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能源

2020年8月13日,

从重力光到现在光:随着技术的进步,一个启动的枢轴

贡献:克里斯Skilton

编者按:从GravityLight到NowLight,一家初创公司对其互联网上著名的重力动力灯进行了彻底改造。其结果是,在不断变化的技术和用户研究的刺激下,设计和商业模式成为一个支点。NowLight是针对市场需求和太阳能和移动技术的改进而进行的几轮迭代原型开发之后的产物。

照片由decwatt提供

2009年,在撒哈拉以南非洲地区,一个新兴的产业迅速兴起,生产和销售小型太阳能灯,为三分之二没有电的人提供服务。问题是,为这些产品提供动力的光伏板和电池占了成本的60%以上。这两种技术的成本降低了这些产品在新兴市场的功效,使它们的价格超出了许多需要它们的人的承受范围。

当时和现在一样,离网照明和能源产品的大多数潜在客户每天赚不到3美元。在没有电的情况下,许多家庭只能依靠煤油灯来照明,而购买煤油可能会花掉家庭收入的20%。此外,煤油的烟雾会引起呼吸道疾病、烧伤和火灾,而且每盏煤油灯每年会排放370公斤的二氧化碳。

面对这一现实,英国慈善机构SolarAid找到了两名产品设计师马丁·里迪福德(Martin Riddiford)和吉姆·里夫斯(Jim Reeves),引导他们考虑可持续的、低成本的煤油灯替代品。

马丁和吉姆决定超越太阳能和电池供电的设备,考虑一种更普遍的能源:人力。这导致了万有引力灯的发明,一种独特的离网灯,通过提升重物来供电。

它是如何工作的

用一根绳子悬挂在“重力之光”上的袋子装满了重量并被举起来。当它逐渐下降时,它带动一个齿轮传动系统,驱动一个为led供电的马达。

它只需要几秒钟就能举起为重力之光提供能量的重量,但它将在降落时产生20分钟的光线。用户可以再次举起重物以获得持续光照,无需依赖阳光或电池。

参见E4C的解决方案库中的GravityLight

重力灯安装在离地面约1.8米的地方。袋子里装满了12公斤的重量——比如石头或沙子——并用滑轮系统将袋子抬高,这样可以减少将袋子抬高到3公斤所需要的拉力。重量逐渐下降(约每秒1mm),在高扭矩(力)和低速下转动驱动链轮。重力光产生不到1分瓦(0.1瓦)的电力,为led提供照明。

Crowd-powered

到2012年11月,一个工作原型已经生产出来。通过众筹活动,我们筹集了399590美元,用于在非洲和亚洲的离网家庭中对“重力灯”的加工、制造和试验。根据这些试验的反馈,我们花了两年时间改进重力光,使其更容易使用,更耐用,能够提供更明亮的光线。第二个众筹活动又筹集了40万美元,让我们能够在肯尼亚进行GravityLight“GL02”的试点。这包括建立一个国内团队和伙伴关系,以大规模测试重力光的商业可行性和最佳的市场路线,并从“早期采用者”那里收集反馈。

技术进步迫使一个支点

在引力之光的开发和试验过程中,离网太阳能产业正在发生重大变化。锂电池和光伏技术的进步,加上成本的大幅降低,创造了新的机会,以负担得起的价格为离网家庭提供太阳能系统。与此同时,手机的普及程度也突飞猛进。今天,移动电话在肯尼亚的普及率达到了87%,而肯尼亚只有65%的人口能用上电。有鉴于此,绝大多数GravityLight用户想要一款既能给手机充电又能照明的设备也就不足为奇了。

虽然太阳能和移动技术上的这些巨大进步给重力光的潜在客户带来了好处,但它们可能会让我们的产品过时。GravityLight产生的能量不足以有效地为手机充电。为了达到所需的功率输出,我们需要大大增加的重量下暂停GravityLight用户(这将是难以提高和可能的安全隐患)和/或增加体重下降的速度(这是非常不切实际的,因为GravityLight只会产生电能一两分钟前您需要提高重量)。

最终,我们做出了一个艰难的判断,即万有引力光在价格或性能方面不会与离网太阳能长期竞争。然而,与太阳能产品相比,我们利用人力的方法提供了一个重要的优势:不依赖阳光。太阳能产品不能在晚上充电,而且太阳能电池板充电时必须在室外,因此在某些地区很容易被偷。

在创新英国的能源催化剂计划的支持下,我们开始研究利用人力的不同方法。我们的目标是打造一款产品,既能提供GravityLight的天气独立性,又能满足用户所需的更高功率输出。

