THIẾT KẾ MÁY HỆ THỐNG THU NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU VỀ MẶT TRỜI

          Mặt trời là một trong những ngôi sao phát sáng mà con người có thể quan sát được trong vũ trụ.Mặt trời cùng với các hành tinh và các thiên thể của nó tạo nên hệ mặt trời nằm trong dải Ngân Hà cùng với hàng tỉ hệ mặt trời khác.Mặt trời luôn phát ra một nguồn năng lượng khổng lồ và một phần nguồn năng lượng đó truyền bằng bức xạ đến trái đất chúng ta.Trái đất và Mặt trời có mối quan hệ chặt chẽ,chính bức xạ mặt trời là yếu tố quyết định cho sự tồn tại của sự sống trên hành tinh của chúng ta.Năng lượng mặt trời là một trong các nguồn năng lượng sạch và vô tận và nó là ngồn gốc của các nguồn năng lượng khác trên thế giới.Con người biết tận hưởng ngồn năng lượng quí giá này từ rất lâu,tuy nhiên việc khai thác,sử dụng ngồn năng lượng này một cách hiệu quả nhất thì vẫn là vấn đề mà chúng ta đang quan tâm.

Cấu trúc của mặt trời:

          Mặt trời là một khối khí hình cầu có đường kính 1,390...km (lớn hơn 110 lần đường kính trái đất),cách xa trái đất 150..km (bằng 1 đơn vị thiên văn AU ánh sáng mặt trời cần khoảng 8 phút,để vượt qua khoản này đến trái đất).Khối lượng mặt trời khoảng ..kg.Nhiệt độ ..trung tâm mặt trời thay đổi trong khoảng từ 10..K đến 20..K,trung bình khoảng 15600000K.Ở nhiệt độ như vậy vật chất không thể giữ được cấu trúc trật tự thông thường gồm các nguyên tử và phân tử.

............................................................................................................

CHƯƠNG II : ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

          Năng lượng mặt trời (NLMT) là nguồn năng lượng mà con người biết sử dụng rất sớm,nhưng ứng dụng NLMT vào công nghệ sản xuất và trên quy mô rộng thì mới chỉ thực sự vào cuối thế kỷ 18 và cũng chủ yếu ở những nước nhiều năng lượng mặt trời,những vùng sa mạc.Từ sau các cuộc khủng hoảng năng lượng thế giới năm 1968 và 1973,NLMT càng được đặc biệt quan tâm.Các nước công nghiệp phát triển đã đi tiên phong trong việc nghiên cứu ứng dụng NLMT.Các ứng dụng NLMT phổ biến hiện nay gồm 2 lĩnh vực chủ yếu.Thứ nhất là NLMT được biến đổi trực tiếp thành điện năng nhờ các tế bào quang điện bán dẫn,hay còn gọi là Pin mặt trời,các Pin mặt trời sản xuất ra điện năng một cách liên tục chừng nào còn có bức xạ mặt trời chiếu tới.Lĩnh vực thứ hai đó là sử dụng NLMT dưới dạng nhiệt năng.Ở đây,chúng ta dùng các thiết bị thu bức xạ nhiệt mặt trời và tích trữ nó dưới dạng nhiệt năng để dùng vào các mục đích khác nhau.

          Việt Nam là nước có tiềm năng về NLMT,trải dài từ vĩ độ 8” Bắc đến 23” Bắc,nằm trong khu vực có cường độ bức xạ mặt trời tương đối cao,với trị số tổng xạ khá lớn từ 100-175kcal/  .năm. Do đó việc sử dụng NLMT ở nước ta sẽ đem lại hiệu quả kinh tế lớn. Thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời ở Việt Nam hiện nay chủ yếu là hệ thống cung cấp điện dùng Pin mặt trời,hệ thống nấu cơm có gương phản xạ,hệ thống cung cấp nước nóng,chưng cất nước dùng NLMT,dùng NLMT chạy các động cơ nhiệt (động cơ Stirling),và ứng dụng NLMT để làm lạnh là đề tài hấp dẫn có tính thời sự đã và đang được nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước nghiên cứu.

I.PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI :

          Pin mặt trời là phương pháp sản xuất điện trực tiếp từ năng lượng mặt trời qua thiết bị biến đổi quang điện.Pin mặt trời có ưu điểm là gọn nhẹ và có thể lắp đặt bất kì ở đâu có ánh sáng mặt trời,đặc biệt là trong lĩnh vực tàu vũ trụ,ứng dụng năng lượng mặt trời dưới dạng này được phát triễn với tốc độ nhanh,nhất là ở các nước phát triễn.Ngày nay con người đã ứng dụng Pin mặt trời trong lĩnh vực hàng không vũ trụ,để chạy xe và trong sinh hoạt thay thế dần nguồn năng lượng truyền thống.Pin mặt trời làm việc theo nguyên lý và biến đổi trực tiếp năng lượng bức xạ mặt trời thành điện năng nhờ hiệu ứng quang điện.

