Solar Water Pumps
Auteur : Thomas PEDOT
Publiée : 01 juin 2023
Mise à jour : 15 nov. 2023

Comment dimensionner une installation de pompage solaire ?

Le guide précédent sur les pompes immergées et les systèmes de pompage solaire agricole a jeté les bases de notre compréhension, et maintenant, nous plongeons encore plus profondément dans ce sujet.

Beaucoup de populations dans les zones rurales des pays en voie de développement affrontent de grands problèmes dus au déficit en eau. Ces problèmes sont spécialement accentués dans zones désertiques et semi-désertiques. Le déficit en eau dans les zones arides et semi-arides est une question vitale pour les populations. L’amélioration des conditions de vie dans ces zones est liée à la recherche des solutions adéquates à ce problème. Le pompage solaire photovoltaïque (PV) représente la solution idéale pour l’approvisionnement en eau partout où le réseau électrique est absent.

Les systèmes de pompage d'eau solaires sont devenus de plus en plus populaires en raison de leur rentabilité et de leur respect de l'environnement . Le dimensionnement et la sélection du bon système sont essentiels pour maximiser votre investissement. Ce guide fournit des informations détaillées sur les facteurs clés à prendre en compte lors du choix d'un système de pompage d'eau solaire.

Le débit d'eau du système et la hauteur de tête maximale, l'efficacité du panneau solaire, la capacité de la batterie et la taille du moteur de la pompe sont tous pris en compte. Ces facteurs doivent être soigneusement analysés pour s'assurer que le système de pompage d'eau solaire choisi est optimisé et efficace pour vos besoins.

Pour dimensionner et sélectionner correctement un système de pompage d'eau solaire, il est essentiel de comprendre les composants du système et leurs limites. La puissance du panneau solaire doit correspondre aux exigences de la pompe et la capacité de la batterie doit permettre un fonctionnement continu même dans des conditions de faible ensoleillement . Le débit d'eau et la hauteur maximale du système doivent également être pris en compte pour s'assurer que la pompe choisie peut gérer efficacement le volume d'eau requis et la hauteur à laquelle elle doit être pompée .

Une considération clé lors de la sélection d'un système de pompage d'eau solaire est son efficacité. Contrairement aux pompes à eau conventionnelles, les pompes à eau solaires reposent sur des panneaux solaires plutôt que sur l'électricité. Cela signifie que le dimensionnement correct et la sélection des produits sont cruciaux pour garantir que le système fonctionne avec une efficacité et une fiabilité maximales .

Il est essentiel de noter que l'efficacité des panneaux solaires se détériore avec l'âge. Par conséquent, choisir un système avec des composants de haute qualité et durables atténue l'impact du vieillissement.

Considérations avant le dimensionnement d'un système de pompage d'eau solaire

Lorsqu'il s'agit de dimensionner et de sélectionner un système de pompage d'eau solaire , il y a plusieurs considérations cruciales dont il faut tenir compte. L'un de ces facteurs est l'importance du dimensionnement en fonction de l'application et des exigences spécifiques. Sans un dimensionnement approprié, l'efficacité du système pourrait être compromise.

Cependant, la sélection d'une pompe basée uniquement sur les fiches techniques des systèmes de pompage d'eau solaires peut présenter des défis. Il est donc crucial de fixer le mois de référence pour le dimensionnement en fonction du besoin en eau le plus critique. Dans cette section, nous allons explorer ces considérations plus en détail pour vous aider à prendre des décisions éclairées concernant votre système de pompage d'eau solaire.

Comprendre les principaux éléments de la pompe

L'approvisionnement en eau des zones rurales isolées est crucial, et la pompe joue un rôle clé dans ce processus. Pour dimensionner correctement une station de pompage solaire, il est important de comprendre les composants clés de la pompe. Voici une liste de certains des composants les plus importants :

  • Hauteur manométrique (HMT) : il s'agit de la hauteur maximale que la pompe peut atteindre pour soulever de l'eau contre la gravité.
  • Pompe auto-amorçante : une pompe capable de compenser les pertes d'aspiration pendant le fonctionnement en aspirant l'eau vers le corps de la pompe.
  • Masse volumique du liquide : la quantité de masse d'un liquide divisée par son volume.
  • Masse volumique de fluide : la masse d'un fluide divisée par son volume spécifique.

Il y a également d'autres détails importants à prendre en compte, tels que la pression vapeur saturante, les pertes d'aspiration, et la nécessité d'une pompe immergée dans un puits.

Dans un village africain, les habitants ont réussi à installer une station de pompage solaire alimentant plusieurs maisons grâce à leur connaissance approfondie des principaux éléments de la pompe. Bien que le dimensionnement d'une station de pompage solaire puisse sembler compliqué, il est important de comprendre l'importance de chaque composant. Par exemple, imaginez le visage de la pompe lorsqu'elle doit aspirer de l'eau à une profondeur de 50 mètres.

