vignette| Une pompe à vent remplacée par une pompe solaire à un point d'eau du parc national des chutes d'Augrabies . droite|vignette| Cette pompe à eau solaire peut atteindre 3,7 Le kW est utile aux agriculteurs. Les pompes solaires fonctionnent grâce à l'électricité produite par des panneaux photovoltaïques (PV) ou à l'énergie thermique rayonnée par la lumière solaire captée, contrairement aux pompes à eau alimentées par le réseau électrique ou au diesel. En général, les pompes solaires se composent d'un ensemble de panneaux solaires, d'un régulateur de charge solaire, d'une pompe à eau CC, d'un coffret de fusibles/disjoncteurs, d'un câblage électrique et d'un réservoir de stockage d'eau. Le fonctionnement des pompes solaires est plus économique, principalement en raison des coûts d'exploitation et d'entretien réduits, et leur impact environnemental est moindre que celui des pompes alimentées par un moteur à combustion interne. Les pompes solaires sont utiles là où l'électricité du réseau n'est pas disponible ou n'est pas pratique, et où les sources alternatives (en particulier l'éolien) ne fournissent pas suffisamment d'énergie.

Composants Un système de pompage solaire photovoltaïque comprend trois éléments principaux : un ou plusieurs panneaux solaires, un régulateur et une pompe. Les panneaux solaires représentent la majeure partie (jusqu'à 80 %) du coût du système. La taille du système PV dépend directement de la puissance de la pompe, du volume d'eau nécessaire et de l' ensoleillement disponible.

Le régulateur remplit une double fonction. D'une part, elle fait correspondre la puissance de sortie reçue par la pompe à la puissance d'entrée disponible provenant des panneaux solaires. D'autre part, un régulateur assure généralement une protection contre les surtensions ou les sous-tensions, coupant le système si la tension est trop faible ou trop élevée par rapport à la plage de tension de fonctionnement de la pompe. Cela permet de prolonger la durée de vie de la pompe, et par conséquent de réduire les besoins de maintenance. Parmi les autres fonctions annexes, on peut citer l'arrêt automatique du système lorsque le niveau de la source d'eau est bas ou lorsque le réservoir de stockage est plein, la régulation de la pression de sortie d'eau, le mélange de l'entrée d'énergie entre les panneaux solaires et une source d'énergie alternative telle que le réseau ou un générateur à moteur, et la surveillance et la gestion à distance du système via un portail en ligne proposé comme service cloud par le fabricant.

La tension des moteurs de pompe solaire peut être en courant alternatif (CA) ou en courant continu (CC). Les moteurs à courant continu sont utilisés pour des applications de petite à moyenne puissance, jusqu'à une puissance nominale d'environ 4kW et conviennent à des applications telles que les fontaines de jardin, l'aménagement paysager, l'approvisionnement en eau potable pour le bétail ou les petits projets d'irrigation. Les systèmes à courant continu présentant généralement un rendement global supérieurs à celui des pompes à courant alternatif de taille similaire, les coûts sont réduits, car il est possible d'utiliser des panneaux solaires de plus petits taille.

Enfin, si l'on utilise une pompe solaire à courant alternatif, un onduleur est nécessaire pour convertir le courant continu provenant des panneaux solaires en courant alternatif pour la pompe. La plage de puissance prise en charge par les onduleurs s'étend de 0,15 à 55 W. kW, ce qui permet de les utiliser pour des systèmes d'irrigation de plus grande envergure. Le panneau et les onduleurs doivent toutefois être dimensionnés en conséquence pour tenir compte de la caractéristique du courant d'appel d'un moteur à courant alternatif. Pour faciliter un dimensionnement adéquat, les principaux fabricants fournissent un logiciel de dimensionnement propriétaire testé par des sociétés de certification tierces. Le logiciel de dimensionnement peut inclure la production d'eau mensuelle projetée, qui varie en fonction des variations saisonnières de l'ensoleillement.

