LA TECHNOLOGIE EUROPEÉNNE DE POMPAGE PHOTOVOLTAÏQUE - Instituto de Energía Solar Universidad Politécnica de Madrid Novembre 2002
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LA TECHNOLOGIE EUROPEÉNNE
DE POMPAGE PHOTOVOLTAÏQUE
Instituto de Energía Solar
Universidad Politécnica de Madrid
Novembre 2002
1. LE LANCEMENT DU PRS-I : une bonne référence pour la technologie
européenne
Le PRS-I a sans doute marqué une date importante dans l’histoire du “pompage
solaire européenne”, dans la mesure où ses procédés d’installation ont atteint des
niveaux de fiabilité qui dépassent très largement ceux qui caractérisaient précédemment
l’état de cet art. Nous ne pouvons imaginer de meilleure introduction à cette étude que
de révéler les impacts du PRS-I sur la fiabilité justement. Nous commencerons par les
déclarations de l’un de ses entrepreneurs:
“...The EC-office awarding the contract imposed strict quality
requirements on components and material for this project.........The
materials and components selected had to pass severe tests
performed at one or other of the four European research
laboratories that are officially accepted by the CILSS-
organisation.........Further, the fabrication processes of the
inverters’ suppliers were audited. During these tests some
possibilities for optimising the devices came to light and were later
integrated during production.
For instance, the degree of electrical protection was
increased from IP54 to IP55, the mechanical mounting of several
components was optimised for greater ruggedness and the software
program within the microcontroller was improved. 10 g-vibration
tests was also added to production testing.
Although this testing raised the supplier’s cost, in the end it
was justified by the way the components operated; all devices work
perfectly in the field and are highly reliable, which is not typically
the case for photovoltaic inverters.” 1
(Siemens Solar Gmbh)
Pour comprendre le sens de ce texte il convient de signaler que le PRS-I a porté
une attention toute particulière à assurer la qualité technique à travers la stricte
application d’un procédé qui se divisait en plusieurs tranches: définition de
spécifications, définition d’essais (tous deux inclus dans l’Appel d’Offres), essais des
prototypes dans des laboratoires indépendants et, contrôles de réception sur place pour
chacun des systèmes. Voici le résultat le plus remarquable: toutes les pompes PRS
fonctionnent normalement, ce qui représente une impressionnante augmentation de la
fiabilité vis à vis de la situation précédente. En outre, les pompes PRS-I “semble jolie”:
câblage, clôture, etc., ont été standardisés de façon très professionnelle, ce qui a des
effets positifs sur le niveau de satisfaction des usagers et de tous les agents impliqués
dans le programme.
Il convient de rappeler aussi, qu’à de nombreuses occasions, les procédés de
contrôle de qualité du PRS-I ont provoqué des situations difficiles, malgré la taille
relativement importante des compagnies concessionnaires du marché et de leur grande
capacité technique. En fait, la plupart des prototypes ont dû subir des modifications plus
ou moins significatives pour arriver à passer avec succès les essais. Les failles
survenues lors des premiers essais révélaient clairement le manque de standards
indépendants préalables. Le noyau des systèmes (modules et moteurs) était
2
essentiellement bon, mais de nombreux problèmes sont apparus avec d’autres
composantes: contacts, boîtes, terres, etc.
Etant donné la qualité technique atteinte par le PRS-I, il était à prévoir que celui-
ci ait servi de modèle, plus ou moins reconnu, pour d’autres projets de pompage.
Cependant, ce “transfert de technologie” informel présente quelques surprises très
intéressantes. Les figures 1 a 2 montrent certains détails des pompes installées à
Pernambuco (Brésil) dans le cadre d’un programme promu par le gouvernement de la
province en 1997. Il s’agit clairement de pompes concept-PRS (voir dans la figure 3 le
schéma inclus dans l’annexe technique de l’Appel d’Offres) avec, néanmoins, certains
non-sens provoqués par des défauts d’interprétation des standards PRS au contexte
particulier.
Figure 1. Pompe photovoltaïque de 1200 Wc installée en Pernambuco (Brésil)
Figure 2. Détaille de la installation antérieur. On peut voir le débitmètre, le manomètre et la tête du
forage.
