Báo cáo tổng kết đề tài - Thiết kế, chế tạo mô hình xe điện sử dụng pin mặt trời phục vụ học tập

ác nhận của cơ quan chủ trì đề tài Chủ nhiệm đề tài (ký, họ tên, đĩng dấu) (ký, họ tên) ThS. Hồ Trần Ngọc Anh 3 DANH SÁCH NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI Đơn vị cơng tác và Nội dung nghiên cứu STT Họ và tên lĩnh vực chuyên mơn cụ thể được giao Trường Đại học Sư phạm Kỹ - Trực tiếp nghiên 1 HỒ TRẦN NGỌC ANH thuật, Khoa Cơ khí, Bộ mơn cứu, tính tốn lý thuyết, thiết kế và chế Cơng nghệ Cơ khí Ơ tơ tạo mơ hình - Trình bày báo cáo đề tài trước hội đồng Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019 MỤC LỤC MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 Chương 1- TỔNG QUAN ......................................................................................... 3 1.1. TÌNH HÌNH NHIÊN LIỆU HIỆN NAY .......................................................... 3 1.1.1. Tổng quan tình hình năng lượng ............................................................... 3 1.1.2. Tình hình ơ nhiễm khơng khí .................................................................... 6 1.1.3. Tình hình phát triển xe sạch trong và ngồi nước .................................. 12 1.2. KHẢO SÁT Ơ TƠ ĐIỆN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ........... 21 1.2.1. Giới thiệu chung ..................................................................................... 21 1.2.2. Nhu cầu sử dụng xe điện trong đời sống ................................................ 21 1.2.3. Hệ thống điện và điều khiển trên xe điện ............................................... 25 1.2.4. Ơ tơ chạy bằng năng lượng mặt trời ....................................................... 27 Chương 2: PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ...................................................... 30 2.1. CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 30 2.1.1. Cấu tạo .................................................................................................... 30 2.1.2. Nguyên lý hoạt động ............................................................................... 32 2.1.3. Ứng dụng của năng lượng mặt trời ......................................................... 34 2.2. TÍNH TỐN PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI .......................................... 40 2.2.1. Tính chọn pin năng lượng mặt trời ......................................................... 40 2.2.2. Tính chọn bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời .................................. 41 Chương 3: TÍNH TỐN ĐỘNG LỰC HỌC MƠ HÌNH Ơ TƠ CỠ NHỎ ........ 42 3.1. XÁC ĐỊNH CƠNG SUẤT ĐỘNG CƠ ĐIỆN................................................ 42 Chủ nhiệm đề tài: ThS. Hồ Trần Ngọc Anh Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019 3.2. PHÂN TÍCH, CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN ................. 44 3.3. XÁC ĐỊNH CÁC THƠNG SỐ CHO BỘ NGUỒN ẮC QUY ...................... 48 Chương 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ...................................................... 50 4.1. CHẾ TẠO MƠ HÌNH...................................................................................... 50 4.2. THỬ NGHIỆM, ĐO ĐẠC THƠNG SỐ ........................................................ 52 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................ 54 Chủ nhiệm đề tài: ThS. Hồ Trần Ngọc Anh Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1. Biểu đồ tỉ lệ R/P [Năm] theo khu vực năm 2017 và biểu đồ lịch sử thay đổi giai đoạn 1997 – 2017 ....................................................................................................... 4 Hình 1.2. Tổng lượng dầu tiêu thụ theo khu vực trên thế giới [tỉ tấn] giai đoạn từ 1992 – 2017 ....................................................................................................................... 5 Hình 1.3. Nguồn khí thải do cháy rừng ............................................................................. 7 Hình 1.4. Nguồn khí thải từ ơ tơ ........................................................................................ 8 Hình 1.5. Ơ nhiễm mơi trường gây ảnh hưởng lớn đến sức khỏe con người .................. 10 Hình 1.6. Dị thường nhiệt độ mặt đất trung bình thời gian 1999-2008 so với 1940-1980 ......................................................................................................................................... 12 Hình 1.7. Xu hướng phát triển ơ tơ sạch ......................................................................... 13 Hình 1.8. Mẫu xe Mercedes-Benz E320 CDI Bluetec .................................................... 14 Hình 1.9. Động cơ Skyactiv của Mazda .......................................................................... 15 Hình 1.10. Xe buýt sử dụng nhiên liệu LPG ................................................................... 16 Hình 1.11. Xe taxi chạy bằng LPG của hãng taxi Cửu Long .......................................... 17 Hình 1.12. Xe buýt chạy bằng CNG tại Thành phố Hồ Chí Minh .................................. 18 Hình 1.13. Mẫu xe điện Tesla model S ........................................................................... 19 Hình 1.14. Toyota Prius, mẫu xe hybrid bán chạy nhất trên thế giới ............................. 20 Hình 1.15. Mẫu xe Immortus đang được nghiên cứu phát triển ..................................... 21 Hình 1.16. Ơ tơ điện của hãng Nissan ............................................................................. 22 Hình 1.17. Ơ tơ điện sử dụng ở Chicago ......................................................................... 22 Hình 1.18. Xe đạp điện của Vinfast sản xuất .................................................................. 22 Hình 1.19. Tàu điện tự hành tốc độ cao tuyến Paris – Lyon ........................................... 23 Hình 1.20 Tàu điện ngầm tiện dụng ở Pháp .................................................................... 23 Hình 1.21. Xe điện của hãng Mai Linh ở Đà Lạt ............................................................ 24 Hình 1.22. Xe điện sử dụng trong sân golf ..................................................................... 24 Hình 1.23. Hệ thống điện và điều khiển trên ơ tơ điện hiện đại ...................................... 25 Hình 1.24. Nguyên lý làm việc của ơ tơ sử dụng năng lượng mặt trời ........................... 28 Chủ nhiệm đề tài: ThS. Hồ Trần Ngọc Anh Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019 Hình 2.1: Một cell pin mặt trời ........................................................................................ 30 Hình 2.2. Các loại cấu trúc tinh thể của pin mặt trời ...................................................... 31 Hình 2.3. Các vùng năng lượng ....................................................................................... 33 Hình 2.4. Nguyên lý hoạt động của pin năng lượng mặt trời .......................................... 34 Hình 2.5. Nhà máy nhiệt điện sử dụng năng lượng mặt trời và sơ đồ điển hình lắp đặt hệ thống điện pin mặt trời nối lưới ....................................................................................... 36 Hình 2.6. Tháp năng lượng mặt trời ................................................................................ 37 Hình 2.7. Thiết bị sấy khơ dùng năng lượng mặt trời ..................................................... 38 Hình 2.8. Thiết bị chưng cất nước dùng năng lượng mặt trời ......................................... 39 Hình 2.9. Động cơ Stirling dùng năng lượng mặt trời .................................................... 39 Hình 2.10. Sơ đồ hệ thống năng lượng mặt trời trên mơ hình ........................................ 40 Hình 2.11. Hình ảnh cách bố trí 2 tấm pin mặt trời ........................................................ 40 Hình 2.12. Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời ......................................................... 41 Hình 3.1: Sơ đồ ngoại lực tác dụng lên xe ...................................................................... 42 Hình 3.2. Đường đặc tính cơ của 3 loại động cơ điện ..................................................... 45 Hình 3.3. Động cơ điện 48V-350W ................................................................................ 45 Hình 0.4. Kết cấu của động cơ điện MY1020ZX .................................................................. 46 Hình 0.5. Bộ điều khiển động cơ điện ............................................................................. 46 Hình 0.6. Sơ đồ đấu nối mạch điện bộ điều khiển động cơ điện .................................... 47 Hình 0.7. Sơ đồ đấu nối tiếp 2 bình ắcquy (12V- 35AH) ............................................... 49 Hình 4.1. Sơ đồ tổng thể mơ hình ................................................................................... 50 Hình 4.2. Sơ đồ các bước thược hiện lắp ráp mơ hình .................................................... 51 Chủ nhiệm đề tài: ThS. Hồ Trần Ngọc Anh Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Thành phần cơ bản của khí thải động cơ Diesel. ....................................... 9 Bảng 2.1. Cơ cấu nguồn điện năng lượng mặt trời theo Quy hoạch điện VII .......... 35 Bảng 2.2. Tiềm năng lý thuyết của năng lượng mặt trời .......................................... 36 Chủ nhiệm đề tài: ThS. Hồ Trần Ngọc Anh ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT Độc lập - Tự do - Hạnh phúc THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 1. Thơng tin chung: - Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo mơ hình xe điện sử dụng pin mặt trời phục vụ học tập - Mã số: T2019 - 06 - 120 - Chủ nhiệm: ThS. Hồ Trần Ngọc Anh - Thành viên tham gia: Khơng - Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật – Đại học Đà Nẵng - Thời gian thực hiện: Từ tháng 8 năm 2019 đến tháng 8 năm 2020 2. Mục tiêu: - Chế tạo hồn chỉnh mơ hình ơ tơ sử dụng năng lượng mặt trời. - Chạy thử nghiệm và đánh giá kết quả của hệ thống. 3. Tính mới và sáng tạo: Kết hợp hai nguồn năng lượng từ ắc quy và pin mặt trời để cung cấp cho hệ thống điều khiển mơ hình ơ tơ phục vụ học tập 4. Tĩm tắt kết quả nghiên cứu: Thiết lập được cơ sở thiết kế hệ thống truyền động và điều khiển ơ tơ điện cỡ nhỏ sử dụng năng lượng mặt trời, chế tạo được mơ hình tạo tiền đề cho việc nghiên cứu chế tạo xe ơ tơ cỡ nhỏ sử dụng năng lượng mặt trời 5. Tên sản phẩm: - Mơ hình hệ thống truyền động trên ơ tơ cỡ nhỏ sử dụng năng lượng mặt trời - Báo cáo tổng kết - Bài báo “Tổng quan về ứng dụng năng lượng mặt trời cho hệ thống điều hịa khơng khí trên ơ tơ” đăng trên Tạp chí Khoa học & Cơng nghệ Tập 225, số 06, 2020 - Đại học Thái Nguyên 6. Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng: Đề tài đã thiết lập được cơ sở thiết kế hệ thống truyền động và điều khiển ơ tơ điện cỡ nhỏ sử dụng năng lượng mặt trời, chế tạo được mơ hình tạo tiền đề cho việc nghiên cứu chế tạo xe ơ tơ cỡ nhỏ sử dụng năng lượng mặt trời Đề tài hướng đến việc ứng dụng các thiết bị thực tế trong quá trình giảng dạy thực hành cho sinh viên chuyên ngành, đồng thời tăng cường số tín chỉ học thực hành trong chương trình mơn học. 4 7. Hình ảnh, sơ đồ minh họa chính Pin năng lượng mặt trời Công tắc phanh điện Khóa điện Bàn đạp ga Cần đảo chiều ?C QUY ?C QUY 12V 12V 20AH 20AH IC MOTOR Sơ đồ hệ thống điều khiển và truyền động mơ hình xe điện sử dụng năng lượng mặt trời Mơ hình thực tế Ngày 20 tháng 06 năm 2020 Hội đồng KH&ĐT đơn vị Chủ nhiệm đề tài (ký, họ và tên) (ký, họ và tên) Hồ Trần Ngọc Anh XÁC NHẬN CỦA TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT 5 INFORMATION ON RESEARCH RESULTS 1. General information: Project title: Design and manufacture electric vehicle models using solar cells for education Code number: T2019 - 06 - 120 Coordinator: MSc Ho Tran Ngoc Anh Implementing institution: University of Technology and Education, The University of Danang Duration: from August 2019 to August 2020 2. Objective(s): - Complete manufacturing of automobile models using solar energy - Run tests and evaluate the results of the system. 3. Creativeness and innovativeness: - Combining two sources of energy from batteries and solar cells to supply the car model control system for learning 4. Research results: - Establishing the basis for designing the power transmission and control system of small electric cars using solar energy, creating a model to create a premise for the research and manufacture of small cars using solar energy 5. Products: - Drive system model of small cars using solar energy - Final Report; - Article published in scientific journal. 6. Effects, transfer alternatives of reserach results and applicability: The project has established the basis for designing the powertrain and control system of small electric cars using solar energy, creating a model to create a premise for the research and manufacture of small cars using Solar The thesis aims to apply practical equipment in hands-on teaching process for specialized students, while increasing the number of hands-on credits in the subject curriculum. 6 Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019 1 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài: Tiết kiệm nhiên liệu và bảo vệ mơi trường là hai vấn đề được quan tâm hiện nay. Tiêu hao nhiên liệu, ơ nhiễm mơi trường chính là từ các ngành cơng nghiệp và khí thải từ động cơ đốt trong. Vì thế ngày nay hàng loạt các cơng ty sản xuất ơ tơ, xe máy, động cơ đốt trong... khi sản xuất phải đảm bảo thành phần khí xả đáp ứng được tiêu chuẩn bảo vệ mơi trường. Một số giải pháp được nhiều nhà khoa học nghiên cứu là sử dụng nhiên liệu thay thế, đặc biệt là các loại nhiên liệu sạch. Xe chạy bằng điện chính là giải pháp tốt để giảm ơ nhiễm mơi trường và nguồn năng lượng điện là nguồn năng sạch lấy từ các tấm pin năng lượng mặt trời. Tuy nhiên xe điện sử dụng năng lượng mặt trời chưa phổ biến ở Việt Nam và trên thế giới vì giá thành quá đắt. Bên cạnh đĩ các mơ hình xe điện sử dụng pin năng lượng mặt trời để cho sinh viên thực tập tại các trường đại học cịn nhiều hạn chế. Chính vì thế đề tài Thiết kế, chế tạo mơ hình xe điện sử dụng pin mặt trời phục vụ học tập là thực sự cấp thiết về trang thiết bị thực tập, đáp ứng về xu thế phát triển nguồn nhiên liệu mới và giảm ơ nhiễm mơi trường. Mục tiêu đề tài: - Chế tạo hồn chỉnh mơ hình ơ tơ sử dụng năng lượng mặt trời. - Chạy thử nghiệm và đánh giá kết quả của hệ thống. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu: - Nghiên cứu mơ hình ơ tơ điện cỡ nhỏ phục vụ học tập Phạm vi nghiên cứu: - Nghiên cứu lý thuyết kết hợp thực nghiệm trên mơ hình tự chế. Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu Cách tiếp cận: - Tiến hành nghiên cứu lý thuyết. Chủ nhiệm đề tài: ThS. Hồ Trần Ngọc Anh Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019 2 - Chế tạo mơ hình để nghiên cứu thực nghiệm. Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết kết hợp thực nghiệm. Chủ nhiệm đề tài: ThS. Hồ Trần Ngọc Anh Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019 3 Chương 1- TỔNG QUAN Sự phát triển của các loại ơ tơ sử dụng động cơ đốt trong là một trong những thành tựu lớn nhất của cơng nghệ hiện đại. Ngành cơng nghiệp ơ tơ đã cĩ những đĩng gĩp to lớn vào sự phát triển của xã hội, đáp ứng nhu cầu đi lại và vận tải trong cuộc sống hàng ngày. Sự phát triển nhanh chĩng của các ngành cơng nghiệp ơ tơ, khơng giống như của bất kỳ ngành cơng nghiệp khác, để lại dấu ấn sự tiến bộ của xã hội con người từ những thời kỳ đầu cơng nghiệp đến một xã hội cơng nghiệp phát triển như ngày nay. Ngành cơng nghiệp ơ tơ và các ngành cơng nghiệp phụ trợ của nĩ tạo thành xương sống của nền kinh tế với việc tạo ra hàng triệu việc làm trên tồn thế giới. Tuy nhiên, với số lượng ơ tơ lớn sử dụng trên khắp thế giới đã và đang gây ra các vấn đề nghiêm trọng về mơi trường và cuộc sống của chính con người. Ơ nhiễm khơng khí, sự nĩng lên tồn cầu và sự suy giảm nhanh chĩng các nguồn tài nguyên dầu mỏ của trái đất bây giờ là vấn đề quan tâm hàng đầu. Trong những năm gần đây, nhiều cuộc nghiên cứu và phát triển các hoạt động liên quan đến giao thơng vận tải đã thúc đẩy sự phát triển các cơng nghệ với hiệu suất cao, thân thiện mơi trường và an tồn trong giao thơng vận tải. Xe điện, xe điện lai ghép và xe sử dụng pin nhiên liệu đã được đề xuất để thay thế trong tương lai gần. Chương này sẽ đưa ra một số dẫn chứng và đánh giá các vấn đề về ơ nhiễm khơng khí, lượng phát thải khí gây nĩng lên tồn cầu và sự suy giảm nguồn tài nguyên dầu khí. Đồng thời cũng cung cấp một số nhận xét về sự phát triển, xu hướng của ngành cơng nghiệp ơ tơ trên thế giới 1.1. TÌNH HÌNH NHIÊN LIỆU HIỆN NAY 1.1.1. Tổng quan tình hình năng lượng Đại đa số các loại nhiên liệu sử dụng cho giao thơng vận tải là nhiên liệu lỏng cĩ nguồn gốc từ dầu mỏ. Dầu mỏ là một nhiên liệu hĩa thạch, là kết quả từ sự phân hủy của sự sống đã bị chơn vùi hàng triệu năm trước trong lớp địa chất ổn định. Quá trình này bao gồm các khoảng thời gian sau đây: sinh vật (chủ yếu là cây) chết và dần dần được bao phủ bởi lớp trầm tích, theo thời gian các trầm tích tích lũy tạo thành lớp dày và biến đổi thành đá. Các thành phần này bị chơn vùi xuống sâu dưới lịng đất hay đại dương, nơi chúng gặp áp suất và nhiệt độ cao và từ từ biến đổi thành các hydro cacbon hoặc than, tùy Chủ nhiệm đề tài: ThS. Hồ Trần Ngọc Anh Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019 4 thuộc vào tính chất của chúng mà quá trình này mất hàng triệu năm. Điều này lý giải tại sao tài nguyên nhiên liệu hĩa thạch của trái đất hữu hạn. Lượng dự trữ được các định từ thơng tin khảo sát địa chất và kỹ thuật cho thấy một cách hợp lý rằng chắc chắn khĩ cĩ thể phục hồi trong tương lai gần với tốc độ phát triển của nền kinh tế phát triển nhanh chĩng như hiện tại. Lượng dự trữ dầu mỏ tính theo năm khai thác được xác định trong ước tính hằng năm của tổ chức đánh giá trạng thái năng lượng của thế giới (hình 1.1) đặc trưng bởi tỉ lệ R/P. Tỷ lệ R/P (Reserves/ Productions) là số năm mà lượng dầu mỏ dự trữ được xác định sẽ cạn kiệt nếu khai thác tiếp tục ở mức hiện nay. Hình 1.1. Biểu đồ tỉ lệ R/P [Năm] theo khu vực năm 2017 và biểu đồ lịch sử thay đổi giai đoạn 1997 – 2017 Trong đĩ: Bắc Mỹ Trung đơng Nam và Trung Mỹ Châu Phi Châu Âu Châu Á - Thái Bình Dương Liên Bang Nga Ở một số vùng mà khí hậu và mối quan tâm sinh thái là trở ngại lớn để tiến hành khai thác hoặc khảo sát dầu mỏ thì việc dự tốn, xác định chính xác lượng dự trữ tất cả của trái đất là một nhiệm vụ khĩ khăn vì lý do chính trị và kỹ thuật. Chủ nhiệm đề tài: ThS. Hồ Trần Ngọc Anh Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019 5 Mặc dù tỷ lệ R/P khơng bao gồm những khám phá trong tương lai, nhưng đĩ là một dữ liệu quan trọng đánh giá thực trạng để cĩ những giải pháp kịp thời. Hình 1.2. Tổng lượng dầu tiêu thụ theo khu vực trên thế giới [tỉ tấn] giai đoạn từ 1992 – 2017 Châu Á - Thái Bình Dương Châu Âu Châu Phi Nam và Trung Mỹ Trung đơng Bắc Mỹ Liên Bang Nga Nội dung hình 1.2 cho thấy trữ lượng và xu hướng tiêu thụ dầu của các khu vực trên thế giới hằng ngày. Mặc dù lượng dầu tiêu thụ ở khu vực Đơng Âu và Liên Bang Nga giảm nhẹ nhưng xu hướng chung tiêu thụ dầu của thế giới rõ ràng đang tăng lên đều đặn và với tốc độ nhanh chĩng, như minh hoạ trong hình 1.2 cho thấy lượng tiêu thụ đã tăng từ 68 tỉ tấn lên đến 98 tỉ tấn từ năm 1992 – 2017, tăng 44,1% trong vịng 25 năm. Khu vực phát triển nhanh nhất là Châu Á - Thái Bình Dương, lý do là hầu hết dân số thế giới sống ở đây và khu vực này cũng bao gồm hầu hết các quốc gia đang trên đà phát triển mạnh trong đĩ cĩ Việt Nam. Một vụ bùng nổ tiêu thụ dầu đã và đang xảy ra, đi kèm theo đĩ là tỉ lệ tăng lên lượng phát thải các chất ơ nhiễm mơi trường và carbon dioxide gây ra mối lo ngại về vấn đề bảo vệ mơi trường và hệ sinh thái trên tồn thế giới. Chủ nhiệm đề tài: ThS. Hồ Trần Ngọc Anh Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019 6 1.1.2. Tình hình ơ nhiễm khơng khí 1.1.2.1. Ơ nhiễm khơng khí Ơ nhiễm khí quyển là vấn đề thời sự nĩng bỏng của cả thế giới chứ khơng phải riêng của một quốc gia nào. Mơi trường khí quyển đang cĩ nhiều biến đổi rõ rệt và cĩ ảnh hưởng xấu đến con người và các sinh vật. Hàng năm, con người khai thác và sử dụng hàng tỉ tấn than đá, dầu mỏ, khí đốt. Đồng thời cũng thải vào mơi trường một khối lượng lớn các chất thải khác nhau như: chất thải sinh hoạt, chất thải từ các nhà máy và xí nghiệp làm cho hàm lượng các loại khí độc hại tăng lên nhanh chĩng. Theo định nghĩa của các nhà khoa học “Ơ nhiễm khơng khí là sự cĩ mặt một chất lạ hoặc một sự biến đổi quan trọng trong thành phần khơng khí, làm cho khơng khí khơng sạch hoặc gây sự toả mùi, cĩ mùi khĩ chịu, giảm tầm nhìn xa (do bụi)”. Dưới đây là số liệu thống kê hàng năm khối lượng các chất thải cĩ: - 20 tỉ tấn CO 2 - 1,53 triệu tấn SiO 2 - Hơn 1 triệu tấn Niken - 700 triệu tấn bụi - 1,5 triệu tấn Asen - 900 tấn Coban - 600.000 tấn kẽm (Zn), thuỷ ngân (Hg), hơi chì (Pb) và các chất độc hại khác. Ơ nhiễm mơi trường khí quyển tạo nên sự ngột ngạt và "sương mù", gây nhiều bệnh tật ở người. Nĩ cịn tạo ra mưa axít làm huỷ diệt rừng và các cánh đồng. Điều đáng lo ngại nhất là con người thải vào khơng khí các loại khí độc như: CO 2, NO X, CH 4, CFC gây hiệu ứng nhà kính. Theo nghiên cứu, chất khí quan trọng gây hiệu ứng nhà kính là CO 2, nĩ đĩng gĩp 50% vào việc gây hiệu ứng nhà kính, CH 4 là 13%, Ozon tầng đối lưu là 7%, Nitơ 5%, CFC là 22%, hơi nước ở tầng bình lưu là 3% ... Nếu như chúng ta khơng ngăn chặn được hiện tượng hiệu ứng nhà kính thì trong vịng 30 năm tới mặt nước biển sẽ dâng lên từ 1,5 – 3,5 m. Nhiệt độ trung bình của trái đất sẽ tăng khoảng 3,6°C, và mỗi thập kỷ sẽ tăng 0,3°C. Theo các tài liệu khí hậu quốc