BÁO CÁO NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG TƯỚI TỰ ĐỘNG BẰNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

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 1
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 Hồng 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 bằng năng lượng mặt trời.

NHẬN XÉT

1. Về nội dung đề tài & khối lượng công việc thực hiện:

.. ....................................................................................................................................

......................................................................................................................................

2. Ưu điểm: ..................................................................................................................

......................................................................................................................................

......................................................................................................................................

3. Khuyết điểm: ............................................................................................................

......................................................................................................................................

......................................................................................................................................

4. 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 được gửi lời cảm ơn đến ban lãnh đạo Trường Đại học Sư
Phạm Kỹ Thuật TP.HCM nói chung cũng như Khoa Cơ Khí Động Lực nói riêng vì đã
tạo điều kiện để chúng em có thể học tập và thực hiện mơn học Đồ án 1 này.

Nhóm em cũng xin chân thành cảm ơn Cơ Huỳnh Thị Minh Thư đã đồng hành
và hướng dẫn nhóm chúng em trong suốt q trình thực hiện mơn học này. Mặc dù đơi
lúc chúng em cũng có những khó khăn khi thực hiện đề tài nhưng nhờ sự động viên của
cơ đã giúp chúng em hồn thành mơn học này một cách hồn thiện nhất. Một lần nữa
nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn cô, chúc cô và gia đình sức khỏe dồi dào và
ngày càng thành cơng trong sự nghiệp.

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 mơ 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 Thin-film ....................................................................... 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. Ắc-quy chì .................................................................................................... 24
CHƯƠNG 3. TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ .......................................................... 25
3.1. Giới thiệu dự án ............................................................................................... 25
3.2. Khảo sát thiết bị và 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 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.......................................................... 37

Chương 1. Tổng quan

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 hịa 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 ơ nhiễm và thiếu hụt
nghiêm trọng. Với tốc độ đơ thị hóa, cơng 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 nơng 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 nơng dân) có nhu cầu lắp đặt hệ thống tưới tự động bằng năng lượng
mặt trời cho vườn cà phê có quy mơ 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.

1

Chương 1. Tổng quan

• Hệ thống được lắp đặt tại khu vực khơng 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 ắc-
quy 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.

2

Chương 2. Cơ sở lý thuyết

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Thực trạng phát triển hệ thống tưới cây tự động
2.1.1. Thực trạng phát triển hệ thống tưới cây tự động trên thế giới

Hiện nay, trên thế giới, các hệ thống tưới nước tự động phục vụ cho nông nghiệp
đã được chế tạo và đưa vào sử dụng thực tế khá phổ biến. Điển hình là hệ thống tưới
nước thực hiện lệnh u cầu bằng lời nói qua điện thoại thơng minh của tác giả V.Divya,
A.Umamakes Wari. Hệ thống tưới nước thơng minh sử dụng năng lượng mặt trời của
nhóm Dr.Esther T.Osocanya. Hệ thống điều khiển lượng nước tưới và các thông số môi
trường sử dụng cảm biến không dây của nhóm tác giả Raul Morais. Hệ thống sử dụng
cảm biến không dây giám sát thông số môi trường và điều khiển tưới nước của nhóm
tác giả G.Merlin Suba, VM Jagadeesh, S Karthik và E Raj Sampath. Nhóm tác giả
Bhakti B.Bakle và Amol r.Wagh đã xây dựng hệ thống tưới nước tự động sử dụng cảm
biến độ ẩm đất, nhiệt độ đặt ở rễ cây. Ứng dụng việc theo dõi cường độ ánh sáng mặt
trời, nhóm tác giả Kavita Bhole và Dimple Chaudhari tại trường đại học Mumbai đã
xây dựng hệ thống tưới nước sử dụng năng lượng mặt trời. Tuy nhiên, hạn chế của các
hệ thống này là kích thước và giá thành sản phẩm cao, khiến cho người nông dân Việt
Nam khó có cơ hội được tiếp cận và áp dụng mơ hình vào thực tiễn.

