acecook

Thiết kế bộ sạc dùng nguồn điện mặt trời cho đèn tín hiệu và đèn giao thông sử dụng hệ thống điều khiển không...

Công nghiệp năng lượng
09/01/2023 10:37
Việc đầu tư xây dựng hạ tầng giao thông không đồng bộ như hiện nay (đường có trước, đèn tín hiệu có sau) thì việc đào xới, khoan cắt lòng đường, vỉa hè là điều không tránh khỏi. Bên cạnh đó nguồn điện lưới cung cấp hoạt động không ổn định cũng là vấn đề làm ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống, ảnh hưởng đến an toàn giao thông. Nhóm nghiên cứu ứng dụng nguồn năng lượng mặt trời kết hợp với công nghệ truyền tín hiệu điều khiển không dây trong hệ thống đèn tín hiệu điều khiển giao thông để giải quyết các bất cập nêu trên.
aa

Tóm tắt

Hệ thống đèn tín hiệu điều khiển giao thông là hệ thống đèn được sử dụng để hướng dẫn điều khiển các phương tiện tham gia giao thông tại các giao lộ có lưu lượng giao thông phức tạp. Đây là một hệ thống quan trọng không chỉ đảm bảo an toàn cho con người và các phương tiện mà còn giúp giảm ùn tắc giao thông, đảm bảo an toàn giao thông.

Tuy nhiên với việc đầu tư xây dựng hạ tầng giao thông không đồng bộ như hiện nay (đường có trước, đèn tín hiệu có sau) thì việc đào xới, khoan cắt lòng đường, vỉa hè là điều không tránh khỏi. Bên cạnh đó nguồn điện lưới cung cấp hoạt động không ổn định cũng là vấn đề làm ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống, ảnh hưởng đến an toàn giao thông. Vì vậy, nhóm nghiên cứu ứng dụng nguồn năng lượng mặt trời kết hợp với công nghệ truyền tín hiệu điều khiển không dây trong hệ thống đèn tín hiệu điều khiển giao thông để giải quyết các bất cập nêu trên.

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

Bảng 1. Bảng thông số kỹ thuật đèn

thiet ke bo sac dung nguon dien mat troi cho den tin hieu va den giao thong su dung he thong dieu khien khong

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.

thiet ke bo sac dung nguon dien mat troi cho den tin hieu va den giao thong su dung he thong dieu khien khong
Hình 1. Mô hình hệ thống đèn tín hiệu giao thông kết nối không dây

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

thiet ke bo sac dung nguon dien mat troi cho den tin hieu va den giao thong su dung he thong dieu khien khong
Hình 2. Mô hình cấu trúc hệ thống điều khiển tín hiệu giao thông

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)

    Bảng 2. Chu kỳ phân pha đèn tín hiệu

    thiet ke bo sac dung nguon dien mat troi cho den tin hieu va den giao thong su dung he thong dieu khien khong2.1.2 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.

    thiet ke bo sac dung nguon dien mat troi cho den tin hieu va den giao thong su dung he thong dieu khien khong
    Hình 3. Sơ đồ chuyển điện năng lượng của hệ thống pin 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.

    thiet ke bo sac dung nguon dien mat troi cho den tin hieu va den giao thong su dung he thong dieu khien khong
    Hình 4. Tủ điều khiển không dây

    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.

    b, Tính toán tổng Watt-peak (Wp) cần 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.

    thiet ke bo sac dung nguon dien mat troi cho den tin hieu va den giao thong su dung he thong dieu khien khong
    Hình 5: Hệ thống năng lượng mặt trời độc lập với ác quy.

    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.

thiet ke bo sac dung nguon dien mat troi cho den tin hieu va den giao thong su dung he thong dieu khien khong
Hình 6: Sơ đồ mạch thực nghiệm bộ biến đổi sạc ác quy.

thiet ke bo sac dung nguon dien mat troi cho den tin hieu va den giao thong su dung he thong dieu khien khong
Hình 7. Sơ đồ thiết kế đèn giao thông kết hợp nguồn điện mặt trời

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.

