FR2614368A1 - Self-contained pumping installation, particularly for being set up in a desert region - Google Patents
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Abstract
Description
INSTALLATION DE POMPAGE AUTONOME,
NOTAMMENT POUR IMPLANTATION DANS UNE ZONE DESERTIQUE
L'invention se rapporte à une installation de pompage autonome, fonctionnant grâce à l'énergie solaire, c'est-à-dire comportant essentiellement une batterie de cellules photovoltaïques, alimentant une pompe et un réservoir de stockage d'eau. L'invention se rapporte plus particulièrement à la préfabrication d'une telle installation, permettant de réduire les travaux sur le site et par conséquent de minimiser les coûts de montage, et d'accrottre la fiabilité des installations.AUTONOMOUS PUMPING INSTALLATION,
ESPECIALLY FOR LOCATION IN A DESERTIC AREA
The invention relates to an autonomous pumping installation, operating on solar energy, that is to say essentially comprising a battery of photovoltaic cells, supplying a pump and a water storage tank. The invention relates more particularly to the prefabrication of such an installation, making it possible to reduce the work on the site and consequently to minimize the assembly costs, and to increase the reliability of the installations.
L'exploitation des eaux souterraines est une nécessite vitale pour le développement économique et la santé des populations dans de nombreux pays arides; et notamment en Afrique. Il est à noter que de nombreux forages existants, pouvant fournir des débits compatibles avec les besoins en eau pour l'alimentation animale et humaine ou lé maraichage à petite échelle, restent inexploités ou sous exploités, dans les pays du tiers monde. Ces forages profonds, d'une dizaine à quelques dizaines de centimètres de diamètre, ont généralement eté realisés dans le cadre de programmes de recherche systèmatique d'eau. Ils demeurent dans cet état principalement du fait de l'absence ou du manque de fiabilité des moyens de pompage adaptés aux forages de petit diamètre. The exploitation of groundwater is a vital necessity for the economic development and health of populations in many arid countries; and especially in Africa. It should be noted that many existing boreholes, capable of providing flows compatible with the water requirements for animal and human food or small-scale market gardening, remain unexploited or under exploited, in Third World countries. These deep boreholes, from ten to a few tens of centimeters in diameter, have generally been carried out within the framework of systematic water research programs. They remain in this state mainly due to the absence or unreliability of the pumping means suitable for small diameter boreholes.
D'autre part, la transformation de ces forages en puits de grand diamètre exploitables par puisage manuel ou traction animale (c'est-à-dire ne réquérant pas d'équipements mécaniques modernes), s'avère d'un court prohibitif, et cette soluttion n'est pratiquement plus retenue. Face à cette situation, l'exploitation des forages par des pompes immergées entrainées par un moteur électrique s'avère la seule réellement adaptée aux besoins et aux contraintes inhérentes au milieu, et la plus économique. On the other hand, the transformation of these boreholes into large diameter wells exploitable by manual drawing or animal traction (that is to say not requiring modern mechanical equipment), turns out to be prohibitively short, and this solution is practically no longer retained. Faced with this situation, the exploitation of boreholes by submerged pumps driven by an electric motor turns out to be the only one really adapted to the needs and constraints inherent in the environment, and the most economical.
Une installation de pompage de ce genre comporte donc une pompe, généralement une pompe électrique d'un type connu, immergée à l'intérieur du forage. A pumping installation of this kind therefore comprises a pump, generally an electric pump of a known type, immersed inside the borehole.
S'agissant le plus souvent d'une région isolée et non desservie par un réseau de distribution électrique, cette pompe est alimentee par des moyens de production d'électricité autonomes. On a ainsi utilisé des éoliennes, des groupes électrogènes ou des cellules photovoltaïques. Cette dernière solution est préférable. en effet, la fiabilité est plus élevée que celle d'une éolienne ou d'un groupe électrogène, les coûts de fonctionnement sont plus faibles et les interventions techniques peu fréquentes, ne nécessitant que très exceptionnellement le recours à du personnel très qualifié. L'eau pompée est recueillie dans un réservoir,
Celui-ci est généralement réalisé en béton ou en maçonnerie, sur le site, parfois par l'assemblage de réservoirs plus petits de un à quelques mètres cubes chacun.Most often in an isolated region not served by an electrical distribution network, this pump is supplied by autonomous electricity production means. Wind turbines, generator sets and photovoltaic cells were used. The latter is preferable. in fact, reliability is higher than that of a wind turbine or a generator, operating costs are lower and technical interventions infrequent, requiring only very exceptionally the use of highly qualified personnel. The pumped water is collected in a tank,
This is generally carried out in concrete or masonry, on site, sometimes by assembling smaller tanks of one to a few cubic meters each.
