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

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 MỤC LỤC THÔNG TIN CHUNG CỦA ĐỀ TÀI ……………………………….… ………3 Phần NHÓM thứ nhất: MỞ ĐẦU THỰC HIỆN: Lý chọn đề tài .………………………………… ……… Hà Quốc Khánh - Nhóm trưởng Mục tiêu nghiên cứu đề tài……………….……………………….……… Xuân Tiến - Thành viên Ý nghĩa đềTrình tài .………………………………….…… Phần thứ hai CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI Phần thứ ba: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Công cụ cho nghiên cứu Cách thức thu thập liệu Phương pháp phân tích liệu Hạ Hòa, tháng 11 năm 2016 Mục lục Mục Nội dung Trang I Phần chung 1 Lý chọn đề tài Ý nghĩa đề tài Mục tiêu nghiên cứu đề tài Giới hạn phạm vi nghiên cứu đề tài Phương pháp nghiên cứu đề tài 6 Nội dung nghiên cứu đề tài 7 Những điểm đề tài II Kết và thảo luận Kết 1.1 Cơ sở lý thuyết 9 1.2 Các giai đoạn tiến hành nghiên cứu 10 Thảo luận 15 Kết luận và Kiến nghị 15 Kết luận 15 Kiến nghị 15 III IV Tài liệu tham khảo Danh mục các biểu bảng, hình vẽ, tranh ảnh 16 Ký hiệu H1 Tên hình vẽ, tranh ảnh Một lượng điện lớn quốc gia dùng cho chiếu sáng công Trang cộng Phong trào “Thắp sáng đường quê” gắn với chương trình H2 xây dựng nông thôn được triển khai nước Sự lãng phí điện lớn không sử dụng hệ thống cảm H3 biến ánh sáng không sử dụng đèn LED tiết kiệm lượng H4 Sử dụng nguồn điện 12V đảm bảo an toàn tránh cháy, nổ, bị điện giật H5 Hệ thống chiếu sáng dùng lượng mặt trời số nước tiên tiến H6 Hình ảnh thiết bị hệ thống 10 H7 Sơ đồ khối hệ thống 10 H8 Sơ đồ nguyên lý hoạt động mạch cảm biến 11 B1 Bảng dự trù vật liệu, kinh phí cho hệ thống Bảng so sánh ưu nhược sử dụng lượng mặt trời B2 hệ thống đèn sợ đốt 220V 12 13 I PHẦN CHUNG Lý chọn đề tài Trong năm gần đây, phong trào xây dựng nông thôn được triển khai khắp miền Tổ quốc Diện mạo khu vực nông thôn đã đổi thay phát triển ngày Cùng với đó vấn đề bảo vệ môi trường sống, sử dụng nguồn lượng chống biến đổi khí hậu Thực tế khu vực nông thôn phát triển kéo theo việc sử dụng nguồn điện lưới quốc gia lớn dẫn tới thiếu điện cho sản xuất công nghiệp Mà đó lượng điện lớn dùng cho hệ thống chiếu sáng công cộng, đèn đường nông thôn Ở nước ta nay, mức tiêu thụ điện cho chiếu sáng chiếm tỉ phần cao tổng lượng điện tiêu thụ Theo số liệu Tổng Công ty Điện lực (EVN), điện tiêu thụ cho chiếu sáng toàn quốc chiếm khoảng 25,3% tổng lượng điệu tiêu thụ Tỉ phần tiêu thụ điện cho chiếu sáng Việt Nam: 40% cho chiếu sáng khu dân cư; 35% cho khu vực thương mại, 10% cho khu vực công nghiệp 1,5% cho khu vực khác H1 Một lượng điện lớn quốc gia dùng cho chiếu sáng công cộng Là học sinh em vùng đất Mẹ Âu Cơ, huyện Hạ Hòa, tỉnh Phú Thọ, chúng em vô phấn khởi tự hào được lớn lên mảnh đất quê hương ngày thay da đổi thịt Những đường thôn ngõ xóm tối tăm đã dần được ánh điện soi sáng, bà 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 đường bê tông đẹp, tới ngõ xóm Vừa qua, Huyện Hạ Hòa quê em đã phát động phong trào: “Thắp sáng đường quê” với nội dung: Phát động tới tổ chức, cá nhân, doanh nghiệp, em địa phương