Nghiên cứu chế tạo đèn báo hiệu hàng hải và chiếu sáng sinh hoạt bằng led dùng điện mặt trời trên tàu khai thác lưới vây QNA 90170 của tỉnh quảng nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
--- o0o ---

ĐẶNG QUỐC VIỆT

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO ĐÈN BÁO HIỆU HẢNG HẢI VÀ
CHIẾU SÁNG SINH HOẠT BẰNG LED DÙNG ĐIỆN MẶT
TRỜI TRÊN TÀU KHAI THÁC LƯỚI VÂY QNA 90170 CỦA
TỈNH QUẢNG NAM

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGÀNH ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

GVHD: TS. TRẦN TIẾN PHỨC

Nha Trang, 07/2015


i

LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn tới quý thầy cô giảng dạy tại Trường Đại
học Nha Trang, đặc biệt là quý thầy cô ở Khoa Điện – Điện tử. Cảm ơn các thầy các
cô đã tận tụy dạy bảo, trang bị cho em những kiến thức chuyên ngành trong bốn năm
qua, tạo tiền đề vững chắc để thực hiện đề tài này.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới thầy Trần Tiến Phức – giáo viên
hướng dẫn em thực hiện đề tài. Cảm ơn thầy đã tạo mọi điều kiện tốt nhất để em thực
hiện đề tài cũng như hướng dẫn tận tình các bước thực hiện để hoàn thành đề tài tốt
nhất.

Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới bạn bè và người thân trong gia đình đã góp ý
và động viên em trong quá trình thực hiện đề tài này.

Nha Trang, tháng 06 năm 2015

Đặng Quốc Việt

GVHD: Ts. Trần Tiến Phức

SVTH: Đặng Quốc Việt


ii

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ..........................................................................................................i
MỤC LỤC ..............................................................................................................ii
DANH MỤC HÌNH VẼ ......................................................................................... iv
DANH MỤC BẢNG ............................................................................................viii
GIỚI THIỆU CHUNG............................................................................................ xi
TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI .........................................................................xii
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG THỰC TẾ CỦA ĐỀ TÀI ..................xiii
Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI .....................................xiii
TÓM TẮT ............................................................................................................ xiv
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ................................................................................... 1
1.1. ĐIỆN MẶT TRỜI......................................................................................... 1
1.1.1. Tiềm năng và sự phát triển điện Mặt Trời trên thế giới ........................... 1
1.1.2. Tiềm năng và sự phát triển điện Mặt Trời ở Việt Nam ........................... 8
1.1.3. Tiềm năng điện Mặt Trời trên ngư trường của ngư dân tỉnh Quảng
Nam...................................................................................................... 11

1.2. HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI .................................................................. 12
1.2.1. Hệ thống điện Mặt Trời độc lập ........................................................... 12
1.2.2. Hệ thống điện Mặt Trời hòa lưới .......................................................... 14
1.2.3. Hệ thống điện Mặt Trời trên tàu biển ................................................... 15
1.3. ĐÈN BÁO HIỆU HÀNG HẢI .................................................................... 15
1.3.1. Các loại đèn báo hiệu hàng hải ............................................................. 15
1.3.2. Đèn báo hiệu hàng hải trên tàu khai thác lưới vây ................................ 19

GVHD: Ts. Trần Tiến Phức

SVTH: Đặng Quốc Việt


iii

1.4. TÀU KHAI THÁC LƯỚI VÂY QNA 90170 VÀ THỰC TRẠNG TRANG BỊ
ĐÈN HÀNG HẢI, ĐÈN CHIẾU SÁNG SINH HOẠT................................ 23
1.4.1. Tham số kỹ thuật chính của tàu QNA 90170 ........................................ 23
1.4.2. Thực trạng đèn hàng hải trên tàu QNA 90170 ...................................... 24
1.4.3. Thực trạng đèn chiếu sáng phục vụ sinh hoạt trên tàu QNA 90170....... 24
CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO ĐÈN HÀNG HẢI BẰNG LED DÙNG
ĐIỆN MẶT TRỜI TRÊN TÀU KHAI THÁC LƯỚI VÂY QNA 90170 ............... 26
2.1. PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ ĐÈN HÀNH TRÌNH HÀNG HẢI BẰNG LED
SỬ DỤNG ĐIỆN MẶT TRỜI TRÊN TÀU KHAI THÁC LƯỚI VÂY QNA
90170 .......................................................................................................... 26
2.1.1. Giải pháp chiếu sáng bằng đèn LED .................................................... 26
2.1.2. Thiết kế đèn ......................................................................................... 36
2.2. QUÁ TRÌNH CHẾ TẠO VÀ THI CÔNG ĐÈN BÁO HIỆU HÀNG HẢI
TRÊN TÀU CÁ NGHỀ LƯỚI VÂY QNA 90170 DÙNG ĐIỆN MẶT
TRỜI .......................................................................................................... 41

2.2.1. Đèn mạn phải màu xanh 112,5 độ ........................................................ 41
2.2.2. Đèn mạn trái màu đỏ 112,5 độ ............................................................. 45
2.2.3. Đèn cột 225 độ ..................................................................................... 48
2.2.4. Đèn lái 135 độ ...................................................................................... 51
2.2.5. Đèn chiếu màu trắng 360 độ................................................................. 54
2.2.6. Đèn sự cố màu đỏ 360 độ ..................................................................... 56
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO ĐÈN CHIẾU SÁNG TRONG TÀU BẰNG
LED DÙNG ĐIỆN MẶT TRỜI TRÊN TÀU KHAI THÁC LƯỚI VÂY QNA 90170
.............................................................................................................................. 59
3.1. CHẾ TẠO ĐÈN TUÝP LED CẤP NGUỒN TỪ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT
TRỜI .......................................................................................................... 59