许多现有的设备利用人力作为能源,但通常这些设备效率低下,不实用。例如,想象一个典型的发条火炬,用户一只手拿着设备,另一只手拿着曲柄;只用一只手臂的肌肉来发电。通常,一个用户可以产生大约3-5瓦的输入功率与发条火炬。然而,驱动动作严重依赖于前臂的小肌肉,这意味着用户很难在较长时间内为设备充电。简而言之:发条手电筒不会产生很大的能量,而且使用起来不舒服。

更好的生物力学为更多的力量

我们的新产品“NowLight”被设计成固定在适当的位置,用户通过双手交替的动作拉下一个塑料绳环。这种方法允许用户产生高达20瓦的输入功率;是普通发条手电筒的四倍。只要拉上NowLight的电线一分钟,就能产生长达两小时的光照,或者足够手机通话15分钟的电力。此外,当给NowLight充电时,使用者会使用上臂和肩膀上更大的肌肉群。这种改进的生物力学设计意味着用户可以舒适地为NowLight充电更长的时间。

NowLight本身可以提供高达160流明的光,是重力光输出光量的10倍以上。主要的NowLight单元还可以为额外的“SatLights”供电,系统峰值输出超过500流明。NowLight还包括一个USB输出,用户可以用它给手机充电。与GravityLight不同的是,NowLight将用户产生的能量储存在电池中,而不是通过举起悬浮的重物。我们选择使用磷酸铁锂电池是因为它们的稳定性和长寿命。在典型的条件下,电池应该持续1500 - 2000个循环。

如果你不能打败他们……

考虑到大多数离网家庭都生活在阳光充足的撒哈拉以南非洲和南亚地区,而且数百万“上网”家庭经历了长时间的停电,NowLight设计了3种充电方式,以最大限度地发挥灵活性。NowLight配备了3W太阳能电池板和电源适配器。这使得我们的用户可以充分利用阳光和电网电力,但最重要的是,他们不需要依赖它们。

随着GravityLight的发展,NowLight的研发过程已经被广泛的用户测试所告知。我们使用早期原型在内罗毕的城市社区科罗戈乔进行了试验。我们还与红十字会合作,在卢旺达和乌干达的难民营测试了生产前的样品。

由于NowLight比GravityLight具有更大的功能和功率输出,我们也相信,该产品在收入较高的国家将有很大的市场。2018年,我们在Indiegogo上开展了NowLight的活动,向35个国家的客户销售了1500盏NowLight。我们在2月份完成了这项运动,我们的支持者还向红十字会捐赠了500多盏NowLights,红十字会将在难民安置区分发它们。

我们期待着NowLight更广泛的商业发布,并已经开始通过我们的网站接受产品的预订。此外,我们正准备在巴基斯坦和刚果民主共和国开始市场试验。

基于重力的力量是个错误吗?

在从引力之光到现在之光的过程中,我们可以吸取很多教训,但我们被问到最多的问题是,引力之光是否被误导了。在解决这个问题时,我们可以把业务的过去和未来整齐地联系起来。鉴于我们不再使用重力作为储存能量的手段,我们有时会被问到,我们是否认为采用基于重力的方法而不是从一开始就建立一个包含电池的解决方案是一个错误。

当然,基于重力的电力存储在国内并不适用。即使提供足够的能量给手机充电,也需要大量的重量以相当快的速度下落,这就不吸引人了,因为化学电池可以储存相同的能量,而你的手掌很容易就能放得下。

然而,尽管基于重力的储能技术在国内的应用可能仅限于任务照明,但在工业规模上,基于重力的储能技术确实有可能实现。公司如gravity (https://gravitricity.com)正在建造巨大的重力电池,储能可达10兆瓦时,峰值输出可达20兆瓦。这可以提供一种非常有效的方式来存储从可再生能源中产生的多余能量,而不用担心与化学电池相关的循环限制、退化或可持续性问题。

此外,虽然我们的万有引力灯不能满足家庭的能源需求与手机,它一直享有真正的优势太阳能灯。在炎热和尘土飞扬的环境中需要进行户外充电,这意味着在撒哈拉以南非洲地区,太阳能灯的寿命有时只能用几个月来衡量。相比之下,我们知道,许多“重力灯”在肯尼亚分发多年后仍在日常使用。不受阳光照射也是一个真正的好处,特别是在日照时间很少或太阳能电池板特别容易被盗窃的地区。

毫无疑问,离网太阳能产品带来了巨大的好处,为数百万人提供了电力。这就是NowLight配备太阳能电池板并使用电池存储能量的原因。然而,通过采用一种独特的有效方法来利用人类的努力,我们提供了一种解决方案,既提供了离网太阳能的所有好处,又避免了其最明显的弱点。


克里斯•斯基尔顿(Chris Skilton)是英国伦敦初创公司decwatt的首席执行官,该公司生产NowLight。

标签:商业模式照明家用太阳能系统太阳能灯

克里斯Skilton

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  • Rob古蒂
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