thành đạt đóng góp xây dựng quê hương huy động nhân dân đóng góp làm hệ thống điện thắp sáng trục đường làng, ngõ xóm giúp cho nhân dân 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 triển khai nước Song ngày đường làng thân thuộc, chúng em lại không khỏi băn khoăn: - Có khu xóm vẫn chưa có điện thắp sáng trục đường Hiện xã Động Lâm có khu, đã có 04 khu triển khai được phong trào số trục đường chính, lại khó thực vì không có tiền đóng góp để chi trả tiền điện - Có nơi đã thực lắp đèn đường thời gian ngắn lại phải tắt vì chi phí tiền điện hàng tháng lớn, lại cộng thêm chi phí tiền công cho công tác điều khiển, quản lý tính toán thu chi tiền điện nên bà nông dân lo được Đã lại có tượng người dân sáng quên không tắt điện gây lãng phí điện đồng thời làm giảm tuổi thọ bóng đèn Bởi vì sử dụng bóng đèn sợi đốt có giá thành ban đầu rẻ, độ bền không cao tốn điện sử dụng liên tục H3 Sự lãng phí điện lớn không sử dụng hệ thống cảm biến ánh sáng và không sử dụng đèn LED tiết kiệm lượng - Chúng em nhận thấy hệ thống lưới điện 220V trục đường nước ta chằng chịt dễ sảy cháy, chập an toàn Đồng thời thường xuyên sảy mưa bão gây đứt dây, hở điện rơi xuống đường dễ bị điện giật qua lại Nếu sử dụng hệ thống điện 12V đảm bảo an toàn, tránh được cháy nổ, bị điện giật H4 Sử dụng nguồn điện 12V đảm bảo an toàn tránh cháy, nổ, bị điện giật Với lý vậy, chúng em đã tự đặt câu hỏi: “Tại ta không sử dụng nguồn lượng mặt trời (nguồn lượng sạch, nguồn lượng vô tận) cho chiếu sáng đèn đường ? Tại không dùng bóng đèn LED (bóng có độ bền tốt, độ sáng cao, công suất thấp) để tiết kiệm điện không dùng hệ thống cảm biến ánh sáng để điều khiển tự động ? Thông qua việc học tập nhà trường đọc số sách báo chúng em đã đề xuất ý tưởng được sự hướng dẫn 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 lượng mặt trời” Đề tài chúng em muốn đề cập tới giải pháp kết hợp sử dụng lượng nguồn lượng mặt trời để tiết kiệm lượng điện gắn với việc tự động hóa cảm biến ánh sáng 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 gia đình chiếu sáng công cộng Đồng thời thiết bị có thể sử dụng cho chúng em, bạn học sinh sử dụng cho việc học tập điện Thiết bị thân thiện với môi trường, tiết kiệm lượng phần tiết kiệm bớt tiền điện cho nhà nước, cho gia đình, nâng cao đời sống vật chất, tinh thần cho nhân dân Ý nghĩa đề tài Nếu đề tài thành công tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát động triển khai xây dựng nông thôn với phong trào “Thắp sáng đường quê”, giúp nhân dân lại an toàn, bảo vệ tài sản nhân dân không bị trộm đêm Hệ thống chiếu sáng sử dụng lượng mặt, nguồn 12V nên tiết kiệm được điện cho quốc gia, an toàn sử dụng Hệ thống có thể áp dụng để sử hộ gia đình bạn học sinh có thể chủ động được lượng điện dùng để chiếu sáng sinh hoạt, học tập, có được nguồn lượng bền vững, góp phần tiết kiệm lượng điện quốc gia Góp phần làm giảm ô nhiễm môi trường, giảm sử dụng nguồn lượng có hạn Ngoài sản phẩm mang lại nhiều tiện ích khác cho bạn học sinh thiết kế làm đèn bàn học điện Sử dụng sinh hoạt gia đình việc học tâp bạn học sinh