Thiết Kế Hệ Thống Bơm Nước Năng Lượng Mặt Trời Chi Tiết Từng Bước

Ngày nay, việc ứng dụng năng lượng mặt trời vào các hoạt động sản xuất và sinh hoạt ngày càng trở nên phổ biến, đặc biệt là trong lĩnh vực bơm nước. Hệ thống bơm nước năng lượng mặt trời mang lại vô vàn lợi ích, từ việc tiết kiệm chi phí điện năng, giảm thiểu tác động đến môi trường, đến việc đảm bảo nguồn nước tưới tiêu ổn định cho sản xuất nông nghiệp. Hiểu được điều đó, bài viết này được Việt Nhật Energy biên soạn với mục đích cung cấp một hướng dẫn chi tiết từng bước về cách thiết kế hệ thống bơm nước năng lượng mặt trời, từ khâu xác định nhu cầu sử dụng nước, lựa chọn thiết bị phù hợp, đến thiết kế hệ thống đường ống và lắp đặt. 

1. Xác định nhu cầu sử dụng nước 

Đây là bước quan trọng nhất, bởi nó quyết định đến việc lựa chọn công suất bơm, số lượng tấm pin và các thành phần khác khi thiết kế hệ thống bơm nước năng lượng mặt trời. Việc xác định sai nhu cầu có thể dẫn đến lãng phí chi phí đầu tư hoặc không đáp ứng đủ nhu cầu sử dụng nước.

1.1. Tính toán lưu lượng nước cần thiết:

Đầu tiên, bạn cần xác định rõ lượng nước cần thiết sử dụng hàng ngày, hàng tháng hoặc hàng năm. Lượng nước này phụ thuộc vào mục đích sử dụng:

• Tưới tiêu: Tính toán dựa trên diện tích cây trồng, loại cây trồng và lượng nước tưới cần thiết cho từng loại cây. Ví dụ, với diện tích tưới là 1000m2, lượng nước tưới trung bình là 5mm/ngày, thì lưu lượng nước cần thiết là: Lưu lượng nước (m³/ngày) = 1000 (m²) x 5 (mm/ngày) / 1000 = 5 m³/ngày.
• Sinh hoạt: Tính toán dựa trên số lượng người sử dụng và nhu cầu sử dụng nước trung bình của mỗi người (ví dụ: 100 lít/người/ngày).
• Chăn nuôi: Tính toán dựa trên số lượng vật nuôi và nhu cầu sử dụng nước của từng loại vật nuôi.
• Công nghiệp: Tính toán dựa trên quy trình sản xuất và nhu cầu sử dụng nước của từng công đoạn.

1.2. Xác định độ cao cột áp:

Độ cao cột áp là độ cao mà bơm cần đẩy nước lên, tính bằng mét. Cần xác định độ cao này để chọn bơm có đủ khả năng đẩy nước đến nơi cần thiết.

Ví dụ, nếu bạn bơm nước từ giếng khoan sâu 20m lên bể chứa trên cao 10m, thì độ cao cột áp là 30m.

Lưu ý: Cần tính cả tổn thất áp suất do ma sát trong đường ống. Tổn thất này phụ thuộc vào chiều dài, đường kính và vật liệu của ống. Bạn có thể sử dụng các công cụ tính toán trực tuyến hoặc tham khảo ý kiến của các chuyên gia để ước tính tổn thất áp suất này.

1.3. Xác định vị trí địa lý và điều kiện thời tiết:

Vị trí địa lý và điều kiện thời tiết ảnh hưởng trực tiếp đến lượng bức xạ mặt trời mà hệ thống nhận được. Do đó, cần thu thập thông tin về:

• Bức xạ mặt trời trung bình hàng tháng: Đây là lượng năng lượng mặt trời mà một mét vuông bề mặt nhận được trong một tháng.
• Số giờ nắng trong ngày: Đây là số giờ mà ánh sáng mặt trời đủ mạnh để tạo ra điện năng.

1.4. Xác định nguồn nước:  

Nguồn nước sử dụng cho hệ thống bơm nước năng lượng mặt trời có thể là:

• Giếng khoan: Cần xác định độ sâu của giếng và mực nước tĩnh để chọn bơm chìm phù hợp.
• Sông, hồ: Cần đánh giá chất lượng nước để chọn bơm có khả năng chống ăn mòn.
• Bể chứa: Cần xác định dung tích bể để đảm bảo đủ nước sử dụng.

