TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY ĐÔ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ VIẾT BÁO CÁO KHOA HỌC Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hệ thống chiếu sáng thông minh, tiết kiệm năng lượng sử dụng điốt phát quang (LED) và nguồn cấp điện pin mặt trời Sinh viên: Phạm Văn Nhất MSSV:13D520201032 Lớp: Điện Tử 8 I- MỞ ĐẦU 1.chọn đề tài mục đích Trước nguy cơ cạn kiệt các nguồn năng lượng hóa thạch, những nguồn năng lượng tự nhiên tái tạo được, thân thiện với môi trường đã được đặc biệt chú trọng. Trong đó, năng lượng mặt trời với công suất vô cùng lớn đã trở nên quan trọng hơn rất nhiều trong cán cân năng lượng của loài người. Ở nước ta, ý thức được ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đối với sự phát triển, Chính phủ đã xem chính sách về năng lượng, sử dụng năng lượng là một trong những chính sách ưu tiên. Những sản phẩm công nghệ cao được khuyến khích phát triển, trong đó có vật liệu quang điện tử và quang tử, công nghệ chiếu sáng hiệu suất cao tiết kiệm năng lượng, các bộ biến đổi thông minh liên quan đến tấm pin mặt trời, thiết bị và trạm phát điện dùng năng lượng tái tạo, trong đó có điện mặt trời. II- NỘI DUNG 1- Các khái niệm Đèn chiếu sáng sử dụng các LED phát ánh sáng trắng. LED (viết tắt của Light Emitting Diode, tạm dịch: điốt phát quang) là các điốt có khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại. Giống như điốt, LED được cấu tạo từ một khối bán dẫn loại p ghép với một khối bán dẫn loại n. Tương tự như bóng đèn tròn bình thường nhưng không có dây tóc ở giữa, đèn LED tạo ra nhiều ánh sáng hơn, tỏa nhiệt ít hơn so với các thiết bị chiếu sáng khác. Cấu tạo Mỗi điểm LED (Light Emitting Diode) là một diode cực nhỏ, phát sáng do sự vận động của các electron bên trong môi trường bán dẫn. Để chiếu sáng toàn bộ màn hình, các đèn nền LED phải xếp tương ứng 1-1 với ma trận điểm ảnh màu. Việc sắp xếp như vậy cho phép điều chỉnh độ sáng chính xác đến từng điểm ảnh trên toàn bộ màn hình, mang lại sự tương phản tốt hơn và loại bỏ được hiện tượng lệch màu tại các góc mà màn hình LCD chiếu sáng nền bằng đèn huỳnh quang (CCFL) thường gặp phải. Ngoài ra, "bóng đèn" LED lại tiêu tốn ít điện năng hơn những thiết bị phát sáng khác. Tuy nhiên, màn hình càng lớn càng cần nhiều LED và giá thành vì thế cũng leo thang đến mức chóng mặt. Tính chất của công nghệ LED Những tính chất riêng có đã quy định đặc thù của công nghệ đèn LED và tạo nên những ưu điểm khiến LED đánh bại bất cứ công nghệ chiếu sáng nào đã từng tồn tại. Tiêu thụ điện năng thấp so với ánh sáng thông thường. Tiết kiệm mức thấp nhất, hiệu suất chiếu sáng cao hơn nữa tiết kiệm khoảng 75% điện so với đèn chiếu sáng thông thường. Thân thiện với môi trường: Không tia cực tím, không bức xạ tia hồng ngoại, phát nhiệt của ánh sánh thấp, không chứa thủy ngân và những chất có hại…, không gây ô nhiễm môi trường. Không sử dụng thủy ngân, giảm thiểu tối đa việc sử dụng chì cho các mối hàn, ít nhất thì người dùng cũng sẽ an tâm hơn hẳn khi giảm được 1 phần tác hại không mong muốn của các vật dụng luôn theo sát bên mình trong khi làm việc hay giải trí. Nhiệt độ làm việc thấp: Nhiệt độ làm việc của bóng đèn LED cao hơn nhiệt độ môi trường khoảng 5 – 80C, thấp hơn so với đèn huỳnh quang thông thường là khoảng 13 – 250C. Tuổi thọ cao: Vượt qua 50,000 giờ (tương đương với 6 năm thắp sáng liên tục). Theo các tài liệu về đặc tả các tiêu chuẩn kỹ thuật của công nghệ LED thì ít nhất màn hình của bạn cũng sẽ có tuổi thọ cao hơn 2 lần so với các sản phẩm LCD cũ. Mỏng và nhẹ: các sản phẩm sử dụng công nghệ LED thường có ưu điểm là thiết kế mỏng và trọng lượng nhẹ. Chất lượng hình ảnh: Màu đen rất chân thực trong khi màu trắng vẫn có được độ sáng cần thiết, điều này tạo nên sự tương phản rất cao - thể hiện qua thông số độ tương phản động (DCR) của đã vượt qua mức 10.000.000:1, gấp hàng chục lần so với công nghệ tốt nhất của LCD - giúp các sản phẩm màn hình công nghệ LED có hình ảnh có chiều sâu và sống động và "đều" hơn. Đa dụng: Một điểm rất đặc trưng của các màn hình công nghệ LED chính là khả năng thể hiện hình ảnh rất tốt ngay cả trong điều kiện môi trường có độ sáng cao, việc thử nghiệm rất dễ dàng, hãy dùng 1 đèn công suất cao và chiếu thẳng vào màn hình của bạn và cảm nhận. Lịch sử phát triển công nghệ LED Công nghệ đèn đa sắc LED đã trở thành công nghệ chiếu sáng hàng đầu hiện nay. Ảnh: Wikipedia Công nghệ LED (Light-emitting Diod) lần đầu tiên được nhà khoa học Oleg Losev phát minh ra ở Nga vào năm 1920. Bóng đèn LED được giới thiệu thương mại hóa lần đầu tiên ở Mỹ năm 1962. Nick Holonyak Jr - được xem là cha đẻ của công nghệ đèn đa sắc LED - đã hợp tác cùng với M. Geogre Crawford ở Trường Đại học Illinois (Hoa Kỳ) để hoàn thiện hết các màu sắc sẵn có của LED. Kể từ đó, công nghệ đèn chiếu LED được gắn liền với sự phát triển của công nghệ chiếu nền trong những chiếc TV. Sau này, đèn LED tiếp tục được phát triển rộng rãi và bắt đầu được áp dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau. Điểm khác biệt duy nhất giữa công nghệ màn hình LED và công nghệ LCD hiện thời chính là hệ thống đèn chiếu nền phía sau hay còn gọi là đèn backlight. Đối với công nghệ LCD thông thường, các nhà sản xuất dùng hệ thống đèn nền CCFL, tức đèn nền huỳnh quang cathode lạnh. Đèn nền CCFL gồm các bóng đèn dạng ống bố trí song song nằm ngang. Nhược điểm của đèn nền CCFL là không thể tắt hẳn ở những pixel nhất định mà phải tắt cả khu vực, chính vì vậy không thể cho độ tương phản cao, đồng thời các vùng tối và sắc đen không được thể hiện một cách chính xác. Công nghệ màn hình LED trang bị hệ thống đèn nền bằng các diode phát quang. Chúng có thể thay đổi màu sắc ánh sáng theo bước sóng, vì thế chỉ một đèn diode phát quang có thể tạo ra rất nhiều sắc màu mà không bị giới hạn bởi các ánh sáng đơn sắc như bóng đèn thường. Ưu điểm của đèn nền LED là cho dải màu rộng hơn, màu sắc trung thực và độ sáng cao hơn 40% so với đèn nền thông thường. Về mặt mỹ thuật, màn hình sử dụng công nghệ màn hình LED không cần dùng pannel kính nên khung viền màn hình được thiết kế mỏng hơn, giúp màn hình trở nên thanh thoát. Màn hình sử dụng công nghệ LED backlight không những giúp tiết kiệm 30% điện năng tiêu thụ so với màn hình LCD thường mà còn là một sản phẩm điện tử xanh: không sử dụng các chất gây hại