Luminária solar

Uma lâmpada solar é um sistema de iluminação composto por uma lâmpada LED, painéis solares, bateria, controlador de carga e também pode haver um inversor. A lâmpada opera com eletricidade a partir de baterias, carregadas através do uso de painéis solares fotovoltaicos.

Iluminação doméstica movida a energia solar pode substituir outras fontes de luz, como velas ou lâmpadas de querosene. As lâmpadas solares têm um custo operacional menor do que as lâmpadas de querosene porque a energia renovável do sol é livre, ao contrário do combustível. Além disso, as lâmpadas solares não produzem poluição do ar interior, ao contrário das lâmpadas de querosene. No entanto, as lâmpadas solares geralmente têm um custo inicial mais alto e são dependentes do tempo.

Lâmpadas solares para uso em situações rurais geralmente têm a capacidade de fornecer eletricidade para outros dispositivos, como para carregar telefones celulares. Investidores americanos têm trabalhado no sentido de desenvolver uma lanterna solar de US $ 10 / unidade para a substituição de lâmpadas de querosene.

História
Alguns painéis solares fotovoltaicos utilizam painéis de silício monocristalino ou policristalino, enquanto as tecnologias mais recentes utilizam células solares de película fina. Desde que as modernas células solares foram introduzidas em 1954 nos laboratórios da Bell, os avanços na eficiência das células solares na conversão de luz em energia elétrica e as modernas técnicas de fabricação combinadas com eficiências de escala levaram a um crescimento internacional da energia fotovoltaica.

A partir de 2016, as lâmpadas LED usam apenas cerca de 10% da energia necessária para uma lâmpada incandescente. A eficiência na produção de lâmpadas de LED levou ao aumento da adoção como alternativa a outras luminárias elétricas.

Princípios Técnicos
A ativação e desativação da iluminação elétrica é acionada por uma unidade de controle: ao anoitecer, a luz acende-se automaticamente e desliga-se ao nascer do sol; alguns modelos são equipados com detectores de presença para economizar a bateria e só acendem se necessário.
Componentes

Painéis solares
Painéis solares são feitos de cristais que são feitos de ligações covalentes entre elétrons na camada externa de átomos de silício. O silício é um semicondutor que não é nenhum dos metais que conduz eletricidade nem isoladores que não conduzem eletricidade. Semicondutores normalmente não conduzem eletricidade, mas sob certas circunstâncias eles fazem neste exemplo com exposição à luz.

Uma célula solar tem duas camadas diferentes de silício. A camada inferior tem menos elétrons e, portanto, tem uma carga positiva leve devido à natureza de carga negativa dos elétrons. Além disso, a camada superior tem mais elétrons e tem carga ligeiramente negativa.

Uma barreira é criada entre estas duas camadas, no entanto, quando o fluxo de partículas de luz chamado fótons entra, eles dão a sua energia para os átomos no silício. Ele promove um elétron de uma ligação covalente para um próximo nível de energia da camada superior para a camada inferior. Esta promoção de um elétron permite um movimento mais livre dentro do cristal que produz uma corrente. Mais luz brilha, mais elétrons se movem, portanto, mais corrente flui entre eles. Este processo é chamado de efeito fotovoltaico e fotoelétrico. Sistemas fotovoltaicos significam, literalmente, combinação de luz e tensão e usam células fotovoltaicas para converter diretamente a luz solar em eletricidade.

Os painéis solares são feitos de camadas de diferentes materiais, como você pode ver na Figura 2, em ordem de vidro, encapsulado, células cristalinas, encapsulado, folha traseira, caixa de junção e, por último, moldura. O encapsulado evita a umidade e contaminantes que podem causar problemas.

Bateria
Uma bateria é normalmente alojada dentro de uma caixa de metal ou plástico. Dentro do gabinete, há eletrodos, incluindo catodos e anodos, onde ocorrem reações químicas. Um separador também existe entre o cátodo e o ânodo, o que impede que os eletrodos reajam juntos, ao mesmo tempo que permitem que a carga elétrica flua livremente entre os dois. Por fim, o coletor conduz uma carga da bateria para o exterior.

As baterias dentro das lâmpadas solares geralmente usam tecnologia de eletrólito em gel com alto desempenho em descargas profundas, a fim de permitir o uso em faixas extremas de temperatura. Pode também usar ácido-chumbo, níquel-hidreto metálico, níquel-cádmio ou lítio.

Esta parte da lâmpada economiza energia do painel solar e fornece energia quando necessário à noite, quando não há energia de luz disponível.

