LA TECHNOLOGIE EUROPEÉNNE DE POMPAGE PHOTOVOLTAÏQUE

Instituto de Energía SolarUniversidad Politécnica de Madrid

Novembre 20021. LE LANCEMENT DU PRS-I : une bonne référence pour la technologie

européenne

Le PRS-I a sans doute marqué une date importante dans l’histoire du “pompage solaire européenne”, dans la mesure où ses procédés d’installation ont atteint des niveaux de fiabilité qui dépassent très largement ceux qui caractérisaient précédemment l’état de cet art. Nous ne pouvons imaginer de meilleure introduction à cette étude que de révéler les impacts du PRS-I sur la fiabilité justement. Nous commencerons par les déclarations de l’un de ses entrepreneurs:

“...The EC-office awarding the contract imposed strict quality requirements on components and material for this project.........The materials and components selected had to pass severe tests performed at one or other of the four European research laboratories that are officially accepted by the CILSS-organisation.........Further, the fabrication processes of the inverters’ suppliers were audited. During these tests some possibilities for optimising the devices came to light and were later integrated during production.

For instance, the degree of electrical protection was increased from IP54 to IP55, the mechanical mounting of several components was optimised for greater ruggedness and the software program within the microcontroller was improved. 10 g-vibration tests was also added to production testing.

Although this testing raised the supplier’s cost, in the end it was justified by the way the components operated; all devices work perfectly in the field and are highly reliable, which is not typically the case for photovoltaic inverters.” 1

(Siemens Solar Gmbh)

Pour comprendre le sens de ce texte il convient de signaler que le PRS-I a porté une attention toute particulière à assurer la qualité technique à travers la stricte application d’un procédé qui se divisait en plusieurs tranches: définition de spécifications, définition d’essais (tous deux inclus dans l’Appel d’Offres), essais des prototypes dans des laboratoires indépendants et, contrôles de réception sur place pour chacun des systèmes. Voici le résultat le plus remarquable: toutes les pompes PRS fonctionnent normalement, ce qui représente une impressionnante augmentation de la fiabilité vis à vis de la situation précédente. En outre, les pompes PRS-I “semble jolie”: câblage, clôture, etc., ont été standardisés de façon très professionnelle, ce qui a des effets positifs sur le niveau de satisfaction des usagers et de tous les agents impliqués dans le programme.

Il convient de rappeler aussi, qu’à de nombreuses occasions, les procédés de contrôle de qualité du PRS-I ont provoqué des situations difficiles, malgré la taille relativement importante des compagnies concessionnaires du marché et de leur grande capacité technique. En fait, la plupart des prototypes ont dû subir des modifications plus ou moins significatives pour arriver à passer avec succès les essais. Les failles survenues lors des premiers essais révélaient clairement le manque de standards indépendants préalables. Le noyau des systèmes (modules et moteurs) était

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essentiellement bon, mais de nombreux problèmes sont apparus avec d’autres composantes: contacts, boîtes, terres, etc.

Etant donné la qualité technique atteinte par le PRS-I, il était à prévoir que celui-ci ait servi de modèle, plus ou moins reconnu, pour d’autres projets de pompage. Cependant, ce “transfert de technologie” informel présente quelques surprises très intéressantes. Les figures 1 a 2 montrent certains détails des pompes installées à Pernambuco (Brésil) dans le cadre d’un programme promu par le gouvernement de la province en 1997. Il s’agit clairement de pompes concept-PRS (voir dans la figure 3 le schéma inclus dans l’annexe technique de l’Appel d’Offres) avec, néanmoins, certains non-sens provoqués par des défauts d’interprétation des standards PRS au contexte particulier.

Figure 1. Pompe photovoltaïque de 1200 Wc installée en Pernambuco (Brésil)

Figure 2. Détaille de la installation antérieur. On peut voir le débitmètre, le manomètre et la tête du forage.

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Nous remarquons deux faits particuliers:

D’une part, les exigences techniques du PRS-I rendaient indispensable l’installation d’un débitmètre, d’une prise susceptible de recevoir un manomètre, et d’orifices praticables dans la margelle du puits et munis d’un bouchon. Le but de ces dispositifs était de servir d’appui aux essais de réception. Le manomètre en particulier permet de mesurer la hauteur équivalente au réservoir ainsi que les pertes par friction dans les tuyaux, alors que les orifices dans la margelle du puits permettent d’introduire une sonde pour en mesurer la profondeur. Ces dispositifs, avec le débitmètre et le mesureur de rayonnement solaire, permettent de caractériser le rendement du système de pompage, ce qui constituait une partie des essais de réception. Lorsque ces essais ont pris fin (avec une durée de 3 ou 4 heures), le manomètre et la sonde ont été retirés de l’installation, et le débitmètre seulement est resté sur place, les mesures périodiques de celui-ci permettant de suivre l’opération de la pompe, et, dans certains cas, appuyer les mécanismes de gestion.

