Đèn đường năng lượng mặt trời tất cả trong một là sản phẩm của những tiến bộ mang tính cách mạng trong cả công nghệ chiếu sáng và pin. Sự ra đời của hệ thống chiếu sáng trạng thái rắn dựa trên công nghệ LED cho phép giảm tải đáng kể cho hệ thống pin. Mức tiêu thụ điện năng thấp của nguồn sáng giúp giảm trọng lượng và thể tích của hệ thống pin. Thực tế là đèn LED là thiết bị bán dẫn nhỏ có nghĩa là động cơ ánh sáng có thể được thiết kế trong một kiểu dáng cực kỳ nhỏ gọn với tính linh hoạt để phù hợp với mọi bố cục. Sự phát triển của công nghệ pin mật độ năng lượng cao dựa trên hóa học lithium-ion (Li-ion) giúp thu nhỏ kích thước của pin dự phòng. Hơn nữa, pin lithium-ion không yêu cầu bảo dưỡng thường xuyên (bổ sung nước) theo yêu cầu của pin axit chì ngập nước và có tuổi thọ chu kỳ dài hơn nhiều so với pin VRLA.

 

Kích thước giảm đáng kể cũng như hoạt động không cần bảo trì của cụm đèn và hệ thống pin cho phép tích hợp các thành phần vào một sản phẩm duy nhất. Ngày nay, đèn đường năng lượng mặt trời không còn phải được thiết kế theo cách mà các hệ thống phụ được tách biệt với nhau. Bằng cách loại bỏ nhu cầu đi dây bên ngoài với bộ pin từ xa và đầu đèn, thiết kế tất cả trong một, hầu như plug-and-play giúp đơn giản hóa việc lắp đặt và bảo trì. Hệ thống một mảnh, đóng gói sẵn dễ dàng mang theo và vận chuyển, cho phép cắt giảm chi phí hậu cần. Một lợi ích lớn khác là đèn đường năng lượng mặt trời tất cả trong một có thể được thiết kế để kết hợp hình thức và chức năng. Khả năng mang lại giá trị thẩm mỹ to lớn tạo điều kiện thuận lợi cho việc sử dụng đèn đường năng lượng mặt trời trong các ứng dụng đô thị yêu cầu thiết bị chiếu sáng ngoài trời phù hợp với thiết kế cảnh quan đường phố về mặt thẩm mỹ. Đèn đường năng lượng mặt trời tích hợp không chỉ phục vụ các ứng dụng truyền thống với hiệu quả chi phí và tiện lợi hơn so với chúng, chúng còn có thể được tích hợp về mặt chức năng và hình ảnh vào tất cả các môi trường đô thị như đường dân cư, khu vực dành cho người đi bộ và công viên thành phố.

 

Đèn đường năng lượng mặt trời tất cả trong một bao gồm mô-đun năng lượng mặt trời, ngân hàng pin, bộ điều khiển sạc, hệ thống quản lý pin (BMS), cụm đèn LED và các thành phần khác cung cấp khả năng quản lý ánh sáng thông minh. Tất cả các thành phần đều được tích hợp vào một vỏ bọc chắc chắn, chống nước và thời tiết, thường là kết cấu nhôm với kính cường lực bảo vệ mô-đun LED. Vỏ nhôm cũng hoạt động như bộ tản nhiệt của mô-đun LED. Khả năng tản nhiệt của tản nhiệt được chia tỷ lệ theo gói lumen. Đèn đường năng lượng mặt trời tất cả trong một thường có hình dạng bảng hình chữ nhật. Tuy nhiên, chúng có sẵn trong nhiều thiết kế mới lạ cho phép đèn hòa hợp hoàn hảo với môi trường xung quanh. Những thiết kế hấp dẫn này thường được tìm thấy trong các ứng dụng quy mô dành cho người đi bộ. Sức hấp dẫn biến dạng của chúng mang lại một cái nhìn hữu cơ sẽ dễ dàng hòa nhập vào xu hướng trang trí đô thị gần đây.

 

Đèn đường năng lượng mặt trời tất cả trong một được trang bị hệ thống quang điện hiệu suất cao, thích ứng về mặt kiến trúc. Các loại tấm pin mặt trời cứng thông thường được làm bằng pin mặt trời silicon đa tinh thể hoặc đơn tinh thể. Gần đây hơn, các mô-đun năng lượng mặt trời linh hoạt làm bằng pin mặt trời màng mỏng được sử dụng để tạo ra một thiết kế hấp dẫn với sự kết hợp tuyệt đẹp giữa các nỗ lực hình học và nghệ thuật. Tấm pin mặt trời đơn tinh thể là sản phẩm hoạt động tốt nhất trong số tất cả các loại tấm pin mặt trời. Loại tấm pin này có hiệu suất cao tới 24% trong khi hiệu suất của các tấm pin mặt trời đa tinh thể thường là 14-16%. Nếu không gian bị hạn chế thì các tấm đơn tinh thể sẽ là sự lựa chọn. Nếu không, chi phí của các tấm pin mặt trời nên được cân nhắc với hiệu quả của chúng. Các tấm đơn tinh thể có chi phí sản xuất cao hơn 30% so với các tấm đa tinh thể. Các tấm pin mặt trời màng mỏng hiện đang được sử dụng trong các sản phẩm không nối lưới là loại kém hiệu quả nhất trong tất cả các loại, nhưng chúng có chi phí sản xuất thấp nhất và có thể được chế tạo trên một tấm wafer siêu mỏng.

