BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG
MẶT TRỜI VÀO THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO
MÁY BƠM LỐP XE
TSV2016-04
Thuộc nhóm ngành khoa học: Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ 1 (KT1)

Cần Thơ, 12/2016


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG
MẶT TRỜI VÀO THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO
MÁY BƠM LỐP XE
TSV2016-04
Thuộc nhóm ngành khoa học: Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ 1 (KT1)
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Nhật
Dân tộc:
Kinh
Lớp, khoa: Kỹ Thuật Điện 2 – Khoa Công Nghệ
Ngành học: Kỹ Thuật Điện

Khóa 39

2

Nguyễn Thái Nguyên
(Thành viên chính)

B1305866,
Kỹ Thuật Điện 2,
Khóa 39

Nội dung nghiên cứu
Chữ ký
cụ thể được giao
Tính toán, thiết kế và
lắp đặt hệ thống chuyển
hóa và trữ năng lượng,
chế tạo bộ điều khiển.
Lắp ráp test thử mô
hình

2. Đơn vị phối hợp chính
Tên đơn vị
trong và ngoài nước

Nội dung phối hợp nghiên cứu

Họ và tên người đại diện
đơn vị


2.5. Tấm năng lượng mặt trời và cách ghép ........................................................... 20
2.5.1. Phương pháp ghép nối tiếp các tấm Module mặt trời ........................... 20
2.5.2. Ghép song song các Module mặt trời .................................................. 21
CHƯƠNG 3............................................................................................................... 23
GIỚI THIỆU MÔ HÌNH MÁY BƠM LỐP XE.......................................................... 23
NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ..................................................................................... 23
3.1. Tổng quát ....................................................................................................... 23
3.2. Tìm hiểu về Bộ điều khiển sạc NLMT ............................................................ 23
3.2.1. Định nghĩa ............................................................................................... 23
3.2.2. Nhiệm vụ .................................................................................................. 24
3.3. Tổng quan về Acquy ...................................................................................... 24
3.3.1. Cấu tạo..................................................................................................... 24
3.3.2. Phân loại .................................................................................................. 26


3.3.3. Nguyên lí hoạt động của Acquy ............................................................... 28
3.3.4. Các thông số quan trọng của Acquy ......................................................... 29
3.3.5. Các phương pháp nạp điện Acquy ............................................................ 30
3.4. Tìm hiểu máy bơm lốp xe 12V ....................................................................... 32
3.4.1. Cấu tạo máy bơm ................................................................................. 33
3.4.2. Thông số kỹ thuật .................................................................................... 34
3.4.3. Những tính năng của bơm lốp xe Michelin 12260 .................................... 34
CHƯƠNG 4............................................................................................................... 35
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÔ HÌNH MÁY BƠM LỐP XE SỬ DỤNG .................... 35
NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ..................................................................................... 35
4.1. Phương pháp tính toán .................................................................................... 35
4.1.1. Tính toán tấm Pin mặt trời ....................................................................... 35
4.1.2. Tính dung lượng Acquy ........................................................................... 36
4.2. Tính toán mô hình máy bơm lốp xe theo số liệu lí thuyết................................ 37
4.3. Tính toán mô hình máy bơm lốp xe theo số liệu thực nghiệm ......................... 38

năng lượng mặt trời (solar cells panel), Pin mặt trời , hay Pin quang điện là hệ
thống các tấm vật liệu đặc biệt có khả năng chuyển đổi quang năng của ánh sáng
mặt trời thành điện năng. Trong đề tài PV được hiểu là một tấm Pin mặt trời.
5. Wp (Watt – peak): là công suất đỉnh của tấm Pin mặt trời được chiếu dưới bức
xạ ánh sáng mặt trời tiêu chuẩn (1000 W/m²).
6. C10, C20…(Ct): Dung lượng của Acquy tương ứng với thời gian phóng t.

