Cách lắp đặt máy bơm nước chạy bằng tấm mặt trời thế nào?

Để có thể dùng máy bơm nước ngoài trời không cần sử dụng điện lưới thì hệ thống bơm nước bằng các tấm pin năng lượng mặt trời là điều có thể. Với các thiết bị đơn giản máy bơm năng lượng mặt trời mini giá có thể lựa chọn nhiều loại thương hiệu. Mọi gia đình có thể đảm bảo có được công suất hoạt động cho mục đích cần.

Tổng quan về hệ thống bơm nước bằng điện mặt trời

Loại hệ thống tấm quang năng mặt trời mà người ta có thể thiết kế bằng cách kết nối trực tiếp một hay nhiều tấm pin cùng với tải DC thông qua dây điện năng lượng mặt trời chuyên dụng.

Công suất tổng thể các modules sao cho nó có thể cung cấp trong những giờ có nắng. Không có sự sắp sếp cũng như các sắp xếp đặt biệt nào thực hiện cũng như sử dụng tối đa các modules hoạt động. Việc này có thể theo dõi điểm công suất tối đa các tấm pin hoạt động bằng bộ điều khiển sạc suốt quá trình chúng hoạt động.

Kiến thức liên quan: Các loại hệ thống bơm năng lượng mặt trời hiện nay?

Tại sao nên sử dụng thêm pin lưu trữ?

Một hệ thống sử dụng điện sẽ không sử dụng ổn định vì lượng điện sẽ phụ thuộc vào tấm pin cũng như giờ nắng có thể tạo ra điện. Việc bố trí pin dự phòng để cung cấp cũng như lưu trữ để có thể sử dụng trong lúc khẩn cấp. Hệ thống bơm nước thường để sử dụng để bơm nước cũng như áp dụng cho hệ thông tưới tiêu. Nếu như việc cần nước vào ban đem thì có thể sử dụng điện đã dự trữ trước đó để hoạt động.

Vậy tại phải dùng bộ sạc điện để kết hợp với các tấm pin trong hệ thống mà không sử dụng trực tiếp lúc trời có nắng. Mặt khác với pin lưu trữ không hề rẻ cũng như bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời cũng đắt không kém.

Mức công suất điện áp các thiết bị có quan trọng?

Để khi các tấm pin nhận được bức xạ mặt trời máy hút nước sẽ hoạt động và lưu trữ điện trong pin lưu trữ. Một hệ thống như vậy có thể được thiết kế cho động cơ AC các mức công suất tuỳ thuộc vào nhu cầu. Tuy nhiên, thiết kế hệ thống bơm năng lượng chúng ta có thể phải “khớp định mức công suất và điện áp của các tấm pin cũng như định mức động cơ máy bơm DC” .

Những máy bơm động cơ AC sẽ yêu cầu mạch biến tần (DC-AC) để tạo nguồn DC do các tâm pin tạo ra để động cơ hoạt động. Ngoài ra, định mức công suất biến tần phải phù hợp với định mức của cách thiết vị liên kết trong hệ thống bơm nước năng lượng mặt trời.

Yêu cầu của máy bơm nước DC điện mặt trời

Trước kh bắt đầu lắp hệ thống thì cần biết các thông tin cũng như điều quan trọng là phải hiểu được một số thuật ngữ có liên quan chặt chẽ đến việc thiết kế hệ thống hoạt động đập lập.

Nhu cầu sử dụng nước hàng ngày(m3 /ngày):

Máy bơm năng lượng mặt trời công suất lớn dùng nhu cầu nước có thể thay đổi hàng ngày, hàng tháng và theo mùa. Lượng nước cần thiết mỗi ngày quyết định chi phí và quy mô của hệ thống. Vì vậy, nếu nhu cầu nước thay đổi mỗi ngày thì có thể lấy mức trung bình hàng tuần hoặc hàng tháng để tính toán thiết kế. Nhưng nhu cầu nước tối đa nên được xem xét, bởi vì nếu hệ thống có thể đáp ứng nhu cầu nước cao nhất thì nó có thể đáp ứng nhu cầu thường xuyên.