Ce type d'installation est encore rare, si on considère le nombre de forages exploitables dans de telles conditions. La raison en est que le moindre travail de gros oeuvre (nécessaire pour implanter les panneaux solaires et réaliser le réservoir) pose de très gros problèmes dans une région isolée. L'interconnexion des différents éléments entre eux soulève, aussi très souvent des problèmes inattendus. En définitive, une installation édifiée dans de telles conditions manque souvent de fiabilité, et coûte cher, principalement parce que les travaux sur site n'ont pas été correctement effectues, ou effectués dans des conditions naturelles défavorables, en particulier la construction des réservoirs et des fondations des supports de panneaux solaires.De plus, le coût d'une installation s' avère fréquemment très supérieur à celui qui était prévu. This type of installation is still rare, if we consider the number of boreholes that can be exploited under such conditions. The reason is that the slightest structural work (necessary to install the solar panels and build the tank) poses very big problems in an isolated region. The interconnection of the different elements raises, also very often unexpected problems. Ultimately, an installation built under such conditions often lacks reliability, and is expensive, mainly because the work on site was not properly carried out, or carried out under unfavorable natural conditions, in particular the construction of reservoirs and foundations of solar panel supports. In addition, the cost of an installation frequently turns out to be much higher than expected.
L'invention permet de résoudre tous ces problèmes. The invention solves all these problems.
L'idée de base de l'invention consiste à prévoir au moins un réservoir de relativement grande capacité, à lui donner la structure et de préférence les dimensions d'un conteneur de transport couramment utilisé dans les domaines maritimes et routiers, et à mettre à profit ce conteneur pour le transport des autres équipements nécessaires. The basic idea of the invention consists in providing at least one relatively large capacity tank, giving it the structure and preferably the dimensions of a transport container commonly used in the maritime and road fields, and putting in profit this container for the transport of other necessary equipment.
Plus précisément, l'invention concerne donc une installation de pompage autonome, fonctionnant grâce à l'énergie solaire, caractérisée en ce qu'elle comporte un réservoir au moins de la structure d'un conteneur de transport, et en ce que ce réservoir incorpore sensiblement tous les équipements de montage d'une part, et les équipements de pompage d'autre part, notamment au moins un panneau solaire, et une pompe electrique, ces équipements de pompage étant au moins en partie précâblés et/ou connectes entre eux, avant transport. More specifically, the invention therefore relates to an autonomous pumping installation, operating with solar energy, characterized in that it comprises a reservoir at least of the structure of a transport container, and in that this reservoir incorporates substantially all of the mounting equipment on the one hand, and the pumping equipment on the other hand, in particular at least one solar panel, and an electric pump, these pumping equipment being at least partially prewired and / or connected together, before transport.
Ainsi, le panneau solaire pourra être implanté à la partie supérieure du réservoir (il suffira de l'orienter et/ou le déployer dans une position correcte), les câblages ayant été réalisés et vérifies en usine, avec tous les appareils de contrôle nécessaires. Ce type de montage assure en outre une protection efficace des cellules photovoltaïques, puisque les panneaux sont déployés en hauteur. les autres équipements (par exemple les abreuvoirs et/ou les robinets de prélèvement) sont aussi stockés dans le réservoir pendant le transport et montés à l'extérieur de celui-ci, au moment de l'implantation sur le site. Ce concept peut permettre dans la plupart des cas de réduire considérablement les travaux de gros oeuvre.De même, si l'eau vient à manquer,ou pour toute autre raison, l'installation est entièrement récupérable et peut être acheminée très rapidement et à peu de frais vers un autre forage,
L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faîte en référence aux dessins annexes dans lesquels
- La figure 1 est une vue schématique en perspective d'une installation de pompage, en cours d'exploitation, avec ses principaux équipements
- La figure 2 est une vue selon la flèche II de la figure 1, sur laquelle d'autres équipements et élements de structure apparaissent
- La figure 3 est une vue selon la flèche III de la figure 1, et ou figurent d'autres équipements ; et
- Les figures 4 à 9 sont des vues schematiques illustrant d'autres variantes de montage et de conception du panneau solaire.Thus, the solar panel can be installed at the top of the tank (it will suffice to orient and / or deploy it in a correct position), the wiring having been carried out and checked in the factory, with all the necessary control devices. This type of mounting also ensures effective protection of the photovoltaic cells, since the panels are deployed in height. the other equipment (for example drinkers and / or sampling taps) is also stored in the tank during transport and mounted outside of it, at the time of installation on site. In most cases, this concept can considerably reduce the structural work. Similarly, if the water runs out, or for any other reason, the installation is fully recoverable and can be transported very quickly and inexpensively. expenses to another drilling,
The invention will be better understood and other advantages thereof will appear more clearly in the light of the description which follows, given solely by way of example and made with reference to the accompanying drawings in which
- Figure 1 is a schematic perspective view of a pumping installation, during operation, with its main equipment
- Figure 2 is a view along arrow II of Figure 1, on which other equipment and structural elements appear
- Figure 3 is a view along arrow III of Figure 1, and or appear other equipment; and
- Figures 4 to 9 are schematic views illustrating other variants of assembly and design of the solar panel.
