RÉGULATION DE DÉBIT ET PERFORMANCES D UNE POMPE INSTALLÉE AU FIL DU SOLEIL

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1 RÉGULATION DE DÉBIT ET PERFORMANCES D UNE POMPE INSTALLÉE AU FIL DU SOLEIL H. Ammar 1 ; M T. Bouziane 2 1. Application des énergies renouvelable en milieux arides et semi aride /EPST centre de développement des énergies renouvelables /URAER, BP:88 Gart Taam ZI Bounoura Ghardaïa Algérie 2. Université de Biskra, B.P. 145, R.P, Algérie Laboratoire de Recherche en Hydraulique Souterraine et de Surface (LARHYSS) hachem_dz@yahoo.fr; bouziane@inbox.com Résumer : La particularité des pompes solaires installées au fil du soleil est que les caractéristiques (débit, puissance, rendement) sont en fonction de l ensoleillement qui varie au cours de la journée et au cours des saisons, Les pompes solaires étudiées au laboratoire pour simuler les conditions réel de fonctionnement (profondeur de puits, débit,), sont installées dans à une profondeur fixée.pour garder cette profondeur (HMT) fixée, nous manipulons le robinet vanne installé à la sortie de la conduite de refoulement. Le vannage a des conséquences directe sur les performances de la pompe (puissance absorbée, rendement ). Ce travail a pour objectif de montrer la corrélation entre l ensoleillement et la fréquence du vannage et leurs influences sur les performances de la pompe solaire. Mots clés: Ensoleillement- pompe au fil du soleil- régulation, corrélation 1. Introduction L'utilisation du photovoltaïque comme source d'énergie pour le pompage d eau est considérée comme l un des domaines les plus prometteurs pour l application de l énergie solaire. Les systèmes photovoltaïques de pompage d'eau exigent seulement qu'il y ait suffisamment de soleil. L'utilisation de l énergie photovoltaïque pour le pompage d'eau est appropriée, car il y a souvent un rapport normal entre la disponibilité de l'énergie solaire et la demande de l'eau. Les systèmes photovoltaïques de pompage d'eau sont particulièrement appropriés à l'approvisionnement en eau dans des régions isolées où l'électricité n'est pas disponible. Ce procédé consiste à pomper l'eau tant que le soleil est présent vers un réservoir qui assure la régulation de la consommation. Ainsi, le consommateur peut être alimenté même la nuit et pendant les journées nuageuses. L'eau pompée peut être employée dans beaucoup d'applications telles que l'utilisation domestique et l'irrigation. Le système largement utilisé est celui dit «au fil du soleil», Ce système est le plus simple puisque l énergie photovoltaïque est utilisée directement à partir des panneaux. La pompe ne fonctionnera qu en présence de lumière et dès que l ensoleillement sera suffisant pour atteindre la puissance demandée. La particularité des pompes solaires installées au fil du soleil est que les caractéristiques (débit, pression, rendement) sont en fonction de l ensoleillement qui varie au cours de la journée et au cours des saisons [2]. Pour simuler une pompe dans la réalité, il s agit donc de recréer les mêmes conditions de fonctionnement (profondeur, débit ) existant au niveau de l exploitation (usine, exploitation agricole, firme..). Pour garder cette profondeur fixée, il s agit de manipuler le robinet vanne installée à la sortie de la conduite de refoulement en réduisant la section utile de la canalisation [1]. Au fur et à mesure que l ensoleillement varie brusquement, la régulation de débit (vannage) est simultanée pour garde cette profondeur fixe. Il en résulte une augmentation des pertes de charge dans le circuit. Cela provoque immédiatement des conséquences sur les caractéristiques de la pompe (rendement de la pompe et une puissance à développer, consommation électrique). 1

2 Dans ce travail nous nous focalisons sur la corrélation entre l ensoleillement et la fréquence de régulation de débit sur les performances d une pompe solaire installée au fil du soleil. 2. Le système de pompage et le dispositif expérimental Le banc d essais représenté par la figure 2 est composé d un puis artificiel d une profondeur d environ 2m en acier inoxydable, une pompe immergée de type Grundfos alimentée par un générateur photovoltaïque de puissance variable passant par un onduleur DC/AC, un data logger pour l acquisition de données et un ordinateur de bureau pour mesure et contrôle [1]. Générateur photovoltaïque Armoire électrique Robinet vanne Débitmètre Pompe immergée Grundfos 0.9kw Puit Fig. 1 système de pompage photovoltaïque Fig. 2 banc d essai de pompage Notre système comporte une pompe immergée dans l eau de puits, une branche de refoulement, une branche du retour de l eau pompée dans le puits (circuit fermé), des capteurs et transducteurs de débit, niveaux et pressions, une armoire de contrôle, visualisation, et connexion pour des mesures avec instrumentation additionnelle externe[1].. Les différents capteurs utilisés dans le banc d essais sont les suivants : Capteur de pression différentielle pour la mesure du niveau d eau du puits Deux Capteurs de pression manométrique de sortie de la pompe à tester Débitmètre pour la branche de 32 mm de diamètre Débitmètre pour la branche de 50 mm de diamètre Les éléments de régulation et de fermeture sont les suivants : Deux vannes manuelles de diamètre 50 mm (1/2) Robinet vanne de régulation de diamètre 50 mm. 3. Méthodologie Il s agit d installer une pompe immergée de type Grundfos (900w) pour test dans le puits pendant la journée et pour une profondeur fixée à 20 m. pour garder cette profondeur fixe (HMT = différence de niveau + la somme des pertes de charges), nous procédons au vannage en utilisant le robinet installé à la sortie de la conduite de refoulement [1]. Cette manipulation ce fait: Pour une journée à ciel Claire. Pour une journée à ciel nuageux. 2

