DỊCH BÀI BÁO KHOA HỌC VỀ HỆ THỐNG BƠM NƯỚC KẾT NỐI TRỰC TIẾP VỚI ĐIỆN MẶT TRỜI

Xã hội phát triển, những loại máy móc và thiết bị điện ra đời đã đang có những đóng góp vô cùng lớn, tiết kiệm sức lao động của con người , Thế nhưng để những thiết bị điện tử này hoạt động thì điện năng là yếu tố quan trọng thiết yếu nhất. Điện năng đã và đang có những vai trò vô cùng quan trọng trong cuộc sống sinh hoạt, sản xuất. Tất cả các ngành nghề hiện nay từ thủ công đến chuyên nghiệp đều cần có sự tham gia của điện năng. Điện năng hiện nay như một thành phần tham gia vào sản xuất không thể thiếu. Không thể tưởng tượng được cuộc sống của chúng ta hiện nay sẽ như thế nào nếu như không có điện. Điện đang đóng một vai trò vô cùng quan trọng trong cuộc sống cũng như sản xuất. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của xã hội và các ngành công nghiệp, từ đó làm tăng nhu cầu về năng lượng. Cung ứng năng lượng đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế xã hội đang và sẽ phải đối mặt với nhiều vấn đề và thách thức, đặc biệt là sự cạn kiệt dần nguồn nhiên liệu hóa thạch, giá dầu biến động, và các tác động của biến đổi khí hậu đến an ninh, an toàn trong cung ứng năng lượng… Vì vậy, các quốc gia trên thế giới đang dần đẩy mạnh về việc phát triển tái tạo, nhằm đáp ứng nhu cầu năng lượng cho quốc gia, góp phần bảo về môi trường và phát triển kinh tế… Và một trong những năng lượng sạch có tính ổn định cao và tiền năng vô tận đó là năng lượng mặt trời. Ngày nay, điện mặt trời được áp dụng khá phổ biến trong sản xuất và sinh hoạt. Dưới đây, là một đề tài nghiên cứu khoa học về việc nghiên cứu về hệ thống bơm nước được kết nối trực tiếp với điện mặt trời, từ đó đưa ra so sánh và mối quan hệ giữa lượng chiếu xạ mặt trời, điện áp và công suất của hệ thống bơm nước.

16142279 Lữ Đình Vinh 16142494 Hồng Văn Bảo 16142263 Đinh Xuân Thái 16142436 Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Trương Việt Anh Nhóm thực hiện: Tên: MSSV: Lê Tấn Dĩ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - THÁNG 11/2019 ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MƠN ĐIỆN CƠNG NGHIỆP ***** I LỜI NĨI ĐẦU II Xã hội phát triển, loại máy móc thiết bị điện đời có đóng góp vô lớn, tiết kiệm sức lao động người , Thế để thiết bị điện tử hoạt động ĐỀ TÀI: BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ THỰC TẾ điện yếu tố quan trọng thiết yếu Điện DỊCH BÀI BÁO KHOA HỌC VỀ HỆ THỐNG BƠM NƯỚC KẾT NỐI TRỰC TIẾP VỚI ĐIỆN MẶT TRỜI có vai trị vơ quan trọng sống sinh hoạt, sản xuất Tất ngành nghề từ thủ công đến chuyên nghiệp cần có tham gia điện Điện thành phần tham gia vào sản xuất thiếu Không thể tưởng tượng sống khơng có điện Điện đóng vai trị vơ quan trọng sống sản xuất III Cùng với phát triển mạnh mẽ xã hội ngành cơng nghiệp, từ làm tăng nhu cầu lượng Cung ứng lượng đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế xã hội phải đối XXIV MỤC LỤC XXV mặt với nhiều vấn đề thách thức, đặc biệt cạn kiệt dần nguồn XXVI nhiên liệu hóa thạch, giá dầu biến động, tác động biến đổi XXVII khí hậu đến an ninh, an tồn cung ứng lượng… Vì vậy, quốc gia giới dần đẩy mạnh việc phát triển tái Articleinfo (Thông tin báo) tạo, nhằm đáp ứng nhu cầu lượng cho quốc gia, góp phần bảo XXVIII môi trường phát triển kinh tế… IV Abstract (Tóm tắt) Và lượng có tính ổn định cao tiền vơ tận lượng mặt trời Ngày nay, điện mặt trời Introduction (Giới thiệu) áp dụng phổ biến sản xuất sinh hoạt Dưới đây, đề tài nghiên cứu khoa học việc nghiên cứu hệ thống bơm XXIX nước kết nối trực tiếp với điện mặt trời, từ đưa so sánh mối quan hệ lượng chiếu xạ mặt trời, điện áp công suất Experimental rig (Giàn thí nghiệm) hệ thống bơm nước XXX V VI VII VIII IX X XI XII XIII 2.1 The PV array characteristics (Đặc điểm PV) XIV XV XVI XVII XVIII XIX XX XXI XXII XXIII XXXI 2.2 The dc motor (Động XXXII 2.3 The centrifugal pump XXXIII 2.4 Storage tanks and piping (Bể chứa XXXIV Procedure (P 14 XXXV Analysis and discussion on results (Phân tích thảo luận kết quả) 23 XXXVI Conclusion (Kết luận) 25 XXXVII Acknowledgement (Lời cảm ơn) 26 XXXVIII References (Tài liệu tham khảo) 27 XXXIX Kết luận 31 NỘI DUNG XL XLI Articleinfo LVIII LIX Thông tin báo: LX XLII XLIII Article history: LXI Lịch sử báo: XLIV Received 13 June 2009 LXII Nhận ngày 13 tháng năm 2009 XLV Received in revised form 20 April 2011 Accepted 21 LXIII Nhận mẫu sửa đổi ngày 20 tháng năm 2011 Được chấp nhận ngày 21 tháng năm 2011 April 2011 XLVI Available online 31 May 2011 LXIV Đăng trực tuyến ngày 31 tháng năm 2011 LXV XLVII XLVIII Keywords: XLIX.Photovoltaic L Water pumping LI dc-motor LII Direct coupling LIII PV system applications LXVI Từ khóa: LXVII Quang điện LXVIII Bơm