GVHD: Ts. Trần Tiến Phức

SVTH: Đặng Quốc Việt


iv

3.2. ĐÈN TUÝP LED CHIẾU SÁNG CABIN................................................... 62
3.3. ĐÈN TUÝP LED CHIẾU SÁNG BUỒNG MÁY ....................................... 63
3.4. ĐÈN TUÝP LED CHIẾU SÁNG PHỤC VỤ SINH HOẠT TRÊN TÀU .... 64
3.5. QUÁ TRÌNH LẮP ĐẶT HOÀN THIỆN .................................................... 65
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................... 69
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................... 70
PHỤ LỤC.............................................................................................................. 71

GVHD: Ts. Trần Tiến Phức

SVTH: Đặng Quốc Việt

v

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Nhà máy điện Mặt Trời loại hội tụ nhiệt Gemasolar, Tây Ban Nha. ......... 1
Hình 1.2: Nhà máy Điện Mặt Trời Topaz Solar Farm (Hoa Kỳ), công suất 550
MW ......................................................................................................................... 3
Hình 1.3: Sản xuất điện năng lượng Mặt Trời trên thế giới theo công nghệ SPV ..... 4
Hình 1.4: Pin quang điện được ghép từ nhiều lớp .................................................... 7
Hình 1.5: Pin quang điện nhiều lớp hấp thụ cả dãi phổ của ánh sáng Mặt Trời ........ 7
Hình 1.6: Dự báo nhu cầu điện của Việt Nam 1995 – 2030 ..................................... 8
Hình 1.7: Hệ thống Pin Mặt Trời tại Trung tâm Y tế Tam Kỳ (Quảng Nam), Công
suất 3kWp, hoàn thành T5/2010 ............................................................................ 10
Hình 1.8: Hệ thống điện Mặt Trời nối lưới đầu tiên ở Việt Nam trên nóc tòa nhà Bộ
Công Thương, công suất 12kWp ........................................................................... 11
Hình 1.9: Hệ thống điện Mặt Trời độc lập ............................................................. 13
Hình 1.10: Hệ thống điện Mặt Trời hòa lưới .......................................................... 14
Hình 1.11: Đèn cột ................................................................................................ 16
Hình 1.12: Đèn mạn .............................................................................................. 16
Hình 1.13: Đèn lái ................................................................................................. 17
Hình 1.14: Đèn lai dắt ........................................................................................... 17
Hình 1.15: Đèn chiếu sáng 3600............................................................................. 18
Hình 1.16: Đèn chớp ............................................................................................. 18
Hình 1.17: Trạng thái tàu máy đang hành trình ...................................................... 21
Hình 1.18: Trạng thái tàu đang neo ........................................................................ 21
Hình 1.19: Trạng thái tàu đang đánh cá lưới vây còn trớn ...................................... 22
Hình 1.20: Trạng thái tàu bị mất khả năng điều động, còn trớn .............................. 22
Hình 1.21: Thực trạng chiếu sáng sinh hoạt trên tàu .............................................. 23

GVHD: Ts. Trần Tiến Phức

SVTH: Đặng Quốc Việt


vi

Hình 1.22: Tàu QNA90170 đang neo gần bờ ......................................................... 24
Hình 1.23: Thực trạng chiếu sáng dùng bóng đèn sợi đốt....................................... 25
Hình 1.24: Thực trạng đèn tín hiệu hành trình trên tàu QNA 90170 ....................... 25
Hình 2.1: Thông số vỏ đèn trên thị trường ............................................................. 26
Hình 2.2: Dụng cụ thí nghiệm................................................................................ 28
Hình 2.3: Mẫu thử nghiệm số 1 LED 3mm siêu sáng ............................................. 29
Hình 2.4: Mẫu thử nghiệm số 2 LED 5mm sử dụng rộng rãi.................................. 29
Hình 2.5: Sơ đồ mạch in chân LED ....................................................................... 37
Hình 2.6: Thông số kỹ thuật Pin năng lượng Mặt Trời ứng dụng trên tàu QNA 90170
.............................................................................................................................. 38
Hình 2.7: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn ................................................................. 39
Hình 2.8: Mạch nguồn thực tế ............................................................................... 39
Hình 2.9: Sơ đồ chân IC 555 ................................................................................. 40
Hình 2.10: Mạch băm xung ................................................................................... 41
Hình 2.11: Kiểm tra độ sáng bóng sợi đốt 24V-21W ............................................. 42
Hình 2.12: Thiết kế gắn chân đèn và mạch nguồn, mạch băm xung ....................... 43
Hình 2.13: Kiểm tra độ ổn định đèn mạn phải màu xanh 112.5 độ ......................... 43
Hình 2.14: Kiểm tra bóng đèn sợi đốt 24V-21W.................................................... 46
Hình 2.15: Kiểm tra độ ổn định đèn mạn trái màu đỏ 112.5 độ .............................. 46
Hình 2.16: Kiểm tra độ ổn định đèn cột màu trắng 225 độ ..................................... 49
Hình 2.17: Kiểm tra bóng đèn sợi đốt 24V-21W.................................................... 52
Hình 2.18: Kiểm tra độ ổn định đèn lái màu trắng 135 độ ...................................... 52
Hình 2.19: Kiểm tra bóng đèn sợi đốt 24V-21W.................................................... 55

Hình 2.20: Kiểm tra độ ổn định đèn chiếu 360 độ .................................................. 55