Figure 3. Schéma de “l’Appel d’Offres” du PRS-I

Or, il apparaît que les pompes de Pernambuco contiennent non seulement un débitmètre en permanence mais un manomètre aussi! Et ceci sans qu’il n’ait jamais été envisagé de suivi ni des essais de réception. L’inclusion du manomètre est doublement paradoxale, car dans tous les cas il s’agit de réservoirs dont la hauteur est connue (≈ 2 m) et négligeable par rapport à la profondeur de l’eau.

D’autre part, les pompes solaires de Pernambuco présentent d’importantes déficiences dans les réservoirs et dans les tuyaux. Malheureusement, ceci peut être observé dans de nombreux projets de coopération, installés souvent sans qu’il y ait une coordination entre la responsabilité de l’approvisionnement des équipements de pompage et la responsabilité dans la préparation des infrastructures pour la manipulation de l’eau. Le figure 4 montrent des exemples de corrosion prématurée dans un autre projet, au Maroc cette fois-ci, caractérisé lui aussi par des systèmes de pompage d’origine européenne de bonne qualité, mais qui ont été installés sur des

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infrastructures locales inadéquates. Ces deux exemples ont été traités ici pour renforcer les deux concepts qui soutenaient le PRS-I. D’une part, la considération du “système d’eau” comme un ensemble qui comprend tout: du puits jusqu’à la distribution. D’autre part, l’application rigoureuse des procédés de contrôle de qualité qui comprennent les essais de prototypes et les essais de réception.

Figure 4. Photos de un projet du pompage au Maroc qui monstre la corrosion de las tuyaux.

L’expérience PRS-I a montré l’importance de certaines exigences préalables allant de la définition des caractéristiques des puits jusqu’à la constitution effective de comités locaux de l’eau. Elle a aussi montré que, même avec des technologies “dûment éprouvé” et avec de grandes compagnies, les avantages que l’on peut espérer de l’application de ces procédés de contrôle de qualité sont nombreux. Les exigences préalables sont, en général, la responsabilité des programmes nationaux, alors que les contrôles de qualité sont la responsabilité des programmes régionaux tels que le PRS-I qui nous occupe. Aussi, nos remarques porteront avec plus de détail sur ces programmes régionaux.

En général, ces contrôles de qualité provoquent des craintes et nombreux sont ceux qui font remarquer qu’ils sont compliqués, chers et impartiales. Cependant, rien de semblable n’est arrivé pour le PRS-I. Il faut rappeler d’abord, que tous les essais et les contrôles ont été payés par le programme et non pas par les fabricants d’équipement, et en deuxième lieu, le procédé a été établi avec un niveau de flexibilité suffisant permettant aux fabricants d’introduire certaines modifications tout au long du processus. En fait, aucun équipement n’a été définitivement exclu suite aux essais, bien que, comme nous l’avons déjà remarqué, la plupart a dû subir certaines modifications pour pouvoir les passer avec succès. Dans ce sens, nous pouvons affirmer que le contrôle de qualité du PRS-I a été un processus non-excluant et qu’il a remarquablement amélioré la qualité de la technologie photovoltaïque européenne.

2. L’OFFRE EUROPÈENNE AUJOURD’HUI

2.1 Equipement de pompage

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Le tableau 1 résume quelques unes des caractéristiques de ce qu’a été les prévisions et les réalités de les pompes dans le PRS-I. Il est a noter que tous les systèmes sont sans accumulation et emploient des pompes centrifuges. Le premier étant une exigence de l’Appel d’offres, le deuxième est conséquence de l’offre du marché.

