Trong bối cảnh nhiều tuyến đường cao tốc tại Việt Nam và các nước đang phát triển chưa được chiếu sáng do nhiều khó khăn, hạn chế về hạ tầng lưới điện, đèn LED năng lượng Mặt Trời nổi lên như một giải pháp bền vững và kinh tế. Bài báo này đề xuất cấu hình hệ thống chiếu sáng độc lập sử dụng năng lượng mặt trời, trình bày các thông số kỹ thuật cơ bản, phân tích hiệu quả kinh tế, kỹ thuật và môi trường, đồng thời nêu bật tiềm năng mở rộng ứng dụng trên phạm vi toàn quốc.
1. Giới thiệu
Chiếu sáng đường cao tốc đóng vai trò quan trọng trong đảm bảo an toàn giao thông, đặc biệt vào ban đêm và trong điều kiện thời tiết xấu. Tuy nhiên, việc xây dựng hệ thống điện kéo dài hàng trăm kilomet trên các tuyến đường mới mở chạy qua các vùng xa xôi, hẻo lánh hoặc đồi núi là một thách thức lớn về chi phí và kỹ thuật. Đèn LED tích hợp năng lượng Mặt Trời – hệ thống chiếu sáng độc lập, không cần kết nối với lưới điện, hy vọng sẽ mang lại giải pháp khả thi cả về kinh tế, kỹ thuật và môi trường
2. Cấu hình hệ thống đèn LED năng lượng Mặt Trời
Trong bài viết này, chúng tôi tính toán cho một bộ đèn LED công suất 100W tổng quang thông 15.000 lm, sử dụng năng lượng Mặt Trời, hoạt động độc lập với các yêu cầu: Bộ đèn có thể hoạt động đủ 12 giờ trong đêm. Sau đây là các bước thiết kế cho hệ thống:
– Tính dung lượng bộ pin Lithium: Đèn sử dụng bộ điều khiển sạc MPPT (Maximum Power Point Tracking), với phương án điều khiển 100% công suất trong thời gian từ 18g00 đến 21g00; 50% công suất trong khoảng từ 21g00 đến 12g00 và 30% công suất từ 12g00 đến 6g00 sáng hôm sau. Ta tính được tổng điện năng tiêu thụ là: (3 x100) + (3 x 50) + (6 x 30) = 630Wh. Để đảm bảo an toàn cho hệ thống ta chọn hệ số thiết kế là 1,25 tức bộ pin Lithium có dung lượng 630Wh x 1,25 = 787,5Wh = 800Wh
– Tính công suất của bộ pin Mặt Trời (PMT): Giả sử cung đường ở phía Nam với năng suất điện trung bình khoảng 5kWh/kWp/ngày ta tính được công suất của tấm PMT là: 800Wh : (5.000Wh/kWp) = 0,16 kWp. Để đảm bảo hệ thống hoạt động bình thường ngay những ngày ít nắng, ta chọn hệ số dự trữ là 1,50. Khi đó công suất của tấm PMT cần sử dụng là: 0,16kWp x 1,5 = 0,24kWp.
– Tính diện tích của tấm PMT: Sử dụng loại PMT hiệu suất 0,540kWp/2m2. Tính được diện tích của PMT là: (0,24kWp x 2m2) : 0,54kWp = 0,88 = 0,9m2.
Với những cột đèn trên đường cao tốc thường có độ cao lớn nên ta sẽ chia PMT thành hai tấm, mỗi tấm kích thước 0,45m2 để hạn chế cản gió
3. Chi phí và lợi ích so sánh với đèn LED sử dụng điện lưới
| Hạng mục | Đèn LED với điện lưới (VNĐ) | Đèn LED với PMT (VNĐ) |
| Bộ đèn | 7.500.000 | 6.500.000 |
| Dây điện và cáp giữa hai cột (khoảng 50m) | 5.000.000 | 0.0 |
| Cáp ngầm (khoảng 30m) | 5.000.000 | 0.0 |
| Pin Lithium 800Wh | 0.0 | 5.000.000 |
| PMT (giá cao nhất 10.000.000đ/kWp) | 0.0 | 2.500.000 |
| Bộ điều khiển nạp MPPT | 0.0 | 1.000.000 |
| Khung, giá bộ pin Lithium và PMT | 0.0 | 2.500.000 |
| Cộng chi phí lắp đặt (Không tính cột đèn) | 17.500.000 | 17.500.000 |
| Tiền điện lưới trong vòng đời của 01 đèn và pin (05 năm), giá điện 2.000 đ/kWh là: (0,1kWx12h/ngày x365 ngày/năm x 5 năm) | 4.380.000 | 0.0 |
| Cộng chi phí cả vòng đời bộ đèn | 21.880.000 | 17.500.000 |
| Lợi ích do không sử dụng điện lưới cho một cung đường dài 10 km với khoảng 330 bộ đèn trong một năm:
(330 bộ x 4.380.000 đ) : 5 |
0.0 | 289.000.000 |
| Lợi ích do không sử dụng điện lưới cho một cung đường dài 100 km trong 01 năm
|
0.0 | 2.890.000.000 |
Cần chú ý rằng, khi lập bảng trên, ta đã giả định con đường gần trạm điện lưới. Trong trường hợp phải xây dựng hệ thống đường dây và trạm biến thế để cấp điện hệ thống thì chi phí cho đèn sử dụng điện lưới sẽ cao hơn rất nhiều
- Kết luận
Sử dụng đèn LED kết hợp năng lượng Mặt Trời có nhiều lợi ích so với trường hợp sử dụng điện lưới. Đó là:
- Có hệ thống đèn để tạo điền kiện an toàn cho phương tiện giao thông, từ dó có thể tăng hiệu suất khai thác của tuyến đường; Đầu tư ban đầu thấp hơn do không phải xây dựng hạ tầng; Dễ bảo trì do hoạt động độc lập và ở điện áp an toàn; Không có trường hợp xảy ra sự cố cho toàn hệ thống; Có lợi ích đáng kể vầ tài chính khi không sử dụng điện lưới; Giảm áp lực lên lưới điện vào những giờ cao điểm; Góp phần giảm phát thải khí nhà kính, bảo vệ môi trường
Đèn LED năng lượng Mặt Trời là lời giải hợp lý cho bài toán chiếu sáng cao tốc thiếu điện. Với chi phí đầu tư thấp, hiệu quả vận hành cao và khả năng triển khai độc lập, mô hình này không chỉ phù hợp với Việt Nam mà còn có thể được áp dụng rộng rãi ở các nước đang phát triển có điều kiện tương tự.
Vì vậy, chúng ta cùng hy vọng rằng, trong một tương lại gần giải pháp chiếu sáng bằng LED kết hợp năng lượng Mặt Trời sẽ được triển khai trên các con đường cao tốc ở Việt Nam
Theo hoichiesangvietnam.org.vn
