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

TÓM TẮTDự 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 hi

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 NhaTrang được hưởng thụ những công nghệ mới nhất của thời đại, của tương lai Mang lạimôi trường sạch – đẹp – không phát thải – an toàn – tiết kiệm Cải tạo lại hệ thốngchiếu sáng vốn đã và đang xuống cấp từng ngày, không đạt tiêu chuẩn chiếu sáng và antoàn 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 rộngrãi các nguồn năng lượng sạch như năng lượng mặt trời Hưởng ứng và chấp hành chủtrương, chính sách của Nhà nước về tiết kiệm điện năng, sử dụng nguồn năng lượngsạch, chủ động ứng phó với biến đổi khí hậu Chủ động nắm bắt và ứng dụng nhữngcông 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 họcNha Trang và cũng là đồ án Tốt Nghiệp của sinh viên ngành Điện – Điện tử, có rấtnhiều vấn đề liên quan cần phải giải quyết, có những kiến thức không còn là chuyênngành 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 nhữngcông nghệ mới vào cải tạo là một thách thức và đòi hỏi người thực hiện hiện phải tínhtoán hết sức thận trọng Chính vì điều đó mà việc hoàn thành đồ án chỉ dừng lại ở mộtmức độ thành công nhất định, đòi hỏi cần phải hoàn chỉnh hơn nữa về sau, nếu như cóthêm kinh phí và thời gian Sau khi dự án hoàn thành sẽ mang lại ánh sáng đủ tiêuchuẩn, 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 đượccung cấp từ PIN năng lượng mặt trời cho LED chiếu sáng.

MỤC LỤC

TÓM TẮT i

MỤC LỤC ii

DANH SÁCH BẢNG vi

DANH SÁCH HÌNH vii

LỜI NÓI ĐẦU 1

TỔNG QUAN 5

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH SOLAR – ACU – LED 8

1.1 PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI (SOLAR) 8

1.1.1 Cấu tạo 8

1.1.1.1 Vật liệu 8

1.1.1.2 Nguyên lý cấu tạo 10

1.1.2 Nguyên lý hoạt động 11

1.1.3 Ứng dụng của Pin năng lượng mặt trời 15

1.1.3.1 Sản xuất năng lượng từ PNLMT 15

1.1.3.2 Phương tiện giao thông 17

1.1.3.3 Các ứng dụng khác của PNLMT 18

1.2 THIẾT BỊ LƯU TRỮ ĐIỆN NĂNG (ACU/ACQUY) 18

1.2.1 Giới thiệu về ACU 18

1.2.1.1 Cấu tạo 19

1.2.1.2 Dung lượng ACU 20

1.2.2 Phóng và nạp ACU 22

1.2.2.1 Phóng điện ACU 22

1.2.2.2 Nạp điện cho ACU 23

1.2.2.3 Các chế độ vận hành ACU 24

1.2.3 Bộ điều khiển sạc ACU 24

1.3 THIẾT BỊ CHIẾU SÁNG HIỆU SUẤT CAO - LED 26

1.3.1 Giới thiệu về LED (Light Emitting Diode) 26

1.3.1.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 26

1.3.1.2 Phân loại 27

1.3.2 Ứng dụng LED siêu sáng công suất cao trong chiếu sáng 29

1.3.2.1 Sử dụng Led cho chiếu sáng trong nhà 29

1.3.2.2 Sử dụng Led trong chiếu sáng các công trình công cộng 30

1.3.2.3 So sánh công nghệ chiếu sáng bằng Led so với các công nghệ chiếu sáng trước đây 32

1.3.3 Kết luận 35

1.4 MÔ HÌNH SOLAR – ACU – LED 36

1.4.1 Mô hình Solar – Acu – Led tập trung 36

1.4.1.1 Cấu trúc kết nối 36

1.4.1.2 Điều kiện ứng dụng và lắp đặt 37

1.4.2 Mô hình Solar – Acu – Led đơn (mini) 38

1.4.2.1 Cấu trúc kết nối 38

1.4.2.2 Điều kiện ứng dụng 39

CHƯƠNG 2 ỨNG DỤNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀO CHIẾU SÁNG CÔNG TRÌNH CÔNG CỘNG BẰNG ÁNH SÁNG LED TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG 40

