Tìm hiểu tất tần tật về hệ thống và máy bơm năng lượng mặt trời

Hệ thống bơm năng lượng mặt trời là một công nghệ hiện đại và tương đối mới mẻ, những chúng đã chứng minh mình vô cùng có ích để ứng dụng cho những nơi không có nguồn điện lưới hoặc những nơi mạng điện chập chờn không ổn định. Hệ thống/máy bơm năng lượng mặt trời sử dụng các tấm pin quang điện (PV) để chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng để cung cấp điện cho máy bơm có thể hút nước từ nguồn đẩy lên mặt đất.

Bài viết này sẽ giúp các bạn tìm hiểu tất cả về hệ thống và máy bơm nước điện năng lượng mặt trời cũng như chỉ ra một số ưu điểm và nhược điểm của công nghệ này.

NHỮNG ĐIỀU CƠ BẢN VỀ HỆ THỐNG BƠM NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

Một hệ thống bơm năng lượng mặt trời điển hình sẽ bao gồm phần sau:

  • Nguồn nước: Đây có thể là nguồn nước ngầm, chẳng hạn như giếng hoặc lỗ khoan. Cũng có thể là một nguồn nước bề mặt như nước sông hoặc ao.
  • Máy bơm: Tùy thuộc vào độ sâu của nước, có thể sử dụng máy bơm thuộc loại chìm hoặc loại đặt trên mặt đất. Trong các hệ thống năng lượng mặt trời phổ biến nhất, máy bơm được cung cấp nguồn điện một chiều, đòi hỏi chi phí vận hành và bảo dưỡng thấp nhưng mang lại hiệu quả cao.
  • Pin năng lượng mặt trời: Tấm pin mặt trời được hình thành từ một nhóm các tế bào quang điện (PV), sẽ được đặt ở nơi có thể tiếp nhận ánh nắng mặt trời nhiều nhất. Các tế bào PV tạo ra nguồn điện DC khi được ánh sáng chiếu vào.
  • Bộ điều khiển bơm: Bộ phận này cho phép điều chỉnh và điều khiển hệ thống, giúp các thiết bị trong hệ thống vận hành tương thích và ổn định với nhau.
  • Pin lưu trữ điện (tùy chọn): Các tấm pin mặt trời chỉ tạo ra năng lượng vào ban ngày khi có ánh sáng mặt trời, do đó chúng sẽ không hoạt động vào ban đêm và những ngày quá nhiều mây. Một giải pháp để có thể cung cấp điện cho máy bơm liên tực là bổ sung một hệ thống pin lưu trữ điện mặt trời dư thừa ban ngày để cung cấp cho những lúc cần thiết.
  • Các nguồn năng lượng tái tạo khác: Pin năng lượng mặt trơi cũng có thể được kết hợp với một tuabin gió để tận dụng tối đa nguồn năng lượng tự nhiên – năng lượng mặt trời khi mặt trời chiếu nắng và năng lượng gió khi có gió thổi.
  • Hệ thống đường ống: Hệ thống đường ống nay mang nước từ máy bơm đến bể chứa. Điều quan trọng là hệ thống đường ống phải được thiết kế sao cho vừa khít nhất; tức là chiều dài các đoạn ống, đường kính ống, cách bố trí các khớp nối phải vừa đủ không thiếu cũng không thừa. Điều này giúp tối đa hóa hiệu quả của máy bơm, tốc độ bơm nhanh hơn, tiết kiệm điện năng hơn.
  • Bể chứa nước: Bể chứa là một phần quan trọng của hầu hết các hệ thống bơm năng lượng mặt trời, để đảm bảo lượng nước luôn có sẵn để sử dụng bất cứ lúc nào trong ngày. Dung tích của bể phải được thiết kế lưu trữ đủ nước để phục vụ cho nhu cầu nước vào những thời tiết bất lợi (không có nắng để pin mặt trời tạo điện) khiến việc bơm nước bị hạn chế. Kích thước và độ lớn của bể chứa phải được xác định dựa trên số ngày lưu trữ cần thiết.

Trong thực tế, mỗi hệ thống bơm năng lượng mặt trời sẽ khác nhau đối với mỗi ngôi nhà cụ thể. Để có được lợi ích tối đa từ máy bơm năng lượng mặt trời đòi hỏi phải nghiên cứu, thiết kế và cài đặt kỹ càng. Mỗi thành phần phải được kết hợp cẩn thận và lập kế hoạch phù hợp.