Cột áp tổng động (TDH) (mét):

Đây là thông số quan trọng nhất để thiết kế hệ thống bơm. Đó là áp suất hiệu quả mà máy bơm nước phải hoạt động và nó được đo bằng mét. Nó có hai thông số phụ đầu tiên là tổng lực nâng thẳng đứng và thông số còn lại là tổng tổn thất ma sát. Bây giờ xa hơn, tổng lực nâng thẳng đứng là tổng của ba tham số được hiển thị trong hình 3 bên dưới là; độ cao, mực nước đứng và Drawdown.

Độ cao là thước đo sự khác biệt giữa các điểm tức là giữa mặt đất và độ cao mà nước sẽ được xả.

Mực nước đứng là sự chênh lệch giữa mực nước trong giếng và mặt đất.

Drawdown là thước đo độ cao mà từ đó mực nước hạ xuống do bơm nước ra ngoài.

Tổn thất ma sát (mét):

Đây là áp suất cần thiết để vượt qua ma sát trong đường ống giữa đầu ra của máy bơm nước đến điểm thoát nước. Nó được thêm vào tổng chiều cao thẳng đứng để có được giá trị Tổng cột áp động (TDH) và được đo bằng mét. Nhiều yếu tố góp phần gây ra tổn thất do ma sát chẳng hạn như kích thước của đường ống, loại phụ kiện, không khí có trong đường ống, số lần uốn cong, tốc độ dòng chảy, v.v.

Nếu điểm xả nước gần giếng hơn so với giá trị gần đúng giá trị của tổn thất ma sát được sử dụng để tính toán. Ví dụ, nếu điểm xả nằm trong phạm vi 10 m tính từ giếng, thì 5 % tổng lực nâng thẳng đứng được coi là tổn thất do ma sát.

Bài biết chi tiết: Cơ bản về hệ thống máy bơm năng lượng mặt trời

Các bước thiết kế máy bơm nước DC chạy bằng điện từ mặt trời

Tất cả các thông số trên rất hữu ích cho việc thiết kế hệ thống bơm nước bằng các mô-đun năng lượng mặt trời. Bây giờ chúng ta hãy xem các tham số này và các bước khác nhau có thể hữu ích như thế nào để thiết kế một hệ thống độc lập như vậy. Việc thiết kế hệ thống có thể được thực hiện theo năm bước như sau;

Bước 1: Xác định nhu cầu nước sinh hoạt tính bằng (m 3 /ngày)

Bước 2: Tính cột nước động tổng cộng (TDH) cần thiết để bơm nước.

Bước 3: Tính toán tổng năng lượng thủy lực cần thiết mỗi ngày (Watt-giờ/ngày) để bơm nước.

Bước 4: Tính toán bức xạ mặt trời có sẵn tại địa điểm.

Bước 5: Tính toán kích thước và số lượng mô-đun PV cần thiết, định mức động cơ, hiệu quả và tổn thất của nó.

Ví dụ

Các thông số để tính toán để thiết kế máy bơm nước DC chạy bằng năng lượng mặt trời có thể áp dụng theo:

Để hiểu điều này, đơn giản chúng ta hãy lấy một ví dụ thiết kế nơi chúng ta cần 50 m 3 nước mỗi ngày từ độ sâu 20 m. Nó có độ cao, mực nước đứng và độ rút nước lần lượt là 10 m, 10 m và 4 m.

Mật độ của nước là 2000 kg/m 3 và gia tốc do trọng trường (g) là 9,8 m/s 2. Định mức công suất cực đại của mô-đun năng lượng mặt trời là 36 W P. Vì các mô-đun không hoạt động ở công suất cực đại định mức nên hệ số vận hành là 0,75. Hiệu suất bơm là khoảng 40 % và hệ số không phù hợp là 0,85 do các mô-đun không hoạt động ở mức tối đa.

Lưu ý

Hệ số không khớp phải được lấy là 1 nếu chúng ta đang sử dụng MPPT cùng với bộ điều khiển sạc. Nhưng trong trường hợp của chúng tôi, hệ số không khớp là 0,85 vì chúng ta đang kết nối trực tiếp các mô-đun PV với động cơ bơm DC.

Áp dụng để thực hành lắp hệ thống bơm nước bằng tấm quang mặt trời

Bước 1:

Xác định nhu cầu nước sinh hoạt tính bằng (m 3 /ngày)

Nhu cầu nước hàng ngày = 50 m 3 /ngày

Bước 2:

Tính cột nước động tổng cộng (TDH) cần thiết để bơm nước.