GVHD: Ts. Trần Tiến Phức

SVTH: Đặng Quốc Việt


vii

Hình 2.21: Kiểm tra độ sáng bóng sợi đốt 24V-21W ............................................. 57
Hình 3.1: Dùng 2 bóng đèn sợi đốt chiếu sáng hầm máy trên tàu ........................... 59
Hình 3.2: Đèn tuýp LED........................................................................................ 60
Hình 3.3: Kiểm tra đèn tuýp LED tại phòng thí nghiệm ......................................... 61
Hình 3.4: Lắp đặt đèn tuýp LED tại vị trí cabin ..................................................... 62
Hình 3.5: Vị trí lắp đặt đèn tuýp LED dưới hầm máy ............................................ 63
Hình 3.6: Lắp đặt đèn tuýp LED phục vụ sinh hoạt ............................................... 64
Hình 3.7: Mô phỏng sơ đồ lắp đặt đèn hàng hành trình và đèn đánh cá .................. 66
Hình 3.8: Chế tạo, lắp đặt đế gắn đèn .................................................................... 66
Hình 3.9: Lắp đặt đèn mạn, đèn neo ...................................................................... 67
Hình 3.10: Bản điều khiển và hướng dẫn sử dụng đèn hành trình hàng hải. ........... 67
Hình 3.11: Hệ thống CB điều khiển đèn đèn chiếu sáng sinh hoạt ......................... 67
Hình 3.12: Tổng quan hoàn thành lắp đặt .............................................................. 68
Hình 3.13: Kiểm tra hoạt động các đèn vào ban đêm ............................................. 68

GVHD: Ts. Trần Tiến Phức

SVTH: Đặng Quốc Việt


viii

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Bảng xếp hạng các nhà máy điện Mặt Trời trên thế giới theo công nghệ
SPV ......................................................................................................................... 5
Bảng 1.2: Dự báo nhu cầu năng lượng điện 2015 – 2030 ......................................... 8
Bảng 2.1: Kết quả thử nghiệm mẫu số 1(a): LED 3mm dẹp ngắn màu xanh .......... 30
Bảng 2.2: Kết quả thử nghiệm mẫu số 1(b): LED 3mm dẹp ngắn màu đỏ .............. 30
Bảng 2.3: Kết quả thử nghiệm mẫu số 1(c): LED 3mm dẹp ngắn màu trắng .......... 30
Bảng 2.4: Kết quả thử nghiệm mẫu số 2(1): LED 5mm tròn dài màu xanh ............ 31
Bảng 2.5: Kết quả thử nghiệm mẫu số 2(2): LED 5mm tròn dài màu đỏ ................ 31
Bảng 2.6: Kết quả thử nghiệm mẫu số 2(3): LED 5mm tròn dài màu trắng ............ 32
Bảng 2.7: Chọn điểm làm việc LED làm thí nghiệm .............................................. 35
Bảng 2.8: Thông số cường độ sáng và dòng điện ................................................... 35
Bảng 2.9: Thông số LED làm đồ án ....................................................................... 35
Bảng 2.10: Ứng dụng mạch cho các loại đèn với góc chiếu khác nhau .................. 37
Bảng 2.11: Số liệu đèn dùng bóng sợi đốt 24V-21W ............................................. 43
Bảng 2.12: Số liệu đèn mạn phải sử dụng LED màu xanh ..................................... 44
Bảng 2.13: Kết quả thử nghiệm đèn mạn phải sử dụng LED màu xanh.................. 44
Bảng 2.14: Số liệu đèn dùng bóng sợi đốt 24V-21W ............................................. 47
Bảng 2.15: Số liệu đèn mạn trái sử dụng LED màu đỏ ........................................... 47
Bảng 2.16: Kết quả thử nghiệm đèn mạn trái sử dụng LED màu đỏ ....................... 47
Bảng 2.17: Số liệu đèn dùng bóng sợi đốt 24v-21w ............................................... 49
Bảng 2.18: Số liệu đèn cột sử dụng LED màu trắng ............................................... 49
Bảng 2.19: Kết quả thử nghiệm đèn cột sử dụng LED màu trắng ........................... 50
Bảng 2.20: Số liệu đèn dùng bóng sợi đốt 24v-21w ............................................... 52

GVHD: Ts. Trần Tiến Phức

SVTH: Đặng Quốc Việt

ix

Bảng 2.21: Số liệu đèn cột sử dụng LED màu trắng ............................................... 53
Bảng 2.22: Kết quả thử nghiệm đèn lái sử dụng đèn LED trắng............................. 53
Bảng 2.23: Số liệu đèn dùng bóng sợi đốt 24V-21W ............................................. 56
Bảng 2.24: Số liệu đèn chiếu sử dụng LED............................................................ 56
Bảng 2.25: Kết quả thử nghiệm đèn chiếu sử dụng LED màu trắng ....................... 56
Bảng 2.26: Số liệu đèn dùng bóng sợi đốt 24V-21W ............................................. 57
Bảng 2.27: Số liệu đèn sử dụng LED ..................................................................... 58
Bảng 2.28: Kết quả thử nghiệm sản phẩm.............................................................. 58
Bảng 3.1: Tham số của LED SDPA4-1W được chọn sử dụng trong đèn ................ 60
Bảng 3.2: Kết quả thí nghiệm ................................................................................ 61
Bảng 3.3: Kết quả đo độ sáng dùng đèn tuýp LED................................................. 62
Bảng 3.4: kết quả đo độ sáng dùng bóng đèn sợi đốt 220V-35W ........................... 63
Bảng 3.5: Kết quả đo độ sáng đèn tuýp LED tại hầm máy ..................................... 64
Bảng 3.6: Kiểm tra độ sáng ban đầu ...................................................................... 64
Bảng 3.7: Kết quả đo độ sáng đèn tuýp LED ......................................................... 65
Bảng 3.8: Kiểm tra độ sáng ban đầu ngư dân sử dụng đèn sợi đốt ......................... 65

