1
TÓM TẮT
Dự án “Cải tạo hệ thống chiếu sáng công cộng bằng LED sử dụng điện năng
lượng mặt trời trên tuyến đường nội bộ từ Cổng trường đến Nhà A8 của trường Đại
học Nha Trang” được thực hiện với mục đích sử dụng nguồn năng lượng sạch chiếu
sáng đường nội bộ, để cho toàn thể cán bộ viên chức và sinh viên trường Đại học Nha
Trang được hưởng thụ những công nghệ mới nhất của thời đại, của tương lai. Mang lại
môi trường sạch – đẹp – không phát thải – an toàn – tiết kiệm. Cải tạo lại hệ thống
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 trường, hạn chế
sử dụng các nguồn năng lượng hóa thạch, hạn chế chất thải, tận dụng và ứng dụng rộng
rãi các nguồn năng lượng sạch như năng lượng mặt trời. Hưởng ứng và chấp hành chủ
trương, chính sách của Nhà nước về tiết kiệm điện năng, sử dụng nguồn năng lượng
sạch, chủ động ứng phó với biến đổi khí hậu. 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 Trường 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 người 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 như 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 lượng sạch và thẩm mỹ cho toàn bộ tuyến
đường nội bộ từ Cổng trường lên Nhà A8; hệ thống sử dụng nguồn năng lượng được
cung cấp từ PIN năng lượng mặt trời cho LED chiếu sáng.
2
MỤC LỤC
GVHD: Ts. Trần Tiến Phức SVTH: Nguyễn Quang Hải

đi theo xu hướng công nghệ của thời đại và tương lai. Mang lại cho cán bộ viên chức
và sinh viên một môi trường xanh – sạch – đẹp – an toàn – công nghệ.
 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
6
Các cột đèn chiếu sáng trong trường có thể chia làm 3 loại theo thời gian xây dựng:
- Trụ đèn chiếu sáng công cộng tận dụng ống cấp nước bằng sắt mạ kẽm xây
dựng từ trước năm 1990;
- Trụ đèn chiếu sáng công cộng kết hợp với trụ điện hạ thế bằng bê tông ly tâm,
xây dựng trong khoảng thời gian 1990 – 2003;
- Trụ đèn chiếu sáng công cộng bằng thép nhúng trong bể kẽm nóng.
Những trụ đèn xây dựng từ trước năm 1990 đã xuống cấp, không còn phù hợp với
tiêu chuẩn về xây dựng hiện hành và đặt biệt nó lại ở trên tuyến đường chính từ Cổng
trường lên Nhà hiệu bộ nên cần được đầu tư cải tạo. Mặc khác, Nhà nước ta đang có
chủ trương, chính sách về tiết kiệm điện, sử dụng năng lượng sạch, chủ động ứng phó
về biến đổi khí hậu, bảo vệ môi trường. Trong khi đó, các trụ đèn chiếu sáng công cộng
trong Trường đang sử dụng các công nghệ chiếu sáng cũ (bóng cao áp công suất lớn,
đèn huỳnh quang) hiệu suất phát sáng thấp, tuổi thọ ngắn cần được thay thế động bộ.
Sau 30 năm được đưa vào sử dụng, các cột đèn chiếu sáng trên tuyến đường đôi
từ cổng trường lên nhà hiệu bộ đã thực sự có nhiều dấu hiệu xuống cấp và cần được
thay thế. Cụ thể độ sáng của các trụ đèn không còn đảm bảo tiêu chuẩn chiếu sáng
đường nội bộ như quy định của TCXDVN 333:2005; các trụ đèn đã bị các yếu tố từ
bên ngoài (thiên nhiên) và bên trong (tuổi thọ linh kiện) làm hư hại, không còn đảm
bảo đúng tiêu chuẩn BS 5649, TR7 về trụ đèn và chất lượng chiếu sáng đường bộ.
Vì vậy, việc thay thế và nâng cấp các trụ đèn là hoàn toàn cần thiết, để đảm bảo
tiêu chuẩn chiếu sáng TCXD 333:2005 của Bộ xây dựng đã ban hành, mang lại hiệu
quả kinh tế trong chiếu sáng, sự trang trọng cũng như đảm bảo an toàn cho người và
giao thông vào ban đêm ở tuyến đường từ Cổng trường đến nhà Hiệu Bộ.
 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG THỰC TẾ CỦA ĐỀ TÀI
 Đối tượng áp dụng
Cải tạo 4 trụ đèn chiếu sáng giao thông theo công nghệ chiếu sáng mới, hiện đại,

