Thiết kế hệ thống chiếu sáng thông minh cho phân xưởng có thể giúp tối ưu hóa năng lượng, cải thiện hiệu suất làm việc.

Bằng việc tích hợp Internet of Things (IoT) vào công nghệ chiếu sáng, năng lượng có thể được tiết kiệm và sử dụng một cách tối ưu.

IoT là một hệ thống các thiết bị vật lý kết nối với nhau qua Internet, thu thập và trao đổi dữ liệu mà không cần sự can thiệp của con người.

Các thiết bị này có thể bao gồm từ các vật dụng gia đình thông minh (đèn, tủ lạnh, máy điều hòa) cho đến các hệ thống công nghiệp.

Mỗi thiết bị IoT đều được gắn cảm biến, phần mềm và công nghệ khác để giao tiếp và chia sẻ dữ liệu với nhau hoặc với hệ thống trung tâm.

IoT đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối và tạo điều kiện cho các thiết bị hoạt động đồng bộ, giúp con người tối ưu hóa cuộc sống và công việc một cách thông minh và tiện lợi hơn.

Tích hợp cảm biến hồng ngoại và cảm biến ánh sáng để điều khiển đèn LED

• Cảm biến hồng ngoại (PIR - Passive Infrared Sensor) hoạt động dựa trên việc phát hiện sự thay đổi nhiệt độ trong môi trường, chẳng hạn như sự di chuyển của cơ thể con người.

Cảm biến hồng ngoại có thể điều khiển đèn điện bật khi có sự hiện diện của con người hoặc khi có chuyển động trong khu vực cần chiếu sáng và tắt khi không có người hoạt động trong khu vực chiếu sáng của đèn.

Việc chia phân xưởng thành các khu vực khác nhau là cần thiết, bằng cách này ta có thể điều khiển chiếu sáng cho từng khu vực khi có hoạt động trong khu vực tương ứng.

• Nguyên lý hoạt động của cảm biến hồng ngoại PIR: Cảm biến PIR phát hiện sự thay đổi bức xạ hồng ngoại từ các đối tượng ấm (như cơ thể người) trong phạm vi cảm biến. Khi phát hiện chuyển động, cảm biến sẽ gửi tín hiệu đến bộ điều khiển (relay) để bật đèn.

Sau một thời gian xác định (thường là vài giây đến vài phút), nếu không có thêm chuyển động nào, cảm biến sẽ gửi tín hiệu để tắt đèn.

• Ngoài ra việc tích hợp cảm biến ánh sáng vào hệ thống điều khiển đèn điện còn có thể giúp tự động điều chỉnh độ sáng của đèn dựa trên mức độ ánh sáng xung quanh.

Điều này tối ưu hóa việc sử dụng ánh sáng, giúp tiết kiệm năng lượng và tạo ra môi trường chiếu sáng thoải mái hơn, đồng thời kéo dài tuổi thọ của bóng đèn.

• Nguyên lý hoạt động của hệ thống: Cảm biến ánh sáng sẽ đo độ sáng của môi trường xung quanh. Tín hiệu từ cảm biến được gửi đến bộ điều khiển, từ đó điều chỉnh độ sáng của đèn sao cho phù hợp với mức ánh sáng môi trường.

Ứng dụng bóng đèn có khả năng thay đổi nhiệt độ màu

• Bóng đèn có thể tự thay đổi nhiệt độ màu là một loại đèn thông minh có khả năng điều chỉnh ánh sáng từ ánh sáng trắng ấm (Warm White) đến ánh sáng trắng lạnh (Cool White), và đôi khi cả những màu sắc khác.

Sử dụng loại đèn này giúp thay đổi không gian chiếu sáng phù hợp với từng nhu cầu và thời điểm khác nhau. Nghiên cứu cho thấy sử dụng ánh sáng trắng lạnh vào ban ngày để giúp tăng cường sự tỉnh táo và tập trung, trong khi ánh sáng trắng ấm có thể sử dụng vào cuối ngày để giảm căng thẳng.

• Chính vì vậy, việc điều chỉnh nhiệt độ màu không chỉ tạo ra môi trường ánh sáng phù hợp với công việc mà còn tạo ra không gian thích hợp với tâm trạng của nhân viên trong phân xưởng.

