Giải pháp tái sử dụng nguồn năng lượng dư thừa làm đèn tiết kiệm năng lượng góp phần bảo vệ môi trường

Mô tả giải pháp kỹ thuật đã biết Theo tìm hiểu của tác giả, trong nước chưa có cá nhân, nhóm tác giả nào công bố đềtài về việc tái sử dụng cục cốc sạc điện thoại cũ hay pin laptop cũ cho

UBND TỈNH VĨNH LONG HỘI THI SÁNG TẠO KỸ THUẬT TRẦN ĐẠI NGHĨA

LẦN THỨ VII, NĂM 2018-2019

-GIẢI PHÁP

TÁI SỬ DỤNG NGUỒN NĂNG LƯỢNG DƯ THỪA

LÀM ĐÈN TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG,

GÓP PHẦN BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG

Lĩnh vực: Năng lượng

Tác giả: Lê Hoàng Ân

Cơ quan: Sở Giáo dục và Đào tạo Vĩnh Long Địa chỉ: số 24 đường 3/2, F1, Tp Vĩnh Long

Vĩnh Long, 29/4/2019

UBND TỈNH VĨNH LONG HỘI THI SÁNG TẠO KỸ THUẬT TRẦN ĐẠI NGHĨA

LẦN THỨ VII, NĂM 2018-2019

-GIẢI PHÁP

TÁI SỬ DỤNG NGUỒN NĂNG LƯỢNG DƯ THỪA

LÀM ĐÈN TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG, GÓP PHẦN BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG

Lĩnh vực: Năng lượng

Xác nhận của cơ quan Tác giả

Lê Hoàng ÂnVĩnh Long, 29/4/2019

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

PHIẾU ĐĂNG KÝ DỰ THI 2

BẢN TÓM TẮT GIẢI PHÁP DỰ THI 4

BẢN TOÀN VĂN GIẢI PHÁP DỰ THI 8

1 Tên giải pháp 8

2 Các giải pháp kỹ thuật đã có 8

3 Bản chất kỹ thuật của giải pháp dự thi 9

3.1 Nguyên lý các vấn đề kỹ thuật được đặt ra 10

3.1.1 Kiến thức mạch điện một chiều 11

3.1.2 Các thông số linh kiện 11

3.1.3 Sơ đồ mạch tổng quát 11

3.1.4 Tính điện trở cho led 12

3.2 Mô tả chi tiết 13

3.2.1 Quy trình (phương pháp) 13

3.2.2 Cơ cấu 17

3.2.3 Về chất liệu 18

3.2.4 Tuyền truyền ý thức bảo vệ môi trường 19

4 Hiệu quả đạt được của giải pháp 23

4.1 Các địa điểm đã triển khai thực nghiệm 23

4.2 Hiệu quả về mặt kinh tế 23

4.3 Hiệu quả về mặt kỹ thuật 24

4.4 Hiệu quả về mặt xã hội 24

5 Kết luận 25

TÀI LIỆU THAM KHẢO 26

PHỤ LỤC 1 27

PHỤ LỤC 2 28

PHỤ LỤC 3 29

BẢN TÓM TẮT GIẢI PHÁP DỰ THI

1 Tên giải pháp dự thi: “Tái sử dụng nguồn năng lượng dư thừa làm đèn tiết kiệm

năng lượng, góp phần bảo vệ môi trường”

2 Mô tả giải pháp kỹ thuật đã biết

Theo tìm hiểu của tác giả, trong nước chưa có cá nhân, nhóm tác giả nào công bố đềtài về việc tái sử dụng cục (cốc) sạc điện thoại cũ hay pin laptop cũ cho việc chế tạo đèn.Diễn đàn mạng cũng có nhiều web hướng dẫn chế tạo đèn siêu sáng từ pin laptop cũ, tuynhiên các web này cũng chỉ dừng lại ở năm vấn đề:

- Sử dụng cell pin laptop mắc (nối tiếp 3 pin x 4 dãy song song) x 2 tương đươngnguồn 12V, hạn chế là cần một mạch sạc 3S cho 12V với kích thước gấp 4 mạch sạc 1Shay sạc ngoài đều gây khó khăn cho việc thiết kế không gian đèn

- Sử dụng bóng đèn đã thành phẩm (12V, 20W): các loại này đều có bán trên thịtrường nhưng đắt tiền hơn cá nhân tự thiết kế, đặc biệt là không phát huy niềm đam mê vàkhả năng sáng tạo của người làm

