THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH THIẾT BỊ HỆ THỐNG KẾT HỢP
SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ GIÓ ĐỂ SẢN XUẤT ĐIỆN
Hoàng Trí
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM

ABSTRACT
In recent years, energy is the top concern of the countries in the world, especially in the
context of fossil energy sources are being depleted. In addition, environmental pollution,
smog, global warming has been and will be a threat for the future. Hence the urgency is to
find new energy sources to replace fossil energy resources while ensuring environmental
problems.
Hybrid models have been an effective means of producing generating electricity
throughout the world. lots of research work has been done and continuing the accomodate
new advances in this system. This paper proposes a hybrid energy system combining solar
photovoltaic and wind turbine with backup storage batteries were designed, intergrated and
the optimized to predict the behavior of generating system as a small scale alternative
source of electrical energy where conventional generation is not practical .
With the theme " Design and manufacture of equipment model system combines solar
and wind to produce electricity" to research, calculate and make the first hybrid system
uses two sources of clean energy as wind and solar can be applied inreal life.

TÓM TẮT ĐỀ TÀI
Trong những năm gần đây, năng lượng là mối quan tâm hàng đầu của các nước trên thế
giới, nhất là trong bối cảnh nguồn năng lượng hóa thạch đang dần cạn kiệt. Ngoài ra, ô
nhiễm môi trường, khói bụi, sự nóng lên toàn cầu đã đang và sẽ là mối đe dọa cho tương
lai. Do vậy việc cấp thiết là tìm ra nguồn năng lượng mới dần thay thế cho nguồn năng
lượng hóa thạch mà vẫn đảm bảođược vấn đề môi trường.
Mô hình hybrid là một phương pháp hiệu quả của sản xuất ra điện trên toàn thế giới.
nhiều công trình nghiên cứu đã được thực hiện và tiếp tục những tiến bộ mới cho hệ thống
này. Bài báo này đề xuất một hệ thống năng lượng hybrid kết hợp quang điện mặt trời và
tua bin gió với pin lưu trữ dự phòng được thiết kế, tích hợp và tối ưu hóa hệ thống như một

vào) bình quân từ 2.000-2.600 giờ nắng/năm. Bức xạ mặt trời là một nguồn tài nguyên to
lớn cho các tỉnh miền Trung và miền Nam trong quá trình phát triển bền vững.
Hướng đến việc xây dựng ngành công nghiệp điện mặt trời Việt Nam lên hàng đầu
khu vực và cạnh tranh thế giới về công nghệ và sản lượng vào năm 2025,. Dự thảo 20102025 đã vạch ra các mục tiêu cụ thể là khai thác hiệu quả điện mặt trời, đảm bảo an ninh
năng lượng quốc gia trong mọi tình huống (250 MWp = 456,25 tỷ KWh/năm), cùng với
lưới điện khí hóa 100% toàn bộ lãnh thổ Việt Nam vào năm 2025.
2.1.2 Năng Lượng Gió
Vì gió không thổi đều đặn nên năng lượng điện phát sinh từ các turbine gió thường
được sử dụng kết hợp chung với các nguồn năng lượng khác để cung cấp năng lượng.
Nghiên cứu của Ngân hàng thế giới chỉ ra rằng, Việt Nam là nước có tiềm năng gió
lớn nhất trong 4 nước trong khu vực: hơn 39% tổng diện tích của Việt Nam được ước tính
là có tốc độ gió trung bình hàng năm lớn hơn 6m/s ở độ cao 65m, tương đương với tổng
công suất 512GW. Đặc biệt, hơn 8% diện tích Việt Nam được xếp hạng có tiềm năng gió
rất tốt.
2.2 Các Nghiên Cứu Liên Quan Đến Đề Tài
2.2.1 Các Nghiên Cứu Trong Nước

2


 Khu công nghệ cao Q. 9 Tp.HCM: Đây là hệ thống lai sử dụng năng lượng gió và mặt trời

đầu tiên của tập đoàn Intel tại châu Á. Sử dụng tuabin gió trục ngang, chiều cao 15m, cung
cấp năng lượng cho bóng đèn LED. Ngoài ra, tại đây còn có các loại xe cộ chạy bằng năng
lượng mặt trời trong nội bộ khu công nghiệp.
 Công viên Thanh Niên trên đường Trần Phú, Nha Trang năm 2013: Hệ thống gồm 8 trụ
đèn sử dụng cánh quạt với 3 cánh quạt có chiều dài mỗi cánh là 0,5m ngay công viên có
chiều cao 10m. 12 trụ đèn sử dụng pin mặt trời có chiều cao 5m lắp đặt dọc theo sân bóng
đá Thanh Niên. Đây là hệ thống đèn khi trời tối sẽ tự động bật sáng.
2.2.2 Các Nghiên Cứu Ở Nước Ngoài

Chương 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
3.1 Phân tích yêu cầu
 Số liệu cho trước:
- Nhiệt độ môi trường: 25 – 35oC
- Độ ẩm: 70 – 85%
- Địa điểm lắp đặt: Khoa CKM (t/p Hồ Chí Minh)
- Công suất: 150W
 Phân tích sơ bộ:

Hình 4. Mô hình được chọn lựa để thi công

-

Trung bình, Thành phố Hồ Chí Minh có 160 tới 270
giờ nắng một tháng, nhiệt độ trung bình 27 °C, cao nhất lên tới 40 °C, thấp nhất xuống
13,8 °C. Hàng năm, thành phố có 330 ngày nhiệt độ trung bình 25 tới 28 °C.

