Đề tài: HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG TỰ ĐỘNG ĐƯỜNG GIAO THÔNG NÔNG THÔN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

Phần thứ nhất : PHẦN CHUNG A. Lý do chọn đề tài Đảng và Nhà nước ta đã ban hành Nghị quyết về nông nghiệp, nông thôn và nông dân với mục tiêu xây dựng nông thôn mới có kết cấu hạ tầng kinh tế xã hội hiện đại, cơ cấu kinh tế và các hình thức tổ chức sản xuất hợp lý, gắn nông nghiệp với phát triển nhanh công nghiệp, dịch vụ, đô thị theo quy hoạch, xã hội nông thôn ổn định, giàu bản sắc văn hoá dân tộc, dân trí được nâng cao, môi trường sinh thái được bảo vệ, hệ thống chính trị ở nông thôn được tăng cường. Cùng với đó là vấn đề bảo vệ môi trường sống, sử dụng nguồn năng lượng sạch chống biến đổi khí hậu. Nhưng thực tế hiện nay các khu vực nông thôn đang phát triển kéo theo việc sử dụng nguồn điện lưới quốc gia rất lớn dẫn tới thiếu điện cho sản xuất công nghiệp. Mà trong đó một lượng điện rất lớn dùng cho hệ thống chiếu sáng công cộng, đèn đường nông thôn. Ở nước ta, hiện nay mức tiêu thụ điện năng cho chiếu sáng ở nước ta đang chiếm một tỉ phần khá cao trong tổng lượng tiêu điện năng tiêu thụ. Theo số liệu của Tổng Công ty Điện lực (EVN), điện tiêu thụ cho chiếu sáng trên toàn quốc chiếm khoảng 25,3% tổng lượng điệu tiêu thụ. Tỉ phần tiêu thụ điện cho chiếu sáng ở Việt Nam: 40% cho chiếu sáng khu dân cư; 35% cho khu vực thương mại, 10% cho khu vực công nghiệp và 1,5% cho các khu vực khác. Xã Động Lâm Huyện Hạ Hòa quê hương em cũng đang đổi thay hàng ngày nhờ tích cực thực hiện phong trào xây dựng nông thôn mới. Từ chương trình triển khai phát triển kinh tế; xây dựng, bảo vệ môi trường sống, xây dựng đường làng, ngõ xóm... Tới nay, đã có những con đường bê tông sạch đẹp, tới các ngõ xóm. Tháng 92016 vừa qua, Xã Động Lâm quê em đã phát động phong trào: “Thắp sáng đường quê” với nội dung: Phát động tới các tổ chức, cá nhân, các doanh nghiệp, con em địa phương thành đạt về đóng góp xây dựng quê hương và huy động nhân dân đóng góp làm hệ thống điện thắp sáng các trục đường làng, ngõ xóm giúp cho nhân dân đi lại được an toàn, giúp bảo đảm an ninh trật tự. Nhưng hiện nay, em nhận thấy có những khu, xóm không thể thực hiện được do điều kiện còn khó khăn không có tiền đóng góp chi trả tiền điện hàng tháng. Có nơi đã thực hiện được thì việc đi thu tiền đóng góp hàng tháng khó khăn, phải chi thêm tiền công cho công tác điều khiển, quản lý tính toán thu chi tiền điện hàng tháng. Có những khi vào những buổi sáng trên đường đi học, em vẫn thấy có trục đèn đường còn sáng do người dân sáng ra quên không tắt điện gây lãng phí điện đồng thời cũng làm giảm tuổi thọ của bóng đèn. Sử dụng bóng đèn sợi đốt có giá thành rẻ nhưng tuổi thọ thấp, độ bền không cao, rất tốn điện. Đồng thời em cũng nhận thấy hệ thống lưới điện 220V của nước ta rất chằng chịt dễ sảy ra cháy chập mất an toàn. Đồng thời thường xuyên sảy ra mưa bão gây ra đứt dây, hở điện rơi xuống đường dễ bị điện giật khi qua lại. Nếu sử dụng hệ thống điện 12V sẽ đảm bảo an toàn, tránh được cháy nổ, bị điện giật. Thông qua việc học tập trong nhà trường và đọc một số sách báo và thấy được thực trạng sử dụng điện hiện nay, em đã tự đặt câu hỏi: “Tại sao ta không sử dụng nguồn năng lượng mặt trời (nguồn năng lượng sạch, nguồn năng lượng vô tận) cho chiếu sáng đèn đường ? Tại sao không cũng dùng các bóng đèn LED (bóng có độ bền, độ sáng cao, công suất thấp) để tiết kiệm điện và sao không dùng hệ thống cảm biến ánh sáng để điều khiển tự động ? Đồng thời thiết bị này cũng có thể sử dụng cho chúng em, cũng như các bạn học sinh sử dụng cho việc học tập mỗi khi mất điện. Thiết bị này thân thiện với môi trường, tiết kiệm năng lượng và phần nào tiết kiệm bớt tiền điện cho nhà nước, cho gia đình, nâng cao đời sống vật chất, tinh thần cho nhân dân. Do vậy trong đề tài này em muốn đề cập tới giải pháp kết hợp sử dụng năng lượng sạch, tiết kiệm năng lượng điện gắn với việc tự động hóa góp phần làm giảm ô nhiễm môi trường, giảm chi phí cho người tiêu dùng, tiết kiệm cho điện lưới quốc gia, tiện