Panneaux photovoltaïques dans les systèmes photovoltaïques Moteurs Pompes à eau

Panneau photovoltaïque

Le réseau photovoltaïque est composé de nombreuses cellules solaires connectées en série et en parallèle, et sa fonction est de convertir directement l'énergie solaire en énergie électrique CC. Actuellement, la plupart des cellules solaires utilisées dans les systèmes de pompes à eau photovoltaïques sont des cellules solaires au silicium, notamment des cellules solaires au silicium monocristallin, au silicium polycristallin et au silicium amorphe. La courbe caractéristique volt-ampère d'une cellule solaire est représentée sur la figure. C'est fortement non linéaire.

La courbe caractéristique volt-ampère d'un champ photovoltaïque a la même forme que celle d'une cellule solaire individuelle. Si l'on ne tient pas compte des différences dans le processus de fabrication des cellules solaires individuelles et de la résistance de connexion entre les composants, elle présente une cohérence idéale. La courbe caractéristique volt-ampère d'un champ photovoltaïque peut être considérée comme l'échelle de la courbe caractéristique volt-ampère d'une cellule solaire individuelle agrandie en série et en parallèle.

Moteur et pompe

Toutes les mesures du système de pompe à eau photovoltaïque visent à assurer un débit d'eau stable et fiable, ou en d'autres termes, elles dépendent toutes du travail du moteur et de la pompe à eau, qui constituent souvent un ensemble nécessitant une fiabilité maximale et un rendement élevé. Pour les pompes à eau photovoltaïques, la combinaison de moteurs et de pompes à eau n'est pas aussi « occasionnelle » que la combinaison habituelle de moteurs et de pompes à eau. Étant donné que le niveau de puissance et le niveau de tension du moteur sont largement limités par le niveau de tension et le niveau de puissance du panneau solaire, lorsque les exigences relatives à la hauteur manométrique et au débit de la pompe à eau se reflètent sur le moteur, il est souvent nécessaire de le concevoir spécifiquement tout en tenant compte de la structure du panneau. En raison des différentes exigences des différents utilisateurs, les moteurs d'entraînement des pompes à eau photovoltaïques comprennent : les moteurs à courant continu traditionnels de différents niveaux de tension, les moteurs à aimant permanent sans balais à courant continu, les moteurs asynchrones triphasés, les moteurs synchrones à aimant permanent, les moteurs à réluctance, etc. À en juger par l'utilisation actuelle, les moteurs asynchrones triphasés et les moteurs à courant continu sans balais sont les plus courants, et les systèmes haute puissance utilisent encore principalement des moteurs asynchrones triphasés à haut rendement. Lors de la conception du moteur, les conditions de fonctionnement spécifiques de la pompe à eau photovoltaïque doivent être pleinement prises en compte, principalement : fonctionnement à fréquence variable, grandes variations de taux de charge entre le matin et le soir, etc. Dans ce cas, il faut s'efforcer de faire en sorte que le rendement moyen total du moteur soit le plus élevé possible tout au long de la journée et de toute l'année. Il ne s'agit pas d'un moteur ordinaire qui peut être considéré comme fonctionnant toujours sous une alimentation électrique à tension constante.

La sélection et la conception des pompes à eau dans les systèmes de pompage d’eau photovoltaïques sont également très uniques. En fonction des différentes exigences des utilisateurs en matière de débit et de hauteur manométrique, le type de pompe peut être sélectionné selon les principes suivants basés sur l'économie et la fiabilité :

Les utilisateurs qui ont besoin d'un faible débit et d'une hauteur manométrique élevée doivent choisir une pompe à eau à déplacement positif ; les utilisateurs qui ont besoin d'un débit plus important et d'une hauteur manométrique plus élevée doivent choisir une pompe électrique submersible ; les utilisateurs qui ont besoin d'un débit plus important mais d'une hauteur manométrique plus faible doivent généralement utiliser une pompe à eau auto-amorçante.

2. Efficacité et caractéristiques du système de pompe à eau photovoltaïque

L'efficacité du système ηsys peut être l'efficacité instantanée du système, ou l'efficacité moyenne horaire du système, le coefficient d'efficacité moyen quotidien, l'efficacité moyenne mensuelle du système, l'efficacité moyenne trimestrielle du système, l'efficacité moyenne annuelle du système, etc. Lors du calcul de ces efficacités, il convient de noter que dans les formules de définition ci-dessus, les limites d'intégration choisies pour le numérateur et le dénominateur sont les mêmes heures, jours, mois, trimestres ou années. On confond souvent l'efficacité moyenne quotidienne avec la moyenne arithmétique de l'efficacité moyenne horaire, ou l'efficacité moyenne mensuelle avec la moyenne des efficacités moyennes quotidiennes de chaque jour d'un mois.

L’efficacité du système de pompage d’eau photovoltaïque commercial varie généralement de 1 % à 6 %. La qualité des produits varie considérablement. De plus, comme l'efficacité des cellules solaires est incluse dans l'efficacité du système, il est difficile de juger l'efficacité des principaux composants tels que les onduleurs et les groupes motopompes en se basant uniquement sur l'efficacité du système. Par conséquent, l'efficacité des cellules solaires est généralement exclue du marché et une « efficacité du système motopompe » est donnée. Le mot « système » signifie ici que l'efficacité du MPPT et de l'onduleur à fréquence variable a été prise en compte. À en juger par la situation actuelle des produits sur le marché mondial, l'efficacité des systèmes de pompage varie considérablement, la plus élevée étant d'environ 60 % et la plus faible d'environ 10 % seulement. Bien entendu, les différents niveaux de puissance, types de pompes et types de moteurs auront des plages de rendement différentes. Afin de garantir sa fiabilité, son rapport performances/prix sur une certaine période doit être soigneusement étudié.

Le volume d'eau quotidien du système de pompage d'eau photovoltaïque est fortement influencé par les conditions météorologiques (principalement l'ensoleillement) et il est difficile de donner un résultat précis. L'état de fonctionnement du système correspondant ne peut être donné qu'en fonction de la répartition spécifique de l'ensoleillement à un jour donné.

Par exemple, pour un système de pompage d'eau photovoltaïque, l'irradiation solaire à laquelle il commence à pomper l'eau (correspondant à une certaine valeur de levage) est d'environ 420 W/m2 (à environ 7 h 50 du matin). On appelle cela « 420 W/m2 » le « seuil de pompage d'eau » du système lorsque le levage est égal à cette certaine valeur. Le seuil de pompage de l'eau est un indicateur important pour mesurer l'état de fonctionnement d'un système de pompage d'eau photovoltaïque. Il dépend non seulement de la qualité du système de pompage d'eau photovoltaïque, mais aussi de la capacité du panneau solaire utilisé. Pour le même système avec la même capacité de panneau et la même hauteur de levage, plus le seuil est bas, mieux c'est, ce qui signifie que la pompe à eau peut pomper de l'eau plus tôt et plus.

Afin de développer et d'améliorer davantage la conception, la fabrication et les tests des systèmes de pompage d'eau photovoltaïque, mon pays a lancé des progiciels correspondants tels que la simulation de système, la CAO de système et la configuration optimisée.