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Lámpara solar
Una lámpara solar, también conocida como luz solar o linterna solar, es un sistema de iluminación compuesto por una lámpara LED, paneles solares, batería, regulador de carga y también puede haber un inversor. La lámpara funciona con electricidad procedente de baterías, cargadas mediante el uso de paneles solares (panel solar fotovoltaico)

La iluminación doméstica con energía solar puede sustituir a otras fuentes de luz como las velas o las lámparas de queroseno. Las lámparas solares tienen un coste de funcionamiento inferior al de las lámparas de queroseno porque la energía renovable del sol es gratuita, a diferencia del combustible. Además, a diferencia de las lámparas de queroseno, las lámparas solares no contaminan el aire interior. Sin embargo, las lámparas solares suelen tener un coste inicial más elevado y dependen de las condiciones meteorológicas.

Las lámparas solares para uso en situaciones rurales suelen tener la capacidad de proporcionar un suministro de electricidad para otros dispositivos, como para cargar teléfonos móviles. El coste de las lámparas solares no ha dejado de bajar en los últimos años, ya que los componentes y las lámparas se han fabricado en serie en cantidades cada vez mayores.

Historia
Cuota de mercado mundial en términos de producción anual por tecnología fotovoltaica desde 1990

Algunos sistemas solares fotovoltaicos utilizan paneles de silicio monocristalino o policristalino, mientras que las tecnologías más recientes utilizan células solares de película fina[1] Desde que se introdujeron las células solares modernas en 1954 en los laboratorios Bell[2], los avances en la eficiencia de las células solares a la hora de convertir la luz en energía eléctrica y las modernas técnicas de fabricación, combinadas con las eficiencias de escala, han dado lugar a un crecimiento internacional de la energía fotovoltaica.

La primera patente de luz solar fue presentada por Maurice E Paradise en 1955[3].

A partir de 2016, las lámparas LED utilizan sólo un 10% de la energía que necesita una lámpara incandescente[4] La eficiencia en la producción de lámparas LED ha llevado a una mayor adopción como alternativa a las antiguas luminarias eléctricas.

Componentes
La estructura completa de una lámpara solar se muestra en la figura 1.

Figura 1

Paneles solares
La mayoría de los paneles solares están hechos de silicio monocristalino, un material semiconductor[5] Una célula solar tiene dos capas diferentes de silicio. La capa inferior tiene menos electrones y, por tanto, tiene una ligera carga positiva debido a la naturaleza de carga negativa de los electrones. Por otro lado, la capa superior tiene más electrones y tiene una carga ligeramente negativa. Entre estas dos capas se crea una barrera de potencial[cita requerida].

Cuando entra la corriente de partículas de luz llamadas fotones, ceden su energía a los átomos del silicio. Esta promoción de un electrón permite un movimiento más libre dentro del cristal, lo que produce una corriente. Cuanta más luz pasa, más electrones se mueven y, por tanto, más corriente circula. Este proceso se denomina efecto fotovoltaico y fotoeléctrico[5]. Los sistemas fotovoltaicos convierten directamente la luz solar en electricidad[6].

Los paneles solares están formados por capas de distintos materiales, como puede verse en la figura 2, en orden de vidrio, encapsulado, células cristalinas, encapsulado, lámina posterior, caja de conexiones y, por último, marco. El encapsulado impide la entrada de humedad y contaminantes que podrían causar problemas[7].

Batería
Una pila suele estar alojada dentro de una carcasa de metal o plástico. Dentro de la caja hay electrodos, incluidos cátodos y ánodos, donde se producen las reacciones químicas. También existe un separador entre el cátodo y el ánodo que impide que los electrodos reaccionen entre sí al mismo tiempo que permite que la carga eléctrica fluya libremente entre ambos. Por último, el colector conduce la carga de la pila al exterior[8].

Las baterías del interior de las lámparas solares suelen utilizar tecnología de electrolito de gel con un alto rendimiento en descargas profundas, para permitir su uso en rangos extremos de temperatura[cita requerida] También puede utilizar plomo-ácido, níquel metal hidruro, níquel cadmio o litio.

Esta parte de la lámpara ahorra energía del panel solar y proporciona energía cuando se necesita por la noche, cuando no hay energía luminosa disponible.

En general, la eficiencia de la conversión de energía fotovoltaica es limitada por razones físicas. Alrededor del 24% de la radiación solar de longitud de onda larga no se absorbe. El 33% es calor que se pierde en el entorno, y las pérdidas adicionales son de aproximadamente el 15-20%. Sólo se absorbe el 23%, lo que significa que una batería es una parte crucial de la lámpara solar[9].

Controlador de carga
Esta sección controla todos los sistemas de trabajo para proteger la carga de la batería. Garantiza que, en cualquier circunstancia, incluidas las condiciones meteorológicas extremas con grandes diferencias de temperatura, la batería no se sobrecargue ni se sobredescargue y se dañe aún más[cita requerida].

Esta sección también incluye piezas adicionales como el controlador de luz, el controlador de tiempo, el sonido, la compensación de temperatura, la protección de iluminación, la protección contra polaridad inversa y los interruptores de transferencia de CA que garantizan que las cargas de reserva sensibles funcionen con normalidad cuando se produce un corte.

