Tính toán thiết kế hệ thống bơm sử dụng điện mặt trời cho trang trại trồng ngô 3000m2

Tìm hiểu cách tính toán thiết kế hệ thống bơm điện mặt trời cho trang trại ngô 3000m2, tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm năng lượng.

• Tác giả: Nguyễn Hoàng Vũ
• Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Thành Công
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Năng Lượng Tái Tạo
• Đề tài: Thiết Kế Hệ Thống Bơm Năng Lượng Mặt Trời Cho Trang Trại Trồng Ngô 3000m2
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tình hình điện mặt trời hiện nay
• 1.2. Lý do chọn đề tài
• 1.3. Mục tiêu đề tài
• 1.4. Nội dung nghiên cứu
• 1.5. Giới hạn đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Tấm pin năng lượng mặt trời
• 2.1.1. Cấu tạo tấm pin năng lượng mặt trời
• 2.1.2. Nguyên lý hoạt động của pin năng lượng mặt trời
• 2.1.3. Phân loại pin mặt trời
• 2.1.3.1. Pin Mặt Trời Silicon Đơn Tinh Thể (Monocrystalline)
• 2.1.3.2. Pin Mặt Trời Silicon Đa Tinh Thể (Polycrystalline)
• 2.1.3.3. Pin Mặt Trời Tấm Mỏng (Thin-Film)
• 2.1.4. Phương pháp đấu nối
• 3. CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT, LỰA CHỌN VÀ THIẾT KẾ DỰ ÁN
• 3.1. Điều kiện tự nhiên khu vực
• 3.2. Vị trí công trình và mặt bằng lắp đặt
• 3.3. Chỉ số bức xạ trung bình và sản lượng năng lượng của khu vực
• 3.4. Tính toán và lựa chọn thiết bị
• 3.4.1. Tính toán lắp đặt
• 3.4.2. Phương án lắp đặt
• 3.5. Đánh giá chung về hệ thống
• 3.5.1. Thông số của hệ thống
• 3.5.2. Công suất của hệ thống
• 3.5.3. Đánh giá tổn thất của hệ thống
• 3.6. Tính toán hệ thống
• 3.7. Phân tích tài chính dự án
• 3.8. Nhận xét và đánh giá
• 4. CHƯƠNG 4: SỬ DỤNG SIMULINK ĐỂ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG
• 4.1. Matlab và Simulink
• 4.1.1. Các thành phần chính trong Simulink
• 4.1.2. Thư viện Khối (Block Libraries)
• 4.1.3. Mô hình con (Subsystems)
• 4.1.4. Quá trình mô phỏng
• 4.1.5. Thiết kế mô hình
• 4.1.6. Thiết lập tham số mô phỏng
• 4.1.7. Chạy mô phỏng
• 4.1.8. Ứng dụng của Simulink
• 4.2. Mặt sàn khai cơ bản của Simulink và năng lượng tái tạo
• 4.2.1. Khái năng lượng mặt trời (Solar Power)
• 4.2.2. Khái lưu trữ năng lượng (Energy Storage)
• 4.2.3. Khái hiển thị (Display)
• 4.3. Sử dụng mô phỏng bơm năng lượng mặt trời sử dụng Matlab Simulink
• 4.3.1. Đánh giá hệ thống
• 4.3.2. Ưu nhược điểm của hệ thống
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Thiết Kế Hệ Thống Bơm Năng Lượng Mặt Trời

Hệ thống bơm năng lượng mặt trời cho trang trại trồng ngô 3000m2 đang trở thành một giải pháp hiệu quả cho nông dân. Việc sử dụng năng lượng tái tạo không chỉ giúp giảm chi phí mà còn bảo vệ môi trường. Hệ thống này tận dụng ánh sáng mặt trời để cung cấp năng lượng cho bơm nước, giúp tưới tiêu hiệu quả cho cây trồng.

