太阳能灯(Solar lamp),是由LED灯,太阳能电池板,电池,充电控制器组成的照明系统,也可以是逆变器。 该灯由电池供电,通过使用太阳能光伏板充电。

太阳能家用照明可以取代其他光源,如蜡烛或煤油灯。 太阳能灯的运行成本低于煤油灯,因为与燃料不同,来自太阳的可再生能源是免费的。 此外,与煤油灯不同,太阳能灯不产生室内空气污染。 然而,太阳能灯通常具有较高的初始成本,并且取决于天气。

在农村情况下使用的太阳能灯通常具有为其他设备提供电力的能力,例如用于给手机充电。 美国投资者一直致力于开发一个价值10美元/单位的太阳能灯,以替换煤油灯。

历史
一些太阳能光伏发电使用单晶硅或多晶硅面板,而较新的技术使用薄膜太阳能电池。 自1954年贝尔实验室引入现代太阳能电池以来,太阳能电池在将光转换为电能方面的效率提高,现代制造技术与规模效率相结合,导致光伏发电的国际增长。

截至2016年,LED灯仅使用白炽灯所需能量的约10%。 LED灯的生产效率已经导致越来越多地采用作为其他电灯的替代品。

技术原理
控制单元触发电灯的开关:夜幕降临时,灯自动开启,日出时关闭; 有些型号配有存在探测器以节省电池,必要时只需点亮。
组件

太阳能板
太阳能电池板由晶体制成,晶体由硅原子外壳上的电子之间的共价键构成。 硅是一种半导体,既不是导电的金属,也不是不导电的绝缘体。 半导体通常不导电,但在某些情况下,它们在这个例子中用光照射。

太阳能电池具有两个不同的硅层。 由于电子的负电荷性质,下层具有较少的电子并因此具有轻微的正电荷。 此外,上层具有更多的电子并具有轻微的负电荷。

在这两层之间产生屏障,然而当称为光子的光粒子流进入时,它们将能量释放给硅中的原子。 它将一个电子从共价键促进到从上层到下层的下一个能级。 电子的这种促进允许晶体内更自由的运动产生电流。 更多的光线照射,更多的电子移动,因此更多的电流流动。 这个过程称为光伏和光电效应。 光伏系统的字面意思是光和电压的组合,它们使用光伏电池直接将太阳光转换成电能。

太阳能电池板由不同材料制成,如图2所示,按玻璃,封装,晶体电池,封装,背板,接线盒和最后框架的顺序排列。 封装可以防止可能导致问题的水分和污染物。

电池
电池通常容纳在金属或塑料外壳内。 在壳体内部是包括阴极和阳极的电极,其中发生化学反应。 在阴极和阳极之间也存在隔板,其阻止电极一起反应,同时允许电荷在两者之间自由流动。 最后,收集器从电池向外部传导电荷。

太阳能灯内的电池通常使用凝胶电解质技术,在深度放电中具有高性能,以便能够在极端温度范围内使用。 它也可以使用铅酸,镍金属氢化物,镍镉或锂。

灯的这部分节省了来自太阳能电池板的能量,并且在没有可用光能的夜晚需要时提供电力。

通常,光电能量转换的效率因物理原因而受到限制。 大约24%的长波长的太阳辐射不被吸收。 33%是对周围环境的热损失,并且进一步的损失约为15-20%。 只有23%被吸收,这意味着电池是太阳能灯的关键部分。

充电控制器
此部分控制整个工作系统以保护电池电量。 它确保在任何情况下,包括温差较大的极端天气条件下,电池不会过度充电或过度放电,甚至会进一步损坏电池。

此部分还包括其他部件,如光控制器,时间控制器,声音,温度补偿,照明保护,反极性保护和交流转换开关,确保敏感的备用负载在发生中断时正常工作。

工作原则
使用LED灯具有高发光效率和长寿命。 在直流充电控制器的控制下,非接触式控制在黑暗时自动打开灯,在白天关闭。 它有时还与时间控制器结合设置窗帘时间,以便自动打开和关闭灯。

如图3所示,芯片包括微芯片(R),B-,B +,S-和S +。 S +和S-都用导线连接到太阳能电池板,其中一个带有正电荷而另一个带有负电荷。 在这种情况下,B-和B +连接到两个电池。 当连接所有这些灯时,灯将通过LED灯显示。

优点
太阳能灯可以更容易地安装和维护,因为它们不需要电缆。 太阳能灯可以降低维护成本和电费成本,使业主受益。 太阳能灯也可用于没有电网的区域或缺乏可靠电力供应的偏远地区。 有许多关于肺部疾病,眼睛恶化,烧伤甚至死亡的故事,仅仅是因为他们晚上没有健康的光线替代品。 在天黑以后,女性感到不安全地走到厕所外面。 婴儿由助产士仅使用蜡烛提供,由于缺乏光线导致文盲和永久性贫困,学生们无法在太阳下山时学习。 这些是全球超过10亿人的现实。 缺乏照明等同于世界各地的持续贫困。

