5.2.5.1 Ưu điểm:
Sử dụng năng lượng tích trữ trong các ắc quy (được nạp trước đó), do đó dễ dàng vận hành và bảo dưỡng, không tiêu tốn nhiên liệu.
Công suất từ 100W đến vài kW đủ đáp ứng công suất của nhiều loại thiết bị điện khi sử dụng cùng lúc.
Không gây tiếng ồn. Bản thân kích điện, không tiêu hao nhiên liệu nên không có khí có hại.
Không cần bảo dưỡng nhiều, nhưng phải bảo dưỡng ắc quy đi kèm theo kích điện. (Bảo dưỡng ắc quy gồm: châm thêm nước cất, phụ nạp điện sau mỗi khoảng thời gian tuỳ loại ắc quy).
5.2.5.2 Nhược điểm:
Hiệu suất thấp đối với các thiết bị có các cuộn dây ở bên trong (quạt, động cơ, tủ lạnh, điều hoà...).
Sử dụng nguồn ắc quy là loại có khả năng gây cháy nổ nếu bị làm đoản mạch (chập) hai cực ắc quy.
Công suất càng lớn càng đắt và yêu cầu nhiều ắc quy.
5.2.5.4 Ví dụ cụ thể về tính toán lựa chọn Ắc-quy và inverter :
Tính hệ solar cho 1 hộ dân vùng sâu có yêu cầu sử dụng như sau: - 1 bóng đèn 18 Watt sử dụng từ 6-10 giờ tối.
- 1 quạt máy 60 Watt mỗi ngày sử dụng khoảng 2 giờ. - 1 tủ lạnh 75 Watt chạy liên tục.
www.7gio.com
GVHD: ? 80
1. Xác định tổng lượng điện tiêu thụ mỗi ngày = (18 W x 4 giờ) + (60 W x 2 giờ) + (75 W x 12 giờ) = 1,092 Wh/day
(tủ lạnh tự động ngắt khi đủ lạnh nên xem như chạy 12 giờ nghỉ 12 giờ). ry cần cho hệ thống. 2. Tính pin mặt trời (PV panel).
PV panel = 1,092 x 1.3 = 1,419.6 Wh/day.
Tổng Wp của PV panel = 1,419.6 / 4.58 = 310Wp.
Chọn loại PV có 110Wp thì số PV cần dùng là 310 / 110 = 3 tấm. Tính inverter:
Tổng công suất sử dụng lớn nhất tại một thời điểm = 18 + 60 + 75 = 153 W Công suất inverter = 153 x 125% = 190W
Tuy nhiên trong hệ thống có tủ lạnh với dòng khởi động khoảng gấp 5 - 6 lần (6 x 75 = 450w).
Vậy chọn inverter công suất phải lớn hơn 450W.
Ta có thể chọn loại inverter 500W trở lên. Lưu ý phải chọn inverter sine chuẩn để an toàn cho tủ lạnh.
Tính toán Battery:
(5.5) Với 2 ngày dự phòng, dung lượng bình = 178 x 2 = 356 Ah.
Như vậy chọn battery deep-cycle 12V/400Ah cho 2 ngày dự phòng.
Nếu chỉ sử dụng trong ngày thì không cần tính dự phòng, chọn ắc quy 12V-200Ah là đủ.
www.7gio.com
GVHD: ? 81
CHƯƠNG 6 : TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ TẢI CHO MÔ HÌNH.
6.1. Cơ sở thiết kế máy bơm và hệ thống đèn chiếu sáng:
Vị trí ứng dụng: Hệ thống được thiết kế nhằm đáp ứng nhu cầu cho các khu vực nông thôn, vùng núi cao hay ở những vùng hẻo lánh, nơi mà lưới điện quốc gia chưa cung cấp đến.
Qui mô: Hệ thống được sử dụng nhằm đáp ứng nhu cầu tưới tiêu, chiếu sáng của hộ gia đình hoặc trang trại nhỏ (2500 m2).