cho môi trường như thủy ngân, chì , vì các mối hàn được thay bằng hợp kim đồng bạc. Các ứng dụng công nghệ LED Công nghệ LED ứng dụng trong thiết kế và trang trí nội thất. Ảnh: trendir Công nghệ LED đang đi vào cuộc sống thường ngày của người tiêu dùng thông qua nhiều hình thức sản phẩm đa chủng loại như đèn chiếu sáng sử dụng các LED phát ánh sáng trắng. LED cũng được dùng để làm bộ phận hiển thị trong các thiết bị điện, điện tử, đèn quảng cáo, trang trí, đèn giao thông. Các LED phát ra tia hồng ngoại được dùng trong các thiết bị điều khiển từ xa cho đồ điện tử dân dụng. Đèn LED trắng nói riêng và đèn LED nói chung có nhiều ứng dụng rộng rãi mà đèn huỳnh quang không làm được như đèn xe, đèn đường, đèn hầm mỏ, đèn chiếu hậu cho màn hình của điện thoại cầm tay, đèn chiếu hậu cho màn hình tinh thể lỏng (LCD), in ấn kỹ thuật số Một đặc điểm khác của đèn LED là ít tiêu hao năng lượng và không nóng. Bóng đèn truyền thống, đèn neon, đèn halogen đều cần từ 110-220 V mới cháy được, trong khi đèn LED trắng chỉ cần từ 3-24 V để phát sáng. Do ít tiêu hao năng lượng nên đèn LED có thể sử dụng ở vùng sâu vùng xa mà không cần nhà máy phát điện công suất cao 2.Thực Trạng Hiện nay. các công trình đều mang tính nhỏ lẻ, thực hiện ở nơi không có điện lưới, chủ yếu lắp đặt phục vụ những công trình viễn thông, đèn tín hiệu, hoặc phục vụ dân sinh ở vùng sâu, vùng xa, hải đảo, từ kinh phí của các quỹ phi lợi nhuận. Các hệ điện mặt trời độc lập lệ thuộc vào hệ thống tích trữ năng lượng (ắc quy), do đó khó nâng được công suất và khó giảm chi phí lắp đặt. Trong khi đó, hầu hết thiết bị liên quan đến điện mặt trời đều nhập với giá cao, hệ thống tích trữ năng lượng cần phải thay thường xuyên, khiến giá thành điện năng cao hơn nhiều so với điện lưới. Nhằm tối ưu và hợp lý hóa các giải pháp công nghệ và các thiết bị đã có liên quan đến điện mặt trời để chế tạo hệ thống chiếu sáng có thể hoạt động độc lập, hiệu quả, tiết kiệm năng lượng, tập trung vào một số mục tiêu cụ thể. Đó là phát triển công nghệ chế tạo các tấm panel pin mặt trời, phát triển một phần giải pháp công nghệ liên quan đến thiết kế, chế tạo modul đèn LED và hệ thống chiếu sáng bằng modul đèn LED. Ngoài ra, các nhà khoa học còn nghiên cứu các đặc trưng chiếu sáng của từng loại chíp đèn LED, từ đó tính toán chế độ thích hợp với điều kiện sử dụng. Sau nhiều nỗ lực, nhóm nghiên cứu đã cho ra đời hệ cắt phiến pin mặt trời, chế tạo bộ Laminator (hệ ép chân không gia nhiệt) để chế tạo panel pin mặt trời có công suất đến 150W, có khả năng ép 300kW panel pin mặt trời/năm; đèn LED có công suất chiếu sáng 5, 10 và 30W, hệ thống điện mặt trời 10kW với đèn LED hoạt động độc lập chiếu sáng nội và ngoại thất Dự án thành công hứa hẹn giúp thay thế được hàng nhập khẩu. Bên cạnh đó, đề tài cũng nghiên cứu hệ thu và tích trữ năng lượng, điều khiển tự động để chế tạo hệ thống chiếu sáng có hiệu quả cao, hoạt động độc lập bằng năng lượng mặt trời, sử dụng thuận tiện cho gia đình hay công sở, phù hợp với điều kiện Việt Nam. Hệ thống còn được tích hợp các bộ phận cảm ứng ánh sáng, được lập trình chiếu sáng theo thời gian, tự động điều tiết năng lượng dự phòng, cảnh báo lỗi và cảnh báo an toàn. Hệ thống có thể được sử dụng linh hoạt ở nhiều nơi như khuôn viên trường học, tòa nhà, đường phố, phòng thí nghiệm… mà không phụ thuộc vào nguồn điện lưới. Đề tài hiện đã chuyển giao một phần hệ điện mặt trời và hệ chiếu sáng bằng modul LED cho Bộ Khoa học và Công nghệ./. 