8
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
Khoa, trong trường Đại học Nha Trang, để không chỉ dự án này mà còn nhiều dự án
tượng tự nữa của sinh viên các khóa sau của khoa Điện – Điện tử sẽ mang lại cho quý
thầy (cô) và các bạn sự thoải mái và hài lòng nhất, khi hưởng thụ thành quả của các
công trình công cộng.
Nha Trang, ngày 2 tháng 6 năm 2014
Sinh viên
Nguyễn Quang Hải
9
TỔNG QUAN
Từ khi du nhập vào Việt Nam đến nay, LED dường như đã có chổ
đứng không thể nào thay thế được trong lĩnh vực chiếu sáng bởi sự
tiện dụng, tiết kiệm điện, tuổi thọ và tính thẩm mỹ của nó. Nhiều công
trình mọc lên không thể thiếu sự góp mặt của đèn LED như: nhà cửa,
văn phòng, sân vườn, trang trí cây cảnh, điểm du lịch - giải trí – nghỉ
mát, các biển hiệu quảng cáo lại không thể thiếu,…cho đến chiếu sáng
các công trình giao thông cầu – đường.
Việt Nam với lợi thế là một trong những nước nằm trong giải phân
bố ánh nắng mặt trời nhiều nhất trong năm trên bản đồ bức xạ của thế
giới, năng lượng mặt trời ở Việt Nam có sẵn quanh năm, khá ổn định
và phân bố rộng rãi trên các vùng miền. Đặc biệt, số ngày nắng trung
bình trên các tỉnh của miền Trung và miền Nam là khoảng 300
ngày/năm
[6]
.

thông tại Việt Nam”. Phát triển đến năm 2020 tầm nhìn đến năm 2030.
Như vậy, đã có rất nhiều công trình chiếu sáng công cộng tại Việt Nam đã đi dần vào
nghiên cứu, mở rộng nghiên cứu, ứng dụng mô hình LED, LED – PIN năng lượng mặt trời,
Pin – tích trữ - LED. Đến thời điểm ngày người ta đã không còn nghi ngờ gì về khả năng của
LED trong chiếu sáng và đang từng bước cải tiến hơn nữa về chất lượng, hiệu suất cũng như
tuổi thọ của LED.
Nha Trang là một trong những địa điểm có tổng số giờ nắng trong năm cao của cả nước;
hơn nữa đại học Nha Trang tọa lạc ở vị trí khá thuận lợi: gần biển, thoáng đản, cao và lượng
nắng trong năm cũng đáng kể rất phù hợp để phát triển các loại năng lượng sạch như năng
lượng mặt trời.
Đánh giá tuyến đường từ cổng trường đại học Nha Trang đến Nhà A8, mặc dù chỉ có
duy nhất một vị trí trước Nhà A8 là có khả năng lắp đặt Pin năng lượng mặt trời. Tuy nhiên,
thực tế đã có một đồ án từ khóa 48 trước của Khoa Điện điện tử đã lắp đặt và vận hành thành
công mô hình Pin năng lượng mặt trời – tích trữ - LED để chiếu sáng giao thông tại vị trí trụ
11
đèn trước Nhà A8, cho đến nay đã được gần 5 năm. Đây là tiền đề và cũng là cơ sở để phát
triển tiếp tục cho nhiều công trình chiếu sáng công cộng khác của trường đại học Nha Trang.
12
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH SOLAR – ACU –
LED
Ở phần này chúng ta sẽ được tìm hiểu những lý thuyết cơ bản về Pin năng lượng Mặt
Trời (Solar), Ắc-quy (Acu) và thiết bị chiếu sáng - Led. Ứng dụng của chúng trong đời sống
cũng như trong công nghệ sản xuất năng lượng sạch, sự tối ưu trong việc kết hợp các thiết bị
trên để tạo ra những mô hình thích hợp trên con đường ứng dụng năng lượng sạch.
1.1. PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI (SOLAR)
Pin năng lượng Mặt Trời (PNLMT) (hay pin quang điện, tế bào quang điện), là
thiết bị bán