2.1.2. Thực trạng phát triển hệ thống tưới cây tự động tại Việt Nam
Tại Việt Nam, tài nguyên nước mặt phân bố không đều trên lãnh thổ và biến đổi

mạnh theo thời gian. Do đó tình trạng thiếu nước ngọt đã và đang xảy ra ở nhiều nơi,
nhất là vùng núi cao và đồng bằng ven biển. Mặt khác thực trạng khai thác, sử dụng
nước dưới lịng đất khơng hợp lý đã gây ra tình trạng sụt lún đất, hạ thấp mực nước
ngầm ở một số nơi, đất bị nhiễm mặn khá phổ biến ở các nhiều vùng ven biển, ảnh
hưởng nghiêm trọng tới tầng chứa nước ngọt.

Các tỉnh thuộc khu vực miền Trung, Tây Nguyên và Nam Bộ với đặc thù nắng
nóng kéo dài vào mùa khơ, nạn hạn hán vẫn xảy ra thường xuyên, ảnh hưởng trầm trọng
đến tình hình trồng trọt của người nơng dân. Vì vậy, nhu cầu xây dựng hệ thống phân
bố nước tự động nhằm phục vụ tưới nước trong nông nghiệp đã xuất hiện và mang lại
những thành công nhất định. Đến nay, đã có những mơ hình áp dụng các thành tựu khoa
học kĩ thuật vào trong sản xuất, như công nghệ tưới nước nhỏ giọt của Israel. Tuy nhiên,

3

Chương 2. Cơ sở lý thuyết

trong quá trình áp dụng mơ hình, những khó khăn nhất định đã xảy ra, như bộ tự động
cài đặt tưới nước theo các ngày trong tuần, theo các thời điểm khác nhau xảy ra sai sót,
hệ thống tự cung cấp nước cho cây ngay cả khi thừa lượng nước mà cây cần,…
2.2. Tổng quan về mơ hình tưới tự động
2.2.1. Hệ thống tưới cây tự động nhỏ giọt

Hệ thống tưới nhỏ giọt được thiết kế để cung cấp nước tưới đến tận gốc cây trồng
và cho nước nhỏ giọt từ từ, thấm vào rễ cây. Hệ thống tưới cây nhỏ giọt tập trung tưới
vào vùng phát triển của rễ, nhờ đó mà cây trồng hấp thụ được nhiều nước và chất dinh
dưỡng hơn.

Hình 1. Hệ thống tưới cây tự động nhỏ giọt
Một số cây trồng điển hình: khoai lang, dưa hấu, cà chua, măng tây,...
Hệ thống tưới nhỏ giọt được chia làm 2 loại chính là tưới nước dọc luống và tưới
nước nhỏ giọt quanh gốc.
Cấu tạo của hệ thống tưới cây tự động nhỏ giọt
Hệ thống bao gồm: Ống dẫn nước, máy bơm, béc tưới nhỏ giọt, timer hẹn giờ tự
động cho hệ thống, thiết bị lọc nước, co ống nối,..
• Nguồn nước: Cung cấp nước cho hệ thống tưới.

• Timer hẹn giờ điều khiển tưới tự động: Có chức năng bật/tắt hệ thống.

4

Chương 2. Cơ sở lý thuyết

• Máy bơm: Giúp tăng áp suất nước cho hệ thống.
• Bộ lọc: Lọc các cặn bẩn, rác trong nước, nhằm tránh nghẹt béc tưới.
• Đường dây dẫn chính: Trung chuyển nước từ nguồn đến các vị trí cần tưới.
• Đường dây dẫn phụ: Trung chuyển nước từ dây dẫn chính đến vị trí gốc cây.
• Béc tưới nhỏ giọt: Đầu nhỏ giọt tương ứng với lưu lượng nước cần tưới.

