CHƯƠNG 1 HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG KHU VỰC THÀNH P HỐ QUẢNG NGÃI
1.5. Gi ới thiệu các phương án thiết kế đèn CSCC thông thường
1.6.2. Giải pháp kỹ thuật
Giải phápnày có 3 giải pháp chính hay dùng hiện nay như sau:
1.6.2.1. Giải pháp điều chỉnh điện áp kiểu vô cấp (biến áp xuyến)
Phần chính của thiết bị TKĐ là bộ hai biến áp xuyến một pha nối song song và được điều khiển đồng bộ với nhau thông motor điều khiển chổi than. Do cấu tạo đặc biệt của biến áp xuyến, phần chuyển mạch các nấc phân áp được lấy trực tiếp trên bề
mặt các vòng dây thông qua chổi than. Kiểu chuyển mạch này có ưu điểm là điện áp ngõ ra thay đổi theo hàm tuyến tính nên không gây ra hiện tượng “sốc” điện áp.
Bước chuyển mạch tăng hoặc giảm trong khoảng (2 – 4)V - Dải điện áp đầu vào: 175 – 250 V;
- Dải điện áp đầu ra: 185 – 220 V;
- Mức tiết kiệm điện năng 1: (10 – 15) %, ngưỡng điện áp ra tương ứng 205 V,
=> giảm 15 V so với điện áp định mức.
- Mức tiết kiệm điện năng 2: (30 – 40) %, ngưỡng điện áp ra tương ứng 185 V,
=> giảm 35 V so với điện áp định mức.
Hình 1.4. Tủ điều chỉnh điện áp kiểu vô cấp (biến áp xuyến)
Hình 1.5. Sơ đồ mạch động lực thiết bị Ưu điểm
- Điện áp ngõ ra thay đổi theo hàm tuyến tính nên không gây ra hiện tượng dao động bất thường dòng công suất hay nguồn sáng - không tắt đột ngột;
- Có tính năng khởi động mềm và giảm mềm điện áp;
- Có tính năng ổn áp;
- Giảm lượng điện năng tiêu thụ => giảm chi phí tiền điện;
- Bảo đảm hiệu quả chiếu sáng;
- Tăng tuổi thọ của bóng đèn, giảm chi phí duy tu bảo dưỡng thay thế;
Giải pháp này rất thích hợp cho các công trình hiện hữu có yêu cầu về tiết kiệm điện.
Nhược điểm
Chi phí đầu tư vẫn còn cao;
Không ứng dụng cho các phụ tải chiếu sáng có sử dụng nguồn xung.
1.6.2.2. Thay chấn lưu hai cấp công suất
Bộ chấn lưu2 cấp công suất (400W/250W, 250W/150W , 150W/100W) gồm có:
Bộ chấn lưu và bộ chuyển mạch công suất
Chế độ 1: Tiết kiệm điện Chế độ 2: Không TKĐ
- Bộ chấn lưu: là chấn lưu điện từ có thêm cuộn kháng phụ, khi được nối sẽ làm giảm công suất tiêu thụ trên đèn. Cuộn kháng phụ là cuộn dây được quấn trên cùng cực từ của cuộn dây chính và nối tiếp với cuộn dây đó, khi đó chấn lưu có 3 cực đấu dây.
Hình 1.6. Bộ chấn lưu 2 cấp công suất
- Bộ chuyển mạch công suất: cho phép thay đổi chế độ làm việc của chấn lưu với cuộn dây chính hay làm việc với cuộn kháng phụ. Thực chất là Rơle thời gian để đổi nối chấn lưu với mạch điện, sau thời gian đã đặt, chấn lưu của bộđèn được đóng thêm cuộn phụ khi Rơle tác động. Đối với bộ chuyển đổi công suất thời gian đặt của Rơle được đặt trước là 4 hoặc 5 giờ (có công tắc gạt để chọn một trong hai mức này tùy úy)
Hình 1.7. Bộ chuyển mạch công suất Ưuđiểm chính khi sử dụng bộ chấn lưu hai cấp công suất:
Tiết kiệmđiện năng tiêu thụ cho chiếu sáng đô thị giảmtừ 20 - 30% chi phí điện năng.
