Trong nghiên cứu này giải quyết các vấn đề về việc thu thập và phân tích dữ liệu không dây trên thống năng lượng kép. Một bộ thí nghiệm được thực hiện bởi Lab nghiên cứu với cảm biến PZEM017 kết nối với RS485 để truyền dữ liệu đến DAQ ESP32 (Data Acquisition), truyền dữ liệu lên Blynk và Firebase. Một bộ nguồn công suất 100W bao gồm năng lượng nước, nănng lượng mặt trời và Pin Li-on được kết nối thành hệ thống năng lượng kép công suất nhỏ sử dụng cho các hộ gia đình. Kết quả thí nghiệm cho thấy công suất tạo ra của năng lượng nước và năng lượng mặt trời không ổn định. Hiệu suất của hệ thống giảm khi điện áp rớt bởi áp suất nước thấp và bức xạ mặt trời bị che khuất. Một chiến lượt quản lý năng lượng được đề xuất với tải công xuất lớn điều khiển kết hợp với nguồn năng lương Li-ion cho thấy hiệu suất tăng lên đáng kể Thiết kế ứng dụng blynk để giám sát dữ liệu realtime và điều khiển không dây tối ưu hệ thống. Kết quả thí nghiệm cho thấy công suất của hệ thống tăng lên từ 2W lên 12W đối với năng lượng nước và từ 10W lên 35W đối với năng lượng mặt trời khi sử dụng phương pháp tăng công suất của hệ thống khi quá tải.

Công nghệ nhúng và truyền tải không dây là xu hướng phát triển mạnh mẽ trong những năm gần đây, mở ra tiềm năng ứng dụng rộng rãi cho các hệ thống tự động hóa và giám sát. Tuy nhiên, việc thiết lập các hệ thống giám sát và điều khiển tự động hiệu quả vẫn còn gặp nhiều thách thức, bao gồm vấn đề về giá thành, độ chính xác, thời gian truyền dữ liệu, bảo mật dữ liệu và hiệu suất hoạt động. Bên cạnh đó, việc xây dựng hệ thống quản lý thống nhất và tối ưu cũng là một vấn đề cần được quan tâm.

Công nghệ IoT đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: nhà thông minh, nông lâm ngư nghiệp và thủy sản, giáo dục, tự động hóa, ... Trong lĩnh vực nhà thông minh, Trần Thị Minh Khoa và cộng sự đã thiết kế hệ thống quản lý và giám sát nhà từ xa với nhiều chức năng như bật tắt đèn, điều chỉnh độ sáng, nhiệt độ và độ ẩm, cảnh báo người lạ và khí ga, …. Camera an ninh được tích hợp khả năng phát hiện và báo cháy bởi Giáp Thị Nguyệt cùng các cộng sự. Nghiên cứu của TASTAN và Mehmet đã chỉ ra rằng năng lượng tiêu tụ và giá điện có thể được giảm bởi việc ứng dụng công nghệ IoT và quản lý năng lượng thông minh. Trong giáo dục, Lê Quang Anh và các cộng sự của đại học Cần Thơ đã ứng dụng công nghệ nhúng để chế tạo 3 thiết bị giám sát và kiểm tra nội dung thi năng khiếu thể dục thể thao. Trong nông nghiệp, một hệ thống nhúng sử dụng ESP32 và hệ điều hành FreeRTOS đã được để xuất bởi ông Tống Việt Hùng cùng các cộng sự để giảm năng lượng tiêu thụ cho hệ thống trồng rau thủy canh. Một nghiên cứu tự động hóa hoàn toàn bẫy rầy nâu hại lúa được thực hiện bởi ác giả Nguyễn Minh Kỳ cùng với nhóm. Bẫy mới được vận hành bởi năng lượng mặt trời và nhiều pin dự phòng, có nhiều chức năng như theo dõi thời tiết và số lượng rầy nâu, tự động loại bỏ rầy nâu đã bắt được, hẹn giờ, cảnh báo và thậm chí là gợi ý những quãng thời gian bắt được nhiều rầy nâu nhất theo mùa và thời tiết. Trong tự động hóa, Suganthi và các cộng sự đã thiết kế hệ thống hỗ trợ người lái với tầm nhìn tương lai khi chuyển làn.

Hệ thống nhúng và truyền tải dữ liệu không dây đang là vấn đề cần được giải quyết hiện nay bởi có nhiều ứng dụng cần cả việc giám sát không dây với cấu hình điều khiển để tối ưu và tăng hiệu suất của hệ thống. Trong nghiên cứu này đề xuất giải pháp cơ bản để giám sát lưu trữ và sử dụng năng lượng trên các thiết bị điện Battery Li-on, Năng lượng nước, năng lượng gió, năng lượng mặt trời và năng lượng Pin nhiên liệu (fuel cell). Nhúng điều khiển từ xa và tự động vào hệ thống để tăng hiệu suất của hệ thống thông qua bộ điều khiển và giám sát không dây.

Kết quả cho thấy một hệ thống năng lượng mới được thiết lập, các yếu tố ảnh hưởng như tắc nghẽn nước, thiếu ánh sáng thiếu hydrogen được đề xuất để quản lý. Một hệ thống hybrid kết hợp quản lý nhằm tăng hiệu suất của hệ thống.