• Để điều khiển được màu sắc của đèn cần có hai yếu tố: công nghệ bóng đèn và hệ thống hẹn giờ điều khiển màu sắc.

Chúng ta chỉ cần tích hợp IoT vào việc điều khiển đèn LED, từ đó đặt những mốc thời gian cố định để màu sắc của đèn có thể thay đổi luân phiên tùy theo khoảng thời gian trong ngày sao cho phù hợp với môi trường làm việc.

Kết hợp IoT và AI trong việc điều khiển đèn LED

• Hệ thống AI (Artificial Intelligence - trí tuệ nhân tạo) là một tập hợp các phần mềm và phần cứng được thiết kế để thực hiện các nhiệm vụ mà thông thường đòi hỏi sự thông minh của con người.

Hệ thống AI có thể học hỏi, lập luận, nhận dạng và ra quyết định dựa trên dữ liệu. AI có thể tương tác với các thiết bị IoT khác trong ngôi nhà, chẳng hạn như điều hòa nhiệt độ, rèm cửa, hoặc hệ thống an ninh, đặc biệt là với hệ thống chiếu sáng để tạo ra một không gian sống thông minh.

• Nhờ có công nghệ IoT mà các bóng đèn sẽ được hoạt động một cách thông minh và hiệu quả hơn, không cần phải hoạt động hết công suất trong khoảng thời gian dài. Nhưng cũng chính vì lý do này mà việc tính toán cũng như ước lượng thời gian sử dụng bóng đèn cũng trở nên khó khăn hơn, dẫn đến khó khăn trong việc bảo trì đèn.

Chính vì vậy, ta có thể tích hợp hệ thống AI để có thể giám sát hoạt động của đèn, từ đó tính toán chính xác thời gian hoạt động cũng như công suất tiêu thụ của bóng đèn dựa trên dữ liệu đã thu thập được. Nhờ vào khả năng này mà AI có thể dự đoán và thông báo thời điểm bóng đèn cần được bảo trì, thay thế.

• Các bước triển khai AI quản lý đèn LED: Lựa chọn đèn LED thông minh có khả năng kết nối Wi-Fi hoặc Bluetooth và có thể điều chỉnh nhiệt độ màu và độ sáng. Tích hợp các cảm biến (chuyển động, ánh sáng, nhiệt độ) để cung cấp dữ liệu cho hệ thống AI.

Hệ thống AI có thể được cài đặt trên một nền tảng nhà thông minh hoặc một hệ thống điều khiển riêng, có thể là một ứng dụng di động hoặc qua các thiết bị điều khiển trung tâm. Kết nối AI với các thiết bị chiếu sáng thông minh trong phân xưởng thông qua giao thức như Wi-Fi, Zigbee, Z-Wave hoặc Bluetooth.

Người quản lý có thể giám sát và điều chỉnh các cài đặt của AI thông qua ứng dụng hoặc thiết bị điều khiển trung tâm, với khả năng nhận thông báo và cập nhật tình trạng hệ thống theo thời gian thực. AI cũng có thể tự động cập nhật và cải thiện dựa trên hành vi sử dụng và môi trường thực tế.

Kết hợp điều khiển đèn bằng smart phone

• Kết hợp điều khiển đèn bằng điện thoại là một giải pháp tiện lợi, giúp người quản lý có thể kiểm soát hệ thống chiếu sáng trong phân xưởng một cách dễ dàng và từ xa.

Điều này mang lại sự linh hoạt trong việc điều chỉnh đèn, tối ưu hóa tiêu thụ năng lượng và tăng cường trải nghiệm sống thông minh.

• Không chỉ có vậy, việc bật/tắt đèn cũng như các thiết bị điện nói chung là một việc rất quan trọng, không chỉ ảnh hưởng đến việc tiết kiệm điện năng tiêu thụ mà còn ảnh hưởng đến vấn đề về an toàn điện. Vì thế việc bật/ tắt đèn ngoài việc được điều khiển tự động thì cũng cần đảm bảo có thể điều khiển thủ công và từ xa bởi người quản lý.