dẫn

lớp ngoài cùng. Silic có thể kết hợp với Silicon khác để tạo nên chất rắn. Cơ bản có
2 loại chất rắn Silicon: vô định hình (không có trật tự sắp xếp) và đa tinh thể (các
nguyên tử sắp xếp theo thứ tự dãy không gian 3 chiều). PNLMT phổ biến nhất là
dùng đa tinh thể silicon, tuy nhiên ngày nay người ta đã tìm ra nhiều vật liệu khác có
thể thay thế như sự kết hợp của Vonfram và gốm.
Ở
nhiệt

độ

phòng, silic nguyên chất có tính

d

ẫn

điện

kém. Để tạo ra
Silic

có
tính
dẫn điện tốt hơn, có thể thêm vào một lượng nhỏ các nguyên tử nhóm III hay V trong
bảng

tuần

hoàn



hay G

ali ) được gọi là loại
bán

dẫn

p

bởi vì năng lượng chủ yếu mang điện tích dương (positive), trong khi phần
kết hợp với các nguyên tử nhóm V (Phốt

pho , A s

en ) gọi là bán

dẫn

n

vì mang năng
lượng âm (negative).
Cho tới hiện nay thì vật liệu chủ yếu dùng cho sản xuất pin Mặt Trời (và cho các
thiết bị bán dẫn) là các Silic

tinh

thể . Pin Mặt Trời từ tinh thể silic chia ra thành 3
loại. Hình 1.1 Trình bày cấu trúc tinh thể của PNLMT.

ngoại vốn không thể chuyển hóa thành năng lượng. Một khi các pin bị nóng thì giảm
hiệu suất hoạt động vì thế nên phải làm giảm thiểu nhiệt năng.
Tấm năng lượng Mặt Trời tạo thành từ nhiều pin Mặt Trời. Mặc dù mỗi pin chỉ
cung cấp một lượng nhỏ năng

l ư

ợng , nhưng nhiều pin trải dài trên một diện tích lớn
tạo nên nguồn năng lượng đủ dùng. Để đạt được hiệu năng tốt nhất, tấm năng
lượng phải hướng trực tiếp đến Mặt Trời.
Hình 1. : Cấu tạo Pin năng lượng mặt trời
15
Hình 1. : Quá trình tạo một Panel Pin năng lượng mặt trời
Công nghệ trên là sản xuất tấm, nói cách khác các loại trên có độ dày 300 μm
tạo thành và xếp lại để tạo nên module.
1.1.2. Nguyên lý hoạt động
Hình 1. : Nguyên lý hoạt động của Pin năng lượng mặt
16
Hệ thống hai mức năng lượng:
Bình thường điện tử chiếm mức năng lượng thấp E
2
. Khi chiếu sáng hệ thống,
lượng tử ánh sáng (photon) mang năng lượng hv (h là hằng số Plank và v là tần số ánh
sáng) bị điện tử hấp thụ và chuyển lên mức E
1
.
Phương trình cân bằng năng lượng:
hv = E
1
- E

v
+ hv→ e
-
+ h
+
(1.2)
Điều kiện để điện tử có thể hấp thụ năng lượng của Photon và chuyển vùng hóa
trị lên vùng dẫn, tạo ra cặp điện tử lỗ trống là:
hv > E
g
= E
C
– E
v
(1.3)
Suy ra bước sóng tới hạn λ
C
của ánh sáng để có thể tạo ra cặp e
-
- h
+
là:
λ
C
= hc/( E
C
– E
V
) (1.4)
Vậy khi chiếu sáng vào vật rắn, điện tử ở vùng hoá trị hấp thụ năng lượng photon

mức
năng
lượng cao hơn.
- Năng lượng của photon được hấp thụ bởi silic. Điều này thường xảy
ra