CÁC ỨNG DỤNG CỦA MÁY BƠM NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

Hệ thống tưới tiêu và nông nghiệp

Ứng dụng phổ biến nhất của máy bơm nước mặt trời là cung cấp nước tưới hoặc nước cho gia súc, bằng cách bơm từ giếng nước ngầm hoặc từ các nguồn nước bề mặt (sông, ao, hồ…). Một hệ thống bơm năng lượng mặt trời được thiết kế tốt có thể thay thế hoàn toàn hệ thống bơm sử dụng nhiên liệu khí đốt đắt đỏ và ô nhiễm môi trường, qua đó giúp giảm đáng kể chi phí vận hành cho những người nông dân ở các khu vực không có nguồn điện lưới.

Tìm hiểu tất tần tật về hệ thống và máy bơm năng lượng mặt trời 1

Cư trú ở vùng sâu xa

Đến nay, vẫn có những nơi tại Việt Nam có địa hình không thuận lợi và việc dẫn đường lưới điện đến đó là không thể. Do đó, các ứng dụng của hệ thống điện năng lượng mặt trời cho các khu vực này là vô cùng cần thiết. Chúng hiệu quả hơn và không ô nhiễm môi trường như các loại máy phát điện khí đốt khác. Mặc dù chi phí đầu tư ban đầu của các thiết bị năng lượng mặt trời nói chung và máy bơm năng lượng mặt trời nói riêng có phần hơi cao, nhưng đổi lại chi phí vận hành gần như bằng không và chi phí bảo trì rất thấp. Xét về lâu dài các công nghệ này có lợi hơn rất nhiều, nhất là đối với những vùng không thể kết nối lưới điện như thế này.

Trạm khai thác tạm thời hoặc trạm xây dựng

Hệ thống bơm năng lượng mặt trời có thể là một cách tuyệt vời để cung cấp nước cho các khu khai thác và công trường xây dựng tạm thời. Khi được sử dụng kết hợp với hệ thống xử lý nước tạm thời, chúng ta có thể cung cấp nguồn nước cho công nhân sinh hoạt và làm việc.

Tìm hiểu tất tần tật về hệ thống và máy bơm năng lượng mặt trời 2

Cung cấp nước khẩn cấp

Trong các tình huống cứu trợ thiên tai và trại tị nạn, máy bơm năng lượng mặt trời kết hợp với các thiết bị xử lý nước uống có thể là một cách hiệu quả để cung cấp nước sạch và an toàn cho dân cư tị nạn. Hệ thống bơm năng lượng mặt trời tương đối gọn nhẹ và dễ dàng trong việc di chuyển cũng như lắp đặt.

Tìm hiểu tất tần tật về hệ thống và máy bơm năng lượng mặt trời 3

Hệ thống khử nước

Hệ thống khử nước thường yêu cầu bơm liên tục 24/7 (tức 24 giờ mỗi ngày và liên tục 7 ngày mỗi tuần). Điều này có nghĩa là một hệ thống điện mặt trời sẽ không đủ cung cấp điện và phải cần sự trợ giúp của máy phát điện khác hoặc điện lưới. Tuy nhiên, ở những vùng khí hậu nóng và khô như Trung Đông, châu Phi… hệ thống điện năng lượng mặt trời có thể hoạt động độc lập để cung cấp cho hệ thống khử nước.

Hệ thống nối lưới

Nếu nhu cầu bơm nước của bạn là không liên tục vào ban ngày hoặc nhu cầu bơm nước của gia đình bạn rất thấp, sản lượng điện tạo ra từ các tấm pin mặt trời có thể dư thừa rất nhiều. Trong những trường hợp này, có thể hệ thống PV với máy bơm và cả lưới điện. Lưới điện lúc này sẽ đóng vai trò như pin lưu trữ điện cho hệ thống của bạn, khi dư thừa thì điện mặt trời được tạo ra sẽ đưa lên lưới lưu trữ, khi thiếu thì sẽ lấy từ lưới xuống để vận hành máy bơm. Điều này đồng nghĩa vào mỗi kỳ thanh toán tiền điện, bạn có thể sẽ nhận được một khoản tiền nếu hệ thống PV của bạn sản xuất hiệu quả.

