Tận dụng năng lượng mặt trời
“Tôi đã luôn nghĩ về một hệ sinh thái các sản phẩm sử dụng năng lượng mặt trời và hỗ trợ cho cuộc sống con người trở nên dễ chịu hơn. Ví dụ như chiếc chậu hoa có thể đo nhiệt độ, độ ẩm, lọc không khí… vận hành hoàn toàn bằng năng lượng mặt trời thay vì sử dụng điện dân dụng” – TS Ngô Ngọc Thành - đại diện nhóm nghiên cứu chậu cây thông minh sử dụng năng lượng mặt trời mới được Cục Sở hữu trí tuệ cấp Bằng độc quyền giải pháp hữu ích số 2-0002571 chia sẻ với báo Khoa học và Phát triển. Anh tin rằng, nếu như có hàng nghìn, hàng triệu thiết bị như thế được vận hành sẽ có lượng điện lớn được tiết kiệm. Quan trọng hơn, từ những dữ liệu có được, người sử dụng sẽ nhận được các cảnh báo về thời gian mưa, gió, độ trong lành của không khí… để có những biện pháp bảo vệ sức khỏe phù hợp.
Câu hỏi đặt ra là vì sao TS Ngô Ngọc Thành quyết định sử dụng năng lượng mặt trời? Là giảng viên ở trường Đại học Điện lực, anh hiểu về giá trị của năng lượng mặt trời, một dạng năng lượng xanh hoàn toàn miễn phí. Bởi vậy các thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời sẽ đóng vai trò quan trọng khi trong tương lai năng lượng hóa thạch dần cạn kiệt và cả những cam kết về giảm phát thải nhà kính. Tại COP 26, Thủ tướng Phạm Minh Chính cũng cam kết Việt Nam sẽ giảm 30% CO2 vào năm 2030.
Theo TS Ngô Ngọc Thành, chưa từng có thiết bị nào tích hợp được các tính năng về đo độ ẩm, nhiệt độ, nồng độ bụi, lọc không khí… lại sử dụng năng lượng mặt trời, có thể kết nối với thiết bị di động bằng công nghệ IoT và có khả năng sạc cho thiết bị đi dộng qua cổng USB. Theo đó, chiếc chậu cây đa năng được thiết kế như vật trang trí trong nhà, với lá là pin năng lượng mặt trời, hệ thống đo nhiệt độ, độ ẩm, chất lượng không khí, lọc không khí được tích hợp bên trong chậu.
Chậu cây thông minh tích hợp thêm các cảm biến để đo nhiệt độ, độ ẩm, chất lượng không khí của TS Ngô Ngọc Thành và cộng sự. Nguồn: NVCC
Để cho ra đời được sản phẩm này, TS Ngô Ngọc Thành và các cộng sự đã nghiên cứu và làm chủ được ba nhóm công nghệ là hệ thống tái cấu trúc, hệ thống cảm biến đo đếm chính xác và công nghệ IoT kết nối, truyền tải dữ liệu từ thiết bị đến trung tâm xử lý tập trung. “Trong quá trình làm việc, nhiều trường hợp các tấm pin quang điện có thể nhận được mức độ chiếu sáng không đồng nhất do bóng mây, nhà cửa, cây cối dẫn đến sự sụt giảm công suất của toàn bộ hệ thống. Nó có thể gây ra hiện tượng hotspot (nóng cục bộ) tại những tấm pin quang điện bị che phủ, gây ảnh hưởng trực tiếp và hư hỏng đến những tế bào quang điện” – TS Ngô Ngọc Thành cho hay. Để giải quyết vấn đề này, hệ thống tái cấu trúc là lời giải. Công nghệ này giúp phát hiện ra những tấm pin có hiệu suất thấp để tách khỏi hệ thống, sắp xếp lại cấu trúc kết nối của các tấm pin sao cho hệ thống đạt hiệu suất tốt nhất. Việc các tấm pin hoạt động hiệu quả sẽ giúp công suất điện của toàn hệ thống hoạt động hiệu quả và bền bỉ hơn.
Trong quá trình hoạt động của hệ thống năng lượng mặt trời chuyển quang năng thành điện năng, nhóm nghiên cứu thiết kế 5 ác quy để trữ điện và cung cấp cho hoạt động của chậu cây, đảm bảo chậu hoạt động ngay cả khi không có ánh sáng mặt trời.