khi
năng
lượng của photon lớn hơn năng lượng để đưa electron lên mức
năng

lượng
cao hơn.
Khi photon được hấp thụ, năng lượng của nó được truyền đến các hạt
electron trong màng t i

nh

th ể

. Thông thường các electron này ở lớp ngoài cùng, và
thường được kết dính với các ng u

y ên tử

lân cận vì thế không thể di chuyển xa. Khi
electron được kích thích, trở thành dẫn điện, các electron này có thể tự do di chuyển
trong bán dẫn. Khi đó ng u

y ên tử

Nam.
a)
b)
Hình 1. : Sản xuất điện năng lượng Mặt Trời tại Việt Nam
a) Hệ thống điện năng lượng Mặt Trời nối lưới trên nóc nhà
Bộ Công Thương
b) Hệ thống sản xuất điện từ năng lượng Mặt Trời trên sân thượng Intel Việt
Nam
21
1.1.3.2. Phương tiện giao thông
Sử dụng năng lượng Mặt Trời làm nguồn năng lượng vận hành các phương tiện
giao thông là một hướng phát triển trong lĩnh vực tìm kiếm và sử dụng năng lượng
sạch. Trong tương lai, chắc chắn các phương tiện di chuyển đi lại hay vận chuyển hàng
hóa sử dụng PNLMT sẽ không còn xa lạ mà sẽ trở nên phổ biến như nhiều loại phương
tiện sử dụng động cơ xăng hay nhiên liệu hóa thạch khác, vì đây là hướng phát triển
bền vững của tương lai mà Thế Giới đang hương đến. Hình 1.11 là những ví dụ điển
hình cho việc các phương tiện sử dụng PNLMT sẽ đi vào đời sống một cách phổ biến
trong tương lai không xa.
Hình 1. : Năng lượng Mặt Trời làm
nhiên liệu thay thế cho xăng dầu trên phương tiện giao thông
a) Máy bay chạy bằng năng lượng Mặt Trời
b) Tàu thủy chạy bằng năng lượng Mặt Trời
c) Ôto chạy bằng Pin năng lượng mặt trời
b)
22
a)
c)
23
1.1.3.3. Các ứng dụng khác của PNLMT
Ngoài việc sử dụng tập hợp với quy mô lớn như sản xuất điện năng hay tích hợp

ACU chì gồm có các bản cực bằng chì đi-ô-xít chì ngâm trong dung dịch
acid Sulfuric. Hình 1.12 trình bày cấu tạo của ACU.
Các bản cực thường có cấu trúc phẳng, dẹp, dạng khung lưới, làm bằng hợp kim
chì - Antimone, có nhồi các hạt hóa chất tích cực. Các hóa chất này khi được nạp đầy
là dioxit chì ở cực dương, và chì nguyên chất ở cực âm. Các bản cực được nối với
nhau bằng những thanh chì ở phía trên, bản cực dương nối với bản cực dương, bản
cực âm nối với bản cực âm. Thông thường, các bản cực âm được đặt ở bên ngoài, do
đó số lượng các bản cực âm nhiều hơn bản cực dương. Các bản cực âm ngoài cùng
thường mỏng hơn, vì chúng sử dụng diện tích tiếp xúc ít hơn.
Chất lỏng dùng trong bình accu này là dung dịch acid Sulfuric. Nồng độ của
dung dịch biểu trưng bằng tỷ trọng đo được, tuỳ thuộc vào loại bình accu, và tình
trạng phóng nạp của bình.
Trị số tỷ trọng của bình accu khi được nạp đầy được quy ra ở 25⁰C (77⁰F) được
cho ở Bảng 1.1
Hình 1. : Cấu tạo ACU chì - acid
25
Bảng 1. : Tỷ trọng bình ACU ở 25
0
C
Loại bình accu Tỷ trọng điện
phân
Bình accu làm việc ở chế độ tải nặng, thí dụ các xe tải điện
công nghiệp
1,275
Bình accu dùng cho xe ôtô, phi c

ơ . 1,260
Bình accu dùng cho tải không nặng lắm: thí dụ như chiếu
sáng , hoặc khởi động các động cơ lớn…
1,245