Les pompes solaires

 Les pompes solaires 

Les pompes solaires sont dites « immergées » car elles sont faites pour être installées sous l'eau, au fond d’un puits ou d’un forage. Elles fonctionnent en courant continu, sur une plage de tension variable, pour s'adapter au voltage produit par les panneaux solaires. Pour une durabilité optimale, elles sont fabriquées acier inoxydable, bronze et matériaux composites de nouvelle génération.

 

On trouve sur le marché des pompes solaires immergées de toutes les puissances, pour pomper de gros volumes d'eau (plusieurs centaines de m3 par jour) à de grandes profondeurs (jusqu’à 400m).

Les pompes solaires ont été développées pour obtenir un fiabilité maximale ce qui est un grand atout en Afrique où les sites sont souvent isolés, éloignés des voies de communication et où la maintenance est difficile à assurer.

Types de pompe

Les pompes centrifuges

Les pompes centrifuges sont utilisées pour des systèmes de pompage de moyenne et forte capacité, dans le cas des utilisations communautaires ou l’irrigation, par exemple. Elles sont mieux adaptées aux applications nécessitant un fort débit et une faible hauteur de relevage.

Ce modèle de pompe est simple car constitué de deux parties principales. Les pompes centrifuges n’opposent pas un couple important au démarrage, elles peuvent être facilement démarrées par les panneaux solaires, même en cas de faible ensoleillement.

Les pompes centrifuges, en plus de leur grande simplicité, peuvent pomper des eaux très chargées en particules (sable, boue, etc).

Le principe de base est que l’énergie mécanique du moteur est transformée en énergie cinétique par des impulseurs, qui donnent de la vitesse au liquide pompé. Cette vitesse est ensuite transformée en pression (énergie potentielle) dans une volute.

Voici la vue en coupe d’une pompe centrifuge.

 

On observe sur le schéma ci-dessus 2 étages d’impulseurs qui permettent d’atteindre le débit nominal de la pompe. Ces impulseurs sont montés sur un arbre, directement accouplé sur le moteur (montage en ligne) ce qui permet à ces pompes d’avoir un diamètre réduit pour être installée dans des forages normalisés (diamètre 4’’ ou 6’’). La pompe présentée est équipée de série d’un clapet anti-retour.

Il faut installer un clapet anti-retour en sortie de pompe si elle n’en a pas d'origine, car rien n'empêche l'eau de revenir en arrière, et donc le réservoir de se vider dans le puits ou le forage.

Les pompes centrifuges se désamorcent si de l'air entre dans la pompe. Il faut verser de l'eau à l'intérieure pour que la pompe puisse marcher à nouveau (réamorçage).

Si la pompe est mal dimensionnée par rapport au débit et à la hauteur, la vitesse de rotation peut devenir trop grande et créer un phénomène de « cavitation ». Les variations très fortes de pression au niveau des impulseurs provoquent une vaporisation de l'eau suivie de petites explosions à proximité du métal, qui dégradent les impulseurs très rapidement. Une pression minimum doit toujours présente à la sortie de la pompe pour éviter ce phénomène.

Les pompes volumétriques

La pompe à diaphragme

Ce type de pompe est employé seulement pour les petits systèmes de pompage solaire, pompant de 4 à 30 l/min, typiquement pour les usages domestiques. Les pompes à diaphragme sont bon marché et plutôt simples, mais demandent un peu de maintenance et les diaphragmes souples sont parfois fragiles.

 

Source : Shurflo

L'eau est aspirée de l'extérieur dans des membranes souples (S) de faible volume qui se compriment et se relâchent alternativement, sous l'action de l'axe excentré du moteur (T). L'eau sous pression est refoulée par le centre de la pompe dans la tuyauterie.

Les diaphragmes sont sensibles à l’abrasion, ces pompes ne sont donc pas adaptées pour pomper des eaux chargées.