ích cho việc sử dụng chiếu sáng trong gia đình và chiếu sáng công cộng. B. Giả thuyết khoa học. Nếu đề tài này thành công sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát động triển khai xây dựng nông thôn mới với phong trào “Thắp sáng đường quê” , bảo vệ tài sản của nhân dân không bị mất trộm về đêm. Đồng thời chủ động cho việc sinh hoạt của gia đình cũng như việc học tâp của các bạn học sinh, đặc biệt với các gia đình vùng sâu, vùng xa khi nguồn năng lượng điện còn thiếu. Đồng thời sản phẩm góp phần bảo vệ môi trường chống biến đổi khí hậu. Trong đề tài này em muốn đề cập tới giải pháp kết hợp sử dụng năng lượng sạch, tiết kiệm năng lượng điện gắn với việc tự động hóa góp phần làm giảm ô nhiễm môi trường, giảm chi phí cho người tiêu dùng, tiết kiệm cho điện lưới quốc gia, tiện ích cho việc sử dụng chiếu sáng trong gia đình và chiếu sáng công cộng. Đề tài này thành công cũng sẽ giúp các gia đình cũng như các bạn học sinh có thể chủ động được năng lượng điện dùng để chiếu sáng trong sinh hoạt, cũng như trong học tập, có được nguồn năng lượng bền vững, góp phần tiết kiệm năng lượng điện quốc gia. Góp phần làm giảm ô nhiễm môi trường, giảm sử dụng các nguồn năng lượng có hạn . Ngoài ra sản phẩm còn mang lại nhiều tiện ích khác cho các bạn học sinh khi thiết kế làm đèn bàn học mỗi khi mất điện. Mục tiêu kỹ thuật đạt được: Đề tài này sẽ đưa ra một mô hình sử hệ thống đèn chiếu sáng thông minh sử dụng nguồn điện ác quy 12V với hệ thống nạp sử dụng năng lượng mặt trời, kết hợp nạp bằng nguồn điện 220V (Khi nguồn năng lượng mặt trời yếu) và bộ phận cảm biến ánh sáng tự động sáng khi trời tối, và tắt khi trời sáng đồng thời sử bóng đèn LED có độ bền cao, độ sáng tốt, tiết kiệm điện. An toàn khi sử dụng không bị giật, không cháy nổ. Những điểm mới của dự án: Việc sử dụng hệ thống chiếu sáng công cộng sử dụng năng lượng mặt trời đã được sử dụng ở một số nước tiên tiến. Mỗi cột đèn là một hệ thống sử dụng năng lượng mặt trời riêng nên giá thành rất cao. Hệ thống không phù hợp với điều kiện chiếu sáng cho nông thôn Việt Nam. Đối với chiếu sáng đường nông thôn không nhất thiết phải có độ sáng quá lớn nên hệ thống sử dụng đèn LED 12V5W cho một cột đèn là phù hợp. Vì vậy đề tài này có những điểm mới cải tiến phù hợp với hệ thống chiếu sáng đường nông thôn đó là: Một là: Sử dụng nguồn điện một chiều 12V được nạp từ một nguồn năng lượng mặt trời và một cảm biến tự động “sáng khi trời tối và tắt khi trời sáng” áp dụng cho cả đoạn đường vùng nông thôn dài 300 400m để hưởng ứng phong trào “Thắp sáng đường quê” xây dựng nông thôn mới. Hệ thống này chưa từng được áp dụng ở nông thôn nước ta. Hai là: Hệ thống sử dụng năng lượng mặt trời kết hợp hệ thống tự động đóng ngắt sử dụng bóng đèn LED sẽ tiết kiệm năng lượng, tiết kiệm chi phí, không phải đóng góp tiền điện hàng tháng sẽ phù hợp với điều kiện vùng nông thôn. Ba là: Hệ thống dùng điện 1 chiều 12V sẽ đảm bảo tuyệt đối an toàn điện, tránh được bị điện giật, cháy nổ. Bốn là: Hệ thống có thể áp dụng cho nhiều mục đích sử dụng khác như: Hệ thống chiếu sáng vùng sâu vùng xa, khu trang trại không có điện lưới. Tùy vào điều kiện đầu tư công suất ban đầu có thể chế tạo thành chiếc đèn bàn học thông minh vừa chiếu sáng vừa quạt mát, đến hệ thống sử dụng có công suất lớn chuyển đổi bộ kích từ nguồn DC 12V thành nguồn AC 220V để sử dụng rộng rãi. C. Phương pháp nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu tài liệu Cách thức thu thập dữ liệu. Tìm hiểu kiến thức về điện điện tử trong sách và trong giờ học tại lớp. Tìm hiểu các thông tin cần thiết cho đề tài trên mạng Internet, tham gia vào diễn đàn để trao đổi với các bạn trên mạng. Trao đổi thảo luận với các bạn trong và ngoài trường.Tìm hiểu kiến thức về thiết kế mạch điện trong sách giáo khoa công nghệ 8, 9 trên, sách giáo vật lí 9. Tìm hiểu cách đấu nối mạch điện thực tế. Quan sát các mạch điện thực tế. Em đã sưu tầm các đồ điện tử cũ về tháo ra và quan sát cách hàn và đấu nối của các thiết bị. Quan sát cấu tạo của đèn ngủ sử dụng hệ thống cảm biến ánh sáng. Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động của bộ phận cảm biến. Tìm hiểu nguyên tắc hoạt động của pin mặt trời. Tìm hiểu về sự tiết kiệm điện năng của đèn LED. Thu thập những thông tin liên quan đến cấu tạo mạch điện. Em đã tiến hành đấu nối thử nghiệm các thiết bị đèn LED, pin mặt trời, bộ nạp, nguồn pin dự trữ, bộ phận cảm biến ánh sáng . Nội dung nghiên cứu: Từ bước đầu nghiên cứu đặc điểm sự tạo ra điện từ pin mặt trời, mạch điện cảm quang ở đèn ngủ. Với ý tưởng thiết kế hệ thống đèn đường thông minh, em đã tìm hiểu đặc điểm kỹ thuật, sơ đồ mạch điện cảm biến dùng quang trở, bóng đèn LED, pin mặt trời, mạch nạp dùng diot, pin nguồn ... Mạch nạp dùng diot có chức năng nạp điện từ pin mặt trời vào pin nguồn nuôi và ngăn không cho điện từ Pin nguồn lên Pin mặt trời khi ánh sáng yếu. Khối cảm biến có chức năng biến tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện, ở đây ta dùng quang trở. Khi ánh sáng chiếu vào điện trở của quang trở giảm đi, đèn lúc này tắt, khi không có ánh sáng chiếu vào thì ngược lại. Theo các kết quả nghiên cứu về đèn LED, đèn LED tiết kiệm khoảng 90% so với đèn sợi đốt và 50% điện năng tiêu thụ so với đèn compact.. Độ bền, tuổi thọ cao lên đến 20.000 giờ, gấp 50 lần so với đèn dây vonfram, gấp 10 lần bóng compact. Không có thủy ngân, an toàn và bảo vệ môi trường. Không có tia cực tím, không nhấp nháy, rất thoải mái cho mắt. Ít toả nhiêt: Nhiệt toả ra của đèn LED hầu như không đáng kể. Dễ dàng lắp đặt, thay thế và chi phí bảo trì thấp hơn. Chịu được các va đập nhẹ. Nghiên cứu về Pin mặt trời em được biết: Tấm pin năng lượng mặt trời là hệ thống các tấm vật liệu đặc biệt có khả năng hấp thụ ánh sáng chuyển đổi quang năng của ánh sáng mặt trời thành điện năng. Tấm pin có cấu tạo là những tế bào quang điện có hiệu suất cao, công suất từ 10w 1000w và có tuổi thọ trung bình là 30 năm. Tìm hiểu về ac quy tích nguồn điện nạp : Sử dụng ác quy khô 12V có độ bền rất cao, nạp lại và sử dụng được lâu dài. Độ bền sử dụng của acquy là trên dưới 10 năm. Phân tích dữ liệu: Giai đoạn 1: Tìm hiểu, thiết kế sơ đồ khối, đồ nguyên lí và sơ đồ lắp đặt mạch điện. + Thiết kế sơ đồ khối của mô hình: Giai đoạn 2: Lập được dự trù vật liệu, dụng cụ và dự trù kinh phí thiết bị cần cho hệ thống sử dụng thực tế. Các thiết bị, vật liệu sử dụng cho một hệ thống với bộ công suất sử dụng phù hợp cho một đoạn đường 300 m sử dụng 15 bóng chiếu sáng trên mỗi cột đèn cách nhau 20 m. Giá các thiết bị được tìm hiểu trên mạng Internet tại thời điểm thực hiện đề tài. So sánh ưu điểm với sử dụng hệ thống điện lưới sử dụng bóng đèn sợi đốt, chi phí giá điện. Giai đoạn 3: Thực nghiệm : Kết quả các bước như sau : Tiến hành lắp ráp mạch điện theo sơ đồ lắp đặt. Bước 1: Chọn vị trí lắp đặt các thiết bị trên hộp bảng điện. Bước 2: Lắp đặt các thiết bị Lắp đặt ắc quy, Pin (Nguồn dự trữ) Lắp mạch sạc, cả mạch sạc bằng nguồn 220V Lắp bộ phận cảm biến ánh sáng Lắp chiết áp (công tắc đèn), Công tắc ngắt bằng tay khi không dùng hệ thống tự động và công tắc điều khiển bằng tay. Lắp đặt Pin mặt trời Lắp đặt bộ đèn LED. (Với mô hình sử dụng cột đèn). Bước 3: Đấu dây dẫn điện theo sơ đồ nguyên lý Hàn thiếc mối nối, Bước 4: Kiểm tra. Giai đoạn 4: Hoàn thiện, trang trí sản phẩm, xét kết quả đạt được Mạch điện hoạt động ổn định trong nhiều giờ và đạt mục tiêu đề ra: Khi có ánh sáng, Pin mặt trời tạo ra điện, điện được nạp vào ắc quy, ắc quy cấp điện cho đèn LED. Khi trời tối bật công tắc đèn sáng để sử dụng thì đồng thòi một phần ánh sáng của đèn chiếu vào tấm năng lượng lại nạp điện cho ắc quy. Tính toán dự trù kinh phí lắp ráp hệ thống sử dụng trong thực tế. So sánh mức độ hiệu quả so với sử dụng bằng nguồn điện 220V. D: Tài liệu tham khảo. 1. SGK công nghệ 8, 9. sách vật lí 9 2. Thiết kế xây dựng mạch điện quanh ta NXB: Khoa học và kĩ thuật 3. http:www.Dientuvietnam.netforumsforum.php 4.http:tailieu.vntagsodomachdien.html 5.http:123.doc.vndocument44768giaotrinhkiendientuchuong1.htm 6.http:tailieuhoctap.vnchitietsach200nganhkhoahockythuatdiendientu771349giaotrinhkythuatdiendhqgtphcm