1.1. Tình Hình Năng Lượng Mặt Trời Tại Việt Nam

Việt Nam có tiềm năng lớn về năng lượng mặt trời với bức xạ mặt trời trung bình cao. Theo báo cáo của IRENA, năng lượng mặt trời đang chiếm tỷ lệ ngày càng tăng trong tổng năng lượng tái tạo của cả nước.

1.2. Lợi Ích Của Hệ Thống Bơm Năng Lượng Mặt Trời

Hệ thống bơm năng lượng mặt trời giúp giảm chi phí điện năng, tăng hiệu quả tưới tiêu và bảo vệ môi trường. Việc sử dụng năng lượng tái tạo còn giúp nông dân giảm phụ thuộc vào nguồn điện lưới.

II. Vấn Đề Và Thách Thức Trong Thiết Kế Hệ Thống Bơm

Mặc dù có nhiều lợi ích, việc thiết kế hệ thống bơm năng lượng mặt trời cũng gặp phải một số thách thức. Các vấn đề như chi phí lắp đặt, hiệu suất năng lượng và điều kiện thời tiết cần được xem xét kỹ lưỡng.

2.1. Chi Phí Lắp Đặt Hệ Thống Bơm

Chi phí lắp đặt hệ thống bơm năng lượng mặt trời có thể cao hơn so với các hệ thống truyền thống. Tuy nhiên, chi phí này sẽ được bù đắp qua việc tiết kiệm điện năng trong thời gian dài.

2.2. Hiệu Suất Năng Lượng Của Hệ Thống

Hiệu suất của hệ thống bơm năng lượng mặt trời phụ thuộc vào nhiều yếu tố như loại tấm pin, vị trí lắp đặt và điều kiện ánh sáng. Việc tối ưu hóa các yếu tố này là rất quan trọng để đạt được hiệu suất cao nhất.

III. Phương Pháp Thiết Kế Hệ Thống Bơm Năng Lượng Mặt Trời

Thiết kế hệ thống bơm năng lượng mặt trời cần tuân theo một số phương pháp nhất định để đảm bảo hiệu quả và bền vững. Các bước thiết kế bao gồm lựa chọn tấm pin, bơm và hệ thống điều khiển.

3.1. Lựa Chọn Tấm Pin Năng Lượng Mặt Trời

Tấm pin năng lượng mặt trời cần được chọn lựa dựa trên hiệu suất và độ bền. Các loại tấm pin như silicon đơn tinh thể và đa tinh thể đều có ưu nhược điểm riêng.

3.2. Thiết Kế Hệ Thống Điều Khiển

Hệ thống điều khiển giúp tối ưu hóa hoạt động của bơm và tấm pin. Việc sử dụng công nghệ điều khiển thông minh có thể nâng cao hiệu suất và giảm thiểu lãng phí năng lượng.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Hệ Thống Bơm Năng Lượng Mặt Trời

Hệ thống bơm năng lượng mặt trời đã được áp dụng thành công tại nhiều trang trại trồng ngô. Các ứng dụng này không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn nâng cao năng suất cây trồng.

4.1. Kết Quả Nghiên Cứu Tại Trang Trại

Nghiên cứu cho thấy việc sử dụng hệ thống bơm năng lượng mặt trời đã giúp tăng năng suất cây trồng lên đến 30% so với các phương pháp tưới tiêu truyền thống.

4.2. Các Mô Hình Thành Công

Nhiều mô hình trang trại đã thành công trong việc áp dụng hệ thống bơm năng lượng mặt trời, từ đó tạo ra một mô hình phát triển bền vững cho nông nghiệp.

V. Kết Luận Và Tương Lai Của Hệ Thống Bơm Năng Lượng Mặt Trời

Hệ thống bơm năng lượng mặt trời cho trang trại trồng ngô 3000m2 không chỉ là một giải pháp tiết kiệm chi phí mà còn góp phần bảo vệ môi trường. Tương lai của hệ thống này hứa hẹn sẽ phát triển mạnh mẽ hơn nữa.

