Perspectives d'application des pompes à eau photovoltaïques dans les zones rurales arides

D'un point de vue technique, le système de pompe à eau photovoltaïque est un système typique d'intégration de l'énergie lumineuse, de la machine et de l'électricité. Il fait appel aux dernières technologies de collecte et de conversion de l'énergie solaire et d'électronique de puissance, de moteurs, de machines à eau, de contrôle par ordinateur et d'autres disciplines, et revêt une grande importance pour la conservation de l'énergie. Par conséquent, il a été classé comme une orientation de développement de haute technologie et de développement prioritaire dans de nombreux pays. De nombreux pays du Moyen-Orient et d’Afrique espèrent transformer leurs foyers en oasis dans des zones arides dotées de ressources en eaux souterraines relativement abondantes en s’appuyant sur de nouvelles technologies telles que les pompes à eau solaires, la micro-irrigation économe en eau et l’agriculture moderne.

Le principe de fonctionnement de base du système de pompe à eau photovoltaïque consiste à utiliser des cellules solaires pour convertir directement l'énergie solaire en énergie électrique, puis à entraîner le moteur via le contrôleur pour faire fonctionner la pompe à eau photovoltaïque. Les systèmes de pompage d’eau photovoltaïque peuvent être largement utilisés pour l’approvisionnement en eau des humains et du bétail dans les zones sans électricité, l’irrigation agricole et l’approvisionnement en eau dans des points très dispersés tels que la défense des frontières et les avant-postes insulaires. Les pompes à eau photovoltaïques présentent les avantages d'être silencieuses, entièrement automatiques (fonctionnement au lever du soleil et arrêt au coucher du soleil), très fiables et d'avoir une bonne adaptabilité entre l'apport d'eau et l'évaporation (« lorsqu'il y a une forte sécheresse, elle s'assèche rapidement »). Les organisations internationales telles que l’Agence des Nations Unies pour le développement international (PNUD), la Banque mondiale (BM) et la Commission économique et sociale pour l’Asie et le Pacifique (CESAP) ont toutes pleinement affirmé son progrès et sa rationalité. Actuellement, avec le soutien de ces organisations internationales, des dizaines de milliers de pompes à eau photovoltaïques de différentes spécifications fonctionnent dans différentes régions et pays du monde, en particulier dans les pays en développement comme l'Asie, l'Afrique, l'Amérique latine et le Moyen-Orient. Elles ont apporté des avantages économiques considérables aux populations de nombreuses régions pauvres et ont accéléré le rythme de la réduction de la pauvreté dans ces régions.

En tant que composant principal du système de pompage d'eau photovoltaïque, le dispositif de production d'énergie solaire photovoltaïque a reçu une attention considérable au cours des dernières décennies en raison de son fonctionnement sans bruit, sans pollution et sans production de déchets. La production d'énergie photovoltaïque connaît actuellement un développement rapide dans le monde. De nombreux pays considèrent le développement commercial et l'utilisation de l'énergie solaire comme une orientation de développement importante du point de vue de la sécurité de l'approvisionnement énergétique et de l'utilisation propre. L'Union européenne, le Japon et les États-Unis se sont concentrés sur les énergies renouvelables, en particulier l'énergie solaire, pour assurer la sécurité de l'approvisionnement énergétique après 2030. On s'attend à ce que la production d'énergie solaire représente plus de 10 % de l'approvisionnement mondial en électricité d'ici 2030 et plus de 20 % d'ici 2050. Le Japon avait installé un total de 1 600 MW à la fin de 2006. La production de modules photovoltaïques du pays représente 50 % du total mondial, et quatre des dix premiers fabricants mondiaux sont situés au Japon. Aujourd'hui, la production d'électricité photovoltaïque est raccordée au réseau au Japon, en Allemagne, aux États-Unis et en Italie. Des milliers d'immeubles de bureaux, de laboratoires, de résidences et d'équipements mécaniques bénéficient d'une énergie solaire stable, fiable, sans pollution, sans bruit et sans déchets.