gia đình vùng sâu, vùng xa nguồn lượng điện thiếu Đồng thời sản phẩm góp phần bảo vệ môi trường chống biến đổi khí hậu Mục tiêu nghiên cứu đề tài Đề tài đưa mô hình sử hệ thống đèn chiếu sáng thông minh sử dụng nguồn điện ác quy 12V với hệ thống nạp sử dụng nguồn lượng mặt trời, kết hợp nạp nguồn điện 220V (Khi nguồn lượng mặt trời yếu) phận cảm biến ánh sáng tự động sáng trời tối tắt trời sáng đồng thời sử bóng đèn LED có độ bền cao, độ sáng tốt, tiết kiệm điện Giới hạn phạm vi nghiên cứu - Về thời gian nghiên cứu, chế tạo thử nghiệm: Thực trường nhà thời gian 05 tháng từ tháng 6/2016 kết thúc đầu tháng 11/2016 - Về kiến thức: sử dụng kiến thức môn Công nghệ lớp 8, 9; Toán,Vật lý tìm hiểu khiến thức mạch điện tử - Phương tiện nghiên cứu: Gồm mạch điện, nguồn điện 220V, pin mặt trời, mạch điện sử dụng quang trở, bóng đèn LED, ổ cắm, dây phích cắm, ắc quy linh kiện điện tử - Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu tài liệu, quan sát, phân tích liệu, thực nghiệm nhà, trường học Phương pháp nghiên cứu 5.1 Phương pháp nghiên cứu tài liệu - Để có sở lí thuyết làm 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, - Giáo trình: Điện dân dụng công nghiệp - Thiết kế xây dựng mạch điện quanh ta - Giáo trình vẽ thiết kế mạch điện * Cách thức thu thập liệu Tìm hiểu kiến thức điện - điện tử sách giờ học lớp Tìm hiểu thông tin cần thiết cho đề tài mạng Internet, tham gia vào diễn đàn để trao đổi với bạn mạng Trao đổi thảo luận với bạn trường Tìm hiểu kiến thức thiết kế mạch điện sách giáo khoa Công nghệ Sách giáo khoa Vật lí Tìm hiểu cách đấu nối mạch điện thực tế Quan sát mạch điện thực tế 5.2 Phương pháp quan sát - Em đã sưu tầm đồ điện tử cũ tháo quan sát cách hàn đấu nối thiết bị Quan sát cấu tạo đèn ngủ sử dụng hệ thống cảm biến ánh sáng 5.3 Phương pháp phân tích liệu - Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động phận cảm biến - Tìm hiểu nguyên tắc hoạt động pin mặt trời - Tìm hiểu sự tiết kiệm điện đèn LED - Thu thập thông tin liên quan đến cấu tạo mạch điện - Xây dựng kế hoạch thực đề tài 5.4 Phương pháp thực nghiệm - Em đã tiến hành đấu nối thử nghiệm thiết bị đèn LED, pin mặt trời, nạp, nguồn pin dự trữ, phận cảm biến ánh sáng Nội dung nghiên cứu Từ bước đầu nghiên cứu đặc điểm sự tạo điện từ pin mặt trời, mạch điện cảm quang 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 nạp điện từ pin mặt trời vào pin nguồn nuôi ngăn không cho điện từ Pin nguồn lên Pin mặt trời ánh sáng yếu - Khối cảm biến có chức biến tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện, ta dùng quang trở Khi ánh sáng chiếu vào điện trở quang trở giảm đi, đèn lúc tắt, không có ánh sáng chiếu vào thì ngược lại - Theo kết nghiên cứu đèn LED, đèn LED tiết kiệm khoảng 90% so với đèn sợi đốt 50% điện tiêu thụ so với đèn compact Đèn LED có thể đạt được điều hệ số công suất đèn LED đạt 0.97 loại đèn truyền thống đạt 0.1 - 0.5 Bên cạnh đó, hệ thống tản nhiệt độc đáo sản phẩm đèn LED 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 bảo vệ môi trường Không có tia cực tím, không nhấp nháy, thoải