Thiết kế và chế tạo đèn LED tích điện sử dụng hệ pin mặt trời ứng dụng cho vùng sâu và biển đảo

Công nghệ chiếu sáng và thiết bị chiếu sáng ngày càng được cải tiến để đáp ứng nhu cầu cuộc sống, phát triển kinh tế – xã hội và đảm bảo an ninh quốc phòng. Việt Nam là một quốc gia có 4550 km đường biên giới trên đất liền, và khoảng 1 triệu km² diện tích biển với hơn 3000 hòn đảo lớn, nhỏ. Đèn LED được đưa vào thiết kế, sản xuất và đưa vào sử dụng tại các khu vực vùng sâu, vùng xa và hải đảo. Trên cơ sở các sản phẩm đã có trên thị trường, nhóm nghiên cứu thực hiện thiết kế và chế tạo đèn LED tích điện sử dụng hệ pin mặt trời có ưu điểm tự cung, tự cấp năng lượng, dễ dàng lắp đặt, tuổi thọ cao, kiểu dáng đa dạng.

Sản phẩm được thiết kế với các thông số kỹ thuật như các đèn dân dụng: búp tròn, tuýp, sân vườn, … (công suất từ 7 W đến 30 W). Đây là loại đèn rất có triển vọng ứng dụng.

1. Cơ sở khoa học của đề tài nghiên cứu

Đèn LED chiếu sáng là một trong những thiết bị chiếu sáng mới, đáp ứng các tiêu chí bền, đẹp, tiết kiệm năng lượng mang lợi ích lớn cho đời sống, cũng như trong các hoạt động trong phát triển kinh tế – xã hội, đảm bảo an ninh quốc phòng.

Bên cạnh sự phát triển các loại đèn chiếu sáng thông thường, việc phát triển các loại đèn thông minh tích hợp nhiều tính năng cũng được người nghiên cứu, các nhà sản xuất và xã hội quan tâm. Về tính năng tích điện và điều khiển từ xa, trên thị trường hiện nay, đã có khá nhiều loại đèn như dòng sản phẩm đèn tích điện cầm tay, để bàn; dòng sản phẩm điều khiển từ xa, cảm biến bật tắt treo tường, sân vườn … giúp người dùng dễ dàng lựa chọn thiết bị phù hợp với nhu cầu của mình.

Bên cạnh công nghệ chiều sáng LED, các nguồn năng lượng tái tạo chính là chìa khóa của tương lai bền vững. Điện mặt trời chính là một nguồn năng lượng tái tạo, dư thừa để đáp ứng nhu cầu về năng lượng của con người. Việt Nam được xem là một trong những quốc gia có tiềm năng đáng kể về năng lượng mặt trời. Khác với các tỉnh phá Bắc, các tỉnh phía Nam có mặt trời chiếu rọi quanh năm, ổn định kể cả vào mùa mưa. Vì vậy, bức xạ mặt trời là nguồn tài nguyên to lớn cho các tỉnh miền Trung và miền Nam.

Nói riêng về phát triển kinh tế – xã hội cho hệ thống biển đảo Việt Nam, hệ thống đảo ven bờ có khoảng 2773 hòn đảo, song lại phân bố rất khác nhau tại các vùng biển. Ven bờ Bắc Bộ là nơi tập trung nhiều đảo nhất (2321 đảo) chiếm tới 83,7% tổng số đảo và 48,9% tổng diện tích đảo. Ven bờ Bắc Trung Bộ có ít đảo nhất, chỉ chiếm 2% tổng số đảo và 0,83% tổng diện tích các đảo. Ven bờ Nam Trung Bộ và Nam Bộ có số lượng đảo tương đương nhau (khoảng 7%) nhưng về mặt diện tích thì các đảo ven bờ Nam Bộ lại khá tương đương với Bắc Bộ, chiếm 40,3% tổng diện tích các đảo, còn các đảo ven bờ Nam Trung Bộ chỉ chiếm 10%. Và trong số đó, chỉ có khoảng 100 đảo có diện tích từ 1 km² trở lên (là những đảo có diện tích đủ lớn cho phát triển kinh tế – xã hội). Do vậy cuộc sống tại các đảo diện tích nhỏ hẹp khó khăn hơn rất nhiều, cơ sở vật chất còn rất nhiều thiếu thốn, không có người dân sinh sống, mà chỉ có các chiến sỹ làm nhiệm vụ canh gác, gìn giữ chủ quyền biển đảo.