nước LXIX Động LXX DC Khớp nối trực tiếp LXXI Ứng dụng hệ thống lượng mặt trời LIV Cost effective LXXII Hiệu chi phí LV Low head LXXIII Số lượng LXXIV Tóm tắt: LVI Abstract This paper describes the experimental study carried out to investigate the performance of a simple, directly coupled dc photovoltaic (PV) powered water pumping system The system comprises of a 1.5 kWp PV array, dc motor and a centrifugal pump The experiment was LVII LXXV Bài viết mô tả nghiên cứu thử nghiệm thực để điều tra hiệu suất hệ thống bơm nước quang điện dc (PV) đơn giản, ghép trực tiếp Hệ thống bao gồm pin lượng mặt trời 1,5 kWp, động DC bơm ly tâm Thí nghiệm LXXVI LXXVII conducted over a period of months and supply is not practical, the use of diesel pumps is very the system performance was monitored under different common climatic conditions and varying solar irradiance with LXXIX thực khoảng thời gian tháng hiệu suất two static head configurations Although the motor– hệ thống theo dõi điều kiện khí hậu khác pump efficiency did not exceed 30%,which is typical for xạ mặt trời khác Mặc dù hiệu suất bơm motor directly-coupled photovoltaic pumping systems, such a không vượt 30%, điều điển hình cho hệ thống bơm system is clearly suitable for low head irrigation in the quang điện ghép trực tiếp, hệ thống rõ ràng phù hợp remote areas, not connected to the national grid and với hệ thống nhu cầu tưới vùng sâu vùng xa, không kết nối where access to water comes as first priority the national với lưới điện quốc gia nơi tiếp cận với nước vấn đề ưu tiên đầu grid and where access to water comes as first priority tiên tiếp cận công nghệ Hệ thống hoạt động mà không cần issue than access to technology The system operates pin điều khiển điện tử phức tạp Do đó, khơng chi phí ban đầu without control, thấp mà cịn tiết kiệm chi phí bảo trì, sửa chữa thay therefore not only the initial cost is low but also Nghiên cứu cho thấy hệ thống ghép trực tiếp đạt trạng maintenance, repairing and replace- ment cost can be thái ổn định sau có thay đổi đột ngột battery and complex electronic saved The study showed that directly coupled system attains steady state soon after any abrupt change Introduction LXXVIII Long history of water pumping led to the development of amany methods for pumping water with minimum efforts and energy The techniques range from LXXX LXXXI LXXXII LXXXIII LXXXIV Giới thiệu LXXXV Lịch sử lâu dài việc bơm nước dẫn đến phát a simple hand pump to high efficiency elec- tric triển nhiều phương pháp bơm nước với lực bơm lượng pumps In remote rural areas where access to electric tối thiểu Các máy móc kỹ thuật bao gồm từ máy bơm tay đơn giản đến máy bơm điện hiệu cao Ở vùng nông thôn hẻo lánh nơi việc tiếp cận nguồn cung cấp điện không nhiều, việc sử many cases are cost effective A study carried in Namibia dụng máy bơm diesel thông dụng shows that a PV powered system can operate at about half the However, the system suffers with number of LXXXVI problems, such as fuel supply, technical know how and of life cycle cost to that of a diesel pumping [7] LXXXVII Tuy nhiên, hệ thống phải chịu số vấn đề, chẳng course the operating cost Photovoltaic (PV) operated water hạn cung cấp nhiên liệu, hiểu biết kỹ thuật tất nhiên chi pumping system provides an alternate Vari- ous systems have phí vận hành Quang vận dụng cung cấp nguồn been developed and tested around the world [1–4] Their lượng thay cho hệ thống bơm nước Các hệ thống khác performance has been assessed under varying climatic phát triển thử nghiệm toàn giới [1-4] Hiệu suất conditions and isolation These systems are operated with ac họ đánh giá điều kiện khí hậu khác riêng biệt or dc, directly coupled or battery operated, using various Các hệ thống vận hành với AC DC, kết hợp trực tiếp pumps, running under different climatic conditions The PV chạy pin, sử dụng nhiều máy bơm khác nhau, chạy systems are becoming increasingly popular, especially in điều kiện khí hậu khác Các hệ thống lượng mặt trời remote areas where power from a grid is not available or is too ngày trở nên phổ biến, đặc biệt khu vực hẻo lánh costly to be installed Also the pro- gress made in the world nơi khơng có nguồn điện từ lưới điện tốn để lắp đặt market of Ngồi ra, cơng nghệ sản xuất thị trường quang điện giới, the đẩy mạnh đến trưởng thành khoản đầu tư, đảm bảo độ tin technology utilized and makes it competitive for a variety of cậy cơng nghệ sử dụng khiến có khả cạnh tranh appli- cations to meet the energy demands [5] It is estimated cho nhiều ứng dụng, để đáp ứng nhu cầu lượng [5] Người ta that a sin- gle PV station of area 250 × 250 km2 or 12 ước tính trạm quang hình sin có diện tích 250 × 