BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ NGUYỄN QUANG HẢI
TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TĂNG HIỆU SUẤT SỬ DỤNG
NĂNG LƢỢNG ĐIỆN MẶT TRỜI ĐỂ CHIẾU SÁNG
ĐƢỜNG NỘI BỘ TRONG TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
(Ngành: Công nghệ kỹ thuật Điện – Điện tử)
NHA TRANG, THÁNG 6 NĂM 2014
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
chiếu sáng vốn đã và đang xuống cấp từng ngày, không đạt tiêu chuẩn chiếu sáng và an
toàn xây dựng.
Giáo dục ý thức cho sinh viên và cán bộ viên chức về bảo vệ môi trƣờng, hạn chế
sử dụng các nguồn năng lƣợng hóa thạch, hạn chế chất thải, tận dụng và ứng dụng rộng
rãi các nguồn năng lƣợng sạch nhƣ năng lƣợng mặt trời.Hƣởng ứng và chấp hành chủ
trƣơng, chính sách của Nhà nƣớc về
.Chủ động nắm bắt và ứng dụng những
công nghệ - thành tựu của nhân loại vào phục vụ cuộc sống và công việc của chúng ta.
Đây là một dự án cải tạo công trình chiếu sáng công cộng cho Trƣờng Đại học
Nha Trang và cũng là đồ án Tốt Nghiệp của sinh viên ngành Điện – Điện tử, có rất
nhiều vấn đề liên quan cần phải giải quyết, có những kiến thức không còn là chuyên
ngành Điện – Điện tử mà mở rộng ra nhiều lĩnh vực và khía cạnh khác nhau của một
dự án thực sự.Hơn nữa nguồn vốn lại hạn hẹp; nên việc ứng dụng hoàn toàn những
công nghệ mới vào cải tạo là một thách thức và đòi hỏi ngƣời thực hiện hiện phải tính
toán hết sức thận trọng. Chính vì điều đó mà việc hoàn thành đồ án chỉ dừng lại ở một
mức độ thành công nhất định, đòi hỏi cần phải hoàn chỉnh hơn nữa về sau, nếu nhƣ có
thêm kinh phí và thời gian.Sau khi dự án hoàn thành sẽ mang lại ánh sáng đủ tiêu
chuẩn, tiết kiệm, an toàn, sử dụng năng lƣợng sạch và thẩm mỹ cho toàn bộ tuyến
ii
GVHD: Ts. Trần Tiến Phức SVTH: Nguyễn Quang Hải
đƣờng nội bộ từ Cổng trƣờng lên Nhà A8; hệ thống sử dụng nguồn năng lƣợng đƣợc
cung cấp từ PIN năng lƣợng mặt trời cho LED chiếu sáng.
iii
GVHD: Ts. Trần Tiến Phức SVTH: Nguyễn Quang Hải
MỤC LỤC
TÓM TẮT i
MỤC LỤC iii
1.3.1.2. Phân loại 29
1.3.2. Ứng dụng LED siêu sáng công suất cao trong chiếu sáng 32
1.3.2.1. Sử dụng Led cho chiếu sáng trong nhà 32
1.3.2.2. Sử dụng Led trong chiếu sáng các công trình công cộng 33
1.3.2.3. So sánh công nghệ chiếu sáng bằng Led so với các công nghệ chiếu
sáng trƣớc đây 36
1.3.3. Kết luận 40
1.4. MÔ HÌNH SOLAR – ACU – LED 40
1.4.1. Mô hình Solar – Acu – Led tập trung 40
1.4.1.1. Cấu trúc kết nối 41
1.4.1.2. Điều kiện ứng dụng và lắp đặt 42
1.4.2. Mô hình Solar – Acu – Led đơn (mini) 42
1.4.2.1. Cấu trúc kết nối 42
1.4.2.2. Điều kiện ứng dụng 43
CHƢƠNG 2 ỨNG DỤNG ĐIỆN NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI VÀO CHIẾU SÁNG
CÔNG TRÌNH CÔNG CỘNG BẰNG ÁNH SÁNG LED
TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG 44
2.1. KHẢO SÁT TÌNH TRẠNG CHẤT LƢỢNG CỦA HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG
HIỆN TẠI 44
2.1.1. Vị trí khảo sát 44
2.1.2. Kết quả khảo sát 46
2.1.2.1. Hiện trạng về trang thiết bị 46
2.1.2.2. Hiện trạng chất lƣợng ánh sáng 47
2.1.3. Đánh giá hiện trạng 51
2.2. LỰA CHỌN MÔ HÌNH CHIẾU SÁNG 52