Tài liệu tham khảo

  • Hersch, K. Zweibel, “Basic Photovoltaic Principles and Methods,” Technical Infor – mation Office, 1982.
  • Silje Odland Simonsen, “Development of a Grid connected PV System for laboratory Use,” Norwegian University of Science and Technology,
  • C. Mira, A. Knott, O. C. Thomsen, M. A. E. Andersen, “Maximum Power Point Tracking Algorithms for Photovoltaic Applications,” Faculty of Electronics, Commu- nications and Automation, 2010.
  • Diamila Rekioua,Ernest Matagne, “Optimization of Photovoltaic Power systems,” Sp- inger London Dordrecht Heidelberg New York,
  • G. Villalva, J. R. Gazoli, E. R. Filho, “Analysis and simulation of the P & O MPPT algorithm using a linearized PV array model,” 10th Brazillian Power Electronics Con- ference (COBEP), 2009.
  • F. Coelho, F. M. Concer, D. C. Martins, “Analytical and Experimental Analysis of DC-DC Converters in Photovoltaic Maximum Power Point Tracking Applications,” Federal University of Santa Catarina-Brazil, 2010.
  • W. Erickson, Fundermentals of Power Electronics. Kluwer Academic Publishers, 2001.
  • QuadTech, “Equivalent Series Resistance of Capacitors,”
  • S. Morales, “Boost Converter with Combined Control Loop for a Stand-Alone Photovoltaic Battery Charge System,” Power Electronics, IEEE Transactions, 2007.
  • H. Phương, “Thiết kế điều khiển cho các bộ biến đổi điện tử công suất.” 2014.
  • Winder, Power Supplies for LED Driving. Newnes, 2008.
  • Cao, A. P. Power, “Design Type II Compensation In A Systematic Way,” 2001.

Ngô Đăng Lưu (Công ty Anh Minh Global)
Nguyễn Hùng (Trường ĐH Công nghệ TPHCM)
Nguyễn Thị Nguyệt Ánh (Trường ĐH Tài nguyên và Môi trường TPHCM)

mca
Tin bài khác
Việt Nam dẫn đầu khu vực với 11 Giải thưởng ASOCIO 2025: Khẳng định vị thế trung tâm sáng tạo công nghệ số châu Á

Việt Nam dẫn đầu khu vực với 11 Giải thưởng ASOCIO 2025: Khẳng định vị thế trung tâm sáng tạo công nghệ số châu Á

Vượt qua nhiều nền kinh tế mạnh trong khu vực, Việt Nam trở thành quốc gia giành nhiều Giải thưởng ASOCIO 2025 nhất, với tổng cộng 11 giải. Thành tích này không chỉ ghi dấu bước tiến của ngành CNTT Việt Nam trên bản đồ công nghệ châu Á - Thái Bình Dương, mà còn khẳng định Việt Nam đang vươn lên vị trí trung tâm sáng tạo số của khu vực.
Fortinet ra mắt giải pháp bảo mật trung tâm dữ liệu AI, hướng tới bảo vệ mô hình, dữ liệu và cơ sở hạ tầng ở quy mô lớn

Fortinet ra mắt giải pháp bảo mật trung tâm dữ liệu AI, hướng tới bảo vệ mô hình, dữ liệu và cơ sở hạ tầng ở quy mô lớn

Với FortiGate 3800G mới chạy trên nền tảng ASIC cùng khả năng bảo vệ dữ liệu và mối đe dọa nâng cao cho các mô hình LLM, Fortinet cung cấp khuôn khổ bảo mật toàn diện đầu tiên trong ngành cho các trung tâm dữ liệu AI.
AI công nghiệp mở ra kỷ nguyên tự động hóa an toàn và thông minh hơn

AI công nghiệp mở ra kỷ nguyên tự động hóa an toàn và thông minh hơn

Hiệp hội Tự động hóa Quốc tế (ISA) - một tổ chức chuyên nghiệp hàng đầu trong lĩnh vực tự động hóa vừa công bố tài liệu lập trường mới mang tên “AI công nghiệp và tác động của nó đối với tự động hóa”, nhằm đưa ra cái nhìn toàn diện về cơ hội, rủi ro và lộ trình triển khai trí tuệ nhân tạo (AI) một cách an toàn trong các môi trường công nghiệp.
Realme GT 8 Pro Aston Martin F1 Edition ra mắt: "Siêu xe công nghệ" mang tinh thần tốc độ lên smartphone

Realme GT 8 Pro Aston Martin F1 Edition ra mắt: "Siêu xe công nghệ" mang tinh thần tốc độ lên smartphone

