Dans ce didacticiel, nous approfondissons les subtilités de la conception d'un système de pompe solaire, une solution durable exploitant l'énergie solaire pour le pompage de l'eau. Idéals pour les endroits éloignés ou hors réseau, ces systèmes jouent un rôle de plus en plus essentiel dans l'agriculture moderne, la gestion du bétail et l'approvisionnement en eau en milieu rural.

Aperçu

Un système de pompe solaire utilise des panneaux photovoltaïques pour alimenter une pompe à eau, éliminant ainsi le besoin d’électricité conventionnelle ou de diesel. Ses applications vont de l’irrigation à l’approvisionnement en eau potable dans les zones manquant de connectivité au réseau.

Avantages

Le principal avantage des systèmes de pompes solaires réside dans leur source d’énergie renouvelable, réduisant ainsi les coûts opérationnels et l’empreinte carbone. Ils sont particulièrement utiles dans les zones reculées, offrant une solution de pompage d’eau fiable et écologique.

Étape 1 : Évaluation des besoins en eau

Déterminer le débit et la hauteur dynamique totale (TDH) : Calculez le débit d'eau nécessaire, exprimé en litres par seconde ou en gallons par minute. Le TDH englobe la portance verticale, la distance horizontale et les pertes par frottement au sein du système.

Par exemple : Type de pompe : Pompe submersible ,Débit : 6 m³/ ,Hauteur verticale : 60 mètres Distance horizontale : 100 mètres

Analyse des besoins:
Exigence de débit : 6 m³/h
Tête verticale : 63,3 mètres (distance horizontale de 100 mètres = tête verticale 3,3 mètres)
Temps de fonctionnement du système par jour : 6 heures (en supposant une journée ensoleillée)

Étape 2 : Sélection de la pompe

Type de pompe : Choisissez entre des pompes submersibles pour les puits ou des pompes de surface pour les sources d'eau comme les rivières ou les lacs.
Spécifications de la pompe : Assurez-vous que le débit et la capacité de hauteur de la pompe répondent à vos exigences calculées.

Pompe : La pompe de 2,2 kW 220V ou 380V. Sa hauteur maximale est de 127 mètres.
Le débit est de 6 m³/h à 83 mètres, ce qui répond à l'exigence.

Note:
Comme la pompe et l'onduleur de 380 V nécessitaient une entrée de tension plus élevée, ce qui peut entraîner un gaspillage d'énergie lorsqu'ils sont connectés à des panneaux solaires, nous vous suggérons de choisir plutôt une pompe de 220 V.
Pour une pompe monophasée 220 V, le condensateur externe est nécessaire (car l'onduleur effectue déjà le déphasage en interne), tandis que le condensateur de démarrage/fonctionnement doit être retiré.

Étape 3 : Choisir le bon onduleur

Type d'onduleur : Optez pour un onduleur avec MPPT (Maximum Power Point Tracking) pour une efficacité accrue.
Taille et spécifications : L'onduleur doit correspondre aux besoins en puissance de la pompe et à la puissance du panneau solaire.

Sur la base des spécifications connues de la pompe (2,2 kW, 220 V, monophasé), le modèle d'onduleur recommandé est HSPH2200L et la plage de tension d'entrée CC MPPT recommandée est la suivante :
300 Vmp
340 Vmp

Remarque : La tension d'entrée maximale et la tension de fonctionnement de l'onduleur détermineront la méthode de connexion des panneaux solaires.

Étape 4 : Calcul du panneau solaire

Alimentation du panneau solaire : La puissance totale requise par la pompe doit être multipliée par 1,5 pour compenser les inefficacités et la variabilité de la lumière du soleil.
Nombre de panneaux : calculez le nombre de panneaux nécessaires en fonction de la puissance de chaque panneau.

Alimentation du panneau solaire

La puissance totale des panneaux solaires doit être 1,5 fois supérieure à la puissance de la pompe à eau, soit 2,2 kW * 1,5 = 3,3 kW. 3,3 kW / 0,405 kW = 8,148 panneaux.

Connexion du panneau solaire

La tension maximale du circuit d'entrée de l'onduleur est de 450 Voc. Si l'on considère la tension de fonctionnement recommandée de 300 Vmp, nous pouvons calculer le nombre de panneaux pouvant être connectés en série.

450Voc/37,58Voc = 11,97 panneaux (Max)

300 Vmp/31,47 Vmp = 9,53 panneaux (min)

Note
Régler la puissance du panneau solaire à 1,5 fois la puissance de la pompe à eau est une valeur théorique. Il peut être ajusté en fonction des conditions d'ensoleillement locales. Si les conditions d’ensoleillement sont bonnes, vous pouvez réduire le nombre de panneaux solaires. À l’inverse, vous devrez peut-être augmenter le nombre de panneaux solaires pour assurer un approvisionnement énergétique adéquat.

Étape 5 : Configuration du système

Disposition des panneaux : Choisissez une configuration en série ou en parallèle en fonction des spécifications de tension et de courant de l'onduleur.
Montage et orientation : Prévoyez une exposition optimale au soleil lors du montage et de l’orientation des panneaux.

Comment fonctionne le système avec 11 panneaux solaires connectés en série ?
Connecter 11 panneaux au lieu des 8 panneaux minimum requis aura un impact sur le fonctionnement du système. L'approvisionnement total en eau par jour peut être calculé sur la base de 7 heures de fonctionnement. Avec davantage de panneaux solaires installés, le temps de sortie d’eau nominal sera plus long. À l’inverse, si moins de panneaux sont connectés, l’approvisionnement total en eau sera réduit. Par conséquent, le nombre de panneaux solaires connectés affecte directement la capacité globale d’approvisionnement en eau du système.
Comment fonctionne le système avec 6 panneaux solaires connectés en série ?
6 * 31,47 = 188,82. Étant donné que la tension d'entrée minimale requise pour l'onduleur est de 200 volts ou plus, la connexion de seulement 6 panneaux peut potentiellement déclencher la protection basse tension de l'onduleur.
Comment fonctionne le système avec 7 panneaux solaires connectés en série ?
L'utilisation de 7 panneaux ne déclenchera pas la protection basse tension de l'onduleur (7 * 31,47 V = 220,29 V). Le système peut toujours fonctionner, mais le débit de la pompe à eau sera réduit et il se peut qu'elle n'atteigne pas le débit nominal.

donc la configuration du système :

Débit d'eau : 6 m³/h, hauteur de levage verticale : 60 m.

Distance horizontale 100 mètres.

Solution:

Pompe : 2,2 KW 220 V monophasé (condensateur externe)

Onduleur : HSPH2200L

Panneaux solaires : 9 pièces de 405 W en série

Débit nominal : 6 m³/h*6 = 36 m³ à 80 têtes (journée ensoleillée)

Étape 6 : Connexions électriques pour la conception du système de pompe solaire

1. Planification de la configuration électrique

Déterminer l'emplacement des composants: Identifiez les positions des panneaux solaires, du boîtier de mixage, de l'onduleur et de la pompe à eau.

Calculer les longueurs de câbles: Mesurez et calculez les longueurs de câbles requises pour connecter efficacement tous les composants.

2. Sélection des câbles

Câbles CC: Utilisez des câbles de calibre approprié pour connecter les panneaux solaires au boîtier de combinaison et du boîtier de combinaison à l'onduleur.

Câbles CA: Utilisez des câbles appropriés pour connecter l'onduleur à la pompe à eau.

Mise à la terre: Assurez-vous que des câbles de mise à la terre appropriés sont inclus pour protéger le système contre les défauts électriques.

3. Installation du boîtier de combinaison

Montage: Montez solidement le boîtier de combinaison PV à proximité des panneaux solaires.

Connexions: Connectez les bornes positives et négatives des panneaux solaires aux entrées correspondantes dans le boîtier de combinaison.

Dispositifs de sécurité: Assurez-vous que les fusibles et les dispositifs de protection contre les surtensions sont installés dans le boîtier de combinaison.

4. Connexion de l'onduleur

Entrée CC: Connectez la sortie du boîtier de combinaison aux bornes d'entrée CC de l'onduleur.

Sortie CA: Connectez les bornes de sortie CA de l'onduleur à la pompe à eau.

Entrée CA (Fonction hybride) : connectez les bornes d'entrée CA de l'onduleur à la pompe à eau.

5. Mise à la terre

Installation de la tige de terre: Installez des piquets de terre près de l'onduleur et du boîtier de combinaison.

