INTRODUCTION
Ce document contient deux tutoriels différents décrivant les aspects fondamentaux de la simulation :
• Caractéristiques des circuits hydrauliques
• Création d'un projet de pompage
D'autres tutoriels sont en préparation et seront ajoutés dans le futur. Ils expliqueront plus en détails les différentes fonctionnalités de PVsyst. Le
manuel de référence complet de PVsyst est l'aide en ligne, qui est accessible à partir du programme par les entrées "Aide" dans les menus, en appuyant sur la touche F1 ou en cliquant sur les icônes d'aide dans les fenêtres et les
dialogues.
Sommaire
INTRODUCTION ... 2
Partie 1 : Caractéristiques des circuits hydrauliques ... 4
1- Forage ou puit ... 4
2- Lac ou rivière ... 8
Partie 2 : Approche de base - Mon premier projet ... 9
1- Premier contact avec PVsyst ... 9
2- Création de la première variante pour ce projet ... 13
3- Définition des besoins en eau ... 15
4- Définition du système ... 19
5- Exécution de la première simulation ... 24
Partie 1 : Caractéristiques des circuits hydrauliques
1- Forage ou puit
Lorsqu’on fore un puits, la première question à se poser est « quelle quantité d’eau je pourrai pomper à court et moyen terme, et quelle est la qualité de cette eau ? ».
Pour cela, on doit faire un test de pompage.
Qu'est-ce qu'un test de pompage ? Le concept de base du test de pompage est très simple : l'eau est extraite (par pompage ou par aspiration) d'un puits ou d'un forage, ce qui fait baisser le niveau d'eau.
Le niveau d'eau dans le puit / forage et le débit sont observés pendant un certain temps, ainsi que divers autres paramètres, si possible.
La façon dont le niveau d'eau réagit au pompage est ensuite analysée pour obtenir des informations sur les caractéristiques de performance du forage et les propriétés hydrauliques de l'aquifère.
Il existe de nombreux types de tests : intermittents ou continus, de courte ou de longue durée, à faible ou à fort débit de pompage, etc.
Quels autres paramètres ou caractéristiques de l'eau faut-il observer, en plus de ceux qui sont évidents, c'est-à-dire le niveau d'eau et le taux de pompage dans le puits évalué ?
La principale difficulté rencontrée lors de l'étude des eaux souterraines (par rapport aux mesures de débit dans une rivière, par exemple) est que l'on travaille à l'aveugle, car il est impossible de voir l'aquifère et d'observer directement son comportement.
Aquifère : Couche de roche, de sable ou de terre qui contient de l'eau ou qui permet à l'eau de passer à travers elle.
Les informations sur le forage et l'aquifère ne peuvent être déduites qu'en regardant comment le niveau d'eau réagit au pompage. Pourquoi faire un test de pompage ?
Les tests de pompage peuvent être effectués pour diverses raisons, notamment pour :
• Évaluer la performance fiable à long terme (ou rendement de production) d'un forage, et donc déterminer si le forage peut être considéré comme un "succès", et combien de personnes il pourra alimenter.
• Évaluer la performance hydraulique d'un forage, généralement par ses caractéristiques de rendement et de rabattement. Quel doit être le rabattement pour fournir une certaine quantité d'eau ?
Rabattement : Baisse du niveau de la nappe, proportionnelle au débit pompée
• Déterminer les propriétés hydrauliques de l'aquifère. Les tests de pompage sont la méthode
• Tester le fonctionnement de l'équipement de pompage et d'observation pour s'assurer que tout fonctionne de manière sûre et efficace et, si nécessaire, confirmer que les
entrepreneurs ont réalisé leur travail correctement.
• Évaluer les effets de cette extraction sur les extractions de forages voisins (parfois appelées interférences).
• Déterminez l'impact de l'extraction sur l'environnement.
Toute extraction d'eau souterraine finit par avoir un impact ; ce n'est qu'une question de lieu et de temps ; reste à savoir si cet impact est acceptable :
• Fournir des informations sur la qualité de l'eau. La qualité de l'eau est-elle suffisante pour l'utilisation prévue ? Est-elle stable à long terme ?