.........................................................................................................................................

II.BẾP DÙNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI :

          Nguyên tắc sử dụng năng lượng mặt trời để nấu thức ăn đã được con người sử dụng từ rất lâu.Các công nghệ làm bếp dùng năng lượng mặt trời đã có những thay đổi và phát triển.Hiện nay bếp được sử dụng phổ biến dưới 2 loại đó là bếp hình hộp và bếp Parabol

          Bếp năng lượng mặt trời được ứng dụng rất rộng rãi ở các nước nhiều năng lượng mặt trời,khang hiếm củi đốt,giá thành nhiên liệu cao như các nước ở châu phi,các khu vực vùng sâu vùng xa của các nước đang phát triển.Hiện nay bếp năng lượng mặt trời còn được sử dụng càng nhiều đối với các ngư dân và khách du lịch

          Ở Việt Nam bếp năng lượng mặt trời cũng đã được sử dụng khá phổ biến.Năm 2000,trung tâm nghiên cứu thiết bị áp lực và năng lượng mới thuộc trường đại học bách khoa-đại học Đà Nẵng đã phối hợp với các tổ chức từ thiện Hà Lan triển khai dự án (30000USD/năm) đưa bếp năng lượng mặt trời vào sử dụng ở các vùng nông thôn của các tỉnh Quảng Nam,Quảng Ngãi,Ninh Thuận.Dự án đã phát triển rất tốt và ngày càng được đông đảo người dân sử dụng.Hiện nay dự án đã cung cấp được trên 1000 bếp hình hộp và trên 200 bếp Parabol cho người dân nghèo nông thôn

1.Bếp hình hộp :

          Bếp nấu hình hộp có nguyên lí cấu tạo như hình 3.Hộp bảo vệ (1) được làm bằng gỗ (có thể làm bằng tôn),tiết diện ngang có thể hình vuông hoặc hình tròn.Mặt phản xạ bên trong (2) được làm bằng kim loại (nhôm,thép trắng hoặc Inox),đánh bong nhẵn để có độ phản xạ cao.Biên dạng của mặt phản xạ là tổ hợp của các mặt parapol tròn xoay như hình vẽ để có thể nhận ánh sáng từ mặt trời và từ gương phản xạ (5).

.......................................................................................................

CHƯƠNG III : TIỀM NĂNG VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Ở VIỆT NAM

Thập kỷ 80 của thế kỷ XX,nguồn năng lượng mặt trời chỉ mang tính chất thử nghiệm. Nhưng gần đây,khi con người ý thức được rằng trong tương lai các nguồn nhiên liệu trên trái đất sẽ cạn kiệt thêm vào đó các vụ mất điện lớn làm ngưng trệ đời sống sinh hoạt và sản xuất xảy ra thường xuyên hơn thì năng lượng mặt trời được coi như một nguồn năng lượng dự trữ vĩnh cữu

I.NHỮNG TIỀM NĂNG Ở NƯỚC TA :

                   Vị trí địa lý đã ưu ái cho Việt Nam nguồn năng lượng mặt trời vô cùng lớn. Việt Nam nằm trong khu vực có cường độ bức xạ mặt trời tương đối cao,trong đó nhiều nhất phải kể đến Tp.Hồ Chí Minh,tiếp đến là các vùng Tây Bắc (Lai Châu,Sơn La,Lào Cai)… Tuy nhiên để khai thác nguồn năng lượng này đòi hỏi rất nhiều nổ lực. Những chuyển biến gần đây cho thấy,ứng dụng,khai thác năng lượng mặt trời có những bước tiến.Việt Nam là nước nhiệt đới,tiềm năng bức xạ mặt trời vào loại cao trên thế giới với tổng số giờ nắng và cường độ bức xạ nhiệt cao (trung bình xấp xỉ 5KWh//ngày). Đặc biệt là các vùng phía Nam,số giờ nắng khoảng 1.600-2.600 giờ/năm

