POMPE SOLAIRE PHOTOVOLTAÏQUE - BESOINS EN EAU au bas de cette page

Tenu par la place, toutes les pompes solaires ne sont pas ici (Le CDrom est plus complet à ce sujet)

     Il en va des pompes solaires ou des éoliennes, comme de tous les composants solaires: la recherche du meilleur rendement est la principale préoccupation du concepteur du système. En conséquence, des réponses précises aux questionnaires de dimensionnement sont demandées, de l'exactitude de ces réponses dépend directement l'exactitude de notre devis. Il convient de garder à l'esprit que plus on aura besoin d'eau (Quantité), et plus la profondeur du puits ou du forage sera importante, plus le devis sera élevé. Le climat joue aussi son rôle... Deux systèmes sont à prévoir: soit on stocke l'eau pompée pendant la journée dans un réservoir (bassin) soit on stocke de l'électricité,  (Batteries) pour utiliser  le pompage solaire à un moment précis. Les avantages du premier système sont: meilleur rendement (>47%) absence de batteries (Coût, transport, entretien) Inconvénients: le débit d'eau est variable tout au long de la journée et en fonction des fluctuations d'ensoleillement. Le deuxième système de pompage (Batteries) présente l'avantage d'un débit régulier, la possibilité de pomper lorsque le soleil est absent. Inconvénients: il est beaucoup plus cher, demande de l'entretien (batteries et leur renouvellement).

     Les pompes solaires photovoltaïques Grundfos de la série SQflex sont des pompes solaires à moyen débit (2 à 160 m3/jour selon profondeur et dimensionnement)

GENERALITES.      

     Une pompe  à eau solaire, comme tout système de pompage solaire, doit faire l'objet d'un dimensionnement.

     Le dimensionnement est une opération logique et mathématique qui consiste à calculer:

     1) La puissance nécessaire pour alimenter la pompe choisie, compte tenu de la hauteur manométrique totale (HMT, qui est la somme des hauteurs d'aspiration, de refoulement et des pertes diverses: frottements dans les conduites hydrauliques, turbulences dues aux tés, coudes, clapets et autres accessoires, sans oublier les compteurs, etc... (Ce calcul est nécessaire pour toutes pompes, qu'elles quelles soient, mal fait ou pas fait,  le résultat se traduit toujours par une perte de rendement, c'est à dire une consommation électrique disproportionnée par rapport aux besoins!) Au prix des installations solaires, toute erreur mène immanquablement à un manque d'eau ou à un prix prohibitif... La très jolie formule , simplifiée, permettant de calculer la puissance d'une pompe solaire, dans le cas d'une pompe centrifuge est donnée à la ligne suivante:

     Ou P est la puissance théorique en watts du générateur solaire. 10 : un coefficient intégrant le rendement de la machine; IR, l'irradiation locale en KWh/m²; HMT, la hauteur manométrique totale et débit, la quantité d'eau désirée quotidiennement en m3. QUOTIDIENNEMENT ET NON EN M3/H OU L/H

     Reste maintenant à calculer le débit instantané de cette pompe. Il suffit pour cela de diviser le débit quotidien par la valeur de l'ensoleillement.

     Connaissant ce débit instantané, il nous faut nous reporter maintenant aux catalogues des pompes et choisir une pompe correspondant aux débit et HMT désirés.

     2) Une fois le choix de la pompe établi (Ce choix, c'est la pompe qui convient le mieux à la HMT et au débit définis, et non pas une pompe, prise au hasard, capable de monter de l'eau à la hauteur voulue!) Reste à calculer le nombre de modules solaires nécessaires pour obtenir la puissance désirée (Ou mieux la quantité d'énergie quotidienne nécessaire à son bon fonctionnement), sachant qu'un module solaire est un convertisseur d'énergie (Je me plais à le répéter, car j'ai tout  à fait l'impression de n'être pas entendu) que l'énergie fournie dépend de l'ensoleillement du lieu de l'installation (et de la saison de fonctionnement! et de l'heure du jour, etc... Le débit sera donc constamment variable!) Une pompe pour un forage de 30m à Dakar, ne sera pas la même que si elle était installée à Strasbourg! Même si le débit désiré est identique.) voir à ce sujet notre documentation sur l'étiquetage des modules solaires photovoltaïques et leur puissance réellement fournie

     3) Pour effectuer le dimensionnement ,il existe des données d'ensoleillement, mois par mois, pour tous les pays du monde. A partir de ces données on calculera la puissance (ou l'énergie) réellement fournie par les modules solaires, cette quantité devant être au moins égale à celle absorbée par la pompe dans ses conditions de fonctionnement et compte tenu des différentes pertes.

