I. Giới thiệu
1.1 Bối cảnh nghiên cứu và mục đích
Trong bối cảnh nỗ lực toàn cầu để thúc đẩy chuyển đổi năng lượng và sự theo đuổi của con người về môi trường cảnh quan chất lượng cao, đèn cắm đất năng lượng mặt trời, như một thiết bị chiếu sáng tích hợp sử dụng năng lượng xanh và chức năng chiếu sáng cảnh quan, đang dần nổi lên. Các thiết bị chiếu sáng truyền thống dựa vào điện thành phố, không chỉ tiêu thụ một lượng lớn năng lượng không tái tạo, mà còn đối mặt với các vấn đề như dây điện phức tạp và chi phí cao trong quá trình lắp đặt. Đèn cắm đất năng lượng mặt trời, nhờ vào việc sử dụng năng lượng mặt trời như một nguồn năng lượng sạch, giảm hiệu quả sự phụ thuộc vào năng lượng truyền thống và giảm phát thải carbon, phù hợp với khái niệm phát triển bền vững hiện nay.
Từ góc độ chiếu sáng cảnh quan, đèn cắm đất năng lượng mặt trời có thể được sắp xếp linh hoạt trong các cảnh khác nhau, như công viên, sân vườn, đường cộng đồng, v.v., không chỉ cung cấp ánh sáng cơ bản và đảm bảo an toàn cho người đi bộ, mà còn tạo ra không khí lãng mạn, ấm áp hoặc nghệ thuật thông qua thiết kế ánh sáng độc đáo, và nâng cao giá trị thẩm mỹ và sự thoải mái của không gian.
Báo cáo này nhằm phân tích sâu quy trình của đèn cắm đất năng lượng mặt trời, bao gồm quy trình sản xuất và các liên kết kỹ thuật quan trọng, để làm rõ tính khoa học và đổi mới của sản xuất; khám phá triển vọng thị trường tương lai của nó, phân tích xu hướng tăng trưởng của quy mô thị trường, cơ hội thị trường tiềm năng và thách thức, và cung cấp cơ sở quyết định cho các doanh nghiệp và nhà đầu tư liên quan; nghiên cứu các vật liệu được sử dụng, hiểu hiệu suất, ưu điểm và nhược điểm của các vật liệu khác nhau và tác động của chúng đến chất lượng tổng thể và tuổi thọ của đèn; sắp xếp phạm vi sử dụng rộng rãi của nó, khám phá các phương pháp và hiệu ứng ứng dụng trong các kịch bản khác nhau, nhằm thể hiện đầy đủ giá trị toàn diện của đèn cắm đất năng lượng mặt trời và thúc đẩy sự phát triển và ứng dụng tiếp theo trong lĩnh vực này.
1.2 Phương pháp nghiên cứu và nguồn dữ liệu
Báo cáo này chủ yếu áp dụng phương pháp nghiên cứu tài liệu, và tham khảo rộng rãi các tạp chí học thuật liên quan, báo cáo ngành, tài liệu bằng sáng chế và các tài liệu khác trong và ngoài nước, và sắp xếp các kết quả nghiên cứu và xu hướng phát triển của đèn cắm đất năng lượng mặt trời về công nghệ, thị trường, ứng dụng và các khía cạnh khác. Đồng thời, sử dụng phương pháp phân tích trường hợp, chọn các sản phẩm đèn cắm đất năng lượng mặt trời đại diện và các trường hợp ứng dụng trên thị trường, và phân tích sâu các đặc điểm quy trình, lựa chọn vật liệu, hiệu quả sử dụng, v.v.
Về nguồn dữ liệu, báo cáo ngành chủ yếu tham khảo các báo cáo nghiên cứu về thị trường đèn năng lượng mặt trời do các tổ chức nghiên cứu thị trường nổi tiếng phát hành. Các báo cáo này bao gồm quy mô thị trường, xu hướng tăng trưởng, mô hình cạnh tranh và các dữ liệu khác. Tài liệu bằng sáng chế được thu thập thông qua các trang web tìm kiếm bằng sáng chế để hiểu tiến bộ mới nhất của đèn cắm đất năng lượng mặt trời về đổi mới công nghệ và thiết kế cấu trúc. Ngoài ra, thông tin thực tế như thông số sản phẩm, đánh giá của người dùng và các trường hợp ứng dụng được thu thập từ các trang web chính thức của các công ty liên quan, diễn đàn ngành và các trang web chuyên nghiệp để đảm bảo tính toàn diện, chính xác và kịp thời của dữ liệu, cung cấp hỗ trợ dữ liệu vững chắc cho nghiên cứu.
2. Quy trình sản xuất đèn cắm đất năng lượng mặt trời
2.1 Phân tích quy trình sản xuất truyền thống
2.1.1 Đặc điểm thiết kế cấu trúc
Cấu trúc của đèn cắm đất năng lượng mặt trời truyền thống tương đối đơn giản, thường bao gồm chụp đèn, thân đèn, cắm đất, tấm pin năng lượng mặt trời bên trong, pin và hạt đèn LED. Chụp đèn chủ yếu được làm từ các vật liệu nhựa trong suốt, như acrylic (PMMA), có khả năng truyền ánh sáng tốt và có thể truyền hiệu quả ánh sáng phát ra từ hạt đèn LED để cung cấp ánh sáng cho môi trường xung quanh. Đồng thời, vật liệu acrylic có chi phí thấp và dễ dàng gia công và tạo hình. Nó có thể được làm thành nhiều hình dạng khác nhau, như tròn và vuông, để đáp ứng các yêu cầu thiết kế ngoại hình khác nhau. Tuy nhiên, vật liệu acrylic có khả năng chống mài mòn kém. Nó dễ bị trầy xước bởi bụi, cát và đá khi tiếp xúc với môi trường ngoài trời trong thời gian dài, dẫn đến trầy xước trên bề mặt, ảnh hưởng đến hiệu quả truyền ánh sáng và giảm chất lượng chiếu sáng của đèn.