Pompage de l'eau Les pompes à eau solaires peuvent fournir de l'eau potable, de l'eau pour le bétail ou de l'eau d'irrigation. Elles peuvent s'avérer particulièrement utiles dans l'irrigation à petite échelle ou communautaire, car l'irrigation à grande échelle nécessite d'imports volumes d'eau qui nécessitent à leur tour un grand parc photovoltaïque solair. Comme l'eau n'est parfois nécessaire qu'a certaines périodes de l'année, un grand parc photovoltaïque fournirait un excédent d'énergie non indispensable, rendant ainsi le système inefficace, à moins qu'une autre utilisation ne soit trouvée.

En Inde, les systèmes de pompage d'eau à énergie solaire photovoltaïque sont utilisés pour l'irrigation et l' approvisionnement en eau potable. La plupart des pompes sont équipées d'un moteur de 2,0 à 3,7 litres. moteur de kW alimenté par un générateur photovoltaïque de 4,8 kWc. Les systèmes de 3.7 kW peuvent fournir environ 124 000 litres d'eau/jour avec une hauteur manométrique totale de 50 mètres et une hauteur manométrique dynamique de 70 mètres. Au 30 août 2016, un total de 120 000 systèmes de pompage d'eau solaires photovoltaïques avaient été installés dans le monde. Le stockage d'énergie sous forme d'eau est plus efficace que le stockage d'énergie sous forme de batteries pour les pompes à eau solaires, car aucune transformation intermédiaire d'une forme d'énergie en une autre n'est nécessaire. Les types de pompage les plus couramment utilisés sont les pompes centrifuges, les pompes multicellulaires, les pompes de forage et les pompes hélicoïdales. Les concepts scientifiques clés de la dynamique des fluides, tels que la relation pression-hauteur, les hauteurs manométriques des pompes, les courbes de performance des pompes, les courbes de performance des systèmes et la hauteur d'aspiration nette, sont essentiels à la conception et au déploiement réussis des pompes solaires.

Pétrole et gaz Pour contrer la mauvaise publicité liée aux impacts environnementaux des combustibles fossiles, notamment la fracturation hydraulique, l'industrie pétrolière et gazière adopte des systèmes de pompage alimentés à l'énergie solaire. De nombreux puits de pétrole et de gaz nécessitent l'injection précise (dosage) de divers produits chimiques sous pression pour assurer leur fonctionnement et améliorer les taux d'extraction. Historiquement, ces pompes d'injection chimique (PIC) étaient entraînées par des moteurs à gaz alternatifs utilisant la pression du gaz du puits et rejetant le gaz brut dans l'atmosphère. Les pompes électriques alimentées à l'énergie solaire (pompes à eau solaires) permettent de réduire ces émissions de gaz à effet de serre. Les panneaux solaires (cellules PV) fournissent non seulement une source d'énergie durable pour les CIP, mais peuvent également alimentées en électricité des systèmes de diagnostics de type SCADA permettant ainsi un contrôle à distance et communications par satellite/cellule depuis des sites très éloignés vers un ordinateur de bureau ou un ordinateur portable dédié a la surveillance.

Moteur Stirling Au lieu de produire de l'électricité pour faire tourner un moteur, la lumière du soleil peut être concentrée sur l'échangeur de chaleur d'un moteur Stirling et l'utiliser pour entrainer mécaniquement une pompe. Cela permet d'éviter des coûts liés aux panneaux solaires et aux équipements électriques. Dans certains cas, le moteur Stirling peut se prêter à une fabrication locale, ce qui élimine la difficulté liées à l'importation d'équipements. Une variante de moteur Stirling est le moteur Fluidyne, qui utilise directement le fluide pompé comme un piston. Les pompes solaires Fluidyne font l'objet d'études depuis 1987. Au moins un fabricant a effectué des tests avec une pompe Stirling à énergie solaire.

Réferences

Notes Notez que l'arbre de la pompe a été retiré de la pompe à vent et qu'il n'est plus relié au forage ; à la place, le forage est désormais équipé d'une pompe électrique alimentée par des panneaux solaires.

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