Đang tải... (xem toàn văn)
MỤC LỤC CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .................................................................................... 1 1.1. Lý do chọn đề tài ............................................................................................... 1 1.2. Mục tiêu nghiên cứu .......................................................................................... 1 1.3. Nội dung nghiên cứu .......................................................................................... 2 1.4. Phạm vi nghiên cứu ........................................................................................... 2 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ......................................................................... 3 2.1. Thực trạng phát triển hệ thống tưới cây tự động ............................................... 3 2.1.1. Thực trạng phát triển hệ thống tưới cây tự động trên thế giới ....................... 3 2.1.2. Thực trạng phát triển hệ thống tưới cây tự động tại Việt Nam ...................... 3 2.2. Tổng quan về mô hình tưới tự động .................................................................. 4 2.2.1. Hệ thống tưới cây tự động nhỏ giọt ................................................................ 4 2.2.2. Hệ thống tưới cây tự động phun mưa ............................................................. 6 2.2.3. Hệ thống tưới cây tự động phun sương .......................................................... 9 2.3. Tổng quan về pin năng lượng mặt trời ............................................................ 11 2.3.1. Các loại pin mặt trời .................................................................................... 11 2.3.1.1. Tấm pin mặt trời Mono ............................................................................. 11 2.3.1.2. Tấm pin mặt trời Poly ................................................................................ 12 2.3.1.3. Tấm pin mặt trời Thinfilm ....................................................................... 13 2.3.1.4. Các loại pin mặt trời khác .......................................................................... 15 2.3.2. Tổng quan về công nghệ pin mặt trời ........................................................... 16 2.3.2.1. Tấm pin công nghệ PERC ......................................................................... 16 2.3.2.2. Các tế bào cắt một nửa (half cell) .............................................................. 18 2.3.2.3. Tấm pin mặt trời Bifacial .......................................................................... 21 2.4. Tổng quan về bơm ........................................................................................... 21 2.5. Tổng quan về pin lưu trữ ................................................................................. 23 2.5.1. Pin Lithium ................................................................................................... 23 2.5.2. Ắcquy chì .................................................................................................... 24 CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ .......................................................... 25 3.1. Giới thiệu dự án ............................................................................................... 25 3.2. Khảo sát thiết bị và thông số tính toán cho dự án ........................................... 26 3.2.1. Lựa chọn pin mặt trời ................................................................................... 27 3.2.2. Lựa chọn bơm ............................................................................................... 32 3.2.3. Lựa chọn hệ lưu trữ ...................................................................................... 34 3.2.4. Lựa chọn súng tưới ....................................................................................... 35 3.3. Chi phí đầu tư .................................................................................................. 