Thân đèn thường được làm từ nhựa hoặc kim loại. Thân đèn nhựa thường sử dụng polyvinyl chloride (PVC) hoặc polypropylene (PP). PVC có khả năng chống ăn mòn tốt và có thể chống lại sự xâm thực của độ ẩm ngoài trời, môi trường axit và kiềm ở một mức độ nhất định; PP có độ bền và độ dẻo dai tốt và không dễ bị vỡ. Thân đèn kim loại chủ yếu được làm từ hợp kim nhôm, có ưu điểm là nhẹ, độ bền cao và chống ăn mòn. Nó có thể hỗ trợ hiệu quả chụp đèn và các thành phần bên trong và đảm bảo sự ổn định của đèn. Tuy nhiên, nếu lớp phủ bề mặt của thân đèn kim loại bị hỏng trong quá trình sử dụng lâu dài, phản ứng oxy hóa có thể xảy ra, gây rỉ sét, ảnh hưởng đến vẻ đẹp và tuổi thọ của đèn.
Phần cắm đất thường được làm từ kim loại, và những loại phổ biến là thép không gỉ hoặc sắt. Cắm đất bằng thép không gỉ có khả năng chống ăn mòn và độ cứng mạnh, có thể được cắm chắc chắn vào đất và cung cấp hỗ trợ ổn định cho đèn. Cắm đất bằng sắt có chi phí tương đối thấp, nhưng dễ bị rỉ sét, đặc biệt trong môi trường đất ẩm, tốc độ rỉ sét nhanh hơn. Sau khi bị rỉ sét, nó không chỉ giảm độ bền của cắm đất, mà còn có thể gây ra sự lỏng lẻo giữa cắm đất và đất, ảnh hưởng đến việc sử dụng bình thường của đèn.
2.1.2 Quy trình lắp ráp thành phần
Trong các quy trình sản xuất truyền thống, việc lắp ráp các thành phần bắt đầu với các thành phần mạch bên trong. Tấm pin năng lượng mặt trời thường được kết nối với pin bằng cách hàn để đảm bảo sự ổn định và dẫn điện của kết nối mạch. Quá trình hàn yêu cầu kiểm soát nghiêm ngặt nhiệt độ và thời gian hàn để tránh làm hỏng tấm pin năng lượng mặt trời hoặc pin do quá nhiệt. Sau khi hàn, các phần kết nối được cách điện để ngăn ngừa ngắn mạch.
Sau đó, hạt đèn LED được lắp đặt trên bảng mạch của thân đèn và cố định bằng cách dán hoặc cắm. Hạt đèn LED SMD có đặc điểm kích thước nhỏ và hiệu suất phát sáng cao. Thiết bị dán chuyên nghiệp được yêu cầu trong quá trình lắp đặt để đảm bảo rằng hạt đèn được gắn chính xác vào vị trí chỉ định của bảng mạch. Hạt đèn LED cắm yêu cầu các chân được cắm vào các lỗ của bảng mạch và sau đó được cố định bằng hàn. Sau khi lắp đặt, hạt đèn LED được kiểm tra để kiểm tra xem hiệu ứng phát sáng của chúng có bình thường không.
Sau đó, bảng mạch lắp ráp và pin được lắp đặt trong thân đèn và cố định bằng vít hoặc khóa để đảm bảo sự ổn định của các thành phần bên trong thân đèn và tránh hư hỏng do rung lắc trong quá trình sử dụng. Đồng thời, các vật liệu cách điện và tản nhiệt thích hợp được thêm vào bên trong thân đèn để đảm bảo an toàn cho mạch và hiệu suất tản nhiệt của đèn.
Cuối cùng, lắp ráp chụp đèn với thân đèn. Các phương pháp kết nối phổ biến bao gồm kết nối ren, kết nối chốt hoặc dán keo. Phương pháp kết nối ren tương đối chắc chắn và dễ tháo rời và sửa chữa, nhưng phải đảm bảo độ căn chỉnh và độ chặt của ren trong quá trình lắp đặt; phương pháp kết nối chốt đơn giản và nhanh chóng để thao tác, nhưng chất lượng và thiết kế của chốt trực tiếp ảnh hưởng đến độ ổn định của kết nối; phương pháp dán keo có độ kín tốt hơn, nhưng một khi dán xong, rất khó tháo rời, điều này không thuận lợi cho bảo trì sau này. Cắm đất được cố định vào đáy thân đèn bằng hàn hoặc kết nối ren để đảm bảo rằng kết nối giữa cắm đất và thân đèn chắc chắn và đáng tin cậy.
2.1.3 Thảo luận về hạn chế của quy trình
Hiệu ứng chiếu sáng của đèn cắm đất mặt trời truyền thống có những hạn chế nhất định. Do hạn chế của vật liệu chụp đèn, chẳng hạn như sự giảm độ truyền sáng của vật liệu acrylic sau khi sử dụng lâu dài, sẽ gây ra suy giảm ánh sáng và giảm độ sáng của chiếu sáng. Đồng thời, đèn LED truyền thống có góc phát sáng hạn chế, thường chỉ cung cấp ánh sáng một chiều hoặc góc hạn chế, không thể chiếu sáng đều môi trường xung quanh, và dễ gây ra góc chết ánh sáng.
Về lắp đặt và bảo trì, việc lắp đặt đèn cắm đất truyền thống đòi hỏi kỹ năng và sức mạnh nhất định, đặc biệt là phần cắm đất. Nếu mặt đất cứng, có thể khó cắm và cắm đất dễ bị hỏng. Trong quá trình bảo trì sau này, do phương pháp lắp ráp và niêm phong của đèn, quá trình tháo rời và sửa chữa phức tạp, đòi hỏi công cụ và kỹ năng chuyên nghiệp, điều này làm tăng chi phí và khó khăn trong bảo trì. Từ góc độ thẩm mỹ, thiết kế cấu trúc của đèn cắm đất mặt trời truyền thống tương đối đơn giản, và ngoại hình thiếu sự đổi mới, khó đáp ứng nhu cầu thẩm mỹ và cá nhân hóa của đèn chiếu sáng cảnh quan hiện đại. Ở một số nơi có yêu cầu cảnh quan cao, ngoại hình của đèn cắm đất truyền thống có thể không phù hợp với môi trường xung quanh, ảnh hưởng đến hiệu ứng cảnh quan tổng thể.