Tableau 1.- Caractéristiques des pompes submersibles du PRS-I

Type du système de pompage

P1 P2 P3 P4 P5 P6

Type de pompe Surface Surface SubmergeCentrifuge

SubmergeCentrifuge

SubmergeCentrifuge

SubmergeCentrifuge

Type de moteur DC DC ó AC AC AC AC AC

Produit Volume-Hauteur (m4/día)

180 340 360 820 1340 2050

Nº installations prévues

32 156 167 300 112 62

Nº installations réalisées

0 16 115 266 126 103

% prévues /réalisées

0 10,2 68,9 88,7 112,5 166,1

Le premier fait à remarquer est le nombre réduit des pompes de surface installées (16 installations face aux 180 installations prévues). Ce type de pompe est appliqué naturellement pour l’arrosage de petites et moyennes surfaces agricoles (≤ 1 Ha): l’effort économique que cela représente pour l’usager doit donc être compensé par l’augmentation dans la production agricole due à l’arrosage. Comme il arrive fréquemment avec les équipements photovoltaïques, qui se caractérisent par un grand investissement au début et des coûts récurrents peu importants, la justification économique de ce type de pompes n’apparaît que lorsque l’on considère des périodes relativement larges (de plus de 5 ans) qui sont difficiles à assumer dans le cadre instable de la réalité commerciale africaine. La crainte face à la situation catastrophique que pourrait provoquer une panne, est peut-être une autre raison de la demande peu importante de ce type de pompes (si l’arrosage manque, les plantes sont sèches en peu de jours).

Quelle que soit la raison, la demande peu importante de pompes de surface n’est pas exclusive au PRS-I. Loin de là, elle est généralisé dans le marché photovoltaïque et elle entraîne une offre également peu importante. Dans le marché européen nous ne connaissons que deux produits: la pompe flottante KSB, jusqu’à 400 Wc avec moteur DC et sans charbons, offerte par SIEMENS au PRS-I, dont il existe, paraît-il un stock relativement important, cette entreprise ayant décidé il y a plusieurs années de produire une série de plusieurs centaines de ces pompes que le marché n’a pas absorbé depuis; et la pompe flottante TOTAL, jusqu’à 400 Wc avec moteur DC également, offerte aux PRS-I dans une version avec charbons que le fabricant a remplacé récemment par une autre version sans charbons.

Le deuxième fait à remarquer est que le gros du PRS-I correspondait à des pompes submersibles dans l’écart 800 à 1400 m4/jour avec des puissances de générateur

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supérieures à 800 Wc, qui exigent, pour des hauteurs considérables, des puits avec une capacité de production supérieure en général à 5m3/heure*.

Il existe près de 30.000 forages dans les pays du Sahel et leurs caractéristiques sont, malheureusement, peu connues. Il est cependant très probable que bien d’entre eux présentent de sérieuses limitations dans leur capacité de production. En fait, il a été publié que parmi les 1200 puits qui existent dans la région Mali Agua-Viva2, 35% seulement sont capables de fournir plus de 5m3/heure. Nous avons trouvé des résultats semblables dans d’autres zones dont nous disposons d’information3, comme le montre la figure 5. En d’autres termes, il est très probable que le marché potentiel de pompes photovoltaïques en Afrique soit concentré sur des pompes, de moindre puissance que celles qui caractérisent le PRS-I.

Figure 5. Histogramme de les valeurs du débit maximal pour 390 puits en l’Angola.

Dans le sens de cette idée, l’offre européenne depuis le lancement du PRS-I s’est élargie peu à peu vers les petites pompes. Le tableau 2 rassemble les produits les plus représentatifs dans la gamme 200 à 800 Wc.

Grundfoss maintient une solution basée sur un onduleur, moteur cage à écureuil et pompe centrifuge et revient à une application dans des hauteurs entre 3 et 40 m, là où les pompes centrifuges maintiennent une bonne efficacité. Flowman et TOTAL ont choisi des pompes volumétriques, plus efficaces en hauteur que les pompes centrifuges, toutes deux avec des moteurs DC, combinés à des électroniques pour résoudre le problème du maximum de puissance que requiert le démarrage de ces pompes (5 fois la puissance nominale et d’avantage). Flowman utilise une pompe à pistons et un moteur

* Pour les pompes photovoltaïques sans acumulation d’énérgie éléctrique, l’expression aproximative suivante est valable:

≤

hm

jourmkWh

kWm

jourm 3

m2

23

d Q.

G7,0Q

Qd étant le volume journalierG étant l’inclination journalière sur le plan des modules.Qm étant le débit maximum que doit fournir le puits

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avec charbons, alors que TOTAL utilise une pompe à vis excentrique et un moteur sans charbons. Enfin, nous savons qu’il existe un autre fabricant qui travaille actuellement dans des développements basés sur cette dernière alternative (vis excentrique et moteur sans charbons): de nouveaux produits vont donc apparaître à court terme.