Tìm hiểu tất tần tật về hệ thống và máy bơm năng lượng mặt trời 4

CÁC LOẠI MÁY BƠM NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

Máy bơm năng lượng mặt trời phổ biến hiện nay được phân loại là máy bơm chìm và máy bơm bề mặt. Máy bơm chạy bằng điện một chiều DC hoặc máy bơm chạy điện xoay chiều AC. Thông thường, hệ thống bơm năng lượng mặt trời sẽ dựa trên máy bơm DC, tuy nhiên đối với các hệ thống bơm năng lượng mặt trời hòa lưới thì phải sử dụng máy bơm AC.

Máy bơm chìm

Máy bơm chìm hoạt động khác với máy bơm bề mặt (bơm bề mặt được lắp đặt trên mặt đất và cắm ống xuống nguồn để hút nước lên) bằng cách thả bơm xuống nước và đẩy nước từ dưới lên bể chứa. Bơm chìm được sử dụng để bơm nước ngầm từ các giếng hoặc lỗ khoan sâu hơn, nơi không thể sử dụng các loại bơm nước bề mặt vì mực nước quá sâu dưới mặt đất (độ sâu hơn 6 mét trở lên).

Máy bơm chìm được thiết kế đặc biệt để có thể treo được dưới mực nước trong giếng và được nối với một ống đầu ra kéo dài lên trên bề mặt đất. Tùy thuộc vào mỗi ứng dụng khác nhau sẽ có máy bơm với tốc độ bơm cần thiết và sức mạnh phù hợp (sức mạnh của máy bơm được đo bằng mã lực HP).

Tìm hiểu tất tần tật về hệ thống và máy bơm năng lượng mặt trời 5

Một máy bơm chìm thường được đặt trong giếng hoặc lỗ khoan mạch nước ngầm, đôi khi cũng có những trường hợp ứng dụng cho mặt sông hoặc ao tự đào. Hầu hết các loại bơm này đều rất bền và có khả năng chống thấm nước tương đối tốt.

Có 3 loại chính của bơm chìm là bơm ly tâm, rotor xoắn ốc và bơm màng:

  • Bơm ly tâm có một bánh xoay với tốc độ cao. Vì tốc độ quay cao nên tốc độ dòng chảy từ máy bơm thường cao. Tuy nhiên, áp suất phân phối và lực nâng có thể đạt được thường thấp hơn so với các loại máy bơm khác.
  • Bơm rotor xoắn ốc là một loại bơm chuyển vị tích cực, nó có thể đạt được lực nâng cao hơn và cũng cung cấp tốc độ dòng chảy đủ lớn để đáp ứng hầu hết các nhu cầu. Vì nước cần được đưa qua thân máy bơm nên kết quả là lưu lượng thấp hơn so với bơm ly tâm. Tuy nhiên, với áp suất cao hơn, một chiếc bơm rotor xoắc ốc có thể cung cấp nước từ các mạch nước sâu hơn.
  • Bơm màng cũng là một loại bơm chuyển vị tích cực khác, có thể bơm được một dung lượng lên đến 20 lít mỗi phút từ các giếng cạn (độ sâu dưới 30 mét). Mặc dù máy bơm này ít tốn kém hơn so với 2 loại bơm chìm trên nhưng chúng đòi hỏi bảo trì khá nhiều.

Máy bơm bề mặt

Bơm bề mặt hoạt động theo nguyên lý hút nước từ giếng cạn, ao, suối… lên mặt đất (bơm chìm thì đẩy nước, còn bơm bề mặt thì hút nước). Các loại máy bơm bề mặt hoạt động tốt nhất trong khoảng phạm vi 6 mét đổ lại so với mực nước.

Tìm hiểu tất tần tật về hệ thống và máy bơm năng lượng mặt trời 6

Có rất nhiều loại máy bơm bề mặt có sẵn trên thị trường. Tùy thuộc vào lượng nước cần bơm, khoảng cách từ mực nước để bơm và bể chứa mà chúng ta sẽ có sự lựa chọn phù hợp. Hiệu quả của loại bơm này sẽ tăng dần nếu chúng ta điều chỉnh khoảng cách giữa máy bơm và mực nước càng gần.

Có 3 loại máy bơm bề mặt chính là bơm cấp, bơm áp suất và bơm tăng áp:

  • Bơm cấp được sử dụng để di chuyển nước từ nơi này đến nơi khác. Một số có khả năng chịu áp lực cao trong khi một số khác chủ yếu dành cho việc di chuyển khối lượng lớn ở áp suất thấp.
  • Máy bơm áp suất thường được sử dụng để điều áp các hệ thống nước nhỏ trong các tòa nhà, nhà dân, trường học, doanh nghiệp hoặc bệnh viện.
  • Bơm tăng áp được sử dụng để duy trì áp suất hoặc lưu lượng – thường hữu ích trong các thị trấn hoặc cộng đồng dân cư có áp lực nước không ổn định, đặc biệt là vào thời điểm có nhu cầu sử dụng nước tăng cao.