Để chậu cây có được các tính năng cần thiết, nhóm nghiên cứu lắp đặt các cảm biến như cảm biến đo nhiệt độ analog LM35, cảm biến đo độ ẩm HR202. cảm biến bụi, cảm biến chất lượng không khí MQ135 có thể nhận biết các chất khí như NH3, NOx, khói, gas, CO2,... “Để các cảm biến cho kết quả đo chính xác phụ thuộc rất nhiều vào vị trí lắp đặt, môi trường cũng như độ ổn định của thiết bị và dòng điện cung cấp. Trong quá trình nghiên cứu, dựa vào kinh nghiệm và các thử nghiệm và các tham số, chúng tôi tìm ra vị trí và cách lắp đặt để cảm biến có thể hoạt động tốt nhất” – TS Ngô Ngọc Thành chia sẻ.
Bên cạnh đó, nhóm nghiên cứu cũng tính đến việc lắp đặt các màng lọc để chậu cây có thể hoạt động như một máy lọc không khí, sử dụng hoàn toàn năng lượng mặt trời làm sạch không khí trong phòng ở.
Xây dựng hệ sinh thái sản phẩm
Theo TS Ngô Ngọc Thành, đây mới chỉ là một trong số 12 thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời trong nhà của anh và cộng sự. Các sản phẩm khác có thể kể tới như thùng rác thông minh, robot hút bụi thông minh… được tích hợp các tính năng tương tự. Có thể hình dung các sản phẩm mà TS Ngô Ngọc Thành và cộng sự phát triển bao gồm các vật dụng trong gia đình ngoài tính năng cơ bản còn được tích hợp thêm tính năng khác như đo nhiệt độ, độ ẩm, chất lượng không khí, kết hợp với lọc không khí. Các dữ liệu này sẽ được chuyển về một trung tâm dữ liệu để phân tích và đưa ra các cảnh báo tới người dùng thông qua ứng dụng trên điện thoại, đồng hồ thông mình. “Nếu khu vực Cầu Giấy mưa thì sẽ có phân tích và gửi cảnh báo tới người dùng ở khu vực Long Biên, Hoàn Kiếm rằng trong khoảng 10-15 phút tới sẽ có mưa hay không để người dùng có cách ứng phó. Hoặc đơn giản là bạn đang ở khu vực có chỉ số không khí tốt, nếu bạn đi đến khu vực có chất lượng không khí kém, hệ thống cũng gửi cảnh báo để bạn quyết định có đi nữa không hoặc sử dụng phương pháp bảo vệ sức khoẻ hợp lý” – TS Ngô Ngọc Thành giải thích.
Cần nói rằng, đây là hình dung của TS Ngô Ngọc Thành về hiệu quả của sản phẩm như chậu cây thông minh khi được sử dụng phổ biến trong các gia đình. Nhóm nghiên cứu muốn phát triển nhiều dòng sản phẩm để người dùng có thể thoải mái lựa chọn các vật dụng yêu thích trong gia đình nhưng vẫn đảm bảo được tính năng và thông tin cần thiết.
Anh và nhóm nghiên cứu đang tập trung vào việc phát triển các sản phẩm cũng như thực hiện việc đăng ký bảo hộ sở hữu trí tuệ. Đây là bước chuẩn bị cho 2-3 năm tới khi mà mạng 5G trở nên phổ biến hơn, hệ sinh thái này có thể phục vụ người dân với giá thành rẻ nhất. Khi đó, nhóm sẽ tính tới việc đi gọi vốn để đầu tư và sản xuất ở quy mô công nghiệp, nhằm hạ giá thành sản phẩm.
Theo TS Ngô Ngọc Thành, COVID-19 khiến người ta quan tâm tới sức khoẻ hơn, vì thế anh có niềm tin rằng những sản phẩm như vậy sẽ có nhiều đất sống và được ưa thích trong tương lai. “Chúng tôi sẽ tiếp tục tối ưu hóa để sản phẩm trở nên gọn nhẹ, chính xác hơn. Chúng tôi đã liên kết với một nhà máy sản xuất pin năng lượng mặt trời ở Vĩnh Phúc để sẵn sàng sản xuất theo thiết kế đặt hàng. Vì thế, nhiệm vụ trong thời gian tới là thiết kế lại sản phẩm Make in Vietnam đẹp mắt hơn, thời thượng hơn với khách hàng” – anh cho biết.
Theo anh, những chậu cây thông minh này phù hợp một phòng có diện tích 60m2. Không cần sạc điện từ nguồn, cây tự hấp thu ánh sáng và bền bỉ thực hiện các tính năng nó được thiết kế, cài đặt,...,thậm chí những khu vực không có điện liên tục như miền núi, vùng sâu vùng xa cũng có thể sử dụng như một nguồn điện sạc cho điện thoại, máy tính.
TS Ngô Ngọc Thành tự hào nói: “Nếu bạn là một người trẻ tuổi đam mê công nghệ, bạn có thích những sản phẩm công nghệ Việt Nam như thế?”