Conception d’un système de pompage d’eau solaire photovoltaïque expérimental pour régions isolées : mécanique, simulations et perspectives d’implantation

Delpech, Théo (2022). Conception d’un système de pompage d’eau solaire photovoltaïque expérimental pour régions isolées : mécanique, simulations et perspectives d’implantation. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

Prévisualisation

PDF Télécharger (12MB) | Prévisualisation

Résumé

L’eau douce est un des biens les plus précieux sur Terre. Sans elle, rien ne pousse et rien ne vit, le développement est impossible. Malgré cela, aujourd’hui, son accès est très inégal dans le monde mettant en péril la survie et la santé des membres de certaines communautés.

Afin de répondre à ce contexte, la nature du travail de recherche est alors double. La première est de réaliser la conception mécanique d’un banc d’essai qui simule à taille réelle un système de pompage photovoltaïque pour une communauté isolée. Le second objectif est de conceptualiser l’implantation d’un système de pompage solaire modulable, inspiré du banc d’essai, afin d’optimiser les perspectives d’évolution de consommation d’une communauté.

Par conséquent, pour mener à terme ces deux objectifs, plusieurs sujets sont abordés dans le présent document. Une revue de littérature qui présente l’avancée actuelle de la recherche dans le domaine. Une méthodologie complète. Il y a des simulations sur une année des systèmes de pompage solaire, par le biais de deux outils distincts. Finalement, une analyse de l’intégrité du système de pompage photovoltaïque est réalisée. Elle comprend deux études cruciales.

Tous ces travaux permettent de tirer de nombreux résultats et conclusions. Le banc d’essai est réalisable. Le dimensionnement est réalisé avec pour objectif de choisir les meilleurs composants classiques afin de maximiser la quantité d’eau pompée avec seulement un panneau standard pour une source d’eau de surface. L’intégralité de sa plage de fonctionnement est dressée dans un intervalle de hauteur de pompage compris entre 1 m et 11 m. Ainsi, il a la possibilité de pomper, respectivement, entre 54,65 m3/j et 7,44 m3/j soit alimenter, respectivement, entre 218 et 29 personnes consommant 250 L/j d’eau. Ces résultats s’inscrivent dans le respect d’une probabilité de manque d’eau inférieure à 5%. Les quantités pompées permettent ainsi à une communauté d’être autonome pour divers aspects en simultané.

Une étude de vieillissement montre que la probabilité de manque d’eau passe, en 25 ans, de 5% à 19,52%, en flux tendu, et de 5% à 7,9% avec un réservoir de trois jours.

L’intégrité structurelle du banc d’essai, face à une contrainte de vent de 145 km/h ainsi que son poids propre, est validée. La plage des débits à ne pas dépasser selon la hauteur d’aspiration de la pompe est explicitée dans le document afin d’éviter la cavitation.

Le système de pompage modulable a six modes distincts correspondant au nombre de panneaux photovoltaïque dans le système. Les six différentes configurations et les méthodes techniques pour les mettre en place sont détaillées dans l’étude. Il permet alors d’alimenter entre 80 et 502 personnes consommant 250 L/j ou entre 200 et 1255 personnes ayant une consommation de confort de 100 L/j.

L’intégrité structurelle du support des panneaux PV du système modulable est validée avec quelques mises en gardes sur la classe des vis de soutien de l’ensemble.

Titre traduit

Design of an experimental solar photovoltaic water pumping system for remote areas : Mechanics, simulations and implementation perspectives

Résumé traduit

Freshwater is one of the most precious commodities on Earth. Without it, nothing grows and nothing lives, development is impossible. Despite this, today, access to it is very uneven around the world, jeopardising the survival and health of members of several communities.

In order to respond to this context, the nature of the research work is then twofold. The first is to carry out the mechanical design of a test bed that simulates a full-scale photovoltaic pumping system for an isolated community. The second objective is to conceptualise the implementation of a scalable solar pumping system, inspired by the test bench, in order to optimise the prospects of a community’s consumption evolutions over time.

Therefore, to achieve these two objectives, several topics are addressed in this memoir. A literature review that presents the current state of research in the field. A comprehensive methodology. There are one year simulations of solar pumping systems, using two separate tools. Finally, an analysis of the integrity of the photovoltaic pumping system is performed. It includes two crucial studies.

All this work leads to many results and conclusions. The test bench is feasible. The sizing is done with the objective of choosing the best conventional components to maximise the amount of water pumped with only a standard panel for a surface water source. Its entire operating range is set within a pumping height interval of 1m to 11m. Thus, it has the ability to pump, respectively, between 54.65 m3/d and 7.44 m3/d or feed, respectively, between 218 and 29 people consuming 250 L/d of water. These results are in line with a probability of water shortage of less than 5%. The quantities pumped thus allow a community to be self-sufficient in various aspects at the same time.

An ageing study shows that the probability of a water shortage over 25 years increases from 5% to 19.52% with a just-in-time reservoir, and from 5% to 7.9% with a three-day reservoir. The structural integrity of the test bed, in the face of a 145 km/h wind stress as well as its own weight, is validated. The range of flow rates not to be exceeded according to the pump suction height is explained in the document in order to avoid cavitation.

The scalable pumping system has six distinct modes corresponding to the number of PV panels in the system. The six different configurations and the technical methods for implementing them are detailed in the study. It can then supply between 80 and 502 people consuming 250L/d or between 200 and 1255 people with a comfort consumption of 100L/d.

The structural integrity of the PV panel support of the scalable system is validated with some caveats on the class of the supporting screws of the assembly.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire présenté à l’École de technologie supérieure comme exigence partielle à l’obtention de la maîtrise avec mémoire en génie énergies renouvelables et efficacité énergétique". Comprend des références bibliographiques (pages 211-215).
Mots-clés libres:	pompage photovoltaïque, dimensionnement, intégrité, logiciels, implantation
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Rousse, Daniel R.
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt:	12 août 2022 17:25
Dernière modification:	01 nov. 2022 17:20
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3038

Gestion Actions (Identification requise)

Dernière vérification avant le dépôt