3
Nous remarquons deux faits particuliers:
D’une part, les exigences techniques du PRS-I rendaient indispensable
l’installation d’un débitmètre, d’une prise susceptible de recevoir un manomètre, et
d’orifices praticables dans la margelle du puits et munis d’un bouchon. Le but de ces
dispositifs était de servir d’appui aux essais de réception. Le manomètre en particulier
permet de mesurer la hauteur équivalente au réservoir ainsi que les pertes par friction
dans les tuyaux, alors que les orifices dans la margelle du puits permettent d’introduire
une sonde pour en mesurer la profondeur. Ces dispositifs, avec le débitmètre et le
mesureur de rayonnement solaire, permettent de caractériser le rendement du système
de pompage, ce qui constituait une partie des essais de réception. Lorsque ces essais ont
pris fin (avec une durée de 3 ou 4 heures), le manomètre et la sonde ont été retirés de
l’installation, et le débitmètre seulement est resté sur place, les mesures périodiques de
celui-ci permettant de suivre l’opération de la pompe, et, dans certains cas, appuyer les
mécanismes de gestion.
Figure 3. Schéma de “l’Appel d’Offres” du PRS-I
Or, il apparaît que les pompes de Pernambuco contiennent non seulement un
débitmètre en permanence mais un manomètre aussi! Et ceci sans qu’il n’ait jamais été
envisagé de suivi ni des essais de réception. L’inclusion du manomètre est doublement
paradoxale, car dans tous les cas il s’agit de réservoirs dont la hauteur est connue (≈ 2
m) et négligeable par rapport à la profondeur de l’eau.
D’autre part, les pompes solaires de Pernambuco présentent d’importantes
déficiences dans les réservoirs et dans les tuyaux. Malheureusement, ceci peut être
observé dans de nombreux projets de coopération, installés souvent sans qu’il y ait une
coordination entre la responsabilité de l’approvisionnement des équipements de
pompage et la responsabilité dans la préparation des infrastructures pour la
manipulation de l’eau. Le figure 4 montrent des exemples de corrosion prématurée dans
un autre projet, au Maroc cette fois-ci, caractérisé lui aussi par des systèmes de
pompage d’origine européenne de bonne qualité, mais qui ont été installés sur des
4infrastructures locales inadéquates. Ces deux exemples ont été traités ici pour renforcer
les deux concepts qui soutenaient le PRS-I. D’une part, la considération du “système
d’eau” comme un ensemble qui comprend tout: du puits jusqu’à la distribution. D’autre
part, l’application rigoureuse des procédés de contrôle de qualité qui comprennent les
essais de prototypes et les essais de réception.
Figure 4. Photos de un projet du pompage au Maroc qui monstre la corrosion de las tuyaux.
L’expérience PRS-I a montré l’importance de certaines exigences préalables
allant de la définition des caractéristiques des puits jusqu’à la constitution effective de
comités locaux de l’eau. Elle a aussi montré que, même avec des technologies “dûment
éprouvé” et avec de grandes compagnies, les avantages que l’on peut espérer de
l’application de ces procédés de contrôle de qualité sont nombreux. Les exigences
préalables sont, en général, la responsabilité des programmes nationaux, alors que les
contrôles de qualité sont la responsabilité des programmes régionaux tels que le PRS-I
qui nous occupe. Aussi, nos remarques porteront avec plus de détail sur ces
programmes régionaux.
En général, ces contrôles de qualité provoquent des craintes et nombreux sont
ceux qui font remarquer qu’ils sont compliqués, chers et impartiales. Cependant, rien de
semblable n’est arrivé pour le PRS-I. Il faut rappeler d’abord, que tous les essais et les
contrôles ont été payés par le programme et non pas par les fabricants d’équipement, et
en deuxième lieu, le procédé a été établi avec un niveau de flexibilité suffisant
permettant aux fabricants d’introduire certaines modifications tout au long du processus.
En fait, aucun équipement n’a été définitivement exclu suite aux essais, bien que,
comme nous l’avons déjà remarqué, la plupart a dû subir certaines modifications pour
pouvoir les passer avec succès. Dans ce sens, nous pouvons affirmer que le contrôle de
qualité du PRS-I a été un processus non-excluant et qu’il a remarquablement amélioré la
qualité de la technologie photovoltaïque européenne.
2. L’OFFRE EUROPÈENNE AUJOURD’HUI
2.1 Equipement de pompage
5Le tableau 1 résume quelques unes des caractéristiques de ce qu’a été les
prévisions et les réalités de les pompes dans le PRS-I. Il est a noter que tous les
systèmes sont sans accumulation et emploient des pompes centrifuges. Le premier étant
une exigence de l’Appel d’offres, le deuxième est conséquence de l’offre du marché.
