Cách tính số tấm pin cho máy bơm năng lượng mặt trời chi tiết nhất

Việc tính toán số tấm pin mặt trời cho máy bơm đòi hỏi phải hiểu biết toàn diện về tính toán công suất và điều kiện môi trường. Dưới đây, mời bà con cùng Nhà Bè Agri tìm hiểu Cách tính số tấm pin mặt trời cho máy bơm.

1. Xác định lưu lượng của bơm:

Lưu lượng của bơm được tính toán dựa trên nhu cầu tưới nước hàng ngày: Bạn cần sử dụng bao nhiêu nước mỗi ngày (lít, mét khối)? Điều này phụ thuộc vào ứng dụng (tưới nước cho gia súc, tưới tiêu, sử dụng trong gia đình, v.v.).

Ví dụ: Nếu bạn tưới cho 300 gốc cà phê, mỗi gốc cần 50 lít/ngày. Vậy bạn cần lưu lượng là 15 m3/ngày.

Nhu cầu nước cao điểm: Khi nào cần nước nhất? Điều này có thể ảnh hưởng đến giờ hoạt động của máy bơm.

2. Tính tổng cột áp động

Tổng cột áp là tổng cộng khoảng cách thẳng đứng mà nước cần được nâng lên, có tính đến tất cả các tổn thất, yêu cầu cột áp của béc tưới. Đây là yếu tố quan trọng để lựa chọn máy bơm.

Mực nước tĩnh/Độ nâng:

Đối với máy bơm chìm: Đây là độ sâu từ mặt đất đến mực nước động (mực nước khi máy bơm đang hoạt động).

Đối với máy bơm nổi: Là khoảng cách thẳng đứng từ mặt nước đến đầu vào của máy bơm (độ nâng hút) cộng với khoảng cách thẳng đứng từ đầu ra của máy bơm đến điểm phân phối (độ nâng áp suất). Lưu ý rằng máy bơm bề mặt thường có độ nâng hút tối đa khoảng 7-8 mét.

Độ hạ mực nước: Nếu bạn đang bơm từ giếng, hãy cân nhắc mức độ mực nước giảm khi máy bơm đang hoạt động.

Tổn thất do ma sát:

Nước chảy qua các đường ống, phụ kiện (Nối, chữ T, Co, Van..) và thay đổi độ cao tạo ra ma sát, đòi hỏi nhiều năng lượng hơn từ máy bơm. Tổn thất này tăng lên khi lưu lượng dòng chảy cao hơn và đường ống nhỏ hơn. Bạn sẽ cần tham khảo biểu đồ kích thước đường ống để ước tính các tổn thất này dựa trên vật liệu, đường kính và chiều dài đường ống của bạn.

Yêu cầu về áp suất của thiết bị tưới: Là mức áp suất mà thiết bị tưới yêu cầu để hoạt động.

Công thức tính Tổng cột áp: Chiều cao mực nước tĩnh + Chiều cao nâng chiều thẳng đứng + Mất áp do ma sát + Áp suất thiết bị tưới. 

Bà con có thể tham khảo thêm: Công thức tính áp suất trong hệ thống tưới

3. Xác định công suất bơm

Loại Bơm:

Bơm năng lượng mặt trời: Được thiết kế để kết nối trực tiếp với năng lượng mặt trời và thường hiệu quả hơn. Yêu cầu công suất của chúng thường nằm trong khoảng từ 200W đến 1200W, nhưng có thể cao hơn.

Bơm AC truyền thống: Những loại này cần một bộ biến tần (bộ điều khiển bơm năng lượng mặt trời hoặc bộ biến tần tiêu chuẩn có pin dự phòng) để chuyển đổi nguồn điện DC từ tấm pin mặt trời sang AC. Chúng có thể dao động từ mã lực phân số đến hệ thống rất lớn.

Xác định công suất bơm:

Xác định công suất bơm máy bơm nước tưới cây theo Lưu lượng và Cột áp: Dựa trên nhu cầu nước hàng ngày và tổng cột áp, chúng ta sẽ chọn được công suất bơm phù hợp.

Nhà sản xuất máy bơm cung cấp các đường cong hiệu suất cho thấy mối quan hệ giữa lưu lượng, cột áp và mức tiêu thụ điện năng.

Hiệu suất bơm: Không có máy bơm nào có hiệu suất 100%. Do đó chúng ta cần tính đến hệ số về hiệu suất bơm. Ví dụ ở phần trên (tính công suất dựa vào Lưu lượng và tổng cột áp ra được bơm là 2HP). Nhưng do hiệu suất bơm chỉ đạt khoảng 70%, do đó thực tế cần chọn bơm có công suất 2*1.3 = 2.6HP.

Tiêu thụ điện năng (Watt/Kilowatt): Thông số kỹ thuật của máy bơm sẽ liệt kê mức tiêu thụ điện năng, thường là watt (W) hoặc kilowatt (kW). Nếu tính bằng mã lực (HP), hãy chuyển đổi (1 HP ≈ 746 W).

Tham khảo thêm: Công thức tính công suất bơm

4. Đánh giá cường độ bức xạ mặt trời (Giờ nắng cao điểm)

Vị trí địa lý: Lượng ánh sáng mặt trời mà vị trí của bạn nhận được hàng ngày là rất quan trọng. Điều này thường được thể hiện bằng “giờ nắng cao điểm” (hoặc bức xạ mặt trời), tức là số giờ tương đương trung bình của năng lượng mặt trời đầy đủ nhận được mỗi ngày.

Biến động theo mùa: Giờ nắng cao điểm thay đổi đáng kể theo mùa. Để hoạt động đáng tin cậy quanh năm, tốt nhất là bạn nên định cỡ hệ thống của mình dựa trên số giờ nắng cao điểm trung bình thấp nhất trong giai đoạn quan trọng (ví dụ: mùa đông đối với nước uống quanh năm hoặc mùa tưới tiêu cao điểm).