2.2 Giải thích chi tiết về quy trình sản xuất mới
2.2.1 Trường hợp thiết kế cấu trúc sáng tạo
Lấy một bằng sáng chế đèn cắm đất mặt trời mới làm ví dụ. Nó có nhiều tính năng độc đáo trong thiết kế cấu trúc. Đèn sử dụng thiết kế nắp rỗng. Nắp có hình dạng hình nón cụt và được làm bằng hợp kim nhôm cường độ cao. Bề mặt được chải mịn, không chỉ tăng cường kết cấu và thẩm mỹ của nắp, mà còn cải thiện khả năng chống ăn mòn và chống mài mòn của nó. Thiết kế cấu trúc rỗng cho phép ánh sáng phân tán từ nhiều góc độ, tăng cường đáng kể độ đồng đều của hiệu ứng chiếu sáng và tránh vấn đề điểm mù trong đèn truyền thống. Đồng thời, nắp rỗng cũng có thể đóng vai trò tản nhiệt tốt, giúp kéo dài tuổi thọ của các thành phần bên trong đèn.
Thân đèn áp dụng thiết kế có thể điều chỉnh. Bằng cách đặt một trục xoay và một khe định vị giữa thân đèn và cắm đất, người dùng có thể điều chỉnh góc chiếu sáng của thân đèn theo nhu cầu thực tế, và tính linh hoạt được cải thiện đáng kể. Ví dụ, khi sử dụng trong vườn, thân đèn có thể được điều chỉnh để chiếu sáng lên trên để chiếu sáng hoa và cây; khi sử dụng bên cạnh đường, thân đèn có thể được điều chỉnh để chiếu sáng ngang để cung cấp ánh sáng tốt hơn cho người đi bộ. Thiết kế có thể điều chỉnh này có thể đáp ứng nhu cầu chiếu sáng trong các tình huống khác nhau và cải thiện tính ứng dụng của đèn.
Ngoài ra, bằng sáng chế cũng thiết lập các mô-đun cảm biến thông minh bên trong thân đèn, bao gồm cảm biến hồng ngoại của con người và cảm biến ánh sáng. Mô-đun cảm biến hồng ngoại của con người có thể phát hiện chuyển động của cơ thể người trong môi trường xung quanh. Khi có người đến gần, nó tự động tăng độ sáng của ánh sáng để cung cấp ánh sáng đầy đủ hơn; khi người đó rời đi, độ sáng của ánh sáng tự động giảm để tiết kiệm năng lượng. Mô-đun cảm biến ánh sáng có thể tự động điều khiển công tắc của đèn theo cường độ ánh sáng xung quanh. Khi ánh sáng đủ vào ban ngày, đèn tự động tắt; khi ánh sáng trở nên mờ vào ban đêm, đèn tự động bật, thực hiện điều khiển chiếu sáng thông minh.
2.2.2 Quy trình sản xuất thành phần chính
Về sản xuất tấm pin mặt trời, quy trình mới sử dụng công nghệ tế bào quang điện silicon tinh thể hiệu quả. Đầu tiên, tấm silicon được cắt và làm sạch để đảm bảo độ phẳng và sạch sẽ của bề mặt tấm silicon. Sau đó, một mối nối P-N được hình thành trên bề mặt của tấm silicon thông qua quá trình khuếch tán để đạt được chuyển đổi quang điện. Tiếp theo, điện cực được in và nung để tạo ra các điện cực dương và âm của tế bào pin. Trong quá trình đóng gói, kính cường lực có độ truyền cao, màng EVA và tấm nền được sử dụng để đóng gói các tế bào pin nhằm cải thiện khả năng chống va đập và chống thời tiết của các tấm pin. So với các quy trình truyền thống, các tấm pin mặt trời được sản xuất bằng quy trình mới có hiệu suất chuyển đổi cao hơn và có thể tạo ra nhiều điện hơn dưới cùng điều kiện ánh sáng.
Quy trình sản xuất pin cũng đã được cải thiện đáng kể. Hiện tại, đèn cắm đất mặt trời mới chủ yếu sử dụng pin lithium, và quy trình sản xuất của chúng bao gồm chuẩn bị điện cực, lắp ráp tế bào pin, tiêm chất điện phân và đóng gói. Trong quá trình chuẩn bị điện cực, các vật liệu và quy trình tiên tiến được sử dụng để cải thiện dung lượng cụ thể và tuổi thọ chu kỳ của các điện cực. Lắp ráp tế bào pin sử dụng thiết bị tự động để đảm bảo tính nhất quán và ổn định của các tế bào pin. Tiêm chất điện phân sử dụng thiết bị tiêm chính xác cao để đảm bảo lượng tiêm và độ đồng đều của chất điện phân. Quá trình đóng gói sử dụng các vật liệu và công nghệ có hiệu suất niêm phong tốt hơn để ngăn ngừa rò rỉ chất điện phân và độ ẩm của pin. Pin lithium có ưu điểm là mật độ năng lượng cao, hiệu suất sạc và xả cao, và tuổi thọ dài, có thể cung cấp hỗ trợ năng lượng ổn định và lâu dài hơn cho đèn cắm đất mặt trời.
Quy trình sản xuất các hạt đèn LED không ngừng đổi mới, và các hạt đèn LED mới sử dụng công nghệ chip lật. Công nghệ này lật các điện cực chip trực tiếp trên đế gói, giảm các dây kết nối giữa chip và đế, giảm điện trở và điện trở nhiệt, và cải thiện hiệu suất phát sáng và tản nhiệt của các hạt đèn. Đồng thời, bằng cách tối ưu hóa thiết kế và quy trình sản xuất của chip, các hạt đèn LED mới có thể đạt được độ sáng cao hơn và màu sắc phong phú hơn để đáp ứng nhu cầu chiếu sáng và trang trí trong các cảnh khác nhau.
2.2.3 Cải tiến quy trình lắp ráp và ưu điểm
Quy trình lắp ráp mới được tối ưu hóa và cải tiến trên cơ sở quy trình truyền thống. Sử dụng khái niệm thiết kế mô-đun, các thành phần khác nhau của đèn cắm đất năng lượng mặt trời được thiết kế thành các mô-đun độc lập, chẳng hạn như mô-đun tấm pin năng lượng mặt trời, mô-đun thân đèn, mô-đun cắm đất, v.v. Trong quá trình lắp ráp, chỉ cần đơn giản ghép và cố định các mô-đun, điều này đơn giản hóa đáng kể quy trình lắp ráp và cải thiện hiệu quả sản xuất. Ví dụ, mô-đun tấm pin năng lượng mặt trời và mô-đun thân đèn được kết nối bằng giao diện cắm nhanh, không cần các thao tác hàn và đi dây phức tạp, và rút ngắn đáng kể thời gian lắp đặt.
