Tóm tắt nội dung [Ẩn]
- 1.Các giải pháp tiết kiệm năng lượng trong điều khiển giao thông bằng đèn tín hiệu
- 2. Thiết kế hệ thống tấm quang điện mặt trời kết hợp điều khiển không dây cấp nguồn cho hệ thống đèn tín hiệu giao thông
Để tiết kiệm chi phí, năm 2021, thành phố triển khai dự án Bắc Giang dùng nguồn điện mặt trời cho đèn tín hiệu và đèn giao thông thay thế hệ thống đèn chiếu sáng, lắp đặt đèn tín hiệu, camera giám sát tại nhiều nút giao thông trên địa bàn với tổng kinh phí hơn 27 tỷ đồng. Đối với hệ thống chiếu sáng nội thị, thành phố tổ chức thay thế hơn 3.200 bóng đèn cao áp bằng đèn LED, lắp đặt bóng đèn tiết kiệm điện tại gần 100 tuyến phố.
Đối với hệ thống chiếu sáng không chỉ dừng ở mức thay thế bóng đèn tiết kiệm điện mà xây dựng hệ thống chiếu sáng đường phố thông minh; xây dựng mới và dùng công nghệ tích hợp, điều khiển tự động vận hành hệ thống chiếu sáng. Cụ thể, trên cơ sở hệ thống các bóng đèn được bật lên, khi đủ nguồn điện đủ có thể tạo ra các cảm ứng tự tắt, bật các bóng, bảo đảm cường độ ánh sáng của từng khu vực, qua đó tiết giảm điện năng tiêu thụ. Thời gian tới đây thành phố tiếp tục hướng đến mô hình đô thị thông minh và giải pháp hệ thống đèn giao thông và hệ thống đèn sử dụng nguồn năng lượng mặt trời được thành phố đặc biệt chú trọng.
HTK Lights là đơn vị thi công hàng loạt đèn tín hiệu giao thông tại Thành Phố Bắc Giang
1.Các giải pháp tiết kiệm năng lượng trong điều khiển giao thông bằng đèn tín hiệu
1.1 Hệ thống điều khiển giao thông bằng đèn tín hiệu
Hệ thống đèn tín hiệu giao thông bao gồm các thành phần chính:
• Đèn tín hiệu giao thông
• Tủ điều khiển giao thông
• Các thành phần phụ trợ
1.2 Giải pháp tiết kiệm năng lượng trong điều khiển giao thông sử dụng hệ thống điều khiển không dây
Trong mô hình hệ thống đèn tín hiệu giao thông sử dụng điều khiển không dây, nguồn điện của đèn tín hiệu được cung cấp tại chỗ từ hệ thống quang năng lượng mặt trời và tín hiệu điều khiển được cung cấp từ tủ điều khiển đến đèn thông qua các bộ thu phát không dây.
Tại mỗi trụ đèn tín hiệu sẽ được đặt 1 bộ điều khiển phụ (CPU slave) để điều khiển đèn tín hiệu tại trụ đèn đó. Các CPU slave này sẽ được điều khiển bởi bộ điều khiển trung tâm (CPU master) thông qua các loại kết nối vô tuyến không dây khác nhau.
Các cảm biến dòng tại bộ điều khiển sạc của ắc quy sẽ cung cấp thông tin về công suất nguồn cung cấp từ năng lượng mặt trời tới thành phần xử lý tích hợp tại tủ điều khiển chính. Khi nguồn cung cấp giảm sút tới một mức năng lượng nhất định, tủ điều khiển sẽ đưa ra chế độ đóng cắt các bộ đèn và đèn LED tương ứng.
Chế độ 1: Ngắt hoạt động của một số bộ đèn trên một trụ
Chế độ 2: Ngắt hoạt động của một số lượng LED trên một bộ đèn
2. Thiết kế hệ thống tấm quang điện mặt trời kết hợp điều khiển không dây cấp nguồn cho hệ thống đèn tín hiệu giao thông
2.1. 1. Hệ thống các tủ và nút đèn tín hiệu được kết nối về điều khiển trung tâm
Hệ thống bao gồm các thành phần:
- Hệ thống điều khiển, giám sát trung tâm (Level 1)
- Các tủ điều khiển vùng (Level 2)
- Các tủ điều khiển nút (Level 3)
2.1.2 Lựa chọn mô hình
a, Mô hình hệ thống pin năng lượng mặt trời
Hệ thống được phân chia thành 8 vị trí cấp nguồn tương ứng với 08 hệ thống con với mô hình hệ thống pin năng lượng mặt trời độc lập có dự trữ. Ngoài ra, tại vị trí đầu dải phân cách còn lắp đặt thêm 04 trụ đèn cảnh báo nháy vàng độc lập sử dụng năng lượng mặt trời.
b, Mô hình hệ thống điều khiển không dây
Tủ trung tâm thực hiện khả năng giám sát và điều khiển hoạt động của các đèn tín hiệu thông qua 06 bộ điều khiển tại trụ. Giao thức kết nối không dây được sử dụng là wifi.
Các module mở rộng cho phép tủ điều khiển có khả năng kết nối về trung tâm điều hành.
2.1.3 Tính toán lựa chọn pin mặt trời
a, Lượng điện (Wh) mà các tấm pin mặt trời phải cung cấp cho toàn tải mỗi ngày
Do tổn hao trong hệ thống, số Watt-hour của tấm pin trời cung cấp phải cao hơn tổng lượng điện tiêu thụ của toàn tải.
