ogni 2 o 10 anni, in base alla loro tipologia e al loro utilizzo.
Tutti i componenti possono potenzialmente essere integrati in un flusso di riciclaggio o utilizzati nuovamente.
interesse per tutte le esigenze di illuminazione off-grid

Questi prodotti sembrano destinati al successo dato l’aumento dei prezzi dell’energia e il costo della creazione di una rete elettrica in un paese in via di sviluppo (aree isolate dell’Africa occidentale, per esempio) o in siti isolati. Un albero può essere spostato (durante i cantieri o le festività, ad esempio) secondo necessità e senza la necessità di reti elettriche interrate o aeree. È una soluzione testata anche da elettricisti senza frontiere per aiutare i paesi in via di sviluppo o Haiti dopo il terremoto, oltre a una distribuzione di “lampade solari individuali”, o che può essere utilizzata dopo un terremoto o un grave incidente che priva un sito o città di energia elettrica . Ad esempio, nel 2010, un “progetto, sostenuto principalmente dalla Fondation de France, l’Ademe, il Consiglio regionale della Martinica, la città di Parigi” ha proposto l’installazione di “quasi 350 lampioni solari in 40 alloggi nei campi situati nei comuni di Port-au-Prince, Léogâne e Carrefour, con oltre 80.000 rifugiati “. Un piccolo campeggio per un ecoturismo locale nell’ultimo villaggio accessibile dal Ladakh è stato attrezzato (2010) con una lampada solare, un singolo villaggio di sorgenti luminose fisse. L’ONU ritiene che l’illuminazione solare “off-grid” con luci solari possa portare benefici significativi alle persone; Uno studio dell’UNEP in 80 paesi ha concluso “che il costo degli investimenti nella sostituzione dell’illuminazione a base di carburante con i sistemi LED sarebbe ammortizzato in meno di un anno, grazie al risparmio di carburante: oltre 1,3 miliardi di persone oggi vivono nel mondo senza accesso a l’illuminazione elettrica e quasi 25 miliardi di litri di cherosene vengono utilizzati ogni anno per alimentare le lampade a olio, il che rappresenta un costo di circa 23 miliardi di dollari l’anno per gli utenti “. Solo in Nigeria si sarebbero risparmiati 1,4 miliardi di dollari all’anno.

Queste sono soluzioni che fanno parte della ricerca e dello sviluppo delle aziende nel settore dell’illuminazione

Prospettiva
Con il progresso dei moduli fotovoltaici, alcuni apparecchi potrebbero forse diventare “positivi in ​​energia” e alimentare lateralmente altri oggetti o attori, in una griglia intelligente come proposto da Jeremy Rifkin nel suo concetto di terza rivoluzione industriale. L’evoluzione dei LED è essenziale per l’evoluzione del candelabro solare; anche la durata della batteria è essenziale. Questa durata è fortemente correlata alla temperatura ambiente, l’ideale è un luogo di conservazione a 20 ° C o per seppellire le batterie indipendentemente dal tipo di cavo della batteria, al litio, Nimh.

Lo stoccaggio dell’idrogeno per il progetto Myrte presso l’Università di Ajaccio è stato effettuato da CEA, CNRS e LUMI’IN France.