NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG THÔNG MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT - CÔNG NGHỆ CẦN THƠ
KHOA KỸ THUẬT CƠ KHÍ
----

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT
ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO HỆ THỐNG
CHIẾU SÁNG THÔNG MINH
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

TS. Nguyễn Trúc Anh

SINH VIÊN THỰC HIỆN

Huỳnh Thị Yến Nhi 2000261
Nguyễn Văn Phát 2000355
Nguyễn Hoàng Phúc Thịnh 2000692

Cần Thơ, tháng 3 năm 2022


MỤC LỤC
1. Đặt vấn đề..................................................................................................................... 3
2. Mục đích và mục tiêu nghiên cứu...............................................................................4
2.1 Mục đích:................................................................................................................. 4
2.2 Mục tiêu nghiên cứu...............................................................................................4
3. Lược khảo tài liệu :......................................................................................................5
4. Đối tượng, phạm vi, phương tiện và phương pháp nghiên cứu:...............................7
5. Kết quả dự kiến:...........................................................................................................7

2


1. Đặt vấn đề
Trong thời gian gần đây, với sự ra đời của các nguồn sáng hiệu suất cao, kỹ thuật
chiếu sáng đã chuyển từ giai đoạn chiếu sáng tiện nghi sang chiếu sáng tiện ích. Chiếu
sáng tiện ích là chiếu sáng hiệu quả, tiết kiệm năng lượng. Đây là một giải pháp tổng
thể nhằm tối ưu hóa tồn bộ kỹ thuật chiếu sáng bằng việc sử dụng nguồn sáng có hiệu
suất cao. Hiệu quả của ánh sáng tự nhiên được sử dụng tối đa. Kết quả của chiếu sáng
tiện ích là ánh sáng được điều chỉnh theo mục đích và yêu cầu sử dụng nhằm giảm điện
năng tiêu thụ mà vẫn đảm bảo, hạn chế các loại khí nhà kính, góp phần bảo vệ mơi
trường.
Hiện nay nhiều chiến lược, chương trình liên quan đến tăng trưởng xanh, tiết kiệm
điện năng và lưới điện thông minh của quốc gia đã được ban hành và triển khai. Vấn đề
tiết kiệm điện năng cũng như lưới điện thông minh đang được đặt ra một cách cấp bách
và cần có nhiều giải pháp nhằm giúp nền kinh tế Việt Nam phát triển nhanh, hiệu quả
và bền vững.
Phụ tải của hệ thống chiếu sáng đô thị là thành phần quan trọng của lưới điện. Hiện
nay điện năng dùng cho chiếu sáng của Việt Nam chiếm khoảng 25% điện năng tiêu
thụ của cả nước, cao hơn nhiều so với mức trung bình 20% trên thế giới. Trong đó hệ
thống chiếu sáng cơng cộng là lĩnh vực tiêu tốn nhiều năng lượng do thiết kể, lắp đặt và
sử dụng chiếu sáng chưa hiệu quả. Các thành phố lớn của Việt Nam chủ yếu dùng đèn
thủy ngân cao áp, Natri cao áp, Metal cao áp hoặc Sodium cao áp cho hệ thống chiếu
sáng công cộng. Các loại đèn này tiêu thụ nhiều điện năng, hiệu suất chiếu sáng chưa
cao và tuổi thọ còn thấp. Hệ thống các trạm điều khiển đèn vẫn chỉ được điều khiển
bằng tù cục bộ và hầu như chưa có thiết bị điều khiển chiếu sáng cho hệ thống. Để
khắc phục điều này, các giải pháp đang được nghiên cứu triển khai:
- Đối với vị trí mỗi đèn: Thay thế các loại đèn cao áp tiêu thụ nhiều điện năng thành
đèn LED (Lighting Emission Diode) tiêu thụ ít điện năng.

- Đối với tồn hệ thống: Ứng dụng hệ thống điều khiển thông minh từ xa giữa trung
tâm điều khiển đến các tủ xuất tuyến đèn.
3