PV modules phải cung cấp = 1,3 x Eout (Wh/day)
Trong đó 1,3 là hệ số an toàn, dùng để bù suy hao do hệ thống.
Đèn tín hiệu báo đi chậm do Công ty TNHH Thiết bị Công nghệ & Xây dựng Đức Phát (HTK Lights) thi công tại khu vực Tân An (Yên Dũng- TP Bắc Giang) mang lại tiện ích rất lớn đối với vấn đề giao thông nông thônb, Tính toán tổng Watt-peak (Wp) cần có của hệ thống mặt trời
Lượng Wp mà pin mặt trời tạo ra lại tùy thuộc vào khí hậu của từng vùng trên thế giới. Cùng một tấm pin mặt trời nhưng đặt ở nơi này thì mức độ hấp thu năng lượng sẽ khác với khi đặt nó nơi khác. Để thiết kế chính xác, người ta phải khảo sát từng vùng và đưa ra hệ số phát điện của pin mặt trời. Hệ số phát điện này là tích số của hiệu suất hấp thu và độ bức xạ năng lượng mặt trời trong các tháng ít nắng của vùng, đơn vị tính của nó là (kWh/m2/ngày).
2.1.4 Tính toán hệ thống ắc quy và bộ điều khiển sạc
a, Bộ điều khiển sạc
Bộ điều khiển sạc có điện thế vào phù hợp với điện thế của pin mặt trời và điện thế ra tương ứng với điện thế của ắc quy. Công suất của bộ điều khiển sạc phải đủ lớn để nhận điện năng từ panel và đủ công suất để nạp ắc quy. Với hệ số an toàn là 1,3 và chọn hệ ắc quy 6 – 12VDC, ta cần bộ điều khiển có dòng Imax = 1,3 x dòng ngắn mạch Isc của hệ pin mặt trời (8.46A)
Vậy ta chọn 2 loại bộ điều khiển sạc là Leonics SPT-1212 và Leonics SPT-1230
Đối với hệ thống nối trực tiếp này thì tải chỉ hoạt động lúc trời nắng thích hợp với các ứng dụng như quạt thông gió, bơm nước và máy bơm tuần hoàn nhỏ cho hệ thống nưóc nóng. Hình 5 dưới đây mô tả hệ thống pin mặt trời độc lập với tích trữ năng lượng.
b, Bộ ắc quy
Battery dùng cho hệ thống năng lượng mặt trời là loại deep- cycle. Loại này cho phép xả đến mức bình rất thấp và cho phép nạp đầy nhanh. Loại này có khả năng nạp xả rất nhiều lần (có nhiều cycle) mà không bị hỏng bên trong, do vậy khá bền, tuổi thọ cao.
Dung lượng của hệ thống ắc quy tính ra Ah, phụ thuộc vào hiệu điện thế Vx của hệ thống ắc quy, số ngày cần dự trữ năng lượng (số ngày không có nắng) D, hiệu suất nạp xả điện của ắc quy (khoảng 0,7 -0,8), mức sâu xả điện thích hợp DOS (khoảng 0,6 đến 0,8). Trong đó: Eout là tổng lượng điện tiêu thụ mỗi ngày tại mỗi trụ. Ta chọn: D =3 (ngày)
c, Hệ thống sạc ác quy sử dụng năng lượng mặt trời và ứng dụng cho đèn đường giao thông
Hệ thống sạc ắc quy sử dụng năng lượng mặt trời và kết nối tải led là ứng dụng sử dụng cấu trúc hệ thống năng lượng mặt trời độc lập với việc chiếu sáng giao thông, do đó cần phải sử dụng hệ thống lưu trữ năng lượng. Hệ thống bao gồm pin mặt trời, ắc quy, LED, các bộ biến đổi, khối điều khiển. Năng lượng được truyền từ pin mặt trời đến ắc quy thông qua bộ biến đổi DC – DC và tải tiêu thụ năng lượng từ ắc quy. Các thuật toán dò công suất cực đại, thuật toán sạc, điều khiển và phân phối ra tải được tích hop trong một vi điều khiển.
3. Kết luận
Nhóm nghiên cứu và thiết kế đã đưa ra giải pháp kỹ thuật chủ yếu việc ứng dụng pin mặt trời kết hợp điều khiển không dây để cung cấp nguồn điện cho hệ thống đèn tín hiệu giao thông và cảnh báo giao thông. Xây dựng hệ thống đèn tín hiệu giao thông di động với ứng dụng hệ thống không dây kết hợp pin năng lượng mặt trời có kết nối về trung tâm nhằm đáp ứng nhu cầu về việc điều tiết giao thông khi xảy ra các tình huống cục bộ khẩn cấp.
Phát triển các giải pháp tủ điều khiển có khối chức năng tích hợp với camera cảm biến giao thông phục vụ phối hợp điều khiển tín hiệu giao thông không dây, thiết lập phối hợp điều khiển giữa các nút và giữa các tuyến trên địa bàn thành phố.
Phát triển giải pháp giám sát nguồn năng lượng có thể tự động thống kê và điều chỉnh các chế độ hoạt động của hệ thống điều khiển tập trung gồm nhiều nút giao thông, trong đó có sự kết hợp giữa nguồn điện lưới, nguồn năng lượng mặt trời và các nguồn dự phòng khác.