GVHD: Ts. Trần Tiến Phức

SVTH: Đặng Quốc Việt


x

DANH MỤC BIỂU ĐỒ
Biểu đồ 1.1: Sự tăng trưởng tổng điện năng Mặt Trời năm theo các năm ................. 5
Biểu đồ 1.2: Tình hình xây dựng các nhà máy quang điện Mặt Trời trong các năm

2001-2015 ............................................................................................................... 6
Biểu đồ 1.3: Biểu đồ bức xạ Mặt Trời thế giới ....................................................... 12
Biểu đồ 2.1: Đồ thị so sánh chọn điểm làm việc loại LED màu xanh (a), (1) ......... 33
Biểu đồ 2.2: Đồ thị so sánh chọn điểm làm việc loại LED màu đỏ (b), (2) ............. 33
Biểu đồ 2.3: Đồ thị so sánh chọn điểm làm việc loại LED màu trắng (c), (3) ......... 34

GVHD: Ts. Trần Tiến Phức

SVTH: Đặng Quốc Việt


xi

GIỚI THIỆU CHUNG
Năm 1907, hiện tượng biến điện thành ánh sáng được H. J. Round phát hiện đầu
tiên. 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 Garry
Pittman phát minh vào năm 1961. Sang năm 1962, Nick Honyak chế tạo ra loại LED
phát ra ánh sáng nhìn thấy là loại LED đỏ và ông được xem là cha đẻ của LED.
Từ khi du nhập vào Việt Nam đến nay, LED dường như đã có chổ đứng không
thể nào thay thế được trong lĩnh vực chiếu sáng bởi sự tiện dụng, tiết kiệm điện, tuổi
thọ và tính thẩm mỹ của nó. Nhiều công trình mọc lên không thể thiếu sự góp mặt
của đèn 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 công trình giao thông cầu – đường.
Trải qua nhiều thập kỷ từ thuở sơ khai đến nay, năm 2015 là mốc thời gian mà
LED 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 sống bởi sự tiện lợi của nó.
Nếu như trước đây LED chỉ có mặt trong các thiết bị điện tử như truyền phát

dữ liệu, thì ngày nay LED được ứng dụng rông rãi trong lĩnh vực chiếu sáng, trang
trí nội thất trong nhà, sân vườn, … Nhiều nơi đã sử dụng LED vào chiếu sáng đường
bộ kết hợp với ứng dụng pin năng lượng mặt trời, tạo thành một cặp đôi hoàn hảo của
công nghệ mới – công nghệ của tượng lai: không phát thải, sạch, an toàn, tiết kiệm
và bảo vệ môi trường.
Việt Nam với lợi thế là một trong những nước nằm trong giải phân bố ánh
nắng mặt trời nhiều nhất trong năm trên bản đồ bức xạ của thế giới, năng lượng mặt
trời ở Việt Nam có sẵn quanh năm, khá ổn định và phân bố rộng rãi trên các vùng
miền. Đặc biệt, số ngày nắng trung bình trên các tỉnh của miền Trung và miền Nam
là khoảng 300 ngày/năm.

GVHD: Ts. Trần Tiến Phức

SVTH: Đặng Quốc Việt


xii

Các nhà khoa hoc, các kỹ sư, các chuyên gia luôn quan tâm, nghiên cứu đến
nguồn năng lượng tái tạo, khả năng ứng dụng cho cuộc sống con người. Đồ án
“NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO ĐÈN BÁO HIỆU HẢNG HẢI VÀ CHIẾU SÁNG SINH
HOẠT BẰNG LED DÙNG ĐIỆN MẶT TRỜI TRÊN TÀU KHAI THÁC LƯỚI
VÂY QNA 90170 CỦA TỈNH QUẢNG NAM” là một đề tài chỉ nghiên cứu một
mảng nhỏ trong hệ thống năng lượng mặt trời, đó là cung cấp năng lượng trực tiếp
cho tàu khai thác thủy sản, nơi mà nguồn điện năng quốc gia chưa thể kéo đến.
TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Năng lượng mặt trời cũng như nhiều nguồn năng lượng mới khác như năng
lượng gió, năng lượng thủy triều, năng lượng địa nhiệt…, Ngày nay trên thế giới rất
được quan tâm, đặc biệt trong quá trình nóng lên toàn cầu hiện nay, thế giới đang có
xu hướng tìm kiếm, phát triển mạnh nguồn năng lượng mới này. Đối với Việt Nam

tuy vẫn còn chưa phát triển rộng rãi nhưng lại được sự quan tâm đặc biệt từ chính phủ
và người dân.
Giá thành các đèn hành trình hảng hải ứng dụng LED ngoại nhập còn quá cao
nên chưa được người ta ứng dụng nhiều.
Sư am hiểu về các quy tắc quy định của người dân về an toàn hàng hải còn
kém.
Một số ngư dân chủ quan không gắn các thiết bị đèn báo hiệu hàng hải hay
gắn nhưng không đúng quy định an toàn hàng hải.
Do công tác đánh bắt cá trên biển tốn nhiều thời gian nên việc tích trữ năng
lượng điện để vận hành các thiết bị an toàn trên thuyền là không đủ.
Ngoài ra ảnh hưởng từ sự rung lắc của sóng dẫn tới giảm tuổi thọ bóng đèn.
Theo nội dung chương trình mục tiêu quốc gia sử dụng năng lượng tiết kiệm
và hiệu quả của chính phủ, từ ngày 1-1-2013. Việt Nam sẽ cấm nhập, sản xuất các
loại bóng đèn sợi đốt (đèn tròn) có công suất trên 60W[5]. Tuy nhiên, hiện nay nhiều
nơi người dân vẫn còn sử dụng loại đèn này trong chiếu sáng và sản xuất “nguồn:
Quyết định số 78/2013/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ: Về việc ban hành Danh