CÁC LOẠI HỆ THỐNG BƠM NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

Hệ thống bơm mặt trời có thể được cấu hình theo nhiều cách khác nhau, đặc biệt là liên quan đến dung lượng pin lưu trữ hoặc hòa lưới.

Pin lưu trữ dự phòng

Hệ thống pin dự phòng được sử dụng để lưu trữ nguồn năng lượng dư thừa từ các tấm pin sản xuất ra khi máy bơm đang ở trạng thái nghĩ, điều này cho phép ban đêm hoặc những ngày không có nắng máy bơm vẫn có năng lượng để vận hành. Chúng cũng có thể được liên kết với thêm với máy phát điện để cung cấp điện cho những trường hợp bất lợi nhất.

Kết nối lưới điện

Nếu khu vực bạn đang sinh sống có thể kết nối được với lưới điện thì quá là tuyệt vời. Thay vì phải mua pin dự phòng để lưu trữ thì giờ đây bạn có thể lưu điện dư thừa trực tiếp lên lưới điện. Tuy nhiên, lưới điện sẽ yêu cầu nguồn điện AC, trong khi các tấm pin năng lượng mặt trời lại tạo ra dòng điện DC, do đó hệ thống bơm năng lượng mặt trời hòa lưới cần bổ sung một bộ phận gọi là biến tần (inverter) năng lượng mặt trời để chuyển đổi dòng DC thành AC. Với máy bơm kết hợp hệ thống điện mặt trời bạn có thể bán lượng điện dư thừa trong quá trình sản xuất của mình cho các công ty điện lực để nhận về một khoản thanh toán. Vừa tiết kiệm điện cho việc bơm nước lại vừa có thể kiếm thêm thu nhập quả thật là một giải pháp tuyệt vời phải không các bạn.

ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA MÁY BƠM NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

Máy bơm điện năng lượng mặt trời có thể là một giải pháp tuyệt vời để cung cấp nước hiệu quả và giảm được lượng khí thải carbon ra môi trường đáng kể, chi phí vận hành gần như bằng 0 và chi phí bảo trì cực thấp. Nhưng hệ thống này không phải hoàn toàn phù hợp với tất cả các trường hợp, nên chúng sẽ có những ưu và nhược điểm sau đây:

Ưu điểm của máy bơm sử dụng điện mặt trời

  • Cho phép bạn có thể bơm nước ở những địa điểm xa xôi không có điện lưới hoặc điện lưới không ổn định – bất cứ nơi nào có ánh nắng mặt trời đều có thể lắp đặt hệ thống bơm solar.
  • Tự cung cấp và sử dụng nguồn năng lượng tái tạo sạch từ tự nhiên.
  • Nhu cầu nước tăng cao vào mùa hè và đây cũng chính là thời điểm các tấm pin năng lượng mặt trời tạo ra nhiều điện năng nhất.
  • Chi phí vận hành gần như không có, không yêu cầu thêm bất cứ nhiên liệu gì để vận hành, mức độ bảo trì ở mức tối thiểu.
  • Với đặc tính cơ động của mình, hệ thống thiết bị này tương đối dễ di chuyển và lắp đặt, qua đó có thể linh động thay đổi vị trí của máy bơm tùy theo mùa để đạt hiệu quả tối ưu.

Nhược điểm của máy bơm tích hợp pin năng lượng mặt trời

  • Chi phí đầu tư ban đầu tương đối cao.
  • Sản lượng điện tạo ra có thể sẽ bị ảnh hưởng bởi thời tiết xấu như nhiều mây, mưa gió kéo dài, tuyết rơi…

KẾT LUẬN

Tóm lại, những hệ thống máy bơm năng lượng mặt trời có thể cung cấp các giải pháp thực tế để cải thiện khả năng cấp nước ở những khu vực khó khăn trong việc kết nối nguồn điện lưới hoặc chi phí điện lưới quá cao. Thêm vào đó, việc sử dụng những thiết bị hiện đại ứng dụng công nghệ năng lượng mặt trời là điều rất cần thiết để bảo vệ môi trường tránh khỏi các hệ lụy trong tương lai gần.

Tìm hiểu tất tần tật về hệ thống và máy bơm năng lượng mặt trời 7

Game bài đổi thưởng
Link with us