mái cho mắt Ít toả nhiêt: Nhiệt toả đèn LED không đáng kể Dễ dàng lắp đặt, thay chi phí bảo trì thấp Chịu được va đập nhẹ - Nghiên cứu Pin mặt trời em được biết: Tấm pin lượng mặt trời hệ thống vật liệu đặc biệt có khả hấp thụ ánh sáng chuyển đổi quang ánh sáng mặt trời thành điện Tấm pin có cấu tạo tế bào quang điện có hiệu suất cao, công suất từ 10w - 1000w có tuổi thọ trung bình 30 năm - Tìm hiểu Ác quy tích nguồn điện nạp : Sử dụng ác quy khô 12V có độ bền cao, nạp lại sử dụng được lâu dài Độ bền sử dụng acquy 10 năm Những điểm mới dự án: Việc sử dụng hệ thống chiếu sáng công cộng sử dụng lượng mặt trời đã được sử dụng số nước tiên tiến Mỗi cột đèn hệ thống sử dụng lượng mặt trời riêng nên giá thành cao Hệ thống không phù hợp với điều kiện chiếu sáng cho nông thôn Việt Nam H5 Hệ thống chiếu sáng dùng lượng mặt trời số nước tiên tiến Đối với chiếu sáng đường nông thôn không thiết phải có độ sáng lớn nên hệ thống sử dụng đèn LED 12V-5W cho cột đèn phù hợp Vì đề tài có điểm cải tiến phù hợp với hệ thống chiếu sáng đường nông thôn đó là: - Một là: Sử dụng nguồn điện chiều 12V được nạp từ nguồn lượng mặt trời cảm biến tự động “sáng trời tối tắt trời sáng” áp dụng cho đoạn đường vùng nông thôn dài 300 - 400m để hưởng ứng phong trào “Thắp sáng đường quê” xây dựng nông thôn Hệ thống chưa được áp dụng nông thôn nước ta - Hai là: Hệ thống sử dụng lượng mặt trời kết hợp hệ thống tự động đóng ngắt sử dụng bóng đèn LED tiết kiệm lượng, tiết kiệm chi phí, đóng góp tiền điện hàng tháng phù hợp với điều kiện vùng nông thôn - Ba là: Hệ thống dùng điện chiều 12V 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 đèn bàn học thông minh vừa chiếu sáng vừa quạt mát, đến hệ thống sử dụng có công suất lớn chuyển đổi kích từ nguồn DC 12V thành nguồn AC 220V để sử dụng rộng rãi II KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Kết quả: 1.1 Cơ sở lý thuyết : Từ sở nghiên cứu cấu tạo động mạch điện cảm biến ánh sáng, mạch điện sạc, hoạt động Pin mặt trời, nguồn ắc quy hoạt động bóng đèn LED, chúng em lắp ráp thành mô hình sử dụng hệ thống chiếu sáng đường giao thông nông thôn Hình ảnh thiết bị 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 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 sơ đồ lắp đặt mạch điện + Thiết kế sơ đồ khối mô hình: Pin mặt trời Bộ điều khiển nạp Nguồn dự trữ Pin, Acqui Bộ điều khiển + tự động (cảm biến as) + tay Nguồn 220V H7 Sơ đồ khối hệ thống + Sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến đơn giản: Chức 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) 10 Bộ đèn LED H7 Sơ đồ nguyên lý hoạt động mạch cảm biến * Phân tích nguyên lý hoạt động mạch: Khi có ánh sáng Pin mặt trời tạo dòng điện chiều ( tạo dòng điện có HĐT cao hay thấp phụ thuộc vào công suất pin), dòng điện qua 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 mạch - Hoạt động mạch cảm biến: Khi trời sáng: Điện trở quang trở giảm thấp => Điện chân B T1 tăng cao => BBE T1 tăng cao => Điện áp chân C giảm Vì C1 ghép trực tiếp với B2 => BBE T2 giảm thấp => T2 khóa => Không có dòng qua T