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Production d'électricité - Photovoltaïque - Pompage de l'eau - 0,05 kW - Hors réseau / Canada
Mandat de l'étude de cas
Vous êtes installateur de systèmes photovoltaïques (PV) de puissances intermédiaires. Vous avez besoin de produire rapidement une étude de coûts et performances d'un système photovoltaïque (PV) de pompage de l'eau pour abreuvoir à bétail. Vous avez obtenu un contrat pour installer un abreuvoir pour un troupeau de bovidés de 20 têtes.
Données techniques
Afin d'éviter que le bétail ne s'approche des berges d'un environnement marécageux fragile, l'eau de cet endroit sera pompée jusqu'à un réservoir à partir duquel elle sera distribuée selon la demande des animaux. Le site se trouve à 100 km au nord-est de Toronto, Ontario, Canada. De mai à septembre, une vingtaine de vaches seraient abreuvées grâce à une pompe alimentée au PV.
L'utilisation d'une pompe à diaphragme de 12 Vcc ayant un débit maximum de 13 litres par minute est envisagé. La hauteur d'aspiration est estimée à 1 m environ, la hauteur de refoulement atteindrait 7 m et les pertes par friction sont estimées à 10 % de la hauteur manométrique. Le rendement global de la pompe est de l'ordre de 10 %. À tous les 5 ans la pompe requiert une remise à neuf. Un tuyau de 100 m de longueur, en matière plastique de 13 mm de diamètre, reliera l'étendue d'eau au réservoir de stockage. Ce dernier est équipé d'une valve à flotteur qui crée une perte de charge pour la pompe. Le niveau d'eau se trouve ainsi contrôlé à la fois par cette valve et par un détecteur de pression qui désactive la pompe. La réserve d'eau est suffisante pour abreuver les animaux pendant 3 jours. Le système PV alimente directement la pompe, sans aucun accumulateur électrique. Afin d'optimiser le nombre d'heures de pompage par jour, on utilise un convertisseur de courant linéaire (CC-CC) qui a un rendement électrique de 95 %.
Données financières
Les données financières nécessaires à l'analyse sont : taux d'inflation de 2,5 %, taux d'indexation du coût en combustible de 5 %, ratio d'endettement de 60 %, taux d'intérêts sur la dette de 8,5 %, taux d'actualisation de 9 % et durée de l'emprunt de 10 ans. L'éleveur agricole n'a pas besoin d'une analyse qui tienne compte des impôts. Le prix de la pompe est de 150 $, son reconditionnement revient à 50 $. Le prix du convertisseur de courant linéaire (CC-CC) auquel on raccorde la pompe CC est de 160 $. Selon votre expérience, il suffira de 4 heures de conception pour spécifier, commander et préparer les équipements de cette installation. Les coûts de main-d'œuvre et de frais généraux de cette installation seront de 320 $. Le système devrait avoir une durée de vie de 25 ans.
Il y a deux scénarios de référence auxquels comparer le système PV. Le raccordement à une ligne électrique distante de 1 km, ou une pompe alimentée par un moteur thermique à essence. La ligne électrique revient à 10 000 $ du km, plus le coût d'un transformateur. La pompe à moteur à essence coûterait 700 $. Les frais annuels de la pompe à moteur à essence seront établis en fonction du coût du carburant (0,70 $/L) et de la main-d'œuvre, à raison de 1 heure d'un travailleur agricole chaque semaine pendant la saison d'utilisation de la pompe. On utiliserait la même tuyauterie et le même réservoir de stockage dans tous les scénarios.
Dans le cadre d'un programme de protection des berges des milieux aquatiques, une subvention permettra de couvrir 50 % des coûts du projet, quel que soit l'option retenue. L'éleveur paiera l'autre moitié des coûts du projet.
Préparez une étude RETScreen, justifiez les hypothèses nécessaires à l'étude et tirez les faits saillants de cette analyse.
Solution
Le fichier de données sélectionné dans la base de données de projets RETScreen présente la solution élaborée. L'utilisateur télécharge automatiquement la base de données de projets en téléchargeant le logiciel RETScreen.
Notes explicatives
Résultats
Afin d'éviter que du bétail ne s'approche et piétine les berges d'un environnement marécageux fragile, Generation Solar a installé un système photovoltaïque (PV) de pompage de l'eau au nord de Toronto, Ontario, Canada. Cinq mois par an, de mai à septembre, une vingtaine de vaches sont abreuvées grâce à cette pompe alimentée au PV.
