Animateurs de la formation - ntc.com.tnntc.com.tn/Web/upload/PV-Mod3-3- Dimensionnement PVP.pdf · Système de pompage PV ... afin d’obtenir l’évaluation la plus exacte possible

FNEBTP / CSNER F O R M A T I O N 2 0 1 1 : I N S T A L L A T I O N & M A I N T E N A C E D E S

S Y S T È M E S P V

Animateurs de la formation

Néji AMAIMIAIngénieur en Chef en Energie

Rachid MokniIngénieur

Formation sur les Systèmes Photovoltaïques

Ingénieur en Chef en Energie

[email protected]

Ingénieur

[email protected]

Formation sur les Systèmes de Pompage Photovoltaïques

Dimensionnement d’un Système de pompage PV

HMT=Hg+Pc

Analyse des besoins et des conditions d’exploitation

•L’analyse des besoins et des conditions d’exploitation doit permettre de déterminer la puissance et le type de pompe choisie pour la situation donnée.

Système de pompage PV

•Trois paramètres techniques doivent être estimés le plus précisément possible •Trois paramètres techniques doivent être estimés le plus précisément possible afin d’obtenir l’évaluation la plus exacte possible d’une pompe solaire:

1. la quantité d’eau requise par jour,

2. la disponibilité de l’eau,

3. la ressource solaire.


•Estimation des besoins d’eau:

•besoins humains: La boisson, la cuisine, la lessive et la toilette

• Besoins animaux, besoins pour l’irrigation, besoins industriels,…


•Humains•Humains

5 l/jour Survie10 l/jour Minimum admissible30 l/jour Conditions de vie normales en Afrique

• Animaux

Bœuf 40 l/jourMouton, chèvre 5 l/jourCheval 40 l/jourÂne 20 l/jourChameau 20 l/jour (réserve de 8 jours)

•Irrigation

Cultures maraichages 60 m3/jour/ha


•Estimation des besoins d’eau:Trois normes pour le calcul des besoins en eau :1. la norme relative à la quantité minimale pour la survie ;2. l’objectif actuel des organismes de financement : 20 l/jour/personne qui n’inclut pasle bétail et le maraîchage ;3. la quantité minimale nécessaire au développement économique de


3. la quantité minimale nécessaire au développement économique de50l/jour/personne, incluant :

� 20 l/jour/personne : pour les besoins personnels,

� 20 l/jour/personne : 0,5 tête de bétail par personne,

� 10 l/jour/personne : 2 m2 de maraîchage par personne.

Les normes 2 et 3 sont souvent sélectionnées comme « hypothèse de base » et « hypothèse d’amont» dans l’estimation des besoins en eau pour les programmes d’approvisionnement en eau des villages.

Dimensionnement du système photovoltaïque

•Estimation de la charge:• Choisir ou définir la charge, c’est-à-dire déterminer le débit requis et la HMT.

� Débit : déterminer les besoins journaliers en eau durant la période de besoin maximal. Noter que le forage doit être capable de remplir ces conditions


maximal. Noter que le forage doit être capable de remplir ces conditions d’exploitation ;� HMT: mesurer le niveau statique, le rabattement maximal, la hauteur du réservoir et les pertes de charge dues à la tuyauterie.

• Arrêter la configuration du système (type de pompe, moteur, etc.).• Choisir la tension nominale à la sortie du générateur.• Choisir le genre de l’ onduleur et en estimer l’efficacité.• Rajuster la charge aux fins d’optimisation de l’efficacité et la convertir Ah par jour.


•Exemple d’analyse de la charge:• Débit

Eau domestique

Famille Nb/Fam. litres/pers. Total (m3)50 10 20 10

Bétail

Type Têtes litres/tête Total (m3)


Type Têtes litres/tête Total (m3)Maraîchage

Type Surface m3/hect. Total (m3)HMT

Niv. Niv. Haut. Pert.Statique Rabatt. dynam. réserv. tuyau. HMTNs (m) RS (m) Nd (m) Hr (m) Pc (%) (Nd + Hr) (1 + Pc)12 24 36 3 10% 42,9 m

Choix:

•Pompe immergée avec un moteur AC selon les courbes fournies par le manufacturier,•Efficacité de la pompe choisie: près de 55 %, •Efficacité du moteur AC: environ 80 % au point de fonctionnement nominal.



oùEelec est habituellement exprimé en kWh

oùg = constante de la gravité (9,81 m/s2)

∂ = la densité de l’eau (1000 kg/m3)Rp = en général le rendement des groupes motopompes est de 30%

à 45%, selon le type de pompe et de moteur.


•Exemple de choix des modules :• Hypothèses:

•Fonctionnement du système: toute l’année,•Besoins en eau: constants durant toute l’année•Ensoleillement le plus faible durant l’année: 4,9 Kwh/m²/jour •Pertes dues à la température et à la poussière: 20%


•Pertes dues à la température et à la poussière: 20%•Total de l’efficacité du groupe motopompe (Rp): 44%.