2.1 KHẢO SÁT TÌNH TRẠNG CHẤT LƯỢNG CỦA HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG HIỆN TẠI 40

2.1.1 Vị trí khảo sát 40

2.1.2 Kết quả khảo sát 42

2.1.2.1 Hiện trạng về trang thiết bị 42

2.1.2.2 Hiện trạng chất lượng ánh sáng 43

2.1.3 Đánh giá hiện trạng 46

2.2 LỰA CHỌN MÔ HÌNH CHIẾU SÁNG 47

2.2.1 So sánh ưu điểm của mô hình chiếu sáng bằng Led so với các mô hình chiếu sáng khác 47

2.2.2 Kiểm tra và lựa chọn loại đèn Led 49

2.2.2.1 Kiểm tra chất lượng 49

2.2.2.2 Lựa chọn loại Led đạt chất lượng 51

2.2.3 Tính toán công suất tiêu thụ của tải và lựa chọn cấu hình Acu, Solar 52

2.2.3.1 Tính toán công suất tiêu thụ của tải 52

2.2.3.2 Tính toán lựa chọn cấu hình Acu 53

2.2.3.3 Tính toán lựa chọn cấu hình Solar 53

2.2.4 Kết luận 54

2.3 TRIỂN KHAI THÍ NGHIỆM TRÊN THỰC TẾ 54

2.3.1 Lắp đặt, triển khai thử nghiệm khả năng đáp ứng của đèn Led đối với đặc điểm của hệ thống 54

2.3.1.1 Đặc điểm hệ thống hiện tại của tuyến đường cải tạo 54

2.3.1.2 Triển khai thử nghiệm khả năng đáp ứng độ sáng của Led 54

2.3.2 Kết luận và lựa chọn 56

CHƯƠNG 3 THI CÔNG VÀ LẮP ĐẶT THIẾT BỊ CHO CÔNG TRÌNH 58

3.1 ĐÚC MÓNG VÀ DỰNG TRỤ ĐÈN 58

3.1.1 Thi công đúc móng trụ đèn 58

3.1.1.1 Tiêu chuẩn thiết kế móng trụ đèn 58

3.1.1.2 Thi công đúc móng trụ đèn 59

3.1.2 Tháo dở, vận chuyển và hoàn thiện trụ đèn 60

3.1.3 Dựng trụ đèn 62

3.2 LẮP ĐẶT PHA ĐÈN LED VÀO TRỤ VÀ CHẠY THỬ NGHIỆM 62

3.2.1 Lắp đặt pha đèn vào trụ đèn 62

3.2.2 Chạy thử nghiệm các trụ đèn 63

3.2.3 Kết luận 65

3.3 LẮP ĐẶT PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 65

3.3.1 Tính toán lắp đặt Solar 65

3.3.2 Tiến hành lắp đặt Solar 66

3.4 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG 67

3.4.1 Xác định chức năng của bộ điều khiển 67

3.4.1.1 Chức năng điều khiển hệ thống 67

3.4.1.2 Chức năng phục vụ nghiên cứu và đào tạo 67

3.4.2 Thiết kế phần cứng cho bộ điều khiển 68

3.4.2.1 Sơ đồ nguyên lý bộ điều khiển 69

3.4.2.2 Mạch in bộ điều khiển 71

3.4.2.3 Thi công phần cứng bộ điều khiển 72

3.4.3 Lập trình chức năng cho bộ điều khiển 73

3.4.3.1 Giới thiệu về Chíp Atmega16 73

3.4.3.2 Giới thiệu về phần mềm lập trình cho Avr – Codevision 74

3.4.4 Chương trình viết cho bộ điều khiển 75

3.4.5 Thi công bộ điều khiển 79

3.5 ĐÓNG VỎ MẠCH ỔN ÁP ĐIỀU TIẾT XUNG 81

3.6 KẾT NỐI HOÀN THIỆN TOÀN BỘ HỆ THỐNG 81

3.7 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 86

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 89

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 91

PHỤ LỤC 92

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 1 1: Tỷ trọng bình ACU ở 250C 20

Bảng 1 2: Dòng nạp của một số ACU 23

Bảng 2 1: Số liệu đo đạt độ sáng trên tuyến đường từ cổng trường lên nhà A8 (đợn vị: Lux, viết tắt: Lx) 45

Bảng 2 2: Tiêu chuẩn chiếu sáng bên ngoài các khu trường học, bệnh viện, trung tâm thương mại, hội chợ triển lãm và các trụ sở 46

Bảng 2 3: So sánh sự tối ưu khi sử dụng đèn LED thay thế cho các loại đèn khác để chiếu sáng 49

Bảng 2 4: Số liệu đo được khi kiểm tra 2 loại Led 50

Bảng 2 5: Số liệu thí nghiệm xác định khả năng đáp ứng của Led 55

Bảng 2 6: Số liệu độ sáng đèn led sau khi lắp pha 56

Bảng 3 1: Kết quả độ sáng trên đường của 4 trụ đèn sau khi đưa vào vận hành (đơn vị: lx)……… 87

DANH SÁCH HÌNH

Hình 1 1: Các loại cấu trúc tinh thể của PNLMT 9

Hình 1 2: Cấu tạo Pin năng lượng mặt trời 10

Hình 1 3: Quá trình tạo một Panel Pin năng lượng mặt trời 11

Hình 1 4: Nguyên lý hoạt động của Pin năng lượng mặt trời 11

Hình 1 5: Trạng thái 2 mức năng lượng của Electron 12

Hình 1 6: Các vùng năng lượng trong phân tử bán dẫn 13

Hình 1 7: Hiện tượng biến đổi quang điện trong phân tử bán dẫn khi có ánh sáng chiếu vào lớp tiếp xúc p - n 13

Hình 1 8: Nguyên lý hoạt động của Pin năng lượng mặt trời 14

Hình 1 9: Sân vân động sử dụng 100% năng lượng Mặt Trời tại Đài Loan 15

Hình 1 10: Sản xuất điện năng lượng Mặt Trời tại Việt Nam 16

Hình 1 11: Năng lượng Mặt Trời làm nhiên liệu thay thế cho xăng dầu trên phương tiện giao thông 17

Hình 1 12: Cấu tạo ACU chì - acid 19

Hình 1 13: Sự biến đổi thông số bình ACU qua quá trình phóng nạp 21

Hình 1 14: Quá trình phóng điện của ACU 22

Hình 1 15: Quá trình nạp điện cho ACU 23

Hình 1 16: Cấu tạo bên trong và hình dạng cơ bản của LED 26

Hình 1 17: Các loại LED phân loại theo công suất 28

Hình 1 18: Chiếu sáng không gian trong nhà băng Led 30

Hình 1 19: Sử dụng Led trong chiếu sáng văn phòng và nhà xưởng 30

Hình 1 20: Cầu đường bộ ở Đà Nẵng sử dụng Led trong chiếu sáng 31

Hình 1 21: Sử dụng đèn Led trong chiếu sáng ở một số tuyến đường tại TP HCM 31

Hình 1 22: Mô hình Solar – Acu – Led tập trung 37

Hình 1 23: Cấu trúc mô hình Solar – Acu – Led đơn 38

Hình 1 24: Ứng dụng của mô hình Solar – Acu – Led đơn 39

Hình 2 1: Vị trí và bình đồ tuyến đường từ cổng trường lên nhà A8 so với mặt bằng của toàn trường 41