Về phương pháp kết nối, quy trình mới sử dụng các phương pháp kết nối tiện lợi hơn như kết nối bấm và hút từ. Kết nối bấm dễ dàng thao tác và có kết nối mạnh mẽ. Trong quá trình lắp ráp, bạn chỉ cần căn chỉnh bấm với khe tương ứng và nhấn nhẹ để hoàn thành kết nối. Kết nối từ sử dụng lực hút của nam châm để đạt được kết nối nhanh chóng và tách rời giữa các thành phần, thuận tiện cho việc tháo rời và bảo trì đèn. Những phương pháp kết nối này không chỉ cải thiện hiệu quả lắp ráp mà còn làm cho đèn thuận tiện và nhanh chóng hơn trong quá trình bảo trì sau này.
Quy trình lắp ráp mới cũng tập trung vào sự ổn định và độ tin cậy của sản phẩm. Trong quá trình lắp ráp, các thiết bị định vị và cố định có độ chính xác cao được sử dụng để đảm bảo rằng vị trí lắp đặt của mỗi thành phần là chính xác và tránh sự suy giảm hiệu suất của đèn do sai lệch lắp đặt thành phần. Đồng thời, các đèn đã lắp ráp được kiểm tra chất lượng nghiêm ngặt, bao gồm kiểm tra hiệu suất điện, kiểm tra hiệu suất chống nước, kiểm tra hiệu suất cơ học, v.v., để đảm bảo rằng các sản phẩm đáp ứng các tiêu chuẩn và yêu cầu liên quan. Thông qua các biện pháp cải tiến này, đèn cắm đất năng lượng mặt trời mới có những ưu điểm rõ rệt về hiệu quả sản xuất, kiểm soát chi phí và độ ổn định sản phẩm.
3. Các vật liệu phổ biến cho đèn cắm đất năng lượng mặt trời
3.1 Vật liệu kim loại
3.1.1 Đặc điểm và ứng dụng của vật liệu thép không gỉ
Thép không gỉ là một trong những vật liệu kim loại thường được sử dụng trong đèn cắm đất năng lượng mặt trời, và đặc điểm chính của nó là khả năng chống ăn mòn tuyệt vời. Thép không gỉ chứa ít nhất 10,5% crôm. Khi tiếp xúc với không khí, crôm sẽ bị oxy hóa để tạo thành một lớp màng thụ động, hoạt động như một lá chắn rắn, ngăn chặn hiệu quả oxy và các chất ăn mòn khác tiếp xúc với kim loại bên trong, do đó ngăn ngừa rỉ sét. Ví dụ, trong môi trường ẩm ướt và giàu muối như ven biển, các vật liệu kim loại thông thường dễ bị ăn mòn, trong khi đèn cắm đất năng lượng mặt trời làm bằng thép không gỉ có thể duy trì vẻ ngoài và hiệu suất tốt, và cung cấp ánh sáng ổn định và lâu dài cho môi trường xung quanh.
Thép không gỉ cũng có độ bền và độ cứng cao, có thể chịu được các tác động bên ngoài lớn mà không bị biến dạng hoặc hư hỏng. Điều này cho phép đèn cắm đất bằng thép không gỉ duy trì tính toàn vẹn cấu trúc và đảm bảo hoạt động bình thường của đèn trong quá trình lắp đặt và sử dụng, ngay cả khi chúng bị va đập đến một mức độ nhất định, chẳng hạn như bị đá vô tình bởi người đi bộ hoặc bị va đập bởi các vật nặng. Trong một số nơi công cộng có lưu lượng lớn, chẳng hạn như các con đường chính của công viên và các khu vực xung quanh quảng trường, đèn cắm đất năng lượng mặt trời bằng thép không gỉ đã trở thành lựa chọn đáng tin cậy để đảm bảo sự ổn định chiếu sáng nhờ vào đặc tính chắc chắn và bền bỉ của chúng.
Trong thiết kế đèn cắm đất năng lượng mặt trời, thép không gỉ thường được sử dụng cho thân đèn và phần cắm đất. Kết cấu kim loại đơn giản và mượt mà của nó có thể thêm cảm giác hiện đại và công nghệ cho đèn, làm cho nó phù hợp với các môi trường cảnh quan hiện đại khác nhau. Ví dụ, trong các quảng trường hiện đại của thành phố, đèn cắm đất năng lượng mặt trời làm bằng thép không gỉ không chỉ đáp ứng nhu cầu chiếu sáng mà còn hòa nhập với các tòa nhà hiện đại xung quanh, các tác phẩm điêu khắc và các yếu tố cảnh quan khác để tạo ra một bầu không khí tổng thể đơn giản và trang nhã.
3.1.2 Ưu điểm và trường hợp của vật liệu nhôm đúc
Nhôm đúc có khả năng tạo hình tuyệt vời và có thể được sử dụng để sản xuất các hình dạng phức tạp khác nhau của các bộ phận thông qua đúc. Tính năng này làm cho thiết kế của đèn cắm đất năng lượng mặt trời trở nên đa dạng và cá nhân hóa hơn, đáp ứng nhu cầu của các khách hàng khác nhau về hình thức của đèn. Ví dụ, một số đèn cắm đất năng lượng mặt trời có hình dạng độc đáo trên thị trường có các đường cong đẹp hoặc các hình dạng hình học nghệ thuật trên thân đèn của chúng. Những thiết kế này thường được hưởng lợi từ khả năng tạo hình tốt của nhôm đúc.
Hiệu suất tản nhiệt của nhôm đúc cũng rất ưu việt. Bản thân nhôm là một kim loại có độ dẫn nhiệt tốt. Trong quá trình đúc, cấu trúc bên trong của nó được tối ưu hóa, cải thiện hơn nữa hiệu suất tản nhiệt. Đối với đèn cắm đất năng lượng mặt trời, hiệu suất tản nhiệt tốt là rất cần thiết. Các hạt đèn LED sẽ tạo ra nhiệt trong quá trình hoạt động. Nếu nhiệt không thể được tản ra kịp thời, nhiệt độ của các hạt đèn sẽ tăng lên, do đó ảnh hưởng đến hiệu suất phát sáng và tuổi thọ của chúng. Thân đèn làm bằng nhôm đúc có thể nhanh chóng dẫn nhiệt do các hạt đèn LED tạo ra, giảm nhiệt độ làm việc của các hạt đèn và kéo dài tuổi thọ tổng thể của đèn.