MỤC LỤC

THÔNG TIN CHUNG CỦA ĐỀ TÀI ……….… ………3

Phần thứ nhất: MỞ ĐẦU 4

1 Lý do chọn đề tài ……… ……… 4

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài……….……….……… 4

3 Ý nghĩa của đề tài ……….…… 4

Phần thứ hai CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI 5

Phần thứ ba: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 5

1 Công cụ cho nghiên cứu 5

2 Cách thức thu thập dữ liệu 6

3 Phương pháp phân tích dữ liệu 6

PHÒNG GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HẠ HÒA TRƯỜNG TRUNG HỌC CƠ SỞ ĐỘNG LÂM

BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG TỰ ĐỘNG ĐƯỜNG GIAO THÔNG NÔNG THÔN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Lĩnh vực: 12 – Năng lượng Vật lý NHÓM THỰC HIỆN: 1 Hà Quốc Khánh - Nhóm trưởng 2 Trình Xuân Tiến - Thành viên

Hạ Hòa, tháng 11 năm 2016

Mục lục

IV Tài liệu tham khảo

16

Danh mục các biểu bảng, hình vẽ, tranh ảnh

Ký hiệu Tên hình vẽ, tranh ảnh Trang

H1 Một lượng điện lớn quốc gia dùng cho chiếu sáng công

cộng

1

H2

Phong trào “Thắp sáng đường quê” gắn với chương trình xây dựng nông thôn mới đang được triển khai trên cả nước

2

H3

Sự lãng phí điện rất lớn khi không sử dụng hệ thống cảm biến ánh sáng và không sử dụng đèn LED tiết kiệm năng lượng