• Doit-on s'attendre à des problèmes tels que le prélèvement d'eau saline ou polluée après de longues périodes de pompage ?
• Définir les régimes de fonctionnement optimaux (en particulier pour le pompage de plusieurs puits), choisir la station de pompage la plus adaptée à une utilisation à long terme et évaluer les coûts probables de pompage et/ou de traitement.
• Aider à déterminer la profondeur exacte à laquelle la pompe doit être installée dans le forage.
Il existe plusieurs types de tests :
• Test par paliers : conçu pour déterminer la relation à court terme entre le rendement et le rabattement du forage testé. Il consiste à pomper dans le forage, avec une série de paliers à différents débits, le débit augmentant généralement à chaque palier. Le dernier palier doit se rapprocher du rendement maximal estimé pour le forage.
• Essai à débit constant : réalisé en pompant à un débit constant beaucoup plus longtemps que dans l'essai par paliers, il est principalement destiné à fournir des informations sur les
caractéristiques hydrauliques de l'aquifère. Il n'est possible de déduire des informations relatives au coefficient de stockage de l'aquifère que si les données proviennent de forages appropriés.
• Essai de remontée : consiste à observer la remontée des niveaux d'eau après l'arrêt du pompage à la fin d'un essai à débit constant (et parfois après un essai par paliers). Il est utile pour vérifier les caractéristiques de l'aquifère déduites des autres tests mais n'est valable que si un clapet anti-retour est placé sur la colonne de refoulement, sinon l'eau est refoulée dans le forage.
Ces tests peuvent être effectués individuellement ou en combinaison. En général, une suite complète de tests commence par un test de fonctionnement, dont les résultats aident à déterminer le débit de pompage du test à débit constant, et se termine par le test de remontée. Le concept de test peut
être adapté pour être utilisé dans des forages de différentes tailles (petits, moyens ou grands), les principales différences étant le débit de pompage, la durée du test et la complexité du système d'observation.
Dans PVsyst on prend référence au niveau du sol, on a (cf fig) :
HT = HG + HS + HD + HF
où :
HG = Hauteur de la colonne d’eau entre le sol et le remplissage du réservoir
HS = Hauteur de chute statique due à la profondeur du niveau d'eau dans le puits, en l'absence de tout pompage.
HD = Hauteur dynamique de "rabattement" : dans un forage, le niveau d'eau effectif est
dynamiquement abaissé par l'extraction du débit d'eau (voir ci-dessous). Elle dépend du débit , à chaque instant.
HF = Pertes par frottement dans le circuit de tuyauterie, qui dépendent du débit.
HG
HS
HD
Hmax
Pompe Niveau Statique Sol = 0
Niveau Dynamique
Pour ce système, dans la boîte de dialogue "Définitions hydrauliques de pompage", il vous sera demandé de spécifier :
• La profondeur statique. Celle-ci peut également être donnée en valeurs saisonnières ou mensuelles, dans le dialogue suivant "Besoins en eau".
• La profondeur maximale de pompage, correspondant au niveau d'aspiration d'entrée. Le système arrêtera la pompe lorsque le niveau dynamique atteindra ce niveau, évitant ainsi un fonctionnement à sec.
• La profondeur de la pompe, toujours au-dessous de Hmax.
• Le diamètre du trou de forage (en cm),
• Le rabattement spécifique exprimé en [m / m3/h] : il s'agit d'une caractéristique du forage et du sol environnant.
2- Lac ou rivière
Les systèmes de pompage à partir d'un lac ou d'une rivière sont similaires aux forages / puits, mais avec quelques simplifications techniques :
La pompe peut être placée près de la source (pas plus de 5 m au-dessus de la surface de l'eau, moins élevée en haute altitude, pour éviter les problèmes de cavitation).
La pompe n'est pas nécessairement de type "submersible", donc beaucoup moins chère, et son entretien est plus facile.
N'oubliez pas que la pression ou la hauteur manométrique est principalement liée à la différence entre les niveaux d'entrée et de sortie. La pompe doit fournir une hauteur totale résultant de plusieurs contributions.