2.2.1. So sánh ƣu điểm của mô hình chiếu sáng bằng Led so với các mô hình chiếu
sáng khác 52
v
GVHD: Ts. Trần Tiến Phức SVTH: Nguyễn Quang Hải
GVHD: Ts. Trần Tiến Phức SVTH: Nguyễn Quang Hải
3.4.1. Xác định chức năng của bộ điều khiển 71
3.4.1.1. Chức năng điều khiển hệ thống 71
3.4.1.2. Chức năng phục vụ nghiên cứu và đào tạo 71
3.4.2. Thiết kế phần cứng cho bộ điều khiển 72
3.4.2.1. Sơ đồ nguyên lý bộ điều khiển 73
3.4.2.2. Mạch in bộ điều khiển 75
3.4.2.3. Thi công phần cứng bộ điều khiển 77
3.4.3. Lập trình chức năng cho bộ điều khiển 79
3.4.3.1. Giới thiệu về Chíp Atmega16 79
3.4.3.2. Giới thiệu về phần mềm lập trình cho Avr – Codevision 80
3.4.4. Chƣơng trình viết cho bộ điều khiển 81
3.4.5. Thi công bộ điều khiển 85
3.5. ĐÓNG VỎ MẠCH ỔN ÁP ĐIỀU TIẾT XUNG 87
3.6. KẾT NỐI HOÀN THIỆN TOÀN BỘ HỆ THỐNG 87
3.7. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC 93
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 96
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 98
PHỤ LỤC 99
vii
GVHD: Ts. Trần Tiến Phức SVTH: Nguyễn Quang Hải
DANH SÁCH BẢNG
Bảng 1. 1: Tỷ trọng bình ACU ở 25
0
C 22
Bảng 1. 2: Dòng nạp của một số ACU 25
Hình 1. 11: Năng lƣợng Mặt Trời làm nhiên liệu thay thế cho xăng dầu trên phƣơng
tiện giao thông 19
Hình 1. 12: Cấu tạo ACU chì - acid 21
Hình 1. 13: Sự biến đổi thông số bình ACU qua quá trình phóng nạp 23
Hình 1. 14: Quá trình phóng điện của ACU 24
Hình 1. 15: Quá trình nạp điện cho ACU 25
Hình 1. 16: Cấu tạo bên trong và hình dạng cơ bản của LED 29
Hình 1. 17: Các loại LED phân loại theo công suất 30
Hình 1. 18: Chiếu sáng không gian trong nhà băng Led 33
Hình 1. 19: Sử dụng Led trong chiếu sáng văn phòng và nhà xƣởng 33
Hình 1. 20: Cầu đƣờng bộ ở Đà Nẵng sử dụng Led trong chiếu sáng 35
Hình 1. 21: Sử dụng đèn Led trong chiếu sáng ở một số tuyến đƣờng tại TP. HCM 36
Hình 1. 22: Mô hình Solar – Acu – Led tập trung 41
ix
GVHD: Ts. Trần Tiến Phức SVTH: Nguyễn Quang Hải
Hình 1. 23: Cấu trúc mô hình Solar – Acu – Led đơn 42
Hình 1. 24: Ứng dụng của mô hình Solar – Acu – Led đơn 43
45
Hình 2. 2: Tuyến đƣờng từ Cổng trƣờng ĐHNT đến nhà A8 nhìn từ vệ tinh (Google
Maps) 46
Hình 2. 3: Tình trạng các trụ đèn tại tuyến đƣờng từ cổng trƣờng đến Nhà A8 47
Hình 2. 4: Vị trí các điểm lấy độ sáng trên tuyến đƣờng 48
8 48
Hình 2. 6: Biểu đồ phân bố độ sáng tuyến đƣờng đôi từ cổng trƣờng đến Nhà A8 51
Hình 2. 7: Led 20W cần kiểm tra trong thí nghiệm 54
Hình 2. 8: Sơ đồ bố trí thí nghiệm để kiểm tra chất lƣợng LED 54
Hình 2. 9: Led và pha Led sẽ lắp đặt cho công trình 61
Hình 3. 1: Các chi tiết trong bản vẽ thiết kế móng trụ đèn 63
Hình 3. 2: Thi công đúc móng trụ đèn 64
LỜI NÓI ĐẦU
GIỚI THIỆU CHUNG
Năm 1907, hiện tƣợng biến điện thành ánh sáng đƣợc H. J. Round phát hiện đầu
tiên. Tuy nhiên, phải đến vài thập kỷ sau đó thì thế hệ LED đầu tiên mới đƣợc ra đời,
gọi là LED hồng ngoại; do các nhà thí nghiệm ngƣời Mỹ Robert Biard và Garry
Pittman phát minh vào năm 1961. Sang năm 1962, Nick Honyak chế tạo ra loại LED
phát ra ánh sáng nhìn thấy là loại Led đỏ và ông đƣợc xem là cha đẻ của LED.