ii


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
1. Thông tin chung:
- Tên đề tài: Nghiên cứu, ứng dụng năng lượng mặt trời vào thiết kế và chế tạo máy
bơm lốp xe.
- Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Nhật
- Lớp: Kỹ thuật điện 2
Khoa: Công Nghệ
Năm thứ: 4 Số năm đào tạo: 4,5
- Người hướng dẫn: Thạc sĩ. Đinh Mạnh Tiến
2. Mục tiêu đề tài:
Thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh máy bơm lốp xe sử dụng năng lượng mặt trời,
lắp đặt ở nhà xe khoa công nghệ, phục vụ thầy cô và các bạn sinh viên. Có thể mở
rộng ra các nhà xe công cộng khác và các tuyến đường ngoại ô.
3. Tính mới và sáng tạo:
Với trình độ khoa học kỹ thuật tiến bộ cùng với công nghệ tiên tiến của các quốc
gia phát triển, các máy móc, thiết bị, công trình sử dụng điện năng lượng mặt trời của
họ phát triển mạnh mẽ và thực sự đã đạt những ưu điểm rất cao. Tuy vậy có những
nghiên cứu tỏ ra không thích hợp ở Việt Nam do quy mô lớn, chi phí đầu tư cao, quá

thực hiện đề tài
(ký, họ và tên)

Nguyễn Minh Nhật
Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của sinh viên thực
hiện đề tài :
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………

Xác nhận của Trường Đại học Cần Thơ
(ký tên và đóng dấu)

Ngày
tháng
năm
Người hướng dẫn
(ký, họ và tên)

Đinh Mạnh Tiến

iv


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO


Kết quả xếp loại học tập: Khá
Sơ lược thành tích:
* Năm thứ 2:
Ngành học: Kỹ Thuật Điện

Khoa: Công Nghệ

Kết quả xếp loại học tập: Trung Bình
Sơ lược thành tích:
* Năm thứ 3:
Ngành học: Kỹ Thuật Điện

Khoa: Công Nghệ

Kết quả xếp loại học tập: Trung Bình
Sơ lược thành tích: Giải Khuyến Khích hội thi sáng tạo Khoa học Kỹ thuật thành phố
Cần Thơ.
Ngày
tháng
năm
Sinh viên chịu trách nhiệm chính
thực hiện đề tài
(ký, họ và tên)

Xác nhận của Trường Đại học
Cần Thơ
(ký tên và đóng dấu)

Nguyễn Minh Nhật

Ở Việt Nam người dân sử dụng môtô làm phương tiện di chuyển là chủ yếu, chiếm
đến 85% phương tiện giao thông đường bộ, ngoài ra xe đạp cũng được sử dụng rất nhiều
với đối tượng là học sinh, những phương tiện phổ thông này không được trang bị bơm
dự phòng hay lốp dự phòng như xe ôtô, vì vậy máy bơm lốp dùng năng lượng mặt trời
là rất thiết thực trong trường hợp lốp bị xẹp, bị rò hơi, hoặc trường hợp cấp bách hơn là
thủng lốp, có thể bơm hơi lại cho lốp xẹp hoặc bơm tạm thời cho lốp bị thủng để có thể
tiếp tục đi đến nơi sửa chữa, không chỉ xe moto, xe đạp mà máy bơm còn có thể bơm
được cho những xe oto không trang bị bơm dự phòng, lốp dự phòng hoặc người lái xe
không biết cách thay lốp dự phòng, nhất là đối với phụ nữ . Do đó một máy bơm công
cộng sử dụng năng lượng sạch như vậy là rất thiết thực khi đặt ở các bãi đỗ xe, nhà xe
6


Đề tài: : Nghiên cứu, ứng dụng NLMT vào thiết kế và chế tạo máy bơm lốp xe
trường học, cơ quan, các tuyến đường ngoại ô… vừa kinh tế vừa hữu dụng và đặc biệt
là sử dụng nguồn năng lượng sạch, không gây ô nhiễm môi trường.
Từ những lý do kể trên nhóm em đã lựa chọn đề tài “ Nghiên cứu, ứng dụng năng
lượng mặt trời vào thiết kế và chế tạo máy bơm lốp xe ” để thực hiện đề tài khoa học.
KẾT CẤU CỦA ĐỀ TÀI
Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
Chương 2: TỔNG QUAN VỀ PIN MẶT TRỜI
Chương 3: GIỚI THIỆU MÔ HÌNH MÁY BƠM LỐP XE NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
Chương 4: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÔ HÌNH MÁY BƠM LỐP XE SỬ DỤNG
NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
Thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh máy bơm lốp xe sử dụng năng lượng mặt trời, lắp
đặt ở nhà xe khoa công nghệ, phục vụ thầy cô và các bạn sinh viên. Có thể mở rộng ra
các nhà xe công cộng khác và các tuyến đường ngoại ô.
ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đối tượng nghiên cứu : Nghiên cứu, ứng dụng năng lượng mặt trời vào thiết kế và

sưởi, hoặc để đun nước tạo hơi quay turbin điện.
- Điện Mặt Trời: chuyển bức xạ Mặt Trời (dưới dạng ánh sáng) trực tiếp thành điện năng
(hay còn gọi là quang điện-photovoltaics).
1.1.2. Nguồn năng lượng mặt trời