3

H4 Sử dụng nguồn điện 12V sẽ đảm bảo an toàn tránh cháy,

nổ, bị điện giật

4

H5 Hệ thống chiếu sáng dùng năng lượng mặt trời tại một số

nước tiên tiến

8

B1 Bảng dự trù vật liệu, kinh phí cho hệ thống 12

B2 Bảng so sánh ưu nhược giữa sử dụng năng lượng mặt trời

I PHẦN CHUNG

1 Lý do chọn đề tài

Trong những năm gần đây, phong trào xây dựng nông thôn mới đang được triển khai ở khắp mọi miền Tổ quốc Diện mạo khu vực nông thôn đã đổi thay và phát triển từng ngày Cùng với đó là vấn đề bảo vệ môi trường sống, sử dụng nguồn năng lượng sạch chống biến đổi khí hậu Thực tế hiện nay các khu vực nông thôn đang phát triển kéo theo việc sử dụng nguồn điện lưới quốc gia rất lớn dẫn tới thiếu điện cho sản xuất công nghiệp Mà trong đó một lượng điện rất lớn dùng cho hệ thống chiếu sáng công cộng, đèn đường nông thôn Ở nước ta hiện nay, mức tiêu thụ điện năng cho chiếu sáng đang chiếm một tỉ phần khá cao trong tổng lượng điện năng tiêu thụ Theo số liệu của Tổng Công ty Điện lực (EVN), điện tiêu thụ cho chiếu sáng trên toàn quốc chiếm khoảng 25,3% tổng lượng điệu tiêu thụ Tỉ phần tiêu thụ điện cho chiếu sáng ở Việt Nam: 40% cho chiếu sáng khu dân cư; 35% cho khu vực thương mại, 10% cho khu vực công nghiệp và 1,5% cho các khu vực khác

H1 Một lượng điện lớn quốc gia dùng cho chiếu sáng công cộng.

Là những học sinh con em của vùng đất Mẹ Âu Cơ, huyện Hạ Hòa, tỉnh Phú Thọ, chúng em vô cùng phấn khởi tự hào được lớn lên trên mảnh đất quê hương

đang từng ngày thay da đổi thịt Những đường thôn ngõ xóm tối tăm đã dần được ánh điện soi sáng, bà con đi lại an toàn, đảm bảo an ninh trật tự Từ chương trình triển khai phát triển kinh tế; xây dựng, bảo vệ môi trường sống, xây dựng đường làng, ngõ xóm Tới nay, đã có những con đường bê tông sạch đẹp, tới các ngõ xóm Vừa qua, Huyện Hạ Hòa quê em đã phát động phong trào: “Thắp sáng đường quê” với nội dung: Phát động tới các tổ chức, cá nhân, các doanh nghiệp, con em địa phương thành đạt về đóng góp xây dựng quê hương và huy động nhân dân đóng góp làm hệ thống điện thắp sáng các trục đường làng, ngõ xóm giúp cho nhân dân

đi lại được an toàn, giúp bảo đảm an ninh trật tự

H2 Phong trào “Thắp sáng đường quê” gắn với chương trình xây dựng nông

thôn mới đang được triển khai trên cả nước

Song mỗi ngày đi trên con đường làng thân thuộc, chúng em lại không khỏi băn khoăn:

- Có những khu xóm vẫn chưa có điện thắp sáng trên trục đường Hiện nay xã Động Lâm có 9 khu, đã có 04 khu triển khai được phong trào này trên một số trục đường chính, còn lại khó thực hiện vì không có tiền đóng góp để chi trả tiền điện

- Có nơi đã thực hiện lắp đèn đường nhưng chỉ một thời gian ngắn lại phải tắt đi vì chi phí tiền điện hàng tháng quá lớn, lại cộng thêm chi phí tiền công cho công tác điều khiển, quản lý tính toán thu chi tiền điện nên bà con nông dân không thể lo được Đã vậy lại còn có hiện tượng người dân sáng ra quên không tắt điện gây lãng phí điện đồng thời cũng làm giảm tuổi thọ của bóng đèn Bởi vì sử dụng bóng đèn sợi đốt chỉ có giá thành ban đầu rẻ, nhưng độ bền không cao rất tốn điện khi sử dụng liên tục

H3 Sự lãng phí điện rất lớn khi không sử dụng hệ thống cảm biến ánh sáng và không sử dụng đèn LED tiết kiệm năng lượng.

- Chúng em cũng nhận thấy hệ thống lưới điện 220V trên các trục đường của nước ta rất chằng chịt dễ sảy ra cháy, chập mất an toàn Đồng thời thường xuyên sảy ra mưa bão gây ra đứt dây, hở điện rơi xuống đường dễ bị điện giật khi qua lại Nếu sử dụng hệ thống điện 12V sẽ đảm bảo an toàn, tránh được cháy nổ, bị điện giật

H4 Sử dụng nguồn điện 12V sẽ đảm bảo an toàn tránh cháy, nổ, bị điện giật

Với những lý do như vậy, chúng em đã tự đặt câu hỏi: “Tại sao ta không sử dụng nguồn năng lượng mặt trời (nguồn năng lượng sạch, nguồn năng lượng vô tận) cho chiếu sáng đèn đường ? Tại sao không cũng dùng các bóng đèn LED (bóng có độ bền tốt, độ sáng cao, công suất thấp) để tiết kiệm điện và sao không dùng hệ thống cảm biến ánh sáng để điều khiển tự động ?

