태양열 램프는 LED 램프, 태양 전지 패널, 배터리, 충전 컨트롤러로 구성된 조명 시스템이며 인버터가있을 수도 있습니다. 램프는 태양 광 발전 패널을 사용하여 충전 된 배터리로 작동합니다.
태양 광 가정용 조명은 양초 또는 등유 램프와 같은 다른 광원을 대체 할 수 있습니다. 태양 광은 석유와 달리 태양으로부터의 재생 에너지가 무료이기 때문에 태양열 램프는 등유 램프보다 운영비가 저렴합니다. 또한, 태양열 램프는 등유 램프와 달리 실내 공기 오염을 일으키지 않습니다. 그러나 태양열 램프는 일반적으로 초기 비용이 높으며 날씨에 따라 다릅니다.
시골 상황에서 사용하기위한 솔라 램프는 종종 휴대폰 충전과 같은 다른 장치에 전기 공급을 제공 할 수 있습니다. 미국 투자자들은 등유 램프 교체를 위해 10 달러 / 단위 태양열 랜턴을 개발하기 위해 노력해 왔습니다.
역사
일부 태양 광전지는 단결정 실리콘 또는 다결정 실리콘 패널을 사용하고 최신 기술은 박막 태양 전지를 사용합니다. 현대의 태양 전지는 Bell 연구소에서 1954 년에 도입 된 이래로 빛을 전력으로 변환하는 태양 전지 효율의 향상과 규모의 효율성과 결합 된 최신 제조 기술로 인해 태양 광 발전이 국제적으로 발전했습니다.
2016 년 현재, LED 램프는 백열등에 필요한 에너지의 약 10 % 만 사용합니다. LED 램프의 생산 효율은 다른 전기 조명의 대안으로 채택을 증가 시켰습니다.
기술 원리
전기 조명의 켜기 및 끄기는 제어 장치에 의해 트리거됩니다. 해질녘에는 조명이 자동으로 켜지고 일출시 꺼집니다. 일부 모델에는 배터리를 절약하기위한 존재 감지기와 필요한 경우에만 빛이 장착되어 있습니다.
구성 요소
태양 전지 패널
태양 전지판은 실리콘 원자의 외부 껍질에있는 전자 사이의 공유 결합으로 만들어진 결정으로 만들어져 있습니다. 실리콘은 전기를 전도하는 금속이나 전기를 전도하지 않는 절연체가 아닌 반도체입니다. 반도체는 일반적으로 전기를 통하지 않지만 특정 상황에서는 빛에 노출 된 상태에서이 예제에서 수행합니다.
태양 전지는 두 개의 서로 다른 실리콘 층을 가지고 있습니다. 하층은 전자가 적기 때문에 전자의 음전하 특성으로 인해 약간의 양전하를 띤다. 또한, 상부층은 더 많은 전자를 가지며 약간 음의 전하를 갖는다.
이 두 층 사이에 장벽이 생기지 만, 광자라고하는 가벼운 입자의 흐름이 들어 오면 실리콘의 원자에 에너지를 포기합니다. 그것은 공유 결합으로부터 하나의 전자를 상위 층에서 하위 층으로의 다음 에너지 준위로 승진시킨다. 이러한 전자의 촉진은 결정 내에서 전류를 생성하는 자유로운 운동을 허용한다. 더 많은 빛이 빛나고, 더 많은 전자들이 움직이면서 더 많은 전류가 흐릅니다. 이 프로세스는 광전지 및 광전 효과라고합니다. 태양 광 발전 시스템은 문자 그대로 빛과 전압의 조합을 의미하며 태양 광 전지를 사용하여 직사 광선을 전기로 변환합니다.
태양 전지 패널은 유리, 캡슐, 결정질 셀, 캡슐화, 후면 시트, 접합 상자 및 마지막 프레임 순서로 그림 2에서 볼 수 있듯이 다양한 재료로 만들어집니다. 캡슐은 수분과 오염 물질을 방지하여 문제를 일으킬 수 있습니다.