Hình 1.1. Qủa cầu Mặt Trời
8


Đề tài: : Nghiên cứu, ứng dụng NLMT vào thiết kế và chế tạo máy bơm lốp xe
Mặt Trời là một khối cầu có đường kính khoáng 1,4 triệu km với thành phần gồm
các khí có nhiệt độ rất cao. Nhiệt độ bên trong Mặt Trời đạt đến gần 15 triệu độ, với áp
suất gấp 70 tỷ lần áp suất khí quyển của Trái Đất. Đây là điều kiện lý tưởng cho các
phản ứng phân hạch của các nguyên tử hydro. Bức xạ gamma từ các phản ứng phân
hạch này, trong qua trình được truyền từ tâm Mặt Trời ngoài, tương tác vơi các nguyên
tố khác bên trong Mặt Trời và chuyển thành bức xạ có mức năng lượng thấp hơn, chủ
yếu là ánh sáng và phần nhiệt của phổ năng lượng. Bức xạ điện từ này, với phổ năng
lượng trải dài từ cực tím đến hồng ngoại, phát ra không gian ở mọi hướng khác nhau.
Quá trình bức xạ của Mặt Trời diễn ra từ 5 tỷ năm nay, và sẽ còn tiếp tục trong vài tỷ
năm nữa.

Hình 1.2. Tổng lượng trung bình bức xạ Mặt Trời chiếu lên bề mặt Trái Đất theo từng
mùa, dựa theo số liệu vệ tinh theo dõi trong 10 năm.
(Nguồn: Earth Observatory, NASA, Hoa Kỳ)
Mỗi giây, Mặt Trời phát ra một khối năng lượng khổng lồ vào Thái Dương Hệ, tuy
nhiên chỉ một phần rất nhỏ tổng lượng bức xạ đến được Trái Đất. Tuy nhiên, phần năng
lượng này vẫn được xem là rất lớn, vào khoảng 1.367 MW/m2 ở ngoại tầng khí quyển
của Trái Đất. Một phần lớn bức xạ Mặt Trời phản xạ lại về không gian trên bề mặt các
đám mây. 99% bức xạ Mặt Trời chiếu xuống bề mặt Trái Đất chuyển thành nhiệt và sau


Trung bình

Tây Bắc

1750 – 1800

4,1 – 4,9

Trung bình

Bắc Trung Bộ

1700 – 2000

4,6 – 5,2

Tốt

Tây Nguyên và Nam Trung Bộ

2000 – 2600

4,9 – 5,7

Rất tốt

Nam Bộ

2200 – 2500



2
8

3
9

4
10

5
11

6
12

8,21
18,81

8,72
19,11

10,43
17,60

12,70
13,57

16,81
11,27


Cần Thơ

8

Đà Lạt

18,81

19,11

17,60

13,57

11,27

9,37

17,56

18,23

16,10

15,75

12,91

10,35


20,11

18,23

17,22

15,04

12,40

10,66

8,88
21,79

8,13
16,39

9,34
15,92

14,50
13,16

20,03
10,22

19,78
9,01


20,95
16,38

20,88
15,54

16,72
15,25

15,00
16,38

16,68

15,29

16,38

15,54

15,25

16,38

18,94

16,51

15,00

Đề tài: : Nghiên cứu, ứng dụng NLMT vào thiết kế và chế tạo máy bơm lốp xe
-

Ưu đãi tài chính có hình thức chính phủ sẽ giảm chi phí của bạn.

-

Nếu hệ thống pin mặt trời sản xuất năng lượng nhiều hơn bạn sử dụng, chính phủ
của bạn có thể mua điện từ bạn.

-

Nó sẽ giúp bạn tiết kiệm tiền trên hóa đơn điện của bạn hàng tháng.
Năng lượng mặt trời không đòi hỏi bất cứ nhiên liệu.

-

Nó không bị ảnh hưởng bởi việc cung cấp và nhu cầu nhiên liệu và do đó không
phải chịu mức giá ngày càng tăng của xăng dầu.

