Nhóm thầy trò dành 5 năm sáng chế thiết bị chiếu sáng không cần điện

Một nhóm các nhà khoa học tại ĐH Quốc gia Hà Nội đã sử dụng năng lượng mặt trời để thắp sáng các bóng đèn mà không cần sử dụng đến điện, thân thiện với môi trường.

Thiết bị chiếu sáng không cần điện là thành quả sau 5 năm tìm tòi và phát triển của nhóm nghiên cứu do TS Nguyễn Trần Thuật và các sinh viên (Trung tâm Nano và Năng lượng Trung tâm Nano và Năng lượng, Trường ĐH Khoa học Tự nhiên, ĐH Quốc gia Hà Nội) thực hiện.

Đây là sản phẩm đèn sử dụng trực tiếp nhờ cơ chế hội tụ ánh sáng mặt trời. Loại đèn này gồm 2 bộ phận là phần thu năng lượng mặt trời được lắp đặt bên trên mái nhà và phần tán xạ năng lượng xuống bên dưới bằng việc truyền dẫn qua các ống dẫn sáng.

Hệ thống này có thể kết hợp với hệ thống chiếu sáng dùng điện tại các nơi sử dụng, nhờ đó không cần thêm diện tích trần cho 2 hệ chiếu sáng riêng lẻ.

“Mặc dù trên thế giới đã có sản phẩm đèn không cần sử dụng điện, nhưng giá thành khi về Việt Nam tương đối cao. Do đó, nhóm đã tìm ra những giải pháp tối ưu hơn với giá thành rẻ hơn”, TS Thuật nói.

Cụ thể, để tạo ra sản phẩm chiếu sáng hiện tại, nhóm đã phải thử qua nhiều phiên bản khác nhau.

Ở phiên bản đầu tiên vào năm 2015, nhóm đã sử dụng một chiếc gương parabol to để hấp thụ ánh sáng mặt trời vào chiếc gương parabol nhỏ hơn. Chiếc gương nhỏ này tiếp tục chiếu xuống ống dẫn để có thể chiếu tới vùng tán xạ làm sáng đèn.

Tuy nhiên, nhóm nhận thấy, nếu sử dụng gương để hội tụ ánh sáng sẽ chỉ nhận được nguồn sáng từ một hướng. Trong khi đó, ánh sáng mặt trời thay đổi hướng liên tục.

Đây cũng là một nhược điểm buộc nhóm phải dùng mô tơ gắn vào hai trục để gương có thể quay được. Khi dùng mô-tơ trong quá trình sử dụng đòi hỏi phải bảo trì liên tục. Ngoài ra, do cần khoảng diện tích mở để ánh sáng chiếu vào, vô tình làm môi trường ẩm bên ngoài lọt vào gây hư hỏng cho thiết bị bên dưới.

Với những hạn chế đó, nhóm quyết định tạo ra phiên bản thứ hai, trong đó thay thế gương parabol quay theo trục bằng nhiều thấu kính hình lục giác và ngũ giác xếp chặt theo quy luật và tạo thành một khối cố định.

Mỗi thấu kính sẽ hội tụ ánh sáng vào trong sợi quang, sau đó các sợi quang được tạo thành một bó truyền dẫn và chiếu ánh sáng tự nhiên. Hệ thống này gần như cải thiện được tất cả các hạn chế mà phiên bản 1 còn gặp phải như thấu kính cố định, không cần trục quay nhưng vẫn nhận được ánh sáng từ các phía; nếu đặt trên mái nhà vẫn là một thiết bị kín, không bị môi trường ẩm bên ngoài lọt vào.

Với những kết quả này, thiết bị chiếu sáng không cần điện do nhóm nghiên cứu của TS Thuật phát triển đã được Cục Sở hữu trí tuệ (Bộ KH&CN) cấp bằng độc quyền sáng chế.

Tiết kiệm chi phí bằng việc sử dụng chất lỏng

Tuy nhiên, ở phiên bản hiện tại, chất liệu của thấu kính mà nhóm nghiên cứu đang sử dụng là nhựa hữu cơ PMMA. Theo TS Thuật, về lâu dài, nếu trong môi trường quá nóng, chất liệu này sẽ bị lão hóa và ngả màu. Chi phí thay thế hoặc tái chế khá tốn kém.

Bên cạnh đó, các thấu kính có sẵn vẫn chưa đạt hiệu quả như nhóm kỳ vọng do đây là các thấu kính dùng trong đèn LED, có thể mua được rất dễ dàng với giá rẻ trên thị trường. Các thấu kính này mới chỉ tối ưu cho việc phát sáng chứ không tối ưu cho nhận sáng, do đó việc tận dụng là chưa khả thi. Còn việc chế tạo thấu kính theo đúng thiết kế của nhóm thì cũng gặp phải thách thức lớn, vì muốn giảm giá thành thì phải chế tạo hàng loạt. Bài toán khi đó sẽ là đòi hỏi đầu tư tiếp tục để ra tới thị trường, và nguồn đầu tư này không hề nhỏ.

Song song với việc gọi thêm đầu tư sản xuất phiên bản thứ 2 nói trên, nhóm cũng đang trong quá trình nghiên cứu, tiếp tục phát triển thêm một phiên bản thứ 3. Ở phiên bản này, nhóm sẽ dùng chất lỏng để thay thế các vật liệu rắn trong suốt dùng trong các thấu kính và sợi quang.

“Khi sử dụng các vật liệu lỏng sẽ thu được hiệu ứng phản xạ toàn phần trên bề mặt siêu kị nước để truyền dẫn ánh sáng. Việc sử dụng chất lỏng nằm trong vỏ chứa trong suốt thay vì dùng nhựa đặc sẽ tiết kiệm chi phí, tiện hơn, dễ thay thế và bảo trì”, TS Thuật nói.

Tuy nhiên, anh cũng cho rằng, đối với các sản phẩm đèn sử dụng trực tiếp sẽ gặp phải các khó khăn như chỉ có thể dùng được vào ban ngày và cần phải tuân theo các tiêu chuẩn về thiết kế và xây dựng.

Song với tính ứng dụng cao, sản phẩm này có thể sử dụng hiệu quả trong các hội trường, siêu thị lớn nhằm giảm tỉ lệ sử dụng điện cho chiếu sáng ban ngày.

“Hiện tại các dạng nhà ống tại Việt Nam thu được ánh sáng tự nhiên rất kém, do đó đây là một giải pháp giúp tiết kiệm trong việc chiếu sáng”, TS Thuật cho biết.

Mục tiêu tiếp theo của nhóm nghiên cứu là hoàn thiện, chuyển giao và phát triển quy mô sản xuất để thương mại hóa sản phẩm.

Thúy Nga/VNN