GVHD: Ts. Trần Tiến Phức

SVTH: Đặng Quốc Việt


xiii

mục và lộ trình phương tiện, thiết bị sử dụng năng lượng phải loại bỏ và các tổ máy
phát điện hiệu suất thấp không được xây dựng mới”
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG THỰC TẾ CỦA ĐỀ TÀI
Đối tượng áp dụng
Trong đề tài này, Sử dụng các loại LED chiếu sáng có trên thị trường chế tạo các đèn
hành trình hàng hải chiếu sáng hiệu suất cao, đèn chiếu sáng sinh hoạt theo công

nghệ chiếu sáng mới, hiện đại, tiết kiệm năng lượng, lựa chọn các loại đèn LED đảm
bảo yêu cầu, nhằm tăng hiệu suất sử dụng năng lượng của bình ắc quy được tích điện
từ pin mặt trời. LED là sản phẩm thân thiện với môi trường và giá thành của nó ngày
càng rẻ.
Phạm vi ứng dụng thực tế của đề tài
Chế tạo và ứng dụng đèn LED cho các loại đèn hành trình hàng hải đảm bảo
yêu cầu tầm nhìn trong ngành hàng hải Việt Nam. Sử dụng điện năng lượng mặt trời
làm nguồn năng lượng chính cung cấp cho hệ thống hoạt động. Phạm vi ứng dụng
loại đèn LED phù hợp cho tàu đánh cá nghề lưới vây có kích thước tàu <20m. Thi
công lắp đặt đèn tín hiệu hành trình và đèn chiếu sáng sinh hoạt cho tàu QNA 90170.
Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
Việc chế tạo thành công các đèn hành trình hàng hải, đèn chiếu sáng sinh hoạt
bằng LED dùng điện mặt trời mang nhiều ý nghĩa về tiết kiệm năng lượng, sử dụng
năng lượng sạch cho mọi người và là bài học về công nghệ chiếu sáng hiện đại, hiệu
suất cao cho sinh viên ngành Công nghệ kỹ thuật điện - điện tử nói riêng và sinh viên
trường Đại học Nha Trang nói chung và lớn hơn nữa là ứng dụng rộng rãi trong
nghành hàng hải là nghành tiêm năng mũi nhọn nước ta.
Việc ứng dụng năng lượng vào nhu cầu điện sinh hoạt trên tàu như sử dụng
máy tầm ngư, bộ đàm, ICOM,… mà không phải vận hành động cơ của tàu. Qua đó
tiết kiệm đáng kể chi phí nhiên liệu và đặc biệt qua hệ thống này giúp cho việc liên
lạc với đất liền khi có sự cố trên biển một cách thường xuyên qua hệ thống thông tin
liên lạc, hệ thống định vị vệ tinh 24/24 giờ, giảm thiểu rủi ro...

GVHD: Ts. Trần Tiến Phức

SVTH: Đặng Quốc Việt


xiv

TÓM TẮT
Phần cơ sở lí thuyết: Chú trọng về lý thuyết luật hàng hải, tiềm năng năng
lượng Mặt Trời ở thế giới và Việt Nam, lập sơ đồ hệ thống điện mặt trời trên tàu, thiết
kế quá trình lắp đặt, sử dụng an toàn, dễ hiểu cho người dân.
Phần thi công: Thiết kế thi công mạch đèn LED trong đèn hành trình, hệ thống
đèn LED chiếu sáng của tàu QNA 90170.
Nội dung đồ án gồm 3 chương:
Chương 1: Tổng quan
Chương 2: Nghiên cứu chế tạo đèn hàng hải bằng LED dùng điện Mặt Trời
trên tàu khai thác lưới vây QNA 90170
Chương 3: Nghiên cứu chế tạo đèn chiếu sáng trong tàu bằng LED dùng điện
Mặt Trời trên tàu khai thác lưới vây QNA 90170
Trong đồ án này, em đã đưa vào phần lý thuyết quan trọng về các thiết bị trong
hệ thống năng lượng mặt trời, mạch thi công ứng dụng thực tế. Qua đây em muốn
người đọc hiểu rõ hơn về hệ thống và có thể tự lắp đặt riêng hệ thống năng lượng mặt
trời để sử dụng, góp phần bảo vệ môi trường và tiết kiệm năng lượng.

GVHD: Ts. Trần Tiến Phức

SVTH: Đặng Quốc Việt


1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. ĐIỆN MẶT TRỜI
1.1.1. Tiềm năng và sự phát triển điện Mặt Trời trên thế giới
Trong nhưng năm gần đây và khả năng trong nhiều năm tới nữa, ngành công
nghiệp điện Mặt Trời sẽ được nhiều quốc gia trên thế giới chú ý đầu tư phát triển.
Nhìn chung, sự phát triển điện Mặt Trời trên thế giới diễn ra với cả hai loại

công nghệ chính, đó là công nghệ quang điện SPV và công nghệ hội tụ năng lượng
Mặt Trời CSP (concentrated solar power) hay còn gọi là Công nghệ nhiệt năng Mặt
Trời STE (Solar thermal energy).
Trong đó, loại điện Mặt Trời theo công nghệ quang điện SPV được nhiều nước
đầu tư phát triển từ giai đoạn đầu tiên của ngành điện Mặt Trời.

Hình 1.1: Nhà máy điện Mặt Trời loại hội tụ nhiệt Gemasolar, Tây Ban Nha
Với mục tiêu hạ giá thành cho các nhà máy điện Mặt Trời theo công nghệ
SPV, các nhà công nghệ đã tiến hành các nghiên cứu song song theo hai hướng.
Xu hướng thứ nhấtlà nghiên cứu tìm nguyên liệu mới hoặc cải tiến kỹ thuật
chế tạo các tế bào quang điện. Về yêu cầu này, sau nhiều năm tiến bộ chậm chạp, từ
4-5 năm trở lại đây đã có nhiều tiến bộ đáng kể trong chế tạo các tế bào quang điện
bằng cách thay đổi vật liệu và cách bố trí tối ưu các tế bào đó.