Connexions de mise à la terre: Connectez toutes les parties métalliques du système aux piquets de terre à l'aide de câbles de mise à la terre.

6. Vérifications et tests finaux

Inspecter les connexions: Assurez-vous que toutes les connexions sont serrées et sécurisées.

Contrôle de polarité: Vérifiez la polarité correcte pour toutes les connexions CC afin d'éviter d'endommager les composants.

Test du système: Allumez le système et vérifiez son bon fonctionnement. Surveillez la tension et le courant pour vous assurer qu’ils se situent dans des plages acceptables.

7. Documentation et sécurité

Étiquetage: Étiquetez tous les câbles et composants pour une identification facile.

Précautions de sécurité: Suivez tous les protocoles de sécurité et assurez-vous que le système est installé conformément aux codes et normes électriques locaux.

8. Sélection des réacteurs

Déterminer le besoin de Réacteurs: Les réacteurs peuvent aider à gérer les pics de tension, à réduire les harmoniques et à améliorer la qualité globale de l’énergie. Il est fortement recommandé d'utiliser des réacteurs lorsque la longueur du câble de pompe dépasse 100 mètres.

Types de réacteurs:

Réacteurs à courant continu: Placé du côté DC pour lisser le courant DC.
Réacteurs AC: Placé côté AC pour filtrer les harmoniques et améliorer la qualité de l’alimentation.

Recommandations:

Quand utiliser les réacteurs: Il est fortement recommandé d'utiliser des réacteurs lorsque la longueur du câble de la pompe dépasse 100 mètres.
Avantages: L'utilisation de réacteurs permet de :
- Protégez l'onduleur et la pompe des pointes de tension.
- Réduisez le bruit électrique et les harmoniques.
- Améliorer l’efficacité et la longévité du système.

Sélection des réacteurs appropriés:

Note actuelle: Assurez-vous que le réacteur peut gérer les niveaux actuels du système.
Valeur d'inductance: Choisissez un réacteur avec une valeur d'inductance qui correspond aux exigences du système.
Installation: Installez le réacteur entre l'onduleur et la pompe à eau, ou comme spécifié par la conception du système.

Étape 7 : Sélection des tuyaux et des vannes pour le système de pompe solaire

Une sélection appropriée de tuyaux et de vannes est cruciale pour garantir l’efficacité et la longévité d’un système de pompe solaire. Voici les principales considérations :

1. Détermination du matériau du tuyau

PVC (chlorure de polyvinyle):

Avantages: Léger, résistant à la corrosion, facile à installer.
Applications: Convient à la plupart des systèmes de pompes solaires, en particulier pour les installations de petite et moyenne taille.

HDPE (Polyéthylène Haute Densité):

Avantages: Flexible, durable et résistant aux chocs et aux produits chimiques.
Applications: Idéal pour les grands systèmes et les installations dans des environnements difficiles.

Acier galvanisé:

Avantages: Solide et durable.
Applications: Utilisé dans les systèmes à haute pression ou lorsque les tuyaux sont exposés à des dommages mécaniques.

2. Diamètre du tuyau

Calculer les besoins en débit:

Déterminez le débit requis pour votre système en fonction de la capacité de la pompe et des besoins de l'application.

Choisir le bon diamètre:

Les tuyaux de plus grand diamètre réduisent les pertes par friction et améliorent l’efficacité, mais peuvent être plus coûteux.
Utilisez des diagrammes de débit et des tableaux de pertes par friction pour sélectionner le diamètre de tuyau approprié à vos besoins spécifiques.

3. Longueur du tuyau

Mesurer la distance:

Mesurez la distance totale entre la source d’eau et le point d’utilisation.

Réduire les courbures et les raccords:

La réduction du nombre de coudes et de raccords minimise les pertes de pression et améliore l'efficacité du système.

4. Pression nominale

Faites correspondre la pression nominale du tuyau:

Assurez-vous que les tuyaux peuvent supporter la pression maximale produite par la pompe.

Tenez compte des pertes de pression:

Tenez compte des pertes de pression dues aux changements de friction et d’élévation dans le processus de sélection des canalisations.

5. Considérations relatives à l'installation

Tuyaux sécurisés et de support:

Fixez et soutenez correctement les tuyaux pour éviter tout affaissement et tout dommage.

Autoriser la dilatation thermique:

Tenez compte de la dilatation thermique, en particulier pour les tuyaux en plastique, pour éviter les dommages dus aux changements de température.