 

Năng lượng điện được tạo ra bởi mô-đun năng lượng mặt trời sạc pin thông qua bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời. Bộ điều khiển sạc được sử dụng để điều khiển quá trình sạc và xả pin. Chúng có tầm quan trọng cực kỳ quan trọng trong hệ thống năng lượng mặt trời. Bộ điều khiển sạc về cơ bản là bộ chuyển đổi DC-DC sử dụng điều chế độ rộng xung (PWM) hoặc theo dõi điểm công suất tối đa (MPPT) để điều chỉnh nguồn DC đến từ mảng năng lượng mặt trời. Bộ điều khiển PWM phù hợp nhất cho các ứng dụng sạc công suất thấp (đặc biệt là dòng điện thấp), nơi lợi ích “tăng cường” là tối thiểu. Bộ điều khiển MPPT đắt hơn nhưng vượt trội hơn bộ điều khiển PWM trong các hệ thống công suất cao và ở vùng khí hậu lạnh hơn. Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời liên tục theo dõi trạng thái của pin để tối đa hóa hiệu quả sạc đồng thời bảo vệ chúng khỏi các sự kiện lạm dụng điện như quá tải, sạc quá mức, xả quá mức và đoản mạch ngẫu nhiên.

 

Pin có ảnh hưởng lớn nhất đến giá thành, trọng lượng, thể tích, quyền tự chủ và tuổi thọ của đèn đường năng lượng mặt trời. Như đã đề cập trước đây, hóa học lithium-ion được ưa chuộng vì những ưu điểm vượt trội so với các hóa chất pin khác như niken kim loại hydrua (NiMh) và axit chì. Trong số tất cả các công nghệ lưu trữ năng lượng hiện có sẵn cho các ứng dụng không nối lưới, pin lithium-ion có hiệu suất sạc, mật độ năng lượng trọng lượng và thể tích cao nhất, cũng như tuổi thọ chu kỳ dài nhất ngay cả khi chúng được chu kỳ sâu đến 80% độ sâu phóng điện (DoD). Tuy nhiên, pin lithium-ion gặp phải những lo ngại đáng kể về an toàn do tính chất mật độ năng lượng cao và sự hiện diện của chất điện phân hữu cơ dễ cháy. Những loại pin này có thể bị thoát nhiệt khi có tình trạng sạc quá mức, xả quá mức, đoản mạch bên ngoài, nhiệt độ thấp và tốc độ sạc cao. Ứng suất cơ học và sử dụng nhiệt độ cao cũng có thể dẫn đến thoát nhiệt. Do đó, các tế bào điện hóa được sử dụng trong bộ pin nên được giám sát và điều khiển riêng lẻ bởi hệ thống quản lý pin để chúng hoạt động trong phạm vi dung sai cụ thể.

 

Động cơ ánh sáng của đèn đường năng lượng mặt trời tất cả trong một có thể bao gồm một hoặc nhiều mô-đun LED. Trong số tất cả các loại gói LED, đèn LED công suất trung bình dựa trên PLCC có hiệu quả cao nhất do sử dụng các thành phần gói phản quang. Hiệu quả cao và chi phí thấp của những đèn LED này đã thúc đẩy chúng được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống năng lượng mặt trời. Tuy nhiên, loại đèn LED này dễ bị xuống cấp nhiệt do cấu trúc nhựa của chúng. Hiệu suất nhiệt của chúng không mạnh mẽ như đèn LED công suất cao và đèn LED COB. Do đó, điện trở nhiệt dọc theo đường dẫn nhiệt từ mô-đun LED đến thân đèn phải càng thấp càng tốt. Quản lý nhiệt hiệu quả của hệ thống LED cũng rất quan trọng để duy trì hiệu suất tối ưu của mô-đun năng lượng mặt trời và hệ thống pin. Nhiệt độ là một yếu tố tiêu cực ảnh hưởng đến hiệu quả của bảng điều khiển năng lượng mặt trời và tuổi thọ pin. Cần cẩn thận để tránh nhiệt thải do đèn LED tạo ra gây căng thẳng cho các thành phần này.

 

Đèn LED là thiết bị điều khiển dòng điện, chứ không phải thiết bị điều khiển điện áp. Đặc tính điện này cho phép nguồn sáng được điều khiển trực tiếp bằng dòng điện một chiều (DC) do hệ thống pin phóng ra mà không cần sử dụng trình điều khiển AC-to-DC. Việc không có tổn thất chuyển đổi nguồn AC-to-DC trong hệ thống chiếu sáng năng lượng mặt trời dựa trên đèn LED và không mất dây do pin cùng vị trí góp phần vào hiệu suất hệ thống cao của đèn LED năng lượng mặt trời. Để cải thiện khả năng tự chủ của pin, đèn đường năng lượng mặt trời thường được thiết kế với các tính năng bổ sung như điều khiển làm mờ, phát hiện chuyển động và cảm biến từ hoàng hôn đến bình minh.

Việt Dương tổng hợp