Il faut y ajouter divers assembleurs qui offrent des systèmes de pompage avec pompes à déplacement positif, avec moteur DC, d’origine américaine (SHURFLO, SOLARJARK, FLOJET, etc.). Il s’agit de pompes à membranes et de moteurs avec charbon, ce qui exige, en principe, un entretient annuel pour remplacer ces deux pièces. Les informations que nous avons obtenu concernant la fiabilité de ces pompes sont variables: il y a des difficultés d’étanchéité après l’ouverture nécessaire pour remplacer charbons et membranes. C’est pourquoi, même en supposant que l’origine américaine de ces composantes soit compatible avec l’origine européenne pour l’ensemble des systèmes, il convient d’avoir une attitude prudente face à leur éventuelle utilisation, et mettre en oeuvre des mesures spécifiques de garantie et de contrôle de qualité.

Tableau 2. Offre européenne de pompes photovoltaïques dans l’écart 200-800 Wc, d’après les données de l’information fournie par les fabricants.

Fournisseur Grundfos Total Flowman

Type du Pompe Centrifuge Volumétrique Volumétrique Volumétrique

Type de moteur AC DC sans charbons

DC avec charbons

DC avec charbons et

dans la surface

Puissance (Wc) 400 400 200 200 - 400

Equipement électronique Onduleur Contrôleur Contrôleur Contrôleur

Hauteur maximale (m) 40 80 200 70

Volume*Hauteur (m4/jour)

200 350 200 180 - 350

En ce qui concerne l’offre européenne dans l’écart supérieur à 800 Wc, les nouveautés les plus significatifs depuis le lancement du PRS-I renvoient à la prolifération de variateurs de vitesse conventionnels, légèrement modifiés, pour leur utilisation comme onduleurs dans des systèmes de pompage photovoltaïque4. Cette solution, semblable à celle employée par SIEMENS pour les pompes P5 et P6 du PRS-I, possède l’avantage d’utiliser un équipement bien standardisé dans le milieu des moteurs électriques conventionnels, dont on fabrique des centaines de milliers par an, et qui présentent par conséquent une bonne relation qualité/prix. Un exemple: le prix d’un variateur de vitesse capable de supporter une puissance allant jusqu’à 6 kW est d’environ 1000 ECU, celui d’un convertisseur de 2 kW spécifiquement photovoltaïque: 1500 ECU, et ils sont capables de déclencher n’importe quelle pompe triphasique conventionnelle, ce qui représente plus de liberté par rapport à l’entretient à long terme.

Résumons: les réductions apparues dans l’offre européenne après le lancement du PRS-I, c’est à dire, les petits systèmes, les pompes volumétriques et les variateurs de

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vitesse, représentent un élargissement de l’échelle de hauteurs et de débit de pompage. Cependant, ceci ne représente en aucune façon un changement important dans les caractéristiques globales de la technologie, dans ce sens que ceci ne touche dans l’essentiel ni les prix ni la durabilité des systèmes de pompage. On en discute ci-dessous.

2.2 Rendements

Le PRS-I constitue une excellente référence pour analyser l’état de l’art de la technologie du pompage en ce qui concerne ses rendements, car un exemplaire de chaque pompe a été mesuré dans le détail dans des laboratoires indépendants, ceci faisant partie du processus de contrôle. L’objectif principal de ces mesures était de connaître la relation entre la puissance hydraulique à la sortie de la pompe, PH, et l’irradiance incidente à la surface des modules photovoltaïques, G. Pour ce faire, on a mesuré le débit fournit par la pompe, Q, à hauteur fixe, HT. En plus, la mesure du courant I, et de la tension V, fournis par le générateur permet de faire la différence entre l’efficacité de celui-ci, ηA (définie par rapport à l’efficacité du générateur dans des conditions standard) et l’efficacité de l’ensemble onduleur-moteur-pompe, ηIMB.

Ces mesures ont été utilisées pour calculer le volume d’eau pompé chaque jour, Qd, dans les condition particulières du PRS-I, définies par une irradiation journalière sur la surface du générateur Gd = 6 kWh/m2 et une température extérieure, Te = 35°C. Pour comparer un système avec un autre, nous avons défini un facteur de mérite, Fm, en divisant les m4 “pompés” par jour par l’irradiation incidente en kWh/m2, et par la puissance du générateur en kWc. Il est facile de voir que Fm est lié à l’efficacité globale du système.

