Conception d’un système de pompage d’eau solaire photovoltaïque expérimental pour régions isolées : contrôle et dimensionnement

Résumé

L’eau représente environ entre 60 à 70 % de la masse corporelle de chaque être humain. Cette ressource est donc essentielle à la vie, mais également à d’autres activités comme l’irrigation des cultures. Pourtant, encore aujourd’hui, certaines populations vivent en situation critique de stress hydrique, et manquent d’un accès stable et suffisant à l’eau. La plupart d’entre elles sont éloignées de tout réseau de distribution moderne et combattent également un contexte socio-économique difficile. Pour répondre à cette problématique, des stations de pompage d’eau photovoltaïques autonomes permettent de fournir un point d’eau, essentiellement grâce à l’énergie solaire. Respectant les contraintes de la transition énergétique avec une empreinte carbone faible, le coût d’investissement de ces technologies reste tout de même non négligeable. Premièrement, la conversion de l’énergie photovoltaïque en énergie hydraulique est soumise à plusieurs rendements qui dépendent du comportement du système. Pour proposer une issue attractive sur le plan économique, mais également sur celui de la résilience, différentes solutions sont envisagées pour associer la matrice photovoltaïque et la pompe. Les travaux présentés développent une approche numérique personnalisable pour modéliser les diverses possibilités du conditionnement de puissance, à l’aide du logiciel Matlab/Simulink. Des comparaisons entre quatre topologies de convertisseurs et trois stratégies de contrôle MPPT ont permis de mettre en avant la technologie buck-boost, ainsi que la logique floue, malgré des performances similaires. De plus, six couplages distincts (direct, MPPT avec et sans batterie, convertisseur à tension fixe, contrôleur LCB, contrôleur MPPT-LCB) ont été modélisés pour permettre de mettre en avant leurs comportements et leurs avantages. L’ensemble de ces comparaisons a été réalisé avec un moteur à courant continu, mais d’autres simulations ont permis l’étude d’une motorisation à courant alternatif, pour mettre en lumière l’efficacité dynamique de la commande vectorielle contre la commande scalaire. Deuxièmement, les enjeux du dimensionnement ont été mis en avant grâce à l’exploitation du programme PVsyst. Des études sur la hauteur d’eau (1 à 5 m), jours), l’autonomie du réservoir (1 à 5 jours), la localisation (Montréal, Paris, Porto Velho, Bamako, New Deli, Helsinki), ainsi que la consommation locale d’eau permettent de quantifier l’énergie produite, les rendements et le nombre de personnes qui pourra être alimenté par le système. Le système est voué à être pourvu d’un caractère de modulabilité, pour comprendre entre 1 et 6 panneaux, soit une puissance qui varie de 335 à 2010 W. L’intérêt est de proposer à l’utilisateur différentes gammes de débits que pourront fournir le système de pompage surfacique.

Date	6 juin 2022
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Daniel Rousse (Directeur(-trice))