Cần xác định được nhu cầu sử dụng nước 

2. Lựa chọn bơm nước phù hợp

Việc lựa chọn đúng loại bơm sẽ đảm bảo thiết kế hệ thống bơm nước năng lượng mặt trời hoạt động hiệu quả, ổn định và có tuổi thọ cao. Dưới đây là những yếu tố cần cân nhắc:

Loại bơm:

• Bơm ly tâm: Đây là loại bơm phổ biến nhất, phù hợp cho các ứng dụng cần lưu lượng lớn và cột áp thấp, ví dụ như tưới tiêu trên đồng ruộng bằng phẳng hoặc bơm nước từ ao hồ. Ưu điểm của bơm ly tâm là giá thành phải chăng, dễ bảo trì và sửa chữa.
• Bơm trục vít: Loại bơm này phù hợp cho các ứng dụng cần cột áp cao và lưu lượng thấp, ví dụ như bơm nước lên đồi hoặc bơm nước từ giếng sâu. Bơm trục vít có khả năng tạo ra áp lực lớn, nhưng hiệu suất thường thấp hơn bơm ly tâm.
• Bơm chìm: Loại bơm này được thiết kế để đặt chìm trong nước, thường được sử dụng để bơm nước từ giếng khoan, bể chứa sâu hoặc các nguồn nước ngầm. Bơm chìm có ưu điểm là hoạt động êm ái, không gây tiếng ồn và không cần mồi nước.

Công suất bơm:

Công suất bơm cần thiết được tính toán dựa trên lưu lượng nước và độ cao cột áp đã xác định ở bước 1. Công thức tính công suất bơm như sau:

Công suất bơm (kW) = (Lưu lượng nước (m³/s) x Độ cao cột áp (m) x Gia tốc trọng trường (9.81 m/s²)) / Hiệu suất bơm

Trong đó:

• Lưu lượng nước: Đơn vị m³/s
• Độ cao cột áp: Đơn vị m
• Gia tốc trọng trường: 9.81 m/s²
• Hiệu suất bơm: Thường dao động từ 0.5 đến 0.8 (tùy thuộc vào loại bơm và nhà sản xuất).

Điện áp bơm:  

Điện áp bơm phải phù hợp với điện áp của hệ thống điện mặt trời. Các loại điện áp phổ biến là 24V, 48V (cho các hệ thống nhỏ) hoặc 3 pha 380V (cho các hệ thống lớn). Việc lựa chọn đúng điện áp sẽ đảm bảo bơm hoạt động ổn định và tránh bị hư hỏng.

Hiệu suất bơm:  

Hiệu suất bơm là tỷ lệ giữa năng lượng nước nhận được và năng lượng điện tiêu thụ. Chọn bơm có hiệu suất cao sẽ giúp tiết kiệm năng lượng và giảm chi phí vận hành hệ thống bơm nước năng lượng mặt trời.

Thương hiệu và chất lượng:  

Nên chọn bơm của các thương hiệu uy tín và có chất lượng đảm bảo. Các thương hiệu nổi tiếng thường có chế độ bảo hành tốt và cung cấp dịch vụ hỗ trợ kỹ thuật chuyên nghiệp. Một số thương hiệu bơm uy tín trên thị trường hiện nay bao gồm: Pentax, Ebara, Wilo, Grundfos,...

Lựa chọn bơm nước phù hợp với hệ thống

Xem thêm: So Sánh Biến Tần Bơm Nước Năng Lượng Mặt Trời Loại Nào Tốt Nhất Cho Bạn

3. Lựa chọn tấm pin năng lượng mặt trời 

Tấm pin năng lượng mặt trời có nhiệm vụ chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng để cung cấp cho bơm hoạt động. Việc lựa chọn tấm pin phù hợp sẽ đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và hiệu quả.