     4) La puissance de la pompe nécessaire, définie, il faudra tenir compte que bien souvent la pompe se doit de fonctionner sous une tension parfaitement établie, il sera donc nécessaire de "jouer" sur la puissance et le nombre de modules solaires , ceci afin de satisfaire au mieux à l'un et l'autre critère (Exemple une pompe se devant de fonctionner sous une tension  moyenne de 100 à 120 Volts continu. Dans ce cas les modules solaires devront être disposés par série de 7 (105V) ou 8 (120V). S'il est nécessaire d'avoir une puissance de modules solaires de 1100 Wc, on voit que: 1100 / 50 = 22. Il faudrait 22 modules solaires! hors 22 /7 ne tombe pas juste! Nous avons donc le choix entre 21 modules (3 x 7) avec débit inférieur à celui demandé, ou 7 x 4 = 28 modules (1400Wc) ou encore 8 x 3 = 24 modules solaires (1200Wc) solution, qui de toute évidence est la meilleure (Débit supérieur à la demande, mais pas trop! Coût le plus bas en respectant la demande du client) Nous aurions pu tout aussi bien placer 8 modules de 140Wc, plus simple au point de vue raccordement, et de puissance plus encore plus proche de 1120 Wc! donc solution encore "plus meilleure"... Si la puissance du système solaire est au dessus de celle prévue on obtiendra un peu plus d'eau, si au contraire, elle est en dessous on en aura moins, c'est parfaitement mathématique! Il y a lieu, pour l'utilisateur, de tenir compte (Aussi) de cette information pour juger de la validité d'une offre financière. Je précise encore, ici, que les pompes solaires sont des pompes tout à fait spéciales, sinon ce texte n'aurait aucune raison d'être, et quelles fonctionnent avec des puissances variables. Variable, car on  ne met en place que la puissance strictement nécessaire pour couvrir les besoins exprimés, et que cette puissance va constamment varier entre un minimum, moment ou la pompe solaire commence à fonctionner, (ou elle s'arrête de fonctionner) et un maximum (à Midi solaire) moment ou le débit du pompage sera lui aussi maximum. Cette plage de fonctionnement varie en fonction du lieu de l'installation, de la saison et de la puissance des modules solaires installées. Plus cette puissance sera importante, plus le pompage solaire démarrera tôt le matin et s'arrêtera tard le soir, et plus le débit  maximum sera important. En fait, peu de puissance en supplément peuvent faire beaucoup d'eau! D'où l'intérêt, quelque fois, d'investir quelques dizaines, ou centaines d'Euros supplémentaires, sans pour autant prendre votre vendeur pour un gangster.

     Autre cas, pour les pompes plus puissantes, il est nécessaire de fonctionner sous des tensions établies de 220, 380,  voir 660V, généralement triphasée. L'onduleur à découpage alimentant ces pompes est conçu de telle façon qu'il nous faudra (encore) calculer la tension d'entrée (Courant continu) pour obtenir la tension de sortie désirée. Cette tension d'entrée se calcule au moyen de la très jolie, et connue, formule suivante.

     Reste maintenant, compte tenu de la puissance des modules solaires disponibles (En stock et sur le marché), de calculer le nombre de modules  a placer en série, ou en séries parallèles, pour obtenir la tension désirée et au mieux la puissance voulue. Évidemment cette opération, sauf coup de chance rare, ne tombera jamais juste, et il sera évident d'arriver à un résultat ou au dessus ou au dessous de l'idéal calculé ou du débit demandé. Dans certains cas, il faudrait donc faire deux propositions au client, une avec un débit moindre, l'autre avec un débit supérieur. C'est ce que fait tout bureau d'étude sérieux... mais seulement dans le cas des grosses et très grosses pompes. Et faire des devis coûte cher, demande du personnel compétant et prend beaucoup de temps!

     5) L'ensemble pompe + modules solaires étant maintenant parfaitement défini, il ne reste plus qu'à choisir les accessoires  et éventuellement les longueurs de câbles, tuyaux, mais aussi accessoires de branchements, structures aluminium de fixation des modules et leur inclinaison, contrôleur de niveau,  mise à la terre, para-surtenseurs (Sinon destruction quasi immédiate de la pompe au premier impact de foudre!) et tout appareil permettant l'utilisation de la pompe dans les conditions définies par l'utilisateur, tout en respectant les règles de l'art. Sans oublier le prix que coûte une installation que l'on doit interrompre, s'il manque un "petit chose" trouvable dans n'importe quel Bricomachin (Là j'aurai volontiers mis un c dans un rond), mais je ne sais pas faire le truc! Disons donc  une marque déposée)) lequel se trouve dans la ville la plus proche, quelque fois à 800 Km (De mauvaise piste), lorsqu'on est en Afrique... et si le dernier, n'a pas été vendu il y a trente ans!

     Bien évidemment quand le spécialiste a terminé avec succès son dimensionnement, que tous les éléments collent bien entre eux, la question "Est-ce que je peux faire fonctionner cette pompe avec des modules autres que ceux définis" est assez mal appréciée car, vous vous vous en doutez, la réponse logique, c'est de recommencer, en partie, le dimensionnement!! et quelques fois même la réponse est totalement négative,  car des modules trop puissants, ou mal adaptés, peuvent amener la pompe à fonctionner dans des limites hors desquelles le convertisseur perd toute sa fiabilité (Intensité, puissance, ou tension de fonctionnement, hors caractéristiques) et tous les inconvénients qu'il risque d'en résulter!.

