Pompe solaire en haute altitude : l'altitude ne vous donne pas plus de soleil
La réponse courte : l’altitude ne vous donne pas plus de soleil, et elle ne rend pas une pompe immergée plus faible. L’altitude supprime la pression atmosphérique, et la pression atmosphérique est la seule chose qui permet à une pompe d’élever l’eau par aspiration. Au niveau de la mer, la limite théorique d’aspiration est de 10,3 m et la limite pratique est d’environ 6 m. À 4 000 m, elles deviennent 6,3 m et environ 2 m. Une pompe immergée placée dans l’eau n’est absolument pas affectée, c’est pourquoi les hautes terres sont le domaine des pompes immergées. La seconde surprise, c’est que « haute altitude » et « beaucoup de soleil » ne sont pas la même chose : sur les dix sites andins que j’ai tirés de NASA POWER, la station la plus élevée n’est pas la plus ensoleillée, et le mois le plus ensoleillé peut fournir 40 pour cent de plus que le pire.
Je reçois des demandes du Pérou, de Bolivie, du Chili et du nord de l’Argentine chaque semaine, et le postulat derrière presque toutes est le même : à 4 000 m le soleil est plus fort, donc la pompe sera plus facile. La première moitié n’est pas toujours vraie et la seconde moitié ne l’est que si vous choisissez le bon type de pompe. Cet article traite des deux, car ce sont des problèmes différents que l’on confond entre eux.
Ce que l’altitude change vraiment (et ce qu’elle ne change pas)
Il existe exactement trois grandeurs physiques qui changent avec l’altitude et qui importent pour un système de pompage.
| Ce qui change | Sens | Effet sur votre système |
|---|---|---|
| Pression barométrique qui chute | 101 kPa au niveau de la mer à environ 62 kPa à 4 000 m | Le point clé. Elle supprime la hauteur d’aspiration. Toute pompe installée au-dessus de la surface de l’eau est affectée |
| Température de l’air qui baisse (environ 6,5 C par 1 000 m dans la libre atmosphère) | Jours plus frais, nuits beaucoup plus froides | Tension de panneau plus élevée, risque de gel sur les tuyaux de surface, grand écart de température journalier |
| Densité de l’air qui baisse | Environ 40 pour cent plus faible à 4 000 m | Refroidissement convectif plus faible des panneaux, et protection UV plus faible |
Et voici ce qui ne change pas, ce qui est tout aussi important :
- La courbe de la pompe. Une courbe de pompe est la hauteur en fonction du débit. La hauteur se mesure en mètres d’eau, le débit en mètres cubes par heure, et aucun des deux ne dépend de la pression de l’air au-dessus du puits. Une
4DSC6-101-110-1100qui délivre un débit donné à 60 m au niveau de la mer délivre le même débit à 60 m à 4 000 m. - La densité de l’eau. L’eau douce est de 1 000 kg/m3 au niveau de la mer comme à 4 000 m. Le travail pour élever 1 m3 de 10 m est identique.
- La puissance nominale du panneau. Un panneau noté 550 W est noté pour une irradiation de 1 000 W/m2 et une température de cellule de 25 C, ce qui est une condition de laboratoire, pas une condition d’altitude. Ce que l’altitude change, c’est l’irradiation que vous recevez réellement et la température de cellule à laquelle vous fonctionnez réellement, et les deux sont des effets de second ordre comparés au nuage.
La conséquence pratique est une règle de conception claire qui économise beaucoup d’argent : sur les hautes terres, n’élevez jamais l’eau par aspiration. Mettez la pompe dans l’eau et le problème d’altitude disparaît entièrement. Tout le reste de cette page concerne le choix du champ photovoltaïque et la protection de l’équipement de surface.