Thông qua việc học tập trong nhà trường và đọc một số sách báo chúng em đã đề xuất ý tưởng và được sự hướng dẫn của thầy giáo Nguyễn Ngọc Thạch chúng

em đã xây dựng đề tài khoa học để thiết kế ra: “Hệ thống chiếu sáng tự động

đường giao thông nông thôn sử dụng năng lượng mặt trời” Đề tài này chúng em

muốn đề cập tới giải pháp kết hợp sử dụng năng lượng sạch là nguồn năng lượng mặt trời để tiết kiệm năng lượng điện gắn với việc tự động hóa bằng cảm biến ánh sáng và sử dụng đèn LED chiếu sáng góp phần làm giảm ô nhiễm môi trường, giảm chi phí cho người tiêu dùng, tiết kiệm cho điện lưới quốc gia, tiện ích cho việc sử dụng chiếu sáng trong gia đình và chiếu sáng công cộng

Đồng thời thiết bị này cũng có thể sử dụng cho chúng em, cũng như các bạn học sinh sử dụng cho việc học tập mỗi khi mất điện Thiết bị này thân thiện với môi trường, tiết kiệm năng lượng và phần nào tiết kiệm bớt tiền điện cho nhà nước, cho gia đình, nâng cao đời sống vật chất, tinh thần cho nhân dân

2 Ý nghĩa của đề tài.

Nếu đề tài này thành công sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát động triển khai xây dựng nông thôn mới với phong trào “Thắp sáng đường quê”, giúp nhân dân đi lại an toàn, bảo vệ tài sản của nhân dân không bị mất trộm về đêm

Hệ thống chiếu sáng sử dụng năng lượng mặt, nguồn 12V nên tiết kiệm được điện cho quốc gia, an toàn trong sử dụng

Hệ thống này có thể áp dụng để sử trong các hộ gia đình cũng như các bạn học sinh có thể chủ động được năng lượng điện dùng để chiếu sáng trong sinh hoạt, cũng như trong học tập, có được nguồn năng lượng bền vững, góp phần tiết kiệm năng lượng điện quốc gia Góp phần làm giảm ô nhiễm môi trường, giảm sử dụng các nguồn năng lượng có hạn Ngoài ra sản phẩm còn mang lại nhiều tiện ích khác cho các bạn học sinh khi thiết kế làm đèn bàn học mỗi khi mất điện Sử dụng trong sinh hoạt của gia đình cũng như việc học tâp của các bạn học sinh ở các gia đình vùng sâu, vùng xa khi nguồn năng lượng điện còn thiếu Đồng thời sản phẩm góp phần bảo vệ môi trường chống biến đổi khí hậu

3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài.

Đề tài này sẽ đưa ra một mô hình sử hệ thống đèn chiếu sáng thông minh sử dụng nguồn điện ác quy 12V với hệ thống nạp sử dụng nguồn năng lượng mặt trời, kết hợp nạp bằng nguồn điện 220V (Khi nguồn năng lượng mặt trời yếu) và bộ phận cảm biến ánh sáng tự động sáng khi trời tối và tắt khi trời sáng đồng thời sử bóng đèn LED có độ bền cao, độ sáng tốt, tiết kiệm điện

4 Giới hạn phạm vi nghiên cứu

- Về thời gian nghiên cứu, chế tạo và thử nghiệm: Thực hiện tại trường và tại nhà thời gian 05 tháng từ tháng 6/2016 kết thúc đầu tháng 11/2016

- Về kiến thức: sử dụng các kiến thức môn Công nghệ lớp 8, 9; Toán,Vật lý

9 tìm hiểu về khiến thức mạch điện tử

- Phương tiện nghiên cứu: Gồm các mạch điện, nguồn điện 220V, pin mặt trời, mạch điện sử dụng quang trở, bóng đèn LED, ổ cắm, dây phích cắm, ắc quy và các linh kiện điện tử

- Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu tài liệu, quan sát, phân tích dữ liệu, thực nghiệm tại nhà, trường học

5 Phương pháp nghiên cứu.

5.1 Phương pháp nghiên cứu tài liệu

- Để có cơ sở lí thuyết làm nền tảng cho việc nghiên cứu em đã tiến hành thu thập tài liệu lí thuyết như: Sách giáo khoa Công nghệ 8,9 Vật lí 8, 9

- Giáo trình: Điện dân dụng và công nghiệp

- Thiết kế xây dựng mạch điện quanh ta

- Giáo trình vẽ và thiết kế mạch điện

* Cách thức thu thập dữ liệu.

Tìm hiểu kiến thức về điện - điện tử trong sách và trong giờ học tại lớp Tìm hiểu các thông tin cần thiết cho đề tài trên mạng Internet, tham gia vào diễn đàn để trao đổi với các bạn trên mạng Trao đổi thảo luận với các bạn trong và ngoài trường

Tìm hiểu kiến thức về thiết kế mạch điện trong sách giáo khoa Công nghệ 8 Sách giáo khoa Vật lí 9 Tìm hiểu cách đấu nối mạch điện thực tế Quan sát các mạch điện thực tế

5.2 Phương pháp quan sát.

- Em đã sưu tầm các đồ điện tử cũ về tháo ra và quan sát cách hàn và đấu nối của các thiết bị Quan sát cấu tạo của đèn ngủ sử dụng hệ thống cảm biến ánh sáng

5.3 Phương pháp phân tích dữ liệu.

- Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động của bộ phận cảm biến

- Tìm hiểu nguyên tắc hoạt động của pin mặt trời

- Tìm hiểu về sự tiết kiệm điện năng của đèn LED

- Thu thập những thông tin liên quan đến cấu tạo mạch điện

- Xây dựng kế hoạch thực hiện đề tài

5.4 Phương pháp thực nghiệm.

- Em đã tiến hành đấu nối thử nghiệm các thiết bị đèn LED, pin mặt trời, bộ nạp, nguồn pin dự trữ, bộ phận cảm biến ánh sáng

6 Nội dung nghiên cứu.

Từ bước đầu nghiên cứu đặc điểm sự tạo ra điện từ pin mặt trời, mạch điện cảm quang ở đèn ngủ Với ý tưởng thiết kế hệ thống đèn đường thông minh, em đã tìm hiểu đặc điểm kỹ thuật, sơ đồ mạch điện cảm biến dùng quang trở, bóng đèn LED, pin mặt trời, mạch nạp dùng diot, pin nguồn

- Mạch nạp dùng diot có chức năng nạp điện từ pin mặt trời vào pin nguồn nuôi và ngăn không cho điện từ Pin nguồn lên Pin mặt trời khi ánh sáng yếu

- Khối cảm biến có chức năng biến tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện, ở đây ta dùng quang trở Khi ánh sáng chiếu vào điện trở của quang trở giảm đi, đèn lúc này tắt, khi không có ánh sáng chiếu vào thì ngược lại

- Theo các kết quả nghiên cứu về đèn LED, đèn LED tiết kiệm khoảng 90%

so với đèn sợi đốt và 50% điện năng tiêu thụ so với đèn compact Đèn LED có thể đạt được điều này do hệ số công suất của đèn LED đạt 0.97 trong khi các loại đèn truyền thống chỉ đạt 0.1 - 0.5 Bên cạnh đó, hệ thống tản nhiệt độc đáo của sản phẩm đèn LED còn giúp giảm công suất điều hòa nhiệt độ Độ bền, tuổi thọ cao lên đến 20.000 giờ, gấp 50 lần so với đèn dây vonfram, gấp 10 lần bóng compact

Không có thủy ngân, an toàn và bảo vệ môi trường Không có tia cực tím, không nhấp nháy, rất thoải mái cho mắt Ít toả nhiêt: Nhiệt toả ra của đèn LED hầu như không đáng kể Dễ dàng lắp đặt, thay thế và chi phí bảo trì thấp hơn Chịu được các

va đập nhẹ

- Nghiên cứu về Pin mặt trời em được biết: Tấm pin năng lượng mặt trời là

hệ thống các tấm vật liệu đặc biệt có khả năng hấp thụ ánh sáng chuyển đổi quang năng của ánh sáng mặt trời thành điện năng Tấm pin có cấu tạo là những tế bào quang điện có hiệu suất cao, công suất từ 10w - 1000w và có tuổi thọ trung bình là

30 năm

- Tìm hiểu về Ác quy tích nguồn điện nạp : Sử dụng ác quy khô 12V có độ bền rất cao, nạp lại và sử dụng được lâu dài Độ bền sử dụng của acquy là trên dưới 10 năm

7 Những điểm mới của dự án:

Việc sử dụng hệ thống chiếu sáng công cộng sử dụng năng lượng mặt trời đã được sử dụng ở một số nước tiên tiến Mỗi cột đèn là một hệ thống sử dụng năng lượng mặt trời riêng nên giá thành rất cao Hệ thống không phù hợp với điều kiện chiếu sáng cho nông thôn Việt Nam