Les tableaux 3 à 5 montrent le résultat des mesures correspondant à la plus efficace de toutes les pompes mesurées, et à deux pompes pour grande hauteur. Nous avons justement choisi ces résultats car le marché photovoltaïque européen assiste actuellement à l’introduction de plusieurs pompes volumétriques, plus efficaces face aux pompes centrifuges, dans des conditions de grande hauteur et de faible radiation. Quelle que soit leur configuration particulière (vis excentrique, levier, membranes, etc.) ces pompes exigent un contrôleur électronique dont la tâche principale est de fournir les grands courants (5 à 6 fois plus que le courant nominal) dont elles ont besoin pour démarrer. Comme tout autre circuit électronique dans les débuts de son développement, ce contrôleur représente une source potentielle de problèmes qu’il convient de ne pas oublier lorsqu’on considérera l’éventuelle utilisation de ces pompes.

Tableau 3. Rendement du meilleur système de pompage photovoltaïque offert au PRS-I. Le tableau monstre valeurs instantanés. Les valeurs journaliers pour Gd = 6 kWh/m2, Ta = 35°C et HT = 30 m fut: Qd

= 32.2 m3/jour, et FM = 111.8 m4/( kWh/m2.kWc). GMIN= 165 W/m2.

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G(W/m2) V(V) I(A) Q(m3/h) PG(W) PH(W) ηIMP ηA

240 115 2.86 0.80 328.9 66.7 0.20 0.95

437 115 5.11 2.55 587.6 212.5 0.36 0.93

627 115 6.96 4.00 800.4 333.4 0.42 0.89

775 115 7.96 4.55 915.4 379.2 0.41 0.82

855 115 8.24 4.70 947.6 391.7 0.41 0.77

Tableau 4. Rendement d’un système de pompage photovoltaïque pour grande profondeur offert au PRS-I. Le tableau monstre valeurs instantanés. Les valeurs journaliers pour Gd = 6 kWh/m2, Ta = 35°C et HT = 75 m fut: Qd = 30 m3/jour, et FM = 98.3 m4/( kWh/m2.kWc). GMIN= 280 W/m2.

G(W/m2) V(V) I(A) Q(m3/h) PG(W) PH(W) ηIMP ηA

300 263 3.7 0.67 973.1 139.6 0.14 0.85

400 265 5.1 2.00 1351.5 416.7 0.31 0.89

500 266 6.3 2.88 1675.8 600.5 0.36 0.88

600 267 7.4 3.53 1975.8 735.5 0.37 0.86

700 268 8.3 4.10 2224.4 854.2 0.38 0.83

800 270 9.2 4.50 2484.0 937.6 0.38 0.81

900 270 9.7 4.70 2619.0 979.3 0.37 0.76

Tableau 5. Rendement d’un autre système de pompage photovoltaïque pour grande profondeur offert au PRS-I. Le tableau monstre valeurs instantanés. Les valeurs journaliers pour Gd = 6 kWh/m2, Ta = 35°C et HT = 75 m fut: Qd = 24.6 m3/jour, et FM = 98.9 m4/( kWh/m2.kWc). GMIN= 265 W/m2.

G(W/m2) V(V) I(A) Q(m3/h) PG(W) PH(W) ηIMP ηA

300 111 8.1 0.95 899.1 197.9 0.22 0.93

400 111 10.8 1.89 1198.8 393.8 0.33 0.93

500 111.5 13.4 2.54 1494.1 529.4 0.35 0.92

600 112 15.6 2.98 1747.2 620.9 0.36 0.90

700 112 17.7 3.30 1982.4 687.6 0.35 0.87

800 112 19.2 3.53 2150.4 735.5 0.34 0.83

900 112 20.4 3.65 2284.8 760.5 0.33 0.78

Si on observe soigneusement ces tableaux, ils montrent que l’efficacité des pompes centrifuges en hauteur (75 m) diminue de 20 à 30% par rapport à celles qui se

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trouvent à moyenne hauteur. Cette réduction, apparemment très significative, n’a cependant qu’un impact économique relativement réduit. Cette affirmation se comprend lorsque l’on considère que la diminution de l’efficacité peut-être compensée avec une augmentation semblable dans la puissance nominale du générateur et que le prix de celui-ci ne représente que 20% du total des systèmes déjà installés*. Une augmentation de 25% des modules du générateur ne représente, par conséquent, qu’une augmentation de 5% dans le coût des systèmes. À notre avis, et au vu de ces chiffres, les pompes volumétriques doivent être envisagées, mais dans la mesure où elles auront passé un contrôle de qualité strict pour garantir que les avantages éventuels dans le coût n’entraînent des inconvénients en termes de fiabilité.