đèn LED => Đèn không sáng Khi trời tối: Điện trở quang trở tăng cao => Điện chân B T1 giảm thấp => BBE T1 giảm thấp => Điện áp chân C giảm=> BBE T2 tăng cao => T2 mở => Có dòng qua T2 đèn LED => Đèn sáng Tóm tắt lại : Khi trời sáng T1 cho dòng điện qua, T2 khóa Khi trời tối T1 khóa, T2 cho dòng qua => Đèn sáng 11 2.1.2 Giai đoạn 2: Lập dự trù vật liệu, dụng cụ và dự trù kinh phí thiết bị cần cho hệ thống sử dụng thực tế Qua nghiên cứu thiết bị, vật liệu sử dụng cho hệ thống với công suất sử dụng phù hợp cho đoạn đường 300 m sử dụng 15 bóng chiếu sáng cột đèn cách 20 m Giá thiết bị được tìm hiểu mạng Internet thời điểm thực đề tài STT Tên thiết bị, vật liệu, dụng cụ Số lượng Pin mặt trời- 12V- 30W Ắc quy khô 12V - 100Ah Đèn LED 12V- 5W vỏ nhựa Bộ điều khiển nạp lượng mặt trời 20A-250W Bộ cảm biến ánh sáng công suất lớn 25A Đui đèn 15x5000 Dây dẫn 350mx4000 15x50.000 Tổng Thành tiền Ghi 540.000 1.760.000 750.000 650.000 220.00 75.000 1.400.000 5.395.000 B1 Bảng dự trù vật liệu, kinh phí cho hệ thống * So sánh ưu điểm với sử dụng hệ thống điện lưới sử dụng bóng đèn sợi đốt, chi phí giá điện Thiết Hệ thống chiếu sáng dùng Năng Hệ thống chiếu sáng đèn sợi đốt bị lượng mặt trời 220V Nguồn Pin mặt trời Nguồn lượng tự - Sử dụng điện lưới quốc gia Mất điện nhiên, không chi phí điện sử chi phí sử dụng điện hàng ngày dụng hàng ngày Hoạt động liên Khi gặp sự cố điện lưới không tục Giúp bảo vệ môi trường Sử hoạt động được Hao phí nguồn 12 dụng an toàn không có nguy bị điện quốc gia cho chiếu sáng công giật, cháy nổ Hệ thống đóng ngắt cộng lớn Sử dụng hệ thống cảm biến ánh Phải công đóng, ngắt sáng: tự động sáng trời tối tay Có quên gây lãng phí điện tắt trời sáng giảm tuổi thọ đèn Sử dụng bóng đèn LED có độ sáng Tốn nhiều lượng điện, tuổi cao, tốn lượng điện tuổi thọ thọ bóng thấp,Chi phí công Đèn bóng cao Không có tia cực thay bóng bóng hao phí tím, không tỏa nhiệt, thân hàng tháng đường dây tỏa thiện với môi trường nhiệt môi trường Chi phí ban đầu thấp, chi Chi phí ban đầu cao, chi phí phí hàng tháng, hàng năm sau Cả Hệ hàng tháng, hàng năm sau thấp cao thống Chi phí ban đầu: 5.400.000 đ Chi phí ban đầu: 2.000.000 đ Chi phí năm sau: 200.000 đ Chi phí năm sử dụng: 0,8 kWh x (Thay bóng, dùng điện nạp bổ (365x12h)x1.800 đ = 6.307.000 đ xung-Nếu có) + Hao phí đường dây, thay thế, đèn đường 20 bóng bảo trì đường dây, bóng thường xuyên, giá điện leo thang hàng năm So sánh Tổng chi phí ước tính: 7.000.000đ Tổng chi phí ước tính: 70.000.000đ Chi phí sau 10 năm gấp 10 lần 10 năm Tiết kiệm 60.000.000 đ chi phí/ 10 năm B2 Bảng so sánh ưu nhược sử dụng lượng mặt trời và hệ thống đèn sợ đốt 220V 13 2.2.3 Giai đoạn 3: Thực nghiệm : Kết bước sau : - Tiến hành lắp ráp mạch điện theo sơ đồ lắp đặt Bước 1: Chọn vị trí lắp đặt thiết bị hộp bảng điện Bước 2: Lắp đặt thiết bị Lắp đặt ắc quy, Pin (Nguồn dự trữ) - Lắp mạch sạc, mạch sạc nguồn 220V - Lắp phận cảm biến ánh sáng - Lắp chiết áp (công tắc đèn), Công tắc ngắt tay không dùng hệ thống tự động công tắc điều khiển tay - Lắp đặt Pin mặt trời - Lắp đặt 