Informations sur le pompage solaire  

De la pompe manuelle à la pompe solaire

Le pompage photovoltaïque apparaît, selon les contextes locaux et dans une gamme de caractéristiques (max. 100 m3/jour - 100 mètres de HMT), comme une option de moindre coût.

D’une manière générale, les pompes solaires sont utilisées pour des utilisations à forte valeur ajoutée (eau potable, maraîchage en saison sèche, etc.).

À de rares exceptions près, les pompes solaires fonctionnent "au fil du soleil" : les appareils consommateurs d'énergie sont directement raccordés aux modules solaires, sans aucun stockage intermédiaire d'énergie électrique.

L'absence de stockage d'énergie implique :

• Un pompage durant la journée uniquement. L’eau est alors stockée dans un réservoir et consommée en fonction des besoins;
• Une variation du débit en fonction de l'ensoleillement au cours de la journée et selon les saisons. Plus il y a de soleil, plus le débit est important.

Systèmes de pompage solaire

Le générateur solaire

Il est composé de modules solaires photovoltaïques, eux-mêmes constitués de cellules au silicium mono ou poly cristallin.
Le courant électrique produit, dont l'intensité varie selon la radiation solaire, est continu sous une faible tension.

Le convertisseur d'énergie

La transformation du courant continu en courant alternatif, nécessaire pour améliorer rendement et fiabilité, se fait par l’intermédiaire d’un onduleur à fréquence variable. Il permet une variation de la vitesse de la pompe en fonction de l’ensoleillement, et de faire un suivi de la puissance maximale des modules de façon à optimiser le volume d’eau extrait.

Certaines unités, de faible puissance, fonctionnent en courant continu et les plus fiables utilisent des moteurs, sans balais, à commutation électronique.

Les groupes motopompes

Le groupe motopompe se décompose en deux parties :

• Le moteur, immergé ou de surface, est à courant alternatif ou continu. Dans le premier cas, sa conception se rapproche des moteurs standards utilisés sur le réseau électrique. Dans le second, ils peuvent être à balais ou à commutation électronique;
• L'hydraulique en général centrifuge multicellulaire et parfois volumétrique. Les atouts et limites de chaque technologie sont précisés.

Les pompes centrifuges

Elles utilisent les variations de vitesse du fluide pompé combinées avec l’effet de la force centrifuge pour obtenir un accroissement de pression. L’énergie cinétique transmise au fluide est fournie par la rotation d’une roue munie d’aubes ou d’ailettes, c’est une partie de cette énergie qui est transformée en pression par réduction de vitesse.

Les caractéristiques des pompes centrifuges sont particulièrement intéressantes dans le cadre de l'utilisation des modules photovoltaïques :

• Le couple d’entraînement de la pompe est pratiquement nul au démarrage : la pompe tourne même par très faible ensoleillement (mais il faut une certaine vitesse du moteur pour que la pression de l'eau soit suffisante pour sortir à l'extrémité du tuyau d'amenée d'eau);
• La puissance absorbée est bien adaptée aux modules solaires, fournissant un bon rendement global.

Les pompes volumétriques

Ici, le fluide est mis en mouvement par une variation du volume qui le contient. Les pompes volumétriques sont de deux sortes : les pompes volumétriques alternatives (exemple : pompe à piston, à membranes, etc.) et les pompes volumétriques rotatives (pompe à vis, etc.).

Leurs principaux atouts sont les suivants :

• Elles sont destinées aux faibles débits (inférieur à 5 m3/h) et aux grandes hauteurs;
• Elles ont de bons rendements, et les pompes de surface sont auto-amorçantes.

Le couple de démarrage d’une pompe volumétrique (de 3 à 5 fois le couple nominal) et la caractéristique I = f(V) de ce type de pompe font que son fonctionnement en direct sur un panneau photovoltaïque n’est pas économiquement viable.

Pour palier au problème de surdimensionnement du générateur résultant de cette inadaptation, un adaptateur d’impédance est utilisé pour permettre un rendement aussi élevé que possible de l'ensemble du système.

Les pompes de surface ou immergées

Le choix d’une pompe se fera en fonction des caractéristiques hydrauliques de l’installation envisagée (débit, hauteur manométrique totale, etc.) mais également en fonction des conditions particulières d’utilisation (puits, forage, pompage de rivière, etc.).

Les pompes de surface : Compte tenu du pouvoir d'aspiration variable des unités au fil du soleil, seuls des groupes motopompes sur radeau seront utilisés. L'hydraulique sera ainsi immergée. Les multiples configurations locales rendent leur installation difficile. Sujettes aux variations de débit ou au marnage du cours d'eau, leur entretien s'avère souvent délicat.

Les pompes immergées : C'est la configuration la plus communément utilisée. L’ensemble moto-pompe est immergé dans un forage, de 4" minimum, ou un puits.

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. Trois paramètres techniques délimitent l’évaluation d’une pompe solaire :

• La quantité d’eau requise par jour,
• La disponibilité de l’eau,
• La ressource solaire.

Il est essentiel que ces trois paramètres soient estimés le plus précisément possible. Aussi, il est conseillé de prendre contact avec un bureau d’études spécialisé dans le pompage solaire photovoltaïque afin d’obtenir l’évaluation la plus exacte possible.

Données de base

Le débit : le débit (Q), habituellement donné en litres par heure (l/h), est la quantité d’eau qu'une pompe peut fournir durant un intervalle de temps donné. En pompage solaire, le débit (ou le besoin en eau) est souvent exprimé en m3 par jour.

La Hauteur Manométrique Totale : La hauteur manométrique totale (HMT) d’une pompe est la différence de pression en mètres de colonne d’eau entre les orifices d’aspiration et de refoulement.

Cette hauteur peut être calculée comme suit :HMT = Hg + Pc où

• Hg = hauteur géométrique entre la nappe d’eau pompée (niveau dynamique : niveau pendant que la pompe fonctionne) et le plan d’utilisation. Pour une pompe de surface sur un plan d’eau, Hg sera choisi en fonction de la hauteur de la pompe à son niveau le plus bas.
• Pc = pertes de charge produites par le frottement de l’eau sur les parois des conduites. Ces pertes sont fonction de la distance des conduites, de leur diamètre et du débit de la pompe et s’expriment en mètres d’eau. Le diamètre des conduites doit être calculé afin que ces pertes ne dépassent pas 10% de la Hg.

N'hésitez pas à nous contacter pour une étude personnalisée !