La hauteur d’aspiration que vous perdez au-dessus de 2 000 m
Une pompe centrifuge placée au-dessus de la surface de l’eau n’aspire pas l’eau vers le haut. Rien n’aspire. L’atmosphère pousse sur la surface du puits, et la pompe abaisse la pression à l’intérieur de la tuyauterie d’aspiration pour que l’atmosphère puisse pousser l’eau à l’intérieur. La hauteur maximale que cette poussée peut atteindre est fixée par la physique :
Hauteur d’aspiration maximale (m) = hauteur de pression atmosphérique (m) moins hauteur de pression de vapeur (m)
Au niveau de la mer, une pression atmosphérique de 101,3 kPa équivaut à 10,3 m d’eau. À 4 000 m, 62 kPa équivalent à 6,3 m. C’est le plafond absolu, avec une pompe parfaite, un frottement nul et une eau à 20 C. Ensuite, vous soustrayez les pertes du monde réel. En utilisant une petite pompe centrifuge ou auto-amorçante avec une exigence NPSH de 2,5 m, 1,0 m de frottement et de raccords dans la ligne d’aspiration, 0,24 m de pression de vapeur d’eau et une marge de sécurité de 0,5 m, les chiffres se présentent ainsi :
| Altitude | Pression barométrique | Point d’ébullition de l’eau | Hauteur d’aspiration maximale théorique | Hauteur d’aspiration pratique, petite pompe de surface |
|---|---|---|---|---|
| Niveau de la mer | 101,3 kPa | 100 C | 10,3 m | 6,1 m |
| 1 000 m | 89,9 kPa | 96,7 C | 9,2 m | 4,9 m |
| 2 000 m | 80,0 kPa | 93,2 C | 8,2 m | 3,9 m |
| 3 000 m | 70,0 kPa | 89,6 C | 7,1 m | 2,9 m |
| 4 000 m | 62,0 kPa | 86,3 C | 6,3 m | 2,1 m |
| 4 500 m | 57,7 kPa | 84,5 C | 5,9 m | 1,6 m |
(Valeurs de pression issues de l’atmosphère standard et de la norme IEC 60664-1 Table A.2, qui donne 80,0 kPa à 2 000 m, 70,0 kPa à 3 000 m et 62,0 kPa à 4 000 m. La colonne pratique suppose une exigence NPSH de 2,5 m, une perte de ligne d’aspiration de 1,0 m, une marge de sécurité de 0,5 m, une eau à 20 C.)
Relisez la dernière colonne. Une pompe qu’un catalogue appelle une pompe auto-amorçante de 7 m est une pompe de 2 m à 4 000 m. Ce n’est pas une petite correction, c’est un facteur trois, et c’est la raison la plus courante pour qu’une pompe de surface qui fonctionnait parfaitement dans une vallée « ne fonctionne pas » quand elle est installée sur le plateau.
Deux choses aggravent le problème en pratique :
- Le chiffre du catalogue est un chiffre au niveau de la mer. Les catalogues de pompes sont écrits pour une atmosphère de référence. Quand un modèle est indiqué avec une hauteur d’aspiration de 7 m ou 8 m, cela est mesuré à environ 100 kPa. Personne ne le reformule pour votre élévation.
- Les fuites d’aspiration comptent davantage. Toute petite fuite d’air dans une bride d’aspiration, une vanne de pied usée ou un joint qui serait cosmétique au niveau de la mer devient une défaillance de performance à 3 500 m, car il y a moins de pression pour pousser l’eau au-delà et la cavitation commence plus tôt.
La solution n’est pas une pompe de surface plus grosse. Une pompe plus grosse ne relève pas la pression de l’atmosphère. La solution est de réduire la hauteur d’aspiration à un ou deux mètres, ou de placer la pompe dans l’eau.
Pourquoi une pompe immergée ignore l’altitude et une pompe de surface ne l’ignore pas
C’est la décision de conception qui sépare un système de haute altitude qui fonctionne d’un système qui continue de déclencher la protection contre la marche à sec.
Une pompe de surface fait deux travaux : elle doit élever l’eau de la source jusqu’à sa propre roue (impulseur), puis la pousser là où vous en avez besoin. Seul le premier travail dépend de la pression de l’air. Une pompe immergée ne fait que le second travail, car elle est déjà dans l’eau. Toute sa puissance nominale, chaque mètre de hauteur et chaque mètre cube par heure, concerne la poussée.