배터리
배터리는 대개 금속 또는 플라스틱 케이스 안에 들어 있습니다. 케이스 내부에는 화학 반응이 일어나는 음극 및 양극을 포함하는 전극이있다. 세퍼레이터는 또한 캐소드와 애노드 사이에 존재하며, 두 전극 사이에서 전기가 자유롭게 흐를 수 있도록 동시에 반응하는 전극을 멈춘다. 마지막으로, 수집기는 배터리에서 외부로 충전을 수행합니다.
태양열 램프 내부의 배터리는 극한의 온도 범위에서 사용할 수 있도록 일반적으로 딥 (deep) 방전에서 높은 성능의 겔 전해질 기술을 사용합니다. 납산, 니켈 금속 수 소화물, 니켈 카드뮴 또는 리튬을 사용할 수도 있습니다.
램프의이 부분은 태양 전지 패널의 에너지를 절약하고 가벼운 에너지가 없을 때 야간에 필요할 때 전원을 공급합니다.
일반적으로 광전지 에너지 변환 효율은 물리적 인 이유로 제한되어 있습니다. 장파장의 약 24 %의 일사량은 흡수되지 않습니다. 33 %는 주위에 가해지는 열이며, 그 이상의 손실은 약 15-20 %입니다. 23 % 만 흡수되므로 배터리가 태양열 램프의 중요한 부분입니다.
충전 조절기
이 섹션은 배터리 충전을 보호하기 위해 전체 작업 시스템을 제어합니다. 온도차가 큰 극단적 인 날씨 상황을 포함하여 배터리가 과충전 또는 과방 전되지 않고 배터리를 더 손상시키지 않습니다.
이 섹션에는 조명 컨트롤러, 시간 컨트롤러, 사운드, 온도 보상, 조명 보호, 역 극성 보호 및 AC 전송 스위치와 같은 추가 부품이 포함되어 정전이 발생할 경우 중요한 백업 부하가 정상적으로 작동하도록합니다.
작동 원리
LED 조명은 높은 발광 효율과 긴 수명으로 인해 사용됩니다. DC 충전 컨트롤러의 제어하에 비접촉식 컨트롤은 어두운 곳에서는 자동으로 빛을 켜고 주간에는 꺼집니다. 때로는 조명을 자동으로 켜고 끄기위한 커튼 시간을 설정하기 위해 시간 컨트롤러와 결합합니다.
그림 3에서 볼 수 있듯이 칩에는 마이크로 칩 (R), B-, B +, S- 및 S +가 포함되어있다. S + 및 S- 둘 다 와이어로 태양 전지판에 연결되며, 그 중 하나에는 충전이 있고 다른 하나에는 충전이 있습니다. 이 경우에는 B-와 B +가 두 개의 배터리에 연결됩니다. 이 모든 것들이 연결되면 LED 라이트를 통해 빛이 보일 것입니다.
은혜
솔라 램프는 고객이 전기 케이블을 필요로하지 않기 때문에 설치 및 유지 보수가 더 쉬울 수 있습니다. 태양열 램프는 유지 보수 비용을 줄이고 전기 요금을 내고 소유자에게 혜택을 줄 수 있습니다. 솔라 램프는 전기 공급이 부족한 원격 구역이나 전기 그리드가없는 지역에서도 사용할 수 있습니다. 야간에 빛에 대한 건강한 대안이 없기 때문에 폐 질환, 눈 악화, 화상 및 때로는 죽음을 가진 사람들의 많은 이야기가 있습니다. 여자들은 어두워 진 후에는 바깥으로 나가는 것이 안전하지 않다고 느꼈다. 조산사가 촛불을 사용하여 아기를 배달하고 있기 때문에 빛이 부족하여 문맹 퇴치와 영구 빈곤으로 이어지는 해가지면 학생들은 공부할 수 없습니다. 이것들은 전세계 10 억 명이 넘는 사람들을위한 현실입니다. 조명 부족은 전 세계에서 계속되고있는 빈곤과 같습니다.