Ảnh hưởng của lượng nước tiêu thụ đến công suất của tải

Lượng nước qua tuabin phụ thuộc vào áp suất nước. Áp suất nước hoạt động từ 0-2 bar khi thay đổi lưu lượng nước. Kết quả cho thấy tại áp suất nước thấp nhất 0.5 bar tuabin tạo ra điện áp là 8V và áp suất nước cao nhất 2 bar với điện áp 12V. Để kết nối tải ổn định cho nguồn năng lượng này cần kết nối bộ chuyển đổi nguồn điện. Kết quả thí nghiệm cho thấy áp suất nước thấp điện áp nhỏ chỉ sử dụng được cho các thiết bị có công suất thấp. Ở áp suất nước cao, lượng nước qua tuabin lớn kéo tuabin làm năng lượng tạo ra cao hơn. Ở thí nghiệm này cho thấy lượng công suất tạo ra nhỏ kết hợp với năng lượng pin Li-on để tối ưu tải trọng.

Kết quả thí nghiệm trên 2 đèn led 1W và áp suất nước 1 bar đến 2 bar. Điện áp dao động từ 9.8V đến 10.9V, khi tải công suất 1W với áp suất nước 1 -2 bar thì điện áp là 10.3V và 10.9V. Với công suất 2W với áp suất nước từ 1 - 2 bar điện áp trên thiết bị là 9.8V đến 10.3V. Đối với tải công suất thấp thì điện áp turbin đủ để cung cấp cho 2 đèn led công suất 2W. Tuy nhiên cũng cần có bộ chuyển đổi năng lượng để tránh hiện tượng tắc nghẽn nguồn nước làm cho điện áp rơi và thiết bị ngừng hoạt động. Công suất tăng lên từ 2W đến 30W khi kết hợp với nguồn Pin Li-on.  Công suất tiêu thụ của hệ thống đáp ứng được với tải có công suất lớn.

Ảnh hưởng của năng lượng mặt trời đến công suất của tải

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng đối với năng lượng mặt trời thì thời gian tạo ra dòng điện từ 10h đến 16h và sử dụng cho các mức công suất khác nhau thì lượng năng lượng tạo ra không đủ để đáp ứng cho tải. Cần cung cấp nguồn năng lượng phụ trợ từ pin li-ion cho hệ thống để tải trọng được hoạt động ổn định hơn. Hình 9 chỉ ra rằng điện áp của tấm pin 100W có thể tạo ra phụ thuộc vào bức xạ mặt trời, dòng điện tạo ra cung cấp đủ cho đèn led và quạt. Thử nghiệm với tải nhỏ nguồn điện đủ cung cấp cho hệ thống, khi cấp tải lớn nguồn điện không đủ để cung cấp cho hệ thống.

Kết hợp một nguồn năng lượng giữa Pin Li-on và các tuabin điện sẽ đáp ứng được với các mức tải trọng khác nhau. Nguồn năng lượng độc lập bị ảnh hưởng rất nhiều đến công suất và tải. Với mức trọng tải nhỏ thì hệ thống hoạt động ổn định. Khi mức trọng tải tăng lên, điện áp của hệ thống không còn ổn định và công suất đạt được cũng không cao. Nhưng nếu có nguồn năng lượng phụ trợ, hệ thống không những ổn định mà hiệu suất sử dụng cũng tăng lên đáng kể.

Hiệu suất của hệ thống

Kết quả thực nghiện cho thấy công suất của nước tạo ra ở các trường hợp đạt thấp do bởi turbin có công suất nhỏ từ 1 – 3W. Khi sài trực tiếp hệ thống chỉ phù hợp cho các thiết bị như đèn led có công suất nhỏ. Trường hợp điều khiển kết hợp với Pin Li-on ở tải công suất lớn kết quả cho thấy công suất của hệ thống tăng lên đối với turbin nước là 5.09W và Năng lượng mặt trời là 6.52W. Kết quả ở hình 10 cho thấy công suất sử dụng khi không điều khiển đạt tối đa sấp xỉ 10W khi có điều khiển kết hợp với Pin Li-on có thể đạt tới 35W.

Mô hình nhúng và quản lý năng lượng IoT

Một hệ thống quản lý năng lượng được thiết kế trên Web app Blynk và firebase. Tất cả các dữ liệu được giám sát đo đạc thử nghiệm và gửi lên hệ thống IoT real time. Hệ thống tích hợp điều khiển từ xa trên Blynk dùng để tắt các thiết bị tải khi xảy ra quá tải, hư hỏng thiết bị. Trong nghiên cứu này ứng dụng cho việc chuyển đổi nguồn năng lượng, tắt các thiết bị điện cho hệ thống.

Một phương pháp mới ứng dụng IoT để quản lý một chuỗi nhiều loại năng lượng khác nhau được đề xuất trong nghiên cứu này. Thiết lập cấu hình phần cứng và nhúng chương trình điều khiển vào hệ thống để quản lý chuỗi nguồn năng lượng. Kết quả cho thấy những tín hiệu gửi về có thể sử dụng để giám sát phân tích và khắc phục những lỗi xảy ra cho hệ thống như nước bị tắt nghẽn, năng lượng mặt trời thiếu ánh sáng, Đây là một nghiên cứu cơ bản dễ dàng ứng dụng và phát triển trên các phương tiện di chuyển như xe không người lái, xe mô hình đô thị và có thế mạnh trong việc chẩn đoán hiệu suất của hệ thống dưới sự giám sát trên nền tảng IoT.