tế, trong vịng hơn 130 năm qua nhiệt độ trái đất tăng 0,4°C. Tại hội nghị khí hậu tại Châu Âu được tổ chức gần đây, các nhà khí hậu học trên thế giới đã đưa ra dự báo rằng đến năm 2050 nhiệt độ của trái đất sẽ tăng thêm 1,5 – 4,5°C nếu con người khơng cĩ biện pháp hữu hiệu để khắc phục hiện tượng hiệu ứng nhà kính. Một hậu quả nữa của ơ nhiễm khí Chủ nhiệm đề tài: ThS. Hồ Trần Ngọc Anh Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019 7 quyển là hiện tượng lỗ thủng tầng ơzơn gây hậu quả xấu cho sức khoẻ của con người và các sinh vật sống trên mặt đất. 1.1.2.2. Các nguồn gây ơ nhiễm khơng khí a. Nguồn tự nhiên Hình 1.3. Nguồn khí thải do cháy rừng - Núi lửa: Núi lửa phun ra những nham thạch nĩng và nhiều khĩi bụi giàu sunfua, mêtan và những loại khí khác. - Cháy rừng: Các đám cháy rừng và đồng cỏ thường lan truyền rộng, phát thải nhiều bụi và khí. - Bão bụi: gây nên do giĩ mạnh và bão, mưa bào mịn đất sa mạc, đất trồng và giĩ thổi tung lên thành bụi. Nước biển bốc hơi và cùng với sĩng biển tung bọt mang theo bụi muối lan truyền vào khơng khí. - Các quá trình phân huỷ, thối rữa xác động, thực vật tự nhiên: phát thải nhiều chất khí, các phản ứng hố học giữa những khí tự nhiên hình thành các khí sunfua, nitrit, các loại muối v.v...Các loại bụi, khí này đều gây ơ nhiễm khơng khí. b. Nguồn nhân tạo Nguồn gây ơ nhiễm nhân tạo rất đa dạng, nhưng chủ yếu là do hoạt động cơng nghiệp, đốt cháy nhiên liệu hố thạch và hoạt động của các phương tiện giao thơng. Chủ nhiệm đề tài: ThS. Hồ Trần Ngọc Anh Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019 8 Hình 1.4. Nguồn khí thải từ ơ tơ. Nguồn ơ nhiễm cơng nghiệp do hai quá trình sản xuất gây ra: - Quá trình đốt nhiên liệu: thải ra rất nhiều khí độc đi qua các ống khĩi của các nhà máy vào khơng khí. - Do bốc hơi, rị rỉ, thất thốt: trên dây chuyền sản xuất sản phẩm và trên các đường ống dẫn tải. Nguồn thải của quá trình sản xuất này cũng cĩ thể được hút và thổi ra ngồi bằng hệ thống thơng giĩ. - Các ngành cơng nghiệp chủ yếu gây ơ nhiễm khơng khí bao gồm: nhiệt điện, vật liệu xây dựng, hố chất và phân bĩn, dệt và giấy, luyện kim, thực phẩm . Các hợp chất ơ nhiễm chính trong khí thải cĩ thể chia làm hai nhĩm: khí và hạt rắn. Người ta phân biệt các chất ơ nhiễm sơ cấp được thải ra từ các nguồn xác định (CO, HC, ) với các chất ơ nhiễm thứ cấp (O 3, ) được sản sinh ra từ các phản ứng giữa các chất ơ nhiễm sơ cấp với nhau dưới tác động của điều kiện mơi trường như bức xạ mặt trời. Nhìn chung chất gây ơ nhiễm mơi trường thải ra từ động cơ gồm các chất sau: - Dioxyde de carbone (CO 2), sản phẩm của quá trình oxi hĩa hồn tồn nhiên liệu - Monoxyde de carbone (CO), đến từ quá trình oxi hĩa khơng hồn tồn nhiên liệu - Oxyde d’azote (NO x), gồm: monoxyde d’azote (NO) và dioxyde d'azote (NO 2). - Các hạt rắn, sản phẩm của các quá trình hình thành phức tạp. Chủ nhiệm đề tài: ThS. Hồ Trần Ngọc Anh Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019 9 - Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (COV-composés organiques volatils), là các hợp chất hĩa học hữu cơ cĩ áp suất hơi đủ cao để dưới các điều kiện bình thường cĩ thể bay hơi một lượng đáng kể vào khơng khí. Về thành phần COV là sự kết hợp giữa các hydrocarbure (như alcane, alcène, aromatique,..) - Các hợp chất hữu cơ đa vịng (hydrocarbures aromatiques polycycliques – HAP), như benzoapyrene - Dioxyde de sulfure (SO 2), hình thành từ lưu huỳnh cĩ sẵn trong nhiên liệu. - Các kim loại, cĩ trong dầu và nhiên liệu. * Thành phần khí thải của động cơ Diesel Động cơ Diesel chuyển đổi năng lượng hĩa học (carburant, gazole) thành năng lượng cơ học. Gazole là hỗn hợp của các hydrocarbure mà trong quá trình cháy lý tưởng, nĩ chỉ sinh ra CO 2 và H 2O. Trong thực tế người ta quan sát thấy một vài sản phẩm khí và rắn khác. Điều này liên quan một phần đến sự cĩ mặt của các tạp chất chứa trong các HC (như các hợp chất chứa lưu huỳnh) và mặt khác liên quan đến sự phức tạp của các phản ứng hĩa học xảy ra trong quá trình cháy. Bảng 1.1 sau giới thiệu thành phần điển hình của khí thải động cơ Diesel: Bảng 1.1: Thành phần cơ bản của khí thải động cơ Diesel CO 2 2÷12% H2O 2÷12% O2 3÷17% NO X 50÷1000ppm HC 20÷300 ppm CO 10÷500 ppm SO 2 10÷30 ppm N2O ≈3 ppm * Các thành phần khí thải từ động cơ xăng - HC (unburned hydro cacbon) - CO (carbon monoxide) - NO x (nitơ oxit) - CO 2 (carbon dioxide) và H 2O - SO x (oxit lưu huỳnh) sẽ được tạo ra khi lưu huỳnh (S) trong nhiên liệu được ràng buộc với oxy (O) trong khơng khí do cháy, nếu nhiên liệu cĩ chứa lưu huỳnh. Tuy nhiên, kể từ khi xăng hiện nay là desulfurized gần như hồn tồn, SOx khơng được đánh giá là thành phần của lượng phát thải tự động ngay bây giờ. Chủ nhiệm đề tài: ThS. Hồ Trần Ngọc Anh Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019 10 - Đối với bồ hĩng, bồ hĩng là vi hạt gây nguy hiểm, độc hại cho sức khỏe con người nhưng chỉ được quy định cho động cơ Diesel mà khơng được quy định cho động cơ xăng. Bồ hĩng cĩ thể là những vi hạt thải ra từ động cơ xăng, nĩ là một trong những thành phần mà khơng được kiểm sốt. Ngồi ra, cịn cĩ các thành phần khác tương tự bồ hĩng cũng thải từ động cơ xăng. - Ngồi các thành phần quy định trong phát thải tự động như HC, CO, NOx và PM (cho động cơ Diesel), vẫn cịn các thành phần nhỏ khác tuy khơng được quy định nhưng cĩ thể cĩ hại cho cơ thể con người. Ví dụ: toluen, benzen, formaldehyde, acetaldehyde, 1,3-butadien, SO 2, formic acid, N 2O, vv. Đây sẽ là một tiêu chuẩn tương ứng với PRTR (Nhật Bản), trong đĩ cĩ thể điều chỉnh các thành phần phụ trong phát thải tự động trong tương lai. c. Những tác hại do ơ nhiễm khí thải gây ra * Đối với sức khỏe con người Hình 1.5. Ơ nhiễm mơi trường gây ảnh hưởng lớn đến sức khỏe con người. Khơng khí ơ nhiễm cĩ thể giết chết nhiều cơ thể sống trong đĩ cĩ con người. Ơ nhiễm khơng khí trong nhà và ngồi mơi trường tại Việt Nam là rất cao, điều này được lý giải bằng việc bệnh lý cĩ liên quan đến ơ nhiễm khơng khí ngày càng gia tăng. Ơ nhiễm khơng khí gây bệnh đường hơ hấp, bệnh tim mạch, viêm vùng họng, đau ngực, tức thở. Ơ nhiễm khơng khí khơng những gây nên các bệnh lý ở đường hơ hấp, mà cịn ảnh hưởng lên sự phát triển của thai nhi, là nguyên nhân làm chậm phát triển hệ thần kinh, trí não và tâm thần vận động ở trẻ em. Đặc biệt, trẻ dưới 5 tuổi là đối tượng bị ảnh hưởng nặng nề nhất, bởi cơ thể trẻ đang trong giai đoạn tăng trưởng và phát triển, đồng thời ở lứa tuổi này trẻ hồn tồn bị thụ động trước các ảnh hưởng cĩ hại của mơi trường do người lớn gây ra. Chủ nhiệm đề tài: ThS. Hồ Trần Ngọc Anh Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019 11 - CO: Monoxyde carbon là sản phẩm khí khơng màu, khơng mùi, khơng vị, sinh ra do ơ xy hố khơng hồn tồn carbon trong nhiên liệu trong điều kiện thiếu oxy. CO ngăn cản sự dịch chuyển của hồng cầu trong máu làm cho các bộ phận của cơ thể bị thiếu oxy. Nạn nhân bị tử vong khi 70% số hồng cầu bị khống chế (khi nồng độ CO trong khơng khí lớn hơn 1000 ppm). Ở nồng độ thấp hơn, CO cũng cĩ thể gây nguy hiểm lâu dài đối với con người: khi 20% hồng cầu bị khống chế, nạn nhân bị nhức đầu, chĩng mặt, buồn nơn và khi tỉ số này lên đến 50%, não bộ con người bắt đầu bị ảnh hưởng mạnh. - NO x: NO x là họ các oxyde nitơ, trong đĩ NO chiếm đại bộ phận. NO x được hình 0 thành do N 2 tác dụng với O 2 ở điều kiện nhiệt độ cao (vượt quá 1100 C). Monoxyd...ẫn chứa lượng lớn các điod p-n, dưới sự hiện diện của ánh sáng mặt trời cĩ khả năng tạo ra dịng điện sử dụng được. Sự chuyển đổi này gọi là hiệu ứng quang điện. Các pin năng lượng mặt trời cĩ nhiều ứng dụng. Chúng đặc biệt thích hợp cho các vùng mà điện năng trong mạng lưới chưa vươn tới, các vệ tinh quay xung quanh quỹ đạo trái đất máy tính cầm tay, các máy từ xa, thiết bị bơm nước... Pin năng lượng mặt trời (tạo thành các module hay các tấm năng lượng mặt trời) xuất hiện trên nĩc các tịa nhà nơi chúng cĩ thể kết nối với bộ chuyển đổi của mạng lưới điện. Hiệu ứng quang điện được phát hiện đầu tiên năm 1839 bởi nhà vật lý Pháp Alexandre Edmond Becquerel. Tuy nhiên cho đến 1883 một pin năng lượng mới được chế tạo thành cơng, bởi Charles Fritts, ơng phủ lên mạch bán dẫn selen một lớp cực mỏng vàng để tạo nên mạch nối. Russell Ohl được xem là người tạo ra pin năng lượng mặt trời đầu tiên năm 1946 tuy nhiên nĩ chỉ cĩ hiệu suất 1%. Pin mặt trời lần đầu tiên được ứng dụng là trên vệ tinh Vangaurd 1 của Mĩ, được phĩng năm 1958. Ngày nay pin mặt trời được sản xuất trên tồn thế giới đặt biệt là ở các nước tiên tiến như Mĩ, Đức, Tây Ban Nha Hình 2.1: Một cell pin mặt trời. 2.1.1. Cấu tạo Cấu tạo của pin mặt trời là một lớp tiếp xúc bán dẫn p-n cĩ khả năng biến đổi trực tiếp năng lượng bức xạ mặt trời thành điện năng nhờ hiệu ứng quang điện bên trong. Chủ nhiệm đề tài: ThS. Hồ Trần Ngọc Anh Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019 31 Cho tới hiện tại thì vật liệu chủ yếu cho pin mặt trời (và cho các thiết bị bán dẫn) là các silic tinh thể. Pin mặt trời từ tinh thể silic chia ra thành 3 loại: Một tinh thể hay đơn tinh thể module sản xuất dựa trên quá trình Czochralski. Pin mặt trời đơn tinh thể cĩ thể đạt hiệu suất từ 11% - 16%. Chúng thường rất mắc tiền do được cắt từ các thỏi hình ống, các tấm đơn thể này cĩ các mặt trống ở gĩc nối các module. Đa tinh thể làm từ các thỏi đúc đúc từ silic nung chảy cẩn thận được làm nguội và làm rắn. Các pin này thường rẻ hơn các đơn tinh thể, tuy nhiên hiệu suất kém hơn, từ 8% - 11%. Tuy nhiên chúng cĩ thể tạo thành các tấm vuơng che phủ bề mặt nhiều hơn đơn tinh thể bù lại cho hiệu suất thấp của nĩ. Hình 2.2. Các loại cấu trúc tinh thể của pin mặt trời. Dải silic tạo từ các miếng phim mỏng từ silic nĩng chảy và cĩ cấu trúc đa tinh thể. Loại này cĩ hiệu suất thấp nhất, từ 3% - 6%, tuy nhiên loại này rẻ nhất trong các loại vì khơng cần phải cắt từ thỏi silicon. Ở nhiệt độ phịng, Silic nguyên chất cĩ tính dẫn điện kém. Trong cơ học lượng tử, giải thích thất tế tại mức năng lượng Fermi trong tầng trống. Để tạo ra silic cĩ tính dẫn điện tốt hơn, cĩ thể thêm vào một lượng nhỏ các nguyên tử nhĩm III hay V trong bảng tuần hồn hĩa học. Các nguyên tử này chiếm vị trí của nguyên tử silic trong mạng tinh thể, và liên kết với các nguyên tử silic bên cạnh tương tự như là một silic. Tuy nhiên các phân tử nhĩm III cĩ 3 electron ngồi cùng và nguyên tử nhĩm V cĩ 5 electron ngồi cùng, vì thế nên cĩ chỗ trong mạng tinh thể cĩ dư electron cịn cĩ chỗ thì thiếu electron. Vì thế các electron thừa hay thiếu electron (gọi là lỗ trống) khơng tham gia vào các kết nối mạng tinh thể. Chúng cĩ thể tự do di chuyển trong khối tinh thể. Silic kết hợp với nguyên tử nhĩm III (nhơm hay gali) được gọi là loại bán dẫn p bởi vì năng lượng chủ yếu mang điện tích dương (positive), trong khi phần kết hợp với các nguyên tử nhĩm V (phốt pho, Chủ nhiệm đề tài: ThS. Hồ Trần Ngọc Anh Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019 32 asen) gọi là