- Sử dụng đèn led tiết kiện năng lượng: các led từ type 1,2m đã hỏng

- Tận dụng các vật dụng phế thải: ống nhựa, chai thủy tinh, ly nhựa, muỗng nhựa

- Phát huy khả năng sáng tạo: thiết kế kiểu dáng

- Góp phần bảo vệ môi trường: tái sử dụng rác thải nhựa khó phân hủy, rác thải điện

tử có nhiều kim loại nặng gây ô nhiễm môi trường nước và đất

- Giáo dục học sinh có ý thức bảo vệ môi trường: học sinh biết tái sử dụng các vậtdụng dư, cũ làm các vật dụng yêu thích; biết thu gom rác thải nguy hiểm để xử lý đúngquy định

- Khắc phục được hạn chế của các giải pháp đã biết:

∙ Sử dụng nguồn mắc song song có điện áp 3,7 V; dùng mạch sạc nhỏ gọn đểthiết kế trong không gian khá hẹp, khi đó có thể sạc từ cục sạc dành cho các thiết bị smartphone có hệ điều hành android

∙ Tự thiết kế kiểu dáng đèn theo ý tưởng sáng tạo cá nhân từ led 5mm và cácbóng led của type 1,2m đã hỏng nguồn cấp

∙ Sử dụng cục sạc điện thoại trong thiết kế đèn

∙ Truyền cảm hứng cho học sinh, giúp các em trải nghiệm để gắn kết giữa lýthuyết và thực tiễn, trong đó lồng ghép vào việc giáo dục ý thức bảo vệ môi trường sống;góp phần đổi mới phương pháp trong việc dạy và học trong giai đoạn hiện nay

cũ, đèn led với kiểu dáng yêu thích của từng nhóm Trong thời gian tới (sau khi hoàn thànhHội thi sáng tạo Trần Đại Nghĩa) tác giả sẽ nhân rộng cho học sinh yêu thích tái chế ở cáchuyện, thị và ở cấp THPT Với cấp THPT tác giả sẽ hướng dẫn các em học sinh tái sửdụng pin laptop, pin điện thoại cũ để thiết kế đèn

5 Hiệu quả đạt được

a Kinh tế

Qua thời gian gần 5 năm kể từ lúc hình thành ý tưởng, tác giả bắt đầu từ việc thiết

kế các đèn đơn giản là sử dụng cục sạc điện thoại với led 5mm, hiện tại chuyển sang giaiđoạn thiết kế theo hướng sáng tạo, kiểu dáng độc và lạ, dùng cell pin laptop hoặc pin điện

thoại kết hợp với led 5mm hoặc nhân của các type led 1,2m Khi thiết kế, dựa vào nhữngvật liệu phế thải từ đó mới tạo hình cho sản phẩm Hiện nay đã làm trên 20 sản phẩm, tất

cả các sản phẩm đều:

o Tận dụng nguồn năng lượng dư thừa và phần lớn các vật dụng phế thải

o Sản phẩm dự thi có giá thành rẻ hơn đèn sạc led Comet CRL3103S, dù cả hai đều

có cùng một số chức năng, kiểu dáng tương tự; riêng các sản phẩm khác có thể không cóbán trên thị trường

o Chiết tính giá thành của sản phẩm dự thi (không tính đến công thực hiện):

▪ 9 thanh led (mỗi thanh 4 chip led) được cắt từ type 1,2m đã hỏng nguồn cấp.

▪ Chân đèn: cổ xoay ăng ten đã hỏng.

▪ Chụp đèn: ống mực máy in siêu tốc.

▪ Đế gắn các thanh led: ống nhựa φ34 (8cm) dư thừa.

▪ 2 cell pin laptop cũ tổng dung lượng 4.800mAh.

▪ Đơn giản, dễ thiết kế

▪ Ứng dụng mạch điện một chiều để mắc mạch điện cho đèn

▪ Tiết kiệm được năng lượng

▪ Tự do sáng tạo kiểu dáng

▪ Đã tập huấn kỹ thuật cho học sinh trường THCS Nguyễn Trường Tộ

▪ Thông số kỹ thuật:

1 Công suất tiêu thụ tối đa 9 x 4 x 0,2 W = 7,2W 20 x 0,5= 10W

c Xã hội

▪ Giáo dục ý thức sử dụng tiết kiệm năng lượng, bảo vệ môi trường sống, môitrường học tập cho học sinh: học sinh biết tính nguy hại của rác thải nhựa và rác thải điệntử; biết cách tái chế để sử dụng, biết thu gom để tiêu hủy đúng quy định