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太阳能输出受到天气的限制,如果是阴天,潮湿或冬季则效果较差。

从煤油灯转向太阳能灯的家庭也从与煤油排放相关的健康风险中获益。 煤油通常对人体肺部有负面影响。

太阳能的使用最大限度地减少了室内的污染,其中煤油与健康问题有关。 然而,光伏板由硅和其他有毒金属(包括难以处理的铅)制成。

太阳能灯的使用改善了住在没有电的家庭的学生的教育。 当非营利组织Unite-To-Light向南非的Kwa Zulu Natal偏远地区的学校捐赠太阳能灯时,考试成绩和通过率提高了30%以上。 光线为学生们提供了在天黑后学习的时间。

2017年孟加拉国北部非电气化地区的一项实验研究发现,太阳能灯的使用减少了家庭总支出,增加了儿童的家庭学习时间,增加了入学率。 然而,它并没有在很大程度上改善儿童的教育成就。

使用

太阳能路灯
这些灯为夜间照亮街道提供了一种方便且经济的方式,而不需要为行人和司机提供交流电网。 它们可以具有用于系统的每个灯的单独面板,或者可以具有用于为多个灯供电的大型中央太阳能电池板和电池组。

乡村
在印度农村,太阳能灯,通常称为太阳能灯,使用LED或CFL,正被用来取代煤油灯。 特别是在电力难以进入的地区,太阳能灯非常有用,也可以改善农村地区的生活。

变阵
这种类型的照明正在全面发展。 太阳能烛台特别推荐用于赤道国家的照明道路或社区,这些国家的太阳能资源在全年都非常重要。 由于没有电线和沟槽,它们也非常适合照亮其他地区的孤立场所。

2013年,荷兰生产了一种双灯模型,其桅杆上集成了光伏模块。

问题
它们涉及夜间环境,气候和节能的安全性,减少滋扰和光污染。
通过使用LED灯,“只是”变得更容易照亮; 根据时间表或通过伺服控制到通道检测器,夜间可以更容易地调制发光功率。 因此,功耗大大降低,并且始终满足标记和照明功能。

节约能源和温室气体排放的挑战很重要。 根据Ecofin机构的说法,“联合国提醒我们,公共照明占全球用电量的5%,并且存在节省成本效益的技术以节省这一巨大的能源意外收入,这大致相当于大城市的电力消耗。像印度这样的国家“。

优点:LED灯具有许多优点

精力充沛的表现,
如果它们受到存在和环境光探测器的控制,则光污染较少
非常均匀的照明,
很长的寿命。
如同在苏州(中国)的生态工业园中那样,灯具也可以由集成在灯具中或附近(例如在活动区域​​的墙壁或屋顶上)的太阳能电池板供电,但是需要小型电网。
根据电池的类型和使用情况,每2到10年对电池的更换进行一次维护。
所有组件都可以集成到回收流中,甚至可以再次使用。
对所有离网照明需求感兴趣

鉴于能源价格的上涨以及在发展中国家(例如西非的偏远地区)或孤立地区建立电网的成本,这些产品似乎注定要取得成功。 可根据需要移动桅杆(例如在施工现场或庆祝活动期间),而无需埋设或架空电力网络。 除了“个别太阳能灯”的分发,或者在地震或严重事故发生后可以使用的地方或城市电力使用之外,这个解决方案也经过无边界电工的测试,可以帮助发展中国家或地震后的海地。 。 例如,在2010年,一个“主要由法国基金会,Ademe,马提尼克岛地区委员会,巴黎市支持的项目”提议安装“位于公社的40个营地中的近350个太阳能路灯”太子港,莱奥甘和家乐福,有超过80,000名难民“。 从拉达克可以到达的最后一个村庄的当地生态旅游小露营(2010年)配备了太阳能灯,单个固定光源村。 联合国认为,带有太阳能灯的“离网”太阳能照明可以为人们带来巨大的利益; 联合国环境规划署在80个国家开展的一项研究得出的结论是“由于燃料节省,投资使用LED系统替代基于燃料的照明设备的成本将在不到一年的时间内摊销;如今,全世界有超过13亿人无法获得每年使用电气照明和近250亿升煤油来为油灯供电,这意味着用户每年花费近230亿美元“。 仅在尼日利亚,每年将节省14亿美元。

这些解决方案是照明行业公司研发的一部分

预期
随着光伏模块的发展,一些灯具可能在Jeremy Rifkin在他的第三次工业革命概念中提出的智能电网中变得“能量积极”并横向馈送其他物体或演员。 LED的发展对于太阳烛台的演变至关重要; 电池的寿命也很重要。 这个寿命与环境温度密切相关,理想的是在20°C的存储位置或埋藏电池,无论电池引线类型,锂,Nimh。

阿雅克肖大学的Myrte项目的氢气储存由CEA,CNRS和LUMI’IN France进行。

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