Hình 2 2: Tuyến đường từ Cổng trường ĐHNT đến nhà A8 nhìn từ vệ tinh (Google Maps) 42

Hình 2 3: Tình trạng các trụ đèn tại tuyến đường từ cổng trường đến Nhà A8 43

Hình 2 4: Vị trí các điểm lấy độ sáng trên tuyến đường 44

Hình 2 5: Mặt cắt đứngvị trí khảo sát và đo độ sáng trên tuyến đường từ cổng trường lên nhà A8 44

Hình 2 6: Biểu đồ phân bố độ sáng tuyến đường đôi từ cổng trường đến Nhà A8 46

Hình 2 7: Led 20W cần kiểm tra trong thí nghiệm 49

Hình 2 8: Sơ đồ bố trí thí nghiệm để kiểm tra chất lượng LED 50

Hình 2 9: Led và pha Led sẽ lắp đặt cho công trình 56

Hình 3 1: Các chi tiết trong bản vẽ thiết kế móng trụ đèn 59

Hình 3 2: Thi công đúc móng trụ đèn 60

Hình 3 3: Tháo dở và vận chuyển trụ đèn 61

Hình 3 4: Các trụ đèn đã được hoàn thiện 61

Hình 3 5: Dựng trụ đèn cho công trình 62

Hình 3 6: Trụ đèn sau khi được lắp đủ pha đèn 63

Hình 3 7: Các thiết bị cấp nguồn cho trụ đèn 64

Hình 3 9: Lắp đặt Pin năng lượng Mặt Trời 66

Hình 3 10: Sơ đồ nguyên lý bộ phận xử lý trung tâm dùng Atmega16 69

Hình 3 11: Sơ đồ nguyên lý bộ phận chấp hành (rơ-le) 70

Hình 3 12: Mạch in bộ xử lý trung tâm 71

Hình 3 13: Mạch in bộ phận chấp hành 72

Hình 3 14: Bộ điều khiển sau khi thi công 73

Hình 3 15: Phần cứng Bộ điều khiển theo chuẩn công nghiệp 79

Hình 3 16: Phần cứng bộ chấp hành theo chuẩn công nghiệp 80

Hình 3 17: Bộ điều khiển sau khi được đóng vỏ hộp 80

Hình 3 18: Đóng vỏ hộp cho mạch ổn áp điều tiết xung 81

Hình 3 19: Sơ đồ khối Bộ điều khiển và kết nối các thiết bị của hệ thống 82

Hình 3 20: Cấu trúc kết nối bên trong tủ điện 83

Hình 3 21: Toàn cảnh nơi lắp đặt tủ điện 83

Hình 3 22: Tình trạng hoạt động của hệ thống trong buổi tối đầu tiên được đưa vào hoạt động chính thức 84

Hình 3 23: Đèn đã được bật khi trời tối 85

Hình 3 24: Biểu đồ phân bố độ sáng tuyến đường đôi từ cổng trường đến Nhà A8 sau khi đưa vào hoạt động……… ………88

LỜI NÓI ĐẦU

Năm 1907, hiện tượng biến điện thành ánh sáng được H J Round phát hiện đầutiên Tuy nhiên, phải đến vài thập kỷ sau đó thì thế hệ LED đầu tiên mới được ra đời,gọi là LED hồng ngoại; do các nhà thí nghiệm người Mỹ Robert Biard và GarryPittman phát minh vào năm 1961 Sang năm 1962, Nick Honyak chế tạo ra loại LEDphát ra ánh sáng nhìn thấy là loại Led đỏ và ông được xem là cha đẻ của LED

Trải qua nhiều thập kỷ từ thuở sơ khai đến nay, năm 2014 là mốc thời gian màLED gần như đã hoàn thiện lên rất nhiều: từ chất lượng 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 như nhũng ngày đầu ra đời và trở nên phổ biến trong đời sốngbởi sự tiện lợi của nó

Nếu như trước đây LED chỉ có mặt trong các thiết bị điện tử như truyền phát dữliệu, thì ngày nay LED được ứng dụng rông rãi trong lĩnh vực chiếu sáng, trang trí nộithất trong nhà, sân vườn, … Nhiều nơi đã sử dụng LED vào chiếu sáng đường bộ kếthợp với ứng dụng PIN năng lượng mặt trời, tạo thành một cặp đôi hoàn hảo của côngnghệ mới – công nghệ của tượng lai: không phát thải, sạch, an toàn, tiết kiệm và bảo vệmôi trường

Dự án “Cải tạo hệ thống chiếu sáng công cộng bằng LED sử dụng điện nănglượng mặt trời trên tuyến đường nội bộ từ cổng trường đến Nhà A8 của trường Đại họcNha Trang” là một bước tiến mới, đưa các công trình chiếu sáng công cộng của Trường

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

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 vớitiêu chuẩn về xây dựng hiện hành và đặt biệt nó lại ở trên tuyến đường chính từ Cổngtrường lên Nhà hiệu bộ nên cần được đầu tư cải tạo Mặc khác, Nhà nước ta đang cóchủ 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 cộngtrong 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 đượcthay thế Cụ thể độ sáng của các trụ đèn không còn đảm bảo tiêu chuẩn chiếu sángđường nội bộ như quy định của TCXDVN 333:2005; các trụ đèn đã bị các yếu tố từbên ngoài (thiên nhiên) và bên trong (tuổi thọ linh kiện) làm hư hại, không còn đảmbảo 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 bảotiêu chuẩn chiếu sáng TCXD 333:2005 của Bộ xây dựng đã ban hành, mang lại hiệuquả kinh tế trong chiếu sáng, sự trang trọng cũng như đảm bảo an toàn cho người vàgiao 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,tiết kiệm năng lượng và không gây phát thải tại tuyến đường đôi từ Cổng trường Đạihọc Nha Trang đến Nhà A8