Trải qua nhiều thập kỷ từ thuở sơ khai đến nay, năm 2014 là mốc thời gian mà
LED gần nhƣ đã hoàn thiện lên rất nhiều: từ chất lƣợng ánh sáng, hiệu suất, công suất,
điện năng tiêu thụ, nhiệt độ làm việc, tuổi thọ, và giá cả cũng càng ngày giảm xuống…
LED không còn đắc đỏ nhƣ nhũng ngày đầu ra đời và trở nên phổ biến trong đời sống
bởi sự tiện lợi của nó.
Nếu nhƣ trƣớc đây LED chỉ có mặt trong các thiết bị điện tử nhƣ truyền phát dữ
liệu, thì ngày nay LED đƣợc ứng dụng rông rãi trong lĩnh vực chiếu sáng, trang trí nội
thất trong nhà, sân vƣờn, … Nhiều nơi đã sử dụng LED vào chiếu sáng đƣờng bộ kết
hợp với ứng dụng PIN năng lƣợng mặt trời, tạo thành một cặp đôi hoàn hảo của công
nghệ mới – công nghệ của tƣợng lai: không phát thải, sạch, an toàn, tiết kiệm và bảo vệ
môi trƣờng.
Dự án “Cải tạo hệ thống chiếu sáng công cộng bằng LED sử dụng điện năng
lƣợng mặt trời trên tuyến đƣờng nội bộ từ cổng trƣờng đến Nhà A8 của trƣờng Đại học
Nha Trang” là một bƣớc tiến mới, đƣa các công trình chiếu sáng công cộng của Trƣờng
đi theo xu hƣớng công nghệ của thời đại và tƣơng lai. Mang lại cho cán bộ viên chức
và sinh viên một môi trƣờng xanh – sạch – đẹp – an toàn – công nghệ.
2
GVHD: Ts. Trần Tiến Phức SVTH: Nguyễn Quang Hải
TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
:
Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
ứ, ứng dụ
, h
-
trƣờng Đại học Nha Trang nói chung.
Mang lại cho sinh viên, cán bộ viên chức trƣờng Đại học Nha Trang một môi
trƣờng chiếu sáng an toàn – xanh – sạch – đẹp – công nghệ - trang trọng. Là cơ sở để
không chỉ duy nhất trên tuyến đƣờng này mà là trên hầu hết các công trình chiếu sáng
công cộng của trƣờng Đại học Nha Trang đều sẽ lần lƣợt đƣợc cải tạo theo hƣớng
chiếu sáng công nghệ - hiện đại – tiết kiệm nhƣ đề tại này đã thực hiện, nhằm đƣa
trƣờng Đại học Nha Trang trở thành một trong những “thiên đƣờng” của ứng dụng
công nghệ chiếu sáng sạch. 4
GVHD: Ts. Trần Tiến Phức SVTH: Nguyễn Quang Hải
LỜI CẢM ƠN
Xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến thầy TS. Trần Tiến Phức đã tận
tình hƣớng dẫn, chỉ bảo tôi trong suốt quá trình thực hiện dự án cũng là đồ án Tốt
Nghiệp, để tôi có thể hoàn thành dự án một cách tốt nhất với hiệu quả cao nhất. Xin gửi
lời cảm ơn sâu sắc đến các thầy (cô) đã truyền đạt kiến thức cho tôi trong suốt 4 năm
học, để tôi có đủ kiến thức để hoàn thành dự án. Xin cảm ơn các bác, các chú, các anh
bên Tổ điện Trung tâm phục vụ trƣờng học trƣờng Đại học Nha trang đã nhiệt tình
giúp đỡ nhiều vấn đề liên quan đến dự án, tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành tốt
dự án của mình. Xin cảm ơn toàn thể các bạn trong Lớp 52DDT đã chung sức giúp đỡ
và chia sẻ một phần công việc của dự án.