Notre propre catalogue présente les deux versions de la même hydraulique côte à côte. La série DQD est la version immergée et la série HJQD est la version centrifuge de surface, et elles partagent les mêmes neuf classements hydrauliques :
| Classement hydraulique | Débit | Hauteur | DQD immergée | HJQD centrifuge de surface |
|---|---|---|---|---|
| 300 W / 24 V | 5,5 m3/h | 14 m | Dans l’eau, altitude sans importance | Doit être à environ 2 m de l’eau à 4 000 m |
| 550 W / 48 V | 7 m3/h | 18 m | Dans l’eau, altitude sans importance | Doit être à environ 2 m de l’eau à 4 000 m |
| 1 100 W / 110 V | 12 m3/h | 30 m | Dans l’eau, altitude sans importance | Doit être à environ 2 m de l’eau à 4 000 m |
| 1 500 W / 110 V | 50 m3/h | 10 m | Dans l’eau, altitude sans importance | Doit être à environ 2 m de l’eau à 4 000 m |
Même hauteur, même débit, même nombre de panneaux, et l’une d’elles devient inutilisable dès que le niveau d’eau descend de 3 m sous la berge. Sur l’altiplano, où les niveaux d’eau en saison sèche bougent et où les puits creusés à la main se trouvent juste à côté de la cabane de pompage, c’est la différence entre un système qui fonctionne et un système retourné.
Le seul cas où une pompe de surface a encore du sens en altitude, c’est quand l’eau est réellement à vos pieds : un canal, une caisse à source, un réservoir de stockage, un fossé d’irrigation. Alors la hauteur d’aspiration est inférieure à un mètre et la pénalité d’altitude est sans importance. C’est exactement le cas pour la DCPM15-14-48-550 (550 W, 48 V, 15 m3/h à 14 m) ou la DQB3.0-65-72-750 (750 W, 72 V, 3 m3/h à 65 m) placées à quelques mètres d’un canal, et pour la HJET2.7-45-48-550 (550 W, 48 V, 2,7 m3/h à 45 m) sur une caisse à source. Ce que vous ne devez pas faire, c’est garer une pompe auto-amorçante sur la berge d’un puits à 3 900 m et espérer qu’elle élève 6 m.
Plus haut, c’est souvent plus nuageux : les données qui brisent le lieu commun
Voici maintenant la partie qui coûte de l’argent. Tout le monde, de l’acheteur à l’installateur local, vous dira qu’en haute altitude le soleil est fort. J’ai tiré la climatologie mensuelle de NASA POWER pour dix emplacements andins, et les données ne le confirment pas.
| Emplacement | Élévation | Moyenne annuelle | Pire mois | Meilleur mois | Écart |
|---|---|---|---|---|---|
| Uyuni, Bolivie (altiplano sec) | 3 670 m | 6,71 | Juin 5,00 | Nov 8,38 | -40 % |
| Potosi, Bolivie | 4 090 m | 6,19 | Juin 5,15 | Nov 7,23 | -29 % |
| Puno / Juliaca, Pérou | 3 830 m | 6,46 | Juin 5,54 | Nov 7,55 | -27 % |
| El Alto / La Paz, Bolivie | 4 150 m | 5,98 | Juin 5,26 | Nov 6,91 | -24 % |
| Arequipa, Pérou | 2 335 m | 6,63 | Juin 5,47 | Nov 8,27 | -34 % |
| Cusco, Pérou | 3 400 m | 4,91 | Fév 4,66 | Nov 5,36 | -13 % |
| Huancayo, Pérou | 3 250 m | 5,44 | Mar 4,75 | Nov 6,12 | -22 % |
| Cerro de Pasco, Pérou | 4 380 m | 4,97 | Mar 4,42 | Août 5,43 | -19 % |
| Cajamarca, Pérou | 2 750 m | 5,16 | Mar 4,42 | Août 5,73 | -23 % |
| Arica, Chili (côte, pour contraste) | 30 m | 5,57 | Juin 3,25 | Déc 7,56 | -57 % |
(Climatologie NASA POWER de l’irradiation solaire descendante à courte longueur d’onde en surface tous ciels confondus, kWh/m2/jour, moyennes mensuelles.)
Trois conclusions découlent de ce tableau.
1. L’altitude ne prédit pas votre ressource solaire. Cerro de Pasco se situe à 4 380 m, le site le plus élevé de la liste, et reçoit en moyenne 4,97 kWh/m2/jour. Arequipa se situe 2 045 m plus bas et reçoit 6,63. C’est un avantage de 25 pour cent pour le site le plus bas. Parallèlement, Uyuni, à 3 670 m, bat El Alto à 4 150 m de 12 pour cent même si elle est 480 m plus bas. Ce qui décide de ces chiffres, c’est le nuage : l’altiplano sec autour d’Uyuni, Potosi et Puno est l’un des endroits les plus dégagés de la planète, tandis que la puna humide du centre et du nord du Pérou, Cerro de Pasco, Huancayo, Cajamarca, Cusco, est sous un lourd nuage saisonnier. Deux plateaux à la même altitude, l’un 35 pour cent plus riche que l’autre.
