Tìm hiểu về đèn đường năng lượng mặt trời tất cả trong một

Bạn đang tìm kiếm một giải pháp chiếu sáng năng lượng mặt trời cho các không gian của mình như sân chơi, lối đi, bãi đỗ xe, quảng trường? Hoặc, bạn đang lo lắng về hệ thống đèn điện mặt trời hiện có của mình sản xuất không đủ lượng điện để cung cấp cho đèn chiếu sáng hết đêm.

Hiện nay, có một số hệ thống đèn đường năng lượng mặt trời lai có tính năng gắn lưới, chúng được thiết kế để kết nối với lưới điện quốc gia. Khi pin lưu trữ điện mặt trời của đèn hết năng lượng, chúng sẽ chuyển sang sử dụng điện từ lưới để tiếp tục chiếu sáng.

Tuy nhiên, vấn đề đáng nói ở đây là các dự án đèn đường năng lượng mặt trời thường được đặt tại một số vùng nông thôn hẻo lánh hoặc các hòn đảo bị cô lập, nơi không thể tiếp cận được với điện lưới. Vậy, làm thế nào đèn sử dụng điện mặt trời có thể hoạt động tốt trong những ngày thời tiết mưa?

Đến đây chúng ta liền nghĩ ngay đến việc tăng dung lượng lưu trữ và tăng kích thước pin năng lượng mặt trời. Nghe có vẻ cực kỳ thuyết phục về mặt kỹ thuật, tuy nhiên khi nói đến ngân sách dự án điều này cũng có nghĩa là chi phí tăng lên đáng kể.

Hãy cùng tôi đi sâu hơn vào vấn đề này:

I. ĐÈN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI “TẤT CẢ TRONG MỘT” LÀ GÌ?

Đèn điện mặt trời “tất cả trong một” là một loại đèn sử dụng năng lượng mặt trời tích hợp tất cả các thành phần vào một sản phẩm. Đèn gồm 4 thành phần chính: pin năng lượng mặt trời, nguồn phát sáng (bóng đèn), pin lưu trữ và bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời.

Hãy cùng phân tích các bộ phận chính này:

Tấm pin mặt trời silicon tinh thể

Tấm pin đơn tinh thể và đa tinh thể là hai loại công nghệ pin mặt trời được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp năng lượng mặt trời.

Nhìn chung, công nghệ tấm pin silicon đơn tinh thể (Mono) hoạt động tốt hơn silicon đa tinh thể (Poly), đặc biệt là trong thời tiết lạnh, chúng có tốc độ chuyển đổi năng lượng cao hơn đa tinh thể. Theo dữ liệu có sẵn, pin mặt trời Mono cao cấp có thể đạt tới tỷ lệ chuyển đổi lên đến hơn 20%.

Vì vậy, các tấm pin Mono thường được ứng dụng để tích hợp vào đèn đường năng lượng mặt trời do cùng một kích thước thì chúng có hiệu quả cao nhất so với các loại khác.

Những tấm pin mặt trời này đóng vai trò hấp thụ ánh nắng và chuyển đổi thành dòng điện vào ban ngày, sau đó lưu lượng điện này vào pin dưới dạng năng lượng hóa học để cung cấp cho bóng đèn phát sáng vào ban đêm.

Nguồn sáng – Bóng LED

Bóng LED là nguồn sáng đang chiếm ưu thế rất lớn trên thị trường, vì hiệu suất cao trong việc tiết kiệm năng lượng. Nó được phần lớn mọi người xem là giải pháp chiếu sáng thế hệ mới.

Các loại đèn LED khác nhau về kích thước và công suất (watt), chẳng hạn như 3528, 3030, 5050, 5730 để tùy biến với các ứng dụng khác nhau.

Ví dụ, đèn đường dùng năng lượng mặt trời SL0856 (180W) phát ra ánh sáng 160 lumens trên mỗi watt. Chiếc đèn LED này được hình thành bởi 324 LED SMD5730 đơn lẻ được hàn vào một đế nhôm mặt trước.