bán dẫn n vì mang năng lượng âm (negative). Lưu ý rằng cả hai loại n và p cĩ năng lượng trung hịa, tức là chúng cĩ cùng năng lượng dương và âm, loại bán dẫn n, loại âm cĩ thể di chuyển xung quanh, tương tự ngược lại với loại p. Các tinh thể silic (Si) hay gali asenua (GaAs) là các vật liệu được sử dụng làm pin mặt trời. Gali asenua đặc biệt tạo nên để dùng cho pin mặt trời, tuy nhiên thỏi tinh thể silic cũng cĩ thể dùng được với giá thành thấp hơn, sản xuất chủ yếu để tiêu thụ trong cơng nghiệp vi điện tử. Đa tinh thể silic cĩ hiệu quả kém hơn nhưng giá tiền cũng thấp hơn. Khi để trực tiếp dưới ánh sáng mặt trời, một pin silic cĩ đường kính 6 cm cĩ thể sản xuất dịng điện khoảng 0,5 ampe ở 0,5 volt.Các tấm tinh thể mỏng hình đĩa, được đánh bĩng để loại bỏ các khuyết tật trong quá trình cắt, chất kích thích được dùng cho các pin, và các tấm kim loại dẫn truyền đặt vào một mặt: một lưới mỏng trên bề mặt chiếu ánh sáng mặt trời, và mặt phẳng trên mặt cịn lại. Tấm năng lượng mặt trời tạo 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 tạo nên thành các dãy song song để quyết định năng lượng tạo ra. Chất keo và chất nền phải cĩ tính dẫn nhiệt, vì khi các pin được làm nĩng khi hấp thụ năng lượng hồng ngoại, vốn khơng thể chuyển hĩa thành năng lượng. Một khi các pin bị làm nĩng thì giảm hiệu suất hoạt động vì thế nên phải làm giảm thiểu nhiệt năng. 2.1.2. Nguyên lý hoạt động Bình thường điện tử chiếm mức năng lượng thấp hơn E1. Khi chiếu sáng hệ thống, lượng tử ánh sáng (photon) mang năng lượng hv (h là hằng số Plank và v là tần số ánh sáng) bị điện tử hấp thụ và chuyển lên mức E2. Phương trình cân bằng năng lượng hv = E1-E2 (2-12) Trong các vật rắn, do tương tác rất mạnh của mạng tinh thể lên điện tử vành ngồi nên các năng lượng của nĩ bị tách ra nhiều mức năng lượng con rất sát nhau và tạo thành vùng năng lượng. Vùng năng lượng thấp bị các điện tử chiếm đầy khi ở trạng thái cân bằng gọi là vùng hố trị mà bên trên của nĩ cĩ năng lượng EV. Vùng năng lượng phía trên tiếp đĩ hồn tồn trống hoặc chỉ bị chiếm một phần gọi là vùng dẫn, bên dưới của vùng cĩ năng lượng là EC, cách ly giữa vùng hĩa trị và vùng dẫn đĩ gọi là một vùng cấm Chủ nhiệm đề tài: ThS. Hồ Trần Ngọc Anh Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019 33 cĩ độ rộng năng lượng là Eg, trong đĩ khơng cĩ mức năng lượng cho phép nào của điện tử. Khi ánh sáng chiếu đến vật rắn cĩ vùng năng lượng nĩi trên, photon cĩ năng lượng hv tới hệ thống, bị điện tử của vùng hố trị hấp thụ và nĩ cĩ thể chuyển lên vùng dẫn để trở thành điện tử tự do e-,lúc này vùng hố trị sẽ cĩ một lỗ trống cĩ thể di chuyển như “hạt” mang điện tích dương nguyên tố (kí hiệu h+). Lỗ trống này cĩ thể di chuyển và tham gia vào quá trình dẫn điện. Hình 2.3. Các vùng năng lượng Phương trình hiệu ứng lượng tử: eV+hv = e- + h+ (2-13) Điều kiện để điện tử cĩ thể hấp thụ năng lượng của photon và chuyển từ vùng hố trị lên vùng dẫn, tạo ra căp điện tử –lỗ trống là: hv - Eg = EC - EV (2-14) Suy ra bước sĩng tới hạn λC của ánh sáng để cĩ thể tạo ra cặp e- - h+ là: λC = hc/( EC – EV) (2-15) Vậy khi chiếu sáng vào vật rắn, điện tử ở vùng hố 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 một điện thế. Hiện tượng đĩ 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. Khi một photon chạm vào mảnh silic, một trong hai điều sau sẽ xảy ra: Chủ nhiệm đề tài: ThS. Hồ Trần Ngọc Anh Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019 34 - Photon truyền trực xuyên qua mảnh silic. Điều này thường xảy ra khi năng lượng của photon thấp hơn năng lượng đủ để đưa các hạt electron lên mức năng lượng cao hơn. Năng lượng của photon được hấp thụ bởi silic. Điều này thường xảy ra khi năng lượng của photon lớn hơn năng lượng để đưa electron lên mức năng lượng cao hơn - Khi photon được hấp thụ, năng lượng của nĩ được truyền đến các hạt electron trong màng tinh thể. Thơng thường các electron này lớp ngồi cùng, và thường được kết dính với các nguyên tử lân cận vì thế khơng thể di chuyển xa. Khi electron được kích thích, trở thành dẫn điện, các electron này cĩ thể tự do di chuyển trong bán dẫn. Khi đĩ nguyên tử sẽ thiếu 1 electron và đĩ gọi là lỗ trống. Lỗ trống này tạo điều 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 cĩ "lỗ trống". Cứ tiếp tục như vậy lỗ trống di chuyển xuyên suốt mạch bán dẫn. Một photon chỉ cần cĩ năng lượng lớn hơn năng lượng đủ để kích thích electron lớp ngồi cùng dẫn điện. Tuy nhiên, tần số của mặt trời thường tương đương 6000°K, vì thế nên phần lớn năng lượng mặt trời đều được hấp thụ bởi silic. Tuy nhiên hầu hết năng lượng mặt trời chuyển đổi thành năng lượng nhiệt nhiều hơn là năng lượng điện sử dụng được. Hình 2.4. Nguyên lý hoạt động của pin năng lượng mặt trời. 2.1.3. Ứng dụng của năng lượng mặt trời a. Nhu cầu và tiềm năng của năng lượng mặt trời Việt Nam là một trong những nước đang phát triển ở Đơng Nam Á cĩ mức độ gia tăng nhu cầu sử dụng điện khá cao, đồng thời tỷ trọng năng lượng hĩa thạch sử dụng trong phát điện vẫn cịn khá lớn. Bên cạnh nguy cơ thiếu hụt nguồn năng lượng hĩa thạch Chủ nhiệm đề tài: ThS. Hồ Trần Ngọc Anh Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019 35 do trữ lượng đang dần cạn kiệt thì việc sử dụng năng lượng hĩa thạch đang gây ơ nhiễm, ảnh hưởng lớn đến mơi trường cũng là một thực trạng mà Việt Nam phải đối mặt. Trong khi đĩ, Việt Nam được biết đến là một nước cĩ tiềm năng khá lớn về năng lượng tái tạo nhưng hiện tại mới chỉ khai thác và sử dụng một tỷ lệ rất nhỏ. Đẩy mạnh sử dụng năng lượng tái tạo đang là xu thế của các nước trên thế giới bởi vai trị quan trọng và tính ưu việt của chúng, đặc biệt trong bối cảnh cơng nghệ sản xuất điện từ năng lượng tái tạo đang phát triển rất nhanh, dần đảm bảo khả năng cạnh tranh với các nguồn năng lượng truyền thống. Chính vì vậy, việc gia tăng tỷ lệ điện năng sản xuất từ năng lượng tái tạo là một địi hỏi tất yếu cho sự phát triển của hệ thống điện, cần được đưa vào cụ thể hơn trong Quy hoạch nguồn điện Việt Nam. Vì thế, cơ cấu các nguồn điện cho giai đoạn 2011-2020 tầm nhìn 2030 đã được đề ra trong Quy hoạch điện VII (điều chỉnh) và được tĩm tắt ở bảng 2.3. Theo đĩ, điện năng sản xuất từ các nguồn năng lượng mặt trời chiếm 6,5% đến năm 2020; đến năm 2030 con số này tăng lên là 10,7%. Bảng 2.1. Cơ cấu nguồn điện năng lượng mặt trời theo Quy hoạch điện VII. Năm 2020 2030 Cơ cấu cơng suất nguồn (%) 9,9 21 Cơ cấu điện sản xuất (%) 6,5 10,7 Tiềm năng năng lượng mặt trời cĩ thể khai thác được căn cứ vào bức xạ mặt trời. Việt Nam là khu vực cĩ bức xạ mặt trời hàng năm tương đối lớn và ổn định, đặc biệt là các khu vực Cao nguyên miền Trung, duyên hải miền Trung và miền Nam, Đồng bằng sơng Cửu Long. Tính trung bình tồn quốc thì năng lượng bức xạ mặt trời là 4-5kWh/m2 mỗi ngày. Theo đánh giá, những vùng cĩ số giờ nắng từ 1.800 giờ/năm trở lên thì được coi là cĩ tiềm năng để khai thác sử dụng. Đối với Việt Nam, tiêu chí này phù hợp với nhiều vùng, nhất là các tỉnh phía Nam. Tiềm năng lý thuyết điện mặt trời tại Việt Nam được trung tâm khí tượng thủy văn dự tính (2014) như bảng sau: Chủ nhiệm đề tài: ThS. Hồ Trần Ngọc Anh Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019 36 Bảng 2.2: Tiềm năng lý thuyết của năng lượng mặt trời. Tổng xạ Cơng suất Diện tích Điện năng STT Khu vực trung bình pin mặt trời (triệu m 2) (MVh/ngày) (kWh/m 2/ngày) (MWp) 1 Đơng Bắc Bộ 3,95 65637 8204625 21.065.375 2 Tây Bắc Bộ 4,8 50684 6.335.500 19.766.760 3 Bắc Trung Bộ 4,9 51459 6.432.375 20.487.114 Nam Trung Bộ 4 5,3 99018 12.377.250 42.639.626 và Tây Nguyên 5 Nam Bộ 5,15 64153 8.019.125 26.844.021 Tổng cộng 330951 41.368.875 130.802.896 b. Sử dụng năng lượng mặt trời trong cơng nghiệp Hình 2.5. Nhà máy nhiệt điện sử dụng năng lượng mặt trời và sơ đồ điển hình lắp đặt hệ thống điện pin mặt trời nối lưới. Chủ nhiệm đề tài: ThS. Hồ Trần Ngọc Anh Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019 37 - Nhà máy điện bằng năng lượng mặt trời: Điện năng cịn cĩ thể tạo ra từ NLMT dựa trên nguyên tắc tạo nhiệt độ cao bằng một hệ thống gương phản chiếu và hội tụ để gia nhiệt cho mơi chất làm việc truyền động cho máy phát điện. Hiện nay trong các nhà máy nhiệt điện sử dụng NLMT cĩ các loại hệ thống bộ thu chủ yếu sau đây: - Hệ thống dùng parabol trụ để tập trung tia bức xạ mặt trời vào một ống mơi chất đặt dọc theo đường hội tụ của bộ thu, nhiệt độ cĩ thể đạt tới 400 oC. - Hệ thống nhận nhiệt trung tâm bằng cách sử dụng các gương phản xạ cĩ định vị theo phương mặt trời để tập trung NLMT đến bộ thu đặt trên đỉnh tháp cao, nhiệt độ cĩ thể đạt tới trên 1500 oC. - Hệ thống sử dụng gương parabol trịn xoay định vị theo phương mặt trời để tập trung NLMT vào một bộ thu đặt ở tiêu điểm của gương, nhiệt độ cĩ thể đạt trên 1500 0C. Australia đang tiến hành dự án xây dựng một tháp năng lượng mặt trời cao 1km với 32 tuốc bin khí tổng cơng suất 200 MW. Đến năm 2006 tháp năng lượng mặt trời này cung cấp điện mỗi năm 650GWh cho 200.000 hộ gia đình ở miền tây nam Australia, giảm được 700.000 tấn khí gây hiệu ứng nhà kính mỗi năm. Hình 2.6. Tháp năng lượng mặt trời. Thiết bị sấy năng lượng mặt trời: NLMT được ứng dụng khá phổ biến trong lĩnh vực nơng nghiệp để sấy các sản phẩm như ngũ cốc, thực phẩm... nhằm giảm tỷ lệ hao hụt Chủ nhiệm đề tài: ThS. Hồ Trần Ngọc Anh Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019 38 và tăng chất lượng sản phẩm. Ngồi mục đích để sấy các loại nơng sản, NLMT cịn được dùng để sấy các loại vật liệu như gỗ. Hình 2.7. Thiết bị sấy khơ dùng năng lượng mặt trời. c. Sử dụng năng lượng mặt trời trong sinh hoạt đời sống - Thiết bị chưng cất nước dùng năng lượng mặt trời Hình 2.8. Thiết bị chưng cất nước dùng năng lượng mặt trời. Chủ nhiệm đề tài: ThS. Hồ Trần Ngọc Anh Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019 39 Ở Việt Nam đã cĩ đề tài nghiên cứu triển khai ứng dụng thiết bị chưng cất nước NLMT để chưng cất nước ngọt từ nước biển và cung cấp nước sạch dùng cho sinh hoạt ở những vùng cĩ nguồn nước ơ nhiễm với thiết bị chưng cất nước NLMT cĩ gương phản xạ đạt hiệu suất cao. - Động cơ Stirling chạy bằng năng lượng mặt trời Hình 2.9. Động cơ Stirling dùng năng lượng mặt trời. Ứng dụng NLMT để chạy các động cơ nhiệt - động cơ Stirling ngày càng được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi dùng để bơm nước sinh hoạt hay tưới cây ở các nơng trại. Ở Việt Nam động cơ Stirling chạy bằng NLMT cũng đã được nghiên cứu chế tạo để triển khai ứng dụng vào thực tế. Như động cơ Stirling, bơm nước dùng năng lượng mặt trời. - Sử dụng năng NLMT trong gia đình Trong số những ứng dụng của NLMT thì làm lạnh và điều hồ khơng khí là ứng dụng hấp dẫn nhất vì nơi nào khí hậu nĩng nhất thì nơi đĩ cĩ nhu cầu về làm lạnh lớn nhất, đặc biệt là ở những vùng xa xơi hẻo lánh thuộc các nước đang phát triển khơng cĩ lưới điện quốc gia và giá nhiên liệu quá đắt so với thu nhập trung bình của người dân. Các máy lạnh làm việc trên nguyên