Congrès International sur les Energies Renouvelables et l Environnement Conception et Description d un Système de Pompage PV Application au site d Adrar A. Mehdaoui (1), A. Hadj Arab (2), D. Semmar (3 ), (1) Unité de Recherche en Energie Renouvelable en Milieu Saharien, BP 478 route de réggane, Adrar Email: Mehdaoui_ahmed@ yahoo.fr (2) Centre de Développement des Energies Renouvelables, BP 62, Bouzareah, Alger Email : hadjarab@hotmail.com (3) Université Saad Dahlab de- Blida Résumé- Les régions sahariennes et notamment les sites isolés sont caractérisé par de faibles taux de population, en noyaux dispersés, qui souffrent de graves problèmes d alimentation en eau pour la consommation et l irrigation. Les systèmes de pompage photovoltaïque (PV) sont une solution idéale pour ces problèmes. Malgré la présence de plusieurs projets d installation pilote de systèmes de pompage PV (SPPV). Cependant, ces derniers manquent de systèmes d acquisition de données. Dans ce travail, nous allons présenter le SPPV installé au niveau de l Unité de Recherche en Energies Renouvelables en Milieu Saharien (URERMS, Algérie). Ce système nous permettra de mieux analyser les performances d un système de pompage photovoltaïque en milieu saharien. Les principaux éléments de la chaine du système de pompage PV sont: Le générateur PV, le système de conditionnement de puissance, un groupe motopompe Immergé, un câblage électrique, une infrastructure hydraulique qui comporte un réservoir d eau. Mots clés: Pompage photovoltaïque, dimensionnement, optimisation, système d irrigation, performances I. INTRODUCTION Malgré la disponibilité depuis des années déjà des SPPV, et qui ont permis une amélioration notable des conditions de vie dans les régions sahariennes. L expérience du terrain avec ces systèmes n est pas toujours entièrement satisfaisante. Et cela à cause d un manque de données expérimentales fiables. Généralement, dans les systèmes de pompage PV, deux configurations peuvent se présenter : Les SPPV avec batteries utilisant ces derniers pour stocker l électricité produite par les modules photovoltaïques (PV). Ces batteries permettent de s affranchir des aléas du soleil et des problèmes d adaptation entre générateur PV et électropompe. Toutefois, leur utilisation comporte davantage de composants qui influent sur la fiabilité et le coût global du système. De plus, elles sont fragiles et sont souvent les premiers éléments qui auront besoin d être changés. Elles nécessitent en outre un entretien constant et un contrôle rigoureux de leur charge et décharge. Les SPPV sans batteries, plus communément appelée "systèmes de pompage au fil du soleil" permettent d avoir un système photovoltaïque plus simple, plus fiable et moins coûteux qu un système avec batteries. Le stockage se fait de manière hydraulique dans un réservoir eau et ensuite distribuée par gravité au besoin ou par un système d évacuation d eau [1, 6,7]. Compte tenu du coût additionnel des systèmes SPPV avec batteries et des problèmes de maintenance de ces dernières, la solution au fil du soleil est présentement préférée. A l Unité de Recherche en Energie Renouvelable en Milieu Saharien (site d Adrar), nous avons réalisé un système de pompage PV en collaboration avec le 1
Centre de Développement des Energies Renouvelables (CDER, Alger). II. DESCRIPTION DU SYSTEME DE POMPAGE PV 04-06 Novembre, 2010, Sousse,Tunisie Le générateur PV est installé dans la partie est de l unité. L orientation est plein sud. Il est incliné à la latitude du lieu du site d Adrar ; c est-à-dire 27,8, favorisant ainsi une production optimal d énergie annuelle. Ainsi le SPPV est constitué d un générateur PV et d un onduleur à fréquence variable qui convertit le courant continu produit en courant alternatif, alimentant ainsi la motopompe. L utilisation à frequence variable de la motopompe permet le fonctionnement au fil du soleil et par conséquent le débit génère par l électropompe immergé est fonction de l éclairement reçu sur le plan des modules PV. Suite aux besoins réellement exprimés par les utilisateurs locaux et après une étude nous avons proposé le SPPV suivant1 [1,2, 8, 9] : Figure 1. Vue d une partie du génerateur PV et du bassin de stockage d eau. Il est à noter que dans les régions sahariennes, un abri (figure 2) protège le puits et le système d acquisition de données contre les intempéries (sables, hautes températures, etc.) [3, 4, 8,9]. Un Générateur PV de 2,25 kw C ; Un système de conditionnement de puissance de trois (03) kva ; Une électropompe solaire de 2 kw; Un puits d eau de seize (16) m de profondeur ; Un bassin de stockage d eau d une capacité de 80 m 3. II.1. Le générateur PV La puissance du générateur PV installé est de 2250 W C (figure 1). Pour obtenir cette puissance, on utilise deux branches de 15 modules PV type Isofoton I-75/12 ( tableaux 1 et figure 4). Figure 2. Abri puits et bassin d eau 2