▪ Truyền cảm hứng sáng tạo, đam mê nghiên cứu khoa học cho học sinh: họcsinh tự làm được các sản phẩm theo ý thích, các em tiếp tục truyền cảm hứng cho bạn đểcùng nhau làm các sản phẩm mang tính sáng tạo và độc đáo hơn

▪ Góp phần đổi mới phương pháp trong dạy học: tạo sự yêu thích môn học, gópphần nâng cao chất lượng bộ môn và chất lượng chung của nhà trường

▪ Gắn kết giữa lý thuyết với thực tiễn: học sinh vận dụng kiến thức môn vật lývào để tạo ra sản phẩm, giúp học sinh hiểu rõ về bản chất vật lý của vấn đề, có sự khác biệtgiữa lý thuyết với thực tiễn

Tác giả

Lê Hoàng Ân

BẢN TOÀN VĂN GIẢI PHÁP DỰ THI

- Sử dụng cell pin laptop mắc (nối tiếp 3 pin x 4 dãy song song) x 2 tương đươngnguồn 12V, hạn chế là cần một mạch sạc 3S cho 12V với kích thước gấp 4 mạch sạc 1Shay sạc ngoài đều gây khó khăn cho việc thiết kế không gian đèn

- Sử dụng bóng đèn đã thành phẩm (12V, 20W): các loại này đều có bán trên thịtrường nhưng đắt tiền hơn cá nhân tự thiết kế, đặc biệt là không phát huy niềm đam mê vàkhả năng sáng tạo của người làm

và tính sáng tạo trong việc thiết kế đèn

Vấn đề thứ hai là việc sử dụng các nguồn năng lượng dư thừa như thế nào tiết kiệmnhất Các nguồn năng lượng này không chỉ là các cell pin mà cả pin điện thoại hay nguồnchuyển đổi năng lượng như cục sạc điện thoại cũng sử dụng được và chúng phải được kếthợp với các thiết bị tiêu thụ năng lượng Trong thiết kế đèn thì việc kết hợp các nguồnnăng lượng dư thừa với đèn led sẽ mang lại hiệu quả nhất Đồng thời khi sử dụng chúng, tavừa tiết kiệm năng lượng, vừa hạn chế được rác thải nguy hại cho môi trường

Vấn đề thứ ba là các web trên chủ yếu hướng dẫn thực hiện giải pháp kỹ thuật, chưa

đề cặp đến vấn đề hạn chế, hay cách xử lý rác thải khó phân hủy, rác thải nguy hại đến môitrường Đây là một vấn đề có thể xem là cấp bách hiện nay khi tất cả mọi người, mọi quốcgia đều chung tay bảo vệ môi trường sống, làm cho nó càng ngày càng trở nên trong lành,sạch sẽ hơn và cũng là yếu tố mà tác giả quan tâm nhiều nhất Tác giả muốn hướng đến đốitượng là các em học sinh, vì chính các em là người phải hành động, phải cứu lấy môitrường sống cho tương lai Chúng ta cần tuyên truyền, giáo dục cho các em ý thức đượccác tác hại khi môi trường bị ô nhiễm để các em có hành động một cách thiết thực nhất

3 Bản chất kỹ thuật của giải pháp dự thi

Theo nhận định của Trung tâm Phát triển và Hội nhập Việt Nam (CDI), trung bìnhmỗi năm, một người Việt thải ra môi trường 1kg rác thải điện tử Như vậy với dân số 90triệu người thì tổng lượng rác thải điện tử lên tới 90.000 tấn/năm Việc này đang tiềm ẩnnguy cơ gây ra những tác hại với môi trường.Thông thường người dân có thói quen báncác loại máy tính cũ, tivi hay các đồ điện tử gia đình không còn sử dụng cho người thugom đồ đồng nát Nhiều người dân cũng có biết sơ về tác hại của rác thải điện tử Tuynhiên vì không có thời gian thu gom, tích trữ để mang tới nơi tiêu hủy, nên với các đồ điện

tử đã hỏng hóc, không thể sử dụng, chỉ mang bỏ vào thùng rác để xe chở rác tới thu gomvào cuối ngày Chính những cách hiểu và cách làm trên của một bộ phận người dân đãkhiến cho rác thải điện tử trở nên nguy hại với môi trường sống hơn bao giờ hết Theo cácnhà khoa học, hóa chất độc hại như chì, thủy ngân, đồng, niken, bari hay arsen là nguyênliệu cần thiết để chế tạo thiết bị điện tử nhưng chính nó lại ảnh hưởng nghiêm trọng tới sứckhỏe của người lao động, cộng đồng và môi trường Nhiều hóa chất và kim loại trong sốnày được biết đến như nguyên nhân của những căn bệnh nghiêm trọng như ung thư, suy

giảm nhận thức hay khiến các cơ quan nội tạng bị hủy hoại Các vấn đề này đã được nhiềuquốc gia trên thế giới như Mỹ, Scotland, Hàn Quốc… cảnh báo.