Hình 2. Sơ đồ cấu tạo hệ thống tưới cây tự động nhỏ giọt
Nguyên lý hoạt động

Nước tưới được đưa đến từng gốc cây và thấm vào đất để cây tự hấp thụ, thay vì
tưới trên bề mặt. Hệ thống hẹn giờ và áp suất máy bơm sẽ điều khiển dòng nước. Tuỳ
theo nhu cầu của mỗi loại cây mà áp suất được điều chỉnh để cung cấp lượng nước phù
hợp. Nước đi qua một lưới lọc. Lưới lọc có nhiệm vụ giảm cặn và chất bẩn trong nước
nhằm bảo vệ đường ống dẫn. Nước sau khi qua lưới lọc, với áp suất thích hợp, được
đưa đến các ống dẫn chính và ống dẫn phụ. Cuối cùng, nước phun ra ở đầu tưới với tốc
độ nhỏ giọt thích hợp với cây trồng. Tất cả các hoạt động được diễn ra tự động nhờ bộ
hẹn giờ được liên kết với máy bơm.
Ứng dụng hệ thống tưới nhỏ giọt

• Ứng dụng tưới cho các chậu cây, gốc cây lớn trong khuôn viên vườn.
• Ứng dụng tưới cho các bức tường cây, giúp nước không bị văng lung tung trên
các lối đi gần vị trí trồng cây.
• Ứng dụng hệ thống tưới nhỏ giọt tưới cho các hàng rào cây.

5

Chương 2. Cơ sở lý thuyết

Ưu điểm
• Tăng hiệu quả phân bón: Hệ thống tận dụng đường ống dẫn để đưa phân bón hịa

tan trực tiếp đến từng gốc cây. Điều này cho phép cây trồng hấp thụ nước, chất dinh
dưỡng một cách dễ dàng và nhanh chóng.

• Tiết kiệm lượng nước tưới: Hệ thống chỉ cung cấp một lượng nước vừa đủ, giúp
tránh lãng phí. Đồng thời, phương pháp tưới nhỏ giọt có đường ống dẫn nhỏ và khơng
có nơi thốt khí giúp tránh được việc nước bị bốc hơi.

• Tiết kiệm chi phí nhân cơng: Hệ thống tự động hóa, thực hiện cả hai cơng việc
bón phân và tưới nước cùng lúc.
Nhược điểm

• Dễ gặp trường hợp tắc nghẽn: Hệ thống có thể bị tắc nghẽn bởi một số yếu tố
như: cặn phân bón, bụi bẩn, kết tủa… Vì vậy, nguồn nước phải luôn đảm bảo chất lượng
và hệ thống cần được trang bị thiết bị lọc tốt.

• Phân bố độ ẩm khơng đều: Nước tưới chỉ rơi xuống một điểm , một vị trí nên có
thể dẫn đến tình trạng mất cân đối độ ẩm xung quanh gốc cây.

• Tích tụ muối: Đối với vùng đất nhiễm mặn, nhiễm phèn, sau thời gian khơ hạn
kéo dài sẽ xảy ra tình trạng tích tụ muối ở rìa vùng ẩm. Điều này dẫn đến tình trạng cây
bị sót và làm hại cây. Để có thể khắc phục, cây cần được phu mưa tưới bổ để rửa trơi
sự tích tụ giữa các màu, giúp cây trồng sinh trưởng khỏe mạnh hơn.

• Nước tưới tập trung ở gốc cây trồng, vì thế khơng có khả năng rửa bớt bụi bẩn
trên lá cho cây.

• Việc thiết kế và lắp đặt cần có chun mơn: Người đầu tư cần có những kiến
thức chun mơn nhất định để có thể vận hành tốt.