Les alternatives au système de pompage PV étaient le raccordement à une ligne électrique distante de 300 m d'une pompe électrique en CA près de l'eau; des pompes actionnées par le museau des vaches qui toutefois auraient été trop dispendieuses; ou une pompe à essence et un réservoir pouvant stocker l'eau entre 2 pompages. Le système PV offrait à la fois les avantages d'un faible investissement et d'une exploitation d'une grande simplicité.
Ce projet a été financé en partie par un fonds de protection de l'environnement visant à préserver les habitats en milieux humides : le Wetland Habitat Fund (un partenariat entre Wildlife Habitat Canada, la province de l'Ontario et les North American Waterfowl Management Plan Partners). Otonabee Conservation gère le fonds dans la région de Peterborough, Ontario, Canada. Ce fonds permet de financer jusqu'à 50 % des coûts d'un tel projet de protection des berges.
Description du système
Un simple système de pompage direct remplit deux réservoirs de stockage. Un grand réservoir de 2 700 L assure le stockage principal de l'eau. Une valve à flotteur régule le débit d'alimentation d'eau d'un abreuvoir qui se remplit par gravité.
Le système utilise un module PV de 100 W de 12 Vcc fabriqué par Solec International. Une pompe à coût économique Shurflow 2088 de 12 Vcc consomme 4 A et peut produire jusqu'à 13 litres par minute. Elle est branchée au module PV par l'intermédiaire d'un convertisseur de courant linéaire (CC-CC) fabriqué par Sun Selector. Il n'y a aucune batterie d'accumulateur dans cette installation. Le convertisseur de courant linéaire (CC-CC) permet au module PV de fonctionner aux alentours de son point de puissance maximale et aussi de fournir un courant élevé à la pompe en abaissant sa tension d'alimentation. Ainsi, la pompe peut démarrer à faible niveau d'ensoleillement, tôt le matin ou en fin de journée et même pendant les journées les moins ensoleillées, ce qui optimise la quantité d'eau pompée. Le module PV est incliné à 30° afin de bénéficier d'un ensoleillement optimal en été.
L'eau pompée circule à travers 90 m de tuyau de polyéthylène de ½ pouce de diamètre avant d'être stockée dans le réservoir principal. Une valve à flotteur coupe l'alimentation d'eau quand le réservoir principal est plein. La pression d'eau à la sortie de la pompe augmente à un niveau tel qu'un contacteur électrique débranche la pompe PV de l'alimentation photovoltaïque. La hauteur totale de pompage atteint 6 m, incluant les pertes de charge. La pompe Shurflow 2088 est une pompe à diaphragme équipée d'un moteur à courant continu à balais. L'ensemble de remise à neuf coûte environ 50 $.
Leçons à tirer
Les habitats en milieu humide et les berges des cours d'eau ont besoin d'être protégés contre les dommages créés par le bétail, de même que l'on doit prévenir la pollution de l'eau par leurs défécations. Les systèmes PV de pompage de l'eau sont une solution simple à ce problème. De plus, les éleveurs bénéficient d'animaux plus en santé car ils boivent une eau de meilleure qualité parce que non contaminée par les animaux eux-mêmes.
Photos
Bovins - Pompage de l'eau - Photovoltaïque, Ontario, Canada - Photo 1
Bovins - Pompage de l'eau - Photovoltaïque, Ontario, Canada - Photo 2
Références
Mandat de l'étude de cas
Vous êtes installateur de systèmes photovoltaïques (PV) de puissances intermédiaires. Vous avez besoin de produire rapidement une étude de coûts et performances d'un système photovoltaïque (PV) de pompage de l'eau pour abreuvoir à bétail. Vous avez obtenu un contrat pour installer un abreuvoir pour un troupeau de bovidés de 20 têtes.
Données techniques
Afin d'éviter que le bétail ne s'approche des berges d'un environnement marécageux fragile, l'eau de cet endroit sera pompée jusqu'à un réservoir à partir duquel elle sera distribuée selon la demande des animaux. Le site se trouve à 100 km au nord-est de Toronto, Ontario, Canada. De mai à septembre, une vingtaine de vaches seraient abreuvées grâce à une pompe alimentée au PV.