Tìm hiểu về đèn đường năng lượng mặt trời tất cả trong một 1

Hơn nữa, một hệ thống tản nhiệt bằng nhôm luôn được tích hợp ở phía sau của chiếc đèn để giúp tản nhiệt do hoạt động của các bóng LED tạo ra. Điều này rất quan trọng, mặc dù các nhà sản xuất cho biết tuổi thọ của LED hơn 50.000 giờ, mức khấu hao ánh sáng của nó có thể cao bất thường nếu nó hoạt động ở nhiệt độ lớn hơn 70 độ C. Vì vậy, chúng ta phải đảm bảo rằng nhiệt độ hoạt động của nó luôn dưới 70 độ C.

Nguồn lưu trữ – pin Lithium-ion

Khác với các ắc quy điện ô tô được thiết kế để xả một lượng năng lượng lớn trong một khoảng thời gian ngắn, thì pin lưu trữ trong ngành công nghiệp năng lượng tái tạo là loại ắc quy có chu kỳ xả sâu, vì các đặc tính tuyệt vời của chúng trong việc cung cấp năng lượng bền bỉ, xả sâu và thời gian chu kỳ dài hơn, gấp nhiều lần so với ắc quy xe ô tô.

Có hai loại pin chu kỳ xả sâu tồn tại trên thị trường năng lượng mặt trời là axit-chìlithium-ion.

Tại sao đèn điện năng lượng mặt trời tất cả trong một lại sử dụng pin lithium-ion?

Có thể nói đến 5 lý do đáng kể sau:

  • Pin axit-chì ngập nước cần phải bảo trì, phải châm nước thường xuyên định kỳ.
  • Mặc dù loại pin axit-chì kín không cần bảo trì, nhưng chúng có giá đắt hơn loại ngập nước.
  • Cả hai loại axit-chì đều chiếm quá nhiều không gian để lắp đặt đối với đèn đường, vì đèn thường có thiết kế nhỏ gọn và có không gian nhỏ bên trong.
  • Pin lithium có tuổi thọ cao hơn axit-chì, có số chu kỳ sạc gấp đến 6 lần so với axit-chì.
  • Lithium-ion không cần bất kì bảo trì nào và rất khó bị hư hỏng khi gặp phải các tình huống xả bất thường.

Phần lớn các mẫu đèn đường LED của GivaSolar.com.vn đều sử dụng loại pin LiFePO4 rất phù hợp với những vùng nhiệt đới bởi chúng có khả năng chịu nhiệt cao, hoạt động ổn định hơn, hiệu suất lưu trữ tốt.

Tìm hiểu về đèn đường năng lượng mặt trời tất cả trong một 2

Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời MPPT

Có 2 loại bộ điều khiển sạc là: PWMMPPT trên thị trường.

Đèn đường điện mặt trời tất cả trong một phần lớn đều sử dụng công nghệ MPPT (theo dõi mức công suất tối đa). Vì trong trường hợp này, PWM sẽ lãng phí một phần năng lượng được hấp thụ bởi các tấm pin, trong khi MPPT có thể chuyển đổi tất cả năng lượng mặt trời thu được thành điện năng lưu trữ vào pin.

Như là thành phần chính, bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời MPPT có một số chức năng cơ bản như dưới đây:

1. Kiểm soát từ hoàng hôn đến bình minh

Bộ điều khiển luôn theo dõi điện áp của các tấm pin mặt trời, tăng hoặc giảm một cách thích hợp theo cường độ của ánh sáng mặt trời. Khi nó thấp hơn mức điện áp thiết lập, tức là hoàng hôn thì điều khiển sẽ bật đèn LED. Và khi trời sáng trở lại điện áp sẽ lớn hơn mức thiết lập, đèn LED sẽ tắt.

2. Kiểm soát thời gian

Bộ điều khiển sạc điện mặt trời cũng có thể điều chỉnh đầu ra năng lượng theo lịch trình thời gian bạn muốn. Ví dụ:

  • Mức độ sáng 70% từ 6 giờ tối đến 7 giờ tối.
  • Mức độ sáng 100% từ 8 giờ đến 10 giờ tối.
  • Giảm mức sáng xuống 30% từ 11 giờ tối đến 5 giờ sáng hôm sau.