Méthode simple de dimensionnement

Les différentes étapes pour le dimensionnement d’un système de pompage sont :

  • Évaluation des besoins en eau
  • Calcul de l’énergie hydraulique nécessaire
  • Détermination de l’énergie solaire disponible
  • Choix des panneaux solaires photovoltaïques et de la pompe

Évaluation des besoins en eau

Avant de sélectionner les composants nécessaires pour votre système d'eau, il est important d'identifier le mois de pointe qui nécessitera le plus d'eau. Cela vous permettra de choisir les pompes et les systèmes de panneaux solaires les mieux adaptés pour des performances optimales.

La quantité d'eau requise par une population pour maintenir son mode de vie est largement déterminée par le mode de vie qu'elle mène.

Les estimations suggèrent que les zones rurales des pays moins développés ont besoin d'environ 20 litres d'eau par personne et de 30 litres supplémentaires par tête de bétail.

Les besoins en eau pour l'irrigation dépendent du type de culture, de facteurs météorologiques tels que la température, l'humidité, la vitesse du vent, l'évapotranspiration du sol, la saison de l'année et la méthode d'application.

EmplacementBesoin en eau (m³/jour)Besoins couverts
Ménage rural au Sénégal0,5-1Cuisiner, boire, assainissement, activités agricoles
Petite exploitation agricole au Sénégal2 - 4Irrigation agricole, élevage, usage domestique
Parc communautaire en Sénégal15 - 20Irrigation et activités récréatives

La capacité du réservoir sera déterminée en tenant compte du besoin journalier en eau et de la durée d'autonomie souhaitée du système.

Calcul de l'énergie hydraulique nécessaire

Après avoir établi le volume d'eau requis pour chaque mois et les caractéristiques des puits, on peut calculer les besoins énergétiques hydrauliques quotidiens et mensuels moyens grâce à une corrélation.

Pendant le processus de pompage, le niveau d'eau dans le puits baisse. C'est jusqu'à ce qu'un taux de régénération de l'eau soit atteint qui compense la quantité prélevée afin que davantage puisse être pompée d'ailleurs.L'ampleur de la diminution du niveau d'eau du puits dépend d'une variété de composants, comme le type et la perméabilité du sol.

La hauteur totale de pompage est la somme de la hauteur statique et de la hauteur dynamique. Ce calcul est complexe et est souvent réalisée par un professionnelle.

Détermination de l’énergie solaire disponible

Le processus de dimensionnement repose sur le calcul des valeurs moyennes quotidiennes et mensuelles du rayonnement solaire accessible et de la puissance hydraulique nécessaire.

Comme la pluviométrie, la quantité d’énergie disponible varie selon la localisation et la période de l’année.

Ensoleillement, température et précipitation (Région Dakar)
Ensoleillement, température et précipitation (Région Dakar)

Inclinaison du générateur photovoltaïque

L'inclinaison des panneaux photovoltaïques par rapport au plan horizontal doit être choisie avec soin afin d'obtenir une efficacité maximale en termes d'éclairement solaire et de besoins en puissance hydraulique.

Trouver le mois de l’année dimensionnant

Pour s'assurer qu'un système de pompage d'eau solaire est correctement dimensionné, il est crucial de fixer un mois de référence basé sur le besoin en eau le plus critique. Le mois de référence est utilisé pour calculer tous les paramètres nécessaires pour sélectionner une pompe et un module solaire appropriés pour le projet.

💡
Conseil de pro : Il est important de choisir un système de pompage à énergie solaire capable de gérer les périodes de pointe tout en répondant aux exigences quotidiennes pour un fonctionnement efficace et la longévité des composants.

En règle générale, le mois avec la demande en eau la plus élevée ou les valeurs d'ensoleillement les plus faibles est sélectionné comme point de référence.

La carte ci-dessous représente le cumul de pluie selon différents emplacements. La pluviométrie à Ziguinchor est de 1250mm par alors que Saint-Louis affiche 150mm soit 10 fois moins de pluie ! Il est évident que les mois critiques sont très variables et cela affecte les besoins en eau des agriculteurs.

Cumul Pluviométrie au 21 Septembre 2015 - Source : 
Cumul Pluviométrie au 21 Septembre 2015 - Source : 

Le mois de dimensionnement sera le mois le plus défavorable, c’est-à-dire celui dont le rapport entre l’irradiation solaire et l’énergie hydraulique nécessaire soit minimum.

Le mois où le rapport entre l'énergie solaire et l'énergie hydraulique est le plus faible est l'inclinaison optimale pour un angle donné.