On peut répliquer que cet exercice de comparaison n’est pas très représentatif de la situation réelle du marché, car les pompes volumétriques y sont offertes pour de “petits” systèmes, alors que les pompes centrifuges sont offertes pour des systèmes “grands”, donc, en toute rigueur, il n’y a pas lieu de considérer une concurrence directe entre elles. Pourtant, les conclusions quant aux exigences de fiabilité sont d’autant plus valables, car le coût relatif du générateur photovoltaïque est encore moindre pour les petits systèmes que pour les grands.

2.3 Prix

D’autre part, la situation actuelle des prix des systèmes de pompage ne montre pas de changements radicaux par rapport à la situation lors du PRS-I, ce qui correspond à une technologie bien stabilisée, où des changements brusques ne sont plus à attendre, dans aucun aspect. Comme exemple représentatif de la situation actuelle, le tableau 6 résume les prix d’un programme d’installation de 10 systèmes de pompage, mis en oeuvre en 1998. Le programme inclut deux systèmes comprenant un générateur photovoltaïque de 3 et 1,5 kWc respectivement, un variateur de vitesse de 3,7 et 2,2 kW respectivement, et d’une pompe centrifuge submergée à 35 m de profondeur.

Pour pouvoir comparer avec le PRS-I il faut ajouter aux chiffres du tableau, au moins, les prix qui correspondent au transport, au conditionnement de la tête du forage ainsi qu’à l’approvisionnement et à l’installation de la clôture. Tout ceci peut, dans l’ensemble, augmenter les prix jusqu’à 10 - 14 Euros/Wc. Il faut en outre tenir compte du fait qu’il s’agit de systèmes relativement grands et qui correspondent justement aux systèmes les moins chers qu’offre le marché actuel: onduleurs à variation de vitesse et pompes triphasiques conventionnelles. Les chiffres peuvent augmenter beaucoup pour des systèmes plus petits. Le tableau 7 montre notre estimation pour les prix qu’on pourrait obtenir avec des systèmes plus petits et en ajoutant d’autres éléments.

Tableau 6. Prix, en Euros, d’un programme de pompage en 1998.

Générateur 3 kWc 1,5 kWc

Modules (4,1 Euro/Wc) 12.270 6.135

* Le montant unitaire de la fourniture d’équipements PRS-I s’établit à 19,29 Euro/Wc, le titre des modules photovoltaïques ne dépasse donc pas 4 Euro/Wc.

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Support 1.740 870

Onduleur 1.380 960

Pompe 830 460

Matériel hydraulique 590 590

Matériel électrique 770 770

Installation 1.230 1.230

TOTALEuro/Wc

18.810 6,3

11.015 7,3

Tableau 7. Estimation, en Euros, pour les systèmes de pompage les plus petits

Type du pompe Centrifuge AC(30 m)

Volumétrique DC(30 m)

Volumétrique DC(100 m)

Modules 1476 1312 1066

Support 220 220 220

Onduleur 780 405 249

Pompe 690 804 804

Matériel hydraulique

590 590 870

Matériel électrique 770 770 770

Installation 1230 1230 1230

TOTALEuro/Wc

5756

16

5331

16,6

5209

20

Il est à remarquer que les prix varient maintenant entre 16 et 20 Euro/Wc et il faut ajouter, comme nous l’avons déjà dit, mis a part le prix du transport, la margelle du forage et la clôture. En peu de mots, la fourchette des prix est très large; selon le type de pompe (taille et concept) et du lieu où elle va fonctionner, elle peut varier de 10 à 25 Euros, à comparer avec le chiffre général de 19,29 Euro/Wc représentatif du PRS-I5.