Elles sont construites avec des moteurs à courant continu qui sont fiables et bon marché, mais ont deux principaux défauts :

• ils possèdent des balais (pour alimenter le rotor) qui s’usent avec le temps et qu’il faut donc changer tous les 2 à 5 ans environ. Un technicien qualifié et bien outillé est nécessaire pour cette opération.
• ils doivent fonctionner au sec, le corps de la pompe doit donc être prévu pour rendre étanche le compartiment moteur. Cette étanchéité peut devenir défaillante avec le temps ou lors du changement des balais. De plus, l’air présent dans le compartiment moteur ne favorise pas les échanges thermiques et réduit le refroidissement du moteur.

Les pompes Mono

Les pompes Mono sont également des pompes volumétriques. A l’inverse des pompes centrifuges, elles peuvent pomper à de très grandes profondeurs mais plutôt de faibles débits. Les pompes Mono existent en version immergées. Elles ont un meilleur rendement que les pompes centrifuges (85% contre 50%). Voici le principe de fonctionnement d’une pompe volumétrique Mono, composée d’un rotor et d’un stator :

 

Source : systèmes solaires

Les pompes Mono présentent l’avantage d’être très durables (les rotors ne s’usent pratiquement pas) et peuvent pomper des eaux très chargées en particules. Les eaux chargées sont la principale cause de panne des pompes à eau.

L'image qui suit montre une vue en coupe d'une pompe helicoïdale (ou pompe Mono) :

source : Grundfos

Le moteur, l’arbre d’accouplement (16) et le rotor (13) sont tous montés en ligne pour obtenir un diamètre de pompe réduit et pouvoir être installés dans des forages classiques.

Contrôleur de pompe

Un contrôleur est généralement proposé avec la pompe solaire et nous vous recommandons fortement de l’acheter. Le contrôleur de pompe solaire est un coffret électronique qui offre, suivant les modèles, différentes fonctions bien utiles :

• protèger la pompe en cas de fonctionnement à vide (manque d’eau), ou de blocages dus aux boues et aux particules (risque de surchauffe du moteur).
• booster le courant fournit à la pompe pour démarrer plus tôt le matin et pomper plus tard le soir, donc maximiser le volume d’eau pompé
• démarrer et arrêter la pompe solaire à distance avec un interrupteur ON/OFF
• fournir des informations sur le système avec des LED ou un écran d’affichage

 

Accessoires

La crépine peut être d’origine sur la pompe ou à acheter en option. La crépine permet de filtrer les plus grosses particules, algues et débris présents dans l’eau. Certaines applications demandent une crépine spéciale avec une trame plus ou moins fine.

 

Une chemise de refroidissement est parfois nécessaire quand la pompe est installée dans un forage large, un puits ou en pleine eau. La chemise permet de créer une circulation d’eau le long du corps de la pompe qui assure le refroidissement du moteur. La chemise en souvent indispensable dans les applications où l’eau est tiède, voire chaude.

 

principe de fonctionnement de la chemise de refroidissement

Parmi les accessoires, on compte également :

• la ligne de retenue de la pompe qui doit supporter le poids de l’ensemble (pompe + tuyauterie + câble) car le poids ne doit jamais reposer sur le tuyau ou sur le câble électrique. Cette ligne peut être une corde résistante ou un câble métallique (le mieux est l’inox)
• les clapets anti-retour, raccords, coudes, tuyaux, vannes et autre réductions pour conduire l’eau de la pompe à la surface, au réservoir ou au bassin de stockage
• un interrupteur de niveau pour arrêter la pompe solaire si le réservoir d’eau est rempli (sinon un écoulement du trop plein est possible)

 

Tous ces accessoires ne doivent pas être négligés pour avoir un système de pompage solairefonctionnel et fiable.

Nous vous recommandons pour finir un document très complet de la FAO sur toutes les machines de pompages adaptées pour les pays en voie de développement, de la technologie la plus simple à la 

plus perfectionnée :  cliquez ici 

http://www.senegal-energies.com/index.php/materiel/photovoltaique/pompe-solaire