2.2.2. Hệ thống tưới cây tự động phun mưa
Tưới cây phun mưa là phương pháp sử dụng máy bơm nước cột áp cao kèm theo

ống dẫn và mũi phun tạo ra một lượng lớn tia nước cùng lúc, nhìn giống như mưa. Đây
là phương pháp tưới hiện đại có tác dụng nhiều mặt. Tại các nước có nền nơng nghiệp
phát triển, kỹ thuật tưới phun mưa phát triển mạnh và được ưa chuộng sử dụng trên 90%
diện tích đất trồng trọt.

6

Chương 2. Cơ sở lý thuyết

Hệ thống tưới phun mưa thích hợp dùng cho các loại hoa, rau và cây trồng cần
độ ẩm trên lá ở các khu vực như: bồn hoa, hàng rào, vườn nhỏ và hàng cây trồng, dùng
cho vườn cây khoai tây, khoai lang hoặc bắp ngô.

Hình 3. Hệ thống tưới cây tự động phun mưa
Cấu tạo của hệ thống tưới cây tự động phun mưa

• Nguồn nước: Sử dụng nguồn nước ngầm giếng khoan hoặc bể nước.
• Máy bơm nước: Tạo ra áp lực đủ mạnh để đảm bảo hệ thống tưới tiêu hoạt động
trơn tru và đạt hiệu quả cao nhất.
• Động cơ: Có thể dùng động cơ điện hoặc Diezen.
• Hệ thống đường ống: Được dẫn đến khu tưới bằng đường ống chính và các đường

ống nhánh có lắp vịi phun mưa nhân tạo.
• Phụ kiện tưới: Bao gồm các loại tê nối ống, ron cao su, khởi thủy, mũi khoan
khởi thủy,…
• Béc tưới phun mưa: Có nhiều loại béc phun khác nhau với công suất hoạt động
khác nhau. Tùy thuộc vào mục đích sử dụng và diện tích đất sử dụng để trồng trọt mà
sử dụng loại vòi phun phù hợp.

7

Chương 2. Cơ sở lý thuyết

Hình 4. Sơ đồ cấu tạo hệ thống tưới phun mưa
Nguyên lý hoạt động

Khi được cung cấp nước, áp lực nước sẽ chảy qua van kiểm tra, van điều chỉnh
của bơm rồi vào thùng chứa và hòa tan chất dinh dưỡng dưới một áp lực thích hợp. Một
phần dòng chảy hướng xuyên qua thùng. Nếu trong thùng có chứa phân bón hoặc thuốc
trừ sâu hịa tan thì dịng chảy sẽ hịa lẫn và mang theo chất đó ra khỏi thùng và chảy vào
đường ống chính. Nước được lọc sạch khi qua thiết bị lọc.

Van khống chế tại các đường ống tưới sẽ điều chỉnh lưu lượng, áp lực nước.
Nước được đưa đến béc tưới phun mưa để cung cấp cho cây trồng. Tùy theo cấu tạo và
chức năng khác nhau của từng thiết bị tưới phun mưa mà nước được cung cấp, phân
phối cho cây trồng theo các hình thức và phạm vi khác nhau.
Ưu điểm

• Nước tưới được cung cấp đồng đều cho cây trồng và giúp duy trì độ ẩm ổn định.
• Hệ thống tưới tự động tiết kiệm 50% lượng nước so với tưới thủ công.
• Hệ thống hạn chế được việc bốc hơi của nước do tia phun khá ngắn và đồng thời
không tạo thành dòng chảy trên mặt đất.

• Tiết kiệm thời gian và công suất đáng kể cho nhân công nhờ hệ thống tưới tự
động, không cần phải kéo ống để tưới cây như phương pháp tưới truyền thống.

8

Chương 2. Cơ sở lý thuyết

• Giảm số lượng nhân cơng giúp tiết kiệm kinh phí.
• Hệ thống được đầu tư cố định, ít bảo trì, bảo dưỡng, đảm bảo tuổi thọ lâu dài.
Nhược điểm
• Lượng nước tiêu thụ của tưới cây tự động phun mưa sẽ nhiều hơn so với hệ thống
tưới cây tự động nhỏ giọt hay hệ thống tưới cây tự động phun sương.
• Cần có kiến thức chun môn nhất định về hệ thống.