Lấy một thương hiệu đèn cắm đất năng lượng mặt trời làm ví dụ, sản phẩm sử dụng nhôm đúc để làm thân đèn. Thiết kế cánh tản nhiệt độc đáo tăng diện tích tản nhiệt, để nhiệt độ của các hạt đèn luôn được giữ trong phạm vi hợp lý trong quá trình sử dụng lâu dài của đèn. Sau khi thử nghiệm thực tế, trong cùng một môi trường sử dụng, tuổi thọ của các hạt đèn LED của đèn cắm đất này dài hơn khoảng 20% so với đèn làm bằng vật liệu thông thường, giảm hiệu quả tần suất và chi phí thay thế đèn. Đồng thời, quy trình đúc tinh xảo của nó làm cho bề mặt của thân đèn mịn màng và tinh tế, và nó hấp dẫn hơn về mặt ngoại hình, được nhiều người tiêu dùng ưa chuộng.
3.1.3 Tóm tắt các ưu điểm và nhược điểm của vật liệu kim loại
Đèn cắm đất năng lượng mặt trời bằng kim loại có những ưu điểm đáng kể về độ bền. Các vật liệu như thép không gỉ và nhôm đúc có thể chịu được sự ăn mòn của các môi trường khắc nghiệt khác nhau, chẳng hạn như không khí ẩm, mưa, bức xạ tia cực tím, v.v., và có thể được sử dụng ổn định trong thời gian dài trong môi trường ngoài trời, giảm đáng kể chi phí bảo trì và thay thế.
Về mặt thẩm mỹ, kết cấu của vật liệu kim loại có thể mang lại cho đèn một phong cách độc đáo. Kết cấu lạnh của thép không gỉ và kết cấu tinh tế của nhôm đúc có thể đáp ứng các yêu cầu về thẩm mỹ của đèn trong các cảnh khác nhau. Cho dù đó là phong cách cảnh quan tối giản hiện đại hay sân vườn phong cách cổ điển châu Âu, bạn có thể tìm thấy một đèn cắm đất năng lượng mặt trời bằng kim loại phù hợp.
Tuy nhiên, vật liệu kim loại cũng có một số nhược điểm. Chi phí của nó tương đối cao, đặc biệt là một số thép không gỉ chất lượng cao và hợp kim nhôm đặc biệt, điều này làm cho giá của đèn cắm đất năng lượng mặt trời làm từ vật liệu kim loại thường cao, điều này hạn chế sự phổ biến của nó trên thị trường đến một mức độ nhất định. Ngoài ra, trọng lượng của vật liệu kim loại lớn, điều này sẽ tăng độ khó và chi phí trong quá trình vận chuyển và lắp đặt. Đối với một số đèn cắm đất năng lượng mặt trời cần di chuyển thường xuyên hoặc lắp đặt ở các vị trí đặc biệt, vật liệu kim loại nặng hơn có thể không phù hợp.
3.2 Vật liệu nhựa
3.2.1 Đặc điểm hiệu suất của nhựa ABS
Nhựa ABS là một terpolymer được làm từ acrylonitrile, butadiene và styrene, với hiệu suất tổng hợp tốt. Về tính chất cơ học, nhựa ABS có độ bền và độ dẻo dai cao, và có thể chịu được một mức độ va đập bên ngoài mà không dễ bị vỡ. Ví dụ, trong quá trình sử dụng hàng ngày, ngay cả khi đèn cắm đất năng lượng mặt trời bị va đập hoặc rơi, thân đèn nhựa ABS có thể bảo vệ tốt hơn các thành phần bên trong và giảm nguy cơ hư hỏng.
Khả năng chống thời tiết của nó cũng đáng chú ý. Mặc dù nhựa ABS tự nó có khả năng chống tia cực tím hạn chế, khả năng chống thời tiết của nó trong môi trường ngoài trời có thể được cải thiện hiệu quả bằng cách thêm các chất ổn định chống tia cực tím và các biện pháp khác. Dưới ánh sáng mặt trời, đèn cắm đất năng lượng mặt trời ABS nhựa được xử lý không dễ bị lão hóa, đổi màu, giòn và các vấn đề khác, và có thể duy trì ngoại hình và hiệu suất tốt trong thời gian dài.
Trong đèn cắm đất năng lượng mặt trời, nhựa ABS thường được sử dụng để làm thân đèn và chụp đèn. Vì dễ gia công và định hình, nó có thể được làm thành các bộ phận phức tạp khác nhau thông qua ép phun, đùn và các quy trình khác. Đồng thời, nhựa ABS cũng có độ bóng bề mặt và kết cấu tốt. Sau khi xử lý bề mặt, nó có thể trình bày các hiệu ứng ngoại hình khác nhau và đáp ứng các yêu cầu thiết kế đa dạng.
3.2.2 Giới thiệu về các vật liệu nhựa khác
Ngoài nhựa ABS, polyethylene (PE) cũng là một trong những vật liệu nhựa thường được sử dụng trong đèn cắm đất năng lượng mặt trời. PE có độ ổn định hóa học tốt và có khả năng chịu đựng tốt với hầu hết các axit, kiềm và dung môi hữu cơ. Trong một số môi trường có thể tiếp xúc với các chất hóa học, chẳng hạn như đường công viên gần các nhà máy hóa chất và khu vực tưới tiêu nông nghiệp, đèn cắm đất năng lượng mặt trời PE có thể thích nghi tốt hơn với môi trường và duy trì hiệu suất ổn định của chúng.
Polyethylene cũng có độ linh hoạt tốt, do đó khi đèn bị ép bởi lực bên ngoài, nó có thể đệm áp lực thông qua sự biến dạng của chính nó và giảm khả năng hư hỏng. Độ linh hoạt này đặc biệt quan trọng trong một số cảnh cần thích nghi với các địa hình hoặc điều kiện lắp đặt khác nhau. Ví dụ, trong các công viên núi với sự biến động địa hình lớn, đèn cắm đất năng lượng mặt trời PE có thể được lắp đặt và sử dụng linh hoạt hơn.