Đề tài “thiết kế và chế tạo điền led tích điện sử dụng hệ pin mặt trời ứng dụng cho vùng sâu và biển đảo” bước đầu hướng đến hệ thống các đảo nhỏ (diện tích <1 km²) tại khu vực miền Trung và miền Nam (gồm gần 50 đảo).

2. Thực nghiệm

* Giới thiệu hệ thống

Bộ đèn LED được thiết kế dựa trên các sản phẩm có sẵn trên thị trường để dễ dàng thay thế, sửa chữa, hệ thống hoàn toàn độc lập với lưới điện và các nguồn phát điện khác, gồm có 4 phần chính:

(1), (2): Bóng đèn và mạch điều khiển được tích hợp thực hiện các chức năng: Phát sáng, điều khiển sạc, nhận thông tin từ điều khiển từ xa.

Nguồn pin dự trữ của mạch luôn được sạc nếu có nguồn năng lượng từ tấm pin mặt trời (kể cả khi đang cấp sáng cho đèn, tự động dừng sạc khi pin dự trữ đầy).

 (3): Pin mặt trời thu nhận quang năng, chuyển thành điện năng, sạc vào pin dự trữ.

(4): Điều khiển từ xa thực hiện chức năng phát thông tin đến mạch điều khiển để tắt mở bóng đèn.

* Giải thích thêm phần bóng đèn

Đèn LED được đưa vào thiết kế, sản xuất theo các dạng mẫu trên thị trường, gồm 3 loại chính:

Đèn búp tròn: Dạng đui xoáy E27, 32 mắt LED bố trí dạng đĩa tròn. Công suất 9W.

Đèn tuýp: Chiều dài phổ thông (0,6 m và 1,2 m), chân cắm G13, 60 mắt và 120 mắt LED bố trí dạng dây. Công suất 14 W và 26 W.

Đèn sân vườn “con mắt”: 159 mắt LED bố trí dạng đĩa tròn. Công suất 30 W.

Quá trình nghiên cứu được tiến hành tại phòng thí nghiệm Pin Mặt trời (C2 – 101), Viện Vật lý Kỹ thuật, Trường ĐHBK Hà Nội và đảo Hòn Tranh, huyện đảo Phú Quý, tỉnh Bình Thuận (10,4^oN 109,0⁰E).

3. Kết quả và thảo luận
   • Đo độ rọi của bóng đèn mẫu (Tuýp LED tích điện 1,2 m T8)

 Bảng 1: Kết quả đo độ rọi của đèn mẫu tuýp LED tích điện sử dụng pin dự trữ đã được sạc đầy.

Độ rọi được đo bằng lux kế Testo 0500. Khi thực hiện phép đo, đặt lux kế trên bề mặt cần đo độ rọi và chọn thang đo thích hợp, trên mặt chỉ thị số sẽ cho kết quả độ rọi tính bằng lux.

Từ hình ảnh lưới độ rọi có thể nhận thấy, đèn mẫu được thiết kế thử nghiệm trong phòng thí nghiệm và sử dụng nguồn sáng bằng pin dự phòng đạt độ rọi bằng 60-70% so với đèn đang được bán trên thị trường. Số này hoàn toàn có thể cải thiện theo chiều tích cực khi được sản xuất theo quy trình công nghiệp.

• Khảo sát lượng điện năng thu được từ tấm pin mặt trời lắp thử nghiệm

Bảng 3: Kết quả điện năng thu được trung bình theo ngày trong tháng trên 1 tấm pin.

Như vậy, trung bình mỗi ngày trong năm, mỗi tấm pin thử nghiệm sản xuất được 1,68 số điện.

4. Kết luận

Nhóm chế tạo thành công bóng đèn mẫu tích điện dạng tuýp và kết quả lắp thử nghiệm tấm pin mặt trời (trong vòng 2 năm), nhóm đã có đủ các cơ sở và tiếp tục tiến hành thực hiện và thử nghiệm trên các loại đèn mẫu có đủ các tính năng theo yêu cầu thiết kế đặt ra.

Đoàn Quang Trung

 Mai Hữu Thuấn

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

anhsangvacuocsong