TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ CẦN THƠ KHOA KỸ THUẬT CƠ KHÍ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG THÔNG MINH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN SINH VIÊ.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT - CÔNG NGHỆ CẦN THƠ KHOA KỸ THUẬT CƠ KHÍ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG THÔNG MINH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TS Nguyễn Trúc Anh SINH VIÊN THỰC HIỆN Huỳnh Thị Yến Nhi 2000261 Nguyễn Văn Phát 2000355 Nguyễn Hoàng Phúc Thịnh 2000692 Cần Thơ, tháng năm 2022 MỤC LỤC Đặt vấn đề Mục đích mục tiêu nghiên cứu .4 2.1 Mục đích: 2.2 Mục tiêu nghiên cứu .4 Lược khảo tài liệu : Đối tượng, phạm vi, phương tiện phương pháp nghiên cứu: .7 Kết dự kiến: Đặt vấn đề Trong thời gian gần đây, với đời nguồn sáng hiệu suất cao, kỹ thuật chiếu sáng chuyển từ giai đoạn chiếu sáng tiện nghi sang chiếu sáng tiện ích Chiếu sáng tiện ích chiếu sáng hiệu quả, tiết kiệm lượng Đây giải pháp tổng thể nhằm tối ưu hóa tồn kỹ thuật chiếu sáng việc sử dụng nguồn sáng có hiệu suất cao Hiệu ánh sáng tự nhiên sử dụng tối đa Kết chiếu sáng tiện ích ánh sáng điều chỉnh theo mục đích yêu cầu sử dụng nhằm giảm điện tiêu thụ mà đảm bảo, hạn chế loại khí nhà kính, góp phần bảo vệ mơi trường Hiện nhiều chiến lược, chương trình liên quan đến tăng trưởng xanh, tiết kiệm điện lưới điện thông minh quốc gia ban hành triển khai Vấn đề tiết kiệm điện lưới điện thông minh đặt cách cấp bách cần có nhiều giải pháp nhằm giúp kinh tế Việt Nam phát triển nhanh, hiệu bền vững Phụ tải hệ thống chiếu sáng đô thị thành phần quan trọng lưới điện Hiện điện dùng cho chiếu sáng Việt Nam chiếm khoảng 25% điện tiêu thụ nước, cao nhiều so với mức trung bình 20% giới Trong hệ thống chiếu sáng cơng cộng lĩnh vực tiêu tốn nhiều lượng thiết kể, lắp đặt sử dụng chiếu sáng chưa hiệu Các thành phố lớn Việt Nam chủ yếu dùng đèn thủy ngân cao áp, Natri cao áp, Metal cao áp Sodium cao áp cho hệ thống chiếu sáng công cộng Các loại đèn tiêu thụ nhiều điện năng, hiệu suất chiếu sáng chưa cao tuổi thọ thấp Hệ thống trạm điều khiển đèn điều khiển tù cục chưa có thiết bị điều khiển chiếu sáng cho hệ thống Để khắc phục điều này, giải pháp nghiên cứu triển khai: - Đối với vị trí đèn: Thay loại đèn cao áp tiêu thụ nhiều điện thành đèn LED (Lighting Emission Diode) tiêu thụ điện - Đối với tồn hệ thống: Ứng dụng hệ thống điều khiển thông minh từ xa trung tâm điều khiển đến tủ xuất tuyến đèn Hiện nay, tỉ lệ tăng trưởng đèn chiếu sáng thông minh tăng trưởng nhanh, khoảng 28,9% Hệ thống chiếu sáng đô thị thông minh đáp ứng yêu cầu giảm tiêu thụ lượng điện, điều chỉnh tăng giảm cường độ sáng, quản lý từ trung tâm cho phép điều khiển, giám sát đến đèn dự báo, lập kế hoạch bảo trì Ngồi ra, hệ thống chiếu sáng thị cịn tích hợp số hệ thống khác để phục vụ cho đô thị thông minh hệ thống cảm biến để giám sát đỗ xe thông minh, biển báo điện tử, camera giám sát, theo dõi, điểm sạc lượng cho xe điện, giám sát môi trường, giám sát tiếng ồn, … Hệ thống chiếu sáng đô thị nước phát triển ngồi mục đích đảm bảo an tồn giao thơng cịn tạo sức