lý biến đổi NLMT thành điện năng nhờ pin mặt trời (photovoltaic) là thuận tiện nhất, và năng lượng mặt trời được chuyển hĩa thành năng lượng điện thơng qua tấm thu năng lượng mặt trời, điện năng sẽ được cung cấp cho các thiết bị tủ lạnh hoặc các thiết bị điện trong gia đình. Các bộ thu dùng trong các hệ thống này chủ yếu là bộ thu phẳng với hiệu suất cịn thấp (dưới 45%) nên diện tích lắp đặt bộ thu cần rất lớn chưa phù hợp với thực tế. Chủ nhiệm đề tài: ThS. Hồ Trần Ngọc Anh Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019 40 2.2. TÍNH TỐN PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 2.2.1. Tính chọn pin năng lượng mặt trời ẮC QUY PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI BỘ ĐIỀU KHIỂN SẠC 24V 50AH ẮC QUY Hình 2.10. Sơ đồ hệ thống năng lượng mặt trời trên mơ hình Loại pin năng lượng mặt trời lắp trên mơ hình cĩ thơng số kĩ thuật như sau: + Cơng suất 22 W + Điện áp tối đa 17.46 V + Dịng điện tối đa 1.27 A + Kích thước module D x R x C là 554 x 352 x30 (mm) Ta bố trí mắc nối tiếp 2 tấm pin Hình 2.11. Hình ảnh cách bố trí 2 tấm pin mặt trời trên mơ hình Chủ nhiệm đề tài: ThS. Hồ Trần Ngọc Anh Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019 41 2.2.2. Tính chọn bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời cĩ điện thế vào phù hợp với điện thế của pin mặt trời và điện thế ra tương ứng với điện thế của ac quy. Cơng suất của bộ điều khiển phải đủ lớn để nhận điện năng từ pin năng lượng mặt trời và đủ cơng suất để nạp cho acquy. Thơng thường ta chọn Solar charge controller cĩ dịng I max = 1,3 x dịng ngắn mạch của một tấm pin. Thơng số mỗi tấm pin năng lượng mặt trời: P max = 22 W; V pm = 17,46; I pm = 1,27A; Voc = 21,64V; I sc = 1,35A. Dịng của bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời là: I = Z.I sc .1,3 = 2.1,35.1,3 = 3,51 A. Theo đĩ ta chọn được bộ điều khiển năng lượng mặt trời KTS PWM 50A 24V 1200 W Hình 2.12. Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời Chủ nhiệm đề tài: ThS. Hồ Trần Ngọc Anh Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019 42 Chương 3: TÍNH TỐN ĐỘNG LỰC HỌC MƠ HÌNH Ơ TƠ CỠ NHỎ 3.1. XÁC ĐỊNH CƠNG SUẤT ĐỘNG CƠ ĐIỆN Chọn sơ bộ khối lượng của các thành phần : 1. Khung vỏ: 65 kg. 2. Cầu xe: 15 kg. 3. Các bánh xe (4 cái): 12 kg. 4. Trọng tải (1 người): 70 kg. 5. Hệ thống truyền động điện (chiếm 30%): 20 kg. Tổng cộng: 182 kg. Chọn sơ bộ tổng khối lượng của xe để tính tốn cơng suất mơ tơ điện và các thơng số động học của xe là 182 kg. 1.1.1.1. Cơng suất Hình 3.1: Sơ đồ ngoại lực tác dụng lên xe Chủ nhiệm đề tài: ThS. Hồ Trần Ngọc Anh Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019 43 Cơng suất cần thiết của động cơ điện (mơ tơ) cĩ thể tạo ra lực kéo F M dùng để thắng lực cản lăn của mặt đường F L, lực cản lên dốc F D, lực cản giĩ F G và lực quán tính khi tăng tốc F Q . Phương trình cân bằng lực như sau: FM = F L + F D + F G + F Q (3.1) Lực cản lăn được tính: F L = f.G với f là hệ số cản lăn và G là tổng trọng tải của xe, ở đây G = 1820(N), như được chọn sơ bộ ở phần trên. Theo phạm vi hoạt động thường xuyên của xe là đường thành phố, hệ số cản lăn được tính cho đường nhựa khơng phẳng với f = 0,018 ÷ 0,020. Chọn f = 0,020, ta tính được F L = 1820.0,020 = 36.4 (N). Lực cản lên dốc được tính: F D = G.sinα với sin là độ dốc của mặt đường, chọn sinα = 0,1 (độ dốc 10%), ta cĩ F D = 1820.0,1 =182(N). 2 Lực cản giĩ được tính: F G = k.S.v với k là hệ số cản khơng khí, S là diện tích cản chính diện và v là vận tốc của xe. Đối với xe con vỏ kín k = 0,2÷0,35(Ns 2/m 4). Chọn k = 2 4 2 0,2(Ns /m ), S = 0,56 (m ) và vận tốc xe được chọn v = 20 (km/h) = 5,6 (m/s) ta cĩ F G = 0,2.0,56.5,6 = 0.62 (N). Lực quán tính: F Q = M.a với M là khối lượng tồn bộ và a là gia tốc của xe. Chọn 2 gia tốc a = 1(m/s ) ta cĩ F Q = 182.1 = 182 (N). Từ những tính tốn trên, thay các giá trị vừa tính được vào cơng thức (3.1) ta được FM = 36.4 + 182 + 0.62 + 182 = 401 (N). Tuy nhiên, để hạn chế cơng suất cho mơ tơ ta khơng cho phép xe hoạt động ở chế độ cĩ cả 4 lực cản xảy ra cùng lúc. Chẳng hạn, khi xe lên dốc ta chỉ cho phép xe chạy đều và vận tốc nhỏ nên bỏ qua lực quán tính và lực cản giĩ, hoặc khi xe đang chạy ở tốc độ tối đa thì xem như khơng tồn tại lực cản lên dốc và lực quán tính. Như vậy, lực cần thiết của mơ tơ ở hai trường hợp này được tính lại là: FMD = F L + F D = 36 + 182 = 218.4 (N) điều kiện lên dốc FMG = F L + F G = 36.4 + 0.62 = 37 (N) điều kiện vận tốc lớn nhất Cả hai trường hợp này đều cĩ lực cản chung nhỏ hơn trường hợp tổng quát và phù hợp với chế độ hoạt động thực tế của xe. Trường xe chạy ở tốc độ tối đa được xem là sử dụng hết cơng suất của mơ tơ, trường hợp xe leo dốc tuy lực cản cĩ lớn hơn nhưng vận Chủ nhiệm đề tài: ThS. Hồ Trần Ngọc Anh Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019 44 tốc cĩ thể rất nhỏ nên cơng suất cũng cĩ thể nhỏ hơn. Ta chọn trường hợp xe chạy ở tốc độ tối đa để xác định cân bằng cơng suất cho mơ tơ, khi đĩ F MG = 36.7 (N) và vận tốc của xe v = 2,8 (m/s). Ta cĩ cơng suất cản của xe lúc này là: PCG = F MG . v = 37 . 5,6 = 207.4 (W) (3.2) Đây là cơng cản của xe, cơng suất cần thiết của mơ tơ để cân bằng với cơng cản của xe trong trường hợp này là: P M = P CG / η với η là hiệu suất của hệ thống truyền lực, chọn sơ bộ η = 0,95 ta được: PM = 4268 / 0,95 = 218.2 (W) (3.3) Chọn cơng suất của mơ tơ cần trang bị cho xe này là: PM = 218.2 (W) 3.2. PHÂN TÍCH, CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN 3.2.1 Phân tích, chọn động cơ điện Với cùng một cơng suất, nếu tăng hiệu điện thế của mơ tơ thì dịng điện chạy trong mạch và khối lượng của mơ tơ sẽ giảm, tuy nhiên số lượng bình ắc quy 12(V) sẽ tăng và địi hỏi tốt hơn vấn đề an tồn điện. Theo thống kê thực tế, khối lượng bình ắc quy tỷ lệ thuận với dung lượng của nĩ. Do đĩ, khối lượng tổng cộng của bộ nguồn ắc quy khơng phụ thuộc vào điện áp của hệ thống mà chỉ phụ thuộc vào cơng suất cần cung cấp. Từ những ràng buộc trên, đồng thời dựa vào thống kê mức điện áp của các loại mơ tơ điện cĩ trên thị trường, chọn mơ tơ cĩ hiệu điện thế U = 24 (V). Với hiệu điện thế này khối lượng mơ tơ tương đối nhỏ và số lượng bình ắc quy cũng vừa phải. *Chọn loại động cơ điện Hiện nay, động cơ điện trang bị trên ơ tơ cĩ rất nhiều loại khác nhau như: động cơ một chiều cĩ chổi than, động cơ xoay chiều khơng đồng bộ, động cơ xoay chiều đồng bộ, động cơ xoay chiều từ trở và động cơ một chiều khơng chổi than. Xét về đặc tính cơ của động cơ thì động cơ điện một chiều sẽ cung cấp một mơ men kéo tốt hơn động cơ điện xoay chiều (hình 3.1). Tuy nhiên, loại động cơ một chiều cĩ chổi than thì tuổi thọ khơng cao, trong quá trình vận hành địi hỏi phải bảo dưỡng chổi than, cịn động cơ điện một Chủ nhiệm đề tài: ThS. Hồ Trần Ngọc Anh Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019 45 chiều khơng chổi than thì cĩ rất nhiều ưu điểm và rất được ưa chuộng hiện nay nhưng giá thành cao. Động cơ xoay chiều cịn cĩ nhược điểm nữa là hệ thống điều khiển phức tạp, cần cĩ bộ biến tần để biến đổi điện một chiều (DC) từ ắc quy thành dịng điện xoay chiều (AC) cung cấp cho động cơ. Nếu xét về mặt kinh tế, sử dụng động cơ một chiều cĩ chổi than sẽ cho ra giá thành thấp nhất. M(Nm) Động cơ AC Động cơ đồng bộ DC Động cơ AC khơng đồng bộ n(v/p) Hình 3.2. Đường đặc tính cơ của 3 loại động cơ điện. Với mục tiêu kinh tế, ta chọn loại động cơ điện một chiều cĩ chổi than làm nguồn động lực cho xe cần thiết kế. Ngồi ra, ở vùng cơng suất nhỏ (250 W) động cơ một chiều cĩ chổi than hoạt động cũng khá hiệu quả. Hiện nay, trên thị trường cĩ bán loại động cơ một chiều cĩ chổi than DC MY1020ZX do Trung Quốc sản xuất với hiệu điện thế định mức DC 24 (V) và cơng suất 250 (W), ta chọn loại động cơ này để làm nguồn động lực cho xe cần thiết kế. Hình 0.3. Động cơ điện 48V-250W Chủ nhiệm đề tài: ThS. Hồ Trần Ngọc Anh Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019 46 Hình 3.4. Kết cấu của động cơ điện MY1020ZX Thơng số kỹ thuật động cơ điện (mơ tơ): - Kiểu: MY1020ZX (TQ). - Hiệu điện thế : 24(V). - Cơng suất: 250 (W). - Vịng quay định mức: 560 (v/ph). - Khối lượng: 8 (kg). - Mơ men xoắn cực đại: 22 (Nm). Lựa chọn bộ điều khiển động cơ điện Hình 0.5. Bộ điều khiển động cơ điện.
Thơng số kỹ thuật: − Điện áp vào: 24V (DC) − Điện áp ra: 24V (DC) − Cơng suất tối đa: 250 W − Tín hiệu điều khiển: 1 - 4 V Chủ nhiệm đề tài: ThS. Hồ Trần Ngọc Anh Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019 47 − Tổn hao cơng suất ≤ 5 W − Chức năng đảo chiều quay động cơ HỘP ĐIỀU KHIỂN 24V Hình 0.6. Sơ đồ đấu nối mạch điện bộ điều khiển động cơ điện 1: Động cơ; 2: Cụm dây cảm biến; 3: Cụm dây nguồn động cơ; 4: Cụm dây ga; 5: Cụm dây nguồn; 6: Cụm dây cảm biến đảo chiều quay; 7 Bàn đạp ga; 8: Cơng tắc đảo chiều quay; 9: Nguồn ắc qui
Các cụm dây trên bộ điều tốc đa năng: - Cụm dây cấp nguồn (1 dây đen, 2 dây đỏ: 1 lớn 1 nhỏ) - Cụm dây cảm biến động cơ (5 dây đỏ, xanh biển, xanh lá, vàng, đen) - Cụm dây ga (1 đỏ,1 xanh lá,1 đen) - Cụm dây đảo chiều quay (1 đen, 1 trắng viền xanh biển) - Cụm dây ngắt phanh điện - Cụm dây cảm biến cơng tơ mét.
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH ĐIỆN (dựa vào bản vẽ sơ đồ mạch điện) - Bước 1: Khi cụm dây nguồn hộp điều khiển (5) được nối với ắc qui (9) nguồn điện được cung cấp cho tồn bộ hệ thống, tồn bộ hệ thống hoạt động dưới sự điều khiển của hộp điều khiển Chủ nhiệm đề tài: ThS. Hồ Trần Ngọc Anh Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019 48 - Bước 2: Khi nhấn bàn đạp ga (7) tín hiệu được truyền đến hộp điều khiển thơng qua cụm dây bàn đạp ga (4). Hộp điều khiển tiếp nhận xử lý thơng tin truyền đến và xuất tín hiệu đến động cơ (1) thơng qua cụm dây động lực (3) làm động cơ quay. Tốc độ quay của động cơ phụ thuộc vào lực nhấn bàn đạp ga. - Bước 3: Khi muốn động cơ đảo chiều quay ta nhấn cơng tắc đảo chiều quay (8), tín hiệu sẽ được đưa đến bo mạch điều khiển thơng qua cụm dây cảm biến đảo chiều quay (6). Bo mạch điều khiển tiếp nhận xử lý thơng tin truyền đến và truyền tín hiệu điều khiển đến động cơ cho động cơ quay với chiều ngược lại. 3.3. XÁC ĐỊNH CÁC THƠNG SỐ CHO BỘ NGUỒN ẮC QUY Loại ắc quy được chọn để lắp đặt cho xe là ắc quy axít chì vì nĩ thơng dụng và giá thành tương đối thấp. Với hiệu điện thế của mơ tơ được chọn là 24 (V), số lượng bình ắc quy cần thiết là 2 bình loại 12 (V). Dung lượng của ắc quy phụ thuộc vào số giờ mà xe chạy hết bình và tỷ lệ khối lượng của hệ thống truyền động điện so với tổng khối lượng xe theo tỷ lệ tối ưu là khơng quá 30%. Chọn sơ bộ số giờ xe chạy hết bình là 2 giờ, dung lượng ắc quy được xác định như sau: Ah = I M . t = (P M / U) . t = (250/24) . 2 = 20.8(Ah) Vì dung lượng ắc quy được sản xuất theo tiêu chuẩn, chọn loại bình cĩ hiệu điệu thế 12(V) và dung lượng 20 (Ah). Sau khi chọn được loại ắc quy, chúng ta cần kiểm tra lại tỷ lệ khối lượng của hệ thống truyền động so với tổng khối lượng của xe. Nếu vượt quá tiêu chuẩn thì hoặc là giảm bớt dung lượng của ắc quy (giảm số giờ chạy hết bình) hoặc là chọn loại ắc quy khác cĩ tỷ trọng khối lượng trên dung lượng nhỏ hơn. Dựa vào thơng số kỹ thuật của bình ắc quy do nhà sản xuất cung cấp, loại bình ắc quy 12(V)-20 (Ah) cĩ khối lượng m = 6 (kg). Loại mơ tơ 24 (V)- 500(W) cĩ khối lượng m 2 = 8 (kg). Như vậy, tổng khối lượng của hệ thống truyền động điện sẽ là 20kg Tính hệ số tỷ lệ khối lượng: λ = m / M = 20 / 182 = 0,10 < 30% Chủ nhiệm đề tài: ThS. Hồ Trần Ngọc Anh Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019 49 Như vậy, tỷ lệ này đã đạt yêu cầu kỹ thuật. Hình 0.7. Sơ đồ đấu nối tiếp 2 bình ắcquy (12V- 20AH). Chủ nhiệm đề tài: ThS. Hồ Trần Ngọc Anh Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019 50 Chương 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 4.1. CHẾ TẠO MƠ HÌNH Sơ đồ tổng thế Hình 4.1. Sơ đồ tổng thể mơ hình Chủ nhiệm đề tài: ThS. Hồ Trần Ngọc Anh Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019 51 Các bước thực hiện