250 decentralized stations each 72 × 72 km2 would be enough to km2 12 trạm, trạm 72 × 72 km2 đủ để đáp ứng nhu cầu meet the year 2020 world electricity requirement [6] The điện giới năm 2020 [6] Các hệ thống bơm nước thường sử water pumping systems are fre- quently used for irrigation, dụng để tưới tiêu, cho gia súc, cung cấp nước cho hộ gia đình livestock watering and in households’ water supplies and in Trong nhiều trường hợp sử dụng quang cho hệ thống máy bơm of investments photovoltaics realized, emphasizes guarantees the the maturity reliability of có hiệu chi phí Một nghiên cứu thực Namibia early 1962 with the establish- ment of ‘‘Solar Energy cho thấy hệ thống chạy lượng mặt trời vận hành với Institute’’ Algeria intends to produce 7% of its power from chi phí nửa vòng đời so với bơm diesel [7] renewable energy including solar and wind as main sources, LXXXVIII However, two major issues – high initial by the year 2010 that represents at least 450 MW [13] investment and low efficiency, limit the wide spread use of PV XC system The achievable efficiency in the con- version of solar XCI Vì thế, hai vấn đề - đầu tư ban đầu cao hiệu radiation to electricity by solar cells is still low, 9– 12% under thấp, hạn chế sử dụng rộng rãi hệ thống quang Hiệu suất có real conditions [8,9] The initial cost of a PV system is about thể đạt phiên xạ mặt trời thành điện pin three times more than that of a diesel pumps with the same mặt trời thấp, 9-12% điều kiện thực [8,9] Chi phí ban performance [10] đầu hệ thống lượng mặt trời cao gấp khoảng ba lần so với LXXXIX Most African, South Asian and Latin American máy bơm diesel có hiệu suất [10] countries are ex- posed to sun almost through out the year, XCII Hầu châu Phi, Nam Á Mỹ Latinh mùa nắng where the solar intensity is quite high [11] Among these gần suốt năm, nơi cường độ mặt trời cao [11] Trong số countries Algeria is the one blessed with a geographical quốc gia này, Algeria quốc gia có vị trí địa lý có location that holds one of the highest reser- voirs where độ xạ ảnh sáng cao nhất, nơi địa hình khí hậu địa phương ủng topography and local climate favours its use The inso- lation hộ việc sử dụng quang Thời gian khai thác toàn lãnh time over the quasi-totality of the national territory exceeds thổ quốc gia vượt 2000 hàng năm đạt 3900 2000 h annually and may reach 3900 h (high plains and (bằng cao xa mạc Sahara) Chiếu xạ hàng ngày bề mặt ngang Sahara) The daily irradiation on a horizontal surface is kW kWh / m2 phần lãnh thổ (1700 kWh / m2 / năm h/m2 over the major part of the territory (1700 kW h/m 2/year phía bắc 2263 kWh / m2 / năm phía nam đất nước), in the north and 2263 kW h/m2/year in the south of the Bảng 1, [12] Sự quan tâm phát triển country), as shown in Table 1, [12] The interest towards the lượng tái tạo Algeria nhận thấy vào đầu năm 1962 với việc development of renewable energy in Algeria was perceived as thành lập Viện Năng lượng Mặt trời Algeria dự định sản xuất 7% lượng từ lượng tái tạo bao gồm lượng mặt trời these sites coincide with those parts of the earth where the need gió nguồn chính, vào năm 2010, tương đương cho 450 MW for water pumping is the greatest [14] and the same applies to [13] Algeria PV water pumping systems have been introduced in XCIII XCIV XCV XCVI Alge- ria quite some time ago The use of PV pumping at small- XCVII experi- ence of using diesel pumps scale irri- gation in isolated regions of Algeria is quite high Thus the technical know-how is available locally They also have the XCIX C XCVIII To chieve the target a number of initiatives have been taken that in- clude a comprehensive solar rural electrification programme of 20 villages and 150 MW hybrid CI Để đạt mục tiêu, số sáng kiến đưa ra, bao gồm CII chương trình phổ cập kiến thức quang nông solar-gas project at Hassi R’mel [12] Since commissioning, over thôn gồm 20 làng dự án lai khí-quang 150 1000 households have been electrified through this programme MW Hassi R’mel, [12] Kể từ đưa vào vận hành, The performance of PV pumping systems is influenced by local 1000 hộ gia đình tham gia chương trình Hiệu weather conditions It varies with variation in cloud covers, tem- suất hệ thống bơm sử dụng quang tính perature, wind speed etc Potential sites for solar application are tốn điều kiện thời tiết địa phương Nó thay đổi however, mainly characterised by stable insolation Fortunately theo thay đổi độ che phủ mây, nhiệt độ, tốc độ gió, v.v Tuy nhiên, vị trí tiềm cho ứng dụng plexity [10,15] The paper describes the performance of this lượng mặt trời, chủ yếu đặc trưng cách simple PV operated water pumping system ly ổn định May mắn thay, địa điểm trùng