Pin mặt trời tự điều chỉnh hướng theo ánh sáng

Dương Quốc Hiệu chia sẻ, Giải pháp “Pin năng lượng mặt trời tự điều chỉnh hướng theo ánh sáng” được nhóm nghiên cứu và khắc phục từ giải pháp “Solar tracking system”, “Solar tracking system” ra đời, đơn giản bằng việc dùng đồng hồ thời gian thực để quy định góc quay theo từng thời điểm trong ngày. Đặc điểm của giải pháp này là dùng một đồng hồ thời gian thực để định góc quay cho pin mặt trời theo ngày để các tia sáng hợp với mặt phẳng pin mặt trời góc gần 90 ⁰nhất. Với giải pháp “Solar tracking system” dùng đồng hồ thời gian thực ưu điểm là: chi phí cho phần điều khiển khá thấp nhưng nhược điểm là không thích nghi được theo mùa vì mỗi mùa mặt trời sẽ đi theo những quỹ đạo khác nhau còn giải pháp “Solar tracking system” dùng đồng hồ thời gian thực các tấm pin chỉ đi theo một quỹ đạo cố định, cho nên thời điểm theo mùa hoặc theo ngày luôn luôn có những điểm mà hệ thống không đạt hiệu quả tối đa.

Sau khi tìm hiểu về giải pháp “Solar tracking system” dùng đồng hồ thời gian thực, chúng tôi nhận thấy cần thiết phải cải tiến về mặt kỹ thuật để khắc phục nhược điểm lớn nhất mà giải pháp “Solar tracking system” dùng đồng hồ thời gian thực mắc phải, bên cạnh đó chúng tôi còn thêm một vài tính năng mới để hệ thống “Pin năng lượng mặt trời tự điều chỉnh theo hướng ánh sáng” được hoàn thiện với chi phí thấp nhất và hiệu quá cao nhất như: Tính năng điều khiển bằng tay để sử dụng khi cần; Tính năng phân phối quá trình sạc ắc quy và dùng nguồn trực tiếp từ pin mặt trời để ban ngày một phần điện năng được sạc vô ắc quy một phần được sử dụng cho các thiết bị, còn ban đêm thì dùng điện năng từ ắc quy.

Với những mục tiêu đã đặt ra, nhóm tác giả tiến hành phân công để thiết kế và thi công sản phẩm với những nội dung: Thiết kế thi công mạch điều khiển, Thiết kế thi công phần cơ khí, Thử nghiệm và thu thập số liệu…

Dương Quốc Hiệu cho biết thêm về giải pháp của mình: “Giải pháp Hệ thống pin năng lượng mặt trời thu nhỏ được tôi và Viên thực hiện trong 3 tháng, từ tháng 11/2015 đến đầu năm 2016. Với cấu tạo nhỏ gọn nhưng mang tính kỹ thuật cao, đây là một trong những giải pháp tối ưu cho việc tăng hiệu suất của pin năng lượng mặt trời và là một mô hình học cụ trực quan hiệu quả. Bên cạnh đó, sản phẩm còn mang tính năng ưu việt như: có thể xoay đa chiều nhờ các cảm biến ánh sáng, đảm bảo cho tấm pin luôn vuông góc với hướng ánh sáng mạnh nhất để pin đạt hiệu suất cao nhất”. Cũng nhờ cơ chế tự động nhận biết và tự động xoay về hướng ánh sáng lớn nhất nên người sử dụng không cần phải xoay pin theo hướng mặt trời trong ngày và theo mùa.

 Để thực hiện giải pháp này, Dương Quốc Hiệu đã xây dựng ý tưởng, đồng thời thiết kế khung mô hình gồm hộp giá đỡ và các cơ cấu xoay, thi công các bộ phận mô hình và theo dõi quá trình hoạt động, so sánh hiệu suất của pin trước và sau khi có hệ thống điều hướng. Còn Nguyễn Hoàng Viên phụ trách thi công lắp đặt các mạch điều khiển cho các modun và viết chương trình về lập trình mô hình. Nhờ sự phối hợp nhịp nhàng, chỉ trong 3 tháng, Hiệu và Viên đã hoàn thiện mô hình, vận hành chạy thử nghiệm thành công.

Nguyễn Hoàng Viên nói: “Khi lắp đặt hoàn thiện, chúng tôi đặt mô hình vào thời điểm từ 8 đến 16 giờ ngoài trời nắng tại vị trí không bóng râm trong 2 ngày liền và có thời tiết tương đương nhau. Ngày thứ nhất, chúng tôi cho mô hình hoạt động ở chế độ tự động điều chỉnh hướng, còn ngày thứ hai cho mô hình đứng yên tấm pin và luôn song song với mặt đất. Qua đó, chúng tôi thu được bảng số liệu ở chế độ vận hành tự động. Kết quả, tấm pin luôn vuông góc với ánh sáng cao nhất của mặt trời thu được năng lượng cao hơn 30% và luôn ổn định hơn so với tấm pin cố định”.

 Được biết, những năm gần đây, pin năng lượng mặt trời được quảng bá và sử dụng rộng rãi, có nhiều ứng dụng trong công nghiệp sản xuất điện năng sạch, nhưng tỉ lệ còn rất thấp so với tiềm năng hiện có. Do vậy, nếu được áp dụng rộng rãi sẽ cải thiện đáng kể năng suất trong việc khai thác sử dụng năng lượng mặt trời, không những trong việc khai thác điện năng mà còn trong việc khai thác nhiệt năng của mặt trời.

Th.S Nguyễn Hoài Sơn – Trưởng Ban Tổ chức Hội thi Sáng tạo Kỹ thuật lần thứ 7 nhận xét: Giải pháp của Dương Quốc Hiệu và Nguyễn Hoàng Viên được nghiên cứu  bằng cách sử dụng một cơ cấu xoay tròn và một cơ cấu xoay lên xuống, do vậy dù quỹ đạo mặt trời có thay đổi theo mùa thì giải pháp của họ vẫn đáp ứng được cả phương lẫn hướng để hiệu quả thu sáng được cao nhất. Bên cạnh đó giải pháp của họ ngoài khắc phục nhược điểm lớn nhất của giải pháp “Solar tracking system” dùng đồng hồ thời gian thực, họ còn thêm vào các tính năng mới để dễ dàng hơn cho người sử dụng. Ban Tổ chức thấy rằng:  Khi áp dụng giải pháp Pin năng lượng mặt trời tự điều chỉnh hướng theo ánh sáng thì hiệu suất của Pin tăng cao hơn trên 30% so với tấm Pin đặt cố định. Đồng thời thiết bị phần cứng, chương trình điều khiển đều do thành viên trong nhóm thiết kế và thi công từ những linh kiện sẵn có ở Việt Nam nên giá thành được giảm một cách đáng kể so với các thiết bị ngoại nhập cùng chức năng. Đây là giải pháp khá tốt và chúng tôi đã chọn để tham dự Hội thi Sáng tạo Kỹ thuật Toàn quốc năm 2016-2017.