Loại tấm pin:

Trên thị trường hiện nay có 3 loại tấm pin phổ biến:

• Tấm pin đơn tinh thể (Monocrystalline): Loại pin này có hiệu suất cao nhất (thường trên 20%), tuổi thọ dài (trên 25 năm) nhưng giá thành cũng cao nhất. Tấm pin đơn tinh thể phù hợp cho các khu vực có diện tích lắp đặt hạn chế hoặc cần tối ưu hóa hiệu suất.
• Tấm pin đa tinh thể (Polycrystalline): Loại pin này có hiệu suất thấp hơn (thường từ 15-18%), tuổi thọ tương đương tấm pin đơn tinh thể nhưng giá thành rẻ hơn. Tấm pin đa tinh thể là lựa chọn phổ biến cho các hệ thống bơm nước năng lượng mặt trời có diện tích lắp đặt rộng rãi.
• Tấm pin màng mỏng (Thin-film): Loại pin này có hiệu suất thấp nhất (thường dưới 10%), tuổi thọ ngắn hơn và ít được sử dụng trong các hệ thống bơm nước dân dụng do yêu cầu diện tích lớn và hiệu suất không cao.

Công suất tấm pin:

Tổng công suất tấm pin cần thiết phụ thuộc vào công suất bơm và số giờ nắng trung bình trong ngày. Công thức tính như sau:

Tổng công suất tấm pin (kWp) = Công suất bơm (kW) / (Hiệu suất hệ thống x Số giờ nắng trung bình)

Trong đó:

• Công suất bơm: Đơn vị kW
• Hiệu suất hệ thống: Thường dao động từ 0.7-0.8 (tính đến các yếu tố như tổn thất điện năng, hiệu suất biến tần/bộ điều khiển)
• Số giờ nắng trung bình: Số giờ mà cường độ ánh sáng mặt trời đạt mức tối thiểu 1000W/m2. Bạn có thể tham khảo dữ liệu này từ các công cụ trực tuyến như Global Solar Atlas hoặc PVGIS.

Điện áp và dòng điện tấm pin:

Điện áp và dòng điện tấm pin phải phù hợp với biến tần hoặc bộ điều khiển sạc. Cần tính toán số lượng tấm pin mắc nối tiếp và song song để đạt được điện áp và dòng điện yêu cầu.

• Mắc nối tiếp: Tăng điện áp, giữ nguyên dòng điện.
• Mắc song song: Tăng dòng điện, giữ nguyên điện áp.

Thương hiệu và chất lượng:  

Nên chọn tấm pin của các thương hiệu uy tín và có chất lượng đảm bảo. Kiểm tra các chứng nhận chất lượng (ví dụ: IEC, CE) và thời gian bảo hành của tấm pin. Một số thương hiệu tấm pin uy tín trên thị trường hiện nay bao gồm: Canadian Solar, Jinko Solar, Longi, Trina Solar,...

Lựa chọn tấm pin năng lượng mặt trời phù hợp 

4. Lựa chọn biến tần (Inverter) hoặc bộ điều khiển sạc (Charge Controller)

Biến tần và bộ điều khiển sạc là các thiết bị quan trọng trong hệ thống bơm nước năng lượng mặt trời. Chúng có nhiệm vụ điều chỉnh điện áp và dòng điện từ tấm pin để phù hợp với bơm và ắc quy (nếu có).

Biến tần: 

• Sử dụng cho các hệ thống bơm nước AC (xoay chiều).
• Chọn biến tần có công suất lớn hơn hoặc bằng công suất bơm.
• Ưu tiên chọn biến tần có tính năng MPPT (Maximum Power Point Tracking) để tối ưu hóa hiệu suất hệ thống bơm nước năng lượng mặt trời. MPPT giúp biến tần liên tục điều chỉnh điện áp và dòng điện để khai thác tối đa năng lượng từ tấm pin.

Bộ điều khiển sạc:  

• Sử dụng cho các hệ thống bơm nước DC (một chiều) có sử dụng ắc quy.
• Chọn bộ điều khiển sạc có dòng điện và điện áp phù hợp với tấm pin và ắc quy.
• Ưu tiên chọn bộ điều khiển sạc có tính năng MPPT để tối ưu hóa hiệu suất hệ thống.

Lựa chọn biến tần cho hệ thống bơm nước năng lượng mặt trời 

5. Lựa chọn ắc quy 

Trong một số hệ thống bơm nước năng lượng mặt trời, ắc quy được sử dụng để lưu trữ năng lượng điện từ tấm pin, giúp bơm hoạt động ngay cả khi không có ánh sáng mặt trời . Tuy nhiên, việc sử dụng ắc quy làm tăng chi phí đầu tư và đòi hỏi bảo trì thường xuyên.