Dans PVsyst nous prenons la référence au niveau du sol, nous avons (cf fig) : HT = HG + HS + HF
où :
HG = Hauteur manométrique due à la hauteur du tuyau de sortie au-dessus du sol (en supposant que la pression de sortie est négligeable).
HS = Hauteur de chute statique due à la profondeur du niveau d'eau, par rapport au sol.
HF = Pertes par frottement dans le circuit de tuyauterie, qui dépendent du débit.
Pour ce système, dans la boîte de dialogue "Définitions hydrauliques de pompage", il vous sera demandé de spécifier :
Le niveau du lac ou de la rivière, par rapport au niveau du sol. Elle peut également être donnée en valeurs saisonnières ou mensuelles, dans la boîte de dialogue suivante "Besoins en eau".
La profondeur de la pompe, doit être strictement inférieure à 5m au-dessus de la profondeur de la source, mais peut aussi être immergée.
Niveau d’alimentation
Niveau de l’eau Ou Pompe au sol (près
du niveau de pompage)
Pompe immergée (recommandée)
HG Sol = 0 HS
Partie 2 : Approche de base - Mon premier projet
1- Premier contact avec PVsyst
Systèmes de pompage isolés
Les "Systèmes de pompage" de PVsyst ne concernent que les systèmes de pompage "isolés", qui fonctionnent selon la disponibilité du soleil, sans stockage électrique et sans réseau. Un tel système se compose d'une (ou plusieurs) pompe(s), d'un champ photovoltaïque et d'un contrôleur/unité de conditionnement d'énergie (très exceptionnellement une batterie d'appoint).
La mise en œuvre de tels systèmes implique une définition détaillée du circuit hydraulique (type de système tel que puit / forage, pompage dans un lac ou équivalent, ou système de pressurisation) et des besoins en eau, de la hauteur manométrique (en fonction du débit et d'éventuels autres paramètres), des besoins en eau, et d'un réservoir de stockage. D'autres contraintes peuvent être prises en compte (rabattement maximal dans un puits profond, réservoir plein, etc).
Le mode de fonctionnement en fonction de la disponibilité du soleil implique que la pompe fonctionne à une puissance imposée par la puissance disponible du générateur PV à un moment donné. Comme la hauteur de charge est imposée par des conditions externes (différence de niveau, perte de charge dans les tuyaux, rabattement dans un puits profond, etc.), le débit résultant sera directement lié à la disponibilité instantanée de la puissance.
Par conséquent, la simulation nécessite un modèle complet du comportement de la pompe, donnant le débit résultant dans toutes les conditions de puissance et de hauteur. Le point de fonctionnement, dépendant des variations de la hauteur de chute totale en fonction du débit (pertes de charge des canalisations, niveau de rabattement) sera évalué par approximations successives.
Le principal avantage des systèmes de pompage isolés est l'absence de batterie, et des coûts de maintenance associés (remplacement, etc.). Le stockage est en effet réalisé par l'accumulation d'eau dans le réservoir. Cependant, cela nécessite une pompe capable de fonctionner dans une large gamme de puissances.
Systèmes de pompage conventionnels
Les systèmes de pompage conventionnels alimentés par un réseau électrique (ou éventuellement un grand système autonome comme un mini-réseau de village) fonctionneront à la tension spécifiée du réseau. La puissance de fonctionnement sera fixe, elle est censée être disponible à tout moment. Le système fonctionnera en mode "ON/OFF", en fonction des besoins en eau et du système de contrôle.
Une stratégie intelligente de gestion de l'énergie peut favoriser le pompage pendant les heures de jour, lorsque le soleil est disponible.
De tels systèmes ne sont pas implémentés explicitement dans PVsyst. Le système de pompage doit être considéré comme une charge au même titre que toute autre charge.
Par conséquent, un système de pompage tel que défini dans PVsyst ne peut être associé à aucun autre système PV, même un système autonome. Il doit réellement rester indépendant de tout autre système électrique.
Cette page donne la procédure complète pour le développement d'un système de pompage dans PVsyst.
Première étape :
Comme pour toute variante de calcul dans PVsyst, vous devez commencer par définir l'orientation du champ de capteurs.