• Trong trường hợp kết thúc giờ làm nhưng vẫn còn đèn hay thiết bị điện chưa được tắt, cần có thông báo về điện thoại của quản lý phân xưởng, từ đó có thể tắt thiết bị từ xa, tránh những rủi ro về an toàn điện.

Điện thoại thông minh cũng hoàn toàn có thể được cài đặt các ứng dụng tích hợp AI, liên kết với các công nghệ IoT nói trên để có thể điều khiển từ xa các chức năng điều chỉnh độ sáng, nhiệt độ màu.

Tích hợp hệ thống chiếu sáng với năng lượng mặt trời cho phân xưởng

Tích hợp hệ thống chiếu sáng với năng lượng mặt trời cho phân xưởng là một giải pháp bền vững giúp giảm chi phí điện năng và tăng cường sử dụng năng lượng tái tạo.

Việc kết hợp giữa nguồn năng lượng mặt trời và lưới điện, giúp giảm áp lực lên hệ thống lưới điện, đồng thời cung cấp nguồn chiếu sáng ổn định và liên tục cho phân xưởng.

Không chỉ có vậy, sử dụng năng lượng mặt trời còn giảm lượng phát thải carbon, giúp phân xưởng trở nên thân thiện với môi trường và tuân thủ các tiêu chuẩn xanh.

Sử dụng hệ thống pin năng lượng mặt trời áp dụng vào hệ thống thiết bị điện

Các bước để tích hợp hệ thống chiếu sáng với năng lượng mặt trời

1. Xác định yêu cầu chiếu sáng

• Loại đèn: đèn LED chiếu sáng cho phân xưởng.

• Ước lượng công suất: Tính toán công suất yêu cầu cho hệ thống chiếu sáng.

• Số lượng đèn: Xác định số lượng đèn cần thiết cho không gian chiếu sáng.

2. Lựa chọn các thành phần của hệ thống năng lượng mặt trời

• Tấm pin mặt trời (solar panels): Chọn tấm pin có công suất phù hợp để cung cấp đủ năng lượng cho số lượng và công suất của đèn. Tấm pin sẽ chuyển đổi năng lượng từ ánh sáng mặt trời thành điện năng.

• Pin lưu trữ (solar battery): Pin lưu trữ điện năng thu được từ tấm pin mặt trời và cung cấp điện cho hệ thống đèn vào ban đêm hoặc khi không có ánh sáng mặt trời.

• Bộ điều khiển sạc (solar charge controller): Điều khiển quá trình sạc pin từ tấm pin mặt trời, ngăn ngừa sạc quá mức hoặc xả pin quá sâu.

• Bộ biến tần (inverter) (tùy chọn): Nếu bạn sử dụng các thiết bị điện áp AC (dòng điện xoay chiều), cần có bộ biến tần để chuyển đổi dòng điện DC (dòng điện một chiều) từ pin mặt trời thành AC.

3. Lắp đặt tấm pin mặt trời

• Chọn vị trí lắp đặt: Tấm pin mặt trời cần được lắp ở nơi có ánh sáng mặt trời trực tiếp, tránh bóng râm và có góc nghiêng phù hợp với vị trí địa lý để tối ưu hóa hiệu suất thu năng lượng.

• Hướng và góc nghiêng: Tấm pin mặt trời cần được lắp với góc nghiêng hợp lý (thường từ 30-45 độ) để nhận được lượng ánh sáng mặt trời tối đa trong suốt cả ngày.

• Kết nối tấm pin với hệ thống điện: Nối tấm pin mặt trời với bộ điều khiển sạc và hệ thống pin lưu trữ.

4. Lắp đặt hệ thống pin và bộ điều khiển sạc

• Chọn vị trí đặt pin: Pin thường được lắp đặt ở nơi khô ráo, thoáng mát và tránh tiếp xúc với nhiệt độ cao hoặc độ ẩm.

• Kết nối pin với bộ điều khiển sạc: Bộ điều khiển sạc sẽ điều chỉnh dòng điện từ tấm pin vào pin lưu trữ, giúp duy trì tuổi thọ của pin.