khớp với nơi trái đất nơi nhu cầu bơm nước Experimental rig CVIII The experimental rig installed at Oran University lớn [14] điều tương tự áp dụng với Algeria of Science and Technology (latitude 35.69°, longitude-0.64°) is Hệ thống bơm nước sử dụng lượng mặt trời shown in Fig Three main design parameters that affect the giới thiệu Alge cách lâu Việc sử dụng bơm có performance of di- rectly coupled PV systems at a given location hệ thống quang quy mô nhỏ khu vực bị cô (under particular cli- matic conditions) were taken into account lập Algeria cao Họ có kinh nghiệm sử during the early design of test rig Based on these design dụng máy bơm diesel parameters the installed directly coupled PV water pumping CIII system comprises of: CIV CV CVI CVII They tend to deal with such systems in the same way as they use to with a diesel unit i.e being able to intervene when ever necessary to repair a pump, without seeking external technical assistance This slightly compensates to rela- tively high initial investment The system under study was re- stricted to the basic PV pumping system configuration, which is, a PV panel directly connected to a dc motor–pump and a piping system The developed system does not need battery for intermediate energy storage and also no electronic control systems is added that would lead to high initial cost and maintenance com- • PV array – 30 PV modules, arranged in two parallel columns, each of 15 modules, connected in series, CIX CX Vì thế, họ có xu hướng đối phó với hệ thống giống cách họ sử dụng với máy bơm diesel, tức can thiệp cần thiết để sửa chữa máy bơm, mà không cần hỗ trợ kỹ thuật bên Điều bù đắp chút cho đầu tư ban đầu tương đối cao Hệ thống nghiên cứu giới hạn cấu hình hệ thống bơm quang bản, là, bảng điều khiển quang kết nối trực tiếp với máy bơm động DC hệ thống đường ống Hệ thống phát triển không cần pin để lưu trữ lượng xen kẽ khơng có hệ thống điều khiển điện tử thêm vào, điều dẫn đến chi phí ban đầu system on the other hand is low cost most reliable PV system [16] tính bảo trì cao [10,15] Bài viết mô tả hiệu suất hệ thống bơm The perfor-mance of such a system can be optimized by varying the nước vận hành PV đơn giản size of the PV array (a predominant factor), its orientation and CXI Giàn thí nghiệm pump–mo-tor–hydraulic system characteristics [4] CXVIII CXII Giàn thí nghiệm lắp đặt Đại học Khoa học Công nghệ Oran (vĩ độ 35,69 °, kinh độ- 0.64°) hình Ba thơng số thiết kế ảnh hưởng đến hiệu suất hệ thống quang ghép trực tiếp vị trí định (trong điều kiện cụ thể) tính đến q trình thiết kế ban đầu thiết bị thử nghiệm Dựa thông số thiết kế này, hệ thống bơm nước PV ghép nối trực tiếp lắp đặt bao gồm: CXIII • Mảng PV - 30 mơ đun PV, xếp thành hai cột song song, cột 15 mô đun, kết nối thành chuỗi, CXIV CXV CXVI Fig Schematic diagram of PV water pumping system • Motor–pump assembly – a permanent magnet dc motor cou-pled • with a single impeller centrifugal pump Water Storage Tanks – two identical storage tanks and a set of piping CXVII Such a system serves similar purpose to that of battery storage and power point tracker systems The later have CXIX Hình Sơ đồ hệ thống bơm nước PV improved effi-ciency, but are more expensive A directly coupled 10 CCCXIX CCCXXIII CCCXXIV CCCXX CCCXXV CCCXXI CCCXXII 27 CCCXXVI CCCXXVIII CCCXXIX CCCXXVII CCCXXX 28 CCCXXXIII CCCXXXI CCCXXXII 29 CCCXXXIV CCCXXXVI CCCXXXVII From Eq (17) we have: I CCCXXXVIII Substituting x from Eq (18) into the motor voltage relation CCCXXXV expressed V=I + I in Eq (1) gives: [19] CCCXXXIX Eq (19) is in fact the transformed load characteristic from the mechanical plane into the electrical plane Since the photovoltaic array operates at a point on its characteristic given by Eqs (12)– (16), Eq (19) can be solved numerically for I and the photovoltaic array voltage found from the above equations CCCXL Analysis and discussion on results CCCXLI Data were collected from December to March During this period a variation in daily irradiation had been recorded that ranges from completely overcast to very clear day Mean maximum and average hourly solar 30 irradiance for March and April are plotted in Fig In tháng thể Hình.3 Trên thực tế, liệu chiếu fact hourly solar irradiation data were continuously xạ hàng tiếp tục ghi nhận web kể từ năm 1993 Sự recorded on site since 1993 The system performance is hoạt động hệ thống biểu diễn mối liên hệ V-I presented in I–V curves in Fig As observed from the Hình.4 Quan sát hình cho ta thấy, hệ thống kích hoạt figure the system activates at irradiance of 160 W/m2 and lượng chiếu xạ 160w/ tiếp tục hoạt động hầu hết ngày continues operating most of the day between