Mon pays a commencé à faire des recherches sur les cellules solaires en 1958 et les a appliquées avec succès pour la première fois en 1971 sur le satellite Dongfanghong-2 lancé par mon pays. Après 1973, il a été utilisé au sol, comme feux de navigation, signaux ferroviaires, signaux d'instruments de stations météorologiques de haute montagne, etc., avec une puissance relativement faible. Avec le fort soutien du pays au développement de l'industrie photovoltaïque et du marché photovoltaïque, les cellules solaires de mon pays ne sont plus seulement utilisées dans les systèmes électriques de petite puissance, mais sont plus largement utilisées dans diverses industries pour résoudre la crise énergétique de plus en plus grave. Dans mon pays, la production de cellules solaires est bien supérieure à leur utilisation. Les pompes à eau de toutes formes sont des produits consommateurs d'énergie. L'électricité consommée par les pompes dans le monde représente environ 20 % de la production totale d'électricité. Afin d’économiser l’énergie, la promotion vigoureuse des systèmes de pompage d’eau photovoltaïques est une nécessité de développement.

Le système de pompe à eau solaire photovoltaïque est un appareil alimenté par l'énergie solaire et utilisant une pompe à eau pour pomper l'eau. Le système de pompe à eau photovoltaïque est un système intégré typique « lumière-électricité-mécanique-contrôle », impliquant de multiples domaines tels que la conversion de l'énergie solaire, l'acquisition de signaux, la conversion de l'électronique de puissance, la conception des circuits et le contrôle du système. La batterie est chargée de collecter l'énergie solaire et de la convertir en courant continu pour l'introduire dans le système afin de fournir de l'énergie au système. La plupart du temps, la tension et le courant de sortie du réseau de batteries ne peuvent pas très bien correspondre à la charge. À ce moment-là, il doit passer par la liaison de conversion CC et passer par un circuit élévateur (comme un circuit Boost) ou un circuit abaisseur (comme un circuit Buck) pour obtenir la tension et le courant requis. Pour que la charge continue de fonctionner les jours de pluie ou la nuit, il est nécessaire d'ajouter des batteries au système pour stocker l'excès d'énergie pendant la journée ou l'été et la libérer la nuit ou en hiver pour équilibrer la distribution d'énergie ou obtenir un fonctionnement sans lumière. Le système de pompe à eau photovoltaïque est fortement affecté par les conditions externes et le fonctionnement du système est en constante évolution, ce qui est difficile à maintenir dans un état stable. Certaines mesures de contrôle doivent être prises pour assurer le fonctionnement efficace et stable du système, telles que : suivre le point de puissance maximale du réseau de batteries, éviter la surcharge et la décharge excessive de la batterie, surveiller l'état de fonctionnement de l'ensemble du système et mettre en œuvre certaines protections électriques et alarmes de défaut. S'il y a une charge CA, un onduleur est également nécessaire pour réaliser la conversion CC en CA.

Le climat du centre et de l'ouest de mon pays (Xinjiang, Qinghai, Gansu et Mongolie intérieure, etc.) est sec, avec une sécheresse permanente et peu de pluie, et une pénurie extrême de ressources en eau, ce qui a conduit à une désertification des terres à un rythme de 2 500 km2 par an et à une détérioration croissante de l'environnement écologique. En raison du faible taux de garantie d’irrigation et de drainage, 2/5 des terres cultivées ne peuvent pas être irriguées. Dans certaines zones gravement touchées par la sécheresse, même l’eau potable ne pose pas de problème, ce qui entrave sérieusement le développement économique et social de la région. Toutefois, certaines zones de ces régions disposent d’eaux souterraines abondantes. Si les ressources en eau souterraine de ces zones arides peuvent être utilisées de manière rationnelle, cela apportera certainement d’énormes avantages économiques et sociaux à ces zones. De plus, ces zones sont éloignées de l'océan, avec peu de nuages, de nombreuses journées ensoleillées, un fort rayonnement solaire (certaines zones ont un rayonnement solaire annuel de 5000~6000MJ/m2) et une longue durée d'ensoleillement (la durée annuelle d'ensoleillement atteint 2500~3500h), donc la production d'énergie photovoltaïque et le pompage de l'eau deviennent naturellement le meilleur choix pour résoudre les problèmes d'approvisionnement en électricité et en eau dans ces zones. Ces dernières années, la baisse continue des prix des appareils photovoltaïques et l’amélioration continue de l’efficacité des cellules solaires ont créé des conditions très favorables à la promotion des systèmes de pompage d’eau photovoltaïques. L’investissement dans les pompes à eau photovoltaïques peut grandement améliorer la capacité de production de l’agriculture et de l’élevage, augmenter la production agricole et animale et changer le statu quo agricole dans les zones arides. La conservation de l'eau est essentielle à l'agriculture. Grâce à l'eau, l'agriculture peut se développer et les conditions de vie des agriculteurs peuvent s'améliorer. À long terme, les avantages économiques et sociaux sont donc évidents.