GVHD: Ts. Trần Tiến Phức

SVTH: Đặng Quốc Việt


2

Xu hướng thứ hai là tránh chiếm lạm dụng quá nhiều đất bằng phẳng. Để thực
hiện điều này, nhiều nước và đi đầu là Australia đã xây dựng kiểu nhà máy, trong đó
tất cả pin Mặt Trời hay tế bào quang điện với nhiệm vụ biến đổi các tia sáng Mặt Trời
trực tiếp thành điện năng đều đặt nổi trên mặt nước. Như vậy, trong loại nhà máy điện
Mặt Trời theo công nghệ quang năng SPV có thể phân thành 2 loại nhỏ tương ứng
với sử dụng 2 “tiểu” công nghệ khác nhau, pin đặt trên mặt đất hay pin cho nổi trên
mặt nước.
Các xu hướng nói trên chính là những giải pháp góp phần để ngành điện Mặt
Trời theo công nghệ quang điện SPV không bị tụt hậu trên thị trường so với ngành

điện Mặt Trời khác như nhiệt điện hay thủy điện … hay so cả với cả loại điện Mặt
Trời dùng công nghệ hội tụ CSP hay STE (Solar thermal energy).
Trong loại hai các tia nắng Mặt Trời được hệ thống gương phản chiếu cho hội
tụ một điểm duy nhất; nơi này để các bình chứa nước lớn và sau đó sẽ cho nước bốc
hơi. Dĩ nhiên, cả 2 loại “tiểu” công nghệ này cũng đều đưa đến kết quả giống nhau là
thu được hơi nước áp suất cao để quay tuốc-bin và phát điện.
Trong 2 loại công nghệ điện Mặt Trời SPV và CSP trình bày ở trên, mỗi loại
có những ưu và nhược điểm riêng. Đối với các nhà máy điện Mặt Trời loại SPV có
những ưu điểm nổi bật. Trước hết, giá thành xây dựng nhà máy SPV thấp hơn nhiều
so với nhà máy loại CSP, một ưu điểm lớn của nhà máy loại quang điện SPV là không
gây ảnh hưởng xấu đến môi trường tự nhiên. Trong lúc các nhà máy loại hội tụ nhiệt
năng CSP thì ngược lại, các thiết bị chứa nước nóng và hơi nước nóng để quay tuôcbin ở các nhà máy này làm ảnh hưởng xấu đến môi trường nhiều hơn với nhiều chim
muông bị đốt cháy và nhiều cây cỏ xung quanh bị héo khô…
Với tương quan so sánh trên, hiện nay cả hai loại điện Mặt Trời, theo công
nghệ quang điện SPV và công nghệ quang nhiệt CSP (hay STE), đều được nhiều
nước, tùy tình hình cụ thể của mỗi nước, cùng khai thác sử dụng. Trong đó, ở các

GVHD: Ts. Trần Tiến Phức

SVTH: Đặng Quốc Việt


3

nước nhỏ và đang phát triển tình hình có phần nghiêng về phía sử dụng nhà máy loại
quang điện SPV.
Các nhà máy điện Mặt Trời lớn nhất thế giới

Hình 1.2: Nhà máy Điện Mặt Trời Topaz Solar Farm (Hoa Kỳ), công suất 550 MW
Một bức tranh tổng quát về tình hình phát triển của lĩnh vực điện Mặt Trời trên

thế giới như sau: Phát triển khá chậm chạp cho đến những năm cuối thế kỷ 20 và đầu
thế kỷ 21. Trong khoảng 5 năm trở lại đây sự phát triển mang tính bột phát cao. Cụ
thể, số lượng các nước trên thế giới gia nhập cộng đồng điện Mặt Trời càng ngày
càng nhiều thêm. Và thứ bậc theo tổng công suất điện năng Mặt Trời cũng biến động
từ năm này sang năm khác. Chỉ trong 5 năm trở lại đây các cường quốc điện Mặt Trời
có tên trong các vị trí từ 1 đến 5 thay đổi liên tục giữa Đức, Tây Ban Nha, Ấn Độ,
Trung Quốc, Mỹ.
Một năm trước, tức đầu năm 2014 thứ bậc của 5 cường quộc điện Mặt Trời
được sắp xếp theo thứ tự về tổng công suất tính bằng Gigawatt (con số đầu) và tỷ lệ
điện năng Mặt Trời trong tổng điện năng quốc gia (con số thứ hai) như sau: Nước

GVHD: Ts. Trần Tiến Phức

SVTH: Đặng Quốc Việt


4

Đức (35,65 GW; 5,3%), Ý (18 GW; 9%), Trung Quốc (17,7 GW; 0,1%), Nhật (11,86
GW; 0,8%) và Hoa Kỳ (11,42 GW; 0,3 %).
Chỉ khoảng 4-5 năm gần đây ngành điện Mặt trời nước Mỹ vượt qua nhiều
nước để vươn lên vị trí thứ 5 của danh sách xếp hạng. Và đặc biệt Mỹ đã tiến hành
xây dựng các nhà máy điện Mặt Trời “khủng” nhất thế giới, chiếm hẳn 5 vị trí đầu về
quy mô cả về điện Mặt Trời quang điện SVP và cả về điện Mặt Trời hội tụ nhiệt
quang CSP
Trong Công nghệ SPV, năng lượng ánh sáng Mặt Trời được chuyển thành
dòng điện, nhờ hiệu ứng quang điện, qua các tế bào quang điện hay các Pin Mặt
Trời bé nhỏ. Các pin nhỏ ghép lại thành tấm Pin Mặt trời lớn. Các tấm pin lớn này
ghép lại với nhau thành mô đun hay dãy. Ban đầu, các tấm Pin mặt trời được dùng
cho vệ tinh nhân tạo hay phi thuyền không gian, nhưng giờ đây ở nhiều nước đã sử

dụng rộng rãi trong công nghiệp và dân dụng. Các nhà máy điện mặt trời sử dụng
công nghệ hội tụ CSP hay công nghệ quang điện SPV, hoặc kết hợp cả hai công nghệ
đã xuất hiện ở nhiều quốc gia. (nguồn “Top 10 quốc gia khai thác điện mặt trời trên
thế giới”/Vietnamnet.vn/ truy cập ngày cuối 29/05/2014).