Dimensionnement du générateur photovoltaïque

La puissance de sortie d’un générateur photovoltaïque sous les conditions standards de mesure dépend de nombreux facteur comme :

  • puissance de sortie en Watt (W)
  • le rendement du générateur à la température de référence (25 °C)

Choix des panneaux solaires et calcul de la puissance de la pompe

Lorsqu'on estime la puissance d'une pompe, on doit prendre en compte plusieurs facteurs tels que la hauteur manométrique, le débit et la pression. Il est important de considérer les pertes d'aspiration et de choisir une pompe appropriée en fonction de l'installation (immergée ou auto-amorçable). Une fois tous ces éléments pris en compte, il est possible d'estimer avec précision la puissance nécessaire pour une pompe solaire. Cependant, ce calcul n'est pas aussi facile.

Type de pompe

Un aspect critique à considérer lors du dimensionnement d'un système de pompage d'eau solaire est la sélection du type de pompe approprié (submersible) . Cela dépendra principalement de certains paramètres tels que l' emplacement du projet, la charge dynamique totale, la production d'eau quotidienne souhaitée, la portance statique au-dessus du sol et le niveau d'eau dynamique.

Le tableau suivant met en évidence certains facteurs importants à prendre en compte lors de la sélection d'une pompe submersible pour un système de pompage d'eau solaire :

Facteurs à considérerDescription
Type de pompeSubmersible / de surface
Emplacement du projetDétermine la disponibilité et la force de la lumière du soleil
Production d'eau quotidienneLa quantité d'eau nécessaire chaque jour
Tête dynamique totalePression nécessaire pour déplacer l'eau de la source au point de distribution
Ascenseur statique au-dessus du solLa distance verticale entre la source d'eau et la surface terrestre
Niveau d'eau dynamiqueDistance verticale entre le niveau de la nappe phréatique et la surface du sol

Lors de la sélection d'une pompe submersible pour votre projet de système de pompage solaire, il est essentiel de s'assurer que vous personnalisez vos paramètres en fonction d'exigences spécifiques . Par exemple, il est crucial de définir correctement le mois de dimensionnement ; cela aidera à évaluer les demandes d'énergie de pointe pendant les mois d'été, fournissant ainsi une alimentation électrique adéquate.

Déterminer le débit et la hauteur manométrique

Pour déterminer le débit nécessaire, vous avez déjà une idée de vos besoins en eau vu précédemment.

💡
Conseil de pro : Dans l’idéal, avoir une mesure précise des besoins en eau est primordiale. Une facture ou un débit mètre branché sur votre installation sera toujours plus précis qu’une évaluation basée sur des statistiques moyennes.

Par exemple pour des besoins en eau pour une habitations, nous avons le tableau suivant :

Nombre d'habitants1 à 5 personnes6 à 10 personnes
Débit de la pompe (m3/h)24 mini.

Pour les besoins en eau d’irrigation, le tableau suivant donne une estimation très rapide de vos besoin.

Surface à irriguer (m2)0 à 400 (m2)400 à 800 (m2)800 à 1000 (m2)0 à 400 (m2)500 à 1000 (m2)
Débit de la pompe (m3/h)2 (m3/h)3,5 (m3/h)4 (m3/h)3 (m3/h)5 (m3/h)

Ensuite la hauteur manométrique (ou HMT) vous aurez besoin de 3 composantes :

  • La hauteur d’eau totale définie comme la hauteur entre la tête de la pompe et le point le plus haut de l’installation,
  • La pression souhaitée au point le plus haut,
  • Les pertes de charges

Les pertes de charges est le paramètre le plus difficile à prendre en compte car il dépend du débit et de votre installation. Le nombre de jonctions, le diamètre et la longueur des tuyaux permettent de déduire grossièrement les pertes de charge.

💡
Conseil de pro : Contactez-nous pour un devis détaillé

Difficulté à sélectionner la pompe sur la base des fiches techniques des systèmes de pompage d'eau solaires

La sélection d'une pompe appropriée pour les systèmes de pompage d'eau solaires peut être difficile en raison de la complexité des fiches techniques et des exigences individuelles. Par conséquent, une attention particulière est essentielle lors du dimensionnement des pompes en fonction de l'application et des préférences spécifiques.

Nous avons vu que des difficultés importantes arrivent pour sélectionner une pompe sur la base des fiches techniques des systèmes de pompage d'eau solaires. Ces défis incluent des inexactitudes dans les calculs de hauteur et de capacité à partir de données imprécises, des incohérences entre les fiches techniques et les spécifications de la pompe, ainsi qu'une documentation limitée sur les performances du système pendant les conditions creuses.

Des données peu pratiques pourraient conduire à une sélection incorrecte de la taille de la pompe.

De plus des informations fournies peuvent ne pas refléter correctement l'équipement acheté, ce qui entraîne une confusion supplémentaire.

Cela peut fournir une compréhension incomplète du fonctionnement de votre système hors des pics d'ensoleillement.

Un détail unique à noter concernant la sélection d'une pompe pour les systèmes de pompage d'eau solaires est qu'il serait préférable de travailler avec des professionnels qualifiés qui ont une expertise dans ce domaine. Ils vous aideront à évaluer votre projet quelle que soit sa taille ou sa complexité.

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