Thông thường, bộ điều khiển có 5 khoảng cách thời gian mà bạn có thể sử dụng để đặt theo các yêu cầu khác nhau của mình.

Chế độ kiểm soát thời gian thường được sử dụng kết hợp với cảm biến chuyển động. Ví dụ như từ 11 giờ tối đến 5 giờ sáng, có rất ít người trên đường, do đó chỉ cần đặt mức độ sáng 30% trong khoảng thời gian này, cùng lúc đó tận dụng cảm biến chuyển động để tăng mức sáng lên 100% khi có người đi ngang qua phạm vi hoạt động của đèn.

Bằng cách này, chúng ta có thể tiết kiệm rất nhiều năng lượng để tăng thời lượng của đèn đường năng lượng mặt trời ngoài lưới cũng như tăng cường thời gian tự chủ.

3. Điều khiển cảm biến chuyển động

Bộ điều khiển có thể thực hiện hành động khi nhận được tín hiệu từ cảm biến chuyển động để tăng/giảm độ sáng đèn LED khi có người ở trong vùng cảm biến, sau đó trở lại mức độ sáng ban đầu bạn thiết lập.

4. Ngăn chặn quá tải và ngắt kết nối điện áp thấp

Việc sạc quá mức hoặc xả quá mức có thể làm giảm đáng kể tuổi thọ của pin lưu trữ, mặc dù bản thân pin đã có tính năng bảo vệ này rồi, nhưng hãy yên tâm rằng cả hai hoạt động mà không bị xung đột với nhau.

Tìm hiểu về đèn đường năng lượng mặt trời tất cả trong một 3

II. ĐÈN ĐƯỜNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TẤT CẢ TRONG MỘT HOẠT ĐỘNG NHƯ THẾ NÀO?

Sạc điện

Đầu tiên, bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời sẽ tắt đèn LED khi trời bình minh khi điện áp pin mặt trời tăng lên bởi ánh nắng mặt trời.

Khi có đủ ánh nắng vào ban ngày, pin mặt trời sẽ làm việc cùng với bộ điều khiển sạc để thu năng lượng mặt trời.

Chẳng hạn, trong một hệ thống điện mặt trời 12V, với hiệu ứng quang điện, điện áp của tấm pin năng lượng của nó sẽ tăng lên khoảng 18V để sạc cho hệ thống pin lưu trữ 12V. Trong lúc đó, bộ điều khiển sạc sẽ ngăn chặn việc điện áp tăng quá mức để bảo vệ pin.

Xả điện

Khi không có đủ ánh sáng mặt trời lúc hoàng hôn trời trở tối và điện áp pin mặt trời giảm xuống dưới mức điện áp thiết lập, đèn LED sẽ được bật lên.

“Chế độ kiểm soát thời gian” và “Chế độ điều khiển cảm biến chuyển động” sẽ hoạt động trong lúc xả điện vào ban đêm.

Là chức năng chính, chế độ kiểm soát thời gian được sử dụng để tùy chỉnh độ sáng khác nhau trong các khung thời gian khác nhau. Ví dụ:

  • Khung thời gian từ 6 giờ tối đến 7 giờ tối, mức sáng 50%.
  • Từ 7 đến 8 giờ tối, tăng mức sáng lên 70%.
  • Từ 8 giờ tối đến 10 giờ tối, tăng mức sáng tối đa 100%.
  • 11 giờ tối đến 2 giờ sáng, giảm độ sáng xuống còn 50%.
  • Giảm độ sáng xuống mức thấp nhất 30%, trong khoảng thời gian từ 3 giờ sáng đến 5 giờ sáng.

Tìm hiểu về đèn đường năng lượng mặt trời tất cả trong một 4

Cảm biến chuyển động được sử dụng như một chức năng nhỏ có thể được coi là chế độ tiết kiệm năng lượng. Độ sáng của đèn LED sẽ tăng lên 100% khi có ai đó đi ngang qua khu vực của đèn và sau đó giảm trở lại mức độ sáng ban đầu 20 giây sau khi người đó rời đi.