-

Tiết kiệm được ngay lập tức và trong nhiều năm tới.
Việc sử dụng năng lượng mặt trời gián tiếp làm giảm chi phí y tế.

-

 Thân thiện với môi trường:
-


-

hỏi một kết nối đến một mạng lưới điện hoặc khí ở tất cả. Hệ thống do đó có thể
được cài đặt trong vị trí từ xa (giống như đăng nhập cabins kỳ nghỉ), làm cho nó
thực tế hơn và hiệu quả hơn tiện ích cung cấp điện cho một trang web mới.
Việc sử dụng năng lượng mặt trời làm giảm sự phụ thuộc vào các nguồn nước
ngoài và / hoặc tập trung năng lượng, ảnh hưởng do thiên tai, các sự kiện quốc tế
và vì thế góp phần vào một tương lai bền vững.

12


Đề tài: : Nghiên cứu, ứng dụng NLMT vào thiết kế và chế tạo máy bơm lốp xe
-

Năng lượng mặt trời hỗ trợ việc làm địa phương và tạo ra sự giàu có, thúc đẩy

-

nền kinh tế địa phương.
Các hệ thống năng lượng mặt trời hầu như bảo dưỡng miễn phí và sẽ kéo dài

-

trong nhiều thập kỷ.
Sau khi cài đặt, không có chi phí định kỳ.

-

Họ hoạt động âm thầm, không có bộ phận chuyển động, không có mùi khó chịu



Đề tài: : Nghiên cứu, ứng dụng NLMT vào thiết kế và chế tạo máy bơm lốp xe
CHƯƠNG 2
TỔNG QUAN VỀ PIN MẶT TRỜI
2.1. Cấu tạo

Hình 2.1. Một tế bào quang điện
Pin mặt trời còn gọi là pin quang điện là thiết bị ứng dụng hiệu ứng quang điện
trong bán dẫn (thường gọi là hiệu ứng quang điện trong – quang dẫn) để tạo ra dòng
điện một chiều từ ánh sáng mặt trời. Loại pin mặt trời thông dụng nhất hiện nay là loại
sử dụng Silic tinh thể. Tinh thể Silic tinh khiết là chất bán dẫn điện rất kém vì các điện
tử bị giam giữ bởi liên kết mạng, không có điện tử tự do. Khi bị ánh sáng hay nhiệt độ
kích thích, các điện tử bị bứt ra khỏi liên kết, hay là các điện tử tích điện âm nhảy từ
vùng hoá trị lên vùng dẫn và để lại một lỗ trống tích điện dương trong vùng hoá trị. Lúc
này chất bán dẫn mới dẫn điện.
Về bản chất pin quang điện là một điốt bán dẫn bao gồm hai tấm bán dẫn loại P và
loại N đặt sát cạnh nhau, khác ở chỗ pin quang điện có diện tích bề mặt rộng và có lớp
N cực mỏng để ánh sáng có thể truyền qua. Trên bề mặt của pin quang điện có một lớp
chống phản xạ vì khi chiếu ánh sáng vào pin quang điện, sẽ có một phần ánh sáng bị
hấp thụ khi truyền qua lớp N và một phần ánh sáng sẽ bị phản xạ ngược lại còn một
phần ánh sáng sẽ đến được lớp chuyển tiếp, nơi có các cặp electron và lỗ trống nằm
trong điện trường của bề mặt giới hạn. Với các bước sóng thích hợp sẽ truyền cho
electron một năng lượng đủ lớn để thoát khỏi liên kết. Khi thoát khỏi liên kết, dưới tác
dụng của điện trường, electron sẽ bị kéo về phía bán dẫn loại N, còn lỗ trống bị kéo về
phía bán dẫn loại P. Khi đó nếu nối hai cực vào hai phần bán dẫn loại N và P sẽ đo được
một hiệu điện thế. Giá trị của hiệu điện thế này phụ thuộc vào bản chất của chất làm
bándẫn và tạp chất được hấp phụ (Đặng Đình Thống (2005), “Pin Mặt Trời và Ứng
dụng”).
14

Ứng dụng”).
Silicon được biết đến là một chất bán dẫn. “Chất bán dẫn là vật liệu trung gian
giữa chất dẫn điện và chất cách điện. Chất bán dẫn hoạt động như một chất cách điện
ở nhiệt độ thấp và có tính dẫn điện ở nhiệt độ phòng”. Với tính chất như vậy, silicon là
một thành phần quan trọng trong cấu tạo của pin năng lượng mặt trời.
Ánh sáng mặt trời bao gồm các hạt rất nhỏ gọi là photon được tỏa ra từ mặt trời.
Khi va chạm với các nguyên tử silicon của pin năng lượng mặt trời, những hạt photon
truyền năng lượng của chúng tới các electron rời rạc, kích thích làm cho electron đang
liên kết với nguyên tử bị bật ra khỏi nguyên tử, đồng thời ở nguyên tử xuất hiện chỗ
trống vì thiếu electron.