Lorsque nous analysons les prix de systèmes installés, nous trouvons deux remarques particulièrement intéressantes. D’abord, le prix unitaire (Euro/Wc) diminue considérablement lorsque la puissance du système augmente. Un mètre cube d’eau coûte bien moins cher dans un grand système que dans un petit; il arrive de même lorsqu’on analyse les coûts des contrats d’entretien associés aux pompes PRS-I5. Il n’est donc pas étonnant que la demande des populations penche pour les grandes pompes, puisque la relation bénéfice effort s’améliore avec la taille. La deuxième remarque porte sur les prix de l’équipement solaire en soi: générateur photovoltaïque et onduleur représentent une partie relativement réduite du prix total des systèmes installés. 20% est un chiffre représentatif qui se réduit d’avantage encore si l’on considère aussi le coût des infrastructures nécessaires pour obtenir et manipuler l’eau: puits, réservoir et tuyaux

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de distribution. Cela veut dire que le coût “élevé” du pompage photovoltaïque n’est pas dû à sa nature “solaire” mais au caractère «décentralisé» de son application. Ceci implique que l’éventuel déplacement vers des systèmes plus petits que ceux du PRS-I, suite aux limitations des puits signalées dans le paragraphe précédent, aura tendance à augmenter les prix, car, quelle que soit la solution technologie adoptée, la tendance aux petites tailles augmente toujours la tendance à la décentralisation. Dans les secteurs plus liés à la technologie, il est fréquent d’entendre que l’utilisation “massive” de la technologie photovoltaïque pourrait inverser cette tendance, et réussir à obtenir des coûts compétitifs par rapport aux technologies conventionnelles, beaucoup plus centralisées. Néanmoins, la croissance remarquable de l’industrie dans les dernières années a été accompagnée par une remarquable réduction des prix des modules photovoltaïques, ce qui n’a pas été le cas pour les systèmes. Le tableau 7 montre certaines valeurs présentés pour l’IEA6.

Tableau 7. Donnes publies par l ‘IEA sur les systèmes photovoltaïques décentralises dans quelque pays européen

PaysPuissance accumulée

installée (kWc)

Prix de modules (Euros/Wc)

Systèmes 100-500 Wc(Euros/Wc)

Systèmes 1 – 4 kWc

(Euros/Wc)

DEU 1687 6.9 – 5.3 27.6 11.4

ESP 4926 6 – 5 22 15.5

FRA** 2900 7.7 – 5.3 41 28

GBR* 219 - 15 -

ITA 9610 - 16.5 15* Dans le prix n’est pas inclue l’installation ** Le prix inclue le coût d’entretien

Il est impossible maintenant d’avancer une estimation globale pour le coût actuel d’un projet de pompage photovoltaïque, mais pour avoir une première idée, en prenant la valeur moyenne précédente, c’est à dire 17,5 Euro/Wc nous pouvons conclure que un nouveau projet pourrait être 16% moins cher que n’a été le PRS-I. D’après notre intuition, les chiffres réels ne doivent pas être bien loin de cette valeur.

2.4 Fiabilité

Il faut constater d’abord le manque d’information systématisée sur la fiabilité expérimentale des systèmes de pompage photovoltaïque. Nous ne connaissons aucune publication avec des valeurs de MTBF (Mean Time Between Failure), ou des valeurs semblables, basées sur des données obtenues sur le terrain. Il est donc difficile de chiffrer les besoins et le coût d’entretien. À la place des chiffres, nous ferons quelques réflexions qualitatives.

En premier lieu, l’absence de procédés de standardisation et de certification spécifique à cette application et dont la mise au point pourrait être une garantie de qualité et de durabilité. Ce vide est un terrain propice pour des réalisations concrètes qui

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présentent parfois des problèmes de fiabilité, comme nous l’avons vu au début de ce rapport, et comme l’ont montré les essais du processus de contrôle de qualité du PRS-I.

En deuxième lieu, les innovations, en général, représentent d’éventuels progrès dans la maturité de la technologie (dans ce sens elle doivent être bien accueillies) mais elles entraînent des risques intrinsèques de fiabilité, associés fréquemment plutôt à la réalisation pratique des engins qu’au concept en soi, car cette réalisation n’a peut-être pas prévu certaines des difficultés que pose le fonctionnement continué des systèmes. Il convient de rappeler que l’efficacité et les coûts d’investissement ne sont que quelques uns des aspects à considérer lorsque l’on décide d’installer une technologie. Dans le contexte particulier des zones éloignées, la fiabilité à long terme est plus importante7.