En se référant plus particulierement aux figures 1 à 3, on a représenté une installation de pompage autonome, conforme à l'invention et comportant principalement un réservoir 11 à la partie supérieure duquel est agencé un panneau solaire 12. Il est à noter que le réservoir 11, en forme générale de parallélépipède rectangle, est en fait de la structure habituelle d'un conteneur de transport, c'est-à-dire qu'il comporte les renforts et moyens de manutention habituels sur ce genre de dispositif. Il a donc de préférence une forme et des dimensions sensiblement identiques ou au moins compatibles avec celles des conteneurs de transport maritime et routier les plus courants. Le panneau solaire 12 comporte un support plan 13 recouvert de cellules photovoltaïques 14. Ces dernières sont fixées côte à côte sur ledit support plan et déjà précâblées entre elles, en usine. Le panneau peut aussi être équipé des habituels systèmes parafoudre (qui sont en fait des coupe-circuit) interconnectés avec les cellules. Le support plan 13 est monté le long d'un bord longitudinal supérieur du réservoir 11 par l'intermédiaire de moyens d'articulation, matérialisés ici par des charnières 16, tandis que des moyens de maintien -ici sous la forme de biellettes 18, reliant le milieu de chaque petit côte du panneau au bord transversal correspondant du réservoir sont agencés pour stabiliser ledit panneau dans une position choisie. En utilisation, l'angle d'inclinaison du panneau solaire par rapport à l'horizontale est généralement compris entre
O et 30. Dans le mode de réalisation à la figure 1, le panneau solaire 12 est transporté horizontalement à la partie supérieure du réservoir.Un couvercle de protection (non représenté) est alors prévu et fixé de façon à envelopper et protéger le panneau solaire pendant tout le transport.Referring more particularly to Figures 1 to 3, there is shown an autonomous pumping installation, according to the invention and mainly comprising a tank 11 at the upper part of which is arranged a solar panel 12. It should be noted that the tank 11, in the general shape of a rectangular parallelepiped, is in fact of the usual structure of a transport container, that is to say it comprises the reinforcements and usual handling means on this kind of device. It therefore preferably has a shape and dimensions which are substantially identical or at least compatible with those of the most common sea and road transport containers. The solar panel 12 comprises a flat support 13 covered with photovoltaic cells 14. The latter are fixed side by side on said flat support and already prewired between them, in the factory. The panel can also be fitted with the usual lightning protection systems (which are in fact circuit breakers) interconnected with the cells. The planar support 13 is mounted along an upper longitudinal edge of the reservoir 11 by means of articulation means, materialized here by hinges 16, while holding means - here in the form of rods 18, connecting the middle of each short side of the panel at the corresponding transverse edge of the tank are arranged to stabilize said panel in a chosen position. In use, the angle of inclination of the solar panel relative to the horizontal is generally between
O and 30. In the embodiment in FIG. 1, the solar panel 12 is transported horizontally to the upper part of the tank. A protective cover (not shown) is then provided and fixed so as to wrap and protect the solar panel during the whole transport.