Évitez les sas:

Assurez-vous d’une pente et d’une ventilation appropriées pour éviter les sas dans le système.

6. Sélection des vannes

Type de vannes:

Vannes: Utilisé pour le contrôle marche/arrêt avec une chute de pression minimale.
Vannes à bille: Fournit une étanchéité fiable et est facile à utiliser.
Clapets anti-retour: Empêche le reflux et assure un flux unidirectionnel.

Matériau des vannes:

PVC: Résistant à la corrosion et adapté aux applications basse pression.
Laiton: Durable et adapté à une large gamme d’applications.
Acier inoxydable: Haute solidité et résistance à la corrosion pour les systèmes haute pression.

Dimensionnement des vannes:

Adaptez la taille de la vanne au diamètre du tuyau pour garantir un contrôle efficace du débit et une perte de pression minimale.

7. Entretien et accessibilité

Accès facile pour la maintenance:

Concevez le système de manière à ce que les tuyaux et les vannes soient accessibles pour l'inspection et la maintenance.

Durabilité et durée de vie:

Choisissez des matériaux et des méthodes d’installation qui maximisent la durée de vie et la durabilité des tuyaux et des vannes.

Étape 8 : Système Installation

processus d'installation d'une pompe solaire

Considérations pratiques pour l'installation d'un système de pompe solaire

Lors de l’installation d’un système de pompe solaire, gardez les points clés suivants à l’esprit pour garantir une installation réussie et efficace :

Précautions de sécurité

Personnel qualifié: Seuls des techniciens qualifiés doivent effectuer l'installation.
Éteindre: Assurez-vous que toutes les installations électriques sont effectuées hors tension.
Équipement de protection: Portez des gants, des lunettes et des bottes de sécurité.

Sélection et préparation du site

Évitez les ombres: Installez des panneaux solaires dans des endroits sans ombre.
Fondation robuste: Assurez-vous que la structure de montage est sécurisée et peut résister aux vents forts.
Espacement approprié: Maintenir un espacement adéquat entre les panneaux solaires.

Installation de panneaux solaires

Utiliser des matériaux résistants à la corrosion: Choisissez de l'acier ou un alliage d'aluminium pour les supports solaires.
Règlement de fondation: Tenir compte du tassement des fondations, surtout dans les sols meubles ou sableux.
Réduire la longueur du fil: Placez les panneaux solaires à proximité de l'onduleur.
Paramètres cohérents: Utilisez des panneaux solaires avec des spécifications correspondantes.
Ventilation pour boîte de combinaison: Installer dans un endroit aéré, à l'abri de la lumière directe du soleil.

Connections electriques

Vérifier la polarité: Assurez-vous que la polarité est correcte pour toutes les connexions CC.
Dimensionnement approprié des câbles: Utilisez des câbles capables de gérer la charge actuelle et de minimiser les chutes de tension.
Connexions sécurisées: Resserrez toutes les connexions électriques pour éviter les arcs électriques.

Installation de l'onduleur

Bonne ventilation: Installez l'onduleur dans un endroit aéré, à l'abri de la lumière directe du soleil.
Installation côte à côte: Placez plusieurs onduleurs côte à côte, et non empilés.

Installation de la pompe

Profondeur correcte: Installer les pompes à au moins 1 mètre sous le niveau d'eau dynamique et à 5 mètres au-dessus du fond du puits.
Montage sécurisé: Utilisez un câble métallique et des pinces pour fixer la pompe.
Sélection appropriée des tuyaux: Utiliser des tuyaux en PVC pour les hauteurs de tête inférieures à 100 mètres et des tuyaux en acier traité antirouille pour les installations plus profondes.

Utilisation du réacteur

Câbles longs: Utiliser des selfs pour les câbles de pompe de plus de 100 mètres afin de gérer les pics de tension et réduire les harmoniques. Épaississez le câble de sortie.

Mise à la terre et protection contre la foudre

Mise à la terre fiable: Mettez correctement tous les composants à la terre.
Parafoudres: Installer comme spécifié pour se protéger des coups de foudre

Étape 9 : Tests et mise en service

Test du système : Décrire les procédures pour garantir le bon fonctionnement du système.
Des conseils de dépannage: Proposez des solutions aux problèmes système courants.