Các thông số thiết kế cho bơm nước, đèn chiếu sáng dùng trực tiếp năng lượng mặt trời phải đạt được các yêu cầu sau:
Bơm nước:
Chiều cao cột nước mà bơm nước có thể đạt được: h ≥ 8m Lưu lượng bơm : Qb ≥ 1200 l/h
Lưu lượng xã nước : qx ≥ 5 l/h Áp suất đường ống duy trì : 2 – 5 bar Đèn chiếu sáng:
Công suất : Đèn led 3W/12V DC Đèn led 3W/220V AC
Đèn halogen 35W/220V AC Đèn halogen 20W/12V DC
6.2 Tính toán thiết kế tải:
6.2.1 Tính toán công suất máy bơm:
Với các thông số yêu cầu như trên, để đáp ứng các yêu cầu tối thiểu của hệ thống, công suất máy bơm cần thỏa :
/ 10 3 b
b p Q
P (W) (6.1)
Trong đó : P : áp suất đường ống duy trì ( Pa) , [1 Pa = 10-5 bar)] Qb : lưu lượng bơm ( l/s)
: hiệu suất máy bơm ( 0,65 – 0,9) Như vậy với hệ thống cần thiết kế ta có:
www.7gio.com
GVHD: ? 82 W Q p Pb 103 b/ 2.1051030,2/0,6592,3 (6.2)
Để dùng bơm ta cần hệ số dự trữ ( 1,2 – 1,4) khi đó ta có công suất bơm cần có là:
W P
Ptt b1,392,31,3119,99 (6.3)
Lựa chọn máy bơm chìm TTL01-2000 của Hãng sản xuất Đài Loan
Bảng 6.1 Bảng thông số kỹ thuật máy bơm.
Hình 6.1: Bơm chìm 24Vdc
STT Tên chỉ tiêu kỹ thuật Thông số
1 Hãng sản xuất Đài loan
2 Model TTL01-2000
3 Công suất 120W
4 Điện áp cực đại 24V/DC
5 Dòng điện cực đại 5A
6 Lưu lượng bơm 1200 L/H
7 Ống ra 27mm
8 Trọng lượng 4kg
www.7gio.com
GVHD: ? 83
6.2.2Tính toán, thiết kế hệ thống đèn chiếu sáng:
Dựa trên các số liệu tính toán chọn lựa máy bơm, ta có thể chọn các thông số của đèn chiếu sáng như sau:
Bảng 6.2 Thông số kỹ thuật thiết bị đèn chiếu sáng
Do hiệu suất của pin đạt từ ( 0.4 - 0.6 ) nên công suất của pin đạt từ 40W – 60W Nếu là tải DC:
Khi ta điều chỉnh Dimmer lên mức 10% độ sáng đèn, thì: Ppin= 10% x 40 = 4W Chọn đèn LED 12VDC/3W
Khi ta điều chỉnh Dimmer lên mức 50% độ sáng đèn, thì Ppin= 50% x 40 = 20W Chọn đèn Halogen 12VDC/20W
Khi ta điều chỉnh Dimmer lên mức 100% độ sáng đèn, thì Ppin= 100% x 40 = 40W Như vậy, nếu mắc nối tiếp 2 tải với nhau thì Ppin > Ptải
Do: U = U1 = U2 ; I = I1 + I2 ; P = P1 + P2
STT Tên thiết bị Tên chỉ tiêu kỹ thuật Thông số
1 Đèn Halogen
Hãng sản xuất Việt Nam
Công suất 35W
Điện áp cực đại 220Vdc
2 Đèn Halogen
Hãng sản xuất Việt Nam
Công suất 20W
Điện áp cực đại 12Vdc
3 Đèn Led
Hãng sản xuất Việt Nam
Công suất 3W
Điện áp cực đại 220Vac
4 Đèn Led
Hãng sản xuất Việt Nam
Công suất 3x1W
Điện áp cực đại 12Vdc
www.7gio.com
GVHD: ? 84
Từ đó, ta có thể chọn đèn LED 12VDC/3W và đèn Halogen 12VDC/20W cho hiệu suất của pin đạt được.