Le générateur de 30 modules PV est constitué de deux branches parallèles, dont chacune d'elles à 15 modules en série. La sortie de ce générateur est connectée à un convertisseur DC/AC. Ce dernier est du type triphasé alimentant l électropompe (figure 5) [5,7,9]. Figure 3. Sytème d évacuation d eau destiné à l irrigation de l unité. L eau pompée est destiné essentiellement à l irrigation de l unité (figure 3). Figure 5. Contrôleur et électropompe solaire Figure 4. Module PV type Isofoton I-75/12 Puissance (W C ) 75 Courant de court-circuit (A) 4,67 Courant de puissance maximale (A) 4,34 Tension à circuit ouvert (V) 21,6 Tension de puissance maximale (V) 17,3 Tableau 1. Caractéristiques électriques du module PV 3 Les principales caractéristiques du contrôleur sont : II.2. Contrôleur PS1800 Il contrôle le système de pompage et la signalisation des états de fonctionnement montage en surface (pas d'électronique immergé). Il présente deux entrées pour sonde de niveau d'eau (protection contre le fonctionnement à sec), un interrupteur à flotteur, pressostat, télécommande, etc. Le redémarrage est automatique 20 minutes après l'arrêt de la pompe par sonde de niveau protection contre les inversions de polarité, surcharges et températures excessives. II.3. Moteur ECDRIVE 1200 C Le moteur est à courant continu, sans balai et pas d'électronique à l'intérieur du moteur rempli d'eau, III. RESULTATS ET DISCUSSIONS Les différentes étapes pour la réalisation de ce système de pompage photovoltaïque sont [3, 4, 5]:
Etude géotechnique pour la réalisation du bassin de stockage d eau de 80m 3. Tests de fuite d eau du bassin. Choix de l emplacement du générateur PV pour éviter l ombrage (palmier, mur, antennes, etc.). Conception et la réalisation du générateur PV (structure porteuse, encrage, câblage, etc.) Conception et réalisation de l abri puits. De même, les principales considérations et prescriptions techniques concernant le branchement des éléments de la chaine du SPPV Sont : Choix de la tension de la branche du générateur PV en adéquation avec la tension du contrôleur ; Installation d un système d évacuation d eau du bassin destiné à l irrigation de l unité ; Mise à la terre. VI. CONCLUSION La réalisation des différents éléments de la chaine du SPPV (générateur PV, bassin d eau, puits, etc.) a été faite dans de bonnes conditions. La priorité pour nous en Algérie est au développement de tels projets de démonstration pour familiariser les électroniciens, et électrotechniciens, hydrauliciens, et autres acteurs directs et le public, aux concepts des SPPV muni d un système d acquisition de données pour évaluer leurs performances. Nous pouvons dire que les avantages de ce type d installation sont: - Maîtrise de transfert d énergie entre les éléments de la chaine du SPPV. - Optimisation du SPPV et donc réduction de la facture du m 3 d eau pompé. - Utilisation d énergie propre et non polluante. 4 - Maitrise des techniques d irrigations utilisant les systèmes de pompage PV La prochaine étape consiste en la réalisation du système d acquisition de données qui permettra le suivi du système en temps réel pour l evaluation des performances du SPPV. REMERCIEMENTS Les auteurs remercient beaucoup le Directeur de l URER- MS Adrar, Mr A. Touzi, ainsi que le chef de division photovoltaïque, Mr M.D. Draou et le bureau d étude de la wilaya et l entreprise de construction de la wilaya d Adrar. Nous tenons aussi à remercier toutes les personnes qui ont contribué à l'étude et à la réalisation de ce système de pompage photovoltaïque particulièrement Mr Mammeri, Mr Yaichi, et l ensemble du personnel de soutien. REFERENCES [1] Alain RICAUD. " photopiles solaire de la physique de la conversion photovoltaïque aux filières matériaux et procèdes, presse polytechnique et universitaires romandes, Lausanne, 1997. [2] A. Hadj Arab et al. «Etude et réalisation d une mini-centrale photovoltaïque connectée au réseau», 7e Congrès International sur les Energies Renouvelables et le Développement Durable, 21-24 Mai 2007, Tlemcen, Algeria. [3] A. Hadj Arab et al. «Dimensionnement de Systèmes de Pompage Photovoltaïque», 2 Rev. Energ. Ren. Vol. 8 (2005) 19 26. [4] Y. Bakelli, A. Hadj Arab et al. «Caractérisation de deux pompes immergées au sein de l'uraer de Ghardaïa», ICRE 07 University of Bejaia, 2007. [5]. M. Sadok, A. Mehdaoui. «Outdoor testing of photovoltaic arrays in the Saharan Region», Renewable Energy 33(2008) 2516-2524. [6] A. Mehdaoui. «Identification par Rauschenbach et par Neuro-Flou du Point de Puissance Maximal du Générateur Photovoltaïque d un Système Solaire En Milieu Saharien», thèse de magister, ENSET, Oran, juin 2007. [7] Rapport d activité 2006-2009 URERMS-MS, Adrar. Mehdaoui et al.a [8] Jimmy Royer et al. «Le pompage photovoltaïque manuel de cours à l intention des ingénieurs et des techniciens», ISBN : 2-913620-18-3 (1998). [9] Recommandations pour les installations photovoltaïques de pompage et de potabilisation Dépôt légal : juin 2003 Éditeur : SYSTEMES SOLAIRES www.energies-renouvelables.org
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