Mô Hình Bơm Nước Năng Lượng Mặt Trời: Luận Văn Thạc Sĩ HCMUTE

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI

LÝ LỊCH KHOA HỌC

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC HÌNH

DANH MỤC CÁC BẢNG

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU

1.1. Tồng quan về lĩnh vực nghiên cứu

1.2. Các kết quả nghiên cứu và ứng dụng trong và ngoài nước

1.2.1. Các kết quả nghiên cứu và ứng dụng trong nước

1.2.2. Các kết quả nghiên cứu và ứng dụng ngoài nước

1.3. Mục đích của đề tài

1.4. Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài

1.4.1. Giới hạn của đề tài

1.5. Phương pháp nghiên cứu

1.6. Điểm mới của đề tài

1.7. Giá trị thực tiễn của đề tài

1.8. Bố cục của luận văn

2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA LUẬN VĂN

2.1. Lý thuyết về Mặt trời và nguồn bức xạ Mặt trời

2.1.1. Lý do chọn năng lượng mặt trời

2.1.2. Nguồn bức xạ Mặt trời

2.2. Cơ sở lý thuyết của Pin năng lượng Mặt Trời

2.2.1. Pin năng lượng Mặt trời là gì?

2.2.2. Lịch sử về pin năng lượng Mặt Trời

2.2.3. Nền tảng của pin năng lượng Mặt trời

2.2.4. Vật liệu chế tạo pin năng lương mặt trời

2.2.5. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của pin năng lương Mặt trời