Dung lượng ắc quy: 

Dung lượng ắc quy cần thiết phụ thuộc vào công suất bơm và thời gian hoạt động mong muốn khi không có ánh sáng mặt trời. Công thức tính như sau:

Dung lượng ắc quy (Ah) = (Công suất bơm (W) x Thời gian hoạt động (giờ)) / (Điện áp ắc quy (V) x Độ sâu xả (DOD))

Trong đó:

• Công suất bơm: Đơn vị W
• Thời gian hoạt động: Số giờ bơm cần hoạt động khi không có ánh sáng mặt trời
• Điện áp ắc quy: Điện áp của ắc quy (ví dụ: 12V, 24V, 48V)
• Độ sâu xả (DOD - Depth of Discharge): Tỷ lệ phần trăm dung lượng ắc quy có thể sử dụng mà không làm giảm tuổi thọ của ắc quy. Thông thường, DOD nên giới hạn ở mức 50-80%.

Loại ắc quy:

• Ắc quy axit-chì (Lead-acid): Loại ắc quy này có giá thành rẻ nhưng tuổi thọ ngắn (thường từ 3-5 năm) và cần bảo trì thường xuyên (châm nước cất).
• Ắc quy lithium-ion (Lithium-ion): Loại ắc quy này có giá thành cao hơn nhưng tuổi thọ dài hơn (thường từ 8-10 năm), hiệu suất cao hơn và không cần bảo trì.

Điện áp ắc quy:

Điện áp ắc quy phải phù hợp với điện áp của hệ thống điện mặt trời. Các loại điện áp phổ biến là 12V, 24V hoặc 48V.

6. Lựa chọn dây cáp và thiết bị bảo vệ

Việc lựa chọn đúng dây cáp và thiết bị bảo vệ sẽ đảm bảo an toàn và độ bền khi thiết kế hệ thống bơm nước năng lượng mặt trời.

Dây cáp: 

Chọn dây cáp có tiết diện phù hợp với dòng điện và điện áp của hệ thống. Sử dụng bảng tra cứu tiết diện dây dẫn để đảm bảo dây cáp có thể chịu được dòng điện tối đa mà không bị quá nhiệt. Sử dụng dây cáp chuyên dụng cho điện mặt trời (thường có ký hiệu PV) để đảm bảo độ bền và khả năng chống chịu thời tiết khắc nghiệt.

Thiết bị bảo vệ:

• Cầu chì (Fuse): Bảo vệ hệ thống khỏi quá dòng bằng cách ngắt mạch khi dòng điện vượt quá giới hạn cho phép.
• Bộ ngắt mạch (Circuit breaker): Bảo vệ hệ thống khỏi ngắn mạch và quá tải.
• Chống sét (Surge arrester): Bảo vệ hệ thống khỏi sét lan truyền, đặc biệt quan trọng đối với các hệ thống lắp đặt ở khu vực có nhiều sét.

Lựa chọn dây cáp và các thiết bị bảo vệ cho hệ thống bơm nước năng lượng mặt trời

7. Thiết kế hệ thống đường ống 

Hệ thống đường ống có vai trò dẫn nước từ nguồn đến nơi sử dụng. Việc thiết kế đúng cách sẽ giúp giảm thiểu tổn thất áp suất và đảm bảo hiệu suất của hệ thống bơm nước năng lượng mặt trời.

Chọn đường kính ống:

Chọn đường kính ống phù hợp với lưu lượng nước và độ cao cột áp. Đường kính ống quá nhỏ sẽ gây ra tổn thất áp suất lớn, làm giảm lưu lượng nước và tăng công suất tiêu thụ của bơm.

Chọn vật liệu ống: 

• Ống PVC: Giá thành rẻ, dễ lắp đặt, phù hợp cho các ứng dụng áp lực thấp (ví dụ: tưới tiêu).
• Ống HDPE: Giá thành cao hơn, độ bền cao, phù hợp cho các ứng dụng áp lực cao và chôn ngầm (ví dụ: bơm nước từ giếng sâu).