Realme tiếp tục khẳng định vị thế trên đường đua công nghệ với GT 8 Pro Aston Martin F1 Edition - chiếc smartphone kết hợp giữa sức mạnh phần cứng đỉnh cao, thiết kế khí động học và tinh thần tốc độ đến từ thế giới F1.
Tuần phim chào mừng Liên hoan Phim Việt Nam lần thứ XXIV: Tôn vinh di sản điện ảnh nước nhà

Tuần phim chào mừng Liên hoan Phim Việt Nam lần thứ XXIV: Tôn vinh di sản điện ảnh nước nhà

Mỗi bộ phim là một lát cắt lịch sử, một câu chuyện nhân văn và niềm tự hào Việt. Tuần phim chào mừng Liên hoan Phim Việt Nam lần thứ XXIV diễn ra từ 15 đến 20/11 mang đến cho khán giả cơ hội sống lại cùng những giá trị điện ảnh đã làm nên hồn cốt của dân tộc.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 13/11/2025: Tuổi Hợi tràn đầy năng lượng, Tuổi Dậu khá ổn định

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 13/11/2025: Tuổi Hợi tràn đầy năng lượng, Tuổi Dậu khá ổn định

Những bí ẩn của khoa học đời sống là "món ăn" tinh thần không thể thiếu trong cuộc sống của con người. Tử vi vòng quay công nghệ xem tử vi 12 con giáp ngày 13/11/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 12/11: Thị trường “lột xác”, VN Index bứt phá hơn 38 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 12/11: Thị trường “lột xác”, VN Index bứt phá hơn 38 điểm

Thị trường bất ngờ “hồi sinh mạnh” trong phiên 12/11 khi VN Index tăng vọt hơn 38 điểm và đóng cửa ở mức cao nhất ngày. Sắc xanh phủ kín bảng điện tử, mang lại cảm giác hưng phấn sau giai đoạn điều chỉnh vừa qua.
Triển lãm Máy công cụ Quốc tế CMES Vietnam 2025: kiến tạo sản xuất thông minh

Triển lãm Máy công cụ Quốc tế CMES Vietnam 2025: kiến tạo sản xuất thông minh

Với quy mô hơn 300 doanh nghiệp toàn cầu và hàng chục nghìn chuyên gia trong lĩnh vực cơ khí - tự động hóa, Triển lãm Máy công cụ Quốc tế CMES Vietnam 2025 khai mạc sáng 12/11 tại Hà Nội được xem là diễn đàn kết nối hàng đầu về công nghệ sản xuất thông minh và chuyển đổi số trong ngành chế tạo máy.
VRT & CONS 2025: diễn đàn chiến lược của ngành đường sắt Việt Nam

VRT & CONS 2025: diễn đàn chiến lược của ngành đường sắt Việt Nam

Từ ngày 12 đến ngày 15/11/2025, tại Trung tâm Triển lãm Việt Nam, “Triển lãm & Hội nghị Quốc tế về Công nghệ đường sắt hiện đại và Chuỗi cung ứng xây dựng hạ tầng” - VRT & CONS 2025 đã diễn ra với quy mô quốc tế. Sự kiện thu hút đông đảo khách tham quan và làm việc, gần 200 doanh nghiệp và tổ chức trong nước, quốc tế, với hơn 120 gian hàng trưng bày công nghệ, sản phẩm và giải pháp toàn diện cho ngành đường sắt và hạ tầng giao thông.
Tại sao năm 2026 nhiều trường đại học bỏ xét tuyển học bạ và không tuyển thẳng học sinh đạt giải Khoa học kỹ thuật?

Tại sao năm 2026 nhiều trường đại học bỏ xét tuyển học bạ và không tuyển thẳng học sinh đạt giải Khoa học kỹ thuật?

Tính đến thời điểm hiện tại, hầu hết các trường đại học vẫn đang trong quá trình xây dựng và hoàn thiện phương án tuyển sinh dự kiến cho năm 2026. Tuy nhiên, một số trường đại học đào tạo lĩnh vực Khoa học - Công nghệ (KHCN) đã công bố một số điều chỉnh dự kiến quan trọng trong phương thức tuyển sinh năm 2026, trong đó bỏ xét tuyển học bạ và không tuyển thẳng học sinh đạt giải Khoa học kỹ thuật (KHKT).
song-gia-tri