2.2.5.1. Nguyên lý hoạt động

2.2.6. Hiệu suất của pin năng lượng Mặt trời

2.2.7. Ưu và nhược điểm của pin năng lượng Mặt Trời

2.2.7.1. Ưu điểm của năng lượng Mặt trời

2.2.7.2. Nhược điểm của pin năng lượng mặt trời

2.2.8. Đặc tính làm việc của pin mặt trời

2.3. Lý thuyết về công suất cực đại của pin năng lượng Mặt trời

2.3.1. Tầm quan trọng của việc dò tìm công suất cực đại

2.3.2. Thuật toán Perturb & Observe (P&O) để tìm điểm công suất cực đại

2.4. Lý thuyết về biến đổi điện áp trong hệ thống pin năng lượng Mặt trời

2.4.1. Bộ biến đổi điện áp DC/DC

2.4.2. Bộ biến đổi áp DC/DC boost converter

2.5. Giới thiệu động cơ bơm nước và tính toán trên cơ sở lý thuyết

2. 2.1 Ưu điểm của động cơ điện xoay chiều và động cơ điện một chiều

2.1.1. Ưu điểm của động cơ điện xoay chiều

2.1.2. Ưu của động cơ điện một chiều

2. 2.2 Cấu tạo của máy bơm nước

2. 2.3 Nguyên lý hoạt động của bơm màng

2. 2.3 Một số lợi điểm của máy bơm màng

2. 2.4 Đặt tính là việc của bơm màng

2. 2.6 Cở sở lý thuyết tính toán hệ thống pin năng lượng Mặt trời

2.6.1. Tính tổng lượng tiêu thụ điện của tất cả các thiết bị sử dụng mỗi ngày

2.6.2. Tính số Watt-hour các tấm pin mặt trời phải cung cấp cho toàn tải mỗi ngày

2.6.3. Tính toán kích cở tấm pin mặt trời cần sử dụng

2.6.4. Tính toán ắc qui (battery)

2. 2.7 Lý thuyết về hướng dẫn sử dụng và bảo dưỡng ắc qui

2.7.1. Nguyên lý hoạt động của ắc qui

2.7.2. Hướng dẫn cách nạp điện cho ắc qui trước khi sử dụng

2.7.3. Hướng dẫn cách nạp điện ắc qui trog quá trình sử dụng

3. THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH BƠM NƯỚC

3.1. Các yêu cầu kỹ thuật khi chế tạo mô hình bơm nước

3.1.1. Yêu cầu về kỹ thuật

3.1.2. Yêu cầu về kinh tế

3.2. Sơ đồ của mô hình

3.2.1. Sơ đồ nguyên lý làm việc của mô hình

3.2.2. Sơ đồ kết cấu của mô hình

3.3. Tính hệ thống pin năng lượng mặt trời sử dụng cho mô hình

3. 3.3 Chọn các thiết bị cho mô hình

3.3.1. Chọn Thông số kỹ thuật cho pin năng lượng Mặt Trời

3.3.2. Chọn thông số kỹ thuật cho máy bơm nước

3.3.2.1. Tính toán ống hút của máy bơm

3.3.2.2. Tính toán vòi phun nước

3.3.3. Chọn ắc qui

3.3.4. Thi công bo mạch cho mô hình

3.3.4.1. Chọn linh kiện điện tử cho bo mạch

3.3.4.2. Yêu cầu của của linh kiện điện tử

3.3.5. Mạch điều khiển công suất

3.3.5.1. Tính toán chọn các linh kiện điện tử cho mạch công suất

3.3.5.2. Giải thuật chương trình điều khiển điện áp của mạch công suất

3.3.5.3. Nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển công suất

3.3.6. Mạch nguồn cho vi điều khiển

3.3.7. Mạch Cảm biến dòng ACS756-50

3.3.8. Mạch Reset cho vi điều khiển và hiển thị LCD 16x2

3.3.9. Sơ đồ mạch điều khiển relay

3.3.9.1. Giản thuật đều khiển relay bơm

3.3.10. Mạch điều khiển Relay 1 lấy điện áp từ pin cấp cho bơm

3.3.11. Mạch điều khiển Relay 3 lấy điện áp từ pin nạp cho ắc qui

3.3.12. Sơ đồ mạch nút nhấn tăng thời gian bơm

3.3.13. Sơ đồ mạch nút nhấn thời gian bơm giảm

3.3.14. Giản thuật điều khiển nút nhấn hẹn và không hẹn thời gian bơm

3.3.15. Quy trình làm mach

4. THỰC NGHIỆM, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ, KẾT LUẬN

4.1. HƯỚNG PHÁT TRIỂN

4.1.1. Các quy định về an toàn khi vận hành thiết bị

4.1.1.1. Các quy định về an toàn

4.1.1.2. Những vấn đề cần lưu ý khi tai nạn đã xảy ra

4.1.1.3. Những quy định khi làm việc với ắc qui

4.1.1.4. Kiểm tra các hệ thống trước khi vận hành

4.1.1.5. Kiểm tra hàng ngày

4.1.2. Hướng dẫn lắp đặt và đấu dây cho mô hình

4.1.3. Hướng dẫn vận hành thiết bị

4.1.3.1. Một số yêu cầu khi vận hành thiết bị

4.1.3.2. Hoạt động của mô hình

4.1.3.3. Các trường hợp hoạt động của mô hình thực tế như sau

4.1.4. Kết quả thực nghiệm

4.1.4.1. Thực nghiệm đo điện áp đầu vào và điện áp đầu ra khi bơm hoạt động

4.1.4.2. Thực nghiệm đo điện áp đầu vào và điện áp đầu ra khi nạp điện cho ắc qui

4.1.4.3. Thực nghiệm khi bơm bằng ắc qui

4.1.4.4. Nhận xét kết quả thực nghiệm

4.1.4.5. Thực nghiệm thực tiễn khi bơm nước tưới cho hoa màu

4.1.4.6. Đánh giá kết quả đạt được

4.2. Hướng phát triển của đề tài nghiên cứu

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Phụ lục: Chương trình code của mạch

I. Tổng Quan Về Lĩnh Vực Nghiên Cứu

Năng lượng mặt trời đang trở thành một trong những nguồn năng lượng tái tạo quan trọng nhất trong bối cảnh hiện nay. Việc khai thác năng lượng mặt trời không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn đảm bảo nguồn năng lượng bền vững cho tương lai. Luận văn này tập trung vào việc thiết kế và chế tạo mô hình bơm nước sử dụng pin năng lượng mặt trời nhằm phục vụ cho nhu cầu sản xuất và sinh hoạt của người dân nông thôn. Mô hình này không chỉ có tính ứng dụng cao mà còn góp phần vào việc phát triển công nghệ hệ thống bơm nước sử dụng năng lượng tái tạo.