2.2.3. Hệ thống tưới cây tự động phun sương
Phương pháp tưới phun sương sẽ phun ra những tia nước có kích thước nhỏ dễ

lan rộng, tạo điều kiện thuận lợi cho cây trồng phát triển nhanh chóng. Hệ thống tưới
cây tự động phun sương hay dàn phun sương chống nóng được ứng dụng rất phổ biến
bởi khả năng làm mát nhanh, mát tự nhiên, chi phí thấp, lắp đặt rất đơn giản.

Hệ thống thích hợp tưới vườn lan, làm mát không gian sân vườn, trồng rau hữu
cơ, trồng rau thủy canh. Ngồi ra, hệ thống tưới phun sương cịn được sử dụng rộng rãi
trong các trang trại, nhà máy và quán cà phê.

Hình 5. Hệ thống tưới cây tự động phun sương
Cấu tạo hệ thống tưới cây tự động phun sương

• Máy phun sương: Đối với máy phun sương loại nhỏ 24V hoặc 36V cần có bộ
chuyển đổng nguồn điện 220V về nguồn điện phù hợp với máy phun sương.

• Đầu béc phun sương, măng sơng: Có 3 loại béc phun sương thơng dụng cho ra
hạt sương với kích thương khác nhau.

9

Chương 2. Cơ sở lý thuyết

• Dây hơi dẫn nước: Cần xác định nguồn nước, khoảng cách giữa các đầu béc phun
sương, số lượng béc, cách đi béc để xác chuẩn bị chiều dài dây dẫn phù hợp.

• Cục lọc nước: Loại bỏ cặn bẩn trong nước.
• Co chia dây: Chia dây dẫn thẳng, nối dây hình chữ T, nối dây hình chữ L.
• Van điện từ và đồng hồ phun tự động: Cài đặt thời gian phun sương tự động theo
mong muốn

Hình 6. Sơ đồ cấu tạo hệ thống tưới cây tự động phun sương
Nguyên lý hoạt động

Dưới sự tác động của máy bơm phun sương tạo áp lực cao kết hợp với đầu phun
sương có kích thước nhỏ, chuyển nước về dạng hạt sương li ti qua các đầu béc phun
sương. Kích thước của những hạt sương thường nhỏ hơn 50 microns.
Ưu điểm

• Chống lãng phí nước, tiết kiệm thời gian.
• Giảm chi phí nhân công, đảm bảo sức khỏe cho người sử dụng khi nước tưới có
pha thêm dung dịch an tồn chống sâu bệnh gây hại mà không ảnh hưởng đến người
tưới cây.
• Hệ thống dễ dàng lắp đặt và hoạt động hoàn toàn tự động.
Nhược điểm

• Vốn đầu tư ban đầu lớn.
• Cần có kiến thức về kỹ thuật, thiết kế và lắp đặt hệ thống.
• Hệ thống có xảy ra trường hợp nghẽn vịi phun.

10

Chương 2. Cơ sở lý thuyết

2.3. Tổng quan về pin năng lượng mặt trời
Pin Mặt Trời, tấm năng lượng mặt trời hay tấm quang điện bao gồm nhiều tế bào

quang điện là phần tử bán dẫn có chứa trên bề mặt một số lượng lớn các cảm biến ánh
sáng là điốt quang, thực hiện biến đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện.
Cường độ dòng điện, hiệu điện thế, điện trở của pin mặt trời thay đổi phụ thuộc vào
lượng ánh sáng chiếu lên chúng. Tế bào quang điện được ghép lại thành khối để trở
thành pin Mặt Trời (một tấm pin mặt trời có 60 hoặc 72 tế bào quang điện). Tế bào
quang điện có khả năng hoạt động dưới ánh sáng Mặt Trời hoặc ánh sáng nhân tạo.