36 CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.......................................................... 37 Chương 1. Tổng quan 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Lý do chọn đề tài Nước là nguồn tài nguyên quý giá quyết định sự tồn tại của con người cũng như sự sống của các sinh vật trên Trái Đất. Nước là nguồn cung cấp không thể thiếu trong đời sống thường ngày, cho các hoạt động sản xuất công nghiệp, sản xuất nông nghiệp,…Trong nông nghiệp, nước ngọt được dùng để tưới tiêu, cung cấp độ ẩm tự nhiên cho đất và hỗ trợ sự phát triển của các loại cây cối; là dung môi của các chất hóa học, dinh dưỡng cần thiết cho cây. Nước làm nhiệm vụ hòa tan phân bón, thuốc trừ sâu, thuốc bảo vệ thực vật và đồng thời nước hỗ trợ quá trình vận chuyển, chuyển hóa các chất dinh dưỡng cho các bộ phận của cây. Tuy nhiên, nguồn nước ngọt hiện nay đang trong tình trạng ô nhiễm và thiếu hụt nghiêm trọng. Với tốc độ đô thị hóa, công nghiệp hóa, hiện đại hóa diễn ra nhanh chóng, Việt Nam là một trong các quốc gia đang phát triển phải đối mặt với tình trạng ô nhiễm nguồn nước. Nhu cầu sử dụng nước cho sinh hoạt, sản xuất công – nông nghiệp đang gia tăng mạnh mẽ cùng với sự phát triển kinh tế xã hội và bùng nổ dân cư. Sự tiến bộ không ngừng của khoa học kĩ thuật, sự trợ giúp của máy tính điện tử hay sự ra đời của điện toán đám mây, ngày càng nhiều các diễn đàn, hội thảo, đề tài nghiên cứu tìm kiếm các biện pháp tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên, đặc biệt là tài nguyên nước phục vụ trong sản xuất nông nghiệp. Với mong muốn đưa ra giải pháp nhằm tiết kiệm tối đa nguồn nước ngọt được sử dụng trong hoạt động tưới tiêu cây trồng trong nông nghiệp, nhóm tác giả thực hiện đề tài: “Nghiên cứu hệ thống tưới tự động bằng Năng lượng mặt trời”. 1.2. Mục tiêu nghiên cứu • Tìm hiểu về hệ thống tưới tự động và đưa ra đề xuất lựa chọn thiết bị đến người tiêu dùng (người nông dân) có nhu cầu lắp đặt hệ thống tưới tự động bằng năng lượng mặt trời cho vườn cà phê có quy mô nhỏ. • Đối tượng cây trồng: Cây cà phê • Yêu cầu của người tiêu dùng: Hệ thống được lắp đặt dễ dàng, có độ bền cao, chịu được thời tiết khắc nghiệt tại khu vực miền Trung. Bên cạnh đó, hệ thống cần dễ dàng vận chuyển đến khu vực nhà vườn và tháo ráp nhanh chóng. Chương 1. Tổng quan 2 • Hệ thống được lắp đặt tại khu vực không có nguồn nước tự nhiên, phải dùng giếng khoan làm nguồn nước chính. • Phải có hệ thống lưu trữ. 1.3. Nội dung nghiên cứu Đề tài tập trung nghiên cứu về hệ thống bơm năng lượng mặt trời, hệ lưu trữ ắcquy Lithium, cơ sở lý thuyết của bơm, các thông số và công nghệ chế tạo của pin năng lượng mặt trời. 1.4. Phạm vi nghiên cứu Đề tài chỉ nằm trong mức độ nghiên cứu và xây dựng hệ thống tưới tự động bằng năng lượng mặt trời trên cơ sở lý thuyết và chưa được thiết kế mô phỏng thực tế.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC MÔN HỌC: ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG TƯỚI TỰ ĐỘNG BẰNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI GVHD: TS Huỳnh Thị Minh Thư 20154067 SVTH: Võ Thanh Tú 20154002 20154068 Đào Thái Cát Tường Nguyễn Hoàng Minh Tuấn Tp Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2023 TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC ĐỒ ÁN MÔN HỌC NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO o0o Tp HCM, ngày tháng năm 2023 PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Giảng viên hướng dẫn: TS Huỳnh Thị Minh Thư Sinh viên thực hiện: Võ Thanh Tú MSSV: 20154067 Đào Thái Cát Tường MSSV: 20154002 Nguyễn Hoàng Minh Tuấn MSSV: 20154068 Chuyên ngành: Năng lượng Tái tạo Tên đề tài: Nghiên cứu hệ thống tưới tự động lượng mặt trời NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng công việc thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Điểm: (bằng chữ: ) TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2023 Giáo viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN Nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn đến ban lãnh