L'utilisation d'une pompe à diaphragme de 12 Vcc ayant un débit maximum de 13 litres par minute est envisagé. La hauteur d'aspiration est estimée à 1 m environ, la hauteur de refoulement atteindrait 7 m et les pertes par friction sont estimées à 10 % de la hauteur manométrique. Le rendement global de la pompe est de l'ordre de 10 %. À tous les 5 ans la pompe requiert une remise à neuf. Un tuyau de 100 m de longueur, en matière plastique de 13 mm de diamètre, reliera l'étendue d'eau au réservoir de stockage. Ce dernier est équipé d'une valve à flotteur qui crée une perte de charge pour la pompe. Le niveau d'eau se trouve ainsi contrôlé à la fois par cette valve et par un détecteur de pression qui désactive la pompe. La réserve d'eau est suffisante pour abreuver les animaux pendant 3 jours. Le système PV alimente directement la pompe, sans aucun accumulateur électrique. Afin d'optimiser le nombre d'heures de pompage par jour, on utilise un convertisseur de courant linéaire (CC-CC) qui a un rendement électrique de 95 %.
Données financières
Les données financières nécessaires à l'analyse sont : taux d'inflation de 2,5 %, taux d'indexation du coût en combustible de 5 %, ratio d'endettement de 60 %, taux d'intérêts sur la dette de 8,5 %, taux d'actualisation de 9 % et durée de l'emprunt de 10 ans. L'éleveur agricole n'a pas besoin d'une analyse qui tienne compte des impôts. Le prix de la pompe est de 150 $, son reconditionnement revient à 50 $. Le prix du convertisseur de courant linéaire (CC-CC) auquel on raccorde la pompe CC est de 160 $. Selon votre expérience, il suffira de 4 heures de conception pour spécifier, commander et préparer les équipements de cette installation. Les coûts de main-d'œuvre et de frais généraux de cette installation seront de 320 $. Le système devrait avoir une durée de vie de 25 ans.
Il y a deux scénarios de référence auxquels comparer le système PV. Le raccordement à une ligne électrique distante de 1 km, ou une pompe alimentée par un moteur thermique à essence. La ligne électrique revient à 10 000 $ du km, plus le coût d'un transformateur. La pompe à moteur à essence coûterait 700 $. Les frais annuels de la pompe à moteur à essence seront établis en fonction du coût du carburant (0,70 $/L) et de la main-d'œuvre, à raison de 1 heure d'un travailleur agricole chaque semaine pendant la saison d'utilisation de la pompe. On utiliserait la même tuyauterie et le même réservoir de stockage dans tous les scénarios.
Dans le cadre d'un programme de protection des berges des milieux aquatiques, une subvention permettra de couvrir 50 % des coûts du projet, quel que soit l'option retenue. L'éleveur paiera l'autre moitié des coûts du projet.
Préparez une étude RETScreen, justifiez les hypothèses nécessaires à l'étude et tirez les faits saillants de cette analyse.
Solution
Le fichier de données sélectionné dans la base de données de projets RETScreen présente la solution élaborée. L'utilisateur télécharge automatiquement la base de données de projets en téléchargeant le logiciel RETScreen.
Notes explicatives
- Un convertisseur de courant linéaire (cc-cc) agit comme une interface d'optimisation de puissance entre le moteur électrique de la pompe et les modules PV, permettant à ceux-ci de travailler aux alentours de leur point de puissance maximale. Il permet de fournir un courant élevé à la pompe (nécessaire à son démarrage) en abaissant sa tension d'alimentation, alors que les modules PV présentent une tension de sortie élevée et un courant faible (cas des périodes de faible ensoleillement).
- Le ratio d'endettement dans la feuille du sommaire financier a été fixé à 30 %. Ce qui résulte en un ratio d'endettement de 60 % de la partie de 50 % du système payée par l'agriculteur après subvention du fonds de protection de l'environnement.
- L'analyse d'extension du réseau n'a pas été considéré car il apparaît évident que cette option revient beaucoup plus chère que l'option PV ou de pompe à moteur à essence.
- Les frais annuels de main-d'œuvre pour opérer la pompe à essence ont été évalués à 1 heure par semaine à 15 $/heure, pendant 5 mois.
- À première vue, le rendement du groupe électrogène semble faible, mais raisonable considérant que 1) le groupe électrogène est petit; 2) que le contenu énergétique du carburant suggéré dans le fichier d'aide est la valeur la plus élevé, considérant que les produits de combustion sont en phase gazeuse et non-liquides. Ces faibles rendements reflètent le cas de petits moteurs à bas coûts dont le rendement n'est pas la qualité première recherchée.
- La subvention de 50 % accordée par le Fonds environnemental n'est pas une mesure essentielle à la viabilité financière du système de pompage PV. Même sans la subvention, le système PV donne d'excellents indicateurs financiers (taux de rendement interne et retour sur investissement).