khoảng CCCXLII CCCXLIII CCCLI 300 and 700 W/m2 of irradiance The system requires an Từ phương trình thứ (17) ta có: CCCXLIV CCCXLV I activation current of about A that corresponds to [18] irradiance of 160W/m2 The activation current is the Thay X từ phương trình (18) vào mối quan hệ and the system is at standstill (rotational speed nil) We điện áp động thể biểu thưc (1) CCCXLVI V=I + I [19] CCCXLVII CCCXLVIII Eq(19) Trong thực tế, đặc tính chuyển đổi tải từ mặt phẳng sang mặt mặt phẳng điện Kể từ mảng quang điện hoạt động điểm đưa phương trình (12)–(16), (19) Có thể tìm được dịng điện điện áp mảng quang điện từ phương trình CCCXLIX CCCL value at the instant when voltage is applied to the motor Phân tích thảo luận kết Dữ liệu thu thập từ tháng 12 đến tháng 3, suốt thay đổi chiếu xạ ngày ghi nhận từ khoảng hoàn toàn nhiều mây đến quang đãng ngày Giá trị lớn giá trị trung bình chiếu xạ mặt trời tron tháng may distinguish between activation current which is starting of system rotation and starting of water pumping which usually take place at different times [30] The activation (starting) current, limited by the short-circuit current as expressed in Eq (14), is a linear function of irradiance As soon as the system starts rotating, the starting current decreases with increasing voltage until a steady-state is reached, which eventually corresponds to the operating point assuming a constant irradiance The flow rate versus day time for two typical days in December and March and for two static heads is plotted in Fig The system starts pumping at 09:00 h for a 31 static head of 11 m in March, whereas pumping did not định, mà cuối tương ứng hoạt động với điểm hoạt begin until 10:00 h in December, even with a low static động giả định lượng xạ không đổi Lưu lượng head (0.60 m) Depending on the solar irradiance and nước so với thời gian hai ngày điển hình hydraulic system configuration the flow rates vary tháng 12 tháng hai cột áp trình bày between to 65 l/min and pumping hours from to h Hình Hệ thống bắt đầu bơm lúc 09:00h cho cột áp Rapid fall in values are mainly due to scattered clouds tĩnh(11m) tháng 3, việc bơm khơng obstructing in coming solar radiation Relationship bắt đầu 10:00h tháng12, chí với between flow rate and motor–pump input power is drawn mức thấp cột áp tĩnh(0.6m) Tùy thuộc vào lượng in Fig As observed from the figure, the pump cannot xạ mặt trời cấu hình hệ thống thủy lực, tốc độ overcome the static head until a minimum of 288 W of dòng chảy mà có thay khác – 65 l/min power is supplied to the motor–pump at a static head of bơm từ – Giảm giá trị nhanh chóng chủ yếu 11 m and 56 W đám mây rải rác cản trở sợ xạ mặt trời Mối CCCLII từ 300-700w/ Hệ thống u cầu dịng kích hoạt khoảng quan hệ giữ tốc độ dịng chảy cơng suất đầu 1A tương ứng với lượng xạ lượng chiếu xạ máy bơm biểu diễn Hình Như quan sát từ 160w/ Dòng khởi động giá trị mà động tức sơ đồ cho ta thấy máy bơm vượt qua cột áp cung cấp điện áp (khi tốc độ động không) công suất động đật giá trị nhỏ Chúng ta phân biết dịng khởi động hệ thống 288W vưới cột áp 11m 56W bắt đầu quay bắt đầu bơm nước thường diễn vào CCCLIII at 0.6 m In Fig 7, the flow rate versus voltage profile thời điểm khác [30] Dịng kích hoạt(khởi shows, a minimum voltage required to start water động) bị giới hạn dòng điện ngắn mạch biểu thị pumping The total head versus voltage curve in Fig biểu thức (14) hàm tuyến tính lượng indicates that the pump starts to develop head soon after chiếu xạ Ngay hệ thống bắt đầu quay, dòng điện khởi the voltage is above the start rotation threshold However, động giảm với điện áp tăng đạt mức ổn flow does not begin until the pump develops enough head 32 to overcome the static head, it shows also that the CCCLV cho cột áp 0.6m Trong Hình thể sánh lưu operating voltage is around 240 V for the most part of lượng điện áp, điện áp nhỏ để khởi động máy day (at HST = 11 m) From Fig one can notice that bơm FIG.8 thể so sánh cột áp tổng điện motor–pump efficiency never reached 30% at static head áp máy bơm khởi động thẳng hướng lên of 11 m and just exceed 12% value at 0.6 m of static ngày sau điện áp cao ngưỡng mà bơm bắt head At low static head motor–pump operating rotational đầu quay Tuy nhiên, lưu lượng nước khơng có speed values were in the region of the motor rated speed, bơm đủ điều kiện để vượt qua áp suất tĩnh, điều whereas at HST = 11 m the motor–pump was operating nói lên điện áp hoạt động mức 240V hầu hết beyond motor rated speed (2600 rpm) That also means, ngày (=11m) Từ Hình điều cần ý that the motor has greater impact on motor–pump overall hiệu suất máy bơm không đạt tới 30% efficiency than the pump It has to be