Cường độ ánh sáng luôn được phân giải đồng đều Nhược điểm:
- Chí phí lắp đặt, thiết bị cao.
- Thời gian hư hỏng nhanh
1.6.2.3. Thay thế các bóng đèn chiếu sáng thông thường bằng đèn Led có tiết giảm công suất
Trong những năm trước đây, CSCC hay sử dụng là đèn thuỷ ngân cao áp, đèn Sodium và Metal halide. Với các loại bóng đèn này thì tiêu tốn một lượng điện năng lớn. Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ thì đèn Led ra đời thay thế cho các loại đèn chiếu sáng thông thường với hiệu quả tiết kiệm điện năng rất cao. Hiện nay, phần lớn các đô thị đều sử dụng giải pháp này trong việc thay thế những bóng đèn chiếu sáng công cộng thông thường bằng bóng Led. Đèn LED với ưu điểm vượt trội về hiệu suất, tuổi thọ, điện năng sử dụng đã thực sự đột phá vào lĩnh vực chiếu sáng nói chung; theo dự báođây sẽ là nguồn sáng được ưu tiên lựa chọn trong tương lai.
Hình 1.8. Chiếu sáng công cộng sử dụng đèn LED hiệu suất cao a. Sơ lược công nghệ sản xuất đèn LED.
Lịch sử xuất thânđèn LED.
LED (viết tắt của Light Emitting Diode, có nghĩa là điốt phát quang) là các diốt có khả năng pkát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại. Cũng giống nhưđiốt, LED được cấu tạo từ một khối bán dẫn loại p ghép với một khối bán dẫn loại n.Tuỳ vào chất liệu của p và n mà đèn LED có thể phát ra ánh sáng có màu sắc khác nhau, từ xanh lá cây, đỏ, đến trắng.
Đèn LED đã có mặt từ những thập niên 60, nhưng mà hầu hết chỉ dùng dể hiển thị thời gian của đồng hồ báo thức hay dung lượng pin của máy ghi hình. Một thời gian dài, đèn LED không được dùng làm nguồn sáng bởi vì chúng chỉ cho ánh sáng đỏ, xanh lá cây và vàng mà không cho ánh sáng trắng. Cho mãi đến năm 1993, công ty hoá chất Nichia Nhật Bản cho ra đời loại đèn LED xanh dương, là sự
kết hợp giữa ánh sáng đỏ và xanh lá cây để cho ra ánh sáng trắng. Chính sự kết hợp này đã mở ra một lĩnh vực mới về công nghệ.
Tính chất và hoạt động.
Hoạt động của đèn LED giống với nhiều loại diode bán dẫn.Khối bán dẫn n (chứa các điện tử tự do ) thì các lỗ trống này có xu hướng chuyểnđộng khuyếch tán sang khối n. Cùng lúc khối p lại nhận them các điện tử (điện tích âm) từ khối n chuyển sang. Kết quả là khối p tích điện âm (thiếu hụt lỗ trống và dư thừa điện tử) trong khi khối n tích điện dương (thiếu hụt điện tử và dư thừa lỗ trống).
Ở biên giới hai bên mặt tiếp giáp, một số điện tử bị lỗ trống thu hút và khi chúng tiến lại gần nhau, chúng có xu hướng kết hợp lại với nhau tạo thành các điện tử trung hoà. Quá trình có thể giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng ( hay các bức xạđiện tử có bước song gần đó ).
Tuỳ theo mức năng lượng giải phóng cao hay thấp mà bước song ánh sáng phát ra khác nhau (tức màu sắc của LED sẽ khác nhau). Mức năng lượng và màu sắc của LED hoàn toàn phụ thuộc vào cấu trúc năng lượng của các nguyên tử chất bán dẫn.
Đèn LED thường có mức phân cực thuận cao hơn diode thông thường trong khoảng 1,5 đến 3V. Nhưng điện thế phân cực nghịch ở LED không cao. Do đó, LED rất dễ bị hư hỏng do điện thế ngược gây ra.
