Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hệ thống chiếu sáng thông minh, tiết kiệm năng lượng sử dụng điốt phát quang và nguồn cấp điện pin mặt trời

Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hệ thống chiếu sáng thông minh, tiết kiệm năng lượng sử dụng điốt phát quang và nguồn cấp điện pin mặt trời

Trước nguy cơ cạn kiệt các nguồn năng lượng hóa thạch, những nguồn năng lượng tự nhiên tái tạo được, thân thiện với môi trường đã được đặc biệt chú trọng. Trong đó, năng lượng mặt trời với công suất vô cùng lớn đã trở nên quan trọng hơn rất nhiều trong cán cân năng lượng của loài người. Ở nước ta, ý thức được ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đối với sự phát triển, Chính phủ đã xem chính sách về năng lượng, sử dụng năng lượng là một trong những chính sách ưu tiên. Những sản phẩm công nghệ cao được khuyến khích phát triển, trong đó có vật liệu quang điện tử và quang tử, công nghệ chiếu sáng hiệu suất cao tiết kiệm năng lượng, các bộ biến đổi thông minh liên quan đến tấm pin mặt trời, thiết bị và trạm phát điện dùng năng lượng tái tạo, trong đó có điện mặt trời.

 

Trên thực tế, nghiên cứu cơ bản về vật liệu quang điện, quy trình chế tạo và lắp ráp các modul điện mặt trời đã được triển khai ở một số nơi như Viện Hàn lâm khoa học và công nghệ Việt Nam, Đại học Bách khoa Hà Nội, Solar Lab, Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh, tuy nhiên vẫn đang dừng ở mức độ thử nghiệm. Điện mặt trời vẫn chiếm một tỷ lệ rất nhỏ trong cán cân năng lượng của Việt Nam với tổng công suất lắp đặt chỉ khoảng 3-4MW, tương đương một nhà máy thủy điện nhỏ.

 

Để tiết kiệm năng lượng, các thiết bị chiếu sáng có hiệu suất cao đã được nghiên cứu và phát triển. Trong đó, điốt phát quang LED (Lighting Emission Diode) có nhiều đặc tính vượt trội, do đó được đề xuất sử dụng rộng rãi. Từ đó, một bài toán được đặt ra, đó là làm sao tích hợp điện mặt trời với các thiết bị chiếu sáng LED. Với hiệu suất cao, tiêu thụ ít năng lượng, việc tích hợp LED với modul điện mặt trời sẽ đem lại hiệu quả cao cho các hệ thống chiếu sáng và tiết kiệm năng lượng. Đây cũng chính là mục tiêu mà nhóm nghiên cứu của PGS.TS Dương Ngọc Huyền, Đại học Bách khoa Hà Nội hướng tới với dự án: "Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hệ thống chiếu sáng thông minh, tiết kiệm năng lượng sử dụng điốt phát quang (LED) và nguồn cấp điện pin mặt trời", được thực hiện từ năm 2012 đến tháng 6/2014.

 

Tự chủ công nghệ

 

Từ năm 1988 tới nay, Viện Vật lý kỹ thuật, Đại học Bách khoa Hà Nội đã xây dựng và thiết kế lắp ráp, chuyển giao hơn 70 công trình điện mặt trời độc lập có công suất trong khoảng 1-20kW. Tuy nhiên, các công trình đều mang tính nhỏ lẻ, thực hiện ở nơi không có điện lưới, chủ yếu lắp đặt phục vụ những công trình viễn thông, đèn tín hiệu, hoặc phục vụ dân sinh ở vùng sâu, vùng xa, hải đảo, từ kinh phí của các quỹ phi lợi nhuận. Các hệ điện mặt trời độc lập lệ thuộc vào hệ thống tích trữ năng lượng (ắc quy), do đó khó nâng được công suất và khó giảm chi phí lắp đặt. Trong khi đó, hầu hết thiết bị liên quan đến điện mặt trời đều nhập với giá cao, hệ thống tích trữ năng lượng cần phải thay thường xuyên, khiến giá thành điện năng cao hơn nhiều so với điện lưới.

 

Nhằm tối ưu và hợp lý hóa các giải pháp công nghệ và các thiết bị đã có liên quan đến điện mặt trời để chế tạo hệ thống chiếu sáng có thể hoạt động độc lập, hiệu quả, tiết kiệm năng lượng, đề tài do PGS.TS Dương Ngọc Huyền làm chủ nhiệm tập trung vào một số mục tiêu cụ thể. Đó là phát triển công nghệ chế tạo các tấm panel pin mặt trời, phát triển một phần giải pháp công nghệ liên quan đến thiết kế, chế tạo modul đèn LED và hệ thống chiếu sáng bằng modul đèn LED. Ngoài ra, các nhà khoa học còn nghiên cứu các đặc trưng chiếu sáng của từng loại chíp đèn LED, từ đó tính toán chế độ thích hợp với điều kiện sử dụng.

 

Sau nhiều nỗ lực, nhóm nghiên cứu đã cho ra đời hệ cắt phiến pin mặt trời, chế tạo bộ Laminator (hệ ép chân không gia nhiệt) để chế tạo panel pin mặt trời có công suất đến 150W, có khả năng ép 300kW panel pin mặt trời/năm; đèn LED có công suất chiếu sáng 5, 10 và 30W, hệ thống điện mặt trời 10kW với đèn LED hoạt động độc lập chiếu sáng nội và ngoại thất… Dự án thành công hứa hẹn giúp thay thế được hàng nhập khẩu.

 

Bên cạnh đó, đề tài cũng nghiên cứu hệ thu và tích trữ năng lượng, điều khiển tự động để chế tạo hệ thống chiếu sáng có hiệu quả cao, hoạt động độc lập bằng năng lượng mặt trời, sử dụng thuận tiện cho gia đình hay công sở, phù hợp với điều kiện Việt Nam. Hệ thống còn được tích hợp các bộ phận cảm ứng ánh sáng, được lập trình chiếu sáng theo thời gian, tự động điều tiết năng lượng dự phòng, cảnh báo lỗi và cảnh báo an toàn. Hệ thống có thể được sử dụng linh hoạt ở nhiều nơi như khuôn viên trường học, tòa nhà, đường phố, phòng thí nghiệm… mà không phụ thuộc vào nguồn điện lưới. Đề tài hiện đã chuyển giao một phần hệ điện mặt trời và hệ chiếu sáng bằng modul LED cho Đại học Bách khoa Hà Nội và Bộ Khoa học và Công nghệ./.

 

Nguồn:  Văn phòng các Chương trình trọng điểm cấp Nhà nước