태양 에너지 출력은 날씨에 의해 제한되며 흐리고 습하거나 겨울이면 효과가 떨어질 수 있습니다.
등유 램프에서 태양열 램프로 전환하는 가구는 또한 등유 배출과 관련된 건강 위험으로부터 이득을 얻습니다. 등유는 종종 인간의 폐에 부정적인 영향을 미칩니다.
태양 에너지의 사용은 케로 신이 건강 문제의 경우에 연결되어있는 실내의 생성 오염을 최소화합니다. 그러나 광전지 패널은 실리콘을 비롯하여 처리하기 어려운 납을 비롯한 기타 독성 금속으로 만들어집니다.
태양 광을 사용하면 전기가없는 가정에 거주하는 학생의 교육이 향상됩니다. 비영리 단체 인 Unite-To-Light가 남아프리카 공화국의 Kwa Zulu Natal의 외진 지역에 태양열 램프를 기증했을 때 30 %가 넘는 합격률이 향상되었습니다. 빛은 학생들에게 어둠 이후에 공부할 시간을줍니다.
방글라데시 북부의 비 전기 분야에 대한 2017 년 실험 연구에 따르면 태양열 랜턴을 사용하면 총 가계 지출이 줄어들고 아동의 재택 학습 시간이 증가하고 학교 출석률이 증가하는 것으로 나타났습니다. 그러나 아동 교육의 성취도를 크게 향상 시키지는 못했습니다.
용도
태양 광 가로등
이 조명은 보행자와 운전자를위한 AC 전기 그리드가 필요없이 밤에 거리를 밝고 편리하고 비용 효율적인 방법을 제공합니다. 그들은 시스템의 각 램프에 대해 개별 패널을 가질 수도 있고, 다수의 램프에 전력을 공급하기 위해 대형 중앙 태양 전지 패널 및 배터리 뱅크를 가질 수도 있습니다.
농촌
인도의 농촌 지역에서는 LED 램프 또는 CFL을 사용하는 태양 광 램프 (일반적으로 태양열 랜턴이라고 불림)가 등유 램프를 대체하는 데 사용되고 있습니다. 특히 전기가 접근하기 어려운 지역의 경우 태양열 램프가 매우 유용하며 농촌 지역의 생활도 개선 될 것입니다.
진화
이 유형의 조명은 완전히 개발 중입니다. 태양열 캔들 러브는 특히 태양 자원이 중요하고 일년 내내 정기적 인 적도 지역의 도로 또는 이웃을 조명하는 데 권장됩니다. 또한 전기 배선 및 트렌치가 없어 다른 지역의 격리 된 사이트를 조명하는 데에도 매우 적합합니다.
2013 년에 돛대에 태양 광 모듈이 통합 된 이중 램프 모델이 네덜란드에서 생산되었습니다.
문제점
그들은 밤 환경, 기후 및 에너지 절약을 위해 안전성, 불쾌감 및 광 오염을 우려합니다.
LED 조명을 사용하면 ‘그냥’조명하기가 더 쉬워집니다. 빛의 힘은 시간 계획에 따라 야간에 또는 통로 감지기에 대한 서보 제어를 통해보다 쉽게 변조 될 수있다. 따라서 전력 소비가 크게 감소되고 마킹 및 조명 기능이 항상 충족됩니다.
에너지 및 온실 가스 배출을 줄이는 것이 중요합니다. 에코 핀 에이전시 (Ecofin Agency)에 따르면 “유엔은 공공 조명이 전 세계적으로 소비되는 전기량의 5 %를 차지하고 있으며 대도시의 전기 소비에 해당하는 엄청난 에너지 횡재를 구하기 위해 비용 효율적인 기술이 필요하다는 것을 상기시켜줍니다. 인도와 같은 나라들 “이라고 주장했다.