 Phạm vi ứng dụng thực tế của đề tài

Nâng cấp độ sáng và hiệu suất chiếu sáng của 4 trụ đèn tại tuyến đường đôi từCổng trường Đại học Nha Trang đến Nhà A8 theo tiêu chuẩn chiếu sáng TCXDVN333:2005 do Bộ xây dựng ban hành Sử dụng điện năng lượng mặt trời làm nguồnnăng lượng chính cung cấp cho hệ thống hoạt động

Việc cải hệ thống chiếu sáng công cộng bằng LED dùng điện mặt trời trongTrường Đại học Nha Trang mà cụ thể trên truyến đường từ Cổng trường đến nhà A8mang nhiều ý nghĩa nghiên cứ, ứng dụng và giáo dục về tiết kiệm năng lượng, sử dụngnăng lượng sạch cho mọi người và là bài học về công nghệ chiếu sáng hiện đại, hiệusuất cao cho sinh viên ngành Công nghệ kỹ thuật điện - điện tử nói riêng và sinh viêntrường Đại học Nha Trang nói chung

Mang lại cho sinh viên, cán bộ viên chức trường Đại học Nha Trang một môitrường chiếu sáng an toàn – xanh – sạch – đẹp – công nghệ - trang trọng Là cơ sở đểkhông chỉ duy nhất trên tuyến đường này mà là trên hầu hết các công trình chiếu sángcông cộng của trường Đại học Nha Trang đều sẽ lần lượt được cải tạo theo hướngchiếu sáng công nghệ - hiện đại – tiết kiệm như đề tại này đã thực hiện, nhằm đưatrường Đại học Nha Trang trở thành một trong những “thiên đường” của ứng dụng

 LỜI CẢM ƠN

Xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến thầy TS Trần Tiến Phức đã tậntình hướng dẫn, chỉ bảo tôi trong suốt quá trình thực hiện dự án cũng là đồ án TốtNghiệp, để tôi có thể hoàn thành dự án một cách tốt nhất với hiệu quả cao nhất Xin gửilời cảm ơn sâu sắc đến các thầy (cô) đã truyền đạt kiến thức cho tôi trong suốt 4 nămhọc, để tôi có đủ kiến thức để hoàn thành dự án Xin cảm ơn các bác, các chú, các anhbên Tổ điện Trung tâm phục vụ trường học trường Đại học Nha trang đã nhiệt tìnhgiúp 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 thứcchuyên 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 trongKhoa, trong trường Đại học Nha Trang, để không chỉ dự án này mà còn nhiều dự ántượng tự nữa của sinh viên các khóa sau của khoa Điện – Điện tử sẽ mang lại cho quýthầy (cô) và các bạn sự thoải mái và hài lòng nhất, khi hưởng thụ thành quả của cáccông trình công cộng

Nha Trang, ngày 2 tháng 6 năm 2014

Sinh viên

Nguyễn Quang Hải

TỔNG QUAN

Từ khi du nhập vào Việt Nam đến nay, LED dường như đã có chổ đứng khôngthể nào thay thế được trong lĩnh vực chiếu sáng bởi sự tiện dụng, tiết kiệm điện, tuổithọ và tính thẩm mỹ của nó Nhiều công trình mọc lên không thể thiếu sự góp mặt củađèn 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 côngtrình giao thông cầu – đường

Việt Nam với lợi thế là một trong những nước nằm trong giải phân bố ánh nắngmặt trời nhiều nhất trong năm trên bản đồ bức xạ của thế giới, năng lượng mặt trời ởViệt Nam có sẵn quanh năm, khá ổn định và phân bố rộng rãi trên các vùng miền Đặcbiệt, số ngày nắng trung bình trên các tỉnh của miền Trung và miền Nam là khoảng 300ngày/năm[6]

Sự hội tụ đầy đủ các yếu tố trên là cơ hội để LED được ứng dụng mạnh mẽ hơnnữa tại Việt Nam; các công trình, dự án chiếu sáng công cộng với sự kết hợp của điệnnăng lượng mặt trời và LED được triển khai nhanh chóng tại nhiều nơi ở nước ta như:

- Mô hình hệ thống chiếu sáng vườn ươm bằng bằng LED sử dụng năng lượng

mặt trời đầu tiên tại Việt Nam được lặp đặt tại Trung tâm Ứng dụng khoa học vàcông nghệ Lâm Đồng được tổ chức hợp tác quốc tế Nhật Bản JICA tài trợ vàotháng 9/2011

- Dự án năng lượng sạch và chiếu sáng bằng LED do SolarBK lắp đặt ở Đảo Trần

– QK3 được triển khai từ tháng 10/2012 và hoàn thành sau một tháng thi công

- Dự án tổng thể năng lượng sách và chiếu sáng quâng đảo Trường Sa và Nhà dàn

DK lắp đặt: 5.700 tấm Pin năng lượng mặt trời, hơn 120 quạt gió, 1.000 bộ đèn

LED sử dụng năng lượng mặt trời do Tập đoàn Dầu khí Việt Nam (PetroVietnam) và SolarBK lắp đặt, vận hành vào tháng 6/2012.