Tableau 1.- Caractéristiques des pompes submersibles du PRS-I
Type du système P1 P2 P3 P4 P5 P6
de pompage
Type de pompe Surface SurfaceSubmerge Submerge Submerge Submerge
Centrifuge Centrifuge Centrifuge Centrifuge
Type de moteur DC DC ó AC AC AC AC AC
Produit
Volume-Hauteur 180 340 360 820 1340 2050
(m4/día)
Nº installations 32 156 167 300 112 62
prévues
Nº installations 0 16 115 266 126 103
réalisées
% prévues / 0 10,2 68,9 88,7 112,5 166,1
réalisées
Le premier fait à remarquer est le nombre réduit des pompes de surface
installées (16 installations face aux 180 installations prévues). Ce type de pompe est
appliqué naturellement pour l’arrosage de petites et moyennes surfaces agricoles (≤ 1
Ha): l’effort économique que cela représente pour l’usager doit donc être compensé par
l’augmentation dans la production agricole due à l’arrosage. Comme il arrive
fréquemment avec les équipements photovoltaïques, qui se caractérisent par un grand
investissement au début et des coûts récurrents peu importants, la justification
économique de ce type de pompes n’apparaît que lorsque l’on considère des périodes
relativement larges (de plus de 5 ans) qui sont difficiles à assumer dans le cadre instable
de la réalité commerciale africaine. La crainte face à la situation catastrophique que
pourrait provoquer une panne, est peut-être une autre raison de la demande peu
importante de ce type de pompes (si l’arrosage manque, les plantes sont sèches en peu
de jours).
Quelle que soit la raison, la demande peu importante de pompes de surface n’est
pas exclusive au PRS-I. Loin de là, elle est généralisé dans le marché photovoltaïque et
elle entraîne une offre également peu importante. Dans le marché européen nous ne
connaissons que deux produits: la pompe flottante KSB, jusqu’à 400 Wc avec moteur
DC et sans charbons, offerte par SIEMENS au PRS-I, dont il existe, paraît-il un stock
relativement important, cette entreprise ayant décidé il y a plusieurs années de produire
une série de plusieurs centaines de ces pompes que le marché n’a pas absorbé depuis; et
la pompe flottante TOTAL, jusqu’à 400 Wc avec moteur DC également, offerte aux
PRS-I dans une version avec charbons que le fabricant a remplacé récemment par une
autre version sans charbons.
Le deuxième fait à remarquer est que le gros du PRS-I correspondait à des
pompes submersibles dans l’écart 800 à 1400 m4/jour avec des puissances de générateur
6supérieures à 800 Wc, qui exigent, pour des hauteurs considérables, des puits avec une
capacité de production supérieure en général à 5m3/heure*.
Il existe près de 30.000 forages dans les pays du Sahel et leurs caractéristiques
sont, malheureusement, peu connues. Il est cependant très probable que bien d’entre eux
présentent de sérieuses limitations dans leur capacité de production. En fait, il a été
publié que parmi les 1200 puits qui existent dans la région Mali Agua-Viva 2, 35%
seulement sont capables de fournir plus de 5m3/heure. Nous avons trouvé des résultats
semblables dans d’autres zones dont nous disposons d’information3, comme le montre
la figure 5. En d’autres termes, il est très probable que le marché potentiel de pompes
photovoltaïques en Afrique soit concentré sur des pompes, de moindre puissance que
celles qui caractérisent le PRS-I.
Figure 5. Histogramme de les valeurs du débit maximal pour 390 puits en l’Angola.
Dans le sens de cette idée, l’offre européenne depuis le lancement du PRS-I s’est
élargie peu à peu vers les petites pompes. Le tableau 2 rassemble les produits les plus
représentatifs dans la gamme 200 à 800 Wc.
Grundfoss maintient une solution basée sur un onduleur, moteur cage à écureuil
et pompe centrifuge et revient à une application dans des hauteurs entre 3 et 40 m, là où
les pompes centrifuges maintiennent une bonne efficacité. Flowman et TOTAL ont
choisi des pompes volumétriques, plus efficaces en hauteur que les pompes centrifuges,
toutes deux avec des moteurs DC, combinés à des électroniques pour résoudre le
problème du maximum de puissance que requiert le démarrage de ces pompes (5 fois la
puissance nominale et d’avantage). Flowman utilise une pompe à pistons et un moteur
*
Pour les pompes photovoltaïques sans acumulation d’énérgie éléctrique, l’expression aproximative
suivante est valable:
m3 m 2 kWh m3
Q d ≤ 0,7 G 2 Q m
jour kW m . jour h
Qd étant le volume journalier
G étant l’inclination journalière sur le plan des modules.
