Li fMD/AD WC REPUBLIQUE DU SENEGAL ...
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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.

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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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