Hệ thống chiếu sáng thông minh lắp đặt tại ĐH Bách khoa TP.HCM. Ảnh: ĐHBK.
(Báo Khoa học và Phát triển) Nhóm nghiên cứu ĐH Bách khoa TP.HCM đã làm chủ được công nghệ thiết kế chế tạo hệ thống chiếu sáng công cộng thông minh sử dụng LED có khả năng tiết kiệm từ 50 – 70% điện năng so với việc sử dụng đèn cao áp.
Đây cũng là kết quả nghiên cứu của Dự án hợp tác với Công ty cổ phần bóng đèn Điện Quang “Phát triển công nghệ chế tạo hệ thống chiếu sáng công cộng thông minh sử dụng LED” do PGS.TS Lê Minh Phương, Trường ĐH Bách khoa TP.HCM, làm chủ nhiệm.
Đèn cao áp: Tiêu tốn năng lượng, tuổi thọ thấp
PGS.TS Lê Minh Phương cho biết, hệ thống chiếu sáng công cộng hiện nay ở TP.HCM và nhiều tỉnh thành khác sử dụng đèn cao áp là chính. Riêng TP.HCM có khoảng gần 200 ngàn bóng đèn công cộng, phần lớn trong số đó là các đèn sodium cao áp (HPS) khác nhau với công suất từ 50 – 400W. Các đèn trên cùng một tuyến đường được đấu nối vào một tủ điều khiển và đèn được tắt mở bằng cách sử dụng thiết bị hẹn giờ tại tủ. Một số tuyến đường ở TP.HCM đã sử dụng đèn LED để thay thế cho đèn cao áp.
Tuy nhiên, hệ thống hiện tại có một số hạn chế như các đèn sử dụng là loại không điều khiển được hoặc hệ thống đèn không đồng bộ với nhau. Các tủ điện chưa có chức năng giám sát năng lượng và cài đặt thông số từ xa, do đó cần có nhân viên đến tủ để cài đặt hoặc ghi nhận thông số khi cần thiết. Ngoài ra, phần lớn các đèn có công suất lớn (250W), không có khả năng tiết kiệm năng lượng hiệu quả và tuổi thọ còn thấp.
Việc sử dụng công nghệ chiếu sáng lạc hậu tiêu tốn hàng trăm tỷ đồng tiền điện mỗi năm của TP.HCM. Bên cạnh đó, thành phố còn mất thêm hàng trăm tỷ đồng cho công tác quản lý, vận hành, duy tu hệ thống chiếu sáng. Năm 2017, UBND TP.HCM đã chấp thuận chủ trương thực hiện chương trình thay thế hệ thống chiếu sáng đô thị hiện có bằng công nghệ đèn LED nhằm đảm bảo an toàn điện, phòng chống cháy nổ, tiết kiệm điện năng, góp phần xây dựng mỹ quan đô thị.
Cấu trúc bộ đèn LED chiếu sáng công cộng. Ảnh: ĐHBK.
Thông minh, linh hoạt và tiết kiệm
Hệ thống chiếu sáng công cộng thông minh sử dụng đèn LED do nhóm nghiên cứu Trường ĐH Bách khoa TP.HCM thiết kế gồm 3 phần: bộ đèn LED; tủ điều khiển và gateway; và trung tâm điều khiển. Trong đó:
Bộ đèn LED được thiết kế theo đúng tiêu chuẩn kỹ thuật của đèn đường: công suất từ 100 – 200W, có thể lắp trên trụ hoặc cần đèn với góc nghiêng điều chỉnh linh hoạt. Đèn cũng được trang bị phần điều khiển kết nối trung tâm hay thiết bị truyền dữ liệu, để điều khiển và đo lường các thông số của đèn. Ngoài ra, bộ điều khiển còn có khả năng nhận và thực thi các lệnh điều khiển mờ theo thời gian thực, có khả năng trả lời các thông tin từ trung tâm và điều chỉnh được mọi độ mờ của đèn. Bộ điều khiển được lắp đặt ở dưới cùng của cột hoặc bên trong đèn một cách dễ dàng và thuận tiện.
