Irrigation : Pompage solaire

Le pompage solaire en irrigation

Avec 3.000 heures d’ensoleillement par an et une irradiation moyenne de plus de 5 KWh/m2, le Maroc dispose d’un potentiel solaire considérable. Le pays entend exploiter massivement cette énergie propre et inépuisable, avec un ambitieux Projet marocain d’énergie solaire (Plan Solaire) présenté en 2009  à Ouarzazate. La mise en œuvre par le Maroc du grand projet d’énergie solaire permettra, de diversifier ses sources énergétiques, d’augmenter sa capacité de production et de réaliser annuellement des économies en pétrole pouvant atteindre près d’un million de tonnes soit une économie de 4 à 6 milliards de dirhams par an et participera à la préservation de l’environnement par la limitation des émissions de gaz à effet de serre.

 

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L’agriculture marocaine représente 18,7% de la balance énergétique finale du pays. Cette consommation est dominée par les énergies fossiles représentées par le gasoil et l’essence, le butane et le propane et en dernier lieu l’électricité. Ces ressources d’énergies renouvelables sont certes disponibles, mais restent très souvent inexploitées. Leur exploitation est perçue comme étant une des solutions envisageables pour répondre aux défis énergétiques et peut rendre l’application du pompage de l’eau par l’intermédiaire des pompes solaires photovoltaïques comme une solution prometteuse pour l’irrigation répondant parfaitement aux besoins des sites isolés et dont le raccordement au réseau électrique est trop onéreux.

L’irrigation par pompage à petite échelle est l’une des utilisations les plus intéressantes de l’énergie solaire. En effet, l’intensité maximale du rayonnement solaire correspond généralement à la période des besoins en eau des pompages les plus importants. D’autre part, le fait que cette énergie soit disponible juste au point d’utilisation, libère l’agriculteur des problèmes liés à l’approvisionnement en carburant, ou bien à l’existence de lignes de transport de l’électricité facilement accessibles. L’eau ainsi pompée peut être utilisée directement ou stockée dans un réservoir pour une utilisation ultérieure.

 

TECHNOLOGIE DU POMPAGE SOLAIRE ELECTRIQUE

Les principaux composants d’un système solaire de pompage de l’eau sont le générateur photovoltaïque et le groupe moto-pompe. Les systèmes solaires de pompage de l’eau peuvent être conçus avec ou sans moyen de stockage. Il existe des accumulateurs conçus spécialement pour fonctionner avec des systèmes PV. La plupart des batteries à décharge profonde ont des rendements d’environ 80% selon la température.

Le fonctionnement des systèmes d’énergie photovoltaïque repose sur une propriété bien connue des semi-conducteurs qui est la transformation de l’énergie lumineuse en un courant électrique. Il consiste à utiliser les cellules photoélectriques pour transformer directement le rayonnement solaire en électricité. L’assemblage en série de ces cellules permet de constituer un module photovoltaïque (panneau solaire), qui produit un courant continu.

 

Les panneaux photovoltaïques

Le rendement des panneaux solaires est fonction de l’ensoleillement et de l’angle d’exposition, d’une part, et de la température des cellules, d’autre part. Ces deux paramètres dépendent de la latitude et des caractéristiques climatologiques et géographiques de la zone d’implantation. Une étude est obligatoire pour chaque cas afin de connaître la surface de panneaux nécessaire à la pompe.

La taille du générateur dépendra du modèle de pompe choisi, de la quantité d’eau requise, des conditions climatiques et d’ensoleillement. Les panneaux ont des durées de vie comprises entre 25 et 30 ans avec une dégradation lente de leurs performances.

L’énergie PV nécessaire dépend de la quantité d’eau à fournir quotidiennement. A titre d’exemple, dans l’hypothèse de 10% de pertes de charge dues aux canalisations et autres pertes sur le trajet entre le régulateur et la pompe, un système PV de 180 watts pourrait alimenter en énergie une pompe solaire à courant continu performante de 150 watts qui, à son tour, pourrait pomper plus de 1300 litres d’eau en 4 heures d’ensoleillement direct.