- Công ty TNHH MTV Quản lý đô thị và môi trường TP.Buôn Ma Thuộc sử dụng

đèn LED trong chiếu sáng công cộng từ tháng 2/2012 đến tháng 7/2012 đã tiếtkiệm được 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, được cấp vốn từ Đài Loan với tổngdiện tích được xây dựng đến cuối năm 2014 là 50.000 m2 do ông James Chen –Giám đốc công ty Công nghiệp HuaBo (trụ sở tại TP.Chu Hải – Trung Quốc)đầu tư

- Cầu Thuận Phước, cầu Rồng và cầu mới Trần Thị Lý đều được 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

Vương quốc Bỉ tại Việt Nam tổ chức Hội thảo “Giải pháp chiếu sáng LED chocác dự án giao thông tại Việt Nam” Phát triển đến năm 2020 tầm nhìn đến năm2030

Như vậy, đã có rất nhiều công trình chiếu sáng công cộng tại Việt Nam đã đi dầnvào nghiên cứu, mở rộng nghiên cứu, ứng dụng mô hình LED, LED – PIN năng lượngmặt 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 chấtlượng, 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 cảnước; 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 nănglượng 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 chiếusáng giao thông tại vị trí trụ đèn trước Nhà A8, cho đến nay đã được gần 5 năm Đây làtiền đề và cũng là cơ sở để phát triển tiếp tục cho nhiều công trình chiếu sáng côngcộng khác của trường đại học Nha Trang

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 trongđời 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), làthiết bị bán dẫn chứa lượng lớn các diode p - n Duới sự hiện diện của ánh sángMặt Trời, PNLMT có khả năng tạo ra dòng điện sử dụng được Sự chuyển đổi này gọi

là hiệu ứng quang điện

1.1.1. Cấu tạo

Để tìm hiểu về pin Mặt Trời chúng ta cần tìm hiểu về vật lý chất bán dẫn Để đơngiản, ta tìm hiểu pin năng lượng tinh thể silic Silic thuộc nhóm IV, tức là có 4electron 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 tinhthể (các nguyên tử sắp xếp theo thứ tự dãy không gian 3 chiều) PNLMT phổ biếnnhất là dùng đa tinh thể silicon, tuy nhiên ngày nay người ta đã tìm ra nhiều vật liệukhác có thể thay thế như sự kết hợp của Vonfram và gốm

Ở nhiệt độ phòng, silic nguyên chất có tính dẫn điện kém Để tạo ra Silic cótính dẫn điện tốt hơn, có thể thêm vào một lượng nhỏ các nguyên tử nhóm III hay Vtrong bảng tuần hoàn hóa học Các nguyên tử này chiếm vị trí của nguyên tử silictrong mạng tinh thể, và liên kết với các nguyên tử silic bên cạnh tương tự như là

một silic Tuy nhiên các phân tử nhóm III có 3 electron ngoài cùng và nguyên tửnhóm V có 5 electron ngoài cùng, nên có chỗ trong mạng tinh thể thì dư electroncòn có chỗ thì thiếu electron Vì thế các electron thừa hay thiếu electron (gọi là lỗtrống) không tham gia vào các kết nối mạng tinh thể Chúng có thể tự do di chuyểntrong khối tinh thể Silic kết hợp với nguyên tử nhóm III (Nhôm hay Gali) được gọi làloại bán dẫn p bởi vì năng lượng chủ yếu mang điện tích dương (positive), trong khiphần kết hợp với các nguyên tử nhóm V (Phốt pho, Asen) gọi là bán dẫn n vìmang năng lượng âm (negative).

Cho tới hiện nay thì vật liệu chủ yếu dùng cho sản xuất pin Mặt Trời (và cho cácthiết 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.

Hình 1 1: Các loại cấu trúc tinh thể của PNLMT

- Một tinh thể hay đơn tinh thể module sản xuất dựa trên quá trìnhCzochralski Đơn tinh thể loại này có hiệu suất tới 16% Chúng thường rất đắt tiền

do được cắt từ các thỏi hình ống, các tấm đơn tinh thể này có các mặt trống ở gócnối các module

- Đa tinh thể làm từ các thỏi đúc, được đúc từ silic nung chảy cẩn thận, đượclàm nguội và làm rắn Các pin này thường rẻ hơn các đơn tinh thể, tuy nhiên hiệusuất kém hơn

- Dải Silic tạo từ các miếng phim mỏng, từ Silic nóng chảy và có cấu trúc đatinh thể Loại này thường có hiệu suất thấp nhất, tuy nhiên loại này rẻ nhất trong cácloại vì không cần phải cắt từ thỏi Silicon.

1.1.1.2 Nguyên lý cấu tạo

Các tấm tinh thể mỏng được đánh bóng để loại bỏ các khuyết tật trong quá trìnhcắt Chất kích thích được dùng để tăng sư hấp thụ ánh sáng Các tấm kim loại dẫntruyền đặt vào một mặt, thêm một lưới mỏng trên bề mặt chiếu ánh sáng Mặt Trời, và

một mặt phẳng trên mặt còn lại, xem hình Hình 1.2 Tấm năng lượng Mặt Trời tạo

Hình 1 2: Cấu tạo Pin năng lượng mặt trời

thành từ các pin như vậy cắt theo hình dạng thích hợp, được bảo vệ khỏi tia bức xạ và

hư hại trên mặt trước bằng các miếng gương dán vào chất nền Sự liền mạch được tạonên thành các dãy song song để quyết định năng lượng tạo ra Chất keo và chất nềnphải có tính dẫn nhiệt, vì khi các pin bị làm nóng lên khi hấp thụ năng lượng hồngngoại vốn không thể chuyển hóa thành năng lượng Một khi các pin bị nóng thì giảmhiệu 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 chỉcung cấp một lượng nhỏ năng lượng, nhưng nhiều pin trải dài trên một diện tích lớntạo 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 3: 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 μmm tạo thành và xếp lại để tạo nên module

1.1.2. Nguyên lý hoạt động

Hình 1 4: Nguyên lý hoạt động của Pin năng lượng mặt trời

Hệ thống hai mức năng lượng:

Bình thường điện tử chiếm mức năng lượng thấp E2 Khi chiếu sáng hệ thống,lượng tử ánh sáng (photon) mang năng lượng hv (h là hằng số Plank và v là tần số ánhsáng) bị điện tử hấp thụ và chuyển lên mức E1

Phương trình cân bằng năng lượng:

Trong các vật rắn, do tương tác rất mạnh của mạng tinh thể lên điện tử vànhngoài, nên các năng lượng của nó bị tách ra nhiều mức năng lượng con rất sát nhau vàtạo thành vùng năng lượng Vùng năng lượng thấp bị các điện tử chiếm đầy khi ởtrạng thái cân bằng gọi là vùng hoá trị mà bên trên của nó có năng lượng EV Vùngnăng lượng phía trên tiếp đó hoàn toàn trống hoặc chỉ bị chiếm một phần gọi làvùng dẫn, bên dưới của vùng có năng lượng là EC Phần cách ly giữa vùng hóa trị vàvùng dẫn đó gọi là một vùng cấm có độ rộng năng lượng là Eg, tại đó không có mức

Hình 1 5: Trạng thái 2 mức năng lượng của Electron

năng lượng cho phép nào của điện tử.