Qm étant le débit maximum que doit fournir le puits
7avec charbons, alors que TOTAL utilise une pompe à vis excentrique et un moteur sans
charbons. Enfin, nous savons qu’il existe un autre fabricant qui travaille actuellement
dans des développements basés sur cette dernière alternative (vis excentrique et moteur
sans charbons): de nouveaux produits vont donc apparaître à court terme.
Il faut y ajouter divers assembleurs qui offrent des systèmes de pompage avec
pompes à déplacement positif, avec moteur DC, d’origine américaine (SHURFLO,
SOLARJARK, FLOJET, etc.). Il s’agit de pompes à membranes et de moteurs avec
charbon, ce qui exige, en principe, un entretient annuel pour remplacer ces deux pièces.
Les informations que nous avons obtenu concernant la fiabilité de ces pompes sont
variables: il y a des difficultés d’étanchéité après l’ouverture nécessaire pour remplacer
charbons et membranes. C’est pourquoi, même en supposant que l’origine américaine
de ces composantes soit compatible avec l’origine européenne pour l’ensemble des
systèmes, il convient d’avoir une attitude prudente face à leur éventuelle utilisation, et
mettre en oeuvre des mesures spécifiques de garantie et de contrôle de qualité.
Tableau 2. Offre européenne de pompes photovoltaïques dans l’écart 200-800 Wc, d’après les données
de l’information fournie par les fabricants.
Fournisseur Grundfos Total Flowman
Type du Pompe Centrifuge Volumétrique Volumétrique Volumétrique
DC avec
DC sans DC avec
Type de moteur AC charbons et
charbons charbons
dans la surface
Puissance (Wc) 400 400 200 200 - 400
Equipement électronique Onduleur Contrôleur Contrôleur Contrôleur
Hauteur maximale (m) 40 80 200 70
Volume*Hauteur 200 350 200 180 - 350
(m4/jour)
En ce qui concerne l’offre européenne dans l’écart supérieur à 800 Wc, les
nouveautés les plus significatifs depuis le lancement du PRS-I renvoient à la
prolifération de variateurs de vitesse conventionnels, légèrement modifiés, pour leur
utilisation comme onduleurs dans des systèmes de pompage photovoltaïque4. Cette
solution, semblable à celle employée par SIEMENS pour les pompes P5 et P6 du PRS-I,
possède l’avantage d’utiliser un équipement bien standardisé dans le milieu des moteurs
électriques conventionnels, dont on fabrique des centaines de milliers par an, et qui
présentent par conséquent une bonne relation qualité/prix. Un exemple: le prix d’un
variateur de vitesse capable de supporter une puissance allant jusqu’à 6 kW est
d’environ 1000 ECU, celui d’un convertisseur de 2 kW spécifiquement photovoltaïque:
1500 ECU, et ils sont capables de déclencher n’importe quelle pompe triphasique
conventionnelle, ce qui représente plus de liberté par rapport à l’entretient à long terme.
Résumons: les réductions apparues dans l’offre européenne après le lancement
du PRS-I, c’est à dire, les petits systèmes, les pompes volumétriques et les variateurs de
8vitesse, représentent un élargissement de l’échelle de hauteurs et de débit de pompage.
Cependant, ceci ne représente en aucune façon un changement important dans les
caractéristiques globales de la technologie, dans ce sens que ceci ne touche dans
l’essentiel ni les prix ni la durabilité des systèmes de pompage. On en discute ci-
dessous.
2.2 Rendements
Le PRS-I constitue une excellente référence pour analyser l’état de l’art de la
technologie du pompage en ce qui concerne ses rendements, car un exemplaire de
chaque pompe a été mesuré dans le détail dans des laboratoires indépendants, ceci
faisant partie du processus de contrôle. L’objectif principal de ces mesures était de
connaître la relation entre la puissance hydraulique à la sortie de la pompe, PH, et
l’irradiance incidente à la surface des modules photovoltaïques, G. Pour ce faire, on a
mesuré le débit fournit par la pompe, Q, à hauteur fixe, HT. En plus, la mesure du
courant I, et de la tension V, fournis par le générateur permet de faire la différence entre
l’efficacité de celui-ci, ηA (définie par rapport à l’efficacité du générateur dans des
conditions standard) et l’efficacité de l’ensemble onduleur-moteur-pompe, ηIMB.