hấp dẫn đêm thành phố Một Thành phố đêm chiếu sáng rực rỡ, với nhiều điểm nhấn tạo thành điểm thu hút khách du lịch Mục đích mục tiêu nghiên cứu 2.1 Mục đích: Từ nhiệm vụ đề tài đặt nghiên cứu - chế tạo mơ hình hệ thống chiếu sáng thông minh, nội dung nghiên cứu đề tài thực với mục đích sau: - Thực việc nghiên cứu tổng quan hệ thống chiếu sáng – tín hiệu , nghiên cứu từ thực tế hệ thống chiếu sáng chủ động - Tìm phương án thiết kế khả thi để chế tạo mô hình hệ thống chiếu sáng thơng minh thiết lập bước thiết kế cách khoa học - Thực việc thiết kế, chế tạo mơ hình hệ thống chiếu sáng thông minh theo phương án thiết kế chọn - Với mục đích thiết kế mơ hình phục vụ cho việc giảng dạy, nghiên cứu nên mơ hình ngồi việc phải thể tính thực tế hệ thống chiếu sáng thơng minh cịn phải có tính sư phạm tính thẩm mỹ - Biên soạn đề tài lý thuyết trình bày cách có hệ thống, khoa học sở lý thuyết, nguyên tắc điều khiển, cấu tạo, hoạt động mơ hình hệ thống đèn chiếu sáng thông minh 2.2 Mục tiêu nghiên cứu - Việc sử dụng thiết bị chiếu sáng ngày khơng cịn giai đoạn ” chiếu để sáng ” hay để thỏa mãn nhu cầu chiếu sáng Nhằm mang lại cảm giác thoải mái, nâng cao hiệu suất làm việc, bảo vệ sức khỏe cho người dùng - Mục tiêu Cách mạng ngành chiếu sáng là: thay loại đèn đèn LED Ngồi mơ hình cịn thiết kế thêm hệ thống tự động bật đèn trời tối - Để tiết kiệm lượng, thiết bị chiếu sáng có hiệu suất cao nghiên cứu phát triển Trong đó, điốt phát quang LED có nhiều đặc tính vượt trội, đề xuất sử dụng rộng rãi Từ đó, tốn đặt ra, tích hợp điện mặt trời với thiết bị chiếu sáng LED Với hiệu suất cao, tiêu thụ lượng, việc tích hợp LED với modul điện mặt trời đem lại hiệu cao cho hệ thống chiếu sáng tiết kiệm lượng - Nhằm tối ưu hợp lý hóa giải pháp công nghệ thiết bị có liên quan đến điện mặt trời để chế tạo hệ thống chiếu sáng hoạt động độc lập, hiệu quả, tiết kiệm lượng, - Hệ thống đèn tích hợp phận cảm ứng ánh sáng, lập trình chiếu sáng theo thời gian, tự động điều tiết lượng dự phòng, cảnh báo lỗi cảnh báo an tồn Hệ thống sử dụng linh hoạt nhiều nơi khuôn viên trường học, tịa nhà, đường phố, phịng thí nghiệm… mà khơng phụ thuộc vào nguồn điện lưới Lược khảo tài liệu : Với phát triển không ngừng cơng nghiệp 4.0 nhu cầu đại hóa giải pháp chiếu sáng ứng dụng cho thành phố thông minh, đèn lượng mặt trời lựa chọn tối ưu, thay dần cho đèn đường truyền thống Sử dụng đèn lượng mặt trời giải pháp chiếu sáng thông minh, tiết kiệm điện thân thiện cho mơi trường Đồng thời, mang đến nhiều lợi ích vượt trội chi phí lắp đặt, vận hành 100% lượng mặt trời, tuổi thọ hoạt động đến 15 năm, phù hợp cho dự án chiếu sáng đường nông thôn, giao thông đô thị Cụ thể: - Chiếu sáng giao thông: tuyến đường liên tỉnh, đường cao tốc,… - Chiếu sáng nội khu: nhà máy sản xuất, bệnh viện, trường học,… - Chiếu sáng trời: trang trí sân vườn gia đình, đèn khu vực lối đi, cổng vào - Chiếu sáng khu vực công cộng: khu vui chơi, giải trí, quảng trường, resort,… - Chiếu sáng cơng trình tiêu chuẩn xanh, cơng trình xây dựng sử dụng lượng tái tạo - Chiếu sáng khu vực chưa có điện lưới, vùng sâu vùng xa, tàu thuyền đánh bắt