D'autres systèmes de montage et d'articulation du panneau solaire peuvent être envisagés, comme on le verra plus loin, permettant une protection plus efficace des cellules photovoltaïques pendant le transport et/ou supprimant la nécessité d'un couvercle de protection. Dans l'exemple, une partie de la face supérieure du réservoir est fixe et constitue une passerelle 20 longeant le panneau solaire 12. Un garde-fou 21 est monté le long de cette passerelle. Outre ce garde-fou, d'autres équipements de montage sont prévus. Ils sont démontables pour pouvoir être placés dans le réservoir pendant le transport.Parmi les équipements de montage que l'on peut envisager de transporter dans le réservoir, figurent par exemple des abreuvoirs 22, en métal, raccordes sur le site à la partie inférieure dudit réservoir par des éléments de conduit 23, munis de vannes 24 adaptées, une échelle 26, amovible, donnant acces à la passerelle 20, quatre pieds télescopiques 28, formant verins, et une potence de levage 30 adaptée à la partie supérieure du réservoir. Une telle potence peut remplir plusieurs fonctions. Elle peut d'abord être employée pour la mise en place et le positionnement du panneau solaire 12, au moment des réglages de l'installation sur le site. En utilisation, elle peut aussi être utilisée pour la pose et le dépose de la pompe immergée dans le forage 35.Dans ce cas, la potence est de préférence mise en place de telle façon qu'elle se trouve sensiblement à la verticale dudit forage 35. les pieds télescopiques 28 permettent éventuellement de maintenir le réservoir au-dessus du sol, comme représenté. Ils sont surtout utiles pour le chargement et le déchargement du réservoir, en permettant de soulever ce dernier au-dessus du niveau du plateau d'un camion, pour le dégagement de ce dernier. En effet, sur le site, ces manoeuvres ne peuvent être effectuées à partir d'une grue ou d'un moyen de levage analogue qui fait généralement défaut ou s'avère trop onéreux. Les pieds télescopiques 28, transportes dans le réservoir, sont fixes à l'extérieur de celui-ci par simple boulonnage, au moment de l'implantation.Une des faces du réservoir 11 comporte un panneau d'accès 38, permettant le chargement et le déchargement du réservoir-conteneur 12. I1 est boulonné avec interposition d'un joint d'étanchéité en fin de montage sur le site.Other mounting and articulation systems of the solar panel can be envisaged, as will be seen below, allowing more effective protection of the photovoltaic cells during transport and / or eliminating the need for a protective cover. In the example, part of the upper face of the tank is fixed and constitutes a walkway 20 running along the solar panel 12. A railing 21 is mounted along this walkway. In addition to this railing, other mounting equipment is planned. They can be dismantled so that they can be placed in the tank during transport. Among the mounting equipment that can be considered for transporting in the tank, there are, for example, drinkers 22, made of metal, connected on site to the lower part of said tank. tank by duct elements 23, provided with adapted valves 24, a ladder 26, removable, giving access to the gangway 20, four telescopic legs 28, forming jacks, and a lifting bracket 30 adapted to the upper part of the tank. Such a gallows can fulfill several functions. It can firstly be used for the positioning and positioning of the solar panel 12, when adjusting the installation on site. In use, it can also be used for installing and removing the submerged pump in borehole 35. In this case, the bracket is preferably placed in such a way that it is located substantially vertically above said borehole 35 the telescopic legs 28 possibly allow the tank to be kept above the ground, as shown. They are especially useful for loading and unloading the tank, allowing it to be lifted above the level of the platform of a truck, for the release of the latter. Indeed, on site, these maneuvers cannot be carried out using a crane or similar lifting means which is generally lacking or proves to be too expensive. The telescopic legs 28, transported in the tank, are fixed outside thereof by simple bolting, at the time of installation. One of the sides of the tank 11 has an access panel 38, allowing loading and unloading of the container-container 12. It is bolted with the interposition of a seal at the end of assembly on site.
On appréciera qu'avec la structure qui vient d'être décrite jusqu'à présent, les cellules photovoltaïques, traditionnement montées sur des supports, au niveau du sol ou à quelques décimètres au-dessus du sol, et protégées par des clôtures, deviennent peu accessibles du fait de leur montage en hauteur et sont donc mieux protégées par leur position surélevée de toute la hauteur du réservoir 12 et, éventuellement de celle des pieds telescopiques 28. Dans ces conditions, la clôture de protection des cellules précitée devient inutile. It will be appreciated that with the structure which has just been described so far, the photovoltaic cells, traditionally mounted on supports, at ground level or a few decimeters above the ground, and protected by fences, become little accessible due to their mounting in height and are therefore better protected by their raised position of the entire height of the tank 12 and, possibly that of the telescopic legs 28. Under these conditions, the above-mentioned cell protection fence becomes unnecessary.
Les équipement de pompage proprement dit sont également transportés dans le réservoir 12. Ils comprennent au moins le panneau solaire déjà décrit et une pompe 40, cylindrique, connue en soi et prévue pour être descendue dans le forage 35, au niveau de la nappe phréatique. La sortie de refoulement de cette pompe 40 est reliée au réservoir par un conduit 42. The actual pumping equipment is also transported in the reservoir 12. They include at least the solar panel already described and a pump 40, cylindrical, known per se and intended to be lowered into the borehole 35, at the level of the water table. The discharge outlet of this pump 40 is connected to the reservoir by a conduit 42.
L'orifice de déversement de ce conduit est situé à la partie supérieure du réservoir, et on prévoit un classique interrupteur à flotteurs, assurant la coupure de l'alimentation electrique de la pompe, lorsque le réservoir est plein, ainsi que sa remise en route automatique au fur et à mesