Sáng chế mở ra hướng ứng dụng mới cho phương tiện quy mô nhỏ, thân thiện với môi trường.
Hướng đến tự chủ năng lượng xanh
Trước tình trạng ô nhiễm môi trường và nguồn nhiên liệu hóa thạch dần cạn kiệt, các giải pháp năng lượng tái tạo ngày càng được quan tâm. Trong lĩnh vực giao thông, xe điện tích hợp năng lượng mặt trời là một hướng đi triển vọng, giảm phụ thuộc vào điện lưới và cắt giảm phát thải khí nhà kính.
Xuất phát từ nhu cầu đó, nhóm nghiên cứu do PGS.TS Nguyễn Thái Sơn cùng các cộng sự gồm: Trương Trường Phú, Đoàn Văn Ngoan, Nguyễn Trung Vinh, Nguyễn Quốc Vinh, Dương Hoàng Hảo, Phạm Nhật Hào, Lê Võ Hoàng Sơn, Quách Ngọc Thịnh và Trần Trung Tính đã thiết kế và chế tạo thành công mô hình xe điện điều khiển từ xa tích hợp tấm pin năng lượng mặt trời.
Điểm nổi bật của mô hình là sử dụng Arduino UNO R3 để điều khiển, kết hợp bánh xe Mecanum cho khả năng di chuyển đa hướng và hệ thống Bluetooth cho phép điều khiển linh hoạt qua điện thoại. Tấm pin mặt trời trên xe sạc cho bộ pin Li-ion 18650, giúp phương tiện hoạt động mà không cần kết nối lưới điện trong điều kiện đủ sáng.
Xe được trang bị bốn động cơ DC, điều khiển qua module L298N. Module Bluetooth HC-05 kết nối với điện thoại để nhận lệnh điều khiển. Ngoài chế độ điều khiển thủ công, xe còn có khả năng tự hành nhờ cảm biến dò line TCRT5000, cho phép bám theo đường kẻ trên nền.
Hệ thống pin năng lượng mặt trời chuyển đổi điện áp xuống mức phù hợp cho Arduino và động cơ. Pin lưu trữ đảm bảo xe vận hành trong điều kiện thiếu sáng. Thiết kế cơ khí nhẹ, gọn, dễ di chuyển và thay đổi hướng, phù hợp môi trường bằng phẳng hoặc mô hình thí nghiệm.
Nhóm nghiên cứu đã tiến hành thử nghiệm xe trong nhiều bối cảnh: Ánh sáng tốt, xe hoạt động ổn định, thời lượng pin lên tới 4 giờ. Ánh sáng yếu, thời gian vận hành khoảng 2 giờ nhờ pin lưu trữ.
Xe di chuyển tốt trên bê tông, đất và cỏ (hiệu suất đạt 50 - 80% so với đường nhựa), nhưng chưa tối ưu trên cát do lực cản lớn. Xe hoạt động ổn định với tải 1 - 2 kg, giảm hiệu suất khi đạt 3 kg và không đạt yêu cầu với 4 kg.
Hệ thống cảm biến hoạt động chính xác, bám theo đường thẳng, cong và qua góc cua mượt mà. Điều khiển từ xa bluetooth ổn định trong phạm vi 15m, bắt đầu suy giảm trên 20m.
Hiệu suất chuyển đổi năng lượng đạt tối đa 75% khi trời nắng mạnh, giảm còn 40% khi trời nhiều mây và thấp hơn khi trời mưa.
Tiềm năng ứng dụng rộng rãi
Theo nhóm tác giả, mô hình có nhiều điểm mạnh, có khả năng di chuyển đa hướng, hữu ích trong không gian hẹp. Tận dụng nguồn năng lượng tái tạo, giảm phụ thuộc điện lưới. Kết nối bluetooth cho phép vận hành từ xa an toàn, dễ dàng. Cảm biến và lập trình Arduino mở ra ứng dụng trong robot di động, vận chuyển thông minh.
Với ưu điểm này, xe có thể ứng dụng trong vận chuyển hàng nhẹ trong nhà máy hoặc kho; Hỗ trợ di chuyển hàng hóa ở khu vực hạn chế phương tiện lớn; Mô hình dạy học, nghiên cứu về năng lượng tái tạo và điều khiển tự động; Phục vụ sản xuất nông nghiệp quy mô nhỏ ở vùng sâu, vùng xa.
Tuy nhiên, mô hình vẫn gặp một số hạn chế như hiệu suất phụ thuộc nhiều vào điều kiện ánh sáng. Khả năng tải và thời lượng vận hành cần cải thiện để đáp ứng nhu cầu thực tế. Kết nối bluetooth bị giới hạn khoảng cách, dễ nhiễu sóng khi vận hành lâu.
Nhóm nghiên cứu đề xuất các hướng cải tiến thời gian tới là nâng cấp pin và tích hợp hệ thống quản lý năng lượng thông minh, tăng tầm điều khiển bằng Wi-Fi hoặc Zigbee, cải tiến cơ khí bằng vật liệu nhẹ, bền như sợi carbon, tích hợp AI và IoT để xe có thể giám sát, định vị và tự lái.
Mô hình xe điện điều khiển từ xa tích hợp năng lượng mặt trời không chỉ dừng lại ở ý nghĩa nghiên cứu - giảng dạy, mà còn có tiềm năng lớn trong nhiều lĩnh vực. Trong công nghiệp, xe có thể được điều chỉnh kích thước và nâng cấp tải trọng để phục vụ vận chuyển linh kiện, vật tư nhẹ trong nhà máy, kho bãi, giúp giảm sức lao động và tăng năng suất.
Trong nông nghiệp, xe có thể hỗ trợ vận chuyển nông sản, phân bón, vật tư ở những khu vực canh tác quy mô nhỏ, nhất là tại vùng sâu, vùng xa - nơi không có hạ tầng điện lưới ổn định.
Ngoài ra, nhờ khả năng điều khiển từ xa và tự hành, mô hình còn có thể ứng dụng trong môi trường nguy hiểm hoặc khó tiếp cận, như vận chuyển vật dụng trong khu vực bị ô nhiễm, khu khai thác mỏ, hoặc các khu vực cần hạn chế tiếp xúc trực tiếp.
