Les pompe solaires : Dimensionnement d'une station de pompage en zone maraîcher

2.3 Dimensionnement du réseau hydraulique :

Z3-Z0 : dénivellation entre le niveau du puit et l'entrée du réservoir 

Z1-Z0 : dénivellation entre niveau pompe et niveau puits

Z3-Z2 : dénivellation entre niveau réservoir et niveau puits

Le débit d'eau journalier est de Q = 10m3/j ; le diamètre des tuyaux est de d =100mm

Détermination de la vitesse du fluide dans la canalisation :

Avec Q = 10 m³ / j

V = 0.353 m / s

Calcul du nombre de Reynolds :

Re =	0,353 x 0,1
	10^-6

=>

Re = 35300 > 2000

L'écoulement est laminaire

Pertes de charges linéaires

ë = 0.316 Re ^{- 0.25} => ë = 0.316 x (35300) ^{- 0.25}

ë = 0.023

ÄP_f,03 = 573.201 Pa

La puissance hydraulique de la pompe

Pour déterminer cette valeur nous devons auparavant l'équation de Bernoulli qui donne entre le niveau du réservoir et celui du puits :

Qn : débit nominal

P_ge : puissance hydraulique

Z : hauteur manométrique

ÄP_f,03 : pertes de charges le long du circuit

On sait que la vitesse est uniforme donc :

V₃ = V₀

De même

P₀ = P₃ = P_atm

P_ge = g x Qn x (Z₃ - Z₀ ) - ÄP_f,03

D'après la formule I.5, on a :

Phy = ñ x g x Q x HMT

Le reservoir du maraîcher se remplit à deux moments précis de la journée, donc nous prendrons en compte dans les calculs la moitié du debit journalier c.a.d Qj = 5 m³

A.N : P_h = 1000 x 9.81 x 3.5 x 5

P_h = 1.715 W

Pression à l'entrée de la pompe :

Or V₀ = 0 et V₁ ? 0

Et P₀ = P_atm

P₁ = ñ x [ ÄP₀₁ - g x (Z₁ - Z₀ ) -1/2 x V₁² ] + P₀

P₁ = 1000 x [ 28.66 .10^-5 - 9.81 x 3 - 0.5 x 0.353 ² ] +1

P₁ = 29491 Pa

P₁ = 0.29 bar

Pression à la sortie de la pompe

P₂ = ñ x [ ÄP₃₂ - g x (Z₃ - Z₂ ) -1/2 x V₂² ] - P₃

Avec P₃ = P_atm

= 544.541 Pa

A.N : P₂ = [ - 544.541 .10^-5 + 9.81 x 0.5 + 0.5 x 0.353 ² ] x 1000 - 1

P₂ = 4960.86 Pa

Détermination de la consommation journalière

= 216.761 Wh / j

ç _onduleur = 0.85

estimation de l'onduleur :

Rendement generateur : = 40 %

Rendement batterie accumulateur = 75 %

Tension nominale = Vacc = 48 V

Decharge maximale des accumulateurs : DM = 50%

Nombre de jours de stockage Jr aut = 4 j

Capacité des accumulateurs (Ah)

= 48 Ah

Estimation du champ de photovoltaïque requis :

= 39.27

Mais sachant que le réservoir est rempli deux fois dans la journée, on :

Puissance champ = 80 Wc

La tension Vmax que peut fournir une cellule est de l'ordre de 14 V et 16 V. donc il nous faudra 6 modules pour avoir une tension d'alimentation de 100 V.

Le champ aura une puissance de 300 W, composé de 6 modules PV en série.

Eelec	Ensoleillement G	Pertes	P champ	Tension	Intensité
Wh	h	%	Wc	V	A
217	7	20	80	120	3.5

Troisième partie :

Maintenance et exploitations :

3.1 Maintenance du système :

3.1.1 Définition :

La maintenance est l'ensemble des actions permettant de maintenir ou de rétablir un bien dans un état clairement spécifié ; bien maintenir, c'est assurer ces opérations à un coût global minimal. Une pompe photovoltaïque de bonne qualité, bien conçue et bien installée, peut fonctionner correctement pendant plusieurs années si elle est bien entretenue.

On distingue deux types de maintenances : la maintenance préventive (systématique ou conditionnelle) et la maintenance corrective (palliative ou curative). L'objectif commun de ces deux types est de diminuer le coût de défaillance. L'analyse technico-financière des risques encourus impose le choix d'un type de maintenance.