Thiết kế bố trí ống:

• Thiết kế bố trí ống sao cho giảm thiểu số lượng khúc cua và đoạn ống nằm ngang dài, vì chúng gây ra tổn thất áp suất.
• Đảm bảo ống được đặt ở vị trí an toàn, tránh bị va đập hoặc tác động từ môi trường.
• Thiết kế hệ thống sao cho dễ dàng bảo trì và sửa chữa khi cần thiết.

Thiết kế hệ thống đường ống bơm nước 

8. Lắp đặt hệ thống bơm nước năng lượng mặt trời 

Quá trình lắp đặt đòi hỏi sự cẩn thận, tỉ mỉ và tuân thủ đúng kỹ thuật để đảm bảo hệ thống hoạt động an toàn và hiệu quả. Nếu bạn không có kinh nghiệm, tốt nhất nên thuê đội ngũ kỹ thuật chuyên nghiệp của Việt Nhật Energy để thực hiện.

Lắp đặt tấm pin:

• Vị trí: Chọn vị trí lắp đặt tấm pin có ánh sáng mặt trời tốt nhất trong ngày và không bị che khuất bởi cây cối, nhà cửa hoặc các vật cản khác.
• Góc nghiêng và hướng: Đảm bảo góc nghiêng và hướng của tấm pin phù hợp với vĩ độ địa lý của khu vực. Góc nghiêng lý tưởng thường bằng vĩ độ địa lý vào mùa đông và nhỏ hơn 10-15 độ vào mùa hè. Hướng tốt nhất là hướng về phía Nam (ở Bắc bán cầu) hoặc hướng về phía Bắc (ở Nam bán cầu). Bạn có thể sử dụng các ứng dụng trên điện thoại thông minh hoặc các công cụ trực tuyến để xác định góc nghiêng và hướng tối ưu.
• Khung giá đỡ: Sử dụng khung giá đỡ chắc chắn để cố định tấm pin và đảm bảo chúng không bị rung lắc hoặc đổ ngã do gió bão.

Lắp đặt bơm:  

• Vị trí: Lắp đặt bơm theo hướng dẫn của nhà sản xuất. Đảm bảo bơm được đặt ở vị trí an toàn, khô ráo, thoáng mát và dễ dàng bảo trì.
• Bơm chìm: Đối với bơm chìm, cần đảm bảo bơm được đặt ở độ sâu phù hợp và không bị hút phải cặn bẩn hoặc vật lạ.
• Đường ống: Kết nối bơm với hệ thống đường ống một cách chắc chắn và kín khít để tránh rò rỉ nước.

Kết nối điện: 

• Sơ đồ: Kết nối các thành phần điện (tấm pin, biến tần/bộ điều khiển sạc, ắc quy (nếu có), bơm) theo sơ đồ thiết kế đã lập trước đó.
• An toàn: Đảm bảo tất cả các kết nối được thực hiện chắc chắn, đúng cực và an toàn. Sử dụng các công cụ bảo hộ (găng tay, kính bảo hộ) khi làm việc với điện.
• Dây dẫn: Sử dụng dây dẫn có tiết diện phù hợp và đảm bảo chúng không bị căng quá mức hoặc tiếp xúc với các vật sắc nhọn.

Kiểm tra và vận hành:

• Kiểm tra: Kiểm tra kỹ lưỡng toàn bộ hệ thống bơm nước năng lượng mặt trời trước khi vận hành. Đảm bảo tất cả các kết nối đã được thực hiện đúng cách, không có rò rỉ nước hoặc điện.
• Vận hành thử: Vận hành thử hệ thống trong một thời gian ngắn để kiểm tra hiệu suất hoạt động. Theo dõi lưu lượng nước, áp suất và điện áp để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định.
• Điều chỉnh: Điều chỉnh các thông số (ví dụ: điện áp, dòng điện) nếu cần thiết để tối ưu hóa hiệu suất hệ thống.
• Theo dõi: Theo dõi hiệu suất hoạt động của hệ thống thường xuyên và ghi lại các thông số quan trọng (ví dụ: lưu lượng nước, áp suất, điện áp, sản lượng điện) để phát hiện sớm các vấn đề tiềm ẩn.