Em geral, a eficiência da conversão de energia fotovoltaica é limitada por razões físicas. Cerca de 24% da radiação solar de um longo comprimento de onda não é absorvida. 33% é calor perdido para os arredores e perdas adicionais são de aproximadamente 15-20%. Apenas 23% é absorvido, o que significa que uma bateria é uma parte crucial da lâmpada solar.

Controlador de carga
Esta seção controla todos os sistemas de trabalho para proteger a carga da bateria. Garante, sob quaisquer circunstâncias, incluindo condições meteorológicas extremas com grande diferença de temperatura, a bateria não sobrecarrega ou sobre descarga e danifica a bateria ainda mais.

Esta seção também inclui peças adicionais, como controlador de luz, controle de tempo, som, compensação de temperatura, proteção de iluminação, proteção de polaridade reversa e chaves de transferência de CA, que garantem que cargas de backup sensíveis funcionem normalmente quando ocorre a falta de energia.

Princípios de trabalho
Luzes LED são usadas devido à sua alta eficiência luminosa e longa vida útil. Sob o controle de um controlador de carregamento CC, o controle sem contato liga automaticamente a luz no escuro e desliga durante o dia. Às vezes também combina com os controladores de tempo para definir o tempo de cortina para ligar e desligar automaticamente a luz.

Como mostrado na Figura 3, o chip inclui microchip (R), B-, B +, S- e S +. S + e S- são ambos ligados a painéis solares com fio, um dos quais tem carga adicional e o outro menos carga. B- e B + estão ligados a duas baterias neste caso. A luz será mostrada através da luz LED quando todas estas estiverem conectadas.

Benefícios
As lâmpadas solares podem ser mais fáceis de instalar e manter, já que não exigem um cabo de eletricidade. As lâmpadas solares podem beneficiar os proprietários com custos reduzidos de manutenção e custos das contas de eletricidade. As lâmpadas solares também podem ser usadas em áreas onde não há rede elétrica ou áreas remotas sem um fornecimento de eletricidade confiável. Há muitas histórias de pessoas com doença pulmonar, deterioração dos olhos, queimaduras e, às vezes, até a morte, simplesmente porque não têm uma alternativa saudável à luz à noite. As mulheres se sentiram inseguras andando até o banheiro do lado de fora depois de escurecer. Os bebês estão sendo entregues por parteiras usando apenas uma vela, e os alunos não podem estudar quando o sol se põe por falta de luz, levando ao aumento do analfabetismo e da pobreza perpétua. Estas são as realidades para mais de 1 bilhão de pessoas em todo o mundo. A falta de iluminação equivale à pobreza contínua sentida em todo o mundo.

A produção de energia solar é limitada pelo tempo e pode ser menos efetiva se estiver nublado, úmido ou invernal.

Os agregados familiares que mudam para lâmpadas solares a partir de lâmpadas de querosene também ganham com o risco para a saúde associado às emissões de querosene. O querosene geralmente tem impactos negativos nos pulmões humanos.

O uso da energia solar minimiza a poluição de criação em ambientes fechados, onde o querosene tem sido associado a casos de problemas de saúde. No entanto, painéis fotovoltaicos são feitos de silício e outros metais tóxicos, incluindo chumbo que pode ser difícil de eliminar.

O uso de luzes solares melhora a educação para os estudantes que vivem em residências sem eletricidade. Quando a organização sem fins lucrativos Unite-To-Light doou lâmpadas solares para escolas de uma região remota de Kwa Zulu Natal, na África do Sul, as pontuações dos testes e as taxas de aprovação melhoraram em mais de 30%. A luz dá aos alunos tempo adicional para estudar depois de escurecer.

Um estudo experimental de 2017 em áreas não-eletrificadas do norte de Bangladesh descobriu que o uso de lanternas solares diminuiu o gasto total das famílias, aumentou os horários de estudo em casa das crianças e aumentou a frequência escolar. No entanto, não melhorou em muito o desempenho educacional das crianças.

Usar

Luz de rua solar
Essas luzes proporcionam uma maneira conveniente e econômica de iluminar as ruas à noite sem a necessidade de grades elétricas de CA para pedestres e motoristas. Eles podem ter painéis individuais para cada lâmpada de um sistema, ou podem ter um grande painel solar central e um banco de baterias para alimentar várias lâmpadas.

Rural
Na Índia rural, lâmpadas solares, comumente chamadas de lanternas solares, usando LEDs ou lâmpadas fluorescentes compactas, estão sendo usadas para substituir as lâmpadas de querosene. Especialmente em áreas onde a eletricidade é de difícil acesso, as lâmpadas solares são muito úteis e também melhorarão a vida nas áreas rurais.

