Li fMD/AD WC REPUBLIQUE DU SENEGAL ...
Li
fMD/AD
WC
REPUBLIQUE DU SENEGAL
SECRETARIAT D'ETAT
PRIMATURE
A LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE ET TECHNIQUE
COLLOQUE CIEH - CEFIGRE DE BAMAKO
(19 - 25 FEVRIER 7980)
POMPE SOLAIRE
CONTROLE OU DEBIT DE POMPAGE
Par
TRAN MINH DUC
IngQnieur de recherches
IRAT mis U la disposition
de 1'ISRA
Avec la collaboration de M. Joseph SENE
Technicien Supbrieur I.S.R.A.
Janvier 1980
National de Recherches Agronomiques
Les essais
de jaugeage et leur interprétation
ont été
réolis6s avec la participatitjn dc o
- M. Dancette pour Les mesures du rayonnement
s o l a i r e
glnbal
- MM. Ibou Dièye,
klbayc fine pour les mesures au
champ
- MM. Siband, Alioune Diop, B, Sa11 pour ltajustement
statistique,
I-
INTRODUCTION
Une pcmpe solaire h cellules photovoltaPques financée
par le Fonds Frangeais d'Aide et dc Coopération (F.A.C.) a été ins-
tall6e en Avril 1978 à la Ferme ti:xptirimentale des Cultures Irriguhes
du CMRA Bambey. Elle est destinde au remplissage du chateau d'eau qui
alimente un réseau d’irrigation
au goutte & goutte. La division
d'Hydraulique Agricole est chargde
de contrbler
le bon fonctionnement
de cette pompe.
Debut 1979, l'aménagement du vidange du chateau d'eau a
permis de réaliser
des jaugeages reguliers
du débit de pompage auxcours
de la journée et en raison d'un essai par mois,
La comparaison
du débit
de pompage avec les valeurs du
rayonnement solaire
reçu donne une idoe des possibilités
du pompage
solaire,
du rendement de la
pompe et de leurs variations au cours du
t en p s ,
II - DESCRIPTION SOMMAIRE DE LA POMPE
La
pompe, commercialisée par
les Etablissements GUINARD
(France)
se compose des panneaux solaires
et d'une électropompe
cen-
t r i f u g e .
- Caractéristiques des panneaux solaires
Les panneaux solaires
constitu6s p a r l a m i s e e n s é r i e e t
en dérivation
d'un certain
nombre de cellules photovoltaPques, re-
çoivent le rayonnement solaire
direct et le convertissent en courant
électrique
continu 2 tension variable.
La pompe du CNRA est équip6e de 7 penneaux comportant
chacun
12 modules, Chaque module se compcJse tic 34. cellules
de marque R.T,C.
(France) en silicium
monocristallin,
de diametre 5,6 cm environ.
En
plein enscleillement, chaque module pourrait fuurnir
un courant 61ec-
trique de 0,63 ampére
sous une tension de 15 volts soit environ Y,5
watts A 3OOl-z.
L'ensemble des panneaux formés
de 84 modules pourrait
donc
fournir
une puissance en Cr@i;e de 793 watts et ce, pour
une superficie
totale
en cellules d’environ 7
m2 et une superficie totale de panneaux
de 14,4 m2 environ. Les modules sont garantis 5
ans.
- Caractéristiques
de l’électropompe
Comme il s'agit d'un pompuge de reprise,
une pompe centri-
fuge U axe horizontal
ALTAX type MO 25 x 25 a 6té choisie, Elle est
actionnée par
un moteur
LEROY SOPIllER ü courant continu
de type AP71
de puissance 0,63 ku, à 2050 T/mn. Ce
mC:teur P o n c t i o n n e & tension,
Vitesse et cCJUple Variables, Il est conçu 1ipk2ur avoir
un couple ma::imur.i
aux faibles intensités, assurant
un démarrage
de la pompe pour un
ensoleillement minimum". Le constructeur
IL!~ gerantit
un fonctionnement
de 2 ans sans intervention.
