Nhằm thu được hiệu suất cao nhất của pin năng lượng mặt trời, nhóm tác giả Đặng Hoàng San, Huỳnh Tăng Tuấn, Hữu Nhật Huy, Đặng Văn Hùng học sinh trường THPT chuyên Quốc Học Huế đã chế tạo thành cồng “Hệ thống nhật động pin năng lượng mặt trời theo hệ tọa độ xích đạo thiên cầu”. Đề tài đạt giải Nhất Cuộc thi Sáng tạo Thanh thiếu niên, Nhi đồng tỉnh Thừa Thiên Huế lần thứ IX năm 2016 và giành giải Đặc biệt Cuộc thi Sáng tạo Thanh thiếu niên, Nhi đồng toàn quốc lần thứ XII năm 2016.
Hiện nay, trên thế giới đang sử dụng các hệ thống nhật động một trục và nhiều trục, nhưng còn một số hạn chế như: Hệ thống nhật động một trục hiệu suất thấp, hệ thống nhật động nhiều trục phức tạp, chi phí lắp đạt và vận hành cao. Hệ thống này hoạt động với nguyên lý đơn giản, chỉ cần quay hệ pin theo một trục mà vẫn hướng thẳng góc mặt trời, bên cạnh đó có thể ứng dụng trên quy mô lớn.
Hệ thống mô phỏng được hoạt động theo hệ tọa độ xích đạo mặt trời và hoạt động xác định dựa trên 4 trục căn bản: trục phương vị (Az): hướng thẳng góc Bắc Nam; trục độ cao (Alt): có chức năng điều chỉnh góc nghiêng của trục xích kinh; trục xích kinh (RA): nghiêng góc đúng bằng vĩ độ lắp đặt; trục xích vĩ (DEC): trục vuông góc với trục RA, điều chỉnh xích vĩ của thiên thể (xem như cố định trong một khoảng thời gian rất dài và ta có thể tự điều chỉnh theo mùa).
Cấu tạo của hệ thống gồm 4 phần: Phần đầu hệ thống, bộ điều khiển sạc, động cơ nhật động, bộ phận điều hướng.
Chu trình hoạt động của hệ thống: khi mặt trời mọc và bắt đầu lệch góc ánh sáng ở quang trở 1 lớn hơn quang trở 2 gây ra chênh lệch điện áp, mạch điều khiển xuất lệnh cho động cơ quay hệ thống theo chiều từ đông sang tây, bám theo mặt trời. Khi ánh sáng giữa 2 quang trở cân bằng, mạch điều khiển ngắt hệ thống, đến lúc mặt trời lệch một góc nhỏ nhất định, ánh sáng giữa 2 quang trở chênh lệch, hệ thống khởi động bám theo mặt trời, khi đã hướng chính xác thì lại ngắt. Khi mặt trời lặn, tấm pin chạm vào công tắc hành trình 2, mạch điều khiển ngắt hệ thống, lúc trời tối hoàn toàn, mạch điều khiển điều chỉnh hệ thống về vị trí ban đầu, chạm công tắc hành trình 1, hệ thống ngưng hoạt động chờ đến bình minh để lặp lại chu kỳ. Trong trường hợp bị bóng râm hoặc ánh sáng mặt trăng, nếu như lượng ánh sáng không đủ nuôi hệ nhật động thì hệ thống sẽ ngắt để tránh hao phí. Nếu trong khi trời râm hoặc ánh sáng mặt trăng tồn tại một nguồn sáng đủ nuôi hệ nhật động và dư ra một lượng để sử dụng thì hệ thống tự hướng về phía sáng nhất. Nguồn nuôi của hệ thống chính là điện lấy từ ắc quy được dùng pin mặt trời để sạc (điện tự cấp).
Hệ thống có thiết kế hình chữ H nên có khả năng phát triển dài thêm không bị giới hạn về kích thước tấm pin
Đặng Hoàng San, trưởng nhóm nghiên cứu cho biết: nhóm lấy mức hấp thụ năng lượng của hệ thống cố định là 100%, theo tính toán của nhóm, mức hấp thu năng lượng của hệ thống nhật động một trục là 128%, hệ thống 2 trục hai động cơ là 165%, còn hệ thống nhật động mà nhóm nghiên cứu 2 trục một động cơ hiêu xuất thu được là 171%. Hệ thống có thể áp dụng với quy mô hộ gia đình chỉ cần lắp đặt động cơ xích kinh và thiết kế trục xích vĩ có thể điều chỉnh được trong một phạm vi nhỏ để chỉnh bằng tay theo mùa. Với quy mô lớn: lắp đặt động cơ xích kinh, ngoài ra thiết kế thêm các piston đẩy khí ở mỗi trục xích vĩ tấm pin. Khi mặt trời thay đổi xích vĩ đến một mức độ cho phép nào đó, cảm biến sẽ ghi nhận và truyền lệnh cho máy bơm đẩy các piston nâng lệch góc xích vĩ đến vị trí mặt trời. Chỉ với 1 động cơ bơm khí ta có thể vận hành rất nhiều hệ thống chân, điều này giúp hệ thống tiết kiệm hàng loạt động cơ nhưng hiệu suất cao, vận hành đơn giản, ngoài ra hệ thống vừa có thể tự do điều chỉnh tùy ý theo 2 trục như những hệ thống khác mà không tuân theo hệ tọa độ xích đạo thiên cầu.
Đinh Chung
