Dimensionner une pompe solaire : hauteur manométrique, débit et nombre de panneaux
Une pompe solaire trop petite laisse le réservoir à moitié vide le soir. Une pompe trop grosse peut assécher un forage. Le dimensionnement se résume à trois chiffres : la quantité d’eau nécessaire, la hauteur à laquelle elle doit monter et l’ensoleillement du site.
Trois chiffres à réunir d’abord
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Besoin en eau journalier
Raisonnez en mètres cubes par jour (1 m³ correspond à 1,000 litres). En irrigation, 1 mm d’eau sur un hectare représente 10 m³ : une culture qui demande 5 mm par jour sur un hectare nécessite donc environ 50 m³ par jour. Pour le bétail, utilisez les recommandations locales par animal et prévoyez une demande bien plus élevée par temps chaud.
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Hauteur manométrique totale
La hauteur totale que la pompe doit faire monter, pertes comprises : la profondeur jusqu’au niveau de l’eau pendant le pompage, la hauteur entre le sol et le haut du réservoir, et les pertes de charge dans la conduite.
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Débit de la source et ensoleillement
Vérifiez, dans le rapport de forage ou d’essai de pompage, la quantité d’eau que le forage peut fournir par heure sans que le niveau ne baisse trop. Relevez ensuite les heures d’ensoleillement crête du site.
Calculer la hauteur manométrique totale
C’est sur la hauteur manométrique que la plupart des dimensionnements de pompe dérapent, généralement parce que l’on utilise la profondeur du forage au lieu du niveau de l’eau. Hauteur manométrique totale = niveau dynamique de l’eau + hauteur jusqu’à l’entrée du réservoir + pertes de charge Le niveau dynamique correspond au niveau statique de l’eau plus le rabattement, c’est-à-dire la baisse supplémentaire une fois la pompe en marche. Un forage de 120 m peut avoir l’eau à 40 m, qui descend à 50 m pendant le pompage. Si le réservoir est placé à 6 m au-dessus du sol et que les pertes de charge ajoutent 4 m, la hauteur manométrique totale est de 60 m. Les pertes de charge dépendent du diamètre, de la longueur de la conduite et du débit. Sur les grandes longueurs, passer au diamètre supérieur fait souvent économiser plus d’énergie que le surcoût de la conduite. Un objectif courant consiste à maintenir les pertes de charge sous environ 10% de la hauteur totale.
60 m
Hauteur manométrique totale dans l’exemple
Niveau dynamique de l’eau
Hauteur du réservoir
Pertes de charge
De l’eau aux watts
Soulever un mètre cube d’eau d’un mètre demande environ 2.725 Wh d’énergie. On en tire une formule simple pour l’énergie dont l’eau elle-même a besoin chaque jour : Énergie hydraulique (Wh/jour) = 2.725 × volume journalier (m³) × hauteur manométrique totale (m) Aucune pompe n’a un rendement parfait : divisez donc par le rendement de l’ensemble pompe et moteur. Pour les groupes de pompage solaire de petite et moyenne taille, 40% est une valeur de travail prudente, et la courbe de pompe de la fiche technique donne la valeur réelle à votre point de fonctionnement. Divisez ensuite par les heures d’ensoleillement crête et tenez compte des pertes dues à la chaleur et à la poussière sur les panneaux. Pour 20 m³ par jour à 60 m de hauteur manométrique avec 5.5 heures d’ensoleillement crête : 2.725 × 20 × 60 = 3,270 Wh d’énergie hydraulique. Divisé par 0.4, cela donne environ 8,200 Wh d’énergie électrique. Divisé par 5.5 heures d’ensoleillement et un facteur de pertes de 0.8, on arrive à environ 1,860 W. Le site a donc besoin d’environ 1.9 à 2 kW de panneaux, pour une pompe dont la courbe fournit environ 20 m³ sur la journée à 60 m.
≈ 2 kW
De panneaux pour 20 m³ par jour à 60 m de hauteur manométrique
Pompe DC ou pompe AC avec onduleur pour pompe solaire ?