H5 Hệ thống chiếu sáng dùng năng lượng mặt trời tại một số nước tiên tiến

Đối với chiếu sáng đường nông thôn không nhất thiết phải có độ sáng quá lớn nên hệ thống sử dụng đèn LED 12V-5W cho một cột đèn là phù hợp Vì vậy đề tài này có những điểm mới cải tiến phù hợp với hệ thống chiếu sáng đường nông thôn đó là:

- Một là: Sử dụng nguồn điện một chiều 12V được nạp từ một nguồn năng lượng mặt trời và một cảm biến tự động “sáng khi trời tối và tắt khi trời sáng” áp dụng cho cả đoạn đường vùng nông thôn dài 300 - 400m để hưởng ứng phong trào

“Thắp sáng đường quê” xây dựng nông thôn mới Hệ thống này chưa từng được áp dụng ở nông thôn nước ta

- Hai là: Hệ thống sử dụng năng lượng mặt trời kết hợp hệ thống tự động đóng ngắt sử dụng bóng đèn LED sẽ tiết kiệm năng lượng, tiết kiệm chi phí, không phải đóng góp tiền điện hàng tháng sẽ phù hợp với điều kiện vùng nông thôn

- Ba là: Hệ thống dùng điện 1 chiều 12V sẽ đảm bảo tuyệt đối an toàn điện, tránh được bị điện giật, cháy nổ

- Bốn là: Hệ thống có thể áp dụng cho nhiều mục đích sử dụng khác như: Hệ thống chiếu sáng vùng sâu vùng xa, khu trang trại không có điện lưới Tùy vào điều kiện đầu tư công suất ban đầu có thể chế tạo thành chiếc đèn bàn học thông minh vừa chiếu sáng vừa quạt mát, đến hệ thống sử dụng có công suất lớn chuyển đổi bộ kích từ nguồn DC 12V thành nguồn AC 220V để sử dụng rộng rãi

II KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

1 Kết quả:

1.1 Cơ sở lý thuyết :

Từ những cơ sở nghiên cứu về cấu tạo của động mạch điện cảm biến ánh sáng, mạch điện sạc, hoạt động của Pin mặt trời, nguồn ắc quy và hoạt động của bóng đèn LED, chúng em sẽ lắp ráp thành mô hình sử dụng hệ thống chiếu sáng đường giao thông nông thôn

Hình ảnh các thiết bị trong hệ thống:

Pin mặt trời Ac quy khô

Bộ điều khiển nạp Thiết bị cảm biến ánh sáng

Đèn LED 12V- 5W H6 Hình ảnh các thiết bị trong hệ thống

1.2 Các giai đoạn tiến hành nghiên cứu:

2.1.1 Giai đoạn 1: Tìm hiểu, thiết kế sơ đồ khối, đồ nguyên lí và sơ đồ lắp đặt

mạch điện

+ Thiết kế sơ đồ khối của mô hình:

H7 Sơ đồ khối của hệ thống

+ Sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến đơn giản:

Chức năng linh kiện:

- LDR: Quang trở, có nhiệm vụ cảm biến ánh sáng

- R1 phân áp cho T1 - R1 phân áp cho T1

- T1, T2 : Transistor (Khóa điện tử)

Pin mặt

trời Bộ điều khiển nạp

Nguồn dự

trữ Pin, Acqui

Bộ đèn LED

Bộ điều khiển + tự động (cảm biến as) + bằng tay

Nguồn 220V

H7 Sơ đồ nguyên lý hoạt động mạch cảm biến

* Phân tích nguyên lý hoạt động của mạch:

Khi có ánh sáng Pin mặt trời tạo ra dòng điện 1 chiều ( tạo ra dòng điện có HĐT cao hay thấp phụ thuộc vào công suất của pin), dòng điện này qua bộ nạp được nạp vào Pin Cell hay ắc quy (bộ phận lưu điện) Bộ phận lưu điện cấp nguồn cho mạch cảm biến quang trở ở mạch này

- Hoạt động của mạch cảm biến:

Khi trời sáng: Điện trở của quang trở giảm thấp => Điện thế tại chân B1 của

T1 tăng cao => BBE của T1 tăng cao => Điện áp tại chân C1 giảm Vì C1 ghép trực tiếp với B2 => BBE của T2 giảm thấp => T2 khóa => Không có dòng qua T2 và đèn LED => Đèn không sáng

Khi trời tối: Điện trở của quang trở tăng cao => Điện thế tại chân B1 của T1

giảm thấp => BBE của T1 giảm thấp => Điện áp tại chân C1 giảm=> BBE của T2 tăng cao => T2 mở => Có dòng qua T2 và đèn LED => Đèn sáng

Tóm tắt lại : Khi trời sáng T1 cho dòng điện đi qua, T2 khóa

Khi trời tối T1 khóa, T2 cho dòng đi qua => Đèn sáng