Le panorama des innovations présentes dans l’offre photovoltaïque européenne s’accorde avec cette idée. D’une part elle permet d’élargir le champ d’application du pompage, et dans certains cas, de réduire les coûts, mais d’autre part elle entraîne l’utilisation d’équipements qui ne sont pas passés par le filtre du “dûment éprouvé”. Voici quelques soucis particuliers:

- Des équipements électroniques de puissance (onduleurs, interfaces pour pompes DC) qui peuvent être abîmés dans des conditions anormales de fonctionnement (moteur bloqué, manque d’eau, etc.) ou mal protégés (IP non certifié).

- Des moteurs DC sans charbons, avec une électronique pour laquelle le paragraphe précédent peut être appliqué.

- Des moteurs DC submergés et avec charbons qui peuvent avoir des problèmes d’étanchéité, après les ouvertures nécessaires pour remplacer périodiquement ces charbons.

Aussi, nous considérons que l’industrie européenne doit persévérer dans les procédés pour assurer la qualité qui caractérisaient le PRS-I, en révisant, si cela était nécessaire, les spécifications techniques concrètes, pour faire entrer les innovations. Il doit aussi persévérer dans l’exigence de l’établissement de contrats d’entretien entre les entreprises et les communautés pour garantir le fonctionnement à long terme des systèmes. Le montant prévisible de ces contrats dépend en large mesure des conditions particulières de chaque pays (nombre de systèmes, dispersion, accès, etc.).

3. CONCLUSIONS

Le PRS-I a marqué une date très importante dans l’histoire du pompage photovoltaïque européen. Tout particulièrement, l’application d’un procédé rigoureux de contrôle de qualité a conduit les pompes PRS-I à fonctionner avec des niveaux de fiabilité bien au-dessus de ceux qu’on connaissait jusqu’à présent. Ceci a été profitable aussi bien pour le PRS-I que pour l’industrie européenne en général.

Les conditions même du PRS-I et l’évolution de la demande ont fait que le gros du programme soit centré sur des systèmes de puissance moyenne et grande, avec des pompes AC, centrifuges et submergées. Un écart représentatif étant: de 800 à Wc pour la puissance du générateur, et de 20 à 50 m pour les hauteurs de pompage.

Les aspects les plus remarquables de l’évolution de l’offre photovoltaïque européenne depuis, sont les suivants:

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- Pour les systèmes de petite taille, l’élargissement de l’écart de 200-800 WC, destinés à travailler dans des puits avec un débit de moins de 5 m3/heure.

- La prolifération du concept de variateurs de vitesse - pompes triphasiques standardisées, dans l’écart de puissance de plus de 800 W. Ce concept offre des avantages potentiels de coût et d’entretien.

- L’apparition de pompes volumétriques, destinées à travailler, principalement, dans des puits de grande profondeur (> 100 m). Ces pompes exigent un équipement électronique permettant de fournir des courants forts pour leur démarrage.

Bien que significatives, ces nouveautés ne représentent pas des progrès énormes dans l’état de l’art. Ceci est en accord avec le fait que la technologie photovoltaïque pour le pompage d’eau a atteint un degré de maturité important.

Conformément à ce qui a déjà été dit, la situation actuelle des prix n’est pas très différente de ce qu’elle était pour le PRS-I. Une première évaluation indique de possibles réductions de prix de 16%, en termes de Euros par puissance crête installé.

Deux recommandations nous semblent particulièrement importantes pour aborder:

- Elargir l’écart des tailles des systèmes de pompage submergé. Le marché actuel offre de bons produits dans l’écart 200-6000 Wc.

- Maintenir le niveau d’exigence technique et les procédés de contrôle de qualité qui ont fait du PRS-I un programme remarquable de par sa qualité.

Références

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1 S. Makukatin et al., ‘The CILSS-project: a large-scale application of photovoltaics in Africa’, 1st

WCPEC, Hawai, 19942 Le pompage solaire photovoltaique: 13 années d’experiences et de savoir-faire au Mali” AFME 19913 Donnée de la Direçao Geral do Aguas do Ministerio da Energia e Petroleos de Angola4 M. Alonso-Abella et al, “Use of Standard Frecuency Converters in PV Pumping Systems”, 2nd

WCPEC, Viena, 19985 Programme Regional Solaire. Ed. Fondation Energies pour le Monde, Paris, 19966 Report IEA PVPS Ex.Co.\TI 1997:1, International Energy Agency, 19977 W. Bucher, “Aspects of solar water pumping in remote regions”, Energy for Sustainable Development, Vol. 3, nº 4, 1996.