mentioned that the cột áp tĩnh 11m vượt 2% cột áp tĩnh 0.6m Ở system had to be stopped late afternoon since the pump cột áp tĩnh mức thấp máy bơm vận hành nằm vùng continued rotating without pumping The dc motor used tốc độ định mức động Trong =11m động by Benlarbi et al [31] in their PV water pumping system hoạt động tốc độ định mức cảu động (2600rpm) has identical characteristics to those described in our Điều có ý nghĩa động có tác động lớn work Despite having the pump speed rate equal to the hiệu suất máy bơm Điều đề cập hệ motor rating speed, it was found that the system thống dừng vào buổi chiều kể từ máy bơm tiếp tục efficiency never exceed 9% with or without fuzzy quay bơm Động DC sử optimization The results are compared in Fig 10, flow dụng Benlarbi [31], hệ thống bơm pin rate vs pump speed lượng mặt trời họ có đặc điểm CCCLIV Conclusion The performance of the directly coupled PV water pumping giống hệt mô tả giống Mặc dù có tốc độ bơm tốc độ định mức động cơ, rẳng hiệu suất hệ thống không vượt 9% có khơng 33 tối ưu hóa Những kết so sánh Hình 10, lưu and labour demanding, which evidently affects the lượng tốc độ bơm community’s life quality The efficiency of the system CCCLVI can increased by carefully selecting the size of the array, CCCLVII Kết Luận CCCLVIII Việc thực hệ thống bơm nước bin lượng mặt trời CCCLIX and two static head hydraulic system configurations The system is a low cost design, using local components not necessary designed for photovoltaic pumping, without its orientation and motor–pump system CCCLX Acknowledgement The authors are thankful to Dr Muhammad Farooq, CCCLXI Bahauddin Zakaria University, Multan, Pakistan for his comments and useful suggestions to improve the revised manuscript CCCLXII any complex electronic control and auxiliary systems It has been observed that the system is suitable for low delivery flow rate applications The system pumps water CCCLXIII CCCLXIV hai cấu hình áp suất tĩnh hệ thống thủy lực Hệ during the day time for over h (09:00 to around 17:30 thống có thiết kế chi phí thấp, sử dụng thành h) It runs without external intervention so long as sun is phần thiết kế địa phương(hiện có), khơng có hệ shining on the panels and pumped water is stored in the thống điều khiển hay thiết bị hỗ trợ phức tạp Từ storage tank The system is switched off in the late đó, quan sát thấy hệ thống phù hợp với cá afternoon to prevent motor–pump over heating It is ứng dụng vận chuyển vưới lưu lượng thấp Hệ thống bơm clearly evident that such a system is simple, easy to nước vào ban ngày 8h (từ 09:00h – 17:00h) Nó install and would operate with minimum maintenance chạy không cần can thiệp từ bên ngồi miền có ánh The system is useful for applications such as irrigation, sang mặt trời chiếu pin có nước lưu trữ watering cattle and maintaining domestic water supplies, bể chứa Hệ thống tắt buổi chiều muộn để particularly in remote areas where access to water (often ngăn máy bơm nhiệt Rõ rang hệ thống low head communicating wells system) is so much time đơn giản, dễ dàng cài đặt việc bảo trì tốn thời gian 34 Hệ thống hữu ích áp dụng cho cơng trình thuỷ lợi, Manage tắm cho gia súc trì nguồn nước sinh hoạt đặc [3] Grassie T, MacGregor K, Muneer T, Kubie J Design biệt cung cấp nước cho vùng khó khan of PV driven low flow solar domestic hot water system nhiều thời gian để lấy nước (vùng có trình độ dân trí and modeling of the system collector outlet temperature thấp), điều giúp nâng cao cải thiện chất lượng Energy sống nơi Hiệu hệ thống có [4] Ghoneim AA Design optimization of photovoltaic thể nâng lên cách lựa chọn kích cỡ powered water pumping systems Energy Convers mảng, địa điểm động Manage CCCLXV 1996;35(9):1407–16 Convers Manage 2002;43(8):1063–78 2006;47(11–12):1449–63 [5] Kaldellis JK, Spyropoulos GC, Kavadias KA, CCCLXVI Lời cảm ơn Koronaki IP Experimental validation of autonomous PV- CCCLXVII Các tác giả gửi lời biết ơn đến Dr.Mohamad Farooq, based water pumping system optimum sizing Renew Bahauddin, Zakaria University, Multan, Pakistan bình luận Energy đề xuất hữu để cải thiện thảo [6] Muneer T, Asif M, Kubie J Generation and CCCLXVIII CCCLXIX CCCLXX CCCLXXI 2009;34(4):110613 transmission prospects for solar electricity: UK and global markets Energy Convers Manage 2003;44(1):35– References [1] Moechtar M, Juwono M, Kantosa E Performance evaluation of a.c and d.c.direct coupled photovoltaic water pumping system Energy Convers Manage 1991;31(6):521–7 [2] Hamid M, Metwally B, Anis WR Dynamic 52 [7] MME, ministry of mines and energy, final report feasibility assessment for the replacement of diesel water pumps with solar water , MME; Windhoek,Namibia, 