Choix des modules:

•Tension d’entrée onduleur: 90 à 150 V,•Courant entrée onduleur: 8 A, •Puissance du module photovoltaïque: 50 Wc•Tension de fonctionnement du module à 60°C: 14 V•Tension à vide du module à 0°C: 21 V•Courant de court-circuit du module à 60°C: 3,8 A



Eelec Ensoleil. Pertes Pchamp Tension Intensité Config.

Wh Heures % Wc V I S x P

La puissance du générateur sera donc 700 Wc composé de 14 modules de 50 Wc

chacun, de branches parallèles de 7 modules en série chacune

Wh Heures % Wc V I S x P2 663 5 20 679 100 7 7 x 2


• Points importants à considérer lors du choix de la pompe solaire:

•Les pompes solaires tirent habituellement l’eau d’un puits ou d’un forage avec un faible débit. •Ce débit peut être plus important que la capacité de la nappe à se régénérer et le niveau d’eau dynamique de la nappe baissera.• L’orifice de la pompe doit être suffisamment immergé afin d’être toujours sous l’eau.


• L’orifice de la pompe doit être suffisamment immergé afin d’être toujours sous l’eau.• Pour protéger la pompe, il faut mettre un interrupteur de niveau d’eau qui stoppera la pompe si elle est au-dessus du niveau d’eau.• Le niveau d’eau peut aussi varier selon les saisons et les années. Le degré de variation est difficile à prédire et dépend de certaines caractéristiques aquifères et du rythme de pompage. •Chaque puits ou forage doit être testé avant d’installer la pompe afin de déterminer son niveau de tirage.


• Points importants à considérer lors du choix de la pompe solaire:

•Afin d’augmenter le rendement de la pompe solaire fonctionnant au fil du soleil il est recommandé d’ajouter un adaptateur d’impédance (maximum power point tracking). Cet adaptateur permettra à la pompe de fonctionner à son point de charge maximal en diminuant la tension et en augmentant l’intensité de sortie provenant du champ PV lors de faible ensoleillement.Le moteur d’une pompe solaire peut être un moteur DC ou AC. Les DC se branchent


lors de faible ensoleillement.•Le moteur d’une pompe solaire peut être un moteur DC ou AC. Les DC se branchent directement sur le champ photovoltaïque et sont, en général, plus simples à utiliser que les moteurs AC.•Les pompes DC ont habituellement des balais de commutation qui doivent être changés périodiquement, ce qui n’est pas facile pour les pompes immergées. Certains types de moteurs DC sont à commutation électronique et n’ont pas de balai. •Les moteurs AC requièrent l’emploi d’un onduleur pour leur fonctionnement photovoltaïque.•Les moteurs AC ne requièrent pratiquement pas de maintenance et s’avèrent souvent plus efficaces que les moteurs DC.


• Dimensionnement de la conduite d’eau:

•Les pertes de charge occasionnées par la conduite d’eau entre la pompe et le réservoir peuvent être importantes si cette conduite est:

� trop longue,� trop étroite, ou� si plusieurs coudes sont utilisés.


•Afin de minimiser les pertes, il faut installer le réservoir le plus près possible et le relier le plus directement à la pompe.

• La largeur de la conduite doit être dimensionnée afin que, pour le débit demandé, la perte de charge exprimée en hauteur dynamique soit petite (<5 %) comparée à la hauteur géométrique totale.


• Dimensionnement de la conduite d’eau:



• Dimensionnement du réservoir d’eau:

•Le réservoir doit être dimensionné pour répondre le plus souvent seulement à la demande journalière. •Le coût du réservoir, spécialement lorsqu’il est surélevé, et de la tuyauterie associée représente le deuxième élément le plus coûteux du système de pompage solaire.

�Une attention particulière doit être portée au dimensionnement et à la construction de ces ouvrages de génie civil.


construction de ces ouvrages de génie civil.•Un réservoir à une hauteur de 2 à 3 mètres au maximum est normalement suffisant pour distribuer l’eau aux quelques bornes-fontaines près du réservoir d’eau.• Lorsque l’eau doit être distribuée sur une certaine distance, un réseau de tuyauterie doit être utilisé et le réservoir devra être suffisamment élevé pour créer une pression permettant de distribuer l’eau à la borne-fontaine la plus éloignée.


• Dimensionnement du réservoir d’eau:

•Le dimensionnement du réservoir repose sur un certain nombre de facteurs qu’il faudra avoir évalués au préalable :•Vu que la pompe fonctionne au fil du soleil, le réservoir doit pouvoir stocker l’eau nécessaire pour la journée, ou au moins pouvoir stocker l’eau fournie par la pompe lorsqu’elle n’est pas sollicitée ;Le réservoir doit permettre une certaine autonomie durant les journées peu


lorsqu’elle n’est pas sollicitée ;•Le réservoir doit permettre une certaine autonomie durant les journées peu ensoleillées ;•Le réservoir doit être surélevé afin de desservir un besoin éloigné, la dimension du réservoir devient alors critique au niveau coût.•Le réservoir le plus simple et le plus économique énergétiquement consiste en un réservoir peu élevé du sol, près de la pompe. •Les utilisateurs doivent alors s’approvisionner à un robinet placé près du réservoir.





Courbes typiques de l’ensoleillement et des besoins en eau



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