Tổng lực nâng thẳng đứng = Cao độ + Mực nước đứng + Rút nước

Tổng lực nâng thẳng đứng = 10 m + 10 m + 4 m = 24 m

Tổn thất ma sát = 5 % tổng lực nâng thẳng đứng = 24 × 0,05 = 1,2 m

Tổng cột áp động (TDH) = Tổng lực nâng thẳng đứng + Tổn thất ma sát

Tổng Trụ Động (TDH) = 24 m + 1,2 m = 25,2 m

Bước 3:

Tính toán tổng năng lượng thủy lực cần thiết mỗi ngày (Watt-giờ/ngày) để bơm nước.

Năng lượng thủy lực cần thiết = Khối lượng × g × TDH

Năng lượng thủy lực cần thiết = Mật độ × Thể tích × g × TDH

Năng lượng thủy lực yêu cầu = 2000 kg/m 3 × 50 m 3 /ngày × 9,8 m/s 2 × 25,2 m = 6860 Wh/ngày

Bước 4:

Tính toán bức xạ mặt trời có sẵn tại địa điểm.

Bức xạ mặt trời hiện có tại công trường (Số giờ nắng cao điểm trong ngày) = 6h/ngày (tương đương 1000 W/m 2 )

Giờ nắng cao điểm được sử dụng phổ biến nhất vì chúng đơn giản hóa việc tính toán. Đừng nhầm lẫn với “Số giờ nắng trung bình” và “Số giờ nắng cao điểm” mà bạn sẽ thu thập được từ trạm khí tượng. “Số giờ nắng trung bình” biểu thị số giờ nắng còn “Giờ nắng cao điểm” là số giờ lượng năng lượng thực tế nhận được tính bằng KWh/m 2 /ngày.

Bài viết nên độc thêm: Cách tính toán cài đặt tấm pin và sơ đồ hệ thống điện mặt trời

Bước 5:

Tính toán kích thước và số lượng mô-đun PV cần thiết, định mức động cơ, hiệu quả và tổn thất của nó.

Công thức tính tấm năng lượng mặt trời

Tổng công suất của tấm pin = Tổng năng lượng thủy lực / Số giờ nắng cao điểm trong ngày

Ap dụng :  Tổng công suất của bảng PV = 6860/6 = 1143,33 W

Công thức tính tổng công suất các tấm pin

Tổng công suất của bảng PV có tính đến tổn thất hệ thống = Tổng công suất của bảng PV / (Hiệu suất máy bơm × Hệ số không phù hợp)

Áp dụng: Tổng công suất của bảng PV có tính đến tổn thất hệ thống = 1143,33 / (0,40 × 0,85) = 3362,73 W

Công thức tính hệ số vận hành của tấm pin mặt trời

Tổng công suất của bảng PV có tính đến hệ số vận hành của mô-đun PV = Tổng công suất của bảng PV có tính đến tổn thất hệ thống / Hệ số vận hành

Áp dụng: Tổng công suất của bảng PV có xét đến hệ số vận hành của mô-đun PV = 3362,73 / 0,75 = 4483,64 W

Cong thức tính số vòng quay động cơ

Số tấm pin mặt trời cần thiết là 36 WP = Tổng công suất của tấm pin mặt trời có tính đến hệ số vận hành của mô-đun pin mặt trời / 36

Số tấm pin mặt trời yêu cầu của 36 W P = 4483,64 / 36 =124,54 = (125 round perminute)

(*)Tốc độ quay của máy bơm/rpm (round perminute): là số vòng quay trên phút.

Định mức công suất của động cơ DC = Tổng công suất của bảng PV có tính đến hệ số vận hành của mô-đun PV / 746 W (tức là 1 hp) = 6,0102 hp động cơ = (7 hp round figure)

Việc sắp xếp các bảng nối tiếp và song song có thể được thực hiện dựa trên định mức điện áp và dòng điện của mô-đun và động cơ DC. Một hệ thống như vậy cũng có thể được thiết kế với mạch MPPT và biến tần năng lượng mặt trời cho động cơ AC nhưng điều quan trọng là hiệu suất và định mức công suất của nó phải được xem xét khi thiết kế hệ thống.

Bài viết khác gia đình có thể tham khảo: Net metering solar là gì? áp dụng như thế nào?