Gateway công nghệ Lora VEGA BS (Gateway Lora) được thiết kế để triển khai mạng LoRaWAN ở tần số 863- 870 MHz, chạy trên hệ điều hành Linux và được cài đặt sẵn bộ chuyển tiếp điều khiển, có chức năng chuyển dữ liệu đến phần mềm trung tâm thông qua các kết nối đường dài GPRS/3G/Lora. Gateway Lora còn thu thập dữ liệu về trạng thái của đèn và cảm biến bên ngoài (ánh sáng, chuyển động) cũng như giúp phát hiện các đèn bị hư hỏng và quản lý, bảo trì từ xa.
Tủ điều khiển nhóm đèn điều khiển trực tiếp hoặc bật tắt tự động theo thời gian chiếu sáng từ xa và thực hiện các phép đo, phân tích các tham số khác nhau trong lưới chiếu sáng đường phố. Đồng thời, theo dõi, giám sát quá tải, theo dõi điện áp, lỗi pha và sự khác biệt năng lượng tiêu thụ ban ngày, ban đêm được báo cáo theo thời gian thực tới máy chủ trung tâm.
Đối với Trung tâm điều khiển và quản lý dữ liệu, một phần mềm quản lý từ xa được sử dụng để thu thập và lưu trữ an toàn dữ liệu. Phần mềm cho phép truyền thông thời gian thực với toàn bộ hệ thống qua một giao diện web với các chức năng như quản lý nhiều dự án đèn đường; bao nhiêu người dùng trong hệ thống; giám sát trực tiếp các lỗi từng
đèn, tủ điện từng khu vực; bảo trì và báo động tình trạng hệ thống;… Phần mềm quản lý được xây dựng dựa trên ứng dụng đám mây cho phép các nhà khai thác truy cập, kiểm soát và quản lý đèn đường từ mọi nơi. Bên cạnh đó, trung tâm còn có thể phát triển chức năng quản lý việc triển khai đèn đường quy mô lớn ở một số khu vực hoặc toàn thành phố.
Tủ điều khiển nhóm đèn. Ảnh: ĐHBK.
TS Phương cho biết, hiện nay, có một số đơn vị đã nghiên cứu và thử nghiệm thành công hệ thống chiếu sáng công cộng thông minh với đèn LED ở một số khu vực tại TP.HCM và Bình Dương. So với các hệ thống hiện có, hệ thống do Trường ĐH Bách Khoa TP.HCM nghiên cứu có một số ưu điểm và cải tiến là đã được thiết kế và thử nghiệm cả bộ đèn. “Điều này có nghĩa là chúng tôi làm chủ được công nghệ để sản xuất tất cả cấu thành của bộ đèn từ phần vỏ cơ khí đến phần mạch điện tử và hệ thống mạng truyền dữ liệu” – TS Phương nói.
Theo TS Phương, hệ thống mạng truyền dữ liệu được xây dựng để phục vụ không những cho mục tiêu chiếu sáng thông minh mà theo định hướng quy hoạch “Smart City” của TP.HCM. Do vậy, khi sử dụng hệ thống mạng truyền dữ liệu này, ngoài hệ thống chiếu sáng công cộng, những hệ thống khác như quan trắc môi trường, công tơ điện, nước đều có thể kết nối về chung một hạ tầng, tránh việc phải xây dựng nhiều hệ thống mạng cho những hệ thống rời rạc khác nhau.
Hệ thống chiếu sáng công cộng thông minh sử dụng LED nói trên đã được lắp đặt thử nghiệm tại khuôn viên Trường ĐH Bách Khoa TP.HCM, Khu đô thị ĐH Quốc gia ở Thủ Đức, đường nội đô Khu công nghệ cao TP.HCM cho kết quả tiết kiệm từ 50 – 70% điện năng so với đèn thủy ngân cao áp, tùy theo phương án điều khiển.
TS Phương nói thêm, hiện Trường ĐH Bách Khoa TP.HCM đang xây dựng hệ thống máy chủ của hạ tầng mạng và hoàn thiện những bước cuối cùng để sẵn sàng sản xuất đại trà. “Sản phẩm kì vọng cạnh tranh với giá thành thấp hơn 10 – 15% so với hệ thống nhập khẩu trong giai đoạn đầu do phải đầu tư công nghệ để sản xuất thử nghiệm, và có thể tiết kiệm đến 30% chi phí trong giai đoạn sau của dự án”.