1996 CCCLXXII Tài Liệu Tham Khảo performance of directly coupled photovoltaic water pumping system using D.C shunt motor Energy Convers 35 CCCLXXIII [1] Moechtar M, Juwono M, Kantosa E Đánh giá CCCLXXX [8] Muller JC Expected improvement with new PV hiệu suất AC Dc hệ thống bơm kết nối trực tiếp vưới pin technology: efficiency, costs and life cycle Energy lượng mặt trời Quản lý trao đổi lượng 1991;31(6):521–7 Sustain Dev 2007;14 [15 March] [2] Hamid M, Metwally B, Anis WR Hiệu suất động [9] Oleksiy N Simulation pumps, manufacture and động DC kích từ song song kết nối trực tiếp với pin analysis of rear contact photovoltaic cells Doctorate lượng mặt trời Quản lý trao đổi lượng 1996;35(9):1407– thesis, National Institute of Applied Science, Lyon, 03 16 May;2005 CCCLXXIV [3] Grassie T, MacGregor K, Muneer T, Kubie J [10] Short TD, Oldach R Solar powered water pumps: Thiết kế pin lượng mặt trời điều khiển hệ thống nước nóng the past, the present-and the future Trans ASME lượng mặt trời thu tập nhiệt độ đầu Quản lý trao đổi 2003;125(February):76–82 lượng 2002;43(8):1063–78 [11] Ramos JS, Ramos HM Solar powered pumps to CCCLXXV CCCLXXVI [4] Ghoneim AA Tối ưu hóa thiết kế hệ thống pin supply water for rural or isolated zones: a case study lượng mặt trời cho hệ thống bơm Quản lý trao đổi lượng Energy 2006;47(11–12):1449–63 [12] MEM, ministry of energy and mines, new and CCCLXXVII [5] Kaldellis JK, Spyropoulos GC, Kavadias KA, Sustain renewable energies, Dev 2009;13(3):35–52 ; Koronaki IP Xác minh thử nghiệm hệ thống bơm nước tự động dựa 2008 việc tối ưu hóa kích thước pin lượng mặt trời Năng [13] APRUE, algerian national agency for the promotion lượng tái tạo 2009;34(4):1106–13 and CCCLXXVIII [6] Muneer T, Asif M, Kubie J Triển vọng rationalization of ; energy utilization, 2008 chuyển đổi phát triển điện mặt trời: thị trường Anh toàn [14] Anis WR, Nour MA Optimum design of a cầu Quản lý trao đổi lượng 2003;44(1):35–52 photovoltaic powered pumping system J Power Sources [7] MME, Bộ mỏ lượng, báo cáo đánh giá tính khả thi cuối để hay máy bơm diesel máy bơm pin lượng mặt trời, MME,Windhoek, Namibia, 1996 1994;50(1–2):1–9 CCCLXXIX [15] Firatoglu ZA, Yesilata B New approaches on the 36 optimization of directly coupled PV pumping systems Sol Energy CCCLXXXVI [13] APRUE, Cơ quan nước Algeria xúc tiến thúc 2004;77(1):81–93 đẩy [16] Anis WR, Nour MA Switching mode photovoltaic pumping system Energy Convers Manage 1994;35(9):765–73 hợp lý hóa sử dụng lượng ; 2008 CCCLXXXVII CCCLXXXVIII [14] Anis WR, Nour MA Thiết kế tối ưu [8] Muller JC Cải tiến dự kiến với công nghệ PV mới: hệ thống bơm lượng mặt trời J Power Sources hiệu quả, chi phí vịng đời Năng lượng bền vững Dev 1994;50(1–2):1–9 2007; 14 [15 tháng 3] CCCLXXXIX [15] Firatoglu ZA, Yesilata B Cách tiếp cận CCCLXXXI việc tối ưu hóa lượng mặt trời Sol Energy CCCLXXXII [9] Oleksiy N Mô phỏng, sản suất phân tích quang 2004;77(1):81–93 Quản lý troa địiỉ lượng điện tiếp xúc pin lượng mặt trời Luận án tiến 1994;35(9):765–73 sĩ, viện khoa học ững dụng quốc gia Lyon, 03 May;2005 CCCXC [16] Anis WR, Nour MA Chuyển chế độ hệ thống bơm CCCLXXXIII [10] Short TD, Oldach R Máy bơm nước chạy bằng lượng mặt trời Quản lý troa đòiỉ lượng pin lượng mặt trời Quá khứ, tương lai Trans ASME 2003;125(February):76–82 CCCLXXXIV [11] Ramos JS, Ramos HM Máy bơm nước 1994;35(9):765–73 CCCXCI [17] Hamidat A, Benyoucef B, Hartanin T Small-scale irrigation with photovoltaic water pumping system in lương mặt trời cung cấp nước cho nông thôn vùng sahara tách biệt: trường hợp nghiên cứu Năng lượng bền [18] Hadj Arab A, Chenlo F, Benghanem M Loss-of-load vững Dev 2009;13(3):35–52 probability of photovoltaic water pumping systems Sol CCCLXXXV [12] MEM, Bộ mỏ lượng, lượng tái tạo ; 2008 regions Renew Energy Energy 2003;28:1081–96 2004;76:713–23 [19] Odeh I, Yohani YG, Norton B Influence of pumping head, insolation and PV array size on PV water pumping system performance Sol Energy 2006;80:51–64 37 [20] Douglas JF, Gasiorek JM, Swaffiel JA Fluid CCCXCIV [18] Hadj Arab A, Chenlo F, Benghanem M Xác xuất mechanics England: Longman Scientific and Technical; tải hệ thống bơm lượng mặt trời Sol 1985 Energy 2004;76:713–23 [21] Chandratilleke TT, Ho J A study of a photovoltaic array for water pumping Sol Wind CCCXCV Technol đầu bơm kích thước pin lượng mặt trời 1986;3(1):59–71 [22] Faldella [19] Odeh I, Yohani YG, Norton B Ảnh hưởng lên hệ thống bơm lượng mặt trời Sol Energy E, Cardinali GC, Calzolari PU Architectural and design issues on optimal management 2006;80:51–64 CCCXCVI of photovoltaic pumping systems IEEE Trans Ind Electron 1991;38(5):385–92 [20] Douglas JF, Gasiorek