5. Tính tổng năng lượng cần thiết hàng ngày:

Năng lượng = Công suất bơm (W) x Giờ hoạt động hàng ngày (giờ)

Xác định số giờ mỗi ngày máy bơm cần hoạt động để đáp ứng nhu cầu nước hàng ngày của bạn ở lưu lượng đã chọn.

Ví dụ: Nếu máy bơm của bạn là 1500W và bạn cần nó chạy trong 5 giờ mỗi ngày, thì nhu cầu năng lượng hàng ngày là 1500W * 5 giờ = 7500 Wh (hoặc 7,5 kWh).

6. Xác định công suất tấm pin mặt trời cần thiết (Kích thước tấm pin)

Công thức cơ bản: Chia tổng nhu cầu năng lượng hàng ngày (Vi dụ 7.5kw) cho số giờ nắng cao điểm trung bình tại vị trí của bạn (ví dụ 5 giờ).

Công suất tấm pin mặt trời cần thiết (Wp) = (Tổng nhu cầu năng lượng hàng ngày (Wh)) / (Giờ nắng cao điểm mỗi ngày) = 7.5kw / 5 = 1.5kw (hay 1.500W)

Thêm biên độ an toàn/Tổn thất: Công suất tấm pin mặt trời có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như nhiệt độ, bóng râm, bụi, tổn thất hệ thống dây điện và hiệu suất biến tần (nếu sử dụng máy bơm AC). Điều quan trọng là phải thêm biên độ an toàn vào công suất tính toán của bạn.

Khuyến nghị chung:

• Thêm 25-50% vào công suất của máy bơm để có kích thước tấm pin mặt trời tối thiểu theo khuyến nghị.
• Đối với tổn thất chung của hệ thống (hiệu suất tấm pin, hệ thống dây điện, biến tần), hãy thêm 10-20% vào tổng nhu cầu năng lượng.

Công suất tấm pin mặt trời đã điều chỉnh = Công suất tấm pin mặt trời cần thiết * (1 + Hệ số tổn thất) = 1.5kw * (1 + 0.2) = 1.8kw.

7. Tính số lượng tấm pin mặt trời

Công suất tấm pin riêng lẻ: Tấm pin mặt trời có nhiều công suất khác nhau (ví dụ: 250W, 300W, 400W, 540W).

Số Panels = Công suất tấm pin mặt trời đã điều chỉnh / Công suất tấm pin riêng lẻ

Làm tròn lên: Luôn làm tròn lên số nguyên tiếp theo cho số lượng tấm pin, vì bạn không thể lắp một phần của tấm pin.

Tiếp ví dụ ở trên, ta cần số pin để tạo ra được 1.8kw. Nếu ta dùng tấm pin 300w. Vậy số tấm pin cần thiết là 1.800w / 300w = 6 tấm.

8. Xem xét điện áp và cấu hình hệ thống (Nối tiếp/Song song):

Điện áp Bơm/Bộ điều khiển: Bơm và bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời (nếu sử dụng) của bạn sẽ có các yêu cầu điện áp cụ thể (ví dụ: 12V, 24V, 48V hoặc cao hơn đối với máy bơm AC có biến tần).

Điện áp tấm pin: Mỗi tấm pin mặt trời có điện áp mạch hở (open-circuit voltage, Voc) và điện áp công suất tối đa (maximum power voltage, Vmp).

Kết nối nối tiếp: Kết nối các tấm pin theo chuỗi sẽ làm tăng tổng điện áp. Đảm bảo tổng Voc của chuỗi nối tiếp không vượt quá điện áp đầu vào tối đa của bộ điều khiển bơm hoặc biến tần của bạn.

Kết nối song song: Kết nối các tấm pin song song sẽ làm tăng dòng điện (và do đó là công suất) trong khi vẫn duy trì cùng một điện áp.

Phù hợp tối ưu: Điện áp làm việc (Vmp) của mảng pin mặt trời của bạn lý tưởng nhất là phải nằm trong phạm vi điện áp làm việc tối ưu của máy bơm/bộ điều khiển để hoạt động hiệu quả.

9. Các cân nhắc quan trọng

• Lưu trữ pin (Tùy chọn): Để vận hành liên tục trong những ngày nhiều mây hoặc ban đêm, bạn sẽ cần một ngân hàng pin. Điều này làm tăng đáng kể độ phức tạp và chi phí của hệ thống. Đối với hầu hết các ứng dụng bơm năng lượng mặt trời, hệ thống truyền động trực tiếp (bơm chỉ chạy khi có nắng) hoặc hệ thống có bể chứa nước phổ biến hơn và tiết kiệm chi phí hơn.
• Bảo vệ bơm: Đảm bảo hệ thống của bạn bao gồm các tính năng bảo vệ như bảo vệ chạy khô (ngăn ngừa hư hỏng bơm nếu mực nước xuống quá thấp) và bảo vệ quá áp/dòng điện.
• Tư vấn chuyên nghiệp: Đối với các hệ thống bơm năng lượng mặt trời phức tạp hoặc quy mô lớn, bạn nên tham khảo ý kiến ​​của chuyên gia hoặc kỹ sư bơm năng lượng mặt trời. Họ có thể thực hiện đánh giá chi tiết tại địa điểm, xem xét các đường cong bơm cụ thể và tối ưu hóa hệ thống cho các điều kiện riêng của bạn.

Bằng cách làm theo các bước này, bạn có thể tính toán hiệu quả các yêu cầu về tấm pin mặt trời cho máy bơm của mình và thiết kế một hệ thống bơm năng lượng mặt trời mạnh mẽ và hiệu quả.