I. Giới thiệu chung về đề tài
Luận văn "Thiết kế chế tạo mô hình bơm nước sử dụng pin năng lượng mặt trời" của tác giả Mai Phước Trải, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh, tập trung vào việc thiết kế và chế tạo một mô hình bơm nước sử dụng năng lượng mặt trời. Đề tài này xuất phát từ nhu cầu sử dụng năng lượng sạch và tái tạo, đặc biệt là ở các vùng nông thôn Đồng bằng sông Cửu Long. Luận văn đề cập đến tình trạng cạn kiệt của các nguồn năng lượng hóa thạch và sự cần thiết phải tìm kiếm các nguồn năng lượng thay thế thân thiện với môi trường. Năng lượng mặt trời được lựa chọn do tính sẵn có và tiềm năng lớn tại Việt Nam. Mục đích của đề tài là nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình bơm nước sử dụng pin năng lượng mặt trời, nhằm giảm chi phí sản xuất nông nghiệp và cung cấp giải pháp tưới tiêu hiệu quả, bền vững. Tác giả đã nghiên cứu lý thuyết về pin năng lượng mặt trời, điểm công suất cực đại, mạch tăng áp, và động cơ bơm nước để làm nền tảng cho việc thiết kế và chế tạo mô hình. Điểm mới của đề tài là ứng dụng vi điều khiển PIC18F4550 để điều khiển mạch tăng áp, nạp điện cho ắc qui, và hiển thị các thông số lên màn hình LCD. Giá trị thực tiễn của đề tài được nhấn mạnh qua việc cung cấp một giải pháp bơm nước tiết kiệm chi phí, không phụ thuộc vào nguồn điện lưới và nhiên liệu hóa thạch, góp phần phát triển nông thôn và bảo vệ môi trường.
II. Cơ sở lý thuyết và lựa chọn thiết bị
Chương 2 của luận văn trình bày về cơ sở lý thuyết liên quan đến năng lượng mặt trời, pin năng lượng mặt trời, và các thành phần khác của hệ thống. Tác giả đã phân tích về Mặt trời, nguồn bức xạ mặt trời, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của pin năng lượng mặt trời, hiệu suất và đặc tính làm việc của pin. Một phần quan trọng trong chương này là phân tích về điểm công suất cực đại (MPPT) và thuật toán Perturb & Observe (P&O) để tìm điểm công suất cực đại, đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả nhất. Ngoài ra, luận văn cũng đề cập đến lý thuyết về biến đổi điện áp DC/DC, giới thiệu về động cơ bơm nước và tính toán trên cơ sở lý thuyết. Dựa trên cơ sở lý thuyết, tác giả đã lựa chọn các thiết bị phù hợp cho mô hình, bao gồm pin năng lượng mặt trời, máy bơm nước, ắc qui, và các linh kiện điện tử cho mạch điều khiển. Việc tính toán công suất, điện áp, dòng điện, và các thông số kỹ thuật khác được thực hiện để đảm bảo tính tương thích và hiệu quả của hệ thống.
III. Thiết kế và chế tạo mô hình
Chương 3 tập trung vào quá trình thiết kế và chế tạo mô hình bơm nước. Tác giả trình bày sơ đồ nguyên lý và kết cấu của mô hình, bao gồm các thành phần chính như pin năng lượng mặt trời, mạch điều khiển, bơm nước, và ắc qui. Chi tiết về mạch điều khiển được mô tả rõ ràng, bao gồm mạch công suất, mạch nguồn cho vi điều khiển, mạch cảm biến dòng ACS756-50, mạch reset, mạch hiển thị LCD, và mạch điều khiển relay. Tác giả cũng trình bày về giải thuật điều khiển điện áp, giải thuật điều khiển relay, và giải thuật điều khiển nút nhấn hẹn giờ. Quy trình làm mạch và lựa chọn linh kiện cũng được đề cập. Việc thiết kế mô hình được thực hiện trên phần mềm Eagle 7.1, và chương trình điều khiển được viết bằng ngôn ngữ CCS và nạp cho vi điều khiển PIC18F4550. Mô hình được thiết kế để hoạt động ở hai chế độ: có hẹn giờ và không hẹn giờ.
IV. Thực nghiệm và đánh giá kết quả
Chương 4 trình bày kết quả thực nghiệm và đánh giá hiệu quả của mô hình. Tác giả đã tiến hành các thí nghiệm đo điện áp đầu vào, điện áp đầu ra khi bơm hoạt động và khi nạp điện cho ắc qui. Kết quả thực nghiệm cho thấy mô hình hoạt động ổn định, đáp ứng được yêu cầu đề ra. "Điện áp đầu vào của mạch từ pin năng lượng mặt trời thay đổi liên tục từ 14V đến 18V... Điện áp đầu ra của mạch cấp cho tải dao động nhỏ từ 24V đến 26V." - trích dẫn từ phần tóm tắt. Ngoài ra, luận văn cũng đánh giá tính thực tiễn của mô hình khi bơm nước tưới cho hoa màu. Tác giả đã phân tích ưu, nhược điểm của mô hình và đề xuất hướng phát triển trong tương lai. Bảng chi phí gia công mô hình cũng được đưa ra để đánh giá tính kinh tế của giải pháp.
