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Pompage photovoltaique au sahara

No description
by

Abdoul Karim Traoré

on 16 April 2015

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Transcript of Pompage photovoltaique au sahara

Pompage photovoltaïque au sahara
Données techniques
Le site envisagé est un village situé près d'agadez au Niger. La population du village a été estimé à 500 habitants.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Agadez
Description du système
http://www.cilss.bf/prs/article.php3?id_article=3
Données de base
Les données suivantes seront nécessaires pour dimensionner la pompe solaire et ses composants: Débit et Hauteur manométrique totale
Estimation des besoins en eau du village
Les programmes d'approvisionnement en eau des villages prennent comme hypothèses de base dans l'estimation des besoins en eau 50l/jour/personne [1].




Avec ces données, les besoins en eau du village peut être exprimé comme suit:
Besoins = 500 habitants * 50l/jour/personne = 25 000 litres/jour
Le débit journalier
Q = 25 m cube/jour
Hauteur manométrique totale HMT

HMT = Hg + Pc
Nous estimons la HMT à
50 mètres
Dimensionnement de la pompe
Le débit et la HMT sont nécessaires pour dimensionner la pompe solaire et ses composants
Il existe deux méthodes pour le choix de la pompe:
Après avoir établi les valeurs de débit Q et de la hauteur manométrique totale HMT de l’installation, pour déterminer la puissance requise P de la pompe il faut appliquer la formule suivante :
P = (ρ g H Q)/η (W)

En cherchant dans la documentation de constructeurs de pompes, il suffit de choisir celle qui satisfait au cahier de charges établi lors du dimensionnement.

Grundfos,
un constructeur danois de pompes au niveau mondial propose plusieurs séries de pompes pour
l’approvisionnement en eau. Ce constructeur donne les plages de fonctionnement de ces pompes sur un
diagramme (Q, H) [7].
En supposant que notre système fonctionne 8 heures par jour, on aura un débit horaire de
3.125 m3/h
.

Dimensionnement du système photovoltaïque

Eelec=(2.725.Q (m^3/j).HMT (m))/Rp = (2,725 ×25 ×50) / 0.56
=
6082,58 watt-heures


Énergie électrique
Ensoleillement = 4.89 heures, condition la plus dévaforable.

Wc = Eelec/(Ensoleil.(1-Pertes))= (6082,58 )/((4.89 ×0.8)) =
1554.85 Wc

Puissance crête du système photovoltaïque
Besoins journaliers, débit requis : 25 m³ / jour
HMT : 50 m

Pour la gestion, nous utiliserons Microsoft Dynamics. Il y a plusieurs versions, on utlisera Microsoft Dynamics AX qui est le progiciel de gestion intégré pour l’industrie. Il peut fonctionner avec les autres progiciels de Microsoft et améliore la gestion.
Par exemple, intégrer Microsoft Dynamics avec le serveur SQL. les données seront enmagasinées dans le serveur SQL ( les températures, les débits, les quantités de réserve, etc.). Aussi Microsoft Dynamics AX peut réduire de 40% la banque de donnée et permettra de réduire les frais de maintenance. En plus, dans Microsoft Dynamics, il existe des modules qui peuvent faire des graphiques, la gestion et l'analyse de la situation de la pompe solaire.
Les gestionnaires peuvent utiliser Microsoft Dynamics pour calculer entre autre le coût de production et communiquer avec les employés à longue distance.

Microsoft Dynamics
Plan
Données et description
1. Introduction

2. Estimation des besoins en eau du village

3. Dimensionnement de la pompe

4. Dimensionnement du système photovoltaïque

5. Contrôle et maintenance

6. Microsoft Dynamics

7. Maintenance et surveillance par drone

8. Conclusions

9. Références

INTRODUCTION
Le projet consiste à concevoir un système de pompage photovoltaïque autonome dans le désert du Sahara.

L'objectif est d'approvisionner en eau potable le village qui se situe près de la ville d'Agadez.
Ce projet permettra de mettre en place un mode de contrôle et de maintenance à distance, de sorte qu'il soit possible d'intervenir depuis un endroit externe à la ville ciblée. Ce mode de surveillance des installations permettra donc d'effectuer la maintenance et le remplacement de pièces lorsque celles-ci s'avèrent défectueuses.


En tenant compte du débit et de la hauteur manométrique totale, la pompe 25 SQF-7 du fabricant Grundfos a été retenue.
site web Grundfos:
http://www.grundfos.com
Calcul de l’ensoleillement
L'ensoleillement journalier, qui est le nombre d'heures par jour durant lesquelles une surface
exposée de 1 m2 recevra une puissance solaire de 1000 W, s'exprime en heure/jour.
Le rayonnement solaire équivaut à la puissance solaire maximale de 1000 Watts reçue
par une surface de 1 m2 pendant un nombre d'heures donné au cours d'une journée.
Il s']. exprime en Wh/m2/jour. Autres unités : kWh/m2/jour, MW/ m2/jour .
En divisant la valeur du rayonnement solaire journalier par 1000 W/m2, on obtient l'ensoleillement [2
Choix de composants photovoltaïques
Panneaux solaires
La puissance crête du champ photovoltaïque est de 1554,85 W, nous avons choisi 8 modules de 255 Wc qui seront couplés en parrallèle.
Le fabricant retenu est Sunmodule
Modules 255 Wc
Contrôleur de charge
Le couplage de modules donne une tension Voc = 34 V et un courant Impp= 67, 67 A
Le contrôleur de charge FM-80 de OutBack a été retenu pour fixer la tension du système à 48 V
Choix de l'onduleur
En tenant compte de la puissance de la pompe qui est de 1,4 kW, du luminaire et du système de télécommuinication, l'onduleur retenu est le MS4448 PAE de MagnumEnergy.
Surveillance et maintenance