Các pin năng lượng mặt trời có nhiều ứng dụng trong thực tế, đặc biệt thích hợp
cho các vùng điện lưới khó vươn đến như núi cao, ngoài đảo xa, hoặc phục vụ các hoạt
động trên không gian: các vệ tinh quay xung quanh quỹ đạo Trái Đất, máy tính cầm tay,
các máy điện thoại cầm tay từ xa, thiết bị bơm nước,... Các tấm pin năng lượng mặt trời
được thiết kế như những mô-đun thành phần, được ghép lại với nhau tạo thành các tấm
năng lượng mặt trời có diện tích lớn và kết nối với bộ chuyển đổi của mạng lưới điện.
Các tấm pin Mặt Trời lớn ngày nay được lắp thêm bộ phận tự động điều khiển để có thể
xoay theo hướng ánh sáng.

2.3.1. Các loại pin mặt trời
2.3.1.1. Tấm pin mặt trời Mono
Chất liệu

Tấm pin được chế tạo từ các tấm tinh thể silic đơn, tinh khiết. Trong quá trình
sản xuất, người ta gắn lớp nhôm dẫn điện và các lớp bảo vệ khác lên tấm wafer (miếng
silic mỏng có độ dày khoảng 0,76mm) để tránh tác động từ môi trường. Sau đó, người
ta lắp các tấm wafer theo từng hàng, cột tạo thành hình chữ nhật và phủ kính, đóng
khung lại làm nên tấm pin mặt trời.
Hiệu suất

• Hiệu suất chuyển đổi khoảng 20% và công suất cao hơn tấm pin Poly và tấm pin
Thin-film.

• Cơng suất khoảng 300 – 450W.
Giá thành

• Giá cao hơn tấm pin Poly và tấm pin Thin-film.

11

Chương 2. Cơ sở lý thuyết

• Tế bào quang điện pin Mono được chế tạo từ một tinh thể silic duy nhất. Q
trình khó, tiêu hao nhiều năng lượng và tạo ra nhiều mảnh silic thừa nên chi phí cao.
Ưu điểm

Hiệu suất và công suất cao.
Nhược điểm

Giá thành cao.

Hình 7. Tấm pin mặt trời Mono

2.3.1.2. Tấm pin mặt trời Poly
Chất liệu

Tấm pin được chế tạo từ các tấm silic. Mỗi tấm silic được cấu tạo từ nhiều mảnh
tinh thể silic nung nóng chảy trong khn, để nguội, cắt ra thành tấm wafer.
Hiệu suất

Hiệu suất chuyển đổi khoảng 15 – 19% và công suất thấp hơn tấm pin Mono.
Giá thành

Giá thấp hơn tấm pin Mono. Do tế bào quang điện của tấm pin Poly được sản
xuất từ các mảnh silic nên quá trình sản xuất đơn giản hơn, khơng tốn kém nhiều và chi
phí sản xuất thấp hơn.
Ưu điểm

Giá thành phải chăng, thấp hơn pin Mono.

12

Chương 2. Cơ sở lý thuyết

• Giá thành phải chăng, thấp hơn pin Mono
• Có độ giãn nở và khả năng chịu nhiệt cao.
• Hiệu suất làm việc ngồi nắng cao.
Nhược điểm
• Độ ổn định về cấu trúc và tính bền vững khơng cao.
• Tuổi thọ thấp hơn pin Mono khi làm việc trong cùng điều kiện ánh sáng
• Hiệu suất và cơng suất thấp hơn tấm pin Mono

Hình 8. Tấm pin mặt trời Poly

2.3.1.3. Tấm pin mặt trời Thin-film
Chất liệu

Được làm từ nhiều loại vật liệu khác nhau:
• Phổ biến nhất là cadmium Telluride (CdTe): Tấm pin này gồm có một lớp CdTe
ở giữa và các lớp màng dẫn trong suốt ở hai bên giúp hấp thu ánh sáng mặt trời. Phía
trên cùng là lớp kính giữ vai trị bảo vệ.
• Silic vơ định hình (a-Si): Silic khơng kết tinh đặt trên nhựa hoặc thủy tinh, kim
loại (thường là nhôm) để tạo thành tấm pin.
• Copper Indium Gallium Selenide (CIGS): Gồm 4 thành phần đặt giữa hai lớp
dẫn điện như nhựa, thủy tinh, thép, nhôm. Mặt trước và mặt sau tấm pin là các điện cực
có tác dụng thu dòng điện.