     Encore une fois, nous voyons là tout l'intérêt d'un dimensionnement correct et toute sa complexité, l'intérêt de remplir  soigneusement les questionnaires de demande de devis, voir de joindre un descriptif de l'installation. Le Monsieur qui travaille dans son bureau ne connaît pas votre installation et ne la voit qu'au travers de vos yeux, et si le concepteur est un aveugle, le systémier qui fera le dimensionnement le sera aussi...

Le dimensionnement fait, reste l'installation

    Sélection de l'angle d'inclinaison des modules.

     Les valeurs d'ensoleillement obtenues sur les cartes ou les tables sont toujours données pour une surface horizontale. L'angle d'inclinaison des modules solaires sera d'une importance primordiale. La quantité de lumière reçue par le module solaire est directement proportionnelle à cet angle, il devra être défini avec précision, la quantité d'énergie fournie par les modules ou panneaux solaires en dépendant étroitement. Cet angle étant variable en fonction des saisons et de la latitude, il doit être choisi pour favoriser au mieux la saison de la plus grande consommation d'eau. L'inclinaison est généralement calculée au moment de la fabrication du kit.

     Les mesures effectuées ne démontrent pas la nécessité de l'utilisation de dispositifs dit "Traker" chers et peu fiables (Les trakers ou "suiveurs" sont des dispositifs électro-mécaniques de suivi du soleil) Il est plus sage de sur-dimensionner légèrement un système solaire parfaitement statique, que de sous dimensionner un système solaire mobile au profit d'un traker peu fiable! L'expérience à toujours démonté que c'était plus fiable et moins cher.

     La pratique a montré qu'une erreur de plus ou moins 10° par rapport à la bonne inclinaison, n'a  qu'une incidence très faible sur les performances d'un système solaire.

    De ce fait, le choix de la latitude du lieu d'installation comme inclinaison, apportera le maximum d'eau en moyenne annuelle, avec un maximum de débit quotidien au printemps et à l'automne. Si un maximum d'eau est requis en été, une inclinaison de -15° à -25° favorisera nettement cette saison, au détriment de l'hiver et la moyenne générale annuelle d'eau pompée sera plus faible. Les modules strictement horizontaux ne sont jamais utilisés, l'inclinaison minimum sera de 10 -15°.

    L'ensoleillement est généralement donné en KWh/m²/j (Kilo Watts heure par mètre carré et par jour) il peut également être donné en cal/cm²/jour. La conversion se fait par la formule suivante Kwh/m²/j = cal/cm²/j divisé par 1.86. Ces valeurs sont généralement données mois par mois.

Les besoins en eau

Pour une région tropicale les besoins en eau peuvent être définis en utilisant les valeurs moyennes suivantes:

De grandes variations peuvent être observées notamment par l'utilisation de goutte à goutte, en agriculture maraîchères.   

 Bases et incertitudes.

       Les bases sur lesquelles s'appuient les calculs de dimensionnement des pompes solaires, sont des notions parfaitement établies et vérifiées. Elles sont systématiquement confirmées par l'expérience. Cependant,  il demeure important de souligner que le facteur ensoleillement est l'une des bases de ce calcul. Les valeurs connues sont des valeurs statistiques moyennes, relevées pendant de nombreuses années, souvent supérieures à 100 ans!. Comme toutes les valeurs statistiques, elles représentent des moyennes et des variations annuelles en plus ou en moins sont régulièrement observées, elles peuvent atteindre (a l'extrême) des valeurs de l'ordre de 20%. Les variations quotidiennes peuvent être encore plus marquées. Ces variations auront de toute évidence des répercutions sur le débit de la pompe solaire.

     Enfin:

     Quand la pompe fonctionne, les modules ou les panneaux solaires utilisés ne peuvent pas servir à autre chose qu'à faire tourner la pompe, ils ne peuvent pas, en plus, recharger des batteries, sauf si le système le permet (option à prévoir lors du dimensionnement), pendant les arrêts de la pompe. Il est nécessaire, dans ces dernières conditions d'utiliser un convertisseur tout à fait spécial, dont l'entrée CC est calculée en fonction de la tension CC de la pompe et la sortie, en fonction de la tension des batteries à recharger. ÉNERGIES NOUVELLES ENTREPRISES à mis au point de tels convertisseurs, équipés de leur système, intégré, de régulation de charge des batteries. Il rechargera les batteries lors de tout arrêt de la pompe (Manque d'eau et autres arrêts manuels), sans aucune commutation. Il s'avèrera idéal dans le cas de pompes solaires pour l'irrigation, ou de pompe de filtration pour piscine, arrêtées en hiver. L'énergie des modules solaires est alors intégralement récupérée, pour recharger les batteries à un moment de l'année ou l'on a plutôt  tendance à en manquer. Et, ceci sans aucunement modifier le câblage du système de pompage solaire. Donc SIMPLE!

En savoir plus sur les pompes solaires: Voir aussi:

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