Khi ánh sáng chiếu đến vật rắn có vùng năng lượng nói trên, photon có nănglượng hv chiếu tới hệ thống Bị điện tử của vùng hoá trị hấp thụ và nó có thể chuyểnlên vùng dẫn để trở thành điện tử tự do e-, lúc này vùng hoá trị sẽ có một lỗ trống cóthể di chuyển như “hạt“ mang điện tích dương (kí hiệu h+) Lỗ trống này có thể di

chuyển và tham gia vào quá trình dẫn điện Hình 1.6 trình bày các vùng năng lượng

chất bán dẫn

Hiệu ứng lượng tử của quá trình hấp thụ Photon được mô tả bằng phương trình:

Ev + 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 > Eg = EC – Ev (1.3)Suy ra bước sóng tới hạn λC của ánh sáng để có thể tạo ra cặp e- - h+ là:

Hình 1 6: Các vùng năng lượng trong phân tử bán dẫn

λC = hc/( EC – EV) (1.4)Vậy khi chiếu sáng vào vật rắn, điện tử ở vùng hoá trị hấp thụ năng lượng photon

hv và chuyển lên vùng dẫn tạo ra cặp hạt dẫn điện tử – lỗ trống e- - h+, tức là tạo ra mộtđiện thế Hiện tượng đó gọi là hiện tượng quang điện bên trong

Nguyên lý hoạt động của pin Mặt Trời chính là hiện tượng quang điện xảy ra trên

lớp tiếp xúc p-n Hình 1.7 trình bày hiện tượng biến đổi năng lượng khi ánh sáng

chiếu vào lớp bán dẫn

Hình 1 7: Hiện tượng biến đổi quang điện trong phân tử bán dẫn khi

có ánh sáng chiếu vào lớp tiếp xúc p - n

Sự chuyển đổi ánh sáng:

Khi một photon chạm vào mảnh silic, một trong hai trường hợp sẽ xảy ra:

- Photon truyền trực xuyên qua mảnh silic Điều này thường xảy ra khi nănglượng của photon thấp hơn năng lượng đủ để đưa các hạt electron lên mứcnăng lượng cao hơn

- Năng lượng của photon được hấp thụ bởi silic Điều này thường xảy ra khi nănglượng 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 hạtelectron trong màng tinh thể Thông thường các electron này ở lớp ngoài cùng, vàthường được kết dính với các nguyên tử lân cận vì thế không thể di chuyển xa Khielectron được kích thích, trở thành dẫn điện, các electron này có thể tự do di chuyểntrong bán dẫn Khi đó nguyên tử sẽ thiếu 1 electron gọi là "lỗ trống" Lỗ trống này tạođiều kiện cho các electron của nguyên tử bên cạnh di chuyển đến điền vào "lỗ trống",

và điều này tạo ra lỗ trống cho nguyên tử lân cận có "lỗ trống" Cứ tiếp tục như vậy

"lỗ trống" di chuyển xuyên suốt mạch bán dẫn tạo nên dòng điện Hình 1.8 trình bày

nguyên lý hoạt động của PNLMT

1.1.3. Ứng dụng của Pin năng lượng mặt trời

Năng lượng Mặt Trời là nguồn năng lượng mà con người biết khai thác và sử dụng từ rất sớm Nhưng việc ứng dụng NLMT vào sản xuất trên quy mô lớn, cũng như cuộc sống hàng ngày thì mới chỉ thực sự bắt đầu vào cuối thế kỷ 18, và tập chungchủ yếu ở các nước có nhiều năng lượng Mặt Trời Từ các cuộc khủng hoảng năng lượng thế giới năm 1968 và 1973, NLMT càng được quan tâm hơn Tuy nhiên, ở đây chúng ta chỉ bàn đến những ứng dụng mạnh mẽ của PNLMT trong những năm gần đây

Hình 1 8: Nguyên lý hoạt động của Pin năng lượng mặt trời

và tập trung vào khía cạnh PNLMT kết hợp với LED trong chiếu sáng các công trình công cộng.

1.1.3.1 Sản xuất năng lượng từ PNLMT

Được hình thành từ ý tưởng của kiến trúc sư Toyo Ito, sân vận động với sức chứa

hơn 50.000 người này mang hình dáng một con rồng uốn lượn (Hình 1.9), sử dụng đến

Hình 1 9: Sân vân động sử dụng 100% năng lượng Mặt Trời tại Đài Loan

8.844 tấm pin thu năng lượng mặt trời Đây được xem như là một nhà máy năng lượng mặt trời thu nhỏ, có thể cung cấp lượng điên năng khoảng 1.14 triệu kW/năm.