III. TẠI SAO CHÚNG TA NÊN SỬ DỤNG ĐÈN ĐƯỜNG ĐIỆN MẶT TRỜI TẤT CẢ TRONG MỘT?

Tại sao trước đây mọi người có xu hướng không thích đèn đường NLMT?

Trước đây, mọi người thường không thích chọn đèn đường năng lượng mặt trời là vì 3 lý do chính sau:

1. Bóng đèn chiếu sáng tiêu tốn năng lượng

Cả đèn halogen kim loại (MH) và natri áp suất cao (HPS) đều được sử dụng làm nguồn sáng trong đèn đường vào thời điểm đó, với công nghệ chiếu sáng tương đối lỗi thời (60 – 80 lumens mỗi watt) so với đèn LED. Những bóng đèn này thường đòi hỏi một lượng năng lượng lớn mỗi ngày, và thường được xem như là một gánh nặng của toàn bộ hệ thống đèn đường.

2. Công nghệ LED mới được phát triển và khá đắt đỏ

Vào thời đó, mặc dù đèn LED đã có mặt trên thị trường thiết bị chiếu sáng nhưng vẫn chưa phát triển. Hiệu suất chiếu sáng của chúng chỉ đạt 100 lumen mỗi watt (hiện nay vào năm 2019, bóng LED có thể lên tới 200 lumen/watt). Hơn nữa, vì đèn LED chỉ mới được phát triển vào thời điểm đó có chi phí khá đắt và không thể dùng để ứng dụng cho đèn đường.

3. Công nghệ pin Lithium-ion không được phát triển tốt

Lý do thứ ba là pin lưu trữ điện mặt trời. Pin lithium-ion có tuổi thọ dài nhất, là loại pin có chu kỳ xả sâu, nhưng chúng không ổn định và sẽ không hoạt động dưới 0 độ C (hiện tại, nhiệt độ hoạt động của pin lithium từ -30 đến 65 độ C).

Mọi thứ đã thay đổi qua nhiều năm, pin lithium đang ngày càng được cải thiện và trở thành loại được ứng dụng cho đèn đường phổ biến.

Những công nghệ mới được áp dụng vào đèn đường dùng điện mặt trời

Kích thước của bóng đèn và của pin lưu trữ ngày càng được thu nhỏ hơn. Những phát triển này giúp ngành công nghiệp thiết bị chiếu sáng năng lượng mặt trời trở nên hiệu quả hơn, thực tế hơn.

1. Pin lưu trữ

So với pin axit-chì, pin lithium nhẹ hơn, nhỏ hơn, tuổi thọ cao hơn và hiệu quả tích điện cao hơn, điều quan trọng hơn là pin lithium có dung lượng lớn hơn với cùng một kích thước.

Tìm hiểu về đèn đường năng lượng mặt trời tất cả trong một 5

2. Nguồn sáng

So với bóng đèn MH/HPS, bóng LED chiếm ít không gian hơn bên trong đèn, tiêu thụ điện năng thấp hơn, tỏa nhiệt ít hơn và tuổi thọ cực kỳ lâu dài.

Chúng ta có thể hưởng lợi gì từ công nghệ mới nhất?

1. Không hệ thống dây điện và dễ dàng cài đặt trong vòng vài phút

Không cần quy trình đấu dây điện phức tạp, không cần phải có nền tảng kỹ thuật hoặc kỹ năng thiết lập thiết bị điện, tất cả những gì bạn cần làm là gắn đèn với vài con ốc-vít. Gia đình của bạn sẽ được hưởng lợi từ năng lượng mặt trời miễn phí mọi lúc mọi nơi.

