Đặt vấn đề: Hiện nay hầu như tất cả các lĩnh vực, ngành nghề đều có thể ứng dụng giải pháp điện mặt trời vào sinh hoạt và sản xuất nhằm tiết kiệm chi phí tiền điện, làm hiện đại hóa quy trình sản xuất. Ứng dụng giải pháp điện năng lượng mặt trời cho chăn nuôi đang được áp dụng triển khai rộng rãi trên tất cả các tỉnh thành tại Việt Nam, giúp nâng cao chất lượng sản phẩm, hướng đến sản xuất nông nghiệp xanh hiện đại, giảm ô nhiễm môi trường. Bên cạnh đó chăn nuôi gà đang là một trong những nghề sản xuất truyền thống lâu đời và mang lại hiệu quả thu nhập cao đối với người nông dân Việt Nam hiện nay. Hàng năm lượng gà thịt được cung cấp lên đến 450 nghìn tấn và khoảng 3,5 tỷ quả trứng, mặc dù tình trạng chăn nuôi gà trong nước còn đang ở mức nhỏ, phân tán và còn tương đối lạc hậu, năng xuất không cao.
Thị trường chăn nuôi và tiêu thụ gà thịt tại Việt Nam cũng không ngừng phát triển, lượng thịt gà hàng năm trong chăn nuôi chiếm khoảng 14- 15% trong tổng khối lượng thịt hơi các loại (thịt lợn chiếm 75-76%). Theo số liệu của Tổng Cục thống kê, năm 2019 sản lượng thịt, trứng gà đạt cao nhất; khối lượng thịt gà là 471,7 ngàn tấn và số lượng trứng là 3,5 tỷ quả. Những điều này cho thấy khả năng phát triển và chăn nuôi gà là rất tốt. SVTH: Nguyễn Ngọc Anh 4 Nguyễn Trương Long Nguyễn Tấn Phát GVHD: ThS.
Nguyễn Vạn Quốc ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 1.1 Trang trại nuôi gà hiện nay 1.2 Những khó khăn khi chăm sóc gà ở trang trại. Hiện nay phần lớn nguồn cung đến từ các trang trại kinh doanh hộ gia đình với hình thức chăn nuôi còn khá thủ công, quy mô nhỏ năng suất không cao và còn nhiều bất cập như: Dễ bị dịch bệnh. Khí hậu không ổn định ảnh hưởng đến chất lượng gà nuôi. Cần nhiều nhân công nếu tăng quy mô lớn.
Khó kiểm soát được dịch bệnh. Cần nhiều thời gian để chăm sóc. Trong đó vấn đề về khí hậu và môi trường xung quanh là yếu đồ ảnh hưởng lớn nhất đến chất lượng chăn nuôi. Để khắc phục những hạn chế này cũng như góp phần nâng cao năng suất, chất lượng chăn nuôi tụi em đưa ra ý tưởng là áp dụng SVTH: Nguyễn Ngọc Anh 5 Nguyễn Trương Long Nguyễn Tấn Phát GVHD: ThS.
Nguyễn Vạn Quốc ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP kỹ thuật để cân bằng môi trường xung quanh chuồng nuôi ở một điều kiện tốt cho sinh lý gà, giúp chúng phát triển tốt hơn và giảm khả năng dịch bệnh.2 - Trang trại nuôi gà thực tế.3 Mục tiêu của đề tài: Xây dựng hệ thống sử dụng năng lượng mặt trời cung cấp cho một trang trại gà tự động gồm nhiều hệ thống chăm sóc gà lấy trứng đặc biệt.4 Phƣơng pháp và thiết bị nghiên cứu: Sử dụng bộ biến đổi buck để ổn định điện áp đầu ra khi đầu vào thay đổi để nạp vào ắc quy. Từ ắc quy ta sử dụng bộ băm xung kết hợp inverter để tăng điện áp nên điện áp 220 v để sử dụng thiết bị điện cho trang trại giúp vận hành hệ thống chăm sóc gà một cách tự động. SVTH: Nguyễn Ngọc Anh 6 Nguyễn Trương Long Nguyễn Tấn Phát GVHD: ThS. Nguyễn Vạn Quốc ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1.5 Khả năng triển khai ứng dụng, triển khai kết quả nghiên cứu của đề tài: Vấn đề về khí hậu và môi trường xung quanh là yếu đồ ảnh hưởng lớn nhất đến chất lượng chăn nuôi.