2. Le mois minimum n’est pas le mois auquel vous vous attendez. Sur l’altiplano sec, le pire mois est juin, l’hiver austral : le ciel est à son plus dégagé mais le soleil est à son plus bas et les jours sont les plus courts. Uyuni passe de 8,38 en novembre à 5,00 en juin, une baisse de 40 pour cent. Dans la puna humide, le pire mois se déplace vers mars, à la fin de la saison des pluies, car le nuage est le facteur déterminant là-bas plutôt que l’angle du soleil. Cerro de Pasco et Cajamarca tombent tous deux à un creux de 4,42, en mars.
3. La saison sèche et la saison de faible ensoleillement sont la même saison sur l’altiplano. Juin et juillet sont les mois où la demande en irrigation fourragère est la plus forte dans les hautes terres boliviennes et du sud du Pérou, et ce sont aussi les mois de plus faible production de l’année. Un champ dimensionné sur le chiffre de novembre sera court de 40 pour cent exactement quand l’agriculteur en a besoin. Dimensionnez sur juin.
La méthode est gratuite et prend cinq minutes. Recherchez votre propre latitude et longitude dans la climatologie NASA POWER, prenez le pire mois, et dimensionnez le champ sur ce chiffre. Si vous voulez la version détaillée de cette méthode, elle est développée dans le guide Afrique, où le mécanisme est la pluie plutôt que l’altitude mais l’arithmétique est identique.
Le pire mois n’est pas le même mois partout sur le plateau
Comme des centaines de projets de pompage solaire au Pérou, en Bolivie et au Chili sont dimensionnés sur une moyenne annuelle, ils échouent tous dans les mêmes quelques semaines, et les semaines diffèrent selon le côté des Andes où vous vous trouvez.
| Zone | Pire mois | Moyenne annuelle | Valeur du pire mois | Déficit par rapport à la moyenne |
|---|---|---|---|---|
| Altiplano sec (Uyuni, Potosi, Puno, El Alto) | Juin | 5,98 à 6,71 | 5,00 à 5,54 | 11 à 26 pour cent |
| Puna humide (Cerro de Pasco, Huancayo, Cajamarca, Cusco) | Mars | 4,91 à 5,44 | 4,42 à 4,75 | 10 à 14 pour cent |
| Désert côtier du Pacifique (Arica) | Juin | 5,57 | 3,25 | 42 pour cent |
La colonne côtière est le cas extrême, et elle rappelle que l’altitude n’est pas la seule chose qui compte : à Arica, la valeur de juin de 3,25 est plus basse que tout mois de toute station des hautes terres du tableau, car l’hiver apporte la camanchaca, le brouillard côtier qui surplombe l’Atacama pendant des semaines. Si vous pompez pour un verger d’oliviers ou d’avocatiers sur la plaine côtière au pied des Andes, vous êtes dans un climat solaire plus difficile qu’un agriculteur à 4 000 m.
La règle pratique pour le plateau : prenez votre pire mois, multipliez votre volume quotidien par 1,3, et dimensionnez sur ce chiffre. Le facteur 1,3 couvre l’encrassement des panneaux et le vieillissement que cet environnement sec, poussiéreux et à fort UV livre plus vite qu’un site tempéré. Toute l’arithmétique de dimensionnement se trouve dans comment dimensionner une pompe à eau solaire.
Les deux extrémités de la journée : une aube froide et un midi chaud
La haute altitude a l’écart de température journalier le plus large de tout endroit habité de la planète. El Alto passe d’environ moins 3 C avant le lever du soleil à 15 C dans l’après-midi, et la plage journalière de 18 à 20 C est normale. Cela vous donne deux problèmes électriques différents dans la même journée, et les deux sont vérifiés par rapport au contrôleur.