Résultats
Afin d'éviter que du bétail ne s'approche et piétine les berges d'un environnement marécageux fragile, Generation Solar a installé un système photovoltaïque (PV) de pompage de l'eau au nord de Toronto, Ontario, Canada. Cinq mois par an, de mai à septembre, une vingtaine de vaches sont abreuvées grâce à cette pompe alimentée au PV.
Les alternatives au système de pompage PV étaient le raccordement à une ligne électrique distante de 300 m d'une pompe électrique en CA près de l'eau; des pompes actionnées par le museau des vaches qui toutefois auraient été trop dispendieuses; ou une pompe à essence et un réservoir pouvant stocker l'eau entre 2 pompages. Le système PV offrait à la fois les avantages d'un faible investissement et d'une exploitation d'une grande simplicité.
Ce projet a été financé en partie par un fonds de protection de l'environnement visant à préserver les habitats en milieux humides : le Wetland Habitat Fund (un partenariat entre Wildlife Habitat Canada, la province de l'Ontario et les North American Waterfowl Management Plan Partners). Otonabee Conservation gère le fonds dans la région de Peterborough, Ontario, Canada. Ce fonds permet de financer jusqu'à 50 % des coûts d'un tel projet de protection des berges.
Description du système
Un simple système de pompage direct remplit deux réservoirs de stockage. Un grand réservoir de 2 700 L assure le stockage principal de l'eau. Une valve à flotteur régule le débit d'alimentation d'eau d'un abreuvoir qui se remplit par gravité.
Le système utilise un module PV de 100 W de 12 Vcc fabriqué par Solec International. Une pompe à coût économique Shurflow 2088 de 12 Vcc consomme 4 A et peut produire jusqu'à 13 litres par minute. Elle est branchée au module PV par l'intermédiaire d'un convertisseur de courant linéaire (CC-CC) fabriqué par Sun Selector. Il n'y a aucune batterie d'accumulateur dans cette installation. Le convertisseur de courant linéaire (CC-CC) permet au module PV de fonctionner aux alentours de son point de puissance maximale et aussi de fournir un courant élevé à la pompe en abaissant sa tension d'alimentation. Ainsi, la pompe peut démarrer à faible niveau d'ensoleillement, tôt le matin ou en fin de journée et même pendant les journées les moins ensoleillées, ce qui optimise la quantité d'eau pompée. Le module PV est incliné à 30° afin de bénéficier d'un ensoleillement optimal en été.
L'eau pompée circule à travers 90 m de tuyau de polyéthylène de ½ pouce de diamètre avant d'être stockée dans le réservoir principal. Une valve à flotteur coupe l'alimentation d'eau quand le réservoir principal est plein. La pression d'eau à la sortie de la pompe augmente à un niveau tel qu'un contacteur électrique débranche la pompe PV de l'alimentation photovoltaïque. La hauteur totale de pompage atteint 6 m, incluant les pertes de charge. La pompe Shurflow 2088 est une pompe à diaphragme équipée d'un moteur à courant continu à balais. L'ensemble de remise à neuf coûte environ 50 $.
Leçons à tirer
- Lorsque le réseau électrique est à plus d'un intervalle de poteau, les systèmes PV sont vraiment compétitifs pour assurer le pompage de volumes moyens d'eau (quelques centaines de litres par jour) à faible hauteur, c'est-à-dire n'exigeant des puissances de pompage que de l'ordre de 30 à 50 W.
- Des pompes à coût économique, facilement réparables, permettent d'obtenir non seulement un faible prix de vente mais aussi de bas coûts d'exploitation.
- Il existe une forte corrélation entre la disponibilité de l'énergie solaire et les besoins en eau pour l'irrigation ou le bétail, puisque la demande en eau augmente avec le degré d'ensoleillement.
Les habitats en milieu humide et les berges des cours d'eau ont besoin d'être protégés contre les dommages créés par le bétail, de même que l'on doit prévenir la pollution de l'eau par leurs défécations. Les systèmes PV de pompage de l'eau sont une solution simple à ce problème. De plus, les éleveurs bénéficient d'animaux plus en santé car ils boivent une eau de meilleure qualité parce que non contaminée par les animaux eux-mêmes.
Photos
Bovins - Pompage de l'eau - Photovoltaïque, Ontario, Canada - Photo 1
Bovins - Pompage de l'eau - Photovoltaïque, Ontario, Canada - Photo 2
Références
- Boone, Simon, « Communications personnelles », Generation Solar Rene-wable Energy Systems Inc, 2000.
- Lapp, Steve, « Communications personnelles », SGA Ener-gy, 2000.