Ces mesures ont été utilisées pour calculer le volume d’eau pompé chaque jour,
Qd, dans les condition particulières du PRS-I, définies par une irradiation journalière sur
la surface du générateur Gd = 6 kWh/m2 et une température extérieure, Te = 35°C. Pour
comparer un système avec un autre, nous avons défini un facteur de mérite, Fm, en
divisant les m4 “pompés” par jour par l’irradiation incidente en kWh/m 2, et par la
puissance du générateur en kWc. Il est facile de voir que Fm est lié à l’efficacité globale
du système.
Les tableaux 3 à 5 montrent le résultat des mesures correspondant à la plus
efficace de toutes les pompes mesurées, et à deux pompes pour grande hauteur. Nous
avons justement choisi ces résultats car le marché photovoltaïque européen assiste
actuellement à l’introduction de plusieurs pompes volumétriques, plus efficaces face
aux pompes centrifuges, dans des conditions de grande hauteur et de faible radiation.
Quelle que soit leur configuration particulière (vis excentrique, levier, membranes, etc.)
ces pompes exigent un contrôleur électronique dont la tâche principale est de fournir les
grands courants (5 à 6 fois plus que le courant nominal) dont elles ont besoin pour
démarrer. Comme tout autre circuit électronique dans les débuts de son développement,
ce contrôleur représente une source potentielle de problèmes qu’il convient de ne pas
oublier lorsqu’on considérera l’éventuelle utilisation de ces pompes.
Tableau 3. Rendement du meilleur système de pompage photovoltaïque offert au PRS-I. Le tableau
monstre valeurs instantanés. Les valeurs journaliers pour Gd = 6 kWh/m2, Ta = 35°C et HT = 30 m fut: Qd
= 32.2 m3/jour, et FM = 111.8 m4/( kWh/m2.kWc). GMIN= 165 W/m2.
9G(W/m2) V(V) I(A) Q(m3/h) PG(W) PH(W) ηIMP ηA
240 115 2.86 0.80 328.9 66.7 0.20 0.95
437 115 5.11 2.55 587.6 212.5 0.36 0.93
627 115 6.96 4.00 800.4 333.4 0.42 0.89
775 115 7.96 4.55 915.4 379.2 0.41 0.82
855 115 8.24 4.70 947.6 391.7 0.41 0.77
Tableau 4. Rendement d’un système de pompage photovoltaïque pour grande profondeur offert au PRS-
I. Le tableau monstre valeurs instantanés. Les valeurs journaliers pour Gd = 6 kWh/m2, Ta = 35°C et HT =
75 m fut: Qd = 30 m3/jour, et FM = 98.3 m4/( kWh/m2.kWc). GMIN= 280 W/m2.
G(W/m2) V(V) I(A) Q(m3/h) PG(W) PH(W) ηIMP ηA
300 263 3.7 0.67 973.1 139.6 0.14 0.85
400 265 5.1 2.00 1351.5 416.7 0.31 0.89
500 266 6.3 2.88 1675.8 600.5 0.36 0.88
600 267 7.4 3.53 1975.8 735.5 0.37 0.86
700 268 8.3 4.10 2224.4 854.2 0.38 0.83
800 270 9.2 4.50 2484.0 937.6 0.38 0.81
900 270 9.7 4.70 2619.0 979.3 0.37 0.76
Tableau 5. Rendement d’un autre système de pompage photovoltaïque pour grande profondeur offert au
PRS-I. Le tableau monstre valeurs instantanés. Les valeurs journaliers pour Gd = 6 kWh/m2, Ta = 35°C et
HT = 75 m fut: Qd = 24.6 m3/jour, et FM = 98.9 m4/( kWh/m2.kWc). GMIN= 265 W/m2.
G(W/m2) V(V) I(A) Q(m3/h) PG(W) PH(W) ηIMP ηA
300 111 8.1 0.95 899.1 197.9 0.22 0.93
400 111 10.8 1.89 1198.8 393.8 0.33 0.93
500 111.5 13.4 2.54 1494.1 529.4 0.35 0.92
600 112 15.6 2.98 1747.2 620.9 0.36 0.90
700 112 17.7 3.30 1982.4 687.6 0.35 0.87
800 112 19.2 3.53 2150.4 735.5 0.34 0.83
900 112 20.4 3.65 2284.8 760.5 0.33 0.78
Si on observe soigneusement ces tableaux, ils montrent que l’efficacité des
pompes centrifuges en hauteur (75 m) diminue de 20 à 30% par rapport à celles qui se
10trouvent à moyenne hauteur. Cette réduction, apparemment très significative, n’a
cependant qu’un impact économique relativement réduit. Cette affirmation se comprend
lorsque l’on considère que la diminution de l’efficacité peut-être compensée avec une
augmentation semblable dans la puissance nominale du générateur et que le prix de
celui-ci ne représente que 20% du total des systèmes déjà installés *. Une augmentation
de 25% des modules du générateur ne représente, par conséquent, qu’une augmentation
de 5% dans le coût des systèmes. À notre avis, et au vu de ces chiffres, les pompes
volumétriques doivent être envisagées, mais dans la mesure où elles auront passé un
contrôle de qualité strict pour garantir que les avantages éventuels dans le coût
n’entraînent des inconvénients en termes de fiabilité.