Các nhà nghiên cứu tại trung tâm nghiên cứu về ánh sáng của viện nghiên cứu bách khoa Rensselaer ở Troy, New York cho biết hiệu suất toả sáng đèn LED ánh sáng trắng tăng gấp 6 lần so với bóng đèn thường và vượt hơn hẳn so với bóng đèn huỳnh quang. Tuy nhiên, thế hệ bóng đèn LED cho ánh sáng trắng hiện nay vẫn chưa hiệu quả. Cùng một lúc công suấtđèn LED cho độ toả sáng gấp 2 lần so với bóng đèn thường. Tuy nhiên trở ngại lớn nhất đó là việc tiết kiệm năng lượng này chưa kéo lạiđược so với giá thành của sản phẩm. Nghiên cứu mới nhất của Bộ nghiên cứu năng lượng Hoa Kỳ (DOE) chỉ ra rằng, ứng dụngđèn LED trong chiếu sáng đường phố giúp giảm thiểu đáng kể hiện tượng ánh sáng chiếm dụng bầu trời Skyglow. Điều này củng cố thêm luận điểm đèn LED sẽ thay thế hoàn toàn các loại đèn sợi đốt thông thường trongchiếu sáng công cộngở Việt Nam trong tương lai.
b. Ưu điểm khi sử dụng đèn LED b.1. Tiết kiệm điện năng.
Lượng nhiệt sinh ra trong quá trình hoạt động của đèn LED cũng thấp hơn rất nhiều (gần như không đáng kể) so với các loại bóng đèn thông thường hiện nay, đó cũng chính là một trong những lý do khiến đèn LED tiết kiệm điện năng hơn các loại bóng khác.
Cũng giống như tất cả các loại bóng đèn khác, hiệu năng của đèn LED được
đo bằng công thức lumen/Watt. Đèn đèn LED chiếu sáng công cộng hiện nay lên đến khoảng 150 lm/watt.
b.2. Tiện dụng
Dễ lắpđặt. Có thểđặt đèn ở những hốc tường, bể bơi, kiểu dáng đẹp.
b.3. Thân thiện với môi trường
Giảm lượng khí thải CO2 ( chính phủ Anh đã dựđoán bước chuyển này sẽ giúp cắt giảm khoảng 5 triệu tấn khí thải CO2 mỗi năm ),tối thiểu hoá năng lượng rác thải ra môi trường do đèn LED có tuổi thọ cao và không sử dụng thuỷ ngân.
Bên cạnh đó đèn LED còn có ưu diểm khác như khi hoạt động không sinh ra tia hồng ngoại hay tia cực tím.
b.4. Tuổi thọ
Các đèn Led không sử dụng dây tóc nóng sáng mà là các diot bán dẫn nên có tuổi thọ cao khoảng 100.000 giờ sử dụng (so với 10.000 giờ của đèn SODIUM).
Với những ưu điểm vừa kể, đèn LED đang đứng trước một tương lai cực kỳ tươi sáng. Và tương lai này đang đến gần hơn khi các công ty chiếu sáng công cộng trên thế giới liên tục tán dương những lợi ích của đèn LED. Còn các cá nhân và doanh nghiệp thì rủ nhau đổi sang dùng đèn LED vừa để bảo vệ môi trường, vừa để tiết giảm chi phí.
c. Nhược điểm
Nhược điểm nhiều nhất củađèn led chiếu sángđó là chất lượng của các loại đèn trên thị trường quá khác xa nhau. Chính nhược điểm này khiến cho nhiều người dùng nhầm lẫn về chất lượng của đèn Led khi mua phải những sản phẩm kém chất lượng, tuổi thọ ngắn, giá thành đắt khiến cho người dùng lầm tưởng về chất lượng của loại đèn này trên thị trường.
Giá thành củađèn Led chiếu sángcũng đắt hơn nhiều so với giá thành của các loại đèn thông thường khác, vì vậy việc lựa chọn sử dụng loại đèn này vẫn là nỗi băn khoăn của nhiều người, nhiều nhà quản lý.