L’aube froide est l’extrémité dangereuse. La tension à circuit ouvert du panneau augmente quand la température baisse, d’environ 0,3 pour cent par degré sous 25 C. Prenons un panneau de 550 W avec une VOC nominale d’environ 49,5 V et une Vmp nominale d’environ 42 V, et plaçons-le à 3 900 m lors d’une matinée de juillet à moins 10 C. C’est 35 degrés sous 25 C, donc la tension nominale augmente d’environ 10,5 pour cent :
| Chaîne | VOC nominale | VOC à moins 10 C | Limite DF-48 120 V | Limite DF-110 220 V | Limite A/D 450 V |
|---|---|---|---|---|---|
| 2 x 550 W | 99 V | 109 V | Sûr | Sûr | Sûr |
| 3 x 550 W | 148 V | 164 V | Détruit le contrôleur | Sûr | Sûr |
| 4 x 550 W | 198 V | 219 V | Détruit le contrôleur | 1 volt de marge, ne le faites pas | Sûr |
La dernière ligne est celle qui piège les gens. Le conseil standard dans les tropiques est qu’un contrôleur DF-110 avec un plafond de 220 V accepte facilement quatre panneaux. En hiver andin, non. Trois panneaux en série est le plafond pour un contrôleur 110 V en haute altitude, et si vous avez besoin de plus de puissance de champ, vous ajoutez une chaîne en parallèle plutôt qu’une chaîne en série plus longue. Toute l’arithmétique de chute de tension et de chaîne se trouve dans le guide de dimensionnement de câble.
Le midi chaud est l’extrémité plus douce en altitude, ce qui est l’inverse des tropiques. La température de la cellule dépend de l’irradiation, de la température de l’air et du refroidissement, et ici les trois effets se combattent : l’irradiation est élevée, l’air est raréfié donc le refroidissement convectif est plus faible, mais la température de l’air est basse. En pratique, un panneau en haute altitude tourne plus froid qu’un panneau tropical, donc vous n’avez pas le mode de défaillance tropical où la tension de chaîne s’affaisse vers le bas de la fenêtre MPPT à midi. Ce que vous perdez, c’est la marge de détarage : l’air raréfié retire environ 40 pour cent des molécules d’air disponibles pour emporter la chaleur de l’arrière du panneau, donc un après-midi calme à forte irradiation à 4 000 m tourne plus chaud que ne le suggère la température ambiante. Ne comptez pas sur l’altitude pour vous donner des watts supplémentaires. Prévoyez les 1,3 fois la puissance de pompe standard en puissance nominale de panneau, et lisez MPPT vs PWM si vous voulez le mécanisme.
Il y a un troisième point électrique qui est purement lié à l’altitude et n’a rien à voir avec le soleil : l’altitude maximale d’installation de votre contrôleur. La norme IEC 60664-1, qui fixe les distances d’isolement pour les équipements basse tension, s’applique aux équipements utilisés jusqu’à 2 000 m, et au-delà elle exige que la distance à l’intérieur de l’équipement soit augmentée : un facteur de 1,14 à 3 000 m, 1,29 à 4 000 m et 1,48 à 5 000 m. De nombreux contrôleurs, variateurs et onduleurs sont donc notés pour 2 000 m en standard et soit se détarent au-delà, soit ne sont pas certifiés du tout. Posez la question par écrit avant d’acheter : quelle est l’altitude maximale d’installation de ce contrôleur ? Un contrôleur noté pour 2 000 m installé à 4 200 m est une réclamation de garantie en attente, et c’est un mode de défaillance qu’aucune plomberie correcte ne pourra réparer.
Gel, glaciers en retrait et nappe en baisse
Deux problèmes lents qui décident si un système de haute altitude fonctionne encore dans cinq ans.
Gel. La pompe immergée elle-même est en sécurité, car elle se trouve sous la ligne d’eau où l’eau reste à 4 à 10 C toute l’année. Ce qui gèle, c’est tout ce qui est au-dessus de la ligne d’eau :
- Le mètre supérieur d’eau dans un puits creusé à la main ou un pozo peu profond. C’est la défaillance classique de l’altiplano. Si la pompe se trouve dans le haut de la colonne d’eau, en juin et juillet la roue (impulseur) peut se trouver dans la glace. Placez la pompe au moins 1,5 m sous le niveau d’eau le plus bas attendu, et plus si le puits est peu profond.
- La tuyauterie de descente au-dessus de la ligne d’eau, la tuyauterie de surface du chef de puits au réservoir, le pressostat, les raccords de tuyau et la clapet de retenue.
- Le réservoir, s’il est en acier ou en plastique à paroi fine et laissé plein à une hauteur qui peut geler solidement.