13

Chương 2. Cơ sở lý thuyết

Hiệu suất
Hiệu suất pin khoảng 11%, tùy theo chất liệu tạo ra các cell. Công suất được xác

định dựa trên kích thước vật lý nên khơng cố định. Tuy nhiên nếu tính cơng suất trên
m2 thì cơng suất tấm pin thin-film thấp hơn cơng suất tấm pin Mono và tấm pin Poly.
Giá thành

• Chi phí sản xuất pin: Giá pin thin-film phụ thuộc vào chất liệu. Xếp theo mức
giá từ thấp đến cao là CdTe, silicon vơ định hình (a-Si), CIGS. Nhìn chung, giá pin thin-
film thấp hơn giá pin mono và pin poly. Cả trong trường hợp cùng làm từ chất liệu silic,
tấm pin thin-film cũng có giá thấp hơn do không phải làm thao tác cắt thỏi silicon.

• Chi phí thi cơng, lắp đặt tấm pin thin-film: Rẻ hơn vì tấm pin này nhẹ, cơ động,
lắp đặt dễ dàng, ít tốn cơng sức.
Ưu điểm

• Nhẹ, linh hoạt, dễ lắp đặt.
• Giá pin và chi phí thi cơng, lắp đặt đều rẻ.
Nhược điểm
• Hiệu suất và cơng suất thấp.
• Khi lắp đặt cần có điểm tựa.

Hình 9. Tấm pin mặt trời Thin-film

14

Chương 2. Cơ sở lý thuyết

2.3.1.4. Các loại pin mặt trời khác
Pin mặt trời sinh học (Biohybrid)

Pin mặt trời sinh học (Biohybrid) được phát triển dựa trên công nghệ mới, kết
hợp giữa chất vô cơ và chất hữu cơ photosystem 1 (cơng nghệ mơ phỏng q trình quang
hợp tự nhiên). Trong đó, chất vơ cơ giống như các tấm pin mặt trời khác. Cịn chất hữu
cơ photosystem 1 có vai trò tập trung ánh sáng và chuyển đổi thành năng lượng hóa
học, tạo ra dịng điện. Nhờ chất hữu cơ này mà việc chuyển đổi điện năng hiệu quả hơn.

Hình 10. Pin mặt trời sinh học (Biohybrid) thu năng lượng từ vi khuẩn phát điện
Pin mặt trời PV tập trung (Concentrated PV)

Pin mặt trời PV tập trung (Concentrated PV) có bề mặt gương cong, thấu kính,
được cấu tạo từ nhiều thành phần nên có thể gọi là hệ thống pin. Có trường hợp tấm pin

này tích hợp thêm hệ thống làm mát để tập trung tia sáng vào tế bào quang điện nhỏ
giúp tăng hiệu suất của tấm pin. Hiệu suất pin tối đa là 41%, cao hơn tất cả các loại pin
mặt trời hiện nay.

Để đạt được hiệu suất tối đa, tấm pin mặt trời PV tập trung cần phải đặt ở vị trí
có góc độ hồn hảo, hứng được ánh sáng mặt trời một cách tối đa. Vì thế, khi lắp pin
mặt trời PV tập trung, cần sử dụng một máy theo theo dõi hướng ánh sáng mặt trời và
dàn xoay đổi hướng (solar tracker) giúp lấy được nguồn sáng trực tiếp một cách tối đa.

15