이점 : LED 등기구는 많은 장점을 가지고 있습니다.
정력적인 성능,
존재 및 주위 광 검출기에 의해 제어되는 경우 빛의 오염을 줄입니다.
매우 균일 한 조명,
매우 긴 수명.
등기구는 또한 소주 (중국)의 생태 산업 단지와 같이 등기구 또는 인근 (예 : 활동 지역의 벽 또는 지붕)에 통합 된 태양 전지로 작동 할 수 있지만 소형 전기 네트워크가 필요합니다.
정비는 유형과 사용에 따라 2 년에서 10 년마다 배터리 교체로 요약됩니다.
모든 구성 요소는 잠재적으로 재활용 스트림에 통합되거나 다시 사용될 수 있습니다.
모든 오프 그리드 조명 요구에 대한 관심
이 제품들은 에너지 가격 상승과 개발 도상국 (예 : 서 아프리카의 격리 지역) 또는 격리 된 사이트에서 전력 네트워크를 설정하는 데 드는 비용으로 인해 성공적으로 운영 될 것으로 보입니다. 마스트는 필요에 따라 그리고 매설되거나 오버 헤드가되는 전기 네트워크를 필요로하지 않고 이동할 수 있습니다 (예 : 건설 현장 또는 축제 기간 중). 지진 발생 후 개도국이나 아이티를 돕기 위해 국경없는 전기 기술자가 테스트 한 솔루션으로 “개별 태양 램프”의 배포뿐 아니라 지진이나 심각한 전기 사고로 사이트 나 도시의 전기를 사용하지 못하는 상황에서 사용할 수 있습니다. . 예를 들어, 2010 년에, “파리 Fondation de France, Ademe, 파리시의 마르티니크 지역위원회가 주로 지원하는 프로젝트”는 “communes에 위치한 40 개의 캠프 숙박 시설에”거의 350 개의 태양 가로등 설치를 제안했습니다 Port-au-Prince, Léogâne 및 까르푸에는 8 만명이 넘는 난민이 있습니다. ” 라다크 (Ladakh)에서 접근 가능한 마지막 마을의 지역 생태 관광을위한 작은 캠핑은 태양열 램프, 단일 고정 광원 마을을 갖추고 있습니다 (2010). 유엔은 태양 광 조명을 이용한 “오프 그리드 (off-grid)”태양 광 조명이 사람들에게 상당한 이익을 가져다 줄 것으로 믿고있다. 80 개국의 유엔 환경 계획 (UNEP)에 의한 연구에 따르면 “연료 기반 조명 교체에 LED 시스템을 투자하는 데 드는 비용은 연료 절약으로 1 년 이내에 상환 될 것이며, 현재 13 억 명이 넘는 사람들이 전기 조명 및 약 250 억 리터의 등유가 매년 석유 램프에 동력을 공급하여 사용자에게 연간 약 230 억 달러의 비용을 발생시킵니다. ” 나이지리아 만해도 연간 14 억 달러가 절약 될 것입니다.
이들은 조명 분야의 회사 연구 및 개발의 일부인 솔루션입니다.
유망
광전지 모듈의 발전으로 일부 등기구는 제레미 리프킨 (Jeremy Rifkin)이 제 3의 산업 혁명 개념으로 제안한 스마트 그리드에서 “에너지가 긍정적”이되고 다른 물체 또는 배우를 측면으로 공급할 수 있습니다. LED의 진화는 태양열 candelabra의 진화에 필수적입니다. 배터리의 수명도 필수적입니다. 이 수명은 주위 온도와 밀접한 관계가 있습니다. 20 ° C의 보관 장소 또는 배터리 납, 리튬 (Nimh) 유형에 관계없이 배터리를 묻는 것이 이상적입니다.
Ajaccio 대학의 Myrte 프로젝트의 수소 저장은 CEA, CNRS 및 LUMI’IN France가 수행했습니다.