À part l’accès au contrôleur de charge via le réseau Ethernet, le système proposé se compose d'un ensemble de capteurs qui servent à mesurer les paramètres météorologiques (ex. : température, humidité, etc.), le débit et le niveau d’eau, ainsi que les grandeurs électriques (tension et courant photovoltaïques, etc.). Les informations obtenues en surveillant les paramètres, comme la température moyenne des batteries, la tension et le courant, sont transmises au PC via l'acquisition de données pour analyse ultérieure. La gestion et la manipulation des données se fait par communication internet via un réseau local.
Panneaux solaires
.
On dispose un capteur de courant à la sortie de chaque module
Contrôleur de charge
(liaison Ethernet intégrée)
Une liaison ethernet intégrée au contrôleur de charge permet d'avoir accès à toutes ses données.
Onduleur

Tension délivrée par l’onduleur
Système de télécommunication
Tension d’alimentation du système de télécommunication
Luminaire
Un capteur de luminosité
Réservoir d'eau
Un débitmètre à l’entrée
Un capteur de niveau
Pompe
Protection contre la marche à sec

Tous les capteurs sont reliés à un automate qui organise sa réponse en fonction des conditions énoncées plus haut
Microsoft Dynamics
Choix de batteries
L'énergie journalière du système caclculée est de 6082, 58 Wh.En considérant 2 jours d'autonomie, avec une tension du système à 48 V pour une profondeur de décharge maximale de la batterie à 70%. La capacité de la batterie sera de:

Profondeur de décharge *Tension du système
C =
Energie journalière*jours d'autonomie
6082,58 Wh * 2 jours
0.7 * 48 V
C = 362,058 Ah
Pour le système, nous installerons 4 batteries de 225 Ah de 12 volts en série.
Les batteries seront scellées sans entretien
C normalisée = 225 Ah
=
Maintenance et surveillance par drone
Afin d’effectuer la surveillance de l’installation photovoltaïque, nous proposons d’implanter une technologie faisant appel aux drones autonomes. Ce drone pourrait avoir deux (2) buts principaux :
survoler l’installation
afin de vérifier et de valider qu’un dysfonctionnement a vraiment eu lieu à un endroit précis et aussi
effectuer le remplacement des pièces défectueuses
, si possible.

Pour la seconde option, nous prévoyons
installer les différents composants
(modules photovoltaïques, onduleur, contrôleur de charge et banc de batteries) en modules qui pourraient être facilement connectés ou déconnectés (principe du quick-connect). De cette manière, il serait possible pour le drone de se positionner au dessus du module défectueux, de l’attacher à l’aide de câbles et d’effectuer le remplacement en le soulevant dans les airs. Il pourrait ensuite répéter la même opération, de manière inverse, en apportant le nouveau module de remplacement.

Le drone utilisé prendrait la forme d’un appareil volant (hélicoptère de petit format ou quadricoptère) et serait piloté de manière autonome, étant apte à se déplacer dans l’enceinte de l’installation et à prendre des décisions selon les données fournies par l’automate programmable. Il devra être muni de différents appareils de navigation (GPS, altimètre, gyroscope, etc…) ainsi que de caméras qui seront utilisés pour prendre des photos ou faire du traitement d’images.

Lors d’une intervention, le drone quittera sa station de recharge pour aller vérifier si le problème est bien réel (à l’aide du traitement d’image). Si tel est le cas, il pourra agripper le module défectueux pour ensuite revenir vers la station de chargement. À ce point, il lui sera possible de repartir avec le module de remplacement pour effectuer l’échange sur le système de pompage photovoltaïque.

Références
[1]: Jimmy Royer, Thomas Djiako, Eric Schiller, Bocar Sada Sy, ''LE POMPAGE PHOTOVOLTAIQUE-Manuel de cours à l’intention des ingénieurs et des techniciens'' IEPF/Université d’Ottawa/EIER/CREPA.

[2]: http://www.sun-watts.com/fonctionnement-panneau-solaire/

http://hespv.ca/hesproductspecs/Magnum/MS-PAE-SeriesDataSheet.pdf

http://www.outbackpower.com/downloads/documents/flexmax_6080/flexmax6080_specsheet_french.pdf

http://www.matrixenergy.ca/stand-alone-systems/brochures/Solar%20Modules-SOLARWORLD-Pro-series-245-255-poly-ds.pdf
Conclusion
Ce projet consistait à développer un système de pompage photovoltaïque autonome qui serait utilisé dans une ville du Sahara, afin de satisfaire aux besoins en eau potable de la population y habitant. Pour ce faire, il a été nécessaire de dimensionner les différentes composantes qui composeraient le système, en tenant compte des données recueillies sur l'endroit d'implantation. En connaissant le nombre d'habitants de la ville ainsi que leur consommation journalière en eau, il devenait possible de dimensionner un système de pompage adéquat.

Les différentes composantes à dimensionner et à implanter étaient: la pompe, le château d'eau, l'assemblage photovoltaïque, les batteries ainsi que l'ensemble des capteurs nécessaires à la maintenance du système. De plus, il était nécessaire d'effectuer des réparations au système de manière autonome, sans intervention humaine. Pour ce faire, un système équipé d'un drone a été listé.

Au final, nous obtenons un système de pompage d'eau photovoltaïque capable de subvenir aux besoins d'une population et ce, de manière totalement autonome.
Pompage photovoltaïque au Sahara
Présenté par
: Cédric Amory, Nkeyi Bompaka, Marc Antoine Durand, Yamoussa Sanogo, Abdoul Karim Traoré, Zhen Zhao
Encadré par:
Prof. Adam W Skorek

Maîtrise génie électrique
Décembre 2014
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