Deuxième étape :
Vous devez définir le circuit de pompage, c'est-à-dire choisir parmi l'un des trois systèmes disponibles :
- Pompage à partir d'un puit / forage, vers un réservoir de stockage, - Pompage à partir d'un lac ou d'une rivière, vers un réservoir de stockage, - Pompage dans un réservoir pressurisé, pour la distribution de l'eau.
et définissez la configuration du circuit hydraulique (réservoir de stockage et canalisations).
Troisième étape :
Page "Définition des besoins en eau et Pression".
Définir les besoins en eau en m3/jour (peut être annuel, saisonnier ou en valeurs mensuelles).
Définir la profondeur statique de pompage si elle varie au cours de l'année (peut être saisonnière ou mensuelle). La valeur définie ici correspond à la valeur "Profondeur de niveau" ou "Profondeur statique" spécifiée à la page précédente.
Quatrième étape :
Page "Système", observez et jouez avec les "suggestions de prédimensionnement".
Les suggestions de prédimensionnement en haut de la boîte de dialogue évaluent au préalable certains paramètres (volume du réservoir, puissance de la pompe et du générateur PV) nécessaires pour répondre à vos besoins en eau prédéfinis. Voir également "Dimensionnement du pompage"
pour le principe. Vous pouvez jouer avec les paramètres pour obtenir des ordres de grandeur.
Cependant, cette pré-évaluation est difficile et peut être inexacte, car les performances sont très différentes d'une pompe à l'autre.
NB : Cette évaluation est indépendant des paramètres que vous définissez vous-même pour la simulation.
Cinquième étape :
Dans la boîte de dialogue "Système", page "Définition de la pompe".
Choisissez un modèle de pompe, en tenant compte de la hauteur de charge nominale (les pompes sont colorées en vert pour les dispositifs adaptés, en orange pour les dispositifs non optimaux, ou en rouge pour les dispositifs non adaptés).
Vous avez un résumé des capacités de la pompe, ainsi que de l'ensemble des pompes si vous en choisissez plusieurs.
Cette boîte de dialogue permet également de calculer la puissance hydraulique correspondant à un produit Hauteur x Débit donné.
Sixième étape :
Dans la boîte de dialogue "Système", page "Conception du sous-champ".
Choisissez un module PV (également Vert/Orange/Rouge), et une configuration PV appropriée (proposée par PVsyst).
Septième étape :
Ici, vous devez choisir le mode de régulation.
Là encore, les couleurs vertes/oranges/rouges indiquent les choix appropriés, en fonction du type de système, du modèle de pompe et du nombre de pompes choisies précédemment. Une série de messages d'avertissement spécifiques explique les raisons des incompatibilités ou d'une mauvaise conception.
La stratégie de régulation choisie fixe l'ensemble des dispositifs de contrôle disponibles.
Huitième étape :
Vous pouvez ouvrir le dispositif de régulation et vérifier ses paramètres.
Toutes les spécificités de fonctionnement du système sont définies dans le dispositif de
contrôle/régulation. Cela inclut notamment les conditions limites de fonctionnement (réservoir plein, fonctionnement à sec, limites de puissance, de tension, de courant, etc.)
Neuvième étape :
Conception du champ PV, nombre de modules en série/parallèle.
Le nombre de strings est à ajuster en fonction de la puissance requise par la pompe dans les
conditions de fonctionnement. Ceci n'est pas toujours facile à obtenir, en raison des contraintes sur les entrées MPPT des contrôleurs réels.
Dixième étape :
Si aucune erreur n'apparaît en rouge, vous êtes prêt pour la première simulation de votre système.
2- Création de la première variante pour ce projet
Après avoir défini le site et les données météorologiques du projet, vous pouvez procéder à la
création de la première variante. Vous remarquerez, qu'au début, il y a 2 boutons marqués en rouge :
"Orientation" et "Besoins en eau". La couleur rouge signifie que cette variante du projet n'est pas encore prête pour la simulation : des données supplémentaires sont nécessaires. Les paramètres de base qui doivent être définis pour toutes les variantes et qui ne sont pas encore spécifiés sont l'orientation des panneaux solaires, les besoins en eau, le type et le nombre de modules PV, le type et le nombre de pompes qui seront utilisées.