          Tiềm năng khai thác năng lượng mới ở Tp.Hồ Chí Minh:         Trung bình mỗi ngày Tp.Hồ Chí Minh nhận được lượng bức xạ mặt trời là 27 tỉ MJ (7.5 tỉ Kwh),tương đương với lượng điện cả nước sản xuất ra trong 1 quý,đủ cho nhu cầu năng lượng của thành phố trong gần 2 tháng.Hiện Tp.Hồ Chí Minh là nơi có hoạt động nghiên cứu và triển khai công nghệ ứng dụng thực tiễn các nguồn năng lượng mới quy mô nhất nước. Gần đây nhất và cũng thành công nhất là dự án “Điện mặt trời phục vụ rừng phòng hộ Cần Giờ”. Dự án này là một bộ phận của chương trình “Năng lượng không tập trung và phát triển nông thôn Việt Nam” hợp tác với tổ chức FONDEM (Pháp),một chương trình mẫu về điện khí hóa nông thôn bằng năng lượng mới.

Tuy nhiên để Tp.Hồ Chí Minh phát triển hết tiềm năng về các nguồn năng lượng mới,hiện vẫn đang cần một chiến lược đầu tư khai thác một cách hiệu quả nhất

II.ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Ở VIỆT NAM:

          Đến nay,cả nước có khoảng 5.000 hộ sử dụng điện mặt trời. Nhưng điều đáng quan tâm là kinh phí lắp đặt mạng lưới điện mặt trời của 5.000 hộ này phần lớn là do nước ngoài tài trợ và nhà nước chưa có một chính sách nào cụ thể để đưa ngành công nghiệp điện mặt trời vào phát triển

Hơn 20 năm trở lại đây nước ta đã sử dụng nhiều loại thiết bị thu hứng ánh sáng mặt trời để phục vụ cho quá trình sản xuất như thiết bị sấy,thiết bị đun nước nóng và dàn pin mặt trời …

Theo thống kê tính đến cuối năm 1999 cả nước lắp đặt được khoảng 70 thiết bị sấy,70 thiết bị đun nóng,600 dàn pin và hàng loạt thiết bị chưng cất nước tại nhiều khu vực. Những thiết bị này hàng năm đã tạo ra một lượng điện năng đáng kể cung cấp cho người dân,đồng thời tiết kiệm cho nhà nước hàng tỷ đồng

Mới đây nhất ngày 22-3,tập đoàn First Solar của Mỹ khởi công xây dựng nhà máy sản xuất tấm pin năng lượng mặt trời công nghệ màng mỏng tại khu công nghiệp Đông Nam,huyện Củ Chi,Tp.Hồ Chí Minh

Tại một số huyện như Bình Chánh,Cần Giờ,Củ Chi,điện mặt trời được sử dụng khá nhiều trong một số nhà văn hóa,bệnh viện…Gần đây dự án phát điện ghép giữa pin mặt trời và thủy điện nhỏ,công suất 125KW được lắp đặt tại xã Trang,huyện Mang Yang,tỉnh Gia Lai…

Tuy đã được triển khai ứng dụng không ít nhưng nhìn chung sử dụng năng lượng mặt trời vẫn bó hẹp trong những phạm vi địa lý nhất định và thường được ứng dụng trong các dự án.................................................................................

III.NHỮNG KHÓ KHĂN KHI SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI :

Sở dĩ năng lượng mặt trời chưa phát triển ở Việt Nam là do chi phí thiết bị còn khá cao,khoảng 20.000 USD/gia đình.Ở nước ta mới chỉ có một vài nơi ứng dụng hệ thống điện mặt trời như : Mạng lưới điện mặt trời tại buôn Chăm-Ea Hleo-Dak Lak cung cấp điện sinh hoạt cho các hộ dân,nhà sinh hoạt cộng đồng của buôn,các lớp học,bơm nước giếng khoan… trên địa bàn

Thực tế,do đầu tư ban đầu lớn nên việc triển khai các ứng dụng sản xuất điện,thiết bị từ năng lượng mặt trời chưa được phổ biến rộng rãi và đây chính là trở ngại lớn nhất. Việc cần làm lúc này là Nhà Nước nên hổ trợ kinh phí cho nghiên cứu,khảo sát thị trường đánh giá hiệu quả kinh tế,quảng bá trên phương tiện thông tin đại chúng hoặc lồng ghép vào các chương trình tuyên truyền tiết kiệm điện.

..................................................................................................................................

CHƯƠNG I:TÍNH TOÁN CHI TIẾT MÁY

I.MÔ TẢ HỆ THỐNG :

Trên cơ sở lý thuyết và các ứng dụng về nhiệt mặt trời,thử tiến hành thiết kế hệ thống thu NLMT có gương phản xạ dạng Parabol trụ cở nhỏ và ứng dụng truyền nhiệt dùng đun nấu. Hệ thống tự quay quanh 1 trục theo tia nắng để hấp thụ nhiệt

.............................................................................................................