cá,… Hệ thống chiếu sáng đèn mặt trời hệ thống sử dụng lượng mặt trời để tạo điện cung cấp cho đèn chiếu sáng trời Về hệ thống chiếu sáng lượng mặt trời bao gồm: - Tấm pin: Tấm pin NLMT thiết bị thiếu, phận tiếp nhận chuyển đổi xạ mặt trời thành điện cung cấp cho pin, lượng điện sạc cho pin ắc quy - Tủ điện điều khiển lượng: Bộ điều khiển lượng thơng minh Nó có cơng dụng ngắt dịng điện từ pin mặt trời nạp đầy, cịn có chức tự động bật đèn trời tối tắt đèn trời sáng - Hệ thống lưu trữ: Đây thiết bị lưu trữ điện để sử dụng vào ban đêm Chất lượng thời gian sử dụng đèn chiếu sáng phụ thuộc lớn vào pin ắc quy lưu trữ này, giá thành sản phẩm mà tăng lên - Vỏ đèn: thường làm nguyên vật liệu chất lượng cao nhựa, nhơm, chống rỉ sét, chống oxy hóa, chịu lực tốt tác động từ ngoại lực thời tiết trời Đặc biệt chống nước với IP 67 lắp đặt ngồi trời, chịu sức gió mưa lớn - Bộ cảm biến chuyển động thơng minh điều khiển từ xa: tích hợp thêm vài dịng đèn đường đại, thơng minh kiểu mới, giúp tiết kiệm lượng, tùy biến linh hoạt chức đèn - Hệ thống bóng đèn: Tùy theo loại đèn tích điện khác mà hệ thống bóng đèn LED phân bố khác số lượng đèn nhiều phụ thuộc vào công suất đèn chiếu sáng Điểm chung đèn LED có ánh sáng trắng rõ, tiết kiệm lượng tuổi thọ cao Nguyên lý hoạt động đèn lượng mặt trời - Ban ngày có ánh nắng mặt trời pin hấp thu lượng quang chuyển hóa thành điện lưu trữ vào phận pin sạc Tiếp theo phận điều khiển sạc giúp điều chỉnh nguồn lượng nạp vào mức ổn định không vượt giới hạn cho phép - Buổi tối trình hấp thu lượng khơng hoạt động khơng cịn ánh nắng, trình chuyển hóa lượng tạm ngừng Hệ thống lấy nguồn lượng tích trữ pin sạc cung cấp cho bóng đèn để chúng hoạt động bình thường Khi trời sáng điện áp pin lại bắt đầu lên cao, điều khiển tự động tắt đèn Hệ thống hoạt động theo chu trình giúp đảm bảo trì nguồn điện phát sáng ổn định Điểm khác biệt đèn lượng mặt trời so với đèn thông thường - Các loại đèn lượng mặt trời có nhiều kiểu dáng, màu sắc, mức công suất khác giúp người tiêu dùng lựa chọn sản phẩm phù hợp với nhu cầu sử dụng - Thời gian sạc pin từ đến tiếng tùy thuộc vào sản phẩm Thời gian sử hoạt động đèn lượng mặt trời từ tiếng 12 tiếng - Đèn lượng mặt trời cài đặt dễ dàng, không cần phải sử dụng hệ thống điện lưới, lắp đặt nơi vùng xa, hải đảo - Đèn lượng mặt trời thiết kế hệ thống cảm biến thơng minh tự động chiếu sáng vào buổi tối sạc điện tự động nhờ pin lượng hấp thụ ánh sáng mặt trời vào ban ngày - Độ bền cao, khả chống thấm nước, chịu thời tiết khắc nghiệt mưa, bão, gió, ánh nắng gay gắt, - Tăng tính thẩm mỹ, khơng gian trang trí đèn lượng mặt trời sân vườn, treo tường, trụ cổng Lợi ích sử dụng đèn lượng mặt trời: - Tuổi thọ cao: Đèn lượng mặt trời có tuổi thọ cao chip LED có khả chiếu sáng 50.000 liên tục Tấm pin lượng mặt trời có thời gian bảo hành đến 10 năm - Hiệu suất lớn: Hệ thống có hiệu suất hoạt động cho việc chiếu sáng lên đến 80% cao nhiều so với loại đèn thông thường - Thân thiện với môi trường Đèn lượng mặt trời gọi gọi “thiết bị chiếu sáng xanh” góp phần vào việc bảo vệ mơi trường Đây xu hướng người tiêu dùng lựa chọn nhiều - Độ bền cao, dẽ dàng lắp đặt: Đèn LED lượng mặt trời thiết kế với vỏ nhôm tĩnh điện Đảm bảo hoạt động an toàn điều kiện thời tiết khắc nghiệt - Hạn chế tỏa nhiệt: Do đèn lượng mặt trời sử dụng 80% hiệu suất cho việc chiếu sáng Hạn chế việc tỏa nhiệt ưu điểm bật hệ thống đèn lượng mặt trời - An toàn cho người sử dụng: Đèn LED lượng mặt trời khơng có tia tử ngoại, tia cự tím, khơng gây hại sức khỏe cho người sử dụng - Hệ thống bật tắt tự động: Hệ thống có chip cảm biến ánh sáng bên đèn LED đo cường độ ánh sáng từ mơi trường bên ngồi Do thiết bị tự động bật tắt ban đêm ban ngày mà không cần phải can thiệp người - Tiết kiệm chi phí tiền điện: Sử dụng hệ thống đèn lượng mặt trời giúp bạn tiết kiệm tiền điện cách tối đa, giảm chi phí, an tồn sử dụng - Tăng giá trị thẩm mỹ: Lắp đặt hệ thống đèn lượng mặt trời giúp tăng giá trị thẩm mỹ cho cơng trình bạn Đối tượng, phạm vi, phương tiện phương pháp nghiên cứu: - Đối tượng nghiên cứu: nguyên lý hoạt động , cảm biến ánh sáng, chuyển động hệ thống đèn chiếu sáng tự động - Phương tiện: sử dụng hệ thống tự động chiêú sáng hệ thống đèn chiếu sáng - Phạm vi nghiên cứu: khái niệm chiếu sáng tự động rộng tiếp tục nhà nghiên cứu cải tiến phát triển Trong phạm vi nghiên cứu đề tài giới hạn thời gian, kinh phí khả nên đề tài tập trung cách thức điều khiển hệ thống chiếu sáng, cố gắng mô phổng vài chức hệ thống chiếu sáng tự động nhờ lượng pin mặt trời - Phương pháp nghiên cứu: với mục tiêu thiết kế chế tạo mơ hình hệ thống chiếu sáng thơng minh đáp ứng nhu cầu điều khiển tự động đèn chiếu sáng để phục vụ cho đời sống người nên phương pháp nghiên cứu phương pháp thực nghiệm, kết hợp với nghiên cứu tài liệu tham khảo hệ thống chiếu sáng chủ động áp dụng thực tế, chọn phương án khả thi để hồn thành sản phẩm đáp ứng mục tiêu đề ban đầu phù hợp với nhiệm vụ nghiên cứu đề tài Kết dự kiến: Sau thời gian nghiên cứu, tìm hiểu tài liệu, lập kế hoạch tiến hành thiết kế, chế tạo Cuối đề tài “Thiết kế, chế tạo mơ hình hệ thống chiếu sáng đèn thơng minh sử dụng lượng mặt trời” có kết dự kiến sau: - Đưa tính hiệu kinh tế hệ thống điện mặt trời cách phân tích, nghiên cứu, đưa so sánh hệ thống đèn lượng mặt trời đèn thông thường - Thiết kế chế tạo mơ hình chiếu sáng - tín hiệu bản: hệ thống chiếu sáng thơng minh trước hết hệ thống chiếu sáng đại, mơ hình thiết kế với đầy đủ cấu, phận, chức hệ thống chiếu sáng - tín hiệu đại - Hệ thống tự động bật đèn: nhận biết ánh sáng môi trường xung quanh tự động bật đèn nhận thấy không đủ điều kiện ánh sáng ... cứu tổng quan hệ thống chiếu sáng – tín hiệu , nghiên cứu từ thực tế hệ thống chiếu sáng chủ động - Tìm phương án thiết kế khả thi để chế tạo mơ hình hệ thống chiếu sáng thông minh thiết lập... tế hệ thống điện mặt trời cách phân tích, nghiên cứu, đưa so sánh hệ thống đèn lượng mặt trời đèn thông thường - Thiết kế chế tạo mơ hình chiếu sáng - tín hiệu bản: hệ thống chiếu sáng thông minh. .. khiển hệ thống chiếu sáng, cố gắng mô phổng vài chức hệ thống chiếu sáng tự động nhờ lượng pin mặt trời - Phương pháp nghiên cứu: với mục tiêu thiết kế chế tạo mô hình hệ thống chiếu sáng thơng minh