Trước nguy cơ ô nhiễm từ các loại rác thải điện tử, một số tổ chức, doanh nghiệp đãtriển khai thu gom chúng Dự án được khởi xướng bởi các nhà sản xuất thiết bị điện - điện

tử nhằm thu hồi miễn phí các thiết bị đã qua sử dụng hoặc bị hỏng để bảo đảm việc tái chế

an toàn và thân thiện với môi trường, hướng đến giảm thiểu rác thải điện tử, tăng cường táichế và kiểm soát tác động đến môi trường, sức khỏe và an toàn cho sản phẩm vào cuốivòng đời sử dụng

Tại thời điểm này, các sản phẩm được thu gom miễn phí bao gồm các loại thiết bị:Máy tính, màn hình, CPU; máy in, máy fax, máy quét; điện thoại di động và máy tínhbảng; máy photocopy; các loại pin; các linh kiện khác liên quan đến công nghệ thông tinnhư bàn phím, chuột, cáp, sạc Tuy nhiên các dự án trên chỉ mới triển khai tại các thànhphố lớn như Hà Nội, Tp Hồ Chí Minh Theo tác giả tìm hiểu, ở Vĩnh Long công tác nàychưa được triển khai, chính vì vậy hoạt động tuyên truyền, giáo dục về việc thu gom, táichế, phân loại rác thải và nâng cao nhận thức của người dân về mối nguy hại của rác thảiđiện tử, đồng thời phát đi thông điệp bảo vệ môi trường rộng rãi trong cộng đồng xã hội làvấn đề cấp bách hiện nay

Để góp phần trong việc bảo vệ môi trường, sử dụng năng lượng một cách tiết kiệm,tác giả đã có ý tưởng tái sử dụng các nguồn năng lượng dư thừa và rác thải để chế tạo cácsản phẩm phục vụ đời sống con người mà chủ yếu là chế tạo các loại đèn led Sự kết hợpnày vừa mang lại lợi ích về kinh tế, vừa phát huy được khả năng sáng tạo trong việc thiết

kế đèn, vừa góp phần bảo vệ môi trường đồng thời có thể triển khai mở rộng cho học sinhbậc trung học Khi triển khai cho học sinh chúng ta đạt được hai mục đích: giúp các embiết vận dụng lý thuyết vào thực tiễn, truyền cảm hứng, đam mê nghiên cứu khoa học chocác em đồng thời các em vừa là đối tượng, vừa là tuyên truyền viên tích cực trong việc xử

lý rác thải nguy hại đúng cách để bảo vệ môi trường

3.1 Nguyên lý các vấn đề kỹ thuật được đặt ra

Giải pháp mà tác giả đề ra không phải là giải pháp khó thực hiện, nền tảng lý thuyếtchủ yếu là dựa trên phân môn điện một chiều trong môn Vật lý ở chương trình phổ thông

và hiểu cơ bản về thông số của nguồn điện và led Tất cả các cá nhân, các em học sinh đều

có thể thực hiện được khi nắm vững kiến thức này

3.1.1 Kiến thức mạch điện một chiều

3.1.2 Các thông số linh kiện

+Nguồn điện, biến điện

● Cục sạc điện thoại

- Ngõ vào: 100V-220V, 0,3A-0,5A

- Ngõ ra: 5,0V, 0,5-1,0A

● Cell pin (laptop, sạc dự phòng), pin điện thoại

- Dung lượng có nhiều loại: 1200mAh,1800mAh, 2400mAh, 3000mAh

- Điện áp: 3,7V, 4,2V, 6,0V

- Đặc điểm: sạc được nhiều lần

+ Led: 5mm, các led từ bóng type 1,2m.