Polypropylene (PP) cũng được sử dụng trong sản xuất đèn cắm đất năng lượng mặt trời. PP có độ bền và độ cứng cao, cũng như khả năng chịu nhiệt tốt, và có thể duy trì hiệu suất ổn định trong một phạm vi nhiệt độ nhất định. Trong môi trường nhiệt độ cao vào mùa hè, đèn cắm đất PP sẽ không bị biến dạng hoặc suy giảm do nhiệt độ quá cao, đảm bảo việc sử dụng bình thường của đèn.
Ngoài ra, PP cũng có trọng lượng nhẹ hơn và chi phí thấp hơn, điều này làm cho đèn cắm đất năng lượng mặt trời PP cạnh tranh về giá cả. Trong một số thị trường nhạy cảm hơn với chi phí, chẳng hạn như các dự án chiếu sáng nông thôn quy mô lớn và chiếu sáng cho các địa điểm sự kiện tạm thời, đèn cắm đất năng lượng mặt trời PP có thể được sử dụng rộng rãi do hiệu quả chi phí của chúng.
3.2.3 Ưu điểm về chi phí và ứng dụng của vật liệu nhựa
Đèn cắm đất năng lượng mặt trời bằng nhựa có những ưu điểm rõ ràng trong việc kiểm soát chi phí. So với vật liệu kim loại, nhựa có chi phí nguyên liệu thấp hơn, và công nghệ gia công tương đối đơn giản, với hiệu suất sản xuất cao, có thể giảm hiệu quả chi phí sản xuất. Điều này làm cho đèn cắm đất năng lượng mặt trời bằng nhựa cạnh tranh hơn về giá cả và dễ dàng đáp ứng nhu cầu của thị trường đại chúng.
Về tính linh hoạt trong thiết kế, vật liệu nhựa có những ưu điểm lớn. Vì dễ gia công và định hình, đèn với các hình dạng, màu sắc và kích thước khác nhau có thể được sản xuất thông qua các khuôn khác nhau. Cho dù đó là một đèn cắm đất mini nhỏ gọn hay một đèn cắm đất cảnh quan lớn với hình dạng độc đáo, vật liệu nhựa có thể dễ dàng đạt được. Đồng thời, vật liệu nhựa cũng có thể đạt được các chức năng đặc biệt và hiệu ứng ngoại hình khác nhau bằng cách thêm các chất phụ gia khác nhau hoặc xử lý bề mặt, chẳng hạn như thêm chất phát quang để làm cho đèn phát ra ánh sáng huỳnh quang độc đáo trong bóng tối, hoặc làm mờ để tăng kết cấu bề mặt. Vật liệu nhựa nhẹ, có thể giảm đáng kể chi phí và khó khăn trong quá trình vận chuyển và lắp đặt. Đối với một số dự án yêu cầu một số lượng lớn đèn cắm đất năng lượng mặt trời, chẳng hạn như các dự án chiếu sáng cảnh quan trong các công viên lớn và các dự án chiếu sáng đường trong các khu dân cư, đèn nhựa nhẹ có thể giảm chi phí vận chuyển và chi phí lao động và cải thiện hiệu quả lắp đặt. Ngoài ra, vật liệu nhựa có khả năng cách điện tốt với nước và điện, và an toàn hơn trong quá trình sử dụng, giảm nguy cơ an toàn do rò rỉ và các vấn đề khác.
4. Ứng dụng của đèn cắm đất năng lượng mặt trời
4.1 Ứng dụng trong chiếu sáng cảnh quan
4.1.1 Xây dựng cảnh quan trong công viên và điểm tham quan
Trong các công viên, đèn cắm đất năng lượng mặt trời thường được sử dụng ở hai bên đường đi trong vườn, ở rìa các luống hoa, trên các con đường lát ván ven hồ và các khu vực khác. Lấy một công viên đô thị lớn làm ví dụ. Đèn cắm đất năng lượng mặt trời đơn giản được sắp xếp theo khoảng cách dọc theo lối đi quanh co. Ánh sáng mềm mại của nó không chỉ chiếu sáng con đường cho người đi bộ, tránh những nguy hiểm tiềm ẩn khi đi bộ do ánh sáng không đủ, mà còn phác thảo đường viền của con đường thông qua thiết kế chiếu sáng khéo léo, hướng dẫn lộ trình tham quan của du khách. Trong khu vực luống hoa, đèn cắm đất năng lượng mặt trời đầy màu sắc được giấu khéo léo trong các bông hoa. Khi đêm buông xuống, ánh sáng tỏa ra qua các khe hở giữa các bông hoa và cành cây, tạo ra một bầu không khí mơ màng và thêm một chút lãng mạn cho cảnh quan đêm của công viên.
Tại các điểm du lịch, đèn mặt đất năng lượng mặt trời cũng đóng vai trò quan trọng. Ví dụ, một số điểm du lịch lịch sử và văn hóa sắp xếp đèn mặt đất năng lượng mặt trời xung quanh các tòa nhà cổ, làm nổi bật đường viền và đặc điểm của các tòa nhà cổ bằng ánh sáng vàng ấm, để chúng cũng có thể thể hiện nét quyến rũ độc đáo của mình vào ban đêm và thu hút du khách dừng lại và ngắm nhìn. Đối với các điểm du lịch tự nhiên, chẳng hạn như núi, rừng và bờ biển, đèn mặt đất năng lượng mặt trời có thể được sử dụng để chiếu sáng các con đường đi bộ, đường ván ven biển, v.v., cung cấp sự tiện lợi cho du khách trong các chuyến tham quan ban đêm. Đồng thời, ánh sáng của chúng hòa quyện với môi trường tự nhiên và không phá hủy vẻ đẹp sinh thái nguyên bản của khu vực danh lam thắng cảnh.
4.1.2 Chiếu sáng trang trí sân biệt thự
Tại sân biệt thự, việc ứng dụng đèn mặt đất năng lượng mặt trời cải thiện đáng kể tính thẩm mỹ và an toàn. Từ góc độ thẩm mỹ, đèn mặt đất năng lượng mặt trời với các hình dạng và màu sắc khác nhau có thể được sắp xếp theo phong cách của sân. Ví dụ, trong một sân kiểu châu Âu, chọn đèn mặt đất năng lượng mặt trời với thiết kế chạm khắc cổ điển và lắp đặt chúng ở hai bên lối đi trong vườn. Ánh sáng ấm áp mà nó phát ra bổ sung cho các tác phẩm điêu khắc châu Âu xung quanh, đài phun nước và các cảnh quan khác, tạo ra bầu không khí lãng mạn và thanh lịch. Trong một sân phong cách tối giản hiện đại, đèn mặt đất năng lượng mặt trời hình vuông hoặc tròn đơn giản, với các đường nét đơn giản và ánh sáng sáng, thêm vào cảm giác thời trang cho sân.