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 2.1.4 Giai đoạn 4: Hoàn thiện, trang trí sản phẩm, xét kết đạt - Sản phẩm hoàn chỉnh 14 - Mạch điện hoạt động ổn định nhiều giờ đạt mục tiêu đề ra: Khi có ánh sáng, Pin mặt trời tạo 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 phần ánh sáng đèn chiếu vào lượng lại nạp điện cho ắc quy Tính toán dự trù kinh phí lắp ráp hệ thống sử dụng thực tế So sánh mức độ hiệu so với sử dụng nguồn điện 220V Thảo luận Sau nghiên cứu đề tài thử nghiệm đạt kết tốt em đã tổ chức thảo luận lấy ý kiến đánh giá thầy cô giáo giáo viên trường số bạn học sinh có khả nghiên cứu khoa học Kết thảo luận đánh giá đề tài đạt mục tiêu đề III KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận: Qua việc nghiên cứu lý thuyết được học chương trình THCS, qua thực tế qua tài liệu tham khảo, phương tiện thông tin đại chúng mạng Internet Qua nghiên cứu em đã thực thành công đề tài “Hệ thống chiếu sáng tự động đường giao thông nông thôn sử dụng lượng mặt trời” Đề tài mang lại hiệu thiết thực sống Nếu được áp dụng rộng rãi nước góp phần tiết kiệm lượng lớn nguồn lượng điện cho quốc gia để dành cho sản xuất công nghiệp Hệ thống có thể sử dụng thắp sáng cho vùng núi vùng sâu, vùng xa, biên giới, hải đảo chưa có điện lưới; có thể sử dụng cho khu trang trại, hộ gia đình; làm đèn học cho học sinh bị điện lưới Tùy vào việc đầu tư công suất ban đầu pin mặt trời ác qui dự trữ điện mà sử dụng hệ thống với công suất phù hợp Đã bước đầu mang lại kết thành công mô hình 15 Kiến nghị Với kết đạt được, chúng em mong công trình nghiên cứu được người quan tâm, đầu tư sử dụng chiếu sáng rộng rãi đời sống góp phần tiết kiệm nguồn lượng điện thiếu hụt nước ta Đồng thời góp phần bảo vệ môi trường, chống biến đổi khí hậu, góp phần quan trọng thực hưởng ứng phong trào “Thắp sáng đường quê” được triển khai chương trình xây dựng Nông thôn 16 IV TÀI LIỆU THAM KHẢO SGK công nghệ 8, sách vật lí Thiết kế xây dựng mạch điện quanh ta NXB: Khoa học kĩ thuật http://www.Dientuvietnam.net/forums/forum.php 4.http://tailieu.vn/tag/so-do-mach-dien.html 5.http://123.doc.vn/document/44768-giao-trinh-kien-dien-tu-chuong-1.htm 6.http://tailieuhoctap.vn/chi-tiet-sach/200-nganh-khoa-hoc-ky-thuat/dien-dientu/771349-giao-trinh-ky-thuat-dien-dhqg-tphcm http://khoahoc.tv/pin-mat-troi-hoat-dong-nhu-the-nao-45987 8.http://www.dientusangtao.org/2016/05/cam-bien-anh-sang-su-dungtransistor.html http://vuabongdenled.com/bong-den-led-zodi/phan-tich-uu-diem-va-nhuoc-diemcua-bong-den-led.html 17 ... chung 1 Lý chọn đề tài Ý nghĩa đề tài Mục tiêu nghiên cứu đề tài Giới hạn phạm vi nghiên cứu đề tài Phương pháp nghiên cứu đề tài 6 Nội dung nghiên cứu đề tài 7 Những điểm đề tài II Kết và... chống biến đổi khí hậu Mục tiêu nghiên cứu đề tài Đề tài đưa mô hình sử hệ thống đèn chiếu sáng thông minh sử dụng nguồn điện ác quy 12V với hệ thống nạp sử dụng nguồn lượng mặt trời,... Internet Qua nghiên cứu em đã thực thành công đề tài Hệ thống chiếu sáng tự động đường giao thông nông thôn sử dụng lượng mặt trời” Đề tài mang lại hiệu thiết thực sống Nếu được áp