5.1. Triển Vọng Phát Triển

Với sự phát triển của công nghệ, hệ thống bơm năng lượng mặt trời sẽ ngày càng trở nên phổ biến và hiệu quả hơn trong nông nghiệp.

5.2. Đóng Góp Vào Bảo Vệ Môi Trường

Việc sử dụng năng lượng mặt trời trong nông nghiệp không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn giảm thiểu khí thải carbon, góp phần bảo vệ môi trường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG BƠM SỬ DỤNG ĐIỆN MẶT TRỜI CHO TRANG TRẠI TRỒNG NGÔ 3000m2 GVHD: ThS. NGUYỄN THÀNH CÔNG SVTH: NGUYỄN HOÀNG VŨ TRẦN ĐỨC MẠNH LÊ MINH NHỰT SKL013076 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2024 TR¯âNG Đ¾I HàC S¯ PH¾M Kþ THUãT THÀNH PHä Hæ CHÍ MINH KHOA C¡ KHÍ ĐÞNG LĄC Đæ ÁN TäT NGHIÞP TÍNH TOÁN THIÀT KÀ HÞ THäNG B¡M SĀ DĂNG ĐIÞN M¾T TRâI CHO TRANG TR¾I TRæNG NGÔ 3000m2 NGÀNH: NNG L¯ĀNG TÁI T¾O GVHD: Th. NGUYâN THÀNH CÔNG SVTH MSSV NGUYâN HOÀNG Vi 20154014 TRÄN ĐĀC M¾NH 20154049 LÊ MINH NHĄT 20154052 Thành Phå Hß Chí Minh, tháng 6 năm 2024 LâI CÀM ¡N Lãi đÅu tiên, chúng em trân tráng gāi đÁn ban giám hiåu tr°ãng Đ¿i hác S° ph¿m Kỹ thuÁt Thành Phå Hß Chí Minh, cùng ban chÿ nhiåm cÿa khoa C¢ Khí Đßng Ląc và thÅy cô bß môn ngành Năng L°ÿng Tái T¿o.

Chúng em xin cÁm ¢n thÅy cô đã tÁn tâm giúp đỡ và đã xây dąng nßn tÁn kiÁn thāc cho chúng em đá có thá thąc hiån đß tài này. Đặc biåt là thÅy Nguyãn Thành Công, ng°ãi thÅy đã luôn tÁn tâm h°áng d¿n chúng em hoàn thành đß tài này. Trong thãi gian thąc hiån quá trình tuy đã có tham khÁo tÿ các ngußn tài liåu nghiên cāu, trao đái ý kiÁn và tiÁp thu, nh°ng dĩ nhiên chúng em s¿ không tránh khãi các sai sót. Vì vÁy chúng em hi váng nhÁn đ°ÿc nhăng ý kiÁn đóng góp đÁn tÿ quý thÅy cô đá có thá giúp chúng em hoàn thiån bài luÁn văn cÿa nhóm h¢n.

Nhóm sinh viên xin chân thành cÁm ¢n! i MĂC LĂC LâI CÀM ¡N. viii DANH MĀC CHĂ CÁI VIÀT TÂT. ix CH¯¡NG 1 TàNG QUAN. Tình hình điån mặt trãi hiån nay .1 Tình hình trên thÁ giái .2 Tình hình å Viåt Nam .2 Lý do chán đß tài .9 CH¯¡NG 2 C¡ Sä LÝ THUYÀT .1 TÃm pin năng l°ÿng mặt trãi .1 CÃu t¿o tÃm pin năng l°ÿng mặt trãi .2 Nguyên lý ho¿t đßng cÿa pin năng l°ÿng mặt trãi .2 Nguyên lý ho¿t đßng .3 Phân lo¿i inverter.3 Các hå thång năng l°ÿng mặt trãi .4 Các nguyên nhân gây Ánh h°ång đÁn hiåu suÃt cÿa tÃm PV.

Hiån t°ÿng đá bóng. Góc nghiêng và đßnh h°áng cho hå thång. KHÀO SÁT, LĄA CHàN VÀ THIÀT KÀ DĄ ÁN. Đißu kiån tą nhiên khu vąc.