đạo Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM nói chung Khoa Cơ Khí Động Lực nói riêng tạo điều kiện để chúng em học tập thực môn học Đồ án Nhóm em xin chân thành cảm ơn Cơ Huỳnh Thị Minh Thư đồng hành hướng dẫn nhóm chúng em suốt q trình thực mơn học Mặc dù đơi lúc chúng em có khó khăn thực đề tài nhờ động viên giúp chúng em hồn thành mơn học cách hồn thiện Một lần nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn cơ, chúc gia đình sức khỏe dồi ngày thành công nghiệp MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.3 Nội dung nghiên cứu 1.4 Phạm vi nghiên cứu CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Thực trạng phát triển hệ thống tưới tự động 2.1.1 Thực trạng phát triển hệ thống tưới tự động giới 2.1.2 Thực trạng phát triển hệ thống tưới tự động Việt Nam 2.2 Tổng quan mơ hình tưới tự động 2.2.1 Hệ thống tưới tự động nhỏ giọt 2.2.2 Hệ thống tưới tự động phun mưa 2.2.3 Hệ thống tưới tự động phun sương 2.3 Tổng quan pin lượng mặt trời 11 2.3.1 Các loại pin mặt trời 11 2.3.1.1 Tấm pin mặt trời Mono 11 2.3.1.2 Tấm pin mặt trời Poly 12 2.3.1.3 Tấm pin mặt trời Thin-film 13 2.3.1.4 Các loại pin mặt trời khác 15 2.3.2 Tổng quan công nghệ pin mặt trời 16 2.3.2.1 Tấm pin công nghệ PERC 16 2.3.2.2 Các tế bào cắt nửa (half cell) 18 2.3.2.3 Tấm pin mặt trời Bifacial 21 2.4 Tổng quan bơm 21 2.5 Tổng quan pin lưu trữ 23 2.5.1 Pin Lithium 23 2.5.2 Ắc-quy chì 24 CHƯƠNG TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 25 3.1 Giới thiệu dự án 25 3.2 Khảo sát thiết bị thơng số tính tốn cho dự án 26 3.2.1 Lựa chọn pin mặt trời 27 3.2.2 Lựa chọn bơm 32 3.2.3 Lựa chọn hệ lưu trữ 34 3.2.4 Lựa chọn súng tưới 35 3.3 Chi phí đầu tư 36 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 37 Chương Tổng quan CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Lý chọn đề tài Nước nguồn tài nguyên quý giá định tồn người sống sinh vật Trái Đất Nước nguồn cung cấp thiếu đời sống thường ngày, cho hoạt động sản xuất công nghiệp, sản xuất nông nghiệp,…Trong nông nghiệp, nước dùng để tưới tiêu, cung cấp độ ẩm tự nhiên cho đất hỗ trợ phát triển loại cối; dung mơi chất hóa học, dinh dưỡng cần thiết cho Nước làm nhiệm vụ hòa tan phân bón, thuốc trừ sâu, thuốc bảo vệ thực vật đồng thời nước hỗ trợ trình vận chuyển, chuyển hóa chất dinh dưỡng cho phận Tuy nhiên, nguồn nước tình trạng nhiễm thiếu hụt nghiêm trọng Với tốc độ thị hóa, cơng nghiệp hóa, đại hóa diễn nhanh chóng, Việt Nam quốc gia phát triển phải đối mặt với tình trạng nhiễm nguồn nước Nhu cầu sử dụng nước cho sinh hoạt, sản xuất công – nông nghiệp gia tăng mạnh mẽ với phát triển kinh tế xã hội bùng nổ dân cư Sự tiến không ngừng khoa học kĩ thuật, trợ giúp máy tính điện tử hay đời điện toán đám mây, ngày nhiều diễn đàn, hội thảo, đề tài nghiên cứu tìm kiếm biện pháp tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên, đặc biệt tài nguyên nước phục vụ sản xuất nông nghiệp Với mong muốn đưa giải pháp nhằm tiết kiệm tối đa nguồn nước sử dụng hoạt động tưới tiêu trồng nơng nghiệp, nhóm tác giả thực đề tài: “Nghiên cứu hệ thống tưới tự động Năng lượng mặt trời” 1.2 Mục tiêu nghiên cứu • Tìm hiểu hệ thống tưới tự động đưa đề xuất lựa chọn thiết bị đến người tiêu dùng (người nơng dân) có nhu cầu lắp đặt hệ thống tưới tự động lượng mặt trời cho vườn cà phê có quy mơ nhỏ • Đối tượng trồng: Cây cà phê • Yêu cầu người tiêu dùng: Hệ thống lắp đặt dễ dàng, có độ bền cao, chịu thời tiết khắc nghiệt khu vực miền Trung Bên cạnh đó, hệ thống cần dễ dàng vận chuyển đến khu vực nhà vườn tháo ráp nhanh chóng Chương Tổng quan • Hệ thống lắp đặt khu vực khơng có nguồn nước tự nhiên, phải dùng giếng khoan làm nguồn nước • Phải có hệ thống lưu trữ 1.3 Nội dung nghiên cứu Đề tài tập trung nghiên cứu hệ thống bơm lượng mặt trời, hệ lưu trữ ắc- quy Lithium, sở lý thuyết bơm, thông số công nghệ chế tạo pin lượng mặt trời 1.4 Phạm vi nghiên cứu Đề tài nằm mức độ nghiên cứu xây dựng hệ thống tưới tự động lượng mặt trời sở lý thuyết chưa thiết kế mô thực tế Chương Cơ sở lý thuyết CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Thực