Les mesures qui fonctionnent sont les ennuyeuses : enterrez la tuyauterie de surface sous 0,8 m, ou mieux, vidangez-la après chaque cycle de pompage avec un petit trou de purge pour que la ligne se vide d’elle-même ; placez la pompe plus profond ; isolez ou enterrez le réservoir ; et gardez le contrôleur à l’intérieur. C’est le même ensemble de problèmes qu’un marché tempéré, et il est traité plus en détail dans pompes solaires en hiver, mais la version haute altitude est plus difficile car le gel est suivi d’un après-midi à 20 C qui dégèle la ligne juste à temps pour qu’elle gèle à nouveau la nuit suivante.
Une nappe en baisse. Celle-ci est propre aux Andes et elle n’est pas réversible. Environ 70 pour cent des glaciers tropicaux du monde se trouvent dans les hautes Andes péruviennes, boliviennes et équatoriennes, et ils reculent rapidement. Le glacier bolivien de Chacaltaya est passé de 97 pour cent de perte de masse entre 1960 et 2003 à une disparition complète en 2009. Les glaciers péruviens ont perdu plus d’un cinquième de leur masse en environ 35 ans, réduisant l’apport en eau vers la région côtière d’environ 12 pour cent. La Paz tire environ 30 pour cent de son alimentation en eau d’un bassin glaciaire, Quito environ 50 pour cent. Les reportages de Yale Environment 360 sur l’évaluation de la Banque mondiale placent la part des glaciers tropicaux des Andes appelés à disparaître d’ici 20 ans à la plupart d’entre eux.
Pour un acheteur de pompe, la conséquence est concrète : le niveau statique de l’eau que vous mesurez aujourd’hui n’est pas le niveau statique que votre pompe verra dans dix ans. Concevez en conséquence :
- Achetez une marge de hauteur, pas seulement l’adéquation. Si votre hauteur manométrique totale est de 43 m, choisissez une pompe avec une hauteur maximale d’au moins 65 à 70 m plutôt qu’une pompe cotée exactement à 45 m. Sur ces pompes, un point de fonctionnement à 90 pour cent de la hauteur maximale est un point de fonctionnement avec presque aucun débit, et il ne vous laisse rien quand le niveau baisse. Tout ce qui se trouve dans la gamme haute hauteur convient, il s’agit seulement de laisser de la place.
- Faites passer votre tuyauterie de remontée généreusement pour pouvoir abaisser la pompe. Laissez assez de câble et assez de tuyau pour que la pompe puisse être descendue de 10 ou 15 m de plus lors d’une décennie sèche sans nouvelle installation.
- Mesurez saisonnier, pas instantané. Enregistrez le niveau d’eau en saison humide et en saison sèche avant de dimensionner. Sur l’altiplano, la mesure en saison sèche est la seule qui compte.
Exemple travaillé : une ferme d’alpagas et de fourrage à 3 900 m
Une vraie forme de projet de l’altiplano bolivien. Une famille avec 150 alpagas et une parcelle fourragère de 0,1 hectare, un forage de 4 pouces de 70 m de profondeur, et une maison à 60 m du chef de puits.
Étape 1 - les données du site, mesurées en saison sèche, pas en saison humide.
| Entrée | Valeur | Note |
|---|---|---|
| Niveau statique de l’eau | 28 m | Mesuré en juin, le pire mois |
| Rabattement en pompage | 6 m | Doit être mesuré en pompage, pas estimé |
| Hauteur jusqu’à la sortie du réservoir | 3 m | Base du réservoir à 3 m au-dessus du sol au chef de puits |
| Trajet horizontal | 60 m de tuyau de 1,25 pouce | Compté comme 60 / 10 = 6 m de hauteur |
| Hauteur manométrique totale | 43 m | 28 + 6 + 3 + 6 |
Étape 2 - le volume quotidien, divisé en charge de base et charge d’irrigation.
- Ménage : 0,5 m3/jour
- 150 alpagas à environ 5 litres par tête par jour : 0,75 m3/jour
- Irrigation fourragère en saison sèche : 0,1 ha recevant 60 mm par semaine est 60 m3 par semaine. Pompez-le dans un réservoir progressivement plutôt qu’en une seule fois, donc cela coûte 60 / 7 = 8,6 m3/jour
- Total quotidien de pointe : environ 10 m3/jour
Étape 3 - convertir en débit en utilisant le pire mois. Juin à 3 900 m donne environ 5,3 kWh/m2/jour, et à 3 900 m l’air frais aide le champ, donc utilisez un facteur système de 0,85 plutôt que les 0,78 que vous utiliseriez dans un climat chaud :
5,3 x 0,85 = 4,5 heures de pompage effectives
10 m3/jour / 4,5 h = 2,2 m3/h requis à 43 m de hauteur
Étape 4 - choisir le modèle avec marge, pas le modèle qui rentre juste. Ne choisissez pas une pompe dont la hauteur maximale est de 45 m pour un travail de 43 m ; sur une pompe solaire, c’est un point de fonctionnement avec presque aucun débit, et il ne reste rien pour la décennie sèche. Choisissez une hauteur maximale d’au moins 1,5 fois votre hauteur de fonctionnement, donc 65 m ou plus ici.