Vß trí công trình và mặt bằng lÃp đặt. Chỉ så bāc x¿ trung bình và så giã nÃng cÿa khu vąc .Tính toán và ląa chán thiÁt bß .1 Tính toán lÃp đặt .2 Ph°¢ng án lÃp đặt .5 Đánh giá chung vß hå thång .1 Thông så cÿa hå thång .2 Công suÃt cÿa hå thång .3 Đánh giá tán thÃt cÿa hå thång. Tính toán hå thång. Phân tích tài chính dą án.

NhÁn xét và đánh giá. 73 CH¯¡NG 4 SĀ DĀNG SIMULINK Đà MÔ PHâNG Hä THäNG .1 Matlab và Simulink. Các Thành PhÅn Chính Trong Simulink. Th° viån Khåi (Block Libraries).

Mô Hình Con (Subsystems). Quá Trình Mô Phãng. ThiÁt KÁ Mô Hình. ThiÁt LÁp Tham Så Mô Phãng.

Ch¿y Mô Phãng. Āng Dāng cÿa Simulink .2 Mßt så khåi c¢ bÁn cÿa simulink vß năng l°ÿng tái t¿o. Khåi Năng L°ÿng Mặt Trãi (Solar Power). Khåi L°u Tră Năng L°ÿng (Energy Storage).

Khåi Hián Thß (Display) .3 S¢ đß mô phãng b¢m năng l°ÿng mặt trãi sā dāng Matlab Simulink .1 Đánh giá hå thång.2 ¯u nh°ÿc điám cÿa hå thång. 94 CH¯¡NG 5 KÀT LUÀN VÀ H¯àNG PHÁT TRIàN .2 H°áng phát trián .93 TÀI LIäU KHAM KHÀO. 96 iv MĂC LĂC HÌNH Hình 1. 1 Biáu đß sÁn l°ÿng tÁ bào quang điån toàn cÅu tÿ 2010 đÁn 2021.

2 Công suÃt ĐMT cÿa các châu lāc dą đoán cho năm 2030 và 2050. 3 SÁn l°ÿng điån t¿o ra tÿ NLMT vào năm 2021 theo GlobalSolarAtlas. 4 BÁn đß thá hiån mÁt đß bāc x¿ å Viåt Nam. 5 Tißm năng phát trián điån mặt trãi å Viåt Nam.

1 CÃu t¿o tÃm pin năng l°¢ng mặt trãi. 2 TÃm pin mặt trãi Monocrystalline. 4 TÃm pin Pin Mặt Trãi TÃm Mãng (Thin-Film). 6 S¢ đß nguyên lý ho¿t đßng cÿa inverter.

7 Các lo¿i inverter chuỗi. 13 Công suÃt tÃm PV bß Ánh h°ång do nhiåt đß. 14 Są tác đßng cÿa nhiåt đß đÁn biáu đß P-V. 15 Đặc tính I-V Ánh h°ång båi nhiåt đß.

16 Đặc tính I-V Ánh h°ång båi bāc x¿. 17 Są tác đßng cÿa bāc x¿ đÁn biáu đß P-V. 18 Hiåu suÃt cÿa tÃm pin bß tác đßng do đá bóng. 4 TÃm pin Canadian Solar CS6X-300P > 300 Watt Solar Panel.

5 Inverter INVT GD100-2R2G-4-PV. 6 Hình Ánh bßn n°ác Inox hãng S¢n Hà. 7 S¢ đß b¢m n°ác dùng năng l°ÿng mặt trãi. 8 B¢m chìm giÁng khoan ShowFou Model 4SA8/17 – 2.

9 Pin l°u tră Lithium SVE 5000RM 51. 11 S¢ đß bå trí tÃm pin trên sketup. 12 Kích th°ác tÃm pin. 15 Mặt bằng Mái bå trí tÃm pin và đ°ãng ång.