16


Đề tài: : Nghiên cứu, ứng dụng NLMT vào thiết kế và chế tạo máy bơm lốp xe
Tuy nhiên, giải phóng các electron chỉ mới là một nửa công việc của pin năng lượng
mặt trời, sau đó nó cần phải dồn các electron rải rác này vào một dòng điện. Điều này
liên quan đến việc tạo ra một sự mất cân bằng điện trong pin mặt trời, có tác dụng giống
như xây một con dốc để các electron chảy theo cùng một hướng.
Sự mất cân bằng này có thể được tạo ra bởi tổ chức bên trong của silicon. Nguyên
tử silicon được sắp xếp cùng nhau trong một cấu trúc ràng buộc chặt chẽ. Bằng cách ép
một số lượng nhỏ các nguyên tố khác vào cấu trúc này, sẽ có hai loại silicon khác nhau
được tạo ra: loại n và loại p. Chất bán dẫn loại n (bán dẫn âm – Negative) có tạp chất là
các nguyên tố thuộc nhóm V, các nguyên tử này dùng 4 electron tạo liên kết và một
electron lớp ngoài liên kết lỏng lẻo với nhân, đấy chính là các electron dẫn chính. Chất
bán dẫn loại p (bán dẫn dương – Positive) có tạp chất là các nguyên tố thuộc nhóm III,
dẫn điện chủ yếu bằng các lỗ trống.
Khi hai loại bán dẫn này được đặt cạnh nhau trong một pin năng lượng mặt trời,
electron dẫn chính của loại n sẽ nhảy qua để lấp đầy những khoảng trống của loại p.
Điều này có nghĩa là silicon loại n tích điện dương và silicon loại p được tích điện âm,

uMPP, iMPP

ISC

UPV
UOC

Hình 2.6. Đường đặc tính làm việc U – I của pin mặt trời

+
-

Hình 2.7. Sơ đồ tương đương của Pin mặt trời
Từ sơ đồ tương đương, ta có phương trình đặc trưng sáng Volt – Ampe của pin như sau:
Trong đó:
I = Isc − I01 (e

q(V+IRs)
kT

− 1) −

(V+IRs)
Rsh

(2-2)

Isc là dòng quang điện (dòng ngắn mạch khi không có Rs và Rsh) (A/m2)
I01 là dòng bão hòa (A/m2)
q: là điện tích của điện tử (C) = 1,6.10-19


Hình 2.10. Đường đặc tính tải và đặc tính của pin mặt trời
Trên hình 2.10 đường OA và OB là những đường đặc tính tải. Nếu tải được mắc
trực tiếp với dãy pin mặt trời thì tải có đường đặc tính là OA. Khi đó, pin làm việc ở
điểm A1 và phát công suất P1. Công suất lớn nhất do phơi nắng thu được là P2. Để có
thể thu được công suất P2, cần có một bộ điều chỉnh công suất để liên kết giữa dãy pin
mặt trời và tải.
2.5. Tấm năng lượng mặt trời và cách ghép
Như ta đã biết các module pin mặt trời đều có công suất và hiệu điện thế xác định
từ nhà sản xuất. Để tạo ra công suất và điện thế theo yêu cầu thì phải ghép nối nhiều tấm
module đó lại với nhau. Có hai cách ghép cơ bản:
- Ghép nối tiếp các tấm module lại sẽ cho điện áp ra lớn hơn.
- Ghép song song các tấm module lại sẽ cho dòng điện ra lớn.
Trong thực tế phương pháp ghép hỗn hợp được sử dụng nhiều hơn để đáp ứng cả yêu
cầu về điện áp và dòng điện.
2.5.1. Phương pháp ghép nối tiếp các tấm Module mặt trời

(a)
(b)
Hình 2.11. Ghép nối tiếp hai module pin mặt trời (a)
và đường đặc trưng VA của các module và của cả hệ (b)
20