La 4DSC6-101-110-1100 est l’ajustement naturel : 1 100 W, 110 V, débit maximal de 6 m3/h et hauteur maximale de 101 m. À 43 m de hauteur, elle délivre confortablement plus que les 2,2 m3/h dont vous avez besoin, et elle a encore 58 m de hauteur en réserve pour le jour où le niveau d’eau baisse. Roue (impulseur) en acier inoxydable, ce qui est le bon choix pour les eaux souterraines andines qui transportent souvent un fin limon glaciaire.
Étape 5 - le champ et la chaîne. 1,3 x 1 100 W = 1 430 W, donc trois panneaux de 550 W pour 1 650 W. Trois en série donnent 148 V de VOC nominale et environ 164 V lors d’une matinée à moins 10 C, dans la limite de 220 V du contrôleur 110 V. La Vmp nominale de la chaîne est d’environ 126 V, dans la fenêtre MPPT du contrôleur. Quatre panneaux en série atteindraient 219 V et ne sont pas acceptables. Si vous avez besoin d’un quatrième panneau, ajoutez-le comme une seconde chaîne en parallèle.
Étape 6 - stockage. Un réservoir ménager de 5 m3 à la maison couvre deux jours de demande domestique et d’élevage, et un réservoir doublé séparé de 60 m3 prend le paquet d’irrigation hebdomadaire pour que la pompe n’ait jamais à fonctionner plus fort que 2,2 m3/h. C’est le seul endroit où la haute altitude est réellement plus facile que les tropiques : il n’y a pas de problème de nuage en saison des pluies à concevoir, seulement l’angle du soleil de juin, et l’eau que vous stockez ne s’évapore jamais aussi vite que dans le Sahel.
Une vraie échelle de modèles pour les sites de haute altitude
Chaque modèle ci-dessous provient de notre catalogue actuel, et chacun est un vrai produit avec une puissance nominale publiée. La parenthèse au milieu est celle à lire : c’est la hauteur maximale, et votre hauteur de fonctionnement ne devrait jamais dépasser environ les deux tiers de celle-ci.
| Modèle | Puissance | Tension | Débit max | Hauteur max | Où il s’insère sur le plateau |
|---|---|---|---|---|---|
2DPC1.7-64-48-400 | 400 W | 48 V | 1,7 m3/h | 64 m | Un ménage, un forage de 2 pouces, la plus petite option profonde |
3DPC3.8-123-110-1100 | 1 100 W | 110 V | 3,8 m3/h | 123 m | Forage de 3 pouces, roue (impulseur) plastique, eau propre |
4DPC9-45-110-750 | 750 W | 110 V | 9 m3/h | 45 m | Puits peu profond, gros volume, roue (impulseur) plastique |
4DPC6.5-112-110-1300 | 1 300 W | 110 V | 6,5 m3/h | 112 m | Puits profond, eau propre, option économique face à l’inox |
4DSC6-101-110-1100 | 1 100 W | 110 V | 6 m3/h | 101 m | La cheval de trait pour les eaux andines limoneuses, roue (impulseur) inox |
4DSC3.5-140-110-1100 | 1 100 W | 110 V | 3,5 m3/h | 140 m | Nappes en baisse, forages profonds |
4DSC4.8-203-110-1500 | 1 500 W | 110 V | 4,8 m3/h | 203 m | L’option à étage unique la plus profonde de la gamme |
3DSS1.7-109-48-500 | 500 W | 48 V | 1,7 m3/h | 109 m | Pompe à vis, éleveurs dispersés, petit volume quotidien et haute hauteur |
3DSS2.0-150-72-750 | 750 W | 72 V | 2 m3/h | 150 m | Même chose, plus profond ou plus de volume |
DQD7-18-48-550 | 550 W | 48 V | 7 m3/h | 18 m | Étang, canal ou caisse à source. Immergée, donc l’altitude est sans importance |
DQD50-10-110-1500 | 1 500 W | 110 V | 50 m3/h | 10 m | Relevage de canal ou remplissage de réservoir |
4/6DSC30-31-110-1500 | 1 500 W | 110 V | 30 m3/h | 31 m | Échelle communautaire, gros volume, faible hauteur |
4/6DSC30-100-380/520-4000-A/D | 4 000 W | AC 380 / DC 520 V | 30 m3/h | 100 m | Projet de village, fonctionne sur panneaux le jour et sur le réseau ou un groupe électrogène quand il y en a un |