Lắp đặt hệ thống bơm nước năng lượng mặt trời 

9. Mẫu thiết kế hệ thống bơm nước năng lượng mặt trời 

Để giúp bạn hình dung rõ hơn về cách thiết kế hệ thống bơm nước năng lượng mặt trời, chúng tôi xin giới thiệu hai mẫu thiết kế điển hình cho gia đình và trang trại.

Mẫu 1: Hệ thống bơm nước cho gia đình:

Hệ thống này sử dụng bơm chìm 0.5HP, điện áp 24V DC, lưu lượng nước 2m3/h, cột áp 20m. Tấm pin năng lượng mặt trời đơn tinh thể 300Wp, số lượng 2 tấm. Bộ điều khiển sạc MPPT 30A. Bồn chứa nước 500 lít.

• Sơ đồ lắp đặt hệ thống: Tấm pin -> Bộ điều khiển sạc -> Bơm chìm -> Bồn chứa nước.
• Ước tính chi phí đầu tư: Khoảng 15-20 triệu đồng.
• Thời gian hoàn vốn: Khoảng 2-3 năm.

Mẫu hệ thống bơm nước cho gia đình 

Mẫu 2: Hệ thống bơm nước cho trang trại:

Hệ thống sử dụng bơm ly tâm 2HP, điện áp 220V AC, lưu lượng nước 10m3/h, cột áp 30m. Tấm pin năng lượng mặt trời đa tinh thể 450Wp, số lượng 8 tấm. Biến tần bơm nước năng lượng mặt trời 2kW. Bồn chứa nước 2000 lít.

• Sơ đồ lắp đặt hệ thống: Tấm pin -> Biến tần bơm nước năng lượng mặt trời -> Bơm ly tâm -> Bồn chứa nước.
• Ước tính chi phí đầu tư: Khoảng 50-70 triệu đồng.
• Thời gian hoàn vốn: Khoảng 3-4 năm.

Hệ thống bơm nước năng lượng mặt trời 

Xem thêm: Cách Chọn Biến Tần Bơm Nước Năng Lượng Mặt Trời Phù Hợp Nhất

10. Việt Nhật Energy - Đơn vị cung cấp và lắp đặt biến tần năng lượng mặt trời uy tín, chất lượng

Việt Nhật Energy tự hào là đơn vị chuyên cung cấp và lắp đặt biến tần bơm nước năng lượng mặt trời SAJ uy tín, chất lượng hàng đầu tại Việt Nam. Dịch vụ lắp đặt biến tần bơm nước năng lượng mặt trời của chúng tôi mang đến những ưu điểm vượt trội:

• Sản phẩm chính hãng, chất lượng cao, đạt tiêu chuẩn quốc tế.
• Đội ngũ kỹ thuật viên giàu kinh nghiệm, lắp đặt chuyên nghiệp, đảm bảo an toàn và hiệu quả.
• Chế độ bảo hành dài hạn, hỗ trợ kỹ thuật 24/7.
• Cam kết mang đến sự hài lòng tuyệt đối cho khách hàng.

Việt Nhật Energy cung cấp biến tần bơm nước năng lượng mặt trời chính hãng

Tóm lại, thiết kế hệ thống bơm nước năng lượng mặt trời đòi hỏi sự tính toán kỹ lưỡng và lựa chọn thiết bị phù hợp. Hướng dẫn thiết kế hệ thống bơm nước chi tiết trong bài viết này hy vọng đã cung cấp cho bạn những kiến thức cần thiết. Việc thiết kế hệ thống bơm nước năng lượng mặt trời đúng cách sẽ giúp hệ thống hoạt động hiệu quả, tiết kiệm chi phí, thân thiện với môi trường và có tuổi thọ cao. Chúng tôi khuyến khích bạn tìm hiểu thêm thông tin từ các nguồn uy tín và tham khảo ý kiến của các chuyên gia tại Việt Nhật Energy trước khi quyết định lắp đặt hệ thống bơm nước năng lượng mặt trời và lắp đặt hệ thống.

Thông tin liên hệ:

VIỆT NHẬT ENERGY

Hotline 24/7: 0976.677.705

Email: vietnhatenergy@gmail.com

Địa chỉ: 661/21 Hà Huy Giáp, KP.3, P. Thạnh Xuân, Quận 12, TP. Hồ Chí Minh

Fanpage: https://www.facebook.com/profile.php?id=61554102634325