Các bước thực hiện − Bước 1: Sau khi thực hiện gia cơng các kích thước trên bán trục đúng yêu cầu và taro ren các đầu nối hai phần của bán trục, ta tiến hành lắp vỏ bao quanh bán trục vào phần bán trục nhỏ, gá các ổ bi đở giữa bán trục nhỏ và vỏ bán trục. Kiểm tra chuyển động quay nếu đảm bảo tiến hành lắp với phần bán trục lớn (bằng mối ghép ren đã taro ở mỗi phần bán trục). Khi đã nối hai phần bán trục với nhau tiến hành lắp ráp với bộ truyền lực chính và vi sai. − Bước 2: Lắp bánh răng lớn của bộ truyền xích vào phần tiếp nhận mơmen của bộ truyền lực chính và vi sai bằng các đai ốc, đảm bảo các đai ốc được siết đúng lực để bánh răng cố định chắc chắn vào bộ truyền lực chính vì đây là vị trí khớp quay quan trọng chịu tác dụng lực lớn nếu mơ hình hoạt động. − Bước 3: Đưa tồn bộ cụm truyền lực chính và bán trục lên vị trí lắp trên khung giá đở mơ hình, kiểm tra các vị trí lắp nếu đảm bảo yêu cầu thì tiến hành lắp cố định từng bộ phận trên khung giá đở bằng các mối ghép đai ốc. Hình 4.2. Sơ đồ các bước thược hiện lắp ráp mơ hình − Bước 4: Tiến hành lắp hai bánh xe vào hai bán trục, dùng đai ốc cố định vị trí của bánh xe. Đến đây kiểm tra hoạt động tổng hợp của cụm các chi tiết đã lắp ráp (bộ Chủ nhiệm đề tài: ThS. Hồ Trần Ngọc Anh Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở năm 2019 52 truyền lực chính, bán trục và bánh xe) kiểm tra độ rơ lắc của các mối ghép, đảm bảo các chi tiết hoạt động tốt, các vị trí khớp quay êm, nhẹ. − Bước 5: Đấu nối các mạch trên bộ điều khiển đa năng với động cơ (bao gồm cụm dây nguồn và cụm dây cảm biến động cơ), mạch bàn đạp ga và mạch đảo chiều quay động cơ. − Bước 6: Đưa động cơ lên vị trí lắp ghép trên khung giá đở mơ hình, canh chỉnh kiểm tra bộ truyền xích và tiến hành cố định động cơ với khung giá đở. − Bước 7: Đưa bộ điều khiển đa năng, bàn đạp ga và cơng tắc đảo chiều lên vị trí trên khung giá đở mơ hình và tiến hành cố định với khung giá đở. Thiết kế bố trí các mạch đường dây ở các vị trí phù hợp trên khung mơ hình. 4.2. THỬ NGHIỆM, ĐO ĐẠC THƠNG SỐ Sau khi hồn thành việc chế tạo, lắp ráp các chi tiết, động cơ và các bộ phận khác của mơ hình. Tiến hành cho mơ hình hoạt động thử nghiệm để kiểm tra hoạt động của mơ hình. Vì là quá trình hoạt động thử nghiệm nên sẽ cho tất cả các bộ phận của mơ hình hoạt động ở cường độ tối đa. Nhằm cĩ thể x...mmunication improvment for fleet management systems in internet of thing enviroment using message queuing telemetry transport (MQTT) 18 Duong Ngoc Toan - Synthesis of some −unsaturated ketones from 3-ACETYL-4-HYDROXY-1- METHYLQUINOLIN-2(1H)-ONE 25 Vu Van Tan, Nguyen Minh Trung - Optimal controller design for an active anti-roll bar system on cars 30 Le Thanh Son, Le Cao Khai - Study on using aluminium as electrodes in an electro-coagulation system in order to remove cod of nam son landfill leachate 38 Tran Duc Chuyen, Roan Van Hoa, Le Van Anh, Le Thi Hoan - Study to improve the quality of renewable energy electrical power in the micro - grids 44 Ho Tran Ngoc Anh, Nguyen Minh Tien, Nguyen Le Chau Thanh - A review on solar energy applied for air cooling system in vehicle 52 Nguyen Van Phuong, Dao Khanh Hoai, Tong Minh Duc - Efficient anomaly detection on uav images for search and rescue 58 Bui Minh Quy, Vu Quang Tung, La Thi Cam Van - Synthesis and study adsorption characters of aluminium oxide – polyaniline composite material 66 Tran Quang Huy, Vu Viet Dung - Research on user authentication technique using web portal intergrated firewall and radius server for wireless networking system of thai nguyen university of information and communication technology 73 Nguyen Thi Hanh, Vuong Truong Xuan - Determining total content of Ca, Fe and Zn in hibiscus sabdariffa calyxes by using atomic absorbtion spectroscopy method 81 Vuong Truong Xuan - Analyzing the total content of copper, lead, cadmium and zinc in verbesina calendulacea L. plant using ICP-MS method 88 Kieu Quoc Lap, Nguyen Thi Hong - Assessing the quality of water sources for daily-life activities in Tam Duong district, Lai Chau province 95 Le Viet Bau, Trinh Thi Huyen, Trinh Thi Chung, Tran Thi Duyen, Nguyen Van Dang - Critical parameters in perrovskite La0.7Sr0.3Mn1-xMxO3 (x=0, 0.05; M=Al, Ti) 101 Vu Van Nhuong - Synthesis, characterization of Fe-Ti/hydrotalcite materials and using as photocatalysts for Rhodamine-b degradation from aqueous solution 109 Vu Duc Thai, Duong Thi Nhung, Ngo Duc Vinh - A technique for pedestrian detection based on motion features 115 Luu Tuan Duong, Le Thanh Son - Post-treatment of glyphoaste in water by membrane bioreactor (MBR): Study of the parameters effect on the efficiency 122 Duong Hong Viet, Ha Van Tuyen, Tran Hai Dang, Chu Thi Tho - A study on impacts of mining activities on land resources in Trai Cau, Dong Hy commune, Thai Nguyen 128 Roan Van Hoa, Dinh Tho Long - Robotic arm control by using computer vision algorithms with convolutional neural network 135 Phung Thai Duong, Ton Son - Assessment of mangrove forest change in Kien Giang province province according to satellite images in the period of 1988-2018 141 Content Page Chu Tien Dung - Multifunctional nanocomposites Fe3O4/ZnO: Synthesis, characteristic for wastewater treatment 149 Mai Manh Trung, Le Trung Thuc, Dao Thi Phuong Anh - Data analysis application and Nạve bayes supervised classification in online payment 157 Chu Duc Toan - Application of anfis controller based on PID for nonlinear objects 165 Tran Quang Huy, Vu Viet Dung, Pham Xuan Kien - Network perfomance analysis of healthcare monitor wireless sensor network 171 Luong Thi Thao Hieu, Le Thi Thu Hien - research iffective of gop struct on quality of H.265 in WLAN enviroment 180 Tran Thi Ngan, Nguyen Thi Dung, Nguyen Long Giang, Tran Manh Tuan - Using complex fuzzy inference system in liver disease diagnosis support 186 Do Thi Ma - SCADA system and application in industrial wastewater treatment 192 Nguyen Anh Tuan - Research on improving some measurements in crude theoretical of incomplete decision tables 200 Nguyen Thi Thu Thuy, Vuong Truong Xuan, Nguyen Ngoc Tung, Pham Thi Thu Ha - analyzing the total content of lead, cadmium and arsenic in artemisia vulgaris L. using ICP-MS method 205 Nguyen Thi Thao, Vu Van Nhuong - Research on the possibility of methylene blue degradation on synthesized materials Fe-Ti/hydrotalcite under led light 212 Nguyen Quynh Hoa - General quasi-equilibrium problem and economic significance 218 Tran Huu Tinh, Vo Ngoc Dieu, Quyen Huy Anh - Overview of transmission expansion planning 223 Le Duc Tung - Eigenvalue method for subsynchronous resonance analysis. Application for IEEE FIRST BENCHMARK model 229 Nguyen Thi Thu Hien, Chu Duc Thanh, Hoang Van Hoan, Tran Quoc Hoan, Nguyen Duc Tuong, Nguyen Duy Cuong - Synthesis of Cu(Zn,Sn)Se2 nanoparticles for absorber layer applications in solar cells 237 Chu Manh Nhuong, Nguyen Thi Anh Tuyet, Nguyen Van Que - Liquid-liquid extration of Zirconium (IV) using high amine CTBA/n-HEXAN from sunfuric acid media 243 Pham Duc Long - Oriented morphology and application to count the number of steelbars in the bunches by image processing 249 Tran Hue Minh, Nguyen Van Ninh - The higher topological complexity of a complement of complex lines arrangement 255 Ho Mau Viet, Mac Thi Phuong, Le Hoang Hiep, Dinh Van Nam - Designing a surveillance, measurement and control system for supplying livestock and farm labview platform - based 258 Tran Hai Dang, Duong Hong Viet, Vu Thi Hong Hanh, Nguyen The Hung - Research the ability of fog harvesting into clean water from some natural yarns 265 Le Thi Giang, Nguyen Thi My Ninh - Testing bioactive and determination of jatrorrhizine content by using LC/MS method in the stem of Mahonia Nepaulensis DC. in Dai Tu, Thai Nguyen 271 Hoang Van Thuc - Designing rice warning system based on iot platform application for northern mountains 277 Ha Thanh Tung - Optimizing the usage schedule for air conditioning load based on load aggregator 284 Nguyen Thi Khanh Van, Nguyen Thi Ha, Vu Hong Hanh, Nguyen Thi Hien, Ha Xuan Linh - Research of optical exploitation on the use of TiO2 filter materials manufactured by electrophoresis method 292 Doan Trong Hieu, Trinh Van Ha, Hoang Van Linh - Fixed point theorems for Kannan type mappings in cone metric spaces 298 Nguyen Hien Trinh, Vu Vinh Quang - The application of range clustering method in community detecting problem 303 Duong Quoc Hung, Nguyen Huu Cong, Nguyen The Cuong - Starting the large synchronous motor by speed method 311 Dam Bao Loc, Nguyen Duy Cuong - An experiment for combination of the accurate linear controller and an input disturbance estimator based on time receding optimization for trms in the laboratory 318 Cao Truong Son, Nguyen The Binh, Nguyen Thi Minh Thanh, Luong Duc Anh, Nguyen Thanh Lam - Environmental impact auditing for khe giang solid waste treatment factory in Uong Bi city, Quang Ninh province 325 Content Page Nguyen Thanh Ha, Pham Thi Ngoc Dung, Ha Thanh Tung - Some issues about planning, operating, and comunication in low voltage intelligent distribution network 334 Pham Thanh Long, Vũ Van Tien, Le Manh Dat, Lam Van Thien - Research, design, manufacture and application of non-contact body thermometer gauges for prevention of Covid-19 infection 343 Ngo Thi Tu Quyen, Nguyen Nhu Trang - Exploiting mathematics - informatics interdisciplinary relationship in teaching about solving exercises on the relations between the quantities of arithmetic sequences 349 Nguyen Thi Nham Tuat - Evaluating current status and proposing solutions for domestic solid wastes management in Bacninh province 355 Trinh Ngoc Hien, Mai Huu Thuan, Nguyen Duc Thang - The design, manufacure and application blood vessels detection device in defining the children’s veins 362 Pham Thi Lien, Tran Tuan Viet, Nguyen Quang Hiep, Nguyen Thu