(a)

(b)

Hình 1.3: Sản xuất điện năng lượng Mặt Trời trên thế giới theo công nghệ SPV
a) Hệ thống điện năng lượng Mặt Trời “Topaz Solar Farm”, ở Mỹ
b) Hệ thống sản xuất điện năng lượng Mặt Trời “Meuro Solar Park”, ở Đức

GVHD: Ts. Trần Tiến Phức

SVTH: Đặng Quốc Việt


5

Bảng 1.1: Bảng xếp hạng các nhà máy điện Mặt Trời trên thế giới theo công nghệ
SPV
“Topaz Solar Farm”, Mỹ

550 MW (đat 300 MW vào tháng 1/2014)

“Agua Caliente” , Mỹ

251 MW (đat 397 MW khi hoàn thành)

“California Valley Solar Ranch”, Mỹ

250 MW (hoàn thành 2013)

“Antelope Valley Solar Ranch”, Mỹ

230 MW (gần hoàn thành)

“Charanka Solar Park”, Trung quốc

221 MW

“Golmud Solar Park” , Trung quốc

200 MW (hoàn thành 2011)

“Imperial Solar Energy Center South”, Mỹ 200 MW
“Centinela Solar Energy Project”, Mỹ

170 MW (gần hoàn thành)

“Meuro Solar Park”, Đức

166 MW (hoàn thành 2013)

“Mesquite Solar I” , Mỹ

150 MW

Biểu đồ 1.1: Sự tăng trưởng tổng điện năng Mặt Trời năm theo các năm

Về đà tăng trưởng điện năng mặt trời của thế giới, Ở Biểu đồ 1.1. kèm theo
giới thiệu sự tăng trưởng của tổng sản lượng điện mặt trời theo từng năm, từ 1995

GVHD: Ts. Trần Tiến Phức

SVTH: Đặng Quốc Việt


6

đến 2013. Rõ ràng, trong 5 năm cuối gần đây, đà tăng trưởng diễn ra rất nhanh, gần
đến 15 lần. Trên đồ thị thứ hai cho thấy vai trò của điện mặt trời trong nền công
nghiệp điện năng ở các nước.
Tình hình thế giới thúc đẩy Việt Nam có chính sách đầu tư phát triển toàn diện
nền công nghiệp điện năng của đất nước. Bên cạnh sự phát triển nhiệt điện khí, điện
hạt nhân, không thể không có chính sách hợp lý đối với sử dụng năng lượng tái tạo,
trước hết là điện gió và điện mặt trời.

Biểu đồ 1.2: Tình hình xây dựng các nhà máy quang điện Mặt Trời trong các
năm 2001-2015
Với công nghệ Nano ngày nay, người ta có thế ghép nhiều lớp bán dẫn trên từ
nhiều nguyên tố hóa học khác nhau và đặt chúng trên cùng một tấm pin quang điện,
để tăng hiệu suất chuyển đổi ánh sáng thành điện năng Hình 1.4.
Khi ánh sáng (gồm nhiếu sóng ánh sáng ghép lại) được chiếu vào một tấm pin
quang điện, các nguyên tố sẽ hấp thụ ánh sáng có bức sóng tương thích.
Có thể ghép nhiều lớp để hấp thụ hết dải phổ của ánh sáng Mặt Trời vừa tăng
hiệu suất (hơn 42%) vừa tiếp tục nâng cao điện thế trên mỗi tế bào (cell).

GVHD: Ts. Trần Tiến Phức

SVTH: Đặng Quốc Việt


7

Hình 1.4: Pin quang điện được ghép từ nhiều lớp

Hình 1.5: Pin quang điện nhiều lớp hấp thụ cả dãi phổ của ánh sáng Mặt Trời
Kết quả cho thấy các hạt nano của cấu trúc silicon BC8 thực tế tạo ra nhiều
cặp lỗ hổng electron trên một photon thậm chí là khi tiếp xúc với ánh sáng nhìn thấy
được. Do đó, các nhà khoa học đang hi vọng về khả năng tạo ra một loại pin mặt trời

GVHD: Ts. Trần Tiến Phức

SVTH: Đặng Quốc Việt


8

có hiệu suất cao nhất thế giới. Nguồn “sở Khoa Học và Công Nghệ Ha Nam, truy cập
ngày cuối 10-6-2015”.
1.1.2. Tiềm năng và sự phát triển điện Mặt Trời ở Việt Nam
Theo số liệu thống kê chính thức, tốc độ tăng trưởng GDP bình quân của Việt
Nam là 7,03% năm trong vòng một thập kỷ vừa qua. Kết quả của sự phát triển này là
GDP bình quân đầu người của Việt Nam tăng lên đáng kể và Việt Nam trở thành một
quốc gia có thu nhập trung bình vào năm 2011. Với việc phát triển kinh tế như vậy,
nhu cầu về điện của Việt Nam tăng rất nhanh theo thời gian. Hình 1 miêu tả nhu cầu
điện của Việt Nam trong thời gian tới