Về mặt an toàn, đèn mặt đất năng lượng mặt trời cung cấp đủ ánh sáng cho các hoạt động ban đêm trong sân. Khi chủ nhà tổ chức tiệc tối, tiệc tùng và các hoạt động khác trong sân, đèn mặt đất có thể chiếu sáng khu vực hoạt động để ngăn khách bị ngã do thiếu ánh sáng. Đồng thời, lắp đặt đèn mặt đất năng lượng mặt trời tại lối vào, bậc thang và các vị trí khác của sân cũng có thể nhắc nhở người đi bộ chú ý đến chân của họ và đảm bảo an toàn khi đi lại vào ban đêm. Ngoài ra, một số đèn mặt đất năng lượng mặt trời còn có chức năng cảm biến. Khi có người đến gần, đèn sẽ tự động bật sáng, tăng cường hơn nữa sự an toàn và tiện lợi cho sân.
4.1.3 Trang trí cảnh quan xanh đô thị
Trong việc làm xanh đường đô thị, đèn mặt đất năng lượng mặt trời thường được sử dụng để chiếu sáng và trang trí các dải phân cách và dải xanh. Ví dụ, ở hai bên đường chính của một thành phố, một đèn mặt đất năng lượng mặt trời được lắp đặt trong dải xanh ở khoảng cách đều nhau. Những đèn mặt đất này không chỉ cung cấp ánh sáng phụ trợ cho đường vào ban đêm và cải thiện an toàn khi lái xe, mà còn thêm vào một cảnh quan đẹp cho đường phố thông qua các hiệu ứng ánh sáng độc đáo của nó. Vào ban đêm, ánh sáng của đèn mặt đất và cây xanh trong dải xanh bổ sung cho nhau, tạo ra hiệu ứng thị giác thoải mái và dễ chịu và giảm mệt mỏi thị giác của người lái xe.
Tại các quảng trường đô thị, đèn mặt đất năng lượng mặt trời có thể được sử dụng ở các khu vực như rìa quảng trường, bồn hoa và xung quanh các tác phẩm điêu khắc. Lấy quảng trường trung tâm của một thành phố làm ví dụ. Một vòng đèn mặt đất năng lượng mặt trời đầy màu sắc được sắp xếp xung quanh đài phun nước lớn trong quảng trường. Khi đài phun nước được bật, ánh sáng và nước của đài phun nước đan xen tạo thành hiệu ứng ánh sáng và bóng màu sắc, thu hút nhiều người dân đến xem và trở thành điểm nhấn của quảng trường vào ban đêm. Ngoài ra, trong khu vực nghỉ ngơi của quảng trường, đèn mặt đất năng lượng mặt trời cung cấp cho người dân một môi trường chiếu sáng thoải mái, thuận tiện cho người dân nghỉ ngơi và giao tiếp vào ban đêm.
4.2 Các kịch bản ứng dụng khác
4.2.1 Các trường hợp ứng dụng chiếu sáng khẩn cấp
Trong một thảm họa bão vào năm 2020, mất điện đã xảy ra ở nhiều khu vực của một thành phố ven biển. Cộng đồng địa phương đã dự trữ một loạt đèn sàn năng lượng mặt trời trước đó và nhanh chóng triển khai chúng tại các lối đi chính, cầu thang và các vị trí khác của cộng đồng. Những đèn sàn năng lượng mặt trời này tiếp tục cung cấp ánh sáng trong thời gian mất điện, đảm bảo lối đi an toàn cho cư dân trong bóng tối và tránh các tai nạn như ngã và va chạm do thiếu ánh sáng. Cư dân đã sử dụng đèn sàn năng lượng mặt trời để hoàn thành thành công các nhiệm vụ như xử lý vật liệu và sơ tán nhân sự, giảm thiểu hiệu quả sự bất tiện và rủi ro do thảm họa gây ra.
Tại một số trường học ở vùng sâu vùng xa, thường xuyên xảy ra mất điện đột ngột do nguồn điện không ổn định. Để đảm bảo rằng việc học tập và sinh hoạt của học sinh không bị ảnh hưởng trong thời gian mất điện, nhà trường đã lắp đặt đèn sàn năng lượng mặt trời trong các lớp học, hành lang, ký túc xá và các khu vực khác. Khi xảy ra mất điện, đèn sàn năng lượng mặt trời tự động bật sáng, cung cấp ánh sáng cần thiết cho học sinh, cho phép học sinh tiếp tục hoàn thành bài tập về nhà, rửa ráy và các hoạt động khác, đảm bảo tiến độ bình thường của trật tự giảng dạy của nhà trường.
4.2.2 Chiếu sáng ở khu vực nông thôn và vùng sâu vùng xa
Tại các khu vực nông thôn, đèn cắm mặt đất năng lượng mặt trời có những ưu điểm đáng kể. Nhiều khu vực nông thôn gặp phải các vấn đề như phủ sóng lưới điện không đầy đủ và chi phí điện cao. Đèn cắm mặt đất năng lượng mặt trời không cần kết nối với lưới điện, dựa vào năng lượng mặt trời, dễ dàng lắp đặt và có chi phí vận hành thấp. Chúng có thể giải quyết hiệu quả các vấn đề chiếu sáng ở khu vực nông thôn. Ví dụ, ở một số khu vực nông thôn miền núi, nhà của người dân nằm rải rác và việc lắp đặt đường dây lưới điện rất tốn kém và khó khăn. Bằng cách lắp đặt đèn cắm mặt đất năng lượng mặt trời, người dân có thể đạt được chiếu sáng độc lập tại cửa nhà, sân, đường và các vị trí khác, cải thiện sự an toàn và tiện lợi cho việc đi lại ban đêm.