Étape 10 : Maintenance et surveillance(comment entretenir le système de pompe solaire)

Maintenance régulière: Établissez un calendrier de maintenance pour la pompe, les panneaux et l'onduleur.
Surveillance des performances du système : Discutez des méthodes pour surveiller et garantir l’efficacité du système à long terme.

Étape 11 : Dépannage du système de pompe solaire

1. Vérifiez l'alimentation électrique

Tout d’abord, assurez-vous que les panneaux solaires ou la batterie fonctionnent correctement. Les problèmes courants d’alimentation électrique incluent :

Obstructions de panneaux solaires: Vérifiez la présence de poussière, de feuilles ou d'autres débris recouvrant les panneaux solaires, qui peuvent affecter l'absorption de la lumière.
Problèmes de connexion: Inspectez les connexions entre les panneaux solaires et la batterie pour vous assurer qu'elles sont sécurisées et exemptes de corrosion.
Vérification de la tension: Utilisez un multimètre pour mesurer la tension de sortie des panneaux solaires et de la batterie, en vous assurant qu'elle se situe dans la plage normale.

2. Vérifiez l'onduleur

L'onduleur est un composant crucial qui convertit le courant continu des panneaux solaires en courant alternatif pour la pompe. Les problèmes avec l'onduleur peuvent affecter l'ensemble du système :

Codes d'erreur: Vérifiez les codes d'erreur ou les indications de défaut sur le panneau d'affichage de l'onduleur.
Connexions: Assurez-vous que toutes les connexions électriques vers et depuis l'onduleur sont sécurisées et exemptes de corrosion.
Surchauffe: Vérifiez si l'onduleur surchauffe, ce qui peut être le signe d'un dysfonctionnement ou d'une ventilation inadéquate.

3. Vérifiez la pompe et le système de canalisation

La pompe et le pipeline sont les composants essentiels du système de pompe solaire, et leur état a un impact direct sur l'efficacité :

Moteur de pompe: Écoutez les bruits ou vibrations inhabituels provenant du moteur de la pompe, car une surchauffe ou des sons anormaux peuvent indiquer des problèmes.
Turbine de pompe: Assurez-vous que la turbine de la pompe n'est pas coincée par des débris ou endommagée.
Fuites de pipelines: Inspectez le pipeline pour déceler des fuites, ce qui pourrait entraîner une pression d'eau insuffisante et réduire les performances de la pompe.

4. Vérifiez les capteurs et les commutateurs

Des capteurs et des interrupteurs surveillent et contrôlent le fonctionnement du système, et tout défaut peut perturber le fonctionnement normal :

Interrupteur à flotteur: Vérifiez si l'interrupteur à flotteur est bloqué ou endommagé. Cet interrupteur détecte les niveaux d'eau et contrôle les opérations de démarrage et d'arrêt de la pompe.
Capteur de pression: Assurez-vous que le capteur de pression n’est pas bloqué ou endommagé. Il surveille la pression du système et évite les surpressions ou les basses pressions.

5. Facteurs environnementaux

Les conditions environnementales peuvent également affecter le fonctionnement du système de pompe solaire :

Impact de la température: Les températures extrêmes peuvent avoir un impact sur l’efficacité des panneaux solaires et les performances des batteries. Assurez-vous que le système fonctionne dans la plage de température recommandée.
Conditions météorologiques: Des périodes prolongées de temps nuageux ou pluvieux peuvent entraîner une charge insuffisante des panneaux solaires. Vérifiez les relevés météorologiques et les prévisions pour déterminer si le problème d’alimentation est temporaire.

6. Consultez le support technique professionnel

Si les vérifications ci-dessus ne résolvent pas le problème, il est conseillé de contacter une assistance technique professionnelle. Les experts peuvent fournir des diagnostics et des solutions approfondis :

Symptômes de défauts de documents: Enregistrez les symptômes de panne et les étapes de dépannage déjà suivies, afin que l'équipe d'assistance technique puisse mieux comprendre le problème.
Fournir des informations système: partagez des détails sur le modèle du système, la date d'installation et l'environnement d'exploitation pour aider les techniciens à identifier rapidement le problème.

Conclusion

Nous avons couvert les étapes essentielles de la conception d'un système de pompe solaire. Pour en savoir plus, consultez les ressources supplémentaires fournies.