Hiện nay, tỉ lệ tăng trưởng của đèn chiếu sáng thông minh đang tăng trưởng rất
nhanh, khoảng 28,9%. Hệ thống chiếu sáng đô thị thông minh đã đáp ứng được yêu cầu
về giảm tiêu thụ năng lượng điện, điều chỉnh tăng giảm cường độ sáng, quản lý từ
trung tâm cho phép điều khiển, giám sát đến từng bộ đèn và dự báo, lập kế hoạch bảo
trì. Ngồi ra, hệ thống chiếu sáng đơ thị cịn tích hợp một số hệ thống khác để phục vụ
cho đô thị thông minh như hệ thống cảm biến để giám sát đỗ xe thông minh, biển báo
điện tử, camera giám sát, theo dõi, điểm sạc năng lượng cho xe điện, giám sát môi
trường, giám sát tiếng ồn, … Hệ thống chiếu sáng đô thị tại các nước phát triển ngồi
mục đích đảm bảo an tồn giao thơng cịn tạo ra sức hấp dẫn về đêm của một thành
phố. Một Thành phố về đêm được chiếu sáng rực rỡ, với nhiều điểm nhấn sẽ tạo thành
những điểm thu hút khách du lịch.
2. Mục đích và mục tiêu nghiên cứu
2.1 Mục đích:
Từ nhiệm vụ chính của đề tài đặt ra là nghiên cứu - chế tạo mơ hình hệ thống chiếu
sáng thơng minh, nội dung nghiên cứu của đề tài được thực hiện với các mục đích sau:
- Thực hiện việc nghiên cứu tổng quan về hệ thống chiếu sáng – tín hiệu , nghiên
cứu từ thực tế của hệ thống chiếu sáng chủ động
- Tìm ra phương án thiết kế khả thi để chế tạo mơ hình hệ thống chiếu sáng thơng
minh và thiết lập các bước thiết kế một cách khoa học.
- Thực hiện việc thiết kế, chế tạo mơ hình hệ thống chiếu sáng thông minh theo
phương án thiết kế đã chọn.
- Với mục đích thiết kế mơ hình phục vụ cho việc giảng dạy, nghiên cứu nên mơ
hình ngồi việc phải thể hiện được tính thực tế của hệ thống chiếu sáng thơng minh cịn
phải có tính sư phạm và tính thẩm mỹ.
- Biên soạn đề tài lý thuyết trình bày một cách có hệ thống, khoa học về cơ sở lý

thuyết, nguyên tắc điều khiển, cấu tạo, và hoạt động của mơ hình hệ thống đèn chiếu
sáng thơng minh.
2.2 Mục tiêu nghiên cứu
4


- Việc sử dụng các thiết bị chiếu sáng ngày nay khơng cịn là giai đoạn ” chiếu để
sáng ” hay để thỏa mãn nhu cầu chiếu sáng. Nhằm mang lại cảm giác thoải mái, nâng
cao hiệu suất làm việc, và bảo vệ sức khỏe cho người dùng.
- Mục tiêu của Cách mạng ngành chiếu sáng là: thay thế các loại đèn hiện tại bằng
đèn LED. Ngồi ra trên mơ hình cịn được thiết kế thêm các hệ thống tự động bật đèn
khi trời tối.
- Để tiết kiệm năng lượng, các thiết bị chiếu sáng có hiệu suất cao đã được nghiên
cứu và phát triển. Trong đó, điốt phát quang LED có nhiều đặc tính vượt trội, được đề
xuất sử dụng rộng rãi. Từ đó, một bài tốn được đặt ra, đó là làm sao tích hợp điện mặt
trời với các thiết bị chiếu sáng LED. Với hiệu suất cao, tiêu thụ ít năng lượng, việc tích
hợp LED với modul điện mặt trời sẽ đem lại hiệu quả cao cho các hệ thống chiếu sáng
và tiết kiệm năng lượng.
- Nhằm tối ưu và hợp lý hóa các giải pháp cơng 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,
- Hệ thống đèn 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 tồn. Hệ thống có thể được sử dụng linh hoạt ở nhiều nơi như khuôn viên trường
học, tịa nhà, đường phố, phịng thí nghiệm… mà khơng phụ thuộc vào nguồn điện
lưới.
3. Lược khảo tài liệu :
Với sự phát triển không ngừng của nền công nghiệp 4.0 và nhu cầu hiện đại hóa giải
pháp chiếu sáng ứng dụng cho thành phố thông minh, đèn năng lượng mặt trời đang là
sự lựa chọn tối ưu, thay thế dần cho đèn đường truyền thống.

Sử dụng đèn năng lượng mặt trời là giải pháp chiếu sáng thông minh, tiết kiệm điện và
thân thiện cho môi trường. Đồng thời, mang đến nhiều lợi ích vượt trội về chi phí lắp
đặt, vận hành 100% bằng năng lượng mặt trời, tuổi thọ hoạt động đến 15 năm, phù hợp
cho các dự án chiếu sáng đường nông thôn, giao thông đô thị. Cụ thể:
5