-

Thành phố Hồ Chí Minh chịu ảnh hưởng bởi hai hướng gió chính là gió mùa Tây – Tây
Nam và Bắc – Ðông Bắc. Gió Tây – Tây Nam từ Ấn Độ Dương, tốc độ trung bình 3,6 m/s,
vào mùa mưa. Gió Gió Bắc – Ðông Bắc từ biển Đông, tốc độ trung bình 2,4 m/s, vào mùa
khô. Ngoài ra còn có gió tín phong theo hướng Nam – Đông Nam vào khoảng tháng
3 tới tháng 5, trung bình 3,7 m/s.

4


 Như vậy, địa điểm để lắp đặt hệ thống rất thích hợp để sử dụng năng lượng Mặt Trời. Tuy


 Chọn 4 tấm pin loại 110Wp.

Tấm pin mặt trời Solar Cells Panel biến đổi quang năng hấp thụ từ mặt trời để biến thành
điện năng.
Thông số kỹ thuật:
-

Hiệu suất: 15% - 18%
5


-

Công suất: 110W

-

Số lượng cells trên mỗi tấm pin: 72 cells

-

Kích thước cells: 5 -6 inchs

-

Loại cells: monocrystanlline và polycrystalline

-

Chất liệu của khung: nhôm

Cánh quạt
Là thành phần hấp thụ năng lượng gió chuyển động cơ năng quay máy phát điện.
Như vậy, công suất được tính:
Pmax = 0,36.h.r.v3 = 0,36.1,5.1,155.43 40 W
Năng lượng turbine gió cung cấp cho hệ thống trong 1 ngày:
W = P.t = 40.10 = 400 Wh > 360 Wh
Với thời gian trung bình gió đạt 4m/s trong 1 ngày là 10 tiếng.
Theo TCVN2737, áp lực gió theo vận tốc gió được xác định theo công thức:
6


W = 0,0613.= 0,0613. 1 (daN/)
Lực gió tác dụng cánh quạt:
Moment quay của cánh quạt:
Tần số góc của cánh quạt:

= 100(N/m2)
F = W.S = W.D.h = 100.0,5.1,5 = 75 N
M = F.l = 75.0,905 = 67,875 Nm

Chu kỳ quay của cánh quạt:
Tốc độ quay của cánh quạt:
3.3.4

Chọn mạch sạc cho turbine gió
Để điện áp đảm bảo sạc được vào ắc quy 12V, ta chọn mạch chỉnh lưu nhân áp.

Nguyên lý hoạt động của mạch này: Giả
sử
tạo nửa chu kỳ dương là điểm 1 dương

Công suất sử dụng = 150 W
Công suất inverter = 150 x 125% = 187,5W
Chọn inverter 200 W trở lên.
Mạch nghịch lưu inverter
3.5 Tính toán battery
Battery dùng cho hệ solar là loại deep-cycle. Loại này cho phép xả đến mức bình rất
thấp và cho phép nạp đầy nhanh. Loại này có khả năng nạp xả rất nhiều lần mà không bị
hỏng bên trong, do vậy khá bền, tuổi thọ cao.
Số lượng battery cần dùng cho hệ solar là số lượng battery đủ cung cấp điện cho những
ngày dự phòng (autonomy day) khi các tấm pin mặt trời không sản sinh ra điện được. Ta
tính dung lượng battery như sau:
- Hiệu suất của battery chỉ khoảng 85% cho nên chia số Wh của tải tiêu thụ với 0,85 ta
có Wh của battery.
Với mức deep of discharge DOD (mức xả sâu) là 0,6, ta chia số Wh của battery cho
0,6 sẽ có dung lượng battery.
Do đó theo yêu cầu đề ra:

Như vậy chọn battery deep-cycle 12V/700 Ah cho 3 ngày dự phòng.
3.6 Những Tồn Tại Của Hệ Thống
Giá thành sản phẩm còn quá cao
Chương 4: CHẾ TẠO - THỬ NGHIỆM - ĐÁNH GIÁ
Bảng khảo sát về tốc độ quay của cánh quạt gió (vòng/phút) từ ngày 13/07/2014 đến ngày
17/07/2014 vào 7h, 12h và 16h.
BẢNG KHẢO SÁT SỐ VÒNG QUAY CÁNH QUẠT TURBINE GIÓ
STT Ngày 13/7/14
Ngày 14/7/14 Ngày 15/7/14 Ngày 16/7/14 Ngày 17/7/14
7h 12h 16h 7h 12 16 7h 12 16 7h 12 16 7h 12 16h
h
h
h


Qua quá trình thực hiện đề tài này nhóm thực hiện rút ra được những hạn chế như sau
Việt Nam có nhiều tiềm năng về năng lượng gió, mặt trời, sinh khối,… Tuy nhiên, hiện nay
việc ứng dụng năng lượng gió và mặt trời vào thực tế là chưa nhiều, chưa có nhiều người
nghiên cứu về năng lượng gió và mặt trời.
Hiện nay, Việt Nam vẫn chưa có các số liệu đầy đủ, cụ thể về lưu lượng gió và mặt trời tại
các vùng. Các số liệu hiện tại hầu hết do nước ngoài hay một số trạm trắc quan tại Việt
Nam thực hiện;
Do thời gian có hạn và thông tin về các thiết bị cũng như giá cả còn hạn chế. Vì vậy, người
thực hiện chưa có số liệu đầy đủ cho cả gió và mặt trời.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Đặng Đình Thống – Lê Danh Liên, Cơ sở năng lượng mới và tái tạo, NXB Khoa Học
2.
3.
4.

5.

6.
7.
8.
9.
10.
11.

và Kỹ Thuật, 2006.
GS. TS. Peter Werner, Các nguồn năng lượng mới có tính tái tạo – Các cơ sở và khả
năng phát triển.
L. Fingersh, M. Hand, and A. Laxson, Wind Turbine Design Cost and Scaling Model,