• Kết nối bộ điều khiển với đèn: Sau khi pin đã được sạc đầy, bộ điều khiển sẽ cung cấp năng lượng cho đèn chiếu sáng vào ban đêm.

Ưu điểm của Hệ thống hòa lưới và Hệ thống lưu trữ năng lượng

- Nhờ có hệ thống hòa lưới mà các bóng đèn có thể sử dụng trực tiếp năng lượng từ các tấm pin mặt trời thu được, giúp giảm lượng lớn điện năng cho việc chiếu sáng.

- Tích trữ năng lượng: Tích hợp hệ thống lưu trữ năng lượng như pin lithium-ion và acquy để dự trữ điện từ mặt trời ban ngày, giúp cung cấp năng lượng cho hệ thống chiếu sáng vào ban đêm hoặc khi thời tiết xấu, không gây lãng phí năng lượng dư thừa.

- Hệ thống tự động chuyển đổi giữa nguồn năng lượng mặt trời và lưới điện khi cần thiết cũng giúp đảm bảo không bị gián đoạn chiếu sáng.

Bố trí hệ thống đèn LED kết hợp với cửa kính, cửa sổ lớn và các chất liệu hắt sáng

Ngoài việc xây dựng một hệ thống chiếu sáng thông minh để có thể điều khiển một cách tiện lợi thì bố trí hệ thống đèn LED kết hợp với cửa kính, cửa sổ lớn và các chất liệu hắt sáng cũng là một vấn đề mang lại rất nhiều sự hiệu quả mà lại có thể tiết kiệm chi phí lắp đặt.

Hệ thống này không chỉ mang lại hiệu quả chiếu sáng tối ưu mà còn tạo ra không gian sống thoáng đãng, hiện đại và tiết kiệm năng lượng. Việc sử dụng ánh sáng tự nhiên kết hợp với các chất liệu có khả năng hắt sáng giúp tăng cường độ sáng, giảm phụ thuộc vào nguồn điện.

Lựa chọn và bố trí cửa kính và cửa sổ lớn

• Cửa kính và cửa sổ lớn: Đặt ở các vị trí có nhiều ánh sáng tự nhiên, chẳng hạn như phía nam hoặc đông của phân xưởng để đón ánh sáng suốt cả ngày.

• Kính cường lực: Nên sử dụng kính cường lực hoặc kính có lớp phủ chống tia UV để bảo vệ các thiết bị trong phân xưởng khỏi ánh nắng mạnh và giảm nhiệt độ trong nhà.

• Kính mờ hoặc kính mạ màu: Có thể sử dụng kính mờ hoặc kính mạ màu ở các vị trí cần giảm bớt độ sáng hoặc để tạo hiệu ứng và giảm độ chói, mà vẫn giữ được ánh sáng tự nhiên.

• Rèm cửa và vách ngăn kính: Sử dụng rèm cửa mỏng hoặc các vách ngăn kính di động giúp kiểm soát lượng ánh sáng đi vào và tạo sự linh hoạt trong việc điều chỉnh độ sáng.

Sử dụng chất liệu hắt sáng trong không gian nội thất

• Sơn và bề mặt phản chiếu ánh sáng: Sử dụng các loại sơn tường màu trắng, màu pastel, hoặc các màu nhạt có khả năng phản xạ ánh sáng tốt hơn, giúp phân tán ánh sáng từ đèn và cửa sổ đều hơn trong phân xưởng.

• Kim loại hoặc kính bóng: Các vật liệu kim loại sáng bóng như thép không gỉ, nhôm hoặc các bề mặt kính bóng có thể phản xạ ánh sáng từ đèn LED và ánh sáng tự nhiên, giúp tăng cường độ sáng.

• Ngoài ra các vật liệu như gương hay gạch men bóng cũng giúp khuếch đại và phản xạ ánh sáng tự nhiên nhưng đây là những vật liệu rất khó bố trí, sử dụng trong phân xưởng. Vì thế việc thiết kế lắp đặt các vật liệu này là không cần thiết.

Lưu ý: Việc bố trí các tấm hắt sáng cũng cần phải tính toán một cách cẩn thận để tránh gây chói hoặc đổ bóng, làm ảnh hưởng đến người sử dụng.