20 BÁng đặc tính cÿa hå thång PV trên PV syst. 21 Thông så công suÃt cÿa hå thång theo năm. 22 Hiåu suÃt cÿa hå thång. 23 BÁng đánh giá hiåu suÃt cÿa hå thång năng l°ÿng mặt trãi trong năm.

24 thông så công suÃt cÿa hå thång theo năm. 25 các yÁu tå Ánh h°ång đÁn hiåu suÃt năng l°ÿng cÿa hå thång. 26 Biáu đß tán thÃt và phân phåi năng l°ÿng mặt trãi. 1 S¢ đß mô phãng.

2 Bß đißu khián Buck Converter. 1 S¢ đß mô phãng. 2 Bß đißu khián Buck Converter. 3 Khåi thuÁt toán theo dõi điám công suÃt cąc đ¿i MPPT.

4 M¿ch đißu khián tåc đß đßng c¢ DC vái bß đißu khián PI. 5 Bß giÁi mã tín hiåu Hall cho đßng c¢ BLDC. 6 Bß đißu khián s¿c và xÁ pin. 7 Khåi đo đ¿c và quan sát kÁt quÁ.

8 Công suÃt cÿa tÃm pin mặt trãi khi sā dāng MPPT. 9 Dòng điån cÿa PV. 11 Dòng điån ngõ vào m¿ch boost DC-AC. 12 Điån áp ngõ vào m¿ch boost DC-AC.

13 Dòng điån ngõ vào Motor. 14 KÁt quÁ mô phãng cÿa Motor. 15 KÁt quÁ mô phãng cÿa pin l°u tră. 90 vii MĂC LĂC BÀNG BÁng 1.

1 XÁp h¿ng táng công suÃt mặt trãi đ°ÿc lÃp đặt tính đÁn năm 2022. 1 L°ÿng bāc x¿ mặt trãi trąc tiÁp (DNI) t¿i dą án. 1 L°ÿng bāc x¿ cÿa khu vąc. 2 Thông så cÿa tÃm pin.

3 Thông så inverter INVT 2. 4 Yêu cÅu vß l°ÿng n°ác cÿa 1 så đßng vÁt hoặc cây trßng theo ngày. 5 Thông så kĩ thuÁt cÿa bßn n°ác. 5 Bāc x¿ mặt trãi tính bằng kWh/m2/ngày trong 5 tháng, Bình ThuÁn.

6 BÁng tán thÃt ma sát Hazen-Williams (PVC). 8 Thông så cÿa pin .9 Thông så inverter thā 2 .10 Thông så công suÃt cÿa hå thång theo năm.11 Các tÁi sā dāng và thãi gian sā dāng .12 BÁng giá điån theo giã .13 Tißn điån tiÁt kiåm đ°ÿc 1 tháng cÿa trang tr¿i .14 Tißn điån sau thuÁ và thãi gian hoàn vån. 1 BÁng so sánh så liåu hå thång mô phãng và thông så kỹ thuÁt thąc tÁ. 1 ¯u nh°ÿc điám hå thång.

94 viii DANH MĂC CHĂ CÁI VIÀT TÀT NLTT: Năng l°ÿng tái t¿o. NLMT: Năng l°ÿng mặt trãi. ĐMT: Điån mặt trãi. DC: Direct Current.

AC: Alternating Current. DNI: Direct Normal Irradiance. GHI: Global Horizontal Irradiance. MPPT: Maximum Power Point Tracking.

IRR: Internal Rate of Return. TDH: Total Dynamtic Head. PVC: Polyvinyl Chloride. GPM: Gallons Per Minute.

ix CH¯¡NG 1 TèNG QUAN 1. Tình hình đißn m¿t trãi hißn nay 1.1 Tình hình trên thÁ giái Vái viåc ngußn nhiên liåu hóa th¿ch ngày càng c¿n kiåt chiÁm tái 80% ngußn năng l°ÿng toàn cÅu - nhu cÅu tìm kiÁm và phát trián các ngußn năng l°ÿng tái t¿o bßn văng là vô cùng cÃp thiÁt. Trong så các ngußn năng l°ÿng tái t¿o, năng l°ÿng mặt trãi đ°ÿc đánh giá cao vß khÁ năng rßng rãi, bßn văng và có thá tái t¿o. Nhißu chuyên gia cho rằng, trong t°¢ng lai gÅn, năng l°ÿng mặt trãi có tißm năng thay thÁ đáng ká cho năng l°ÿng hóa th¿ch.