3.1.3 Sơ đồ mạch tổng quát

Hình 1: Sơ đồ mạch tổng quát

3.1.4 Tính điện trở cho led

Trong thực tế khi làm đèn led ta luôn gặp phải các nguồn có điện áp cao hơn điện

áp định mức của bóng led vì vậy trước khi thiết kế đèn ta cần tính điện trở nối với bóng led

để đèn hoạt động bình thường và tuổi thọ của đèn được bền lâu Nếu thiết kế đèn led cónhiều bóng lẻ mắc song song thì ta tính trở hạn dòng cho mạch led theo công thức

nguon led led

vì điốt không có tính hạn dòng như điện trở

Một giải pháp cho việc thiếu điện trở hạn dòng phù hợp là sử dụng chiết áp điện tử,các chiết áp điện tử có điện trở khoảng từ 5K trở lên Khi mắc chúng vào mạch có thể làm

thay đổi độ sáng của đèn led Sản phẩm của tác giả đã sử dụng chiết áp 10K (3.000đ/1con)

để làm trở hạn dòng

Đây là hai giải pháp mà tác giả chưa thấy web nào khác đề cập đến trong quá trìnhthiết kế mạch đèn Tác giả muốn giới thiệu tính mới ở việc sử dụng tính năng của điốt vàchiết áp thay thế cho điện trở hạn dòng trong việc thiết kế mạch đèn led dùng để thắp sáng

3.2 Mô tả chi tiết

Để làm đèn led tiết kiệm năng lượng, tận dụng tối đa các rác thải cần thực hiện theoquy trình sau:

3.2.1 Quy trình (phương pháp)

a Thiết kế mạch

Dựa vào mục đích sử dụng mà ta có thể thiết kế mạch

điện cho phù hợp, tuy nhiên các thành phần chính trong mạch

gồm: nguồn năng lượng, bộ phận chuyển tiếp năng lượng,

nguồn sáng Các bộ phận này phải được thiết kế, sắp xếp sao

cho khoa học, thẩm mỹ, đặc biệt là dễ dàng tháo lắp khi cần Hình 2: Sơ đồ mạch đèn

Với mục đích thiết kế sản phẩm dự thi là vừa làm đèn ngủ, vừa làm đèn thắp sángnên trong mạch tổng quát có mắc thêm chiết áp để thay đổi dòng trên hệ thống bóng led

b Thiết kế kiểu dáng, chọn nguyên vật liệu

Khi thiết kế một đèn, tác giả thường tìm ý tưởng sao cho càng độc đáo càng tốt vàphải tận dụng tối đa các vật phế thải dư thừa xung quanh Dựa vào kiểu dáng các vật cósẵn hay thiết kế kiểu dáng ưa thích Các vật liệu để làm đèn rất đa dạng có thể từ nhựa, ốngnước, chai thủy tinh, hay tận dụng các tấm alu nhỏ được thải ra từ các công trình Việc làmnày đã giúp hạn chế được rác thải nguy hại ra môi trường đồng thời phát huy tính sáng tạocủa người thiết kế

Đối với sản phẩm dự thi, tác giả muốn làm một đèn led kiểu dáng như đèn măngsông Như vậy, đèn phải có hệ bóng led hình trụ, có chụp đèn bao bọc xung quanh, và phảichọn được chân đèn phù hợp dáng như các chân đèn ngày xưa

Từ ý tưởng thiết kế ta phải chọn nguyên vật liệu phù hợp:

- Nguồn năng lượng: tận dụng 2 cell pin trong cục sạc dự phòng 4.800mAh đã hỏngmạch sạc.

- Hệ bóng led: tận dụng các led trong ống type 1,2m đã hỏng nguồn cấp

từ type của đèn 1,2m Việc tái chế này vừa kinh tế, vừa hạn chế rác thải nguy hại Đây làloại led mà tác giả thích dùng vì độ sáng cao hơn led 5mm và có thể sử dụng trên nhiềuloại bề mặt

- Để đèn có tính thẩm mỹ cao, ta dựa vào độ cao của chân đèn (cổ ăng ten)

để chọn chiều dài của hệ bóng led (đế gắn led) cho phù hợp Tác giả chọn chiều dài mộtđoạn 4 led, khoảng 8cm, hàn chân lại tạo thành 4 led song song sử dụng cho điện ápkhoảng 3,5V Lấy thanh led của type 1,2m cắt thành 9 đoạn giống nhau

Các đoạn led được thiết kếlại và hàn thành các ledsong song nhau

Đoạn ống nước 34

Các đoạn led

được cắt từ type

led 1,2m