Phuong, Tran Thi Tuyet - Tools collect customer data from social networks, applications for small and medium enterprises 367 Chu Manh Nhuong, Pham Van Huan, Nguyen Thi Minh Tam, Ly Thi Van, Bui Van Ly - synthesis of nanocomposite ZrO2/ZnO and ZrO2/CuO doped Ce4+ applications in photocatalytic 375 Dinh Quy Long, Nguyen The Dung, Pham Xuan Kien - Researching and designing power supplies for telecommunications stations using solar energy 381 Le Hoang Hiep, Nguyen Lan Oanh, Do Dinh Luc, Nguyen Thi Bich Nga - Study to improve of automatic control system in tea black production ferment processing by applying of digital image processing technology 388 Ngo Van Gioi, Cao Minh Chinh, Nguyen Thi Nham Tuat - The current situation and solutions to improve the efficiency of domestic solid waste management in Dien Bien district, Dien Bien province 396 Lai Van Trung, Hoang Phuong Khanh, Quach Mai Lien, Nguyen Viet Hoang - Solving system of nonlinear equations by the third – oder Newton – Krylov method 405 Nguyen Van Tuan - Investigating performance (BER, SNR) of analog radio-over-fiber (ARoF) and digital radio-over-fiber (DRoF) systems 411 Mai Van Tuan, Le Thi Phuong, Vu Anh Duc, Nguyen Xuan Bach, Mai Xuan Dung - Enhanced energy transfer in carbon quantum dot solids 419 Dinh Van Tiep, Pham Thi Thu Hang - Constructing the implimentation to the continuous block BDF methods 424 Vatsana Inthapasong, Vu Thi Hau - Preparation of charcoal from soybean residue and study on absorption capacity for Cr(VI) 432 Nguyen Van Phu - Continuity of the complex hessian operator on cegrell’s classes of msubharmonic functions and its application 439 Nguyen Tat Thang, Vu Thi Thu Loan - Iterative method for solving a minimum norm solution of split feasibility problem 445 Le Huu Ton, Nguyen Hoang Ha - Character recognition for license plate recognition traffic camera in Vietnam 451 Tran Dinh Hung, Nong Quynh Van - Using quasi-uniform grids for solving the biharmonic equation with dirichlet boundary conditions in semistrip 459 Giap Thi Thuy Trang, Phan Dinh Quang - Design virtual experiment about resistor bridge circuit and rectified current circuit by Matlab 8.0 software to support teaching and learning program at high school 464 Nguyen Van Manh - The relationship between extremal principle with Farkas lemma in infinite dimensons Banach space 471 Dang Xuan Bao, Tran Thi Xuyen, Hoang Thu Phuong, Nguyen Thi Hong Ha - Research and building multi factor authentication system for website 479 Nguyen Thi Bich Diep, Dinh Quy Long, Doan Manh Cuong - Research and design of braille learning aids for visually impaired people applying IOT technology 486 Nguyen Thanh Tung, Do Thi Loan - Application of internet of things into the construction of air quality management and supervision system 491 Content Page Nguyen Thi Thanh Thuy, Cao Thi Thanh Hai, Nguyen Thi Hue, Dinh Hung Manh, Vu Hong Ky, Do Khanh Tung, Nguyen Thanh Huong, Nguyen Thi Ngoc Anh - enhancement of perpendicular exchange bias in [Co/Pd]/IrMn system by ultrathin CoFe insertion layer 498 Cao Xuan Tuyen, Nguyen Thi Huong - Design, construction of digital over votage protection relay with independent time characteristics for teaching at the department of electrical engineering at University of Technology - Thai Nguyen University 505 Le Son Thai, Luong Thi Ngoc Ha, Do Thi Phuong, Nguyen Thi Thanh Tam, Dinh Xuan Lam - Applying spatial partitioning technique for smoke simulation in virtual reality 513 Le Thi Thu Phuong, Dang Thi Loan Phuong - Sliding mode control for asynchronour motor 521 Pham Thi To Oanh - Assessment on management of domestic solid wastes and solutions in Dong Hung district, Thai Binh 528 Le Trieu Tuan, Ly Thu Trang - Overview of big data analytics in e-commerce 536 Nguyen Thi Thanh Nhan - A late fusion method for multi-organ plant identification 541 Dinh Dieu Hang, Tran Van Su, Nguyen Thuy Trang, Pham Van Ngoc - Necessary efficiency conditions for the local henig efficient solutions of vector equilibrium problems with constraints in terms of Studniarski’s derivatives 548 ISSN: 1859-2171 TNU Journal of Science and Technology 225(06): 52 - 57 e-ISSN: 2615-9562 TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI CHO HỆ THỐNG ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ Ơ TƠ Hồ Trần Ngọc Anh, Nguyễn Minh Tiến*, Nguyễn Lê Châu Thành Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật - ĐH Đà Nẵng TĨM TẮT Việc đậu xe ngồi trời làm nhiệt độ bên trong xe tăng cao, dẫn đến tiêu tốn nhiều nhiên liệu cho hệ thống điều hịa và sinh ra nhiều loại khí thải cĩ hại. Do sự cạn kiệt nguồn nhiên liệu hĩa thạch và tình trạng báo động của hiệu ứng nhà kính nên việc làm mát cho xe mà động cơ khơng cần hoạt động là vấn đề đang được quan tâm lớn từ các nhà nghiên cứu và cơng ty sản xuất ơ tơ. Với sự nĩng lên tồn cầu thì chủ đề này càng trở nên nĩng hơn bao giờ hết. Vì vậy, báo cáo này nhằm mục đích khái quát một số nghiên cứu sử dụng năng lượng mặt trời cho hệ thống điều hịa ơ tơ. Hơn nữa, báo cáo cũng chỉ ra một số vấn đề tồn tại, ưu và nhược điểm của các nghiên cứu hiện nay. Đồng thời, đây cũng là cơ sở để nghiên cứu và áp dụng cho các phương tiện giao thơng vận tải ở Việt Nam, quốc gia cĩ tiềm năng lớn về năng lượng tái tạo nĩi chung và đặc biệt là năng lượng mặt trời. Từ khĩa: Hệ thống làm mát khơng khí dùng năng lượng mặt trời; năng lượng tái tạo; điều hịa ơ tơ; pin quang điện; hiệu ứng nhà kính Ngày nhận bài: 01/3/2020; Ngày hồn thiện: 27/4/2020; Ngày đăng: 04/5/2020 A REVIEW ON SOLAR ENERGY APPLIED FOR AIR COOLING SYSTEM IN VEHICLE Ho Tran Ngoc Anh, Nguyen Minh Tien*, Nguyen Le Chau Thanh DNU - University of Technology and Education ABSTRACT The temperature increases rapidly inside the vehicles when they park under the blazing sun, leading to more fuel consumption for air conditioners and harmful emissions from the internal combustion engine (ICE). Due to the depletion of fossil fuel and the serious greenhouse effect, cooling the vehicle cabin without running the ICE or the electric motor has attracted many researchers and automotive manufacturers. Furthermore, due to global warming, this topic currently becomes hot and requires more attention. Hence, this report aims to review the most exciting studies of the solar-powered air condition system for vehicle cabins. Moreover, the report also reveals some major issues, advantages, and disadvantages of the aforesaid studies. Meanwhile, the information in this report could be a baseline for researching and applying similar solar-powered air cooling system into transportation in Vietnam, a potential country with substantial renewable energy such as wind, biomass, and solar energy. Keywords: Solar-powered air cooling system; renewable energy; air condition system; photovoltaic cell; greenhouse effect Received: 01/3/2020; Revised: 27/4/2020; Published: 04/5/2020 * Corresponding author. Email: minhtien.dct.udn@gmail.com 52 Email: jst@tnu.edu.vn Hồ Trần Ngọc Anh và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ ĐHTN 225(06): 52 - 57 1. Giới thiệu Pang và các cộng sự [8] đã thiết kế hệ thống Sự cạn kiệt của nguồn nhiên liệu hĩa thạch điều hịa năng lượng mặt trời cĩ cơng suất tối cùng với sự nĩng lên tồn cầu bắt buộc các thiểu 1500W dùng máy nén điện một chiều. nhà sản xuất ơ tơ phải cải tiến cơng nghệ và Kết quả cho thấy nhiệt độ bên trong khoang 0 tìm kiếm những nguồn năng lượng thay thế. xe cĩ thể được giảm xuống xấp xỉ 25 C. Năm Rất nhiều nghiên cứu tập trung vào phát triển 2010, hệ thống "i-Cool Solar" cho xe tải được xe ơ tơ hybrid hoặc ơ tơ điện (EVs) nhằm tiết giới thiệu bởi sự hợp tác sản xuất của 03 cơng kiệm năng lượng và giảm thiểu lượng khí thải ty Mitsubishi Chemical Corporation, ICL và của động cơ đốt trong (ĐCĐT) [1]. Tuy nhiên Nippon Fruehauf [9]. Theo đĩ các tấm pin PV tất cả các loại ơ tơ trên đều gặp phải vấn đề của Mitsubishi được lắp trên khung của phổ biến là nhiệt độ bên trong xe tăng lên Nippon Fruehauf và chúng được gắn cố định đáng kể khi xe đậu đỗ dưới trời nắng nĩng trên đỉnh thùng chứa của xe tải, để nạp điện cho máy điều hịa khơng khí trong cabin khi gây hại đến tuổi thọ của các thiết bị nội thất ơ xe khơng chuyển động. Sử dụng "i-Cool tơ, giải phĩng nhiều loại khí độc từ sản phẩm Solar" cĩ thể tiết kiệm khoảng 1,8 lít dầu nhẹ da, nhựa trong xe do bị làm nĩng. Nguy hiểm mỗi giờ nếu xe khơng di chuyển và khi xe di nhất là trẻ em cĩ thể bị chết ngạt trong trường chuyển là khoảng 1% nhiên liệu mỗi năm, tùy hợp bị bỏ quên trên xe. Đồng thời, một lượng thuộc vào tình hình thời tiết và điều kiện lái lớn nhiên liệu hoặc năng lượng điện cần được xe. Cụ thể, một chiếc xe tải 10 tấn cĩ thể tiết tiêu thụ cho máy điều hịa khi cần làm mát xe kiệm khoảng 1.500 lít dầu nhẹ. Cơng suất tối và tạo nhiều khí thải cĩ hại từ ĐCĐT. Vì vậy, đa của các tấm pin là 900W và điện thừa được làm mát cho khoang xe sử dụng một nguồn lưu trữ trong pin để sử dụng vào những ngày năng lượng thay thế cho năng lượng từ ĐCĐT thời tiết u ám. Tương tự, hệ thống điều hịa đang thu hút nhiều sự chú ý của các nhà dùng năng lượng mặt trời được sử dụng rộng nghiên cứu và nhà sản xuất ơ tơ. rãi trên các phương tiện giao thơng cơng cộng Năng lượng mặt trời được biết đến như nguồn và một số dịng xe tải ở Hồng Kơng [10]. Tất năng lượng sạch và cĩ thể tái tạo, được ứng cả những nghiên cứu trên [4], [6]-[10] chứng dụng rộng rãi để cung cấp nhiệt hoặc điện [2]. tỏ hệ thống điều hịa ơ tơ dùng năng lượng Dễ thấy nhất hiện nay, sử dụng năng lượng mặt trời đang thực sự là chủ đề nĩng, thu hút mặt trời cho hệ thống điều hịa khơng khí sự quan tâm của các nhà nghiên cứu và cả (AC) đang được quan tâm tồn cầu [3]-[8] vì cơng ty sản xuất ơ tơ trong việc cố gắng giảm vừa tiết kiệm năng lượng vừa thân thiện mơi mức độ tiêu thụ nhiên liệu và lượng khí thải. trường. Các hệ thống này cĩ hai loại chuyển Theo Daine Loh, nhà phân tích nghiên cứu tại đổi năng lượng chủ yếu: (1) quang điện (PV) Fitch Solutions, Việt Nam cĩ tiềm năng rất và (2) quang nhiệt [3], trong đĩ loại PV được lớn trong việc phát triển năng lượng tái tạo, sử dụng phổ biến hơn do giá thành thấp. trong đĩ năng lượng mặt trời là một trong Trong lĩnh vực ơ tơ, cĩ rất nhiều nghiên cứu những động lực chính và vẫn chưa được khai và thử nghiệm sử dụng năng lượng mặt trời cho hệ thống điều hịa ơ tơ. Abraham và các thác đáng kể [11]. Daine Loh cũng dự đốn cộng sự [4] đã chế tạo và ứng dụng dàn lạnh trữ lượng năng lượng mặt trời tại Việt Nam nhiệt - quang điện để tản nhiệt cho xe. Kết khoảng 8GW vào năm 2028. Theo báo cáo quả cho thấy, nhiệt độ bên trong khoang xe cĩ của Jason Thomas [12], Việt Nam là nước thể giảm tới nhiệt độ mơi trường xung quanh. đứng đầu trong thị trường năng lượng mặt Tương tự, nhĩm của Pan [6] và Qi [7] thiết kế trời. Trữ lượng các trạm năng lượng mặt trời hệ thống điều hịa ơ tơ dùng năng lượng mặt được lắp đặt thêm