3
III - DISPOSITIF DE MESURE
Le rayonnement solaire
global est mesuré à l'aida d'un
thermopile IIOLL-GORCZYNSKI place sur le chateau d'eau du CNRA, soit
11 2 km de la pompe solaire, Sun
fonctionnement est supervisé par la
division de Bioclimatologie. Il est accoupl6 à un traceur et ?I un
totalisateur
qui permettent d’uv oir
une courbe
journalière du rayon-
nement et
des valeurs enregistres
du rayonnement de quart d'heure en
quart d’heure. Ces dernières nous interessent tout particulièremont.
Les mesures du débit
de pompage s'effectuent tous les quarts
d’heure
(qui correspond ii ceux du thermopile) 2 l’aide
du compteur
de
volume place sur le refoulement
de la pompe.
Pendant la journée de
;nesure,
le niveau d'eau du bassin (aspiration) est
maintenu aussi cons-
tant que possible, l'eau est refoulée
B gueule bée dans la citerne dont
le trop
plein est ouvert
: l'eau ainsi evacuee rapidement sert ü
irriguer
deux lignes de brise-vent
plantées en Eucalyptus et Acacia
australien,
Ainsi procéde,
la marge d’erreur sur
la hauteur dd pompage
est d'environ 10 cm et sur
le dt4bi.t de pompage d’environ 8 ?????
I V
- RESULTATS DE MESURES
- Raycnnement solaire global (fig. 1)
L'année 1379 peut être
divisée en 3 periorles :
- de Février a I-iai inclus : periodc la plus ens:;J.eill.Ge
avec u n e noyenne
de 61!11 cal/crn2 par jour,
coupée de temps en temps ;IX
des tempetes de sable qui reduisent
l'enscieillcment journalier de
60:! cal.,/cri12 i: 4.50 cal/cmZ en moyenne,
de Juillet
ü Septembre
inclus : saison des pluies qui
ilLmeure
-3
a s s e z o;soleillée
(moyenne do 540 caE/cm2).
Pour 1?79
i e s
[> j- fJ i 0 s
précuces ont rendu 1~7 mois de Juin (mois
de transition 1 rola-
tivemont peu
ensoleillé.
- de
Décembre 51 Janvier
inclus 2 saison s$che ProiUe,-
trks pc2 ensoiciiï6e avec un temps couvert et des jours courts. Le
rayonnement global a reguLiercmcnt
des valeurs moyennes plus faibles
qu'en raison des pluies : 42Ci cai/cmZ/jour c o n t r e 54C cal/cmZ/jour pi!!Ir
1.979.
Au cours de
13 journ6c
et an saison secho chaude, le ruynn-
nemont global croît
régulibremcnt (fig. 2) depuis le lever du solai!.,
ottcint le
maximum de 23 cal/cmZ?/l 5 mn antre 12H et 14H, puis dêcroet
progressivement jusqu'au soir.
En saison des pluies, cette variation
journülierë
du rc:ycnnement
ScJl.aire (3St rIloinS
regulière car p e r t u r b é e
par des
pluies et des temps nuageux, 11. arrive
cependant (fig. 4) quo
le rayonnement global peut atteindre des valeurs
instantanées trUs
élevées (plus de 28 cai/cmZ/l!? mn),
Il semble que ce phénomène assez
courant en saisun des pluies, p r o v i e n t d e l a
r8flexion sur les
nux;gcs,
des rayons solaires
qui se concentrent ensuite au niveau du sol provo-
quant un accroissement instantan du rayonnement
global reçu (cf.
DAMAGNEZ : "Document technique pour lo Bioclimatologie - IFJRA 1.965).