3-nguyên nhân Nhờ những ưu điểm vượt trội so với các loại đèn khác như, huỳnh quang, compact, sợi đốt… đèn LED đang là lựa chọn số 1 của người tiêu dùng với mong muốn sử dụng điện tiết kiệm, hiệu quả hơn. Tuy nhiên, làm thế nào để sử dụng đèn LED hiệu quả mà vẫn thật an toàn? đèn LED an toàn hơn các loại đèn khác khi sử dụng trong môi trường ẩm ướt, môi trường dễ bắt lửa vì sử dụng điện 1 chiều với bộ nguồn ngoài, có điện thế thấp. Nếu như bóng đèn thường chỉ phát sáng ở hiệu điện thế 110-220 V, thì bóng LED trắng có thể hoạt động ở mức 12 V. Đèn LED ngày nay đang ngày càng phổ biến và việc tìm mua một sản phẩm đèn LED trên thị trường đã trở nên dễ dàng hơn. Tuy nhiên, nhiều sản phẩm có nguồn gốc xuất xứ khác nhau, không phải người tiêu dùng nào cũng hiểu được các thông số, cũng như tính năng của sản phẩm. Rất nhiều sản phẩm ghi thông số rất chung chung và chưa chính xác. Điều này đã gây không ít khó khăn cho người sử dụng khi chọn mua sản phẩm. Tuy kích cỡ chỉ nhỏ hơn một đồng xu nhưng những chiếc bóng đèn này có hiệu suất cao gấp 12 lần bóng đèn dây tóc và gấp ba lần bóng đèn huỳnh quang. Thêm vào đó, loại bóng này sẽ phát sáng ngay lập tức sau khi bật chứ không mất thời gian như các bóng tiết kiệm điện thế hệ hiện nay. Bóng đèn LED không chứa thủy ngân và do đó sẽ ít gây hại cho môi trường hơn khi thải bỏ. Ngoài ra ánh sáng của bóng đèn LED là ánh sáng liên tục chứ không nhấp nháy như của bóng huỳnh quang, vốn bị coi là nguyên nhân gây ra bệnh đau nửa đầu và động kinh. Với tuổi thọ 100.000 giờ, loại bóng đèn này có thể sử dụng lâu hơn 10 lần so với các loại bóng tiết kiệm điện III – KẾT LUẬN Hiện nay, việc giá điện ngày càng tăng, các hộ gia đình sử dụng sẽ hạn chế tối đa mức sử dụng điện. Nhưng liệu đó đã phải là giải pháp tốt nhất Thực tế hiện nay việc sử dụng bóng đèn sợi đốt ở các hộ gia đình hầu như không còn, có tới 95% đã chuyển sang sử dụng đèn Compact. Đèn Compact đã thực sự là giải pháp tiết kiệm có thể thay thế đèn sợi đốt. Các nghiên cứu cho thấy tại các nước phát triển, hầu hết họ đều sử dụng công nghệ Đèn LED để giảm thiểu điện năng trong chiếu sáng. Ở Việt Nam, cũng có rất nhiều đại lý, nhà phân phối Đèn LED nhưng sự tiếp nhận của người tiêu dùng chưa cao . PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ VIẾT BÁO CÁO KHOA HỌC Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hệ thống chiếu sáng thông minh, tiết kiệm năng lượng sử dụng điốt phát quang (LED) và nguồn cấp điện pin mặt trời . nghệ chiếu sáng hiệu suất cao tiết kiệm năng lượng, các bộ biến đổi thông minh liên quan đến tấm pin mặt trời, thiết bị và trạm phát điện dùng năng lượng tái tạo, trong đó có điện mặt trời. II-. nghệ và các thiết bị đã có liên quan đến điện mặt trời để chế tạo hệ thống chiếu sáng có thể hoạt động độc lập, hiệu quả, tiết kiệm năng lượng, tập trung vào một số mục tiêu cụ thể. Đó là phát