Do quá trình thực hiện đồ án có quá nhiều vấn đề nằm bên ngoài kiến thức
chuyên ngành, phải vừa làm, vừa học, vừa nghiên cứu, vừa tham khảo nên chắc chắn
sẽ có nhiều thiếu sót. Tôi rất mong sự góp ý nhiệt tình từ thầy cô và các bạn trong
năng lƣợng mặt trời và LED đƣợc triển khai nhanh chóng tại nhiều nơi ở nƣớc ta nhƣ:
- Mô hình hệ thống chiếu sáng vƣờn ƣơm bằng bằng LED sử dụng năng lƣợng
mặt trời đầu tiên tại Việt Nam đƣợc lặp đặt tại Trung tâm Ứng dụng khoa học và
công nghệ Lâm Đồng đƣợc tổ chức hợp tác quốc tế Nhật Bản JICA tài trợ vào
tháng 9/2011.
- Dựán năng lƣợng sạch và chiếu sáng bằng LED do SolarBK lắp đặt ở Đảo Trần
– QK3 đƣợc triển khai từ tháng 10/2012 và hoàn thành sau một tháng thi công.
- Dự án tổng thể năng lƣợng sách và chiếu sáng quâng đảo Trƣờng Sa và Nhà dàn
DK lắp đặt: 5.700 tấm Pin năng lƣợng mặt trời, hơn 120 quạt gió, 1.000 bộ đèn
LED sử dụng năng lƣợng mặt trời do Tập đoàn Dầu khí Việt Nam (Petro
Vietnam) và SolarBK lắp đặt, vận hành vào tháng 6/2012.
6
GVHD: Ts. Trần Tiến Phức SVTH: Nguyễn Quang Hải
- Công ty TNHH MTV Quản lý đô thị và môi trƣờng TP.Buôn Ma Thuộc sử dụng
đèn LED trong chiếu sáng công cộng từ tháng 2/2012 đến tháng 7/2012 đã tiết
kiệm đƣợc gần 5.5 tỷ đồng tiền điện.
- Dự án xây dựng nhà máy chuyên sản xuất các loại LED tại lô 18, khu công
nghiệp Thạch Thất – Quốc Oai – Hà Nội, đƣợc cấp vốn từ Đài Loan với tổng
diện tích đƣợc xây dựng đến cuối năm 2014 là 50.000 m
2
do ông James Chen –
Giám đốc công ty Công nghiệp HuaBo (trụ sở tại TP.Chu Hải – Trung Quốc)
đầu tƣ.
- Cầu Thuận Phƣớc, cầu Rồng và cầu mới Trần Thị Lý đều đƣợc chính quyền
TP.Đà Nẵng lắp đặt hệ thống chiếu sáng bằng LED cho cả hệ thống chiếu sáng
mỹ thuật và chiếu sáng giao thông.
- Mô hình chiếu sán đô thị bằng công nghệ LED kết nối, do Ericsson và Royal
Philips kết hợp thực hiện vào tháng 2/2014.
- Tại Hà Nội ngày 22/4/2014, Bộ Giao Thông Vân Tải phối hợp với Đại sứ quán
Mặt Trời (Solar), Ắc-quy (Acu) và thiết bị chiếu sáng - Led. Ứng dụng của chúng trong
đời sống cũng nhƣ trong công nghệ sản xuất năng lƣợng sạch, sự tối ƣu trong việc kết
hợp các thiết bị trên để tạo ra những mô hình thích hợp trên con đƣờng ứng dụng năng
lƣợng sạch.
1.1. PIN NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI (SOLAR)
PinnănglƣợngMặtTrời(PNLMT) (haypinquangđiện,tếbàoquangđiện),
làthiếtbịbándẫnchứalƣợnglớncácdiodep-
n.DuớisựhiệndiệncủaánhsángMặtTrời,PNLMT
cókhảnăngtạoradòngđiệnsửdụngđƣợc.Sựchuyển đổinày gọilàhiệuứngquangđiện.
1.1.1. Cấutạo
1.1.1.1. Vậtliệu
ĐểtìmhiểuvềpinMặtTrờichúngta cần tìmhiểuvềvậtlýchất bán dẫn.Để
đơngiản,tatìmhiểupinnăng lƣợngtinhthểsilic. Silic thuộcnhómIV,tứclàcó4
electronlớpngoàicùng.SiliccóthểkếthợpvớiSiliconkhácđểtạonênchấtrắn. Cơbản có2loại
chất rắnSilicon:vôđịnh hình(khôngcótrậttựsắpxếp)vàđatinh
thể(cácnguyêntửsắpxếptheothứtựdãy khônggian3chiều).PNLMTphổbiến
nhấtlàdùngđatinhthểsilicon, tuy nhiên ngày nay ngƣời ta đã tìm ra nhiều vật liệu khác
có thể thay thế nhƣ sự kết hợp của Vonfram và gốm.