En saison sèche frc'ide (fig. 5) CI cause do l'inclinaison
des rayons soiaires et la faible longueur du jour, les rayonnements
gliibaux
instantané et journalier sont très
faibles. Toutefois il faut
noter que (fig. 1) ltensolcillonent do iïlI?mG caractéristiques
que celui
de la jcurnée
du 20-12-1373 est relativement peu fréquent (18 sur 326
mesures soit 6
7; environ}.
- Démarroqe et nrr@t du p0mpaqe
La turbine de io pompe commance & tourner Ci un seuil d'6nergi.o
tr3s faible ( .1 cûi/cm2/15 mn), TouteFois, dans les ccnditions dc
i.YOrll~23ge
i Oa:ilbcy où il faut Gl.cVC;r
l'eau jusqu rT: 2-a citerne (IlaUtêur
manumetrique
= h,70 m t pertes de charge),
3.e commencement et l'arr0t
du pompage correspcndent B des
niveaux d'energio plus elevks. Comme
!es mesures du rayonnement so.Iaire et do d6bi.t
sont effectuées tous
1 t=? s quarts d'heure, pour
chaque contr8ie,
la détermination
du seuil
de domarroge e s t a s s e z iriiprBcise, toL!tcFoisg
en tablant sur
la moyenno
d e s contr0les,
on peut en avoir une id6e assez correcte. dussi, cisns
les conditicns de Bombey,
on peut d.ire que I'ûppzreil commence U ;som;;cr
vers
91-I 38 quand j.J. a reçu
une Energie soleire d e 5,7 cal/cm2/15 m n
et s’arrete v e r s 17H 45 ( c f . t a b l e a u récapitulatif).
,Y hauteur d'tSlBvati~:n constante, le debit de pompclge suit
aS$r'z bien les Vari&ions journalikres du rayonnement
solaire reçu.
r!ua;d ! a c i e l est clair ( f i g . 2 ) les 2 c o u r b e s ;*en cIoche” d e debit
et do rayonnement total sont très semblables. Souvent le sommet de la
Courbe de dobit est plus étclw, le maximum Ctznt de l’ordre de 15 m:;,‘:-i,
tln
ussai d'ajustement st:.itistique m o n t r e ( f i g . 3 ) q u e 10
debit de
pompage ;1; charge
const;-.ntc (l-l # 5 m) jeut Btre
significutive-
ment reii6 w rayonnement tot2:L ;nr
une régression
do sccnnd degre qui
n&Lhcureusemont v a r i e avec les
conditions c~'ensoleillement, J.:I propret6
des panneaux et,
vraisemblab.IerS-,cnt,
le vieillissement du matericI
(fig. 6)* En saison skche, on observe quz !.i: debit Cie ootitpage (Energie
fournio) pou-t C?tre raccord&
au rayonnement g1ob:;I (énergie reçuc) l-,:.ir
deux regressions du 2e dogr5, une pour la m:jtinGc, une pour l’a~~re~j
midi rù le ri?ndemont semble plus faib1.o. 11 se:rlb:e que dans l';;;~r&s
midi, 1:s ceilulos sont surchauffees et cela
entraine une rdduction
de l-2 puissance electrique
produite (fig. 3). En Janvier et
on hjvor-
nage o ù ICI température des cellules est moins elevec, les deus
rcI;itic:n;
procédentes sont confondues.
S u r l e s 11 contr0ins retenus, le
volume de pomp:~ge journaJ.icr
2 varié 2 n t r o 7 2 m 3
en Juil!.& et 102 1n3 on Fxvrier,
la valeur moyenne
otant de 86 m3/jour pour un dGbit
moyen de $,3 m3/}{ (cf. tabl.eau rticu-
pituiaw).
- I'lendorsent de pompage
Le rendemont adopt6 de la
pumoe représente 1s rappcrt entre
i- ‘dnergic p r o d u i t e reellement p a r L a p o m p e L‘V Ilenergie
s 0 i 2 i r e r e F u o
par 1s tota:l.itE des CQ~~LJ~~S
photovoltaPque. C'est une notion ;>eu or&-
cise,
vu les conditions de rGn.Iisation des essais (dist;ince de 2 l<m
entre llapparoil de mesure
du rayonnement solaire et 13 pomper inter-
titude sur les pertes
de charge
dans le refoulement Lie la pompe.,.)',
toutefois les variations dans le
temps de ce rendement permettent
de
juger de la robustesse de la pompe,
du degré
dl3 veillissement des
cellules et d’usure
eventucilc de llélectropornpe.
Exemple de calcul du rendement pour le
12 Janvier Y
Hauteur
d'élévation = 6,'lCm - 1,601T t @,2C!m t Cl,2Cm = 4,7Om
Energie produite : V % 1-I = 85 103 :: 4,7U = 399 371’ kgm =
3,922.106 j o u l e s
Energie solaire reçue
dans 12; journée = ~14,5 cal/cm2
S u p e r f i c i e t o t a l e
dos cellules = y x 562 x 3 4 X’ 84 =
4
9
70.343,53 c m 2
Energie reçue par les pannewx = 414,5 x 7031~3~53 z
23157,391 ,35 cal.
soit 122,05
113~ j o u l e s
Rendement (aux pertes
de charge près) = ,,i;"ig # C,C32
Ej I 2j,;
9
Les differentes valeurs du rendement de la
pompe figurent
dans
le tableau récapitulatif,
On y observe
que le rendement est pass6
de 3,.2% e n J a n v i e r h 2,4 $
e n Plai oil il. s’est stabilisé
j u s q u ' e n
Septembre.
Durant les mois de transition (Octobre E! Décembre) le ron-
doment a des valeurs irregulieres s o i t t r o p Blevee s o i t t r o p f a i b l e .
(In peut se demander si la relation Debit
de pompage = f (rayonnemont
global) a un sens q u a n d l e t e m p s e s t t r o p c o u v e r t : l a relatirin prii-
citOc n'est statistiquement pas s i g n i f i c a t i v e p o u r l a m e s u r e
d e
DFcembre.
Le suivi a montré l’importance
de la propret6
des panneau:: I
ainsi, pour la
mesure du 12 Avril
où le vent de sable a rendu la net-
toy,7ge monsuol insuffisant, le randement
n'otait que de 2,l 7;.
11 est h noter
également qu'a partir do Février,
des tcches
de couleur rouille
se sclnt k.ipparues
aux coins de quelques ~roilU1eS. A
1
_.
‘heure
actuelle ces taches sont oresentes sur
tous les modules mais
ne couvrent encore
aucune dos cellules. Selon 1.1X. COHEN-SOLRL et
LABL?ZC
d e l ’ u n i v e r s i t é d e Qal:;lr, c e s tZlCi7eS serzient dQes à l a cies-
tructirtn tla l'étanchéité dos ;?anneaux provoquée
par la dilat:.!tic,n et
!u rtitraction thermiquesdu
caoutchouc bordant les panneaux.
Depuis Yun instal..lcltl::n il y i: un an et demi, la pompe
S 0 l r-1 i r e Il. c c? 1 1 u 1 es p
h o t (-1 v o 1. t :II qu o 2 fonctionne regulierement
sc‘ns aucunk
~~snnc et n e nécesaitc a u c u n e ~urvciiiancs.
!. ’ cntr!2tion a:$i; n&glign:&lc
ct
se borne cc un nettoyage m!2nsuel des psnneaus solaires. Le contrale
pbriodique
du débit de plltil[:a<le semble toutefois indiquer une legere
b a i s s e d u r e n d e m e n t q u i , p a r lo suite, s’est stabilisé.
‘al
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Les
mesures de contr0lc serrjnt poursuivies réguliércnont
;ICI~~ suivre la vieillissement des cellules photovoltaïques, actuel.-
iement peu cnnnu.
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