Lampe solaire

Une lampe solaire , également appelée lampe solaire ou lanterne solaire , est un système d'éclairage composé d'une lampe LED , de panneaux solaires , d'une batterie , d' un contrôleur de charge et peut également être équipé d'un onduleur . La lampe fonctionne à l'électricité provenant de batteries , chargées grâce à l'utilisation d'un panneau solaire photovoltaïque.

L'éclairage domestique à énergie solaire peut remplacer d'autres sources lumineuses comme les bougies ou les lampes à pétrole . Les lampes solaires ont un coût de fonctionnement inférieur à celui des lampes à pétrole, car l'énergie renouvelable du soleil est gratuite, contrairement au carburant. De plus, les lampes solaires ne produisent pas de pollution de l'air intérieur , contrairement aux lampes à pétrole. Cependant, les lampes solaires ont généralement un coût initial plus élevé et dépendent des conditions météorologiques.

Les lampes solaires destinées aux zones rurales peuvent souvent fournir de l'électricité à d'autres appareils, comme par exemple pour recharger des téléphones portables . Le coût des lampes solaires a continué de baisser ces dernières années, car les composants et les lampes ont été produits en masse en nombre toujours croissant.

Certains panneaux solaires photovoltaïques utilisent des panneaux en silicium monocristallin ou en silicium polycristallin, tandis que les technologies plus récentes ont utilisé des cellules solaires à couche mince . Depuis l'introduction des cellules solaires modernes en 1954 dans les laboratoires Bell , les progrès de l'efficacité des cellules solaires pour convertir la lumière en énergie électrique et les techniques de fabrication modernes combinées à des gains d'efficacité d'échelle ont conduit à une croissance internationale du photovoltaïque .

Le premier brevet d'éclairage solaire a été déposé par Maurice E Paradise en 1955.

En 2016, les lampes LED consommaient seulement environ 10 % de l'énergie nécessaire à une lampe à incandescence. L'efficacité de la production des lampes LED a conduit à une adoption accrue comme alternative aux anciens éclairages électriques

La plupart des panneaux solaires sont fabriqués à partir de silicium monocristallin, un matériau semi-conducteur .

Lorsque la lumière frappe une cellule solaire , un courant électrique est produit dans le circuit électrique connecté. C'est ce qu'on appelle l' effet photoélectrique . Les systèmes photovoltaïques convertissent directement l'énergie de la lumière du soleil en électricité.

Les panneaux solaires sont constitués de couches de matériaux différents (Figure 2), dans l'ordre verre, encapsulé, cellules cristallines, feuille arrière, boîte de jonction et enfin cadre. L'encapsulé empêche l'humidité et les contaminants de pénétrer, ce qui pourrait causer des problèmes.

Une batterie est généralement logée dans un boîtier en métal ou en plastique. À l'intérieur du boîtier se trouvent des électrodes, notamment des cathodes et des anodes, où se produisent les réactions chimiques. Un séparateur existe également entre la cathode et l'anode, qui empêche les électrodes de réagir ensemble tout en permettant à la charge électrique de circuler librement entre les deux. Enfin, le collecteur conduit une charge de la batterie vers l'extérieur.

Les batteries à l'intérieur des lampes solaires utilisent généralement une technologie d'électrolyte en gel avec des performances élevées en décharge profonde, afin de permettre une utilisation dans des plages de température extrêmes. Il peut également utiliser du plomb-acide, du nickel-hydrure métallique, du nickel-cadmium ou du lithium.

Cette partie de la lampe économise l'énergie du panneau solaire et fournit de l'énergie en cas de besoin la nuit lorsqu'il n'y a pas d'énergie lumineuse disponible.

En général, l'efficacité de la conversion de l'énergie photovoltaïque est limitée pour des raisons physiques. Environ 24 % du rayonnement solaire de grande longueur d'onde n'est pas absorbé. 33 % est de la chaleur perdue dans l'environnement, et les pertes supplémentaires sont d'environ 15 à 20 %. Seuls 23 % sont absorbés, ce qui signifie qu'une batterie est un élément crucial de la lampe solaire.

Cette section contrôle l'ensemble des systèmes de fonctionnement pour protéger la charge de la batterie. Elle garantit que, quelles que soient les circonstances, y compris les conditions météorologiques extrêmes avec une grande différence de température, la batterie ne se surcharge pas ou ne se décharge pas excessivement et n'endommage pas davantage la batterie.

Cette section comprend également des pièces supplémentaires telles que le contrôleur d'éclairage, le contrôleur de temps, le son, la compensation de température, la protection contre la foudre, la protection contre l'inversion de polarité et les commutateurs de transfert CA qui garantissent que les charges de secours sensibles fonctionnent normalement en cas de panne.

Les lampes LED sont utilisées en raison de leur efficacité lumineuse élevée et de leur longue durée de vie. Sous le contrôle d'un contrôleur de charge CC, la commande sans contact allume automatiquement la lumière dans l'obscurité et l'éteint pendant la journée. Elle est parfois également associée à des contrôleurs de temps pour définir une heure précise à laquelle la lumière s'allume et s'éteint automatiquement.