Tại Việt Nam các dự án về sản xuất điện từ PNLMT liên tục được các nhà đầu tư

nước ngoài kết hợp triển khai, Hình 1.10 a) là hệ thống cung cấp điện năng lượng Mặt

trời được lắp đặt trên nóc nhà Bộ Công Thương với công suất 120 kW do CHLB Đức

tài trợ và Hình 1.10 b) là hệ thống sản xuất điện năng lượng Mặt Trời do chính Intel lắp

đặt trên tòa nhà trụ sở của mình tại Việt Nam Ngoài ra, còn rất nhiều dự án khác được tài trợ từ các công ty, tập Đoàn năng lượng sạch của nước ngoài được thực hiện tại ViệtNam

Hình 1 10: Sản xuất điện năng lượng Mặt Trời tại Việt Nam

Hệ thống điện năng lượng Mặt Trời nối lưới trên nóc nhà Bộ Công

Thương

Hệ thống sản xuất điện từ năng lượng Mặt Trời trên sân thượng Intel Việt

Nam

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 hànghóa sử dụng PNLMT sẽ không còn xa lạ mà sẽ trở nên phổ biến như nhiều loại phươngtiện 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 11: Năng lượng Mặt Trời làm nhiên liệu thay thế cho xăng dầu trên phương

tiện giao thông

Máy bay chạy bằng năng lượng Mặt Trời Tàu thủy chạy bằng năng lượng Mặt Trời

b)a)

c)

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 hợpvào các phương tiện giao thông thì PNLMT còn rất nhiều ứng dụng thiết thực khácnhư: tích hợp vào điện thoại di động để sạc Pin khi di chuyển ngoài trời, đèn học tậpchạy bằng PNLMT; máy tính cầm tay sử dụng PNLMT, sạc điện thoại bằng NLMT,Laptop sử dụng PNLMT,… và còn rất nhiều ứng dụng khác sẽ được con người đã vàđang tiếp tục nghiên cứu để cho ra những sản phẩm công nghệ của tương lai, không chỉtính ứng dụng cao mà quan trọng hơn nữa nó là một “thiết bị công nghệ sạch”

1.2 THIẾT BỊ LƯU TRỮ ĐIỆN NĂNG (ACU/ACQUY)

Điện năng là một loại hàng hóa đặc biệt trong đó sản xuất và tiêu dùng đi đôi vớinhau, để lưu trữ/dự trữ được điện năng người ta đã chế tạo ra ăc-quy (ACU) – thiết bị

có khả năng tích trữ điện trong thời gian lâu dài; ACU là một thiết bị rất cơ động,người ta có thể mang nó đi đến bất kỳ vị trí nào để sử dụng như một “nhà máy phátđiện mini”, miễn là trước đó người ta đã dự trữ đủ điện ứng với dung lượng của nó

Cũng giống như điện năng được sản xuất từ thủy điện hay nhiệt điện,… điện năngsản xuất ra từ PNLMT cũng cần được dự trữ lại để sử dụng cho những lúc trời khôngnắng hay không có đủ ánh sáng Măt Trời Ở mục này ta sẽ tìm hiểu về ACU, cách lựachọn ACU, nạp điện và sử dụng ACU cũng như cách bảo quản, bảo vệ ACUnhư thếnào để lưu trữ điện năng một cách hiệu quả nhất và tuổi thọ ACU là cao nhất

1.2.1. Giới thiệu về ACU

Bình ACU là thiết bị lưu trữ điện[7] - một dạng nguồn điện hóa học, dùng để lưutrữ điện năng dưới dạng hóa năng Khi có phụ tải nối vào, hóa năng được giảiphóng dưới dạng điện năng

Hiện nay có rất nhiều loại accu với những chất lượng, tính năng và giá thành rấtkhác nhau (axit chì, kín khí, chì khô, cadium, niken, Lithium….) Nhưng xét tổngthể thì có hai loại ACU chính là ACU chì- acid và ACU sắt- kiềm Trong khuôn khổ

đồ án này ta tập trung nghiên cứu ACU chì – acid sản xuất theo công nghệ kín khí,đây là loại ACU không cần bảo dưỡng.

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.

Hình 1 10: Cấu tạo ACU chì - acid

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, bảncực 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 trạngphóng 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

Bảng 1 1: Tỷ trọng bình ACU ở 25 0 C

phânBình accu làm việc ở chế độ tải nặng, thí dụ các xe tải điện

công nghiệp

1,275

Bình accu dùng cho tải không nặng lắm: thí dụ như chiếu

sáng , hoặc khởi động các động cơ lớn…

1,245

Bình accu tĩnh, hoặc dùng cho các ứng dụng dự phòng 1,215

Dung lượng của accu là lượng điện (điện tích) mà ACU đó sau khi đã được nạp đầy sẽ phát ra được trước khi hiệu điện thế giảm xuống đến mức ngừng Mức ngừng là

mức mà không nên bắt accu phát điện tiếp, nếu cứ để accu phát điện ở dưới mức

ngừng thì sẽ giảm tuổi thọ của accu, thậm chí có thể làm accu chết ngay lập tức Đó là trường hợp dùng nhiều accu mắc nối tiếp nhau khi 1 accu đã phát hết điện mà những cái khác chưa hết điện và ta tiếp tục dùng thì cái hết điện trước sẽ bị đảo cực và hỏng hoàn toàn Với accu chì thông thường thì mức ngừng là 1,67V cho mỗi ngăn; hay

là 10V cho cả 6 ngăn

Dung lượng của bình accu thường được tính bằng Ampe giờ (Ah) Ah là tích sốgiữa dòng điện phóng với thời gian phóng điện Dung lượng này thay đổi tùy theonhiều điều kiện như dòng điện phóng, nhiệt độ chất điện phân, tỷ trọng của dung dịch,

và điện thế cuối cùng sau khi phóng Nhà sản xuất thường đặt số dung lượng trong kýhiệu của accu

Các biến đổi của thông số của bình accu được cho trên các biểu đồ hình 1.13.