Tại các trang trại ở vùng sâu vùng xa, đèn cắm mặt đất năng lượng mặt trời cũng đã được sử dụng rộng rãi. Các trang trại thường yêu cầu chiếu sáng 24 giờ để đảm bảo sự phát triển và hoạt động bình thường của gia súc. Việc sử dụng đèn cắm mặt đất năng lượng mặt trời không chỉ giúp giảm chi phí điện mà còn tránh được những tác động bất lợi của việc mất điện đối với chăn nuôi. Ví dụ, một trang trại gà đã lắp đặt đèn cắm mặt đất năng lượng mặt trời xung quanh chuồng gà và trên lối đi. Những đèn cắm mặt đất này lưu trữ năng lượng mặt trời vào ban ngày và cung cấp ánh sáng cho chuồng gà vào ban đêm, tạo ra môi trường chiếu sáng ổn định cho gà và thúc đẩy sự phát triển khỏe mạnh của chúng.
4.2.3 Đáp ứng nhu cầu chiếu sáng ở những nơi đặc biệt
Tại các khu cắm trại, đèn mặt đất năng lượng mặt trời cung cấp ánh sáng tiện lợi cho người cắm trại. Người cắm trại có thể cắm đèn mặt đất năng lượng mặt trời xung quanh lều của họ để chiếu sáng khu vực cắm trại và tạo điều kiện cho các hoạt động ban đêm, chẳng hạn như nấu ăn và sắp xếp đồ đạc. Một số đèn mặt đất năng lượng mặt trời cũng có chức năng đuổi muỗi, giúp đuổi muỗi hiệu quả bằng cách phát ra sóng ánh sáng ở tần số cụ thể hoặc phát ra các chất đuổi muỗi, tạo ra môi trường cắm trại thoải mái cho người cắm trại.
Tại các bãi tắm ven biển, đèn mặt đất năng lượng mặt trời có thể được sử dụng để chiếu sáng các khu vực như bãi biển và đường ván. Vào ban đêm, ánh sáng của đèn mặt đất năng lượng mặt trời và ánh sáng của sóng bổ sung cho nhau, tạo ra một bầu không khí lãng mạn và thu hút du khách thưởng thức vẻ đẹp của bờ biển vào ban đêm. Đồng thời, đèn mặt đất năng lượng mặt trời cũng cung cấp bảo vệ an toàn cho du khách đi bộ và vui chơi tại các bãi tắm ven biển vào ban đêm, tránh tai nạn do ánh sáng không đủ. Ngoài ra, tại một số khu vực hoạt động dưới nước, chẳng hạn như bến tàu và trung tâm thể thao dưới nước, đèn mặt đất năng lượng mặt trời cũng có thể được sử dụng như các biển báo cảnh báo để nhắc nhở tàu thuyền và nhân viên chú ý đến an toàn.
V. Kết luận và Khuyến nghị
5.1 Kết luận nghiên cứu
Báo cáo này phân tích sâu sắc nhiều đặc điểm của đèn mặt đất năng lượng mặt trời về mặt thủ công, vật liệu và sử dụng.
Về công nghệ sản xuất, mặc dù công nghệ truyền thống có cấu trúc đơn giản, nhưng nó gặp phải các vấn đề như hiệu ứng ánh sáng hạn chế, lắp đặt và bảo trì rườm rà, và hình thức đơn điệu. Công nghệ mới sử dụng thiết kế cấu trúc sáng tạo, chẳng hạn như vỏ ngoài rỗng, thân đèn có thể điều chỉnh, mô-đun cảm biến thông minh, v.v., cũng như cải thiện các quy trình sản xuất và lắp ráp các bộ phận quan trọng đã cải thiện đáng kể hiệu suất sản phẩm, hiệu quả sản xuất và độ ổn định.
Về các vật liệu thường dùng, các vật liệu kim loại như thép không gỉ và nhôm đúc có ưu điểm là khả năng chống ăn mòn mạnh, độ bền cao và tản nhiệt tốt, có thể cải thiện độ bền và thẩm mỹ của đèn, nhưng chi phí cao và trọng lượng lớn; các vật liệu nhựa như ABS, PE, PP, v.v. có ưu điểm là chi phí thấp, thiết kế linh hoạt, trọng lượng nhẹ và cách điện tốt, và hoạt động tốt trong việc đáp ứng nhu cầu thị trường đại chúng và thiết kế đa dạng.
Về mặt sử dụng, đèn mặt đất năng lượng mặt trời được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực chiếu sáng cảnh quan tại các công viên, điểm tham quan, sân vườn biệt thự, cảnh quan xanh đô thị và các cảnh khác, đóng vai trò tạo cảnh quan, chiếu sáng trang trí và điểm nhấn; đồng thời, trong chiếu sáng khẩn cấp, chiếu sáng khu vực nông thôn và vùng sâu vùng xa cũng thể hiện giá trị độc đáo trong chiếu sáng cho các địa điểm đặc biệt như khu cắm trại và bãi biển, cung cấp các giải pháp hiệu quả cho nhu cầu chiếu sáng trong các kịch bản khác nhau.
5.2 Đề xuất phát triển ngành
Về đổi mới công nghệ, các doanh nghiệp nên tăng cường đầu tư R&D, cố gắng cải thiện hiệu suất chuyển đổi quang điện của tấm pin mặt trời, giảm chi phí, tối ưu hóa hơn nữa công nghệ điều khiển thông minh, và đạt được điều khiển chiếu sáng chính xác và tiện lợi hơn, chẳng hạn như phát triển chức năng chiếu sáng thông minh tích hợp sâu với ứng dụng di động để đáp ứng nhu cầu của người dùng về điều khiển từ xa và cài đặt cá nhân hóa.
Về mở rộng thị trường, các doanh nghiệp có thể tăng cường hợp tác với các nhà phát triển bất động sản, công ty thiết kế cảnh quan, v.v., và tích hợp đèn mặt đất năng lượng mặt trời vào nhiều dự án mới hơn; đồng thời, tích cực khám phá thị trường quốc tế, nhắm vào nhu cầu thị trường và đặc điểm văn hóa, thiết kế sản phẩm tùy chỉnh, và nâng cao ảnh hưởng quốc tế của thương hiệu.
Từ góc độ thiết lập tiêu chuẩn, các cơ quan liên quan và hiệp hội ngành nên tiếp tục cải thiện các tiêu chuẩn kỹ thuật và thông số kỹ thuật chất lượng của đèn mặt đất năng lượng mặt trời, làm rõ các chỉ số hiệu suất, yêu cầu an toàn và tiêu chuẩn bảo vệ môi trường của sản phẩm, tăng cường giám sát thị trường, và đảm bảo chất lượng và an toàn, thúc đẩy sự phát triển lành mạnh và có trật tự của ngành.