IV.TÍNH TOÁN CHỌN HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG :

Hệ thống truyền động gồm:

1. Động cơ bước
2. Bộ truyền trục vít-bánh vít
3. Bộ truyền xích
4. Dầu truyền nhiệt
5. 

....................................................................................................................................................................................

1.Tính toán chọn động cơ dẫn động :

Hệ thống vận hành quay quanh một trục, theo hướng mặt trời và quay từ đông sang tây và ngược lại. Giả thiết hệ thống được thiết kế tối ưu, tải trọng bộ thu nhiệt đặt tại tâm trục quay, nên mômen xoắn bằng không. Do đó, để đáp ứng yêu cầu vận hành của hệ thống ta chọn động cơ dẫn động cho hệ thống có lực mômen chỉ cần thắng các lực ma sát do tải trọng đặt trên các ổ đỡ của hệ thống. Tốc độ quay của hệ thống thu nhiệt là rất chậm.

Với các điều kiện đó, chọn loại động cơ dẫn động là động cơ bước phù hợp với hệ thống truyền động.

Tính toán chọn động cơ dẫn động:

...................................................................................................

KẾT LUẬN

…Sau hơn 4 tháng thực hiện đồ án tốt nghiệp với đề tài thiết kế và chế tạo hệ thống thu năng lượng mặt trời với sự hướng dẫn của thầy ...... đã giúp chúng em hiểu sâu hơn về kiến thức và lý thuyết cũng như đúc rút được khá nhiều kinh nghiệm cho công việc chế tạo máy sau này.Với những kiến thức cơ bản đã được tiếp thu ở trường,chúng em sẽ cố gắng vận dụng một cách có hiệu quả và sáng tạo.

Trong nội dung nghiên cứu của bài đồ án này,chúng em đã thực hiện những nhiệm vụ sau :

- Tiềm hiểu nguyên lý hoạt động của hệ thống thu năng lượng mặt trời

- Tính toán thiết kế nguyên lý máy

- Tính toán thiết kế kết cấu máy

- Lập quy trình gia công chi tiết đĩa xích lớn,trục truyền momen và quy trình tháo lắp hệ thống thu năng lượng mặt trời

Đề tài chế tạo máy là một đề tài khá rộng và đòi hỏi nhiều sự sáng tạo.Trong quá trình làm đồ án do còn thiếu kinh nghiệm nên chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót,chúng em rất mong nhận được các ý kiến đóng góp quý báu của các thầy cô và các bạn để bài đồ án này hoàn thiện hơn.

Chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn .............. đã tận tình hướng dẫn và cho nhiều ý kiến đóng góp quý báu,để chúng em hoàn thành tốt bài đố án này

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Võ Đình Diệp,Nguyễn Thiện Tống (1984), Khoa học kỹ thuật phục vụ nông thôn-Năng lượng,Nhà xuất bản Thành phố Hồ Chí Minh
2. Trịnh Quang Dũng (1992),Điện mặt trời,Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật
3. Phạm Thanh Minh (1998),Hệ mặt trời Mặt trời và các hành tinh,Nhà  xuất bản trẻ
4. Hoàng Dương Hùng (1998),Nghiên cứu sử dụng năng lượng nhiệt mặt trời ở điều kiện Việt Nam-Luận văn Thạc sĩ KHKT,Đại học Bách Khoa Đà Nẵng
5. Hoàng Dương Hùng (1998),Triển khai ứng dụng các dạng năng lượng mới ở khu vực miền Trung,Đề tài nghiên cứu khoa học cấp bộ
6. Hoàng Dương Hùng (2001),Cải tiến nâng cao hiệu quả sử dụng thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời, Đề tài nghiên cứu khoa học cấp bộ
7. Hoàng Dương Hùng (2002),Nghiên cứu nâng cao hiệu quả thiết bị thu năng lượng nhiệt mặt trời để cấp nhiệt và làm lạnh-Luận án Tiến sĩ KHKT- Đại học Bách Khoa Đà Nẵng
8. Hoàng Dương Hùng (2003),Nghiên cứu triển khai ứng dụng thiệt bị năng lượng mặt trời vào thực tế, Đề tài nghiên cứu khoa học cấp bộ
9. Hoàng Dương Hùng,Phan Quang Xưng (2004),Nghiên cứu triển khai hệ thống cấp nước sinh hoạt và tưới gia đình bằng năng lượng mặt trời, Đề tài nghiên cứu khoa học cấp bộ trọng điểm