Để khắc phục những hạn chế này cũng như góp phần nâng cao năng suất, chất lượng chăn nuôi chúng em đưa ra ý tưởng là áp dụng kỹ thuật để nuôi dưỡng, sinh hoạt, cân bằng môi trường xung quanh chuồng nuôi ở một điều kiện tốt cho sinh lý gà, giúp chúng phát triển tốt hơn và giảm khả năng dịch bệnh. Cụ thể, các chức năng chính của mô hình bao gồm: Cơ cấu cho ăn tự động,hệ thống chiếu sáng tự động, hệ thống làm mát tự động. Và ứng dụng các cảm biến môi trường (vd: Cảm biến mưa, Cảm biến nắng,…) để điều khiển các tính năng cân bằng nhiệt độ sinh hoạt như quạt mát, phun sương tạo độ ẩm. Cùng với đó việc nghiên cứu sử dụng pin năng lượng mặt trời ngày càng được quan tâm, nhất là trong tình trạng thiếu hụt năng lượng và vấn đề cấp bách về môi trường hiện nay.
Năng lượng mặt trời được xem như là dạng năng lượng ưu việt trong tương lai, đó là nguồn năng lượng sạch, sẵn có trong thiên nhiên. Do vậy năng lượng mặt trời ngày càng được sử dụng rộng rãi ở các nước trên thế giới.6 Dự kiến những kết quả nghiên cứu của đề tài: 1. Đóng góp về mặt khoa học, phục vụ công tác đào tạo: ⚫ Bổ sung thiết bị phục vụ cho công tác giảng dạy của nhà trường ⚫ Góp phần giải quyết vấn đề thiếu hụt năng lượng điện trong sinh hoạt 2. Những đóng góp liên quan đến phát triển kinh tế: ⚫ Tiết kiệm chi phí điện năng cho chiếu sáng 3.
Những đóng góp về mặt xã hội (các giải pháp cho vấn đề xã hội): ⚫ Góp phần giải quyết vấn đề thiếu hụt năng lượng SVTH: Nguyễn Ngọc Anh 7 Nguyễn Trương Long Nguyễn Tấn Phát GVHD: ThS. Nguyễn Vạn Quốc ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ⚫ Góp phần bảo vệ môi trường 4. Tổng quan về quá trình chăn nuôi gà hiện nay. Phân tích và lựa chọn các phương án thiết kế cho từng cơ cấu.
Thiết kế động học và sơ đồ nguyên lý của mô hình. Tính toán các thông số kỹ thuật. Hệ thống điều khiển. Chế tạo mô hình và đánh giá.7 Giới thiệu mô hình trang trại thông minh: 1.1 Các hệ thống trong chăn nuôi: Sử dụng các cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, cảm biến mưa để lấy dữ liệu từ môi trường.
Thông qua dữ liệu nhận được từ cảm biến để điều khiển các cơ cấu chấp hành như đèn sưởi ấm, quạt làm mát, rèm chắn, cơ cấu phun sương, mái che. Hệ thống cho ăn. Hệ thống chiếu sáng. Hệ thống âm nhạc giúp gà không bị stress.
Hệ thống dọn vệ sinh. Hệ thống trữ và sử dụng điện năng lượng mặt trời phòng chống những sự cố xảy ra giúp hệ thống không xảy ra rủi ro. SVTH: Nguyễn Ngọc Anh 8 Nguyễn Trương Long Nguyễn Tấn Phát GVHD: ThS. Nguyễn Vạn Quốc ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1.2 Các bộ phận của trang trại gà thông minh: Hình 1.3 Sơ đồ các bộ phận của mô hình 1.8 Giới thiêu về năng lƣợng mặt trời.1 Pin năng lượng mặt trời là gì? Làm sao có thể tạo ra điện.
Pin mặt trời (solar cell) được cấu tạo bởi những chất bán dẫn (semiconductor), thông thường là Silicon (Si). Trước tiên các lớp bán dẫn này được làm nhiễm thừa điện tích dương (gọi là p-conducting semiconductor layer) có thưa các lỗ, và làm nhiễm thiếu điện tích dương (gọi là n-conducting semiconductor layer) có thừa các electron. Nếu ta kẹp một lớp p có dư điện tích dương có thừa lỗ với một lớp n bị thiếu điện tích dương có nhiều electron thì rõ ràng các electron ở lớp n sẽ chực chờ muốn nhảy sang lớp p để chiếm các lỗ. Electron từ lớp n di chuyển đến gần lớp tiếp giap n-p junction để nhảy sang lớp p.