Tout d'abord, vous devez cliquer sur le bouton « Orientation" :
Il s'agit d'un outil visant à montrer l'orientation la plus appropriée pour un système photovoltaïque.
Le facteur de transposition est le rapport entre l'irradiation incidente sur le plan et l'irradiation horizontale. C'est-à-dire ce que vous gagnez (ou perdez) en inclinant le plan du collecteur.
Par conséquent, cet outil offre la possibilité de choisir la période d'optimisation : Année, hiver, été.
En outre, l'optimisation peut dépendre de conditions spécifiques d'ombrage lointain (montagnes) : vous pouvez définir une ligne d'horizon, ce qui entraînera généralement un déplacement de l'azimut.
Outil d'optimisation rapide dans la partie "Orientation" :
En choisissant l'orientation du plan (fixe), un panneau d'information indique le facteur de
transposition correspondant, la différence (perte) par rapport à l'orientation optimale, et l'irradiation disponible sur ce plan incliné.
3- Définition des besoins en eau
Pour compléter vos besoins en eau, vous devez dans tous les cas cliquer sur l'onglet "Besoins en eau".
Une fois que le menu "Besoins en eau" est ouvert, vous devez définir :
• Le type de système de pompage : o Puit / Forage vers stockage o Lac ou Rivière vers stockage o Pressurisation
• Caractéristiques du puit / forage
• Réservoir
• Circuit hydraulique
• Besoins en eau (fenêtre suivante)
Voici la liste des éléments que vous devez remplir pour continuer la simulation
• Caractéristiques du puits : o Niveau statique
o Rabattement ou Débit Max
L'une des deux valeurs suffira, l'autre valeur sera automatiquement calculée par le logiciel selon la formule suivante : Rabattement = (Niveau dynamique inférieur - Niveau statique) / Débit max. Débit
o Niveau dynamique inférieur (sera calculé par le logiciel, si vous modifiez la valeur, cela modifiera la valeur du rabattement ou du débit maximum. La valeur du niveau
Les niveaux ou les distances dans PVsyst sont toujours relatifs au terrain naturel (TG).
- Réservoir de stockage :
•
Volume
•
Diamètre
•
Hauteur (plein), Cette valeur a pour référence le fond de la cuve et non le sol naturel
•
Altitude d'alimentation (La hauteur d'injection est importante, surtout si votre cuve est haute. Cela permettra d'avoir plus de pression pour la distribution)
- Circuit hydraulique
•
Choix de la tuyauterie
•
Longueur de la tuyauterie
•
Nombre de coudes (peut rester à "0" pour la simulation)
•
Autres pertes par frottement (peut rester à "0" pour la simulation)
Maintenant, il faut définir les besoins en eau. Pour ce faire, cliquez sur l'onglet "Besoins en eau et Pression".
Les besoins en eau (volume d'eau pompée) peuvent être spécifiés annuellement (valeur
constante), ou en valeurs mensuelles / saisonnières.
La spécification des besoins en termes de valeurs horaires (répartition journalière) n'a pas de sens, car la plupart du temps le système de pompage comprend un stockage pour au moins une journée de consommation.
NB : La partie prédimensionnement ne peut pas prendre en compte ces variations et sera
établie en utilisant la moyenne annuelle.
4- Définition du système
Nous pouvons maintenant cliquer sur "Système" pour le définir :
•
Technologie / marque et référence de la pompe
•
Technologie / marque et référence du champ photovoltaïque
•
Technologie / marque et référence du système de régulation du pompage
Dans cette première fenêtre, vous devrez définir le modèle et le nombre de pompes de votre circuit.
Vous avez le choix entre plusieurs fabricants de pompes, ce qui vous donne le choix entre :
•
Pompe de surface
•
Pompe immergée
•
Pompe à courant alternatif
•
Pompe à courant continu
•
Etc. ...
L’outil de prédimensionnement vous donne des conseils en fonction de vos choix. Ses résultats ne sont pas transmis à votre définition du système . Vous pouvez jouer avec sans interférer avec votre système.
L'outil de prédimensionnement calcule trois informations :
•
Volume de réservoir conseillé (calculé avec la consommation prévue et l'autonomie demandée)
•
Puissance de la pompe conseillée
•