tăng nhanh chĩng từ 0 ở trời dựa trên bộ truyền năng lượng khơng dây. năm 2010 đến 86MW vào năm 2018 và Email: jst@tnu.edu.vn 53 Hồ Trần Ngọc Anh và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ ĐHTN 225(06): 52 - 57 4,45GW năm 2019. Với tiềm năng về năng đậu đỗ dưới trời nắng nĩng. Khác với những lượng mặt trời, việc ứng dụng chúng vào dịng sản phẩm điều hịa thương mại, tài xế cĩ phương tiện giao thơng vận tải, cụ thể là hệ thể điều khiển được quạt giĩ và theo dõi nhiệt thống điều hịa ơ tơ là rất khả thi tại Việt độ bên trong khoang xe bởi thiết bị ngoại vi Nam. Theo hiểu biết của tác giả, tuy vấn đề như máy tính, điện thoại thơng minh thơng này đang thu hút rất nhiều sự quan tâm của qua mạng khơng dây. Ngồi những bộ phận các nhà nghiên cứu nhưng vẫn chưa được cơ bản như hình 1, hệ thống này sử dụng bộ nghiên cứu, ứng dụng tại Việt Nam. Vì vậy, làm mát kiểu nhiệt điện và phần mềm giao bài báo này nhằm mục đích khái quát một số tiếp như trong hình 2. Bộ làm mát kiểu nhiệt - nghiên cứu cũng như cơng nghệ ứng dụng điện (TEC) như hình 2(a) cĩ cơng suất tiêu năng lượng mặt trời cho hệ thống điều hịa ơ thụ khoảng 240W. Ưu điểm của TEC là cĩ tơ trên thế giới hiện nay. Đồng thời, báo cáo kết cấu nhỏ gọn, khơng dùng mơi chất lạnh cũng chỉ ra một số vấn đề tồn tại, ưu và nhược nên thân thiện mơi trường, và khơng cĩ phần điểm của các nghiên cứu trên. Đây cũng là cơ chuyển động nên bảo dưỡng dễ dàng. Kết quả sở để nghiên cứu và áp dụng cho các phương thử nghiệm trên mơ hình xe ơ tơ (hình 2c) với tiện giao thơng vận tải ở Việt Nam, một quốc tấm pin PV cĩ cơng suất 5W cho thấy nhiệt gia cĩ tiềm năng lớn về năng lượng mặt trời. độ trung bình bên trong xe giảm khoảng 14,8% sau 15 phút so với nhiệt độ ban đầu. 2. Sơ đồ hệ thống điều hịa ơ tơ sử dụng Tuy nhiên, hệ thống này chỉ mới áp dụng trên năng lượng mặt trời xe mơ hình cĩ thể tích khoang xe nhỏ, và áp Hệ thống điều hịa sử dụng năng lượng mặt dụng khi xe khơng vận hành. trời thơng thường bao gồm ba phần chính (1) tấm pin mặt trời (PV), (2) bộ truyền và lưu trữ năng lượng và (3) bộ kiểm sốt nhiệt độ trong khoang xe và hệ thống điều hịa như mơ tả ở hình 1. Nguồn điện từ tấm pin PV được lưu trữ tại bình ắc qui thơng qua bộ điều khiển sạc hoặc bộ truyền khơng dây [6]. Các cảm biến nhiệt độ phát hiện nhiệt độ thực trong khoang xe và thơng qua bộ điều khiển, hệ thống điều hịa được hoạt động nhờ nguồn điện năng từ bình ắc quy. Để tiện theo dõi sự hoạt động của hệ thống điều hịa và nhiệt độ khoang xe khi khơng cĩ người bên trong hoặc khi xe Bộ điều khiển sạc Ắc qui khơng vận hành, một số nghiên cứu đã kết nối bộ điều khiển với điện thoại thơng minh Cảm biến Dàn lạnh thơng qua một số ứng dụng tích hợp sẵn [5], nhiệt độ [6]. Tùy thuộc mục đích sử dụng và cơng suất của tấm pin PV, hệ thống điều hịa cĩ thể chỉ Máy điều Bộ điều hịa khiển là loại quạt giĩ thơng thường [6], hoặc loại làm mát kiểu nhiệt - điện [5] hoặc loại dùng Hình 1. Sơ đồ tổng quan về hệ thống điều hịa sử máy nén sử dụng dịng điện một chiều [8]. dụng năng lượng mặt trời 3. Một số nghiên cứu tiêu biểu Tương tự như trên, nhưng nhĩm của Pan [6] dùng bộ truyền khơng dây để chuyển năng Nhĩm nghiên cứu của Shams [5] đã thiết kế lượng điện từ tấm pin PV tới các siêu tụ điện. hệ thống làm mát với giá thành thấp để làm Đặc biệt, các tấm pin PV được lắp đặt trên giảm nhiệt độ bên trong khoang xe khi ơ tơ 54 Email: jst@tnu.edu.vn Hồ Trần Ngọc Anh và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ ĐHTN 225(06): 52 - 57 khung cĩ dạng chữ “M” và cĩ thể thay đổi làm mát bằng vật liệu trao đổi nhiệt (PCM, kích thước nhờ mơ tơ điện, trong đĩ kích như mơ tả ở hình 4) để hấp thụ nhiệt từ khơng thước tối đa 145mm175mm445mm. Ngồi khí nĩng và tạo ra khơng khí mát thổi vào ra, quạt giĩ thơng thường được sử dụng để khoang xe. Kết quả cho thấy, với nhiệt độ làm mát khoang xe. Với thiết kế này, cơng khơng khí nĩng ở đầu vào PCM dao động suất tối đa sau khi chuyển đổi khoảng 2.181W mức 500C - 600C [7], nhiệt độ khơng khí mát với hiệu suất 60,3%. Kết quả mơ phỏng cho đầu ra cĩ thể giảm ở mức 320C và thời gian thấy, nhiệt độ trung bình bên trong khoang xe duy trì của khơng khí mát phụ thuộc vào nhiệt giảm xuống khoảng 4,20C và cao nhất khoảng độ khơng khí nĩng đầu vào hoặc vận tốc dịng 80C. Hệ thống của Pan (hình 3) cũng chỉ được khí lưu thơng trong PCM. Nhiệt độ khơng khí sử dụng khi xe khơng vận hành và phải tháo đầu vào hoặc tốc độ lưu thơng càng cao thì ra khi xe chạy. Mặc dù nhiệt độ khoang xe cĩ thời gian duy trì của khơng khí mát càng thể được giảm từ 30C đến 80C, nhưng cả hai ngắn. Tuy nhiên, nghiên cứu này chỉ kiểm tra hệ thống trên [5], [6] đều cĩ cơng suất nhỏ và sự trao đổi nhiệt của thiết bị làm mát sử dụng được thiết kế cho xe ơ tơ ở chế độ khơng vận PCM trong phịng thí nghiệm và chưa cho hành, chưa thay thế hồn tồn hệ thống điều thấy được độ giảm của nhiệt độ bên trong hịa ơ tơ thơng dụng trong trường hợp xe đang khoang xe so với nhiệt độ mơi trường xung vận hành. Sử dụng hệ thống của Pan [6], quanh. nhưng Qi và các cộng sự [7] đã thay thế quạt (a) (b) (c) Hình 2. (a) Bộ làm mát kiểu nhiệt-điện, (b) Ứng dụng điều khiển hệ thống AC trên điện thoại thơng minh, và (c) Xe mơ hình dùng để kiểm tra [5] 1 6 2 4 7 5 3 (a) (b) Hình 3. (a) Sơ đồ hệ thống làm sử dụng năng lượng mặt trời kết hợp bộ truyền năng lượng khơng dây và (b) Lắp đặt thử nghiệm hệ thống trên xe ơ tơ [6]. 1. Năng lượng mặt trời, 2. Tấm pin PV và giá đỡ (cĩ thể gấp-mở được), 3. Bộ truyền năng lượng khơng dây, 4. Siêu tụ điện, 5. Quạt làm mát, 6. Vùng nhiệt độ cao, 7. Vùng nhiệt độ thấp. Email: jst@tnu.edu.vn 55 Hồ Trần Ngọc Anh và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ ĐHTN 225(06): 52 - 57 Những kết quả nghiên cứu trên [4]-[8] cịn tồn tại một số hạn chế như cơng suất nhỏ chỉ cĩ thể làm mát khi xe khơng vận hành và chưa thể thay thế hồn tồn hệ thống điều hịa ơ tơ thơng dụng, hoặc nếu cĩ thể thay thế thì việc bố trí lắp đặt các tấm pin PV gặp khĩ khăn do yêu cầu cơng suất đầu ra của pin phải đủ lớn để cĩ thể dẫn động được máy nén một chiều. Tuy nhiên, những kết quả thử nghiệm trên cho thấy tính khả thi của việc ứng dụng năng lượng mặt trời cho hệ thống điều hịa ơ Hình 4. Mơ hình thiết bị làm mát sử dụng vật liệu tơ, đồng thời năng lượng dự trữ cĩ thể dùng Inlet Air hấp thụ nhiệt PCM trong hệ thống của Qi và các cho các hệ thống điện và trang thiết bị tiện cộng sự [7]. nghi khác trên xe. 1. Thùng chứa nước, 2. Van, 3. Bơm khơng khí và thùng chứa, 4. Bộ trao đổi nhiệt dùng PCM, 5. 4. Kết luận Khơng khí vào, 6. Khơng khí ra Hệ thống điều hịa cho xe sử dụng năng lượng Gần đây nhĩm của Pang [8] thử nghiệm máy mặt trời đang thu hút rất nhiều sự quan tâm nén điện một chiều cho hệ thống điều hịa sử của nhà nghiên cứu và cả ngành cơng nghiệp dụng năng lượng mặt trời. Để chọn cơng suất ơ tơ bởi nĩ gĩp phần tiết kiệm năng lượng và của tấm pin PV thích hợp, bức xạ mặt trời và thân thiện với mơi trường, đồng thời cĩ thể nhiệt độ mơi trường được đo đạc cẩn thận. bảo vệ được nội thất xe ở trạng thái tốt nhất. Quá trình thử nghiệm được thực hiện vào lúc Cĩ thể nĩi, đây là chủ đề nĩng và đang được 12:30 pm đến 14:00 pm bởi vì bức xạ mặt trời quan tâm hiện nay. Mặc dù vẫn tồn tại một số và nhiệt độ mơi trường đạt mức cao nhất, lần nhược điểm nhưng với sự phát triển của cơng lượt là 900W/m2 và 380C. Tấm pin PV sử nghệ trong tương lai, những tồn tại trên cĩ thể dụng trong nghiên cứu này cĩ kích thước được giải quyết khắc phục. Những thơng tin 1661mm  661mm, cơng suất đầu ra 165W (ở khái quát của các nghiên cứu ứng dụng trong 250C và 1000 W/m2). Kết quả thử nghiệm bài báo này cĩ thể sử dụng để làm cơ sở trực tiếp trên xe (như hình 5) cho thấy, nhiệt độ bên trong khoang xe cĩ thể giảm đến 250C, nghiên cứu cho điều kiện thực tế tại Việt tương tự với hệ thống điều hịa thơng dụng Nam, một quốc gia cĩ tiềm năng lớn về năng trên ơ tơ. lượng mặt trời. Lời cám ơn Nghiên cứu này được tài trợ bởi quỹ phát triển khoa học cơng nghệ của Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật - Đại học Đà Nẵng trong đề tài cấp cơ sở T2019-06-120. TÀI LIỆU THAM KHẢO/ REFERENCES [1]. F. Fazelpour, M. Vafaeipour, O. Rahbari, and M. A. Rosen, "Intelligent optimization to integrate a plug-in hybrid electric vehicle Hình 5. Lắp đặt thử nghiệm trên xe thực tế. Nhiệt smart parking lot with renewable energy độ bên trong khoang xe được theo dõi thơng qua 4 resources and enhance grid characteristics," cảm biến nhiệt độ bố trí tại ghế trước, giữa, ghế Energy Conversion and Management, vol. 77, sau và bên hơng xe [8]. pp. 250-261, 2014. 56 Email: jst@tnu.edu.vn Hồ Trần Ngọc Anh và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ ĐHTN 225(06): 52 - 57 [2]. S. Mekhilef, R. Saidur, and A. Safari, "A Conversion and Management, vol. 150, pp. review on solar energy use in industries," 148-158, 2017. Renewable and Sustainable Energy Reviews, [8]. W. Pang, H. Yu, Y. Zhang, and H. Yan, vol. 15, no. 4, pp. 1777-1790, 2011. "Solar photovoltaic based air cooling system [3]. R. Gugulothu, N. S. Somanchi, H. B. Banoth, for vehicles," Renewable Energy, vol. 130, and K. Banothu, "A Review on Solar Powered pp. 25-31, 2019. Air Conditioning System," Procedia Earth [9]. L. Edwards, "Introducing the i-Cool Solar air and Planetary Science, vol. 11, pp. 361-367, conditioning for trucks", 2010. [Online]. 2015. Available: https://phys.org/news/2010-10-i- [4]. A. G. Abraham, B. Jacob, D. G. Vinu, and D. cool-solar-air-conditioning-trucks.html. J. Vinu, "Photovoltaic driven thermoelectric [Accessed Feb. 15, 2020]. refrigerator for car heat dissipation during [10]. W. Lai, "Solar-powered air-conditioning sunny days," International Journal for system for vehicles", 2011. [Online]. Innovative Research in Science & Available: https://phys.org/news/2011-10- Technology, vol. 1, no. 11, pp. 337-342, 2015. [5]. S. Shams, K. Poon, A. Aljunaibi, M. Tariq, F. solar-powered-air-conditioning-vehicles.html. Salem, and D. Ruta, "Solar powered air [Accessed Feb. 15, 2020]. cooling for idle parked cars: Architecture and [11]. D. Loh, "Vietnam’s solar opportunities shine implementation," presented at the 2015 11th bright", 2019. [Online]. Available: International Conference on Innovations in https://www.pv- Information Technology (IIT), 2015. magazine.com/2019/12/23/vietnams-solar- [6]. H. Pan et al., "A portable renewable solar opportunities-shine-bright/. [Accessed Feb. energy-powered cooling system based on 15, 2020]. wireless power transfer for a vehicle cabin," [12]. J. Thomas, "Vietnam leading ASEAN’s Applied Energy, vol. 195, pp. 334-343, 2017. solar PV market", 2019. [Online]. Available: [7]. L. Qi et al., "A portable solar-powered air- https://theaseanpost.com/article/vietnam- cooling system based on phase-change leading-aseans-solar-pv-market. [Accessed materials for a vehicle cabin," Energy Feb. 15, 2020]. Email: jst@tnu.edu.vn 57