2. Tiêu thụ năng lượng ít hơn 60%

Nguồn sáng của hầu hết các đèn đường điện mặt trời truyền thống trước đây là Metal Halide (MH) hoặc Natri áp suất cao (HPS), hiệu suất phát sáng chỉ là 60 – 80 lumen mỗi watt. Tuy nhiên ngày nay, công nghệ chiếu sáng LED tiến tiến đã phát triển mạnh mẽ và đạt được 200 lumen mỗi watt. Điều này cho phép đèn phát sáng cao hơn với mức năng lượng thấp hơn.

Đèn đường năng lượng mặt trời tất cả trong một với loại nguồn sáng này dễ dàng đạt được mức điện tự chủ hơn 5 ngày; điều này nghĩa là vào những ngày khí hậu xấu, mây nhiều khiến tấm pin mặt trời không sản xuất ra điện thì đèn vẫn có thể đủ năng lượng để cung cấp hơn 5 ngày.

3. Khả năng chống mưa bão tốt hơn

Đèn sử dụng điện mặt trời tất cả trong một được thiết kế với cấu trúc nhỏ gọn, so với đèn tách rời bộ phận (tấm pin riêng) thì loại tất cả trong một có khả năng chống chịu với môi trường tốt hơn.

Đèn năng lượng mặt trời bộ phận rời không chịu được thời tiết khắc nghiệt như vậy vì các tấm pin mặt trời tách biệt của nó có nhiều khả năng bị phá vỡ bởi những con bão lớn.

4. Chi phí vận chuyển thấp hơn

Với cấu trúc nhỏ gọn và thiết kế tất cả trong một sẽ rất tiết kiệm chi phí vận chuyển, điều này có lợi cho cả người mua và chủ doanh nghiệp.

Toàn bộ chi phí vận chuyển các hệ thống đèn đường năng lượng mặt trời có thể thấp hơn gần 2 – 3 lần so với trước đây, điều này cũng đồng nghĩa các chủ kinh doanh cũng tiết giảm được chi phí thuê nhà kho so với trước đây.

Bên cạnh đó, do sự tiện lợi của việc cài đặt mà chúng tôi đã đề cập ở trên, cũng giúp tiết kiệm được đáng kể chi phí lao động nhân công lắp đặt.

IV. ĐÈN ĐƯỜNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TẤT CẢ TRONG MỘT SO VỚI TRUYỀN THỐNG

Tìm hiểu về đèn đường năng lượng mặt trời tất cả trong một 6

Trong chương này, chúng ta sẽ đi qua một ví dụ cụ thể bằng cách trình bày một bảng so sánh giữa chúng để bạn có thể hình dung ra những ưu và nhược điểm một cách dễ dàng hơn:

Đèn đường điện mặt trời truyền thốngĐèn đường điện mặt trời “tất cả trong một”
CƠ BẢNKiểu:Tách rời bộ phậnTất cả trong một
Nguồn sáng:Đèn Metal Halide (MH)Đèn LED
Chế độ tiết kiệm:Không có
LẮP ĐẶTKết nối với lưới điện:Có kết nốiKhông nối lưới
Dây cáp:Có dây cápKhông có dây cáp
Yêu cầu kỹ năng nối điện:CầnKhông cần
HIỆU QUẢSố ngày tự chủ điện:3 ngày3 ngày
Độ sáng:3000 lumen3000 lumen
Tiêu thụ năng lượng:50 watt17 watt
Hiệu quả ánh sáng:60 lumen mỗi watt180 lumen mỗi watt
Thời gian chiếu sáng:10 tiếng mỗi ngày10 tiếng mỗi ngày
Kiểu pin lưu trữ:Axit-chì kínLithium-ion
Kích thước pin lưu trữ:156 AH27 AH
Kích thước tấm pin mặt trời:280 watt50 watt

Cùng độ sáng, thời gian hoạt động và số ngày tự chủ năng lượng nhưng rõ ràng, chi phí của đèn đường tất cả trong một thấp hơn khá nhiều. Nó chỉ cần pin 27Ah và tấm pin năng lượng mặt trời 50W, trong khi đèn đường solar truyền thống lại cần pin 156Ah và 280W, đây là chưa nói đến các chi phí dây điện và lắp đặt khác.