Trước khi dùng làm nguồn điện ta phải nạp điện cho ACU Lúc này ACUđóng vai trò một máy thu, tích trữ điện năng dưới dạng hóa năng Khi nạp điện cho

Hình 1 13: Sự biến đổi thông số bình ACU qua quá trình phóng nạp

ACU người ta cho dòng điện một chiều đi vào ACU Dung dịch Axit Sunfuric bị điệnphân, làm xuất hiện Hiđrô và Ôxit ở hai bản chì Ở bản nối với cực âm (-) củanguồn điện Chì đi-ôxit (PbO2) khử mất ôxi và thành chì Pb, bản này sẽ thành cực

âm (-) của ACU Còn ở bản nối với cực dương (+) của nguồn điện thì có ôxit bámvào, ôxi hóa Pb3O4 thành Chì đi-ôxit (PbO2), bản này sẽ trở thành cực dương (+) củaACU Khi hai cực đã trở thành Pb và PbO2 thì giữa chúng có một hiệu điện thế, ACUtrở thành nguồn điện và bây giờ tự nó có thể phát ra dòng điện

Nếu ta nối hai cực của ACU đã được nạp điện bằng một dây dẫn thì dòng điệnchạy trong dây sẽ có chiều ngược với dòng điện lúc nạp vào ACU Dòng điện này sẽgây ra quá trình hóa học ngược lại, dung dịch axit lại bị điện phân nhưng lần này cácion chuyển dời ngược chiều với lúc đầu, Hiđrô sẽ chạy về bản PbO2 và khử ôxi, làmcho bản này chở thành chì ôxit PbO Cho đến khi hai cực đã hoàn toàn giống nhau thìdòng điện tắt Bây giờ muốn ACU lại phát điện, ta phải nạp điện cho nó để hai cực trởthành Pb và PbO2

1.2.2. Phóng và nạp ACU

Khi cấp tải vào accu thì dòng đi từ cực (+) sang cưc (-) Quá trình phóng thể

hiện trong Hình 3.4:

Phóng điện có thể tiến hành vào bất kỳ thời điểm nào và bất kỳ dòng điện nàonhỏ hơn trị số ghi trong bảng chỉ dẫn của nhà chế tạo.

Khi phóng điện bằng chế độ 3 giờ hoặc dài hơn, có thể phóng liên tục cho đếnkhi điện thế ở mỗi ngăn giảm xuống đến 1,8V

Khi phóng với chế độ 1,2 giờ, thì ngừng phóng khi điện thế ở mỗi ngănxuống đến 1,75V

Khi phóng với dòng điện nhỏ thì không xác định việc kết thúc phóng theo điệnthế Trong trường hợp này, việc kết thúc phóng được xác định theo tỷ trọng chấtđiện phân Việc phóng được kết thúc khi tỷ trọng giảm đi từ 0,03 đến 0,06 g/cm3

so với tỷ trọng ban đầu (nhưng cũng không được để điện thế mỗi ngăn giảm xuốngthấp hơn 1,75V)

Tuỳ theo phương pháp vận hành accu, thiết bị nạp và thời gian cho phép nạp,

phương pháp nạp, việc nạp có thể được thực hiện theo các cách như sau:

 Nạp với dòng điện không đổi

 Nạp với dòng điện giảm dần

 Nạp với điện thế không đổi

 Nạp thay đổi với điện thế không đổi

Khi nạp điện dòng đi từ cực (–) sang cực (+):

Để bảo đảm chất lượng ACU, trước khi đưa vào chế độ phụ nạp thườngxuyên phải phóng nạp tập dợt 4 lần Trong quá trình vận hành ACU ở chế độ phụnạp thường xuyên ACU không cần phóng tập dợt cũng như nạp lại Trường hợpsau một thời gian dài làm việc ở chế độ phụ nạp thường xuyên mà thấy chất lượngACU bị giảm thì phải thực hiện việc phóng nạp đột xuất.

Ở chế độ phụ nạp thường xuyên cần duy trì điện thế trên mỗi ACU là2,2±0,5V để bù trừ sự tự phóng và duy trì ACU ở trạng thái luôn được nạp đầy

Dòng điện phụ nạp thông thường được duy trì từ 50-100 mA cho mỗi 100Ah dung

lượng Ở chế độ phụ nạp này, điện thế trên ACU phải được duy trì tự động trongkhoảng ± 2%.

1.2.3. Bộ điều khiển sạc ACU

Để có thể tích trữ điện năng vào ACU một cách an toàn và tránh làm hư hại ACU người ta sử dụng bộ điều khiển sạc[2] Trước đây, khi chưa có khái niệm về PNLMT người ta chủ yếu trữ điện vào ACU bằng bộ điều khiển sạc AC – DC (220VAC -

12VDC/24VDC/48VDC) Và kể từ khi PNLMT ra đời, bộ sạc ACU được thiết kế thêmcho phù hợp với việc nạp trực tiếp điện năng tạo ra từ PNLMT mà không cần chuyển đổi AC – DC nữa (PNLMT tạo ra nguồn điện DC < = 24V) Bộ điều khiển sạc sẽ đảm nhận nhiệm vụ chuyển toàn bộ năng lượng mà PNLMT tạo ra nạp đầy vào ACU theo đúng dung lượng và điện áp của ACU, tự động ngắt khi ACU đến ngưỡng đầy (UMax)

và tự động nạp lại khi điện áp ACU đến ngưỡng nạp (UMin) Như vậy, ACU sẽ được nạp và phóng một cách an toàn để kéo dài tuổi thọ

Các thông số kỹ thuật cần được quan tâm:

 Ngưỡng điện thế cắt VMax:

Ngưỡng điện thế cắt Vmax là giá trị hiệu điện thế trên hai cực của bộ ACU đãđược nạp điện đầy, dụng lượng đạt 100%, khi đó nếu tiếp tục nạp điện cho acquy thìACU sẽ bị quá đầy, dung dịch ACU sẽ bị sôi dẫn đến sự bay hơi dung dịch dẫnđiện và làm hư hỏng các bản cực Vì vậy khi có dấu hiệu accu đã được nạp đầy, hiệu