Evoluções
Este tipo de iluminação está em pleno desenvolvimento. Os candelabros solares são particularmente recomendados para iluminação de estradas ou bairros em países equatoriais, onde o recurso solar é importante e regular durante todo o ano. Eles também são muito adequados para a iluminação de locais isolados em outros territórios, devido à ausência de fiação elétrica e trincheiras.

Em 2013, um modelo de lâmpada dupla com módulos fotovoltaicos integrados no mastro é produzido na Holanda.

Problemas
Eles dizem respeito à segurança, menos incômodo e poluição luminosa para o ambiente noturno, clima e economia de energia.
Pelo uso de luzes LED, torna-se mais fácil iluminar “apenas”; a potência luminosa pode ser modulada mais facilmente durante a noite, de acordo com um horário ou por meio de um servocontrol a um detector de passagem. Assim, o consumo de energia é bastante reduzido e as funções de marcação e iluminação são sempre cumpridas.

O desafio de economizar energia e emissões de gases de efeito estufa é importante. Segundo a Agência Ecofin, “as Nações Unidas nos lembram que a iluminação pública é responsável por 5% da eletricidade consumida no mundo e que existem técnicas econômicas para salvar esse enorme ganho de energia, que corresponde aproximadamente ao consumo de eletricidade de uma cidade grande. países como a Índia “.

Vantagens: as luminárias LED têm muitas vantagens

desempenho energético,
menos poluição luminosa se forem controlados por detectores de presença e luz ambiente
iluminação muito homogênea,
vida muito longa.
A luminária também pode ser alimentada por painéis solares integrados na luminária ou nas proximidades (nas paredes ou telhados de uma área de atividade, por exemplo), como no parque eco-industrial de Suzhou (China), mas uma pequena rede elétrica é necessária.
a manutenção é resumida à troca das baterias, a cada 2 a 10 anos, de acordo com seu tipo e uso.
Todos os componentes podem ser potencialmente integrados em um fluxo de reciclagem ou até mesmo usados ​​novamente.
interesse em todas as necessidades de iluminação fora da rede

Estes produtos parecem destinados ao sucesso, dado o aumento dos preços da energia e o custo da criação de uma rede de energia num país em desenvolvimento (áreas isoladas da África Ocidental, por exemplo) ou em locais isolados. Um mastro pode ser movido (durante locais de construção ou festividades, por exemplo) conforme necessário e sem a necessidade de redes elétricas enterradas ou suspensas. É uma solução também testada por eletricistas sem fronteiras para ajudar os países em desenvolvimento ou o Haiti após o terremoto, além de uma distribuição de “lâmpadas solares individuais”, ou que pode ser usada após um terremoto ou acidente grave privando um local ou cidade de eletricidade . Por exemplo, em 2010, um “projeto, apoiado principalmente pela Fondation de France, o Ademe, o Conselho Regional da Martinica, a cidade de Paris” propôs a instalação de “quase 350 postes solares em 40 acampamentos localizados nas comunas Port-au-Prince, Léogâne e Carrefour, com mais de 80.000 refugiados “. Um pequeno acampamento para um ecoturismo local na última aldeia acessível de Ladakh foi equipado (2010) com uma lâmpada solar, única aldeia de fonte fixa de luz. A ONU acredita que a iluminação solar “fora da rede” com luz solar pode trazer benefícios significativos para as pessoas; Um estudo do UNEP em 80 países concluiu que “o custo de investir em substituição de iluminação baseada em combustível com sistemas LED seria amortizado em menos de um ano, graças à economia de combustível; mais de 1,3 bilhão de pessoas hoje vivem no mundo sem acesso a iluminação elétrica e quase 25 bilhões de litros de querosene são usados ​​a cada ano para alimentar as lâmpadas de óleo, o que representa um custo de quase US $ 23 bilhões por ano para os usuários “. Só na Nigéria, US $ 1,4 bilhão por ano seriam economizados.

São soluções que fazem parte da pesquisa e desenvolvimento de empresas do setor de iluminação

Prospectivo
Com o progresso dos módulos fotovoltaicos, algumas luminárias poderiam, talvez, tornar-se “positivas em energia” e alimentar lateralmente outros objetos ou atores, em uma rede inteligente, como proposto por Jeremy Rifkin em seu conceito de terceira revolução industrial. A evolução dos LEDs é essencial para a evolução dos candelabros solares; a vida da bateria também é essencial. Este tempo de vida está fortemente relacionado com a temperatura ambiente, o ideal é um local de armazenamento a 20 ° C ou para enterrar as baterias, independentemente do tipo de chumbo da bateria, lítio, Nimh.

Armazenamento de hidrogênio para o projeto Myrte na Universidade de Ajaccio foi realizado pela CEA, CNRS e LUMI’IN França.