On peut répliquer que cet exercice de comparaison n’est pas très représentatif de
la situation réelle du marché, car les pompes volumétriques y sont offertes pour de
“petits” systèmes, alors que les pompes centrifuges sont offertes pour des systèmes
“grands”, donc, en toute rigueur, il n’y a pas lieu de considérer une concurrence directe
entre elles. Pourtant, les conclusions quant aux exigences de fiabilité sont d’autant plus
valables, car le coût relatif du générateur photovoltaïque est encore moindre pour les
petits systèmes que pour les grands.
2.3 Prix
D’autre part, la situation actuelle des prix des systèmes de pompage ne montre
pas de changements radicaux par rapport à la situation lors du PRS-I, ce qui correspond
à une technologie bien stabilisée, où des changements brusques ne sont plus à attendre,
dans aucun aspect. Comme exemple représentatif de la situation actuelle, le tableau 6
résume les prix d’un programme d’installation de 10 systèmes de pompage, mis en
oeuvre en 1998. Le programme inclut deux systèmes comprenant un générateur
photovoltaïque de 3 et 1,5 kWc respectivement, un variateur de vitesse de 3,7 et 2,2
kW respectivement, et d’une pompe centrifuge submergée à 35 m de profondeur.
Pour pouvoir comparer avec le PRS-I il faut ajouter aux chiffres du tableau, au
moins, les prix qui correspondent au transport, au conditionnement de la tête du forage
ainsi qu’à l’approvisionnement et à l’installation de la clôture. Tout ceci peut, dans
l’ensemble, augmenter les prix jusqu’à 10 - 14 Euros/Wc. Il faut en outre tenir compte
du fait qu’il s’agit de systèmes relativement grands et qui correspondent justement aux
systèmes les moins chers qu’offre le marché actuel: onduleurs à variation de vitesse et
pompes triphasiques conventionnelles. Les chiffres peuvent augmenter beaucoup pour
des systèmes plus petits. Le tableau 7 montre notre estimation pour les prix qu’on
pourrait obtenir avec des systèmes plus petits et en ajoutant d’autres éléments.
Tableau 6. Prix, en Euros, d’un programme de pompage en 1998.
Générateur 3 kWc 1,5 kWc
Modules (4,1 Euro/Wc) 12.270 6.135
*
Le montant unitaire de la fourniture d’équipements PRS-I s’établit à 19,29 Euro/Wc, le titre des
modules photovoltaïques ne dépasse donc pas 4 Euro/Wc.
11Support 1.740 870
Onduleur 1.380 960
Pompe 830 460
Matériel hydraulique 590 590
Matériel électrique 770 770
Installation 1.230 1.230
TOTAL 18.810 11.015
Euro/Wc 6,3 7,3
Tableau 7. Estimation, en Euros, pour les systèmes de pompage les plus petits
Type du pompe Centrifuge AC Volumétrique DC Volumétrique DC
(30 m) (30 m) (100 m)
Modules 1476 1312 1066
Support 220 220 220
Onduleur 780 405 249
Pompe 690 804 804
Matériel 590 590 870
hydraulique
Matériel électrique 770 770 770
Installation 1230 1230 1230
TOTAL 5756 5331 5209
Euro/Wc 16 16,6 20
Il est à remarquer que les prix varient maintenant entre 16 et 20 Euro/Wc et il
faut ajouter, comme nous l’avons déjà dit, mis a part le prix du transport, la margelle du
forage et la clôture. En peu de mots, la fourchette des prix est très large; selon le type de
pompe (taille et concept) et du lieu où elle va fonctionner, elle peut varier de 10 à 25
Euros, à comparer avec le chiffre général de 19,29 Euro/Wc représentatif du PRS-I5.
Lorsque nous analysons les prix de systèmes installés, nous trouvons deux
remarques particulièrement intéressantes. D’abord, le prix unitaire (Euro/Wc) diminue
considérablement lorsque la puissance du système augmente. Un mètre cube d’eau
coûte bien moins cher dans un grand système que dans un petit; il arrive de même
lorsqu’on analyse les coûts des contrats d’entretien associés aux pompes PRS-I5. Il n’est
donc pas étonnant que la demande des populations penche pour les grandes pompes,
puisque la relation bénéfice effort s’améliore avec la taille. La deuxième remarque porte
sur les prix de l’équipement solaire en soi: générateur photovoltaïque et onduleur
représentent une partie relativement réduite du prix total des systèmes installés. 20% est
un chiffre représentatif qui se réduit d’avantage encore si l’on considère aussi le coût
des infrastructures nécessaires pour obtenir et manipuler l’eau: puits, réservoir et tuyaux
12de distribution. Cela veut dire que le coût “élevé” du pompage photovoltaïque n’est pas
dû à sa nature “solaire” mais au caractère «décentralisé» de son application. Ceci
implique que l’éventuel déplacement vers des systèmes plus petits que ceux du PRS-I,
suite aux limitations des puits signalées dans le paragraphe précédent, aura tendance à
augmenter les prix, car, quelle que soit la solution technologie adoptée, la tendance aux
petites tailles augmente toujours la tendance à la décentralisation. Dans les secteurs plus
liés à la technologie, il est fréquent d’entendre que l’utilisation “massive” de la
technologie photovoltaïque pourrait inverser cette tendance, et réussir à obtenir des
coûts compétitifs par rapport aux technologies conventionnelles, beaucoup plus
centralisées. Néanmoins, la croissance remarquable de l’industrie dans les dernières
années a été accompagnée par une remarquable réduction des prix des modules
photovoltaïques, ce qui n’a pas été le cas pour les systèmes. Le tableau 7 montre
certaines valeurs présentés pour l’IEA6.
Tableau 7. Donnes publies par l ‘IEA sur les systèmes photovoltaïques décentralises dans quelque pays
européen
Puissance Systèmes Systèmes
Prix de modules
Pays accumulée 100-500 Wc 1 – 4 kWc
(Euros/Wc)
installée (kWc) (Euros/Wc) (Euros/Wc)
DEU 1687 6.9 – 5.3 27.6 11.4
ESP 4926 6–5 22 15.5
FRA** 2900 7.7 – 5.3 41 28
GBR* 219 - 15 -
ITA 9610 - 16.5 15
* Dans le prix n’est pas inclue l’installation ** Le prix inclue le coût d’entretien
Il est impossible maintenant d’avancer une estimation globale pour le coût actuel
d’un projet de pompage photovoltaïque, mais pour avoir une première idée, en prenant
la valeur moyenne précédente, c’est à dire 17,5 Euro/Wc nous pouvons conclure que un
nouveau projet pourrait être 16% moins cher que n’a été le PRS-I. D’après notre
intuition, les chiffres réels ne doivent pas être bien loin de cette valeur.
2.4 Fiabilité
Il faut constater d’abord le manque d’information systématisée sur la fiabilité
expérimentale des systèmes de pompage photovoltaïque. Nous ne connaissons aucune
publication avec des valeurs de MTBF (Mean Time Between Failure), ou des valeurs
semblables, basées sur des données obtenues sur le terrain. Il est donc difficile de
chiffrer les besoins et le coût d’entretien. À la place des chiffres, nous ferons quelques
réflexions qualitatives.
En premier lieu, l’absence de procédés de standardisation et de certification
spécifique à cette application et dont la mise au point pourrait être une garantie de
qualité et de durabilité. Ce vide est un terrain propice pour des réalisations concrètes qui
13présentent parfois des problèmes de fiabilité, comme nous l’avons vu au début de ce
rapport, et comme l’ont montré les essais du processus de contrôle de qualité du PRS-I.
En deuxième lieu, les innovations, en général, représentent d’éventuels progrès
dans la maturité de la technologie (dans ce sens elle doivent être bien accueillies) mais
elles entraînent des risques intrinsèques de fiabilité, associés fréquemment plutôt à la
réalisation pratique des engins qu’au concept en soi, car cette réalisation n’a peut-être
pas prévu certaines des difficultés que pose le fonctionnement continué des systèmes. Il
convient de rappeler que l’efficacité et les coûts d’investissement ne sont que quelques
uns des aspects à considérer lorsque l’on décide d’installer une technologie. Dans le
contexte particulier des zones éloignées, la fiabilité à long terme est plus importante7.
Le panorama des innovations présentes dans l’offre photovoltaïque européenne
s’accorde avec cette idée. D’une part elle permet d’élargir le champ d’application du
pompage, et dans certains cas, de réduire les coûts, mais d’autre part elle entraîne
l’utilisation d’équipements qui ne sont pas passés par le filtre du “dûment éprouvé”.