10.Hoàng Dương Hùng (2006),Nghiên cứu ứng dụng năng lượng mặt trời để cung cấp nước nóng và làm lạnh

11. Hoàng Dương Hùng,Nguyễn Bốn (2004),Giáo trình chuyên đề năng lượng mặt trời,Khoa học công nghệ Nhiệt điện lạnh,Trường Đại Học Bách Khoa,Đại Học Đà Nẵng

12.Nguyễn Duy Thiện (2001),Kỹ thuật sử dụng năng lượng mặt trời,Nhà xuất bản xây dựng

MỤC LỤC

                                                                                         Trang

1.Nhiệm vụ đồ án

2.Mục lục………………………………………………………………….1

3.Lời nói đầu……………………………………………………………..4

4.Nhận xét của GVHD…………………………………………………..5

5.Nhận xét của giáo viên khác………………………………………….6

Phần I: GIỚI THIỆU

Chương I: Giới thiệu về mặt trời…………………………………….8

Chương II: Ứng dụng năng lượng mặt trời………………………...10

I.Pin năng lượng mặt trời…………………………………………….10

II.Bếp dùng năng lượng mặt trời……………………………………..11

 1.Bếp hình hộp…………………………………………………...12

 2.Bếp Parabol…………………………………………………….13

III.Nhà máy nhiệt điện mặt trời………………………………………17

1.Nguyên lý hoạt động nhà máy nhiệt điện mặt trời……………..17

2.Một số nhà máy nhiệt điện mặt trời…………………………….18

Chương III: Tiềm năng về NLMT ở Việt Nam……………………..22

I.Những tiềm năng ở nước ta………………………………………….22

II.Ứng dụng năng lượng mặt trời ở Việt Nam………………………..23

III.Những khó khăn khi sử dụng năng lượng mặt trời……………….24

Phần II: TÍNH TOÁN CHI TIẾT MÁY VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

Chương I: Tính toán chi tiết máy……………………………………26

I.Mô tả hệ thống……………………………………………………...26

II.Sơ đồ nguyên lý……………………………………………………27

III.Tính toán chọn kích thước bộ thu……………………………….30

IV.Tính toán chọn hệ thống truyền động…………………………..35

          1.Tính toán chọn động cơ dẫn động…………………………….35

          2.Bộ truyền trục vít-bánh vít……………………………………42

          3.Bộ truyền xích…………………………………………………42

          4.Dầu truyền nhiệt………………………………………………47

5.Tính toán chọn động cơ bơm dầu…………………………….48

Chương II: Thiết kế hệ thống điều khiển…………………………49

I.Sơ đồ khối hệ thống điều khiển…………………………………..49

II.Thiết kế bộ xử lý điều khiển……………………………………..51

III.Mạch giao tiếp cổng USB với máy tính………………………..57

IV.Mạch công suất điều khiển động cơ  bước……………………..59

V.Mạch cảm biến…………………………………………………..60

Phần III: BẢN VẼ TÁCH MỘT SỐ CHI TIẾT CHÍNH CỦA HỆ THỐNG THU NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

I.Bản vẽ chi tiết tấm thu năng lượng Parabol

II.Bản vẽ chi tiết đĩa xích lớn

III.Bản vẽ chi tiết trục truyền momen

IV.Bản vẽ chi tiết khung đỡ

Phần IV: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CÁC CHI TIẾT

Chương I: Quy trình công nghệ gia công đĩa xích lớn……………..66

Chương II: Quy trình công nghệ gia công trục truyền momen……90

Chương III: Quy trình công nghệ tháo lắp hệ thống thu NLMT…132

Kết luận

Tài liệu tham khảo

*TÀI LIỆU THAM KHẢO THIẾT KẾ CẢI TIẾN 3D MÁY ĐÓNG GÓI TỰ ĐỘNG

1. Nguyễn Hữu Lộc, Cơ sở thiết kế máy, NXB ĐHQGTP Hồ Chí Minh, 2004.

2. Nguyễn Trọng Hiệp, Chi tiết máy tập 1, 2 NXB Giáo dục, 1998.

3. Nguyễn Hữu Lộc, Bài tập chi tiết máy, NXB ĐHQGTP Hồ Chí Minh, 2003.

4. Nguyễn Hữu Lộc, Độ tin cậy trong thiết kế kỹ thuật , NXB ĐHQGTP Hồ Chí Minh, 2002.