3 4. Résultats Les données ainsi recueillies permettent de tracer les courbes caractéristiques de la pompe (débit, puissance absorbée, puissance fournie, rendement,) et les caractéristiques du générateur photovoltaïque (courant, Tension, ensoleillement). 4.1 L ensoleillement global (w/m2) Les figures 3, et 4 montrent la variation de l ensoleillement pour une journée à ciel claire et pour une journée nuageuse respectivement, où il atteint de son maximum à midi solaire pour les deux journées. Fig. 3 L ensoleillement pour une journée à ciel claire Fig. 4 L ensoleillement pour une journée à ciel nuageux. 4.2 Débit (m3/h) Les donnée ainsi recueillies permettent montre la régulation (vannage) de débit correspondront au ensoleillement pendant la journée pour une hauteur une hauteur fixée à 20 m pour une journée à ciel claire, et une journée à ciel nuageux figure 5 et 6 respectivement. Fig. 5 régulation de débit pour une journée à ciel claire Fig 6 Régulation de débit pour une journée à ciel nuageux 4.3 Rendement de la pompe (η) Après le calcul de la puissance absorbée et la puissance fournie par la pompe nous procédons au calcul du rendement pour une journée à ciel claire et une journée à ciel nuageux. Les figures 7 et 8 montrent respectivement la variation du rendement de la pompe pour une journée à ciel claire et une journée à ciel nuageux. 3

4 Fig. 7 rendement de la pompe pout une journée à ciel Claire. Fig. 8: rendement de la pompe pour une journée à ciel nuageux. 4.4 Corrélation débit- ensoleillement Comme nous montre la figure 09, la corrélation débit-ensoleillement, pour une journée claire est un polynôme d ordre 2, où le débit pompé augmente avec l éclairement, et pour une journée une journée nuageuse, la corrélation débit- ensoleillement est un polynôme d ordre 2 avec une pente importante (figure 10), ou l éclairement augmente aussi avec l ensoleillement. Fig. 09 : Corrélation débit-ensoleillement (journée claire).fig. 10 : corrélation débit-ensoleillement pour (journée nuageuse). 4.5 Corrélation débit- rendement Les figures ci-dessous (figure 11et 12) montrent l influence de la regulation de debit sur le rendement de la pompe pour une journée Claire où elle d une forme parabolique pour une journée nuageuse. 4

5 Fig.11 Corrélation débit rendement pour une journée claire Fig.12 Corrélation débit rendement pour une journée nuageuse 5. Interprétation des Résultats 1) Pour une journée claire La régulation de débit se fait une manière progressive (figure 5), car la variation de l éclairement se fait progressivement comme le montre les figures 3.La diminution du rendement (figure 11) est due dans ce cas à la réduction de la section de passage des filets liquides, conséquence diminution de débit avec l augmentation du perte de charge singulière au niveau du Robinet vanne, conclusion chute progressive des performance de la pompe (rendement) et l augmentation de la puissance absorbée. 2) Pour une journée nuageuse L clairement fluctue aux cours de la journée et atteint des valeurs plus élevées par rapport à celui pour une journée claire, ceci est expliqué par la présence des nuages cirrus, c'est-à-dire beaucoup de réflexion. La régulation de débit se fait une manière brusque (figure 6), car la variation de l éclairement se fait brusquement comme le montre les figures 4, ce la due à la variation du climat (ciel nuageux, fluctuation de l éclairement), la fréquence du vannage augmente par conséquence. La variation du rendement (figure 12) est dans ce cas due à la fluctuation de débit instantané par rapport au débit correspond au point de fonctionnement de la pompe., conclusion chute progressive des performances de la pompe (rendement, et augmentation de la puissance abornée). 6. Conclusion Dans ce travail de recherche, nous constatons que les chutes des performances d une pompe solaire installée au fils du soleil sont dues principalement : au climat c'est-à-dire la valeur et la variation de l éclairement pendant la journée (présence ou non des nuages cirrus). à la régulation de débit (vannage) que ce soit progressive ou brusque et à la fréquence de celui-ci pour atteindre le point de fonctionnement de la pompe à chaque instant. 7. References [1] H.Ammar &al. L'influence de la variation de débit sur les performances d'une pompe solaire, Le 2ème Séminaire International sur les Energies Nouvelles et Renouvelables, Ghardaïa Algérie 15, 16 et 17 Octobre [2] A. Labouret, M. Villoz. Énergie solaire et photovoltaïque, 2ème édition, technique et ingénierie : série environnement et sécurité.paris, Dunod, 2005, 303 pages. 5