Voici quelques soucis particuliers:
- Des équipements électroniques de puissance (onduleurs, interfaces pour
pompes DC) qui peuvent être abîmés dans des conditions anormales de
fonctionnement (moteur bloqué, manque d’eau, etc.) ou mal protégés (IP non
certifié).
- Des moteurs DC sans charbons, avec une électronique pour laquelle le
paragraphe précédent peut être appliqué.
- Des moteurs DC submergés et avec charbons qui peuvent avoir des problèmes
d’étanchéité, après les ouvertures nécessaires pour remplacer périodiquement ces
charbons.
Aussi, nous considérons que l’industrie européenne doit persévérer dans les
procédés pour assurer la qualité qui caractérisaient le PRS-I, en révisant, si cela était
nécessaire, les spécifications techniques concrètes, pour faire entrer les innovations. Il
doit aussi persévérer dans l’exigence de l’établissement de contrats d’entretien entre les
entreprises et les communautés pour garantir le fonctionnement à long terme des
systèmes. Le montant prévisible de ces contrats dépend en large mesure des conditions
particulières de chaque pays (nombre de systèmes, dispersion, accès, etc.).
3. CONCLUSIONS
Le PRS-I a marqué une date très importante dans l’histoire du pompage
photovoltaïque européen. Tout particulièrement, l’application d’un procédé
rigoureux de contrôle de qualité a conduit les pompes PRS-I à fonctionner avec des
niveaux de fiabilité bien au-dessus de ceux qu’on connaissait jusqu’à présent. Ceci a
été profitable aussi bien pour le PRS-I que pour l’industrie européenne en général.
Les conditions même du PRS-I et l’évolution de la demande ont fait que le gros du
programme soit centré sur des systèmes de puissance moyenne et grande, avec des
pompes AC, centrifuges et submergées. Un écart représentatif étant: de 800 à
Wc pour la puissance du générateur, et de 20 à 50 m pour les hauteurs de pompage.
Les aspects les plus remarquables de l’évolution de l’offre photovoltaïque
européenne depuis, sont les suivants:
14- Pour les systèmes de petite taille, l’élargissement de l’écart de 200-800 WC,
destinés à travailler dans des puits avec un débit de moins de 5 m3/heure.
- La prolifération du concept de variateurs de vitesse - pompes triphasiques
standardisées, dans l’écart de puissance de plus de 800 W. Ce concept offre
des avantages potentiels de coût et d’entretien.
- L’apparition de pompes volumétriques, destinées à travailler,
principalement, dans des puits de grande profondeur (> 100 m). Ces pompes
exigent un équipement électronique permettant de fournir des courants forts
pour leur démarrage.
Bien que significatives, ces nouveautés ne représentent pas des progrès énormes
dans l’état de l’art. Ceci est en accord avec le fait que la technologie photovoltaïque
pour le pompage d’eau a atteint un degré de maturité important.
Conformément à ce qui a déjà été dit, la situation actuelle des prix n’est pas très
différente de ce qu’elle était pour le PRS-I. Une première évaluation indique de
possibles réductions de prix de 16%, en termes de Euros par puissance crête installé.
Deux recommandations nous semblent particulièrement importantes pour aborder:
- Elargir l’écart des tailles des systèmes de pompage submergé. Le marché
actuel offre de bons produits dans l’écart 200-6000 Wc.
- Maintenir le niveau d’exigence technique et les procédés de contrôle de
qualité qui ont fait du PRS-I un programme remarquable de par sa qualité.
Références
151
S. Makukatin et al., ‘The CILSS-project: a large-scale application of photovoltaics in Africa’, 1st
WCPEC, Hawai, 1994
2
Le pompage solaire photovoltaique: 13 années d’experiences et de savoir-faire au Mali” AFME
1991
3
Donnée de la Direçao Geral do Aguas do Ministerio da Energia e Petroleos de Angola
4
M. Alonso-Abella et al, “Use of Standard Frecuency Converters in PV Pumping Systems”, 2nd
WCPEC, Viena, 1998
5
Programme Regional Solaire. Ed. Fondation Energies pour le Monde, Paris, 1996
6
Report IEA PVPS Ex.Co.\TI 1997:1, International Energy Agency, 1997
7
W. Bucher, “Aspects of solar water pumping in remote regions”, Energy for Sustainable
Development, Vol. 3, nº 4, 1996.Vous pouvez aussi lire