3.1.2 La maintenance préventive :

La maintenance préventive a pour objectif d'éviter que l'installation tombe en panne. Pour y arriver, on effectue régulièrement un suivi et un contrôle rigoureux de chacun des constituants de la station, tout en prenant soin de remplacer les pièces usées juste avant que leur état ne perturbe le fonctionnement normal du système. Cependant, on doit différencier deux modes de maintenance préventive : la maintenance systématique et la maintenance conditionnelle.

3.1.2.1 La maintenance préventive systématique :

La maintenance systématique consiste à changer les pièces selon un échéancier préétabli. Elle ne donne pas de résultats directement visibles immédiatement, mais elle permet surtout d'assurer la fiabilité du système. L'objectif de ce type de maintenance étant de maintenir l'équipement dans l'état de son rendement initial. Les coûts directs de cette maintenance (main-d'oeuvre et prix des pièces) ne doivent pas être supérieurs à la valeur des conséquences des pannes que l'on cherche à éviter.

Ce type de maintenance, souvent appelé entretien du système, se limite généralement au nettoyage des panneaux, au désherbage de la station, à la prévention de l'ombre sur les panneaux et au contrôle visuel de l'état des câbles et des autres constituants externes (supports, réservoirs...).

Cet entretien est assuré au niveau local par les utilisateurs eux-mêmes. Il est généralement confié à une structure technique locale constituée d'opérateurs techniques.

Le tableau 3.1 donne une récapitulation des actions et contrôles en maintenance préventive

Tableau 3.1 Tableau récapitulatif de maintenance préventive

Contrôles à effectuer	Actions à mener
Nettoyage hebdomadaire des panneaux solaires	Utiliser un chiffon bien propre et mouillé ; ne pas utiliser de détergents grenus ou de composés contenant des particules abrasives ou des produits décapants
Protection des panneaux	· Enlever les arbustes autour du générateur · S'assurer que personne n'a rien entreposé qui puisse masquer les panneaux · Ne pas permettre la construction de maisons risquant de faire de l'ombre sur les panneaux
Inspection des constituants des câbles et de l'aménagement	· Vérifier l'état de propreté et le blocage de toutes les connexions visibles (pompe, panneaux, conditionneur d'énergie...) · Une fois par semaine, vérifier les câbles partout où c'est possible et rechercher les détériorations éventuelles (coupures, isolants usés ou mangés par les rongeurs...) · Contrôle quotidien de l'état des équipements et de l'aménagement

3.1.2.2 La maintenance préventive conditionnelle :

La maintenance préventive conditionnelle a pour objectif la correction de la dérive éventuelle du rendement technique de la station, ceci à travers une exploitation rigoureuse des relevés de mesures et des constats effectués sur le site. C'est une maintenance préventive qui nécessite un diagnostic avant le remplacement de la pièce. Elle dépend des résultats des visites et des inspections (apparition d'un symptôme extérieur). Ces inspections doivent être confiées au maître d'oeuvre ou à toute autre structure compétente et doivent être assurées par un technicien spécialisé. L'équipe d'intervention pourrait être composée de deux personnes : un technicien spécialisé, électromécanicien de préférence.

La maintenance préventive peut se présenter sous deux formes : la maintenance améliorative (actions d'amélioration permettant d'accroître la fiabilité et la maintenabilité) et la maintenance prédictive (détermination de l'époque optimale d'intervention à partir de l'évolution dans le temps des symptômes constatés).

3.1.3 La maintenance corrective :

La maintenance corrective consiste à remettre en état de marche une installation tombée en panne. L'arrêt de la station peut être dramatique pour les populations (absence d'eau, pertes agricoles...), d'autant plus que les pièces de rechange peuvent ne pas être disponibles localement. Afin de répondre le plus rapidement à cette situation, la maintenance corrective se fait habituellement en deux étapes.

3.1.3.1 La maintenance corrective palliative (dépannage) :

Le dépannage permet de remettre provisoirement en service un équipement victime d'une défaillance partielle ou totale, en attendant une réparation définitive. Dans ce cas, la rapidité de l'intervention prime sur la qualité.

Cette action doit répondre le plus rapidement possible à l'arrêt du système en amenant des solutions de marche même temporaires. L'action de dépannage peut être faite par le personnel technique habilité au service de la pompe ou, si le problème est grave, par une équipe technique rapide.

Le but de cette action n'est pas de réparer l'équipement mais de lui permettre de fournir une partie du service pour lequel il a été mis en place. Si nécessaire, une partie de l'équipement sera court-circuitée afin de permettre le fonctionnement partiel du système.

3.1.3.2 La maintenance corrective curative (réparation) :

La réparation est la remise en état définitive de tout le matériel usagé ou accidenté ou d'une partie de celui-ci. Contrairement au dépannage, la réparation est préparée et généralement planifiée. Dans ce cas, la qualité de l'intervention prime sur la rapidité.

Pour mieux appréhender les risques de défaillance afin de mieux les éviter, on utilise parfois la méthode AMDEC (analyse des modes de défaillance, de leurs effets et de leur criticité). Cette méthode est beaucoup plus utilisée que la méthode exclusive de la maintenance ; par exemple lors d'un projet, on peut s'en servir pour la modélisation, la conception, la qualité et la contrôlabilité du produit.

Pour définir les priorités sur les interventions à mener, on effectue un classement des coûts par rapport au type de panne. L'analyse ABC (ou loi de Pareto) facilite cette hiérarchisation. Elle consiste dans un premier temps à classer les pannes par ordre décroissant de coûts, et ensuite à établir un graphique faisant correspondre les pourcentages de coûts cumulés à un pourcentage de types de pannes cumulés.

On peut utiliser entre autre la méthode de MAXER qui propose un dépannage rationnel en neuf étapes :

a. s'informer et analyser la situation,

b. prendre éventuellement une décision provisoire,

c. établir le diagnostic, chercher la cause la plus probable,

d. réparer,

e. vérifier le résultat de la réparation,

f. chercher la cause première et y remédier,

g. trouver les conséquences,

h. vérifier les matériels semblables,

i. rédiger le rapport d'intervention.

Pour établir le diagnostic, on peut s'aider des questions classiques suivantes :

Ø Qui ?

Ø Quoi?

Ø Où ?

Ø Quand?

Ø Combien?

Ø Comment?

Maintenance des panneaux :

· Les modules photovoltaïques doivent être protégés par des diodes pour éviter le phénomène de «hot spot» (O).

La tension de fonctionnement (en courant continu) des systèmes photovoltaïques est souvent élevée (de l'ordre d'une centaine de volts). Elle peut provoquer des dommages irréparables sur des cellules lorsque l'une d'entre elles est partiellement occultée. Pour éviter cette dégradation, les fabricants fournissent systématiquement des diodes «by-pass». Elles évitent un échauffement trop important des cellules occultées.

Les générateurs photovoltaïques comportent en général un ensemble de branches de modules solaires, elles-mêmes constituées d'une série de modules. Dans des circonstances exceptionnelles et anormales, il est possible qu'un courant inverse parcourt les modules. Il est alors nécessaire de les protéger contre ce phénomène en disposant une diode anti-retour sur chacune des branches de modules. Ce phénomène est cependant extrêmement improbable et il faut savoir que les modules sont capables de supporter jusqu'à 5 fois le courant de court-circuit en conditions standard (Icc).

Un fusible à l'extrémité de chaque branche fournit aussi un moyen facile pour l'isoler du reste du générateur. Ceci est utile lors des opérations de maintenance ou en cas de défaut d'isolement.

Il est par conséquent utile de tenir compte des conseils suivants :

Ø Les générateurs solaires photovoltaïques constitués d'au moins cinq branches en parallèle doivent être protégés contre le phénomène de courant inverse (O);

Ø La protection par fusibles, calibrés pour un courant de 2 à 4 fois le courant de court-circuit des modules en conditions standards

La meilleure orientation correspond toujours à celle de l'azimut du soleil, soit :

Ø L'orientation doit être au nord dans l'hémisphère sud et au sud dans l'hémisphère nord (O) ;

Généralement, le mois le plus mauvais correspond au mois le plus chaud, soit, en été ou saison sèche.

Angle (°) = max {10°, abs (?) - 10°} (R) (où ??représente la latitude du lieu d'installation, exprimée en degrés)

Il faut incliner les modules d'un angle égal à la latitude du lieu moins 10°. Dans tous les cas, il faut garder un angle minimum de 10° afin de permettre un nettoyage par l'écoulement des eaux de pluie. Il faut aussi savoir que de faibles variations en angle ou azimut ne portent pas préjudice au fonctionnement global de l'installation et peuvent être tolérées. Les ombres, par contre, doivent être évitées à tout prix, leur effet étant très préjudiciable aux performances de systèmes photovoltaïques.

Ø Les convertisseurs fonctionnant à tension constante ou munis d'un dispositif de recherche de puissance maximale sont acceptables (S).

Ø Le système de pompage doit être muni d'une protection manque d'eau (O) ;

La protection doit être de type détection de survitesse de la pompe et non de niveau dans le puits ou le forage (S).

Indépendamment de la modalité de protection, il est nécessaire de prévoir un dispositif de redémarrage temporisé de la pompe. Celui-ci permettra non seulement d'attendre que le niveau d'eau retrouve sa valeur nominale (1 ou 2 heures), mais surtout d'éviter les successions de démarrage et d'arrêt (battement) dommageables au moteur et au convertisseur. En effet, chaque démarrage entraîne de forts courants qui échauffent les circuits et les bobinages. Il convient alors de remédier à cette situation anormale en immergeant la pompe plus profondément. Si ce n'est pas possible, c'est que le débit de la source a été mal évalué. C'est pourquoi :

Ø La protection contre le manque d'eau doit inclure une temporisation (O).

Dans un système bien conçu, l'accumulation de matière en suspension est fréquente. Elle peut aller jusqu'à engendrer un blocage de la pompe, provoquant, s'il n'est pas protégé, une destruction du moteur par échauffement.

Pour parer à ce risque, il est nécessaire de prévoir un dispositif de protection adapté. Ainsi :

Ø Un système de pompage doit être protégé contre un blocage mécanique de la pompe (O).

Le débordement du réservoir est possible, même si le système solaire a été bien dimensionné. Il peut se produire simplement car la consommation d'eau peut varier pour des raisons inattendues et ponctuelles.

Si aucune protection n'est prévue pour arrêter le système de pompage, l'eau en excès va déborder et s'accumuler au pied du réservoir provoquant des nuisances importantes et graves (création de zones humides propices à la présence d'insectes, détérioration de la qualité environnementale).

3.2 Exploitation :

L'exploitation est l'ensemble des taches qui permettent une continuité de service afin d'assurer une meilleure qualité de transmission. Ainsi, les fonctions d'exploitation du système permettent de connaître les conditions de défaillance des équipements et de procéder aux actions correctives.

III.2.1 Procédés de diagnostic du système :

3.2.2 Dossier de maintenance :

Le dossier de maintenance est un dossier dans lequel tout sera noté. Il devra permettre à toute nouvelle personne de s'informer avec précision et d'exécuter les tâches aisément. Nous présentons ci-dessous les renseignements à rassembler pour une bonne connaissance du matériel et surtout la façon de procéder pour constituer le dossier de maintenance d'une installation. Les principes élaborés ci-dessous s'appliquent surtout à la structure extérieure qui assurera la maintenance de la pompe.

3.2.3 Connaissance du matériel :

Pour une bonne connaissance du matériel, on doit pouvoir trouver, dans le dossier de maintenance de chaque pompe, les informations suivantes :

· Fiche signalétique : nom et adresse du constructeur ou du fournisseur, téléphone, télécopieur, type et numéro de série, année de fabrication...,

· Caractéristiques physiques : encombrement, masse, capacité de production...,

· Commande: date et références, spécifications techniques, conditions de réception, conditions de garantie...,

· Plans : d'ensemble, de détails de toutes les pièces susceptibles d'être remplacées ou réparées, de montage donnant les jeux, les réglages, les vues éclatées...,

· Schémas: cinématique, électrique, hydraulique, électronique, de régulation...,

· Plans d'installation : fondations, raccordements électriques, hydrauliques,

· Fiches : entretien, réglage, mise en route, arrêt, conduite...,

· Consignes particulières : sécurité, incendie...,

· Liste : des ensembles pour échange standard, des pièces de rechange...

III.2.4 Exploitation et diagnostic général des pannes :

Bibliographie et webographie :

Conclusion :

Résumé :

a) Mesure de débit de la pompe : c'est la correspondance entre l'ensoleillement et le débit :

b) Journée-type : elle donne la correspondance entre l'ensoleillement et l'heure dans la journée

d) Calcul du débit pompé au cours de la journée-type :