Hình 1.6: Dự báo nhu cầu điện của Việt Nam 1995 – 2030

(nguồn: N.T. Nguyen, M. Ha-Duong / Energy Policy 37 (2009) 1601–1613)
Bảng 1.2: Dự báo nhu cầu năng lượng điện 2015 – 2030
năm

Dự báo nhu cầu

Thị phần năng

năng

lượng tái tạo (%)

lượng điện (tỷ
kWh)
2015

194 - 210

3,5

2020

330 - 362

4,5

2030

695 - 834

6,0

GVHD: Ts. Trần Tiến Phức

SVTH: Đặng Quốc Việt


9

Nguồn: “Quyết định 1208/QD-TTg ngày 21 tháng 7 năm 2011 về việc phê duyệt quy
hoạch phát triển điện quốc gia giai đoạn 2011-2020 tầm nhìn đến năm 2030”
Ở các nước có nền công nghiệp điện mặt trời phát triển, chính phủ có các chính
sách hỗ trợ lớn để khuyến khích các hộ gia đình, các cơ quan hành chính sử dụng hệ
thống điện mặt trời nối lưới. Hiện nay, chi phí đầu tư hệ thống điện mặt trời nối lưới
ở các nước trên thế giới là vào khoảng 7$/W. Tại Việt Nam, Thủ tướng chính phủ đã
có quyết định 1208/QD-TTg ngày 21 tháng 7 năm 2011 về việc phê duyệt quy hoạch
phát triển điện quốc gia giai đoạn 2011-2020 tầm nhìn đến năm 2030 (Bảng 1.2), bao
gồm các nội dung chính sau:
-

Nhu cầu điện trong được dự báo 194-210 tỷ kWh vào năm 2015, 330-362 tỷ
kWh vào năm 22020 và 695-834 tỷ kWh vào năm 2030.

-

Ưu tiên năng lượng tái tạo trong sản xuất điện, điện từ năng lượng tái tạo để
thị phần từ 3,5% năm 2010 lên 4,5% trong năm 2020 và 6,0% trong năm 2030.

-

Đẩy nhanh chương trình điện khí hóa nông thôn. Nhắm mục tiêu gần 100% xã
có điện trong năm 2020.

-

Các sản lượng điện từ năng lượng tái tạo vào năm 2010, năm 2020 và năm
2030, tương ứng 3,5 tỷ, 15 tỷ và 46 tỷ kWh.
Từ khi được đưa vào ứng dụng, điện Mặt Trời đã nhanh chóng khẳng định được

tầm ảnh hưởng to lớn của nó. Hiện nay khi các nguồn năng lượng hóa thạch trên thế
giới ngành càng cạn kiệt thì năng lượng Mặt Trời là một hướng phát triển đầy hứa
hẹn cho tương lai.
Việt Nam với lợi thế là một trong những quốc gia nằm trong giải phân bố ánh
nắng Mặt Trời nhiều nhất trong năm trên bản đồ bức xạ thế giới, năng lượng Mặt Trời
ở Việt Nam có sẵn quanh năm, khá ổn định và phân bố rộng rãi trên các vùng miền.
Đặc biệt, số ngày nắng trung bình ở các tỉnh miền Trung, miền Nam là khoảng 300
ngày/năm.
Đã có rất nhiều hệ thống Mặt Trời được đưa vào hoạt động phục vụ cuộc sống
con người, và lợi ích từ các công trình này mang lại là không thể phủ nhận.

GVHD: Ts. Trần Tiến Phức

SVTH: Đặng Quốc Việt


10

- Năm 1995, hơn 180 nhà dân và một số công trình công cộng tại Buôn Chăm,
xã Eahsol, huyện Eahleo tỉnh Đắk Lắk đã sử dụng điện Mặt Trời, nơi mà điện lưới
chưa thể vươn tới.

- Viện năng lượng (ENV) và trung tâm năng lượng mới (Trường Đại học Bách
Khoa Hà Nội) triển khai ứng dụng dàn pin Mặt Trời nhằm cung cấp điện cho một
số hộ gia đình và các trạn biên phòng ở Cô Tô (Quảng Ninh) tháng 11/2002
- 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 (Petro
Vietnam) và SolarBK lắp đặt, vận hành vào tháng 6/2012.
- Hệ thống điện mặt trời tại trên sân thượng tòa nhà Intel Việt Nam được làm từ
1092 tấm năng lượng mặt trời cùng 21 bộ biến điện được kết nối với nhau bởi hơn
10.000 m dây cáp. Dự án có sự tham gia của hơn 30 kĩ sư chuyên về năng lượng
mặt trời cùng 5.000 giờ cả thiết kế và lắp đặt. Dự án hiện có khả năng phát được
321.000 KWh điện và hạn chế tới 221.300 kg lượng khí CO2 thải ra hàng năm.
- Dự án xây dựng hệ thống pin năng lượng mặt trời trên nóc nhà Bộ Công thương
do Đức tài trợ sản xuất khoảng 16000 kWh điện/năm được khánh thành vào ngày
19 tháng 11 năm 2010.
Như vậy đã có rất nhiều công trình ứng dụng điện Mặt Trời vào cuộc sống.
Cho đến nay, tầm ảnh hưởng của điện Mặt Trời đối với cuộc sống hiện nay là không
thể phủ nhận và được ứng dụng rất rộng rãi. Đây là một hướng giải quyết vấn đề về
năng lượng đầy hứa hẹn cho tương lai.

Hình 1.7: Hệ thống pin Mặt Trời tại Trung tâm Y tế Tam Kỳ (Quảng Nam), Công
suất 3kWp, hoàn thành T5/2010

GVHD: Ts. Trần Tiến Phức

SVTH: Đặng Quốc Việt