Ở
nhiệtđộphòng,silicnguyênchấtcótínhdẫnđiệnkém.Đểtạora
Siliccó
tínhdẫn
điệntốthơn,có thểthêmvào
mộtlƣợngnhỏcácnguyêntửnhómIIIhayVtrongbảngtuầnhoànhóahọc.Cácnguyêntửnàychi
ếmvịtrícủanguyêntửsilictrongmạngtinhthể,vàliênkếtvớicácnguyêntửsilicbêncạnhtƣơngt
ựnhƣlàmộtsilic.TuynhiêncácphântửnhómIIIcó3electronngoàicùngvànguyêntửnhómVc
9
GVHD: Ts. Trần Tiến Phức SVTH: Nguyễn Quang Hải
ó5electronngoàicùng,nêncóchỗtrongmạngtinhthểthìdƣelectroncòncóchỗthìthiếuelectro
Cáctấmtinhthểmỏngđƣợc đánhbóngđểloạibỏcáckhuyếttậttrongquá
trìnhcắt.Chấtkíchthíchđƣợcdùngđểtăngsƣhấpthụánhsáng.Cáctấm kimloại dẫntruyền
đặtvàomộtmặt,thêmmộtlƣớimỏngtrênbềmặtchiếuánhsángMặt Trời,vàmộtmặtphẳng
trênmặtcònlại,xem hìnhHình1.2.TấmnănglƣợngMặt
Trờitạothànhtừcácpinnhƣvậycắttheohìnhdạngthíchhợp,đƣợcbảovệ khỏitia
bứcxạvàhƣhạitrênmặttrƣớc bằngcácmiếng gƣơngdánvàochấtnền.Sựliền
mạchđƣợctạonênthànhcácdãy songsongđểquyếtđịnhnănglƣợngtạora.Chất keo
vàchấtnềnphảicótínhdẫnnhiệt, vìkhicác pinbịlàm nóng lênkhihấpthụ
nănglƣợnghồngngoạivốnkhôngthểchuyểnhóathànhnănglƣợng.Mộtkhicác
pinbịnóngthìgiảmhiệusuấthoạtđộngvìthếnênphảilàmgiảmthiểunhiệtnăng.
Tấm nănglƣợngMặtTrờitạothànhtừnhiềupinMặtTrời.Mặc dùmỗipin
chỉcungcấpmộtlƣợngnhỏnănglƣợng, nhƣng nhiềupintrảidàitrênmộtdiệntích
lớntạonênnguồnnănglƣợngđủdùng.Đểđạtđƣợchiệunăngtốtnhất,tấmnăng
lƣợngphảihƣớngtrựctiếpđếnMặtTrời.
Hình 1. 2: Cấu tạo Pin năng lượng mặt trời
11
GVHD: Ts. Trần Tiến Phức SVTH: Nguyễn Quang Hải
Hình 1. 3: Quá trình tạo một Panel Pin năng lượng mặt trời
Côngnghệtrênlàsảnxuấttấm,nóicáchkháccácloạitrêncóđộdày300μmtạo thành
vàxếp lại đểtạo nên module.
1.1.2. Nguyên lý hoạt động
Hình 1. 4: Nguyên lý hoạt động của Pin năng lượng mặt trời
12
GVHD: Ts. Trần Tiến Phức SVTH: Nguyễn Quang Hải
Khiánhsángchiếu đếnvậtrắncóvùngnănglƣợng nóitrên,photoncónăng
lƣợnghvchiếutớihệthống.Bịđiệntửcủavùnghoátrịhấpthụvà nócóthểchuyển
lênvùngdẫnđể trởthànhđiệntửtựdoe
-
, lúcnàyvùnghoátrị sẽ cómộtlỗ trốngcó
thểdichuyểnnhƣ“hạt“mangđiệntíchdƣơng(kíhiệuh
+
).Lỗtrốngnàycóthểdichuyểnvàthamg
iavàoquátrìnhdẫnđiện.Hình1.6trìnhbày cácvùngnănglƣợngchấtbándẫn.
Hình 1. 5: Trạng thái 2 mức năng lượng của Electron
Copyright: Tài liệu đại học ©