Nếu là tải AC:
Khi ta điều chỉnh Dimmer lên mức 10% độ sáng đèn, thì: Ppin= 10% x 40 = 4W Chọn đèn LED 220VAC/3W
Khi ta điều chỉnh Dimmer lên mức 100% độ sáng đèn, thì Ppin= 100% x 40 = 40W
Chọn đèn Halogen 220VDC/35W
Nếu mắc nối tiếp 2 tải với nhau thì Ppin > Ptải
Do: U = U1 = U2 ; I = I1 + I2 ; P = P1 + P2
Như vậy, công suất của pin vẫn đáp ứng đủ công suất cùa 2 đèn
6.2.3. Tính toán thiết kế bộ phận nguồn điện:
Theo tính toán trên, ta có máy bơm đã lựa chọn bơm DC có số liệu như sau: Điện áp định mức : Uđm = 24V
Dòng điện định mức : Iđm = 5A Công suất định mức : Pđm = 120W
Lưu lượng : Q = 22 lít/phútTính toán công suất pin:
Theo thông số bơm nước tính toán được ta cần cung cấp cho bơm DC một nguồn pin như sau :
Điện áp định mức : Uđm = 24V Dòng điện định mức : Iđm = 5A Công suất định mức : Pđm = 120W
Như vậy chúng ta cần một tấm pin mặt trời thỏa yêu cầu trên. Tuy nhiên, để phục vu việc so sánh, đánh giá các thông số của hệ thống cũng như ảnh hưởng của nguồn đến công suất ngõ ra cung cấp cho tải, nhóm nghiên cứu đã lựa chọn hệ thống nguồn pin như sau:
Hệ thống pin gồm 1 tấm Mono Crystalline.Thông số tấm pin được cho trong bảng 6.4
www.7gio.com
GVHD: ? 85
Bảng 6.3 Thông số Pin.
6.3 Vận hành thiết bị
6.3.1 Vận hành thí nghiệm với đèn chiếu sáng, đo các thông số dòng điện, điện áp, công suất tải áp, công suất tải
Hình 6.2: Sơ đồ kết nối các các mô đun cung cấp nguồn trực tiếp từ acquy
STT Tên chỉ tiêu kỹ thuật Thông tin
1 Model SC-140P
2 Maximum Power (Pm) 140W
3 Max Power Voltage (Vmp) 18V
4 Max Power Current (Imp) 7.78A
5 Open Circuit Voltge (Voc) 21.169V
6 Short – Circuit Current ( Isc ) 8.37A
www.7gio.com
GVHD: ? 86
Cung cấp nguồn trực tiếp cho tải DC
Bảng 6.3.1 Kết quả đo mô đun cấp nguồn trực tiếp từ acquy
Cung cấp nguồn cho tải DC thông qua bộ sạc
Tải Thông số
Halogen Led Halogen + Led
Điện áp (V) 11 12 10.7
Dòng điện(A) 3.81 0.21 3.8
Công suất(P)
41 3.09 40
Đo thông số đèn Halogen:
1. Mở hệ thống đo lường module DL9021 2. Mở đèn Halogen.
3. Ghí lại giá trị dòng điện và điện áp.
4. Tính toán điện trở đèn halogen và so sánh với điện trở định mức.
5. Tính toán công suất của đèn halogen. 6. Tắt đèn halogen.
www.7gio.com
GVHD: ? 87
Hình 6.3 Sơ đồ kết nối các mô đun cup cấp nguồn cho tải DC thông qua bộ sạc
1.Đóng CB kết nối mạch điện với pin .2.Bật đèn halogen on.
3.Sử dụng bộ sạc đọc giá trị điện áp của pin. 4.Dùng bộ sác để đọc dòng điện qua tải. 5.Tính toán công suất đèn.