Comme le montre la figure 3, la puce comprend microchip(R), B−, B+, S− et S+. S+ et S− sont tous deux connectés à des panneaux solaires avec un fil, dont l'un a une charge positive et l'autre une charge négative. B− et B+ sont reliés à deux batteries dans ce cas. La lumière sera affichée via la lumière LED lorsque tous ces éléments seront connectés.

Les lampes solaires sont plus faciles à installer et à entretenir pour les clients car elles ne nécessitent pas de câble électrique. Les lampes solaires peuvent bénéficier aux propriétaires en réduisant les coûts d'entretien et les factures d'électricité. Les lampes solaires peuvent également être utilisées dans les zones où il n'y a pas de réseau électrique ou dans les zones reculées qui ne disposent pas d'un approvisionnement électrique fiable. Plus d'un milliard de personnes dans le monde n'ont pas d'éclairage électrique, ce qui contribue à la pauvreté persistante.

La production d'énergie solaire est limitée par les conditions météorologiques et peut être moins efficace si le temps est nuageux, humide ou hivernal.

Les ménages qui remplacent les lampes à pétrole par des lampes solaires bénéficient également des risques pour la santé liés aux émissions de kérosène. Le kérosène a souvent des effets négatifs sur les poumons humains.

L'utilisation de l'énergie solaire minimise la pollution intérieure, où le kérosène a été associé à des problèmes de santé. Cependant, les panneaux photovoltaïques sont fabriqués à partir de silicium et d'autres métaux toxiques, notamment du plomb , qui peuvent être difficiles à éliminer.

L'utilisation de lampes solaires améliore l'éducation des élèves qui vivent dans des foyers sans électricité. Lorsque l'association Unite to Light a fait don de lampes solaires à des écoles d'une région reculée du Kwa Zulu Natal en Afrique du Sud, les résultats aux tests et les taux de réussite ont augmenté de plus de 30 %. La lumière donne aux élèves plus de temps pour étudier après la tombée de la nuit.

Une étude expérimentale menée en 2017 dans des zones non électrifiées du nord du Bangladesh a révélé que l'utilisation de lampes solaires réduisait les dépenses totales des ménages, augmentait les heures d'étude à domicile des enfants et augmentait la fréquentation scolaire. Cependant, elle n'améliorait pas considérablement les résultats scolaires des enfants.

Ces éclairages constituent un moyen pratique et économique d'éclairer les rues la nuit sans nécessiter de réseaux électriques à courant alternatif pour les piétons et les conducteurs. Ils peuvent être dotés de panneaux individuels pour chaque lampe d'un système, ou d'un grand panneau solaire central et d'une batterie pour alimenter plusieurs lampes.

Les petites lampes solaires peuvent être utilisées par les propriétaires pour ajouter un éclairage d'ambiance à leur jardin. Ces lampes peuvent être trouvées dans de nombreux formats, généralement des éclairages d'allée et des projecteurs.

Dans les zones rurales de l'Inde, les lampes solaires, communément appelées lanternes solaires, utilisant des LED ou des lampes fluorescentes compactes, sont utilisées pour remplacer les lampes à pétrole et d'autres solutions d'éclairage bon marché. En particulier dans les zones où l'électricité est difficile d'accès, les lampes solaires sont très utiles et améliorent également la qualité de vie.

L’Afrique, qui a le taux d’accès à l’électricité le plus faible au monde (40 %) a grandement bénéficié de l’accès aux lampes solaires et aux solutions d’éclairage domestique complètes. Dans de nombreuses régions d’Afrique, un éclairage insuffisant après le crépuscule présente des risques pour la sécurité. Les lampes solaires éclairent les rues et les chemins sombres, améliorant ainsi la sécurité publique et réduisant les accidents.

Les installations marines utilisent de plus en plus les lampes solaires LED comme alternatives à l'éclairage conventionnel. La nature isolée de la navigation et de la voile rend l'électricité difficile à obtenir et se prête donc à des technologies autosuffisantes comme l'éclairage solaire des bateaux

Des investisseurs américains travaillent au développement d’une lanterne solaire à 10 dollars par unité pour remplacer les lampes à pétrole.

Les solutions d’éclairage solaire domestique peuvent être coûteuses à l’achat. Les entreprises d’énergie solaire hors réseau proposent des systèmes d’éclairage solaire domestique par le biais de mécanismes financiers innovants tels que le modèle Pay-As-You-Go, qui permet aux consommateurs d’alimenter toute leur maison en électricité tout en payant des mensualités faciles. Actuellement, plus de 40 % de toutes les ventes de produits d’éclairage solaire hors réseau en Afrique subsaharienne sont réalisées via PayGo, atteignant près de 50 % au Kenya et 65 % au Rwanda.