Biên giới này bị mất thăng bằng điện tích nên phản ứng lại bằng cách tạo ra 1 điện trường dọc theo nó, đẩy các electron sang tận mép bên kia của lớp n và đẩy các lỗ sang tận mép bên kia của lớp p. Ngăn cách xảy ra. Các electron từ lớp n không còn qua được các lỗ bên lớp p được nữa. SVTH: Nguyễn Ngọc Anh 9 Nguyễn Trương Long Nguyễn Tấn Phát GVHD: ThS.
Nguyễn Vạn Quốc ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bây giờ nếu ta bắt cầu nối dây dẫn từ lớp n sang lớp p để các electron từ lớp n có thể nhảy sang lớp p? Chúng quá yếu để di chuyển. Dưới bức xạ của ánh nắng mặt trời, các photon chạm vào lớp silicon và mang năng lượng đến cho chúng: các photon cung cấp năng lượng để các electron thoát ra khỏi nhân tạo thành các electron di chuyển tự do, từ mặt ngoài của lớp n, chúng theo dây dẫn chạy sang lớp p bên kia để gặp các lỗ, tạo thành dòng điện. Và khi ánh nắng mặt trời còn mang photon đến thì quá trình này lại xảy ra, tạo ra dòng điện liên tục để ta sử dụng.4: Cấu tạo bên trong của các lớp pin năng lượng mặt trời 1.2 Hiệu suất pin năng lượng mặt trời Hiệu suất biến đổi năng lượng (conversion efficiency) của pin mặt trời., là tỉ số giữa lượng điện năng nó sản xuất ra với lượng năng lượng nó nhận được từ ánh sáng mặt trời. Khi hiệu suất biến đổi càng cao, pin mặt trời sản xuất ra nhiều năng lượng hơn.
Hiệu suất biến đổi của pin mặt trời là do cấu tạo của nó. SVTH: Nguyễn Ngọc Anh 10 Nguyễn Trương Long Nguyễn Tấn Phát GVHD: ThS. Nguyễn Vạn Quốc ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 1. Bảng thống kê hiệu suất pin năng lượng mặt trời 1.3 Tiềm năng vô tận của năng lượng mặt trời Vị trí địa lý đã ưu ái cho Việt Nam một nguồn năng lượng tái tạo vô cùng lớn, đặc biệt là năng lượng mặt trời.
Trải dài từ vĩ độ 23023’ Bắc đến 8027’ Bắc, Việt Nam nằm trong khu vực có cường độ bức xạ mặt trời tương đối cao. Trong đó, nhiều nhất phải kể đến thành phố Hồ Chí Minh, tiếp đến là các vùng Tây Bắc (Lai Châu, Sơn La, Lào Cai) và vùng Bắc Trung Bộ (Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh)… Năng lượng mặt trời có những ưu điểm như: Sạch, chi phí nhiên liệu và bảo dưỡng thấp, an toàn cho người sử dụng… Đồng thời, phát triển ngành công nghiệp sản xuất pin mặt trời sẽ góp phần thay thế các nguồn năng lượng hóa thạch, giảm phát khí thải nhà kính, bảo vệ môi trường. Vì thế, đây được coi là nguồn năng lượng quý giá, có thể thay thế những dạng năng lượng cũ đang ngày càng cạn kiệt. SVTH: Nguyễn Ngọc Anh 11 Nguyễn Trương Long Nguyễn Tấn Phát GVHD: ThS.
Nguyễn Vạn Quốc ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bảng 1. Giá trị trung bình cường độ bức xạ MT ngày trong năm và số giờ nắng của một số khu vực khác nhau ở Việt Nam 1.4 Những ưu điểm của năng lượng mặt trời Năng lượng mặt trời có những ưu điểm như: Sạch, chi phí nhiên liệu và bảo dưỡng thấp, an toàn cho người sử dụng… Đồng thời, phát triển ngành công nghiệp sản xuất pin mặt trời sẽ góp phần thay thế các nguồn năng lượng hóa thạch, giảm phát khí thải nhà kính, bảo vệ môi trường. Những ứng dụng năng lượng mặt trời của Việt Nam.