- Chiếu sáng giao thông: tuyến đường liên tỉnh, đường cao tốc,…
- Chiếu sáng nội khu: nhà máy sản xuất, bệnh viện, trường học,…
- Chiếu sáng ngồi trời: trang trí sân vườn gia đình, đèn khu vực lối đi, cổng ra vào
- Chiếu sáng khu vực công cộng: khu vui chơi, giải trí, quảng trường, resort,…
- Chiếu sáng ở các cơng trình tiêu chuẩn xanh, cơng trình xây dựng sử dụng năng
lượng tái tạo
- Chiếu sáng ở những khu vực chưa có điện lưới, vùng sâu vùng xa, tàu thuyền đánh
bắt cá,…
Hệ thống chiếu sáng đèn mặt trời là hệ thống sử dụng năng lượng mặt trời để tạo ra
điện cung cấp cho đèn chiếu sáng ngoài trời. Về cơ bản hệ thống chiếu sáng năng
lượng mặt trời bao gồm:
- Tấm pin: Tấm pin NLMT là thiết bị không thể thiếu, đây là bộ phận tiếp nhận và
chuyển đổi bức xạ mặt trời thành điện năng cung cấp cho pin, năng lượng điện này
được sạc cho pin hoặc ắc quy.
- Tủ điện và bộ điều khiển năng lượng: Bộ điều khiển năng lượng này cực kỳ thơng
minh. Nó có cơng dụng ngắt dòng điện từ pin mặt trời khi bộ nạp đã đầy, ngồi ra nó
cịn có chức năng tự động bật đèn khi trời tối và tắt đèn khi trời sáng.
- Hệ thống lưu trữ: Đây là thiết bị lưu trữ điện để sử dụng vào ban đêm. Chất lượng và
thời gian sử dụng đèn chiếu sáng phụ thuộc rất lớn vào pin hoặc ắc quy lưu trữ này, giá
thành sản phẩm cũng vì thế mà tăng lên.
- Vỏ đèn: thường làm bằng những nguyên vật liệu chất lượng cao như nhựa, nhơm,
chống rỉ sét, chống oxy hóa, chịu lực tốt tác động từ ngoại lực và thời tiết ngồi trời.
Đặc biệt chống nước với IP 67 có thể lắp đặt ở ngồi trời, chịu được sức gió và mưa

lớn
- Bộ cảm biến chuyển động thông minh và điều khiển từ xa: được tích hợp thêm trong
một vài dịng đèn đường hiện đại, thông minh kiểu mới, giúp tiết kiệm được năng
lượng, tùy biến linh hoạt những chức năng của đèn.

6


- Hệ thống bóng đèn: Tùy theo từng loại đèn tích điện khác nhau mà hệ thống bóng đèn
LED phân bố khác nhau và số lượng đèn cũng nhiều hơn phụ thuộc vào công suất tấm
đèn chiếu sáng. Điểm chung của đèn LED là có ánh sáng trắng rất rõ, tiết kiệm năng
lượng và tuổi thọ rất cao.
Nguyên lý hoạt động của đèn năng lượng mặt trời
- Ban ngày khi có ánh nắng mặt trời tấm pin sẽ hấp thu năng lượng quang năng rồi
chuyển hóa thành điện năng và lưu trữ vào bộ phận pin sạc. Tiếp theo là bộ phận điều
khiển sạc sẽ giúp điều chỉnh nguồn năng lượng nạp vào ở mức ổn định và không vượt
quá giới hạn cho phép.
- Buổi tối quá trình hấp thu năng lượng sẽ khơng hoạt động vì khơng cịn ánh nắng,
trình chuyển hóa năng lượng cũng tạm ngừng. Hệ thống sẽ lấy nguồn năng lượng được
tích trữ trong pin sạc cung cấp cho bóng đèn để chúng được hoạt động bình thường.
Khi trời sáng điện áp của tấm pin lại bắt đầu lên cao, bộ điều khiển sẽ tự động tắt đèn.
Hệ thống hoạt động theo một chu trình giúp đảm bảo duy trì nguồn điện phát sáng ổn
định.
Điểm khác biệt giữa đèn năng lượng mặt trời so với đèn thơng thường
- Các loại đèn năng lượng mặt trời có nhiều kiểu dáng, màu sắc, mức công suất khác
như giúp người tiêu dùng lựa chọn sản phẩm phù hợp với nhu cầu sử dụng.
- Thời gian sạc pin từ 5 đến 8 tiếng tùy thuộc vào mỗi sản phẩm. Thời gian sử hoạt
động đèn năng lượng mặt trời ít nhất từ 8 tiếng cho đến 12 tiếng.
- Đèn năng lượng mặt trời được cài đặt dễ dàng, không cần phải sử dụng hệ thống điện
lưới, lắp đặt cả nơi vùng xa, hải đảo.

- Đèn năng lượng mặt trời được thiết kế hệ thống cảm biến thơng minh có thể tự động
chiếu sáng khi vào buổi tối và sạc điện tự động nhờ tấm pin năng lượng hấp thụ ánh
sáng mặt trời vào ban ngày.
- Độ bền cao, khả năng chống thấm nước, chịu được mọi thời tiết khắc nghiệt như mưa,
bão, gió, ánh nắng gay gắt,..