trạng phát triển hệ thống tưới tự động 2.1.1 Thực trạng phát triển hệ thống tưới tự động giới Hiện nay, giới, hệ thống tưới nước tự động phục vụ cho nông nghiệp chế tạo đưa vào sử dụng thực tế phổ biến Điển hình hệ thống tưới nước thực lệnh u cầu lời nói qua điện thoại thơng minh tác giả V.Divya, A.Umamakes Wari Hệ thống tưới nước thông minh sử dụng lượng mặt trời nhóm Dr.Esther T.Osocanya Hệ thống điều khiển lượng nước tưới thông số môi trường sử dụng cảm biến khơng dây nhóm tác giả Raul Morais Hệ thống sử dụng cảm biến không dây giám sát thông số mơi trường điều khiển tưới nước nhóm tác giả G.Merlin Suba, VM Jagadeesh, S Karthik E Raj Sampath Nhóm tác giả Bhakti B.Bakle Amol r.Wagh xây dựng hệ thống tưới nước tự động sử dụng cảm biến độ ẩm đất, nhiệt độ đặt rễ Ứng dụng việc theo dõi cường độ ánh sáng mặt trời, nhóm tác giả Kavita Bhole Dimple Chaudhari trường đại học Mumbai xây dựng hệ thống tưới nước sử dụng lượng mặt trời Tuy nhiên, hạn chế hệ thống kích thước giá thành sản phẩm cao, khiến cho người nông dân Việt Nam khó có hội tiếp cận áp dụng mơ hình vào thực tiễn 2.1.2 Thực trạng phát triển hệ thống tưới tự động Việt Nam Tại Việt Nam, tài nguyên nước mặt phân bố không lãnh thổ biến đổi mạnh theo thời gian Do tình trạng thiếu nước xảy nhiều nơi, vùng núi cao đồng ven biển Mặt khác thực trạng khai thác, sử dụng nước lịng đất khơng hợp lý gây tình trạng sụt lún đất, hạ thấp mực nước ngầm số nơi, đất bị nhiễm mặn phổ biến nhiều vùng ven biển, ảnh hưởng nghiêm trọng tới tầng chứa nước Các tỉnh thuộc khu vực miền Trung, Tây Nguyên Nam Bộ với đặc thù nắng nóng kéo dài vào mùa khơ, nạn hạn hán xảy thường xuyên, ảnh hưởng trầm trọng đến tình hình trồng trọt người nơng dân Vì vậy, nhu cầu xây dựng hệ thống phân bố nước tự động nhằm phục vụ tưới nước nông nghiệp xuất mang lại thành công định Đến nay, có mơ hình áp dụng thành tựu khoa học kĩ thuật vào sản xuất, công nghệ tưới nước nhỏ giọt Israel Tuy nhiên, Chương Cơ sở lý thuyết trình áp dụng mơ hình, khó khăn định xảy ra, tự động cài đặt tưới nước theo ngày tuần, theo thời điểm khác xảy sai sót, hệ thống tự cung cấp nước cho thừa lượng nước mà cần,… 2.2 Tổng quan mơ hình tưới tự động 2.2.1 Hệ thống tưới tự động nhỏ giọt Hệ thống tưới nhỏ giọt thiết kế để cung cấp nước tưới đến tận gốc trồng cho nước nhỏ giọt từ từ, thấm vào rễ Hệ thống tưới nhỏ giọt tập trung tưới vào vùng phát triển rễ, nhờ mà trồng hấp thụ nhiều nước chất dinh dưỡng Hình Hệ thống tưới tự động nhỏ giọt Một số trồng điển hình: khoai lang, dưa hấu, cà chua, măng tây, Hệ thống tưới nhỏ giọt chia làm loại tưới nước dọc luống tưới nước nhỏ giọt quanh gốc Cấu tạo hệ thống tưới tự động nhỏ giọt Hệ thống bao gồm: Ống dẫn nước, máy bơm, béc tưới nhỏ giọt, timer hẹn tự động cho hệ thống, thiết bị lọc nước, co ống nối, • Nguồn nước: Cung cấp nước cho hệ thống tưới • Timer hẹn điều khiển tưới tự động: Có chức bật/tắt hệ thống Chương Cơ sở lý thuyết • Máy bơm: Giúp tăng áp suất nước cho hệ thống • Bộ lọc: Lọc cặn bẩn, rác nước, nhằm tránh nghẹt béc tưới • Đường dây dẫn chính: Trung chuyển nước từ nguồn đến vị trí cần tưới • Đường dây dẫn phụ: Trung chuyển nước từ dây dẫn đến vị trí gốc • Béc tưới nhỏ giọt: Đầu nhỏ giọt tương ứng với lưu lượng nước cần tưới Hình Sơ đồ cấu tạo hệ thống tưới tự động nhỏ giọt Nguyên lý hoạt động Nước tưới đưa đến gốc thấm vào đất để tự hấp thụ, thay tưới bề mặt Hệ thống hẹn áp suất máy bơm điều khiển dòng nước Tuỳ theo nhu cầu loại mà áp suất điều chỉnh để cung cấp lượng nước phù hợp Nước qua lưới lọc Lưới lọc có nhiệm vụ giảm cặn chất bẩn nước nhằm bảo vệ đường ống dẫn Nước sau qua lưới lọc, với áp suất thích hợp, đưa đến ống dẫn ống dẫn phụ Cuối cùng, nước phun đầu tưới với tốc độ nhỏ giọt thích hợp với trồng Tất hoạt động diễn tự động nhờ hẹn liên kết với máy bơm Ứng dụng hệ thống tưới nhỏ giọt • Ứng dụng tưới cho chậu cây, gốc lớn khn viên vườn • Ứng dụng tưới cho tường cây, giúp nước không bị văng lung tung lối gần vị trí trồng • Ứng dụng hệ thống tưới nhỏ giọt tưới cho hàng rào