JM, Swaffiel JA Cơ học chất lỏng, khoa học kĩ thuật; 1985 CCCXCVII [21] Chandratilleke TT, Ho J Một nghien cứu pin [23] Kolhe M, Joshi C, Kothari DP Performance analysis quang of a directly coupled photovoltaic water-pumping system 1986;3(1):59–71 IEEE Trans Energy Convers điện cho máy bơm Sol Wind Technol 2004;19(3):613–8 CCCXCVIII [22] Faldella E, Cardinali GC, Calzolari PU Các vấn [24] Suehrcke H, Appelbaum J, Breshef B Modelling a đề kiến trúc quản lý tối ưu hệ thống bơm quang permanent magnet dc motor/centrifugal pump assembly điện 1991;38(5):385–92 in photovoltaic energy system Sol Energy 1997;59(1– CCCXCIX 3):37–42 CD hệ thống bơm nước kết hợp trực tiếp với pin CCCXCII CCCXCIII [23] Kolhe M, Joshi C, Kothari DP Phân tích hiệu suất lượng mặt trời IEEE Trans Energy Convers [17] Hamidat A, Benyoucef B, Hartanin T Thủy lợi 2004;19(3):613–8 quy mô nhỏ với mơ hình hệ thống bơm lượng mặt trời Sahara Năng lượng tái tạo 2003;28:1081–96 CDI [24] Suehrcke H, Appelbaum J, Breshef B Mơ hình nam châm vĩn cửu động / cụm bơm ly tâm hệ 38 thống bơm lượng mặt trời Sol Energy 1997;59(1– [30] Singer S, Appelbaum J Starting characteristics of 3):37–42 direct current motors powered by solarcells IEEE Trans Energy CDII CDIII CDIV CDV 1993;8(1):47–53 (19) [31] Benlarbi K, Mokrani L, Nait-Said MS A fuzzy global efficiency optimization ofdirectly coupled PV [25] Hamdy MA A new model for the current–voltage pumping system Sol Energy 2004;77(2):234–44 output characteristics of photovoltaic modules J Power [26] Fiaschi D, Graniglia R, Manfrida G Improving the CDVII CDVIII CDIX CDX [25] Hamdy MA Một mô hình mưới cho đặc tính đầu effective ness of solar pumping systems by using modular điện áp modun quang điện J Power Sources centrifugal pumps with variable rotational speed Sol 1994;50(1–2):11–20 Sources 1994;50 CDVI Convers (1–2):11–20 Energy 2005;79(3):234–44 CDXI [27] Hsiao YR, Blevins BA Direct coupling of CDXII [26] Fiaschi D, Graniglia R, Manfrida G Cải thiện hiệu photovoltaic power source to water pumping system Sol hệ thống bơm lượng mặt trời sử dụng Energy modun bơm ly tâm với thay đổi tốc độ quay Sol 1984;32(4):489–98 [28] Weiner D, Levinson A An optimal operation design Energy 2005;79(3):234–44 of photovoltaic D.C motor coupled water pumping CDXIII [27] Hsiao YR, Blevins BA Kết nối trực tiếp lượng system Electr Mech Power Syst 1996;24(3):277–88 mặt trời với hệ thống bơm Sol Energy 1984;32(4):489– [29] 98 King DL Photovoltaic module and array performance characterization methods for all system CDXIV [28] Weiner D, Levinson A Một thiết kế tối ưu hệ operating conditions In: Proceedings of NREL/SNL thống bơm nước kết hơp với điện mặt trời DC Electr photovoltaic program review meeting, November 18–22, Mech Power Syst 1996;24(3):277–88 Lakewood; 1996 39 CDXV [29] King DL Modun lượng mặt trời đặc tuyến hiệu suất cho tất điều vận hành hệ thống: họp NREL / SNL đánh giá chương trình quang điện November 18–22, Lakewood; 1996 CDXVI [30] Singer S, Appelbaum J Đặc điểm khởi động cảu động chạy trực tiếp điện mặt trời IEEE Trans Energy Convers 1993;8(1):47–53 (19) CDXVII [31] Benlarbi K, Mokrani L, Nait-Said MS Tối ưu hóa việc kết nối trực tiếp với lượng mặt trời Sol Energy 2004;77(2):234–44 CDXVIII CDXIX CDXX CDXXI 40 CDXXII KẾT LUẬN CDXXIII Thơng qua việc tìm hiểu báo nghiên cứu khoa học thông tin liên quan, chúng em hiểu rõ nguyên lý làm việc hệ thống pin lượng mặt trời, biết mối quan hệ lượng chiếu xạ, thời gian chiếu xạ điện áp ảnh hưởng đến thời gian, đến công suất hiệu suất hoạt động hệ thống bơm Bên cạnh cho chúng em hiểu sâu công thức liên quan hệ thống bơm, hệ thống pin lượng mặt trời, tìm hiểu sâu loại động đặc tính động Và giúp người chúng em biết vai trò quan trò hướng phát triển lượng điện việc phát triển thúc đẩy kinh tê, đời sống nơi khó khăn… CDXXIV Cuối cùng, lúc làm báo cáo nhóm chúng em khơng tránh thiếu sót, chúng em mong góp ý từ thầy để chúng em ngày hoàn thiện kiến thức chuyên mơn CDXXV CDXXVI Chúng em xin chân thành cảm ơn! CDXXVII CDXXVIII CDXXIX CDXXXIV CDXXX CDXXXV CDXXXI CDXXXVI CDXXXII CDXXXVII CDXXXIII CDXXXVIII 41 ... nước kết nối trực tiếp với điện mặt trời, từ đưa so sánh mối quan hệ lượng chiếu xạ mặt trời, điện áp cơng suất Experimental rig (Giàn thí nghiệm) hệ thống bơm nước XXX ... ban đầu tương đối cao Hệ thống nghiên cứu giới hạn cấu hình hệ thống bơm quang bản, là, bảng điều khiển quang kết nối trực tiếp với máy bơm động DC hệ thống đường ống Hệ thống phát triển không... LVII LXXV Bài viết mô tả nghiên cứu thử nghiệm thực để điều tra hiệu suất hệ thống bơm nước quang điện dc (PV) đơn giản, ghép trực tiếp Hệ thống bao gồm pin lượng mặt trời 1,5 kWp, động DC bơm ly