7


- Tăng tính thẩm mỹ, khơng gian trang trí đối với đèn năng lượng mặt trời sân vườn,
treo tường, trụ cổng.
Lợi ích khi sử dụng đèn năng lượng mặt trời:
- Tuổi thọ cao: Đèn năng lượng mặt trời có tuổi thọ cao các chip LED có khả năng
chiếu sáng trên 50.000 giờ liên tục. Tấm pin năng lượng mặt trời có thời gian bảo hành
đến 10 năm.
- Hiệu suất lớn: Hệ thống có hiệu suất hoạt động cho việc chiếu sáng lên đến 80% cao
hơn nhiều so với các loại đèn thông thường.
- Thân thiện với môi trường. Đèn năng lượng mặt trời gọi được gọi là “thiết bị chiếu
sáng xanh” góp phần vào việc bảo vệ mơi trường. Đây đang là xu hướng được người
tiêu dùng lựa chọn nhiều nhất.
- Độ bền cao, dẽ dàng lắp đặt: Đèn LED năng lượng mặt trời được thiết kế với vỏ
nhôm tĩnh điện. Đảm bảo hoạt động an toàn trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt.
- Hạn chế tỏa nhiệt: Do đèn năng lượng mặt trời sử dụng hơn 80% hiệu suất cho việc
chiếu sáng. Hạn chế việc tỏa nhiệt đây chính là ưu điểm nổi bật của hệ thống đèn năng
lượng mặt trời.
- An toàn cho người sử dụng: Đèn LED năng lượng mặt trời khơng có các tia tử ngoại,
tia cự tím, khơng gây hại sức khỏe cho người sử dụng.
- Hệ thống bật tắt tự động: Hệ thống có chip cảm biến ánh sáng bên trong đèn LED đo
được cường độ ánh sáng từ mơi trường bên ngồi. Do đó thiết bị có thể tự động bật tắt
giữa ban đêm và ban ngày mà không cần phải sự can thiệp của con người.

- Tiết kiệm chi phí tiền điện: Sử dụng hệ thống đèn năng lượng mặt trời sẽ giúp bạn tiết
kiệm tiền điện một cách tối đa, giảm được chi phí, an tồn khi sử dụng.
- Tăng giá trị thẩm mỹ: Lắp đặt hệ thống đèn năng lượng mặt trời sẽ giúp tăng giá trị
thẩm mỹ cho công trình của bạn
4. Đối tượng, phạm vi, phương tiện và phương pháp nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: nguyên lý hoạt động , cảm biến ánh sáng, chuyển động của hệ
thống đèn chiếu sáng tự động
8


- Phương tiện: sử dụng hệ thống tự động chiêú sáng trên các hệ thống đèn chiếu sáng
hiện nay.
- Phạm vi nghiên cứu: khái niệm chiếu sáng tự động hiện nay rất rộng và vẫn còn tiếp
tục được các nhà nghiên cứu cải tiến và phát triển. Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài
vì giới hạn về thời gian, kinh phí và khả năng nên đề tài tập trung cách thức điều khiển
hệ thống chiếu sáng, cố gắng mô phổng một vài chức năng của hệ thống chiếu sáng tự
động nhờ năng lượng pin mặt trời.
- Phương pháp nghiên cứu: với mục tiêu thiết kế chế tạo mơ hình hệ thống chiếu sáng
thông minh đáp ứng nhu cầu và điều khiển tự động đèn chiếu sáng để phục vụ cho đời
sống con người nên phương pháp nghiên cứu chính là phương pháp thực nghiệm, kết
hợp với nghiên cứu tài liệu và tham khảo các hệ thống chiếu sáng chủ động đã được áp
dụng trong thực tế, chọn ra phương án khả thi nhất để có thể hồn thành sản phẩm đáp
ứng được mục tiêu đề ra ban đầu và phù hợp với nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài.
5. Kết quả dự kiến:
Sau thời gian nghiên cứu, tìm hiểu tài liệu, lập kế hoạch và tiến hành thiết kế, chế
tạo. Cuối cùng đề tài “Thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống chiếu sáng đèn thơng minh
sử dụng năng lượng mặt trời” có những kết quả dự kiến sau:
- Đưa ra được tính hiệu quả kinh tế của hệ thống điện mặt trời bằng cách phân tích,
nghiên cứu, đưa ra những so sánh về hệ thống đèn năng lượng mặt trời và đèn thông
thường.

- Thiết kế chế tạo mô hình chiếu sáng - tín hiệu cơ bản: hệ thống chiếu sáng thông
minh trước hết là một hệ thống chiếu sáng hiện đại, vì vậy mơ hình được thiết kế với
đầy đủ cơ cấu, bộ phận, chức năng của một hệ thống chiếu sáng - tín hiệu hiện đại.
- Hệ thống tự động bật đèn: nhận biết ánh sáng môi trường xung quanh và tự động
bật đèn nếu nhận thấy không đủ điều kiện ánh sáng.

9