Les pompes solaires DC, généralement à moteur sans balais, fonctionnent directement sur les panneaux via un contrôleur. Elles sont efficaces pour les débits faibles à moyens et conviennent aux forages, aux petites exploitations et à l’abreuvement du bétail. Les pompes immergées DC d’EURONET existent en versions pour 50, 80, 120 et 200 m de hauteur manométrique, aux côtés de pompes de surface DC de 2, 3 et 4 pouces. Pour les débits plus importants, une pompe AC standard pilotée par un onduleur pour pompe solaire est souvent la meilleure solution. L’onduleur convertit la production des panneaux en courant alternatif à fréquence variable et ralentit la pompe quand le soleil faiblit au lieu de l’arrêter. Il permet aussi à un agriculteur de passer au solaire une pompe immergée AC existante plutôt que de la remplacer, et certains modèles acceptent également une alimentation réseau ou groupe électrogène. Les onduleurs pour pompe solaire EURONET vont de 1.5 kW monophasé jusqu’à 30 kW triphasé.
Repères
Quel type de pompe pour quelle source
- Petits débits depuis un forage profondPompe immergée DC
- Source peu profonde, aspiration inférieure à 7 mPompe de surface DC
- Gros débits ou pompe AC existanteOnduleur pour pompe solaire
Pompe de surface ou immergée ?
Une pompe de surface aspire l’eau jusqu’à elle, et la physique limite la hauteur possible. En pratique, une pompe de surface peut aspirer l’eau jusqu’à environ 7 m en dessous d’elle au niveau de la mer, et moins en altitude. Au-delà, la pompe doit descendre dans l’eau : il faut alors une pompe immergée. Les pompes de surface conviennent aux rivières, canaux, bassins et puits peu profonds, et sont pratiques pour envoyer l’eau d’un réservoir vers les lignes de goutte-à-goutte. Les pompes immergées équipent les forages et les puits profonds, et chauffent moins car l’eau circule autour du moteur.
≈ 7 m
Limite d’aspiration pratique d’une pompe de surface au niveau de la mer
Stocker l’eau, pas l’électricité
La plupart des systèmes de pompage solaire n’ont pas de batteries. C’est le réservoir qui stocke : on pompe tant que le soleil est là et on laisse la gravité alimenter le champ ou l’abreuvoir le reste du temps. Un réservoir contenant deux à trois jours d’eau couvre les périodes nuageuses dans la plupart des exploitations. Ajoutez un interrupteur à flotteur pour arrêter la pompe quand le réservoir est plein, et un capteur de marche à sec ou une sonde de puits pour l’arrêter si le niveau d’eau descend trop bas. Les deux coûtent peu comparés à un moteur grillé.
Pas besoin de batteries
Le réservoir fait office de stockage
Questions fréquentes
Combien de panneaux solaires faut-il pour une pompe de 1 HP ?
Un moteur de 1 HP représente environ 746 W. Les installateurs prévoient généralement un champ d’environ 1.3 fois la puissance nominale de la pompe, soit environ 1 kW de panneaux, et un peu plus dans les zones brumeuses ou poussiéreuses. La recommandation du fabricant de la pompe et du contrôleur fait foi.
Une pompe solaire peut-elle fonctionner la nuit ?
Pas directement. Soit vous pompez vers un réservoir pendant la journée, soit vous ajoutez des batteries ou une alimentation réseau ou groupe électrogène. Un réservoir de stockage est presque toujours l’option la moins chère.
Quelle taille de pompe pour mon forage ?
Partez du débit d’essai du forage et de son niveau dynamique. La pompe ne doit jamais prélever plus d’eau par heure que le forage ne peut en reconstituer, et sa courbe doit fournir votre volume journalier à votre hauteur manométrique totale.
Combien d’eau faut-il par hectare en irrigation goutte-à-goutte ?
Cela dépend de la culture, de la saison et du climat. Comme valeur de travail, 1 mm d’eau sur un hectare représente 10 m³ : des cultures qui demandent 4 à 6 mm par jour consomment donc environ 40 à 60 m³ par hectare et par jour. Les données locales de vulgarisation agricole donnent les meilleurs chiffres pour une culture donnée.
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Vous préparez un projet de pompage solaire ?
Envoyez-nous le rapport de forage, le besoin en eau journalier et la localisation du site. Notre équipe vous proposera une pompe, un contrôleur et un champ de panneaux adaptés dans la gamme EURONET.