Principios de funcionamiento
Figura 3

Las luces LED se utilizan por su gran eficacia luminosa y su larga vida útil. Bajo el control de un controlador de carga de CC, el control sin contacto enciende automáticamente la luz al oscurecer y la apaga al amanecer. A veces también se combina con controladores de tiempo para fijar una hora determinada para que encienda y apague la luz automáticamente[cita requerida].

Como se muestra en la Figura 3, el chip incluye microchip(R), B-, B+, S- y S+. S+ y S- están conectados a paneles solares con cable, uno de ellos con carga positiva y el otro con carga negativa. B- y B+ están conectados a dos baterías en este caso. La luz se mostrará a través de la luz LED cuando todos ellos estén conectados.

Ventajas
Las lámparas solares son más fáciles de instalar y mantener para los clientes, ya que no requieren un cable de electricidad. Las lámparas solares pueden beneficiar a los propietarios con una reducción de los costes de mantenimiento y de las facturas de electricidad. Las lámparas solares también se pueden utilizar en zonas donde no hay red eléctrica o en zonas remotas que carecen de un suministro eléctrico fiable[cita requerida] Hay muchas historias de personas con enfermedades pulmonares, deterioro ocular, quemaduras y a veces incluso la muerte simplemente por no tener una alternativa saludable para iluminarse por la noche. Las mujeres se sienten inseguras cuando van al baño por la noche. Las comadronas atienden partos con una sola vela y los estudiantes no pueden estudiar cuando se pone el sol por falta de luz, lo que aumenta el analfabetismo y la pobreza perpetua. Estas son las realidades de más de mil millones de personas en todo el mundo. La falta de iluminación equivale a la pobreza continua que se siente en todo el mundo[cita requerida] En lámpara de energía solar convierte la energía luminosa en energía eléctrica, es decir, es conveniente para nuestra vida diaria.

La producción de energía solar está limitada por el clima y puede ser menos eficaz si está nublado, húmedo o en invierno[cita requerida].

Los hogares que cambian las lámparas de queroseno por lámparas solares también se benefician del riesgo para la salud asociado a las emisiones de queroseno. El queroseno suele tener efectos negativos en los pulmones[10].

El uso de energía solar minimiza la creación de contaminación en interiores, donde el queroseno se ha relacionado con casos de problemas de salud. Sin embargo, los paneles fotovoltaicos están hechos de silicio y otros metales tóxicos, como el plomo, que pueden ser difíciles de eliminar[cita requerida].

El uso de lámparas solares mejora la educación de los estudiantes que viven en hogares sin electricidad. Cuando la organización sin ánimo de lucro Unite to Light donó lámparas solares a escuelas de una región remota de Kwa Zulu Natal, en Sudáfrica, los resultados de los exámenes y los índices de aprobados mejoraron en más de un 30%[11]. La luz da a los alumnos más tiempo para estudiar cuando oscurece[cita requerida].

Un estudio experimental realizado en 2017 en zonas no electrificadas del norte de Bangladesh descubrió que el uso de linternas solares disminuía el gasto total de los hogares, aumentaba las horas de estudio de los niños en casa y aumentaba la asistencia a la escuela. Sin embargo, no mejoró en gran medida el rendimiento escolar de los niños.

Usos

Farola solar
Artículo principal: Farola solar

Estas farolas ofrecen una forma cómoda y rentable de iluminar las calles por la noche sin necesidad de redes eléctricas de corriente alterna para peatones y conductores. Pueden tener paneles individuales para cada farola de un sistema, o pueden tener un gran panel solar central y un banco de baterías para alimentar múltiples farolas.

Farola LED solar

Rural
En la India rural, las lámparas solares, comúnmente llamadas linternas solares, que utilizan LED o CFL, se están utilizando para sustituir a las lámparas de queroseno y otras alternativas baratas de iluminación. Especialmente en zonas de difícil acceso a la electricidad, las lámparas solares son muy útiles, y además mejoran la calidad de vida[13].

África, que tiene la tasa de acceso a la electricidad más baja del mundo, con un 40%[14], se ha beneficiado enormemente del acceso a las lámparas solares y a soluciones completas de iluminación doméstica.

Marina
Los entornos marinos utilizan cada vez más las lámparas solares LED como alternativa a la iluminación convencional. La naturaleza remota de la navegación hace que la energía sea difícil de conseguir y por lo tanto se presta a tecnologías autosuficientes como la iluminación solar para barcos[cita requerida].

Economía
Inversores estadounidenses han estado trabajando en el desarrollo de una linterna solar de 10 dólares por unidad para sustituir a las lámparas de queroseno[15].

Las soluciones de iluminación solar doméstica pueden resultar caras. Las organizaciones de energía solar no conectadas a la red ofrecen sistemas de iluminación solar doméstica a través de mecanismos financieros innovadores como el modelo Pay-As-You-Go, que permite a los consumidores suministrar energía a toda su casa pagando cómodas cuotas mensuales. Actualmente, más del 40% de todas las ventas de productos de iluminación solar sin conexión a la red en el África subsahariana se realizan a través de PayGo, alcanzando casi el 50% en Kenia y el 65% en Ruanda[14].

Enlaces externos
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