1.1. Mục Đích và Nhiệm Vụ Nghiên Cứu

Mục đích chính của nghiên cứu là phát triển một hệ thống bơm nước hiệu quả, sử dụng năng lượng mặt trời để cung cấp nước cho các khu vực nông thôn. Nhiệm vụ nghiên cứu bao gồm việc thiết kế, chế tạo và thử nghiệm mô hình bơm nước. Luận văn cũng sẽ phân tích hiệu suất của bơm nước năng lượng mặt trời và đưa ra các giải pháp tối ưu hóa cho hệ thống.

1.2. Giá Trị Thực Tiễn Của Đề Tài

Giá trị thực tiễn của đề tài nằm ở việc cung cấp một giải pháp bền vững cho việc cung cấp nước sạch tại các vùng nông thôn. Mô hình bơm nước sử dụng năng lượng mặt trời không chỉ giúp tiết kiệm chi phí điện năng mà còn giảm thiểu tác động đến môi trường. Hệ thống này có thể được áp dụng rộng rãi trong các lĩnh vực nông nghiệp, sinh hoạt và công nghiệp nhỏ, góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống cho người dân.

II. Cơ Sở Lý Thuyết Của Luận Văn

Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng vô tận và có khả năng cung cấp điện năng cho nhiều ứng dụng khác nhau. Luận văn này sẽ trình bày các khái niệm cơ bản về pin năng lượng mặt trời, nguyên lý hoạt động và các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống. Việc hiểu rõ về công nghệ năng lượng tái tạo sẽ giúp tối ưu hóa thiết kế và vận hành hệ thống bơm nước.

2.1. Nguyên Lý Hoạt Động Của Pin Năng Lượng Mặt Trời

Pin năng lượng mặt trời hoạt động dựa trên nguyên lý chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng thông qua các tế bào quang điện. Các tế bào này thường được làm từ silicon, một chất bán dẫn phổ biến. Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào, các electron trong silicon được kích thích và tạo ra dòng điện. Hiệu suất của pin phụ thuộc vào nhiều yếu tố như cường độ ánh sáng, nhiệt độ và góc chiếu sáng. Việc tối ưu hóa các yếu tố này sẽ giúp tăng cường hiệu suất của hệ thống bơm nước.

2.2. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Hiệu Suất Của Hệ Thống

Hiệu suất của hệ thống bơm nước sử dụng năng lượng mặt trời bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như thiết kế của pin, điều kiện thời tiết, và cách bố trí hệ thống. Việc lựa chọn đúng loại pin và thiết kế mạch điều khiển phù hợp sẽ giúp tối ưu hóa hiệu suất. Ngoài ra, việc bảo trì và kiểm tra định kỳ cũng là yếu tố quan trọng để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và hiệu quả.

III. Thiết Kế và Chế Tạo Mô Hình Bơm Nước

Quá trình thiết kế và chế tạo mô hình bơm nước sử dụng pin năng lượng mặt trời bao gồm nhiều bước quan trọng. Từ việc xác định yêu cầu kỹ thuật đến việc lựa chọn linh kiện và lắp ráp hệ thống. Mô hình được thiết kế để hoạt động hiệu quả trong các điều kiện khác nhau, đảm bảo cung cấp nước liên tục cho người sử dụng.

3.1. Các Yêu Cầu Kỹ Thuật Khi Chế Tạo Mô Hình

Yêu cầu kỹ thuật cho mô hình bơm nước bao gồm khả năng hoạt động ổn định trong các điều kiện thời tiết khác nhau, hiệu suất bơm cao và tiết kiệm năng lượng. Hệ thống cần được thiết kế để dễ dàng bảo trì và sửa chữa. Việc lựa chọn các linh kiện chất lượng cao cũng là yếu tố quan trọng để đảm bảo độ bền và hiệu suất của hệ thống.

3.2. Quy Trình Lắp Ráp và Thử Nghiệm

Quy trình lắp ráp mô hình bơm nước bao gồm việc kết nối các linh kiện điện tử, lắp đặt pin năng lượng mặt trời và thiết lập mạch điều khiển. Sau khi lắp ráp, mô hình sẽ được thử nghiệm để đánh giá hiệu suất hoạt động. Các thông số như điện áp đầu vào, điện áp đầu ra và lưu lượng nước sẽ được đo đạc và phân tích để đảm bảo mô hình hoạt động hiệu quả.

Luận Văn Thạc Sĩ HCMUTE Về Thiết Kế Và Chế Tạo Mô Hình Bơm Nước Sử Dụng Năng Lượng Mặt Trời