Dù hiån nay điån năng l°ÿng mặt trãi mái chỉ đóng góp khoÁng 3,6% trong táng sÁn l°ÿng điån toàn cÅu, nó v¿n nái bÁt trong så các công nghå năng l°ÿng tái t¿o. Theo báo cáo cÿa IRENA năm 2023, thiÁt bß điån mặt trãi chiÁm tái 31% trong så các d¿ng năng l°ÿng tái t¿o đ°ÿc trián khai vào năm 2022. Vái công suÃt lÃp đặt đ¿t 1053 GW trong năm đó, điån mặt trãi chỉ đāng sau thÿy điån, vån có công suÃt là 1392 GW. 1 Biáu đß sÁn l°ÿng tÁ bào quang điån toàn cÅu tÿ 2010 đÁn 2021 1 Dąa vào dă liåu tÿ IRENA, chúng ta có thá quan sát thÃy są tăng tr°ång đáng ká trong công suÃt lÃp đặt năng l°ÿng tái t¿o.

So vái năm 2021, có są gia tăng khoÁng 22%, t°¢ng đ°¢ng vái 192 GW. Ba quåc gia d¿n đÅu vß công suÃt lÃp đặt là Trung Quåc, Hoa Kỳ và Ân Đß, vái các māc tăng tr°ång lÅn l°ÿt là 86,1 GW, 17,8 GW và 13,5 GW trong năm 2022, theo báo cáo cÿa IRENA năm 2023. 1 XÁp h¿ng táng công suÃt mặt trãi đ°ÿc lÃp đặt tính đÁn năm 2022 XÁp Công suÃt lÃp đặt N°ác h¿ng (GW) 1 Trung Quåc 392.5 12 Tây Ban Nha 18. 2 Công suÃt ĐMT cÿa các châu lāc dą đoán cho năm 2030 và 2050 Theo Hình 1.2, są phân tích tÿ REmap và IRENA cho thÃy công suÃt lÃp đặt năng l°ÿng mặt trãi theo tÿng lāc đßa tÿ năm 2018.

Táng công suÃt lÃp đặt năm 2018 là 481 GW, và dą báo s¿ tăng gÃp 6 lÅn vào năm 2030, đ¿t khoÁng 2841 GW, và gÅn 18 lÅn vào năm 2050, vái điån năng l°ÿng mặt trãi áp mái chiÁm 40% và điån năng l°ÿng mặt trãi quy mô trang tr¿i chiÁm 60%. Châu Á dą kiÁn s¿ tiÁp tāc d¿n đÅu trong thß tr°ãng năng l°ÿng mặt trãi, chiÁm khoÁng 65% táng công suÃt lÃp đặt toàn cÅu vào năm 2030, vái Trung Quåc v¿n là quåc gia hàng đÅu trong ngành này. Vào năm 2050, mặc dù Châu Á v¿n giă vß trí d¿n đÅu vái 57% táng công suÃt lÃp đặt, nh°ng cjng s¿ có są gia tăng đáng ká tÿ Châu Phi và Nam Mỹ.2 Tình hình å Vißt Nam Theo °ác tính cÿa Bß Công Th°¢ng, māc tiêu thā điån å Viåt Nam hiån đang tăng trung bình 10% mỗi năm. Tuy nhiên, các ngußn năng l°ÿng chính trong n°ác đang dÅn bß kiåt quå, bußc Viåt Nam phÁi phā thußc nhißu vào nhÁp khẩu than và khí đåt.