 

Groupes motopompe d’un système photovoltaïque

Les systèmes de pompage photovoltaïques comportent nécessairement, outre le générateur, un « sous-système » constitué d’un moteur électrique destiné à faire fonctionner une pompe. Comme un générateur photovoltaïque fournit un courant continu, il faut donc que le moteur électrique soit à courant continu. Avec les moteurs électriques classiques à courant alternatif, il faut adjoindre au système un convertisseur onduleur pour transformer le courant continu en courant alternatif. Les inconvénients de l’utilisation des onduleurs sont liés à son coût et aux pertes de puissance dans l’onduleur même. Mais il offre l’opportunité de l’utilisation de pompes électriques relativement peu coûteuses, standard et fabriquées en série.

La taille et le type de pompe dépendent de la quantité d’eau requise (litres par jour), de la hauteur totale de charge (niveau de pression que la pompe doit fournir). Généralement, pour l’irrigation à des faibles hauteurs d’élévation, le dispositif le plus courant et le plus indiqué est un groupe motopompe immergé. La pompe peut être installée en surface, mais l’auto-amorçage est un facteur essentiel en cas d’utilisation de l’énergie solaire, sinon l’utilisateur serait amené à réamorcer la pompe chaque fois que le rayonnement solaire est affaibli par les nuages.

Le rendement optimal d’un groupe motopompe est obtenu pour un couple de valeurs données de la tension et de l’intensité. C’est un facteur important à prendre en compte dans le choix d’une pompe solaire. Car avec les prix élevés des générateurs photovoltaïques, toute baisse du rendement se traduit par la nécessité d’avoir des générateurs photovoltaïques plus gros et par suite plus coûteux.

Ainsi, le projeteur du système photovoltaïque aura toujours à adapter le groupe motopompe au générateur de sorte que pour les conditions types du rayonnement solaire, le point de fonctionnement sera défini par des tensions et des courants aussi proches que possible de la partie en courbe de la caractéristique du module photovoltaïque. Or, chaque générateur est normalement caractérisé par des conditions optimales de fonctionnement permettant l’obtention d’une puissance maximale dans toutes les conditions d’ensoleillement

 

CONCLUSION

Toute décision prise par l’Etat pour ne pas continuer à supporter constamment le fardeau de la subvention de la facture d’importation énergétique conjuguée aux éventuelles hausses des prix du marché pétrolier, laissent présager que la solution solaire deviendra plus compétitive. 

Une telle conjoncture, réclame d’intégrer les systèmes d’énergie solaire dans le programme d’électrification des zones rurales où « leurs petites dimensions et leur caractère modulaire les rendent particulièrement adaptés aux populations reculées et dispersées ayant de faibles et intermittents besoins énergétiques ».

Les économies résultant du pompage de l’eau grâce à l’énergie solaire sont instantanées et continues, se conjuguant aux coûts d’entretien minimum dans les régions où les coûts initiaux d’extension du réseau électrique sont supérieurs à celui du système solaire de pompage de l’eau.

La viabilité économique de l’utilisation de l’énergie solaire pour l’irrigation est actuellement limitée à des hauteurs d’élévation et à des puissances faibles. Toutefois, du fait du progrès technique notable dans le domaine de l’énergie solaire et de la baisse des coûts actuels, on peut correctement s’attendre à ce que le prix en termes réels des cellules solaires va subir encore une baisse et  faire des pompes solaires une option économiquement viable pour l’irrigation  a petite échelle et pour des hauteurs d’élévation  élevées.

L’installation des panneaux photovoltaïques pour un système de pompage d’eau ne pose aucun problème sur le plan technique, le problème majeur c’est au plan économique. Par rapport aux combustibles fossiles, les systèmes d’énergie solaire sont souples, propres, demandent très peu d’entretien et ménagent l’environnement, mais ils ont leurs limites. Les agriculteurs les plus défavorisés ne peuvent généralement pas accéder aux systèmes solaires. Mais les barrières financières et institutionnelles peuvent être surmontées si le secteur privé pouvait développer le marché en touchant la clientèle rurale et si l’Etat décidait de soutenir ce marché.