Le schéma de la gamme est cohérent : 2DPC, 3DPC et 4DPC pour les petits forages et l’eau propre, 3DSC et 4DSC quand l’eau transporte du limon ou que vous avez besoin de plus de hauteur depuis un trou de 4 pouces, 3DSS pompes à vis pour la combinaison malcommode d’un très petit volume quotidien et d’un niveau d’eau très profond, DQD pour tout ce où l’eau est ouverte et peu profonde, et la famille 4/6DSC avec le suffixe A/D quand le client est un village plutôt qu’une famille. Les modèles A/D comptent plus sur le plateau que sur la plupart des marchés, car de nombreuses communautés des hautes terres disposent d’une connexion au réseau intermittente qui peut être utilisée le soir pendant que les panneaux font le travail de jour, sans acheter de batterie. L’économie de ce choix se trouve dans pompe solaire sans batterie.
Généralisations qui valent la peine d’être gardées : une roue (impulseur) à faible hauteur convient à une DQD dans un réservoir et est mauvaise pour un forage de 100 m, et si votre eau est un limon glaciaire plutôt que du sable propre, passez à une roue (impulseur) inox et restez-y.
Cinq erreurs qui ruinent les projets de haute altitude
Dans l’ordre où je les vois réellement :
- Installer une pompe de surface ou auto-amorçante au-dessus de l’eau. C’est la défaillance numéro un et elle est entièrement évitable. Une hauteur d’aspiration de catalogue de 7 m est une réalité de 2 m à 4 000 m. Mettez la pompe dans l’eau, ou rapprochez-la à un mètre de la surface.
- Dimensionner le champ sur la moyenne annuelle, ou sur la moyenne du plateau. Le pire mois va de 4,42 à 5,54 selon le côté des Andes où vous êtes, et l’écart au sein d’un même site atteint 40 pour cent. Concevez sur votre propre pire mois, à vos propres coordonnées.
- Supposer qu’une haute altitude signifie un soleil fort. Cerro de Pasco à 4 380 m reçoit 25 pour cent de soleil annuel de moins qu’Arequipa à 2 335 m. Deux emplacements à la même altitude peuvent différer d’un tiers. Le nuage décide, pas la hauteur.
- Compter la chaîne en série à la température ambiante. Une aube à moins 10 C ajoute environ 10 pour cent à la VOC de votre chaîne. Quatre panneaux de 550 W sur un contrôleur 220 V font 219 V, ce qui est une défaillance avec un volt de marge. Trois est le plafond sur un contrôleur 110 V, deux sur un contrôleur 48 V.
- Ignorer la nappe en baisse et le gel. Les glaciers andins ont perdu plus d’un cinquième de leur masse en 35 ans et la saison sèche s’allonge. Achetez une marge de hauteur, laissez assez de tuyauterie de remontée pour abaisser la pompe de 10 m de plus, enterrez ou vidangez la ligne de surface, et placez la pompe au moins 1,5 m sous le niveau d’eau le plus bas pour qu’elle ne soit pas dans la glace en juillet.
Tout le reste, l’arithmétique de la hauteur, le nombre de panneaux, la fenêtre de tension, la section du câble, le volume du réservoir, est du génie ordinaire, et tout se trouve dans cet article et dans ceux qui y sont liés.
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Lecture connexe : comment calculer la hauteur manométrique totale pour l’arithmétique de la hauteur, comment lire une courbe de pompe pour comprendre pourquoi une pompe de 45 m n’est pas une pompe de 45 m, schéma de câblage du contrôleur de pompe solaire pour la disposition de la chaîne et du câble, et pompe solaire pour l’alimentation en eau d’un village si votre projet est une communauté plutôt qu’une seule ferme.
Questions fréquentes
Une pompe solaire fonctionne-t-elle à 4 000 m d'altitude ?
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