6.Dùng bộ sạc xung để đo dòng sạc cho acquy. 7.Tắt đèn halogen và mở đèn LED.
8.Lặp lại các bước 4-7. 9.Mở đèn halogen. 10.Lặp lại các bước 4-7.
11. Mở CB, ngắt kết nối pin và mạch điện.
www.7gio.com
GVHD: ? 88
Bảng 6.3.2 Kết quả đo mô đun cup cấp nguồn cho tải DC thông qua bộ sạc
12.Không kết nối Pin
13.Lặp lại các bước 2-11 và điền vào bảng:
Bảng 6.3.3 Kết quả đo mô đun cup cấp nguồn cho tải DC không kết nối Pin
6.3.2 Vận hành thí nghiệm với đèn chiếu sáng, đo các thông số dòng điện, điện áp, công suất tải áp, công suất tải
Cung cấp nguồn trực tiếp cho tải DC
Hình 6.4 Sơ đồ kết nối các các mô đun cung cấp nguồn trực tiếp từ acquy của tải máy bơm
Tải
Thông số Halogen Led Halogen + Led
Điện áp (V) 11.3 12 11.7
Dòng điện (A) 3.6 2.1 2.9
Công suất (W) 41 26.2 34.5
Tải Thông số
Halogen Led Halogen + Led
Điện áp (V) 11.2 12 11.6
Dòng điện (A) 3.5 2.1 2.7
Công suất (W) 39.5 26 32.3
www.7gio.com
GVHD: ? 89
Đo thông số máy bơm:
1. Mở hệ thống đo lường module DL9021 2. Mở động cơ.
3. Ghí lại giá trị dòng điện và điện áp.
4. Tính toán điện trở động cơ và so sánh với điện trở định mức. 5. Tính toán công suất của động cơ.
6. Tắt động cơ.
Bảng 6.3.4 Kết quả đo mô đun cấp nguồn trực tiếp từ acquy của tải máy bơm
Cung cấp nguồn cho tải DC thông qua bộ sạc
Hình 6.5 Sơ đồ kết nối các mô đun cup cấp nguồn cho tải máy bơm thông qua bộ sạc Tải Thông số Động cơ Điện áp (V) 11.5 Dòng điện (A) 5.4 Công suất (W) 62 www.7gio.com
GVHD: ? 90
1.Đóng CB kết nối mạch điện với pin. 2.Bật đèn halogen on.
3.Sử dụng bộ sạc đọc giá trị điện áp của pin. 4.Dùng bộ sác để đọc dòng điện qua tải. 5.Tính toán công suất đèn.
6.Dùng bộ sạc xung để đo dòng sạc cho acquy. 7.Tắt đèn halogen và mở đèn LED.
8.Lặp lại các bước 4-7. 9.Mở đèn halogen. 10.Lặp lại các bước 4-7.
11. Mở CB, ngắt kết nối pin và mạch điện.
Bảng 6.3.5 Kết quả đo mô đun cup cấp nguồn cho tải máy bơm thông qua bộ sạc
12.Không kết nối Pin.
13.Lặp lại các bước 2-11 và điền vào bảng:
Bảng 6.3.6 Kết quả đo mô đun cup cấp nguồn cho tải máy bơm không kết nối Pin
Tải
Thông số Máy bơm
Điện áp (V) 11.6 Dòng điện (A) 5.6 Công suất (W) 65 Tải Thông số Máy bơm Điện áp (V) 11.5 Dòng điện (A) 5.4 Công suất (W) 64 www.7gio.com
GVHD: ? 91
6.4. Kết luận
6.4.1. Đánh giá 6.4.1.1 Ưu điểm 6.4.1.1 Ưu điểm
Mặt trời là nguồn tài nguyên vô tận, sạch sẽ và hoàn toàn miễn phí. Bạn có thể sử dụng thoải mái mà không cần phải trả bất kỳ chi phí nào.
Hệ thống bơm năng lượng mặt trời thân thiện với môi trường, hoàn toàn không gây hại và không gây bất kỳ tiếng ồn nào.
Hệ thống bơm trực tiếp từ nắng có độ bền cao, hầu như không phát sinh chi phí vận hành.
Hệ thống hoạt động hoàn toàn tự động, tự động bơm khi có nắng, và tự động nghỉ khi không có nắng hoặc vào ban đêm.
Chi phí cho một hệ thống thấp, tuổi thọ hệ thống cao, hệ thống đạt hiệu quả kinh tế cao.
Việc lắp đặt hệ thống khá đơn giản, việc bảo trì hệ thống dễ dàng.
6.4.1.2 Nhược điểm
Vận hành phụ thuộc vào điều kiện thời tiết.
Thiết bị lắp đặt ngoài trời nên chịu nhiều ảnh hưởng của thời tiết. Chi phí đầu tư ban đầu cao.
Sở dĩ năng lượng mặt trời chưa phát triển ở Việt Nam là do chi phí thiết bị còn khá cao,khoảng 20.000 USD/gia đình.Ở nước ta mới chỉ có một vài nơi ứng dụng hệ thống điện mặt trời như : Mạng lưới điện mặt trời tại buôn Chăm-Ea Hleo- Dak Lak cung cấp điện sinh hoạt cho các hộ dân,nhà sinh hoạt cộng đồng của buôn,các lớp học,bơm nước giếng khoan… trên địa bàn
Thực tế,do đầu tư ban đầu lớn nên việc triển khai các ứng dụng sản xuất điện,thiết bị từ năng lượng mặt trời chưa được phổ biến rộng rãi và đây chính là trở ngại lớn nhất. Việc cần làm lúc này là Nhà Nước nên hổ trợ kinh phí cho nghiên cứu,khảo sát thị trường đánh giá hiệu quả kinh tế,quảng bá trên phương tiện thông tin đại chúng hoặc lồng ghép vào các chương trình tuyên truyền tiết kiệm điện.
www.7gio.com
GVHD: ? 92
6.4.2 Ứng dụng, hướng phát triển của đề tài
Hệ thống là sự kết hợp lý tưởng của nhu cầu nước tưới và nguồn năng lượng mặt trời vô tận miễn phí, giữ gìn môi trường, tiết kiệm năng lượng và giảm tối đa chi phí. Đây là giài pháp lý tưởng mới cho các trang trại trồng rau, cây ăn trái, cao su, cafe, điều, tiêu, thanh long... Nước được bơm ngay cả vào những ngày có mây và mù sương.
Ứng dụng năng lượng mặt trời trong cung cấp năng lượng cho máy bơm nước giúp giảm chi phí điện năng, là điểm thăm quan lý tưởng cho mô hình nông nghiệp công nghệ cao.
Thiết bị ứng dụng năng lượng mặt trời cung cấp năng lượng nhiệt và điện phát triển mạnh mẽ trên thế giới trong nhiều năm gần đây. Để năng cao hiệu suất thiết bị đã có nhiều nghiên cứu, nhiều sản phẩm cơ cấu định hướng theo vị trí mặt trời lắp cho tấm thu bức xạ mặt trời. Cơ cấu định hướng theo vị trí mặt trời được sử dụng để đưa mặt thu các thiết bị luôn hướng về phía mặt trời nhằm thu nhiều năng lượng nhất. Ở Việt Nam, cơ cấu định hướng mặt thu theo vị trí mặt trời chưa được quan tâm nhiều, đã có một số thử nghiệm từ các trường đại học ở quy mô phòng thí nghiệm. Xuất phát từ thực tế cần thiết nghiên cứu chế tạo cơ cấu định hướng theo vị trí mặt trời đơn giản áp dụng cho quy mô công suất nhỏ. Nghiên cứu các hệ thống tự động điều chỉnh góc quay bề mặt thu năng lượng mặt trời theo vị trí của mặt trời để thu được nhiều năng