Với quỹ đất hạn hẹp của các thành phố lớn, quy hoạch ngầm dưới lòng đất đang ngày càng được ưu tiên, kéo theo đó là nhu cầu sử dụng năng lượng để chiếu sáng cho các công trình ngầm dưới lòng đất ngày càng tăng.
Lấy cảm hứng từ đặc điểm tập trung ánh sáng mặt trời vào một điểm của kính lúp, nhóm các nhà nghiên cứu của NTU đã thiết kế một thiết bị có hình dạng như một quả cầu pha lê có khả năng tập trung ánh sáng mặt trời vào một điểm và thu lại tại một đầu cáp quang, sau đó được truyền đến đến đầu kia của hệ thống, giúp tiết kiệm đáng kể việc sử dụng nguồn năng lượng truyền thống để chiếu sáng.
Theo Giáo sư Yoo, tác giả chính của nghiên cứu cho biết: “Thiết bị sử dụng các vật liệu bán sẵn trên thị trường, có thể chế tạo với quy mô lớn. Hệ thống thu nhận ánh sáng nhẹ, nhỏ gọn, thuận tiện trong việc kết hợp vào cơ sở hạ tầng hiện có trong môi trường đô thị ".
Thiết bị gồm một quả bóng acrylic, một sợi cáp quang đơn làm từ nhựa để dẫn truyền ánh sáng và các động cơ hỗ trợ chip máy tính.
Thiết bị nằm trên mặt đất, quả cầu acrylic hoạt động như bộ tập trung năng lượng mặt trời, cho phép các tia sáng mặt trời song song tạo thành tiêu điểm rõ nét ở phía đối diện của nó (giống như tiêu cự của kính lúp). Sau đó, ánh sáng mặt trời hội tụ được thu vào một đầu của cáp quang và truyền tới điểm cuối của hệ thống. Ánh sáng được phát ra trực tiếp qua đầu cuối của cáp quang.
Hệ thống có khả năng định vị tự động 'thông minh' để thu tối đa ánh sáng mặt trời. Các động cơ nhỏ được hỗ trợ bởi chip máy tính sẽ tự động điều chỉnh vị trí đầu thu của sợi quang.
Khi mặt trời di chuyển, vị trí của ánh sáng mặt trời hội tụ bên trong quả bóng acrylic di chuyển theo. Để đảm bảo rằng ánh sáng mặt trời được thu nhận và vận chuyển xuống cáp quang đạt hiệu suất tối đa, hệ thống sử dụng chip máy tính để theo dõi các tia nắng mặt trời.
Tọa độ GPS của thiết bị được tải sẵn vào hệ thống cho phép nó xác định vị trí cần tập trung ánh sáng mặt trời tối đa theo từng thời điểm. Hai động cơ nhỏ có nhiệm vụ tự động điều chỉnh vị trí của sợi quang để thu và truyền ánh sáng mặt trời từ điểm lấy nét trong khoảng thời gian một phút.
Để đảm bảo khả năng định vị tự động của thiết bị, các cặp cảm biến đo độ sáng ánh sáng cũng được đặt xung quanh đầu thu ánh sáng mặt trời của cáp quang. Bất cứ khi nào các cảm biến phát hiện sự không nhất quán trong các phép đo ánh sáng, thì các động cơ nhỏ sẽ tự động kích hoạt để điều chỉnh vị trí của cáp cho đến khi các giá trị trên cảm biến giống nhau. Điều này cho thấy rằng sợi đang đón lượng ánh sáng mặt trời tối đa có thể.
Một bóng đèn LED chạy bằng điện được lắp đặt ngay bên cạnh đầu phát quang của cáp quang, sẽ tự động phát sáng khi không có đủ ánh sáng mặt trời, chẳng hạn như khi trời mưa. Điều này đảm bảo rằng thiết bị có thể chiếu sáng suốt cả ngày, không bị gián đoạn.
Trong các bộ tập trung năng lượng mặt trời hiện nay, các tấm gương cong, có kích thước lớn phải sử dụng động cơ hạng nặng để di chuyển và căn chỉnh vị trí của đĩa gương so với mặt trời. Các thành phần trong các hệ thống cũng thường xuyên phải tiếp xúc với các yếu tố môi trường như độ ẩm, nên dễ hỏng hóc. Thiết bị mới này, được thiết kế theo dạng tròn của quả bóng acrylic, giảm được sự tiếp xúc của các bộ phận với môi trường bên ngoài, kích thước nhỏ gọn dẫn đến việc điều chỉnh theo hướng mặt trời dễ dàng hơn.
Nguyên mẫu do các nhà nghiên cứu thiết kế nặng 10 kg, cao 50 cm. Để bảo vệ quả bóng acrylic khỏi các điều kiện môi trường (tia cực tím, bụi, v.v.), các nhà nghiên cứu cũng đã chế tạo một lớp vỏ hình vòm trong suốt, dày 3mm bằng cách sử dụng polycarbonate.
Theo nhóm nghiên cứu, thiết bị này hoạt động tốt hơn bóng đèn LED. Họ đã thí nghiệm trong căn phòng được mô phỏng như môi trường dưới lòng đất, hiệu suất phát sáng của thiết bị đạt 230 lumen/Watt. Con số này vượt xa những gì được ghi lại bởi các bóng đèn LED bán sẵn trên thị trường, có công suất là 90 lumen/Watt. Chất lượng ánh sáng đầu ra của thiết bị mới tương đương với hệ thống thu ánh sáng có chi phí cao đang được thương mại hóa hiện nay.
Tiến sĩ Charu, thành viên của nhóm nghiên cứu cho biết: "Hiệu quả phát sáng của thiết bị này chứng minh rằng nó rất phù hợp cho các công trình chiếu sáng ở mức độ thấp, như bãi đỗ xe, thang máy và lối đi ngầm. Hiệu suất này cũng dễ dàng được điều chỉnh vì khả năng bắt sáng của thấu kính bóng tỷ lệ thuận với kích thước của nó. Chúng tôi có thể tùy chỉnh công suất quang học bằng cách thay thế nó bằng một bóng lớn hơn hoặc nhỏ hơn".
Hệ thống nhỏ, nhẹ có khả năng gắn trên các cột đèn thông thường trên mặt đất, cho phép nó vừa là một thiết bị thu ánh sáng mặt trời vào ban ngày để thắp sáng các không gian dưới lòng đất vừa là một đèn đường để chiếu sáng trên mặt đất vào ban đêm bằng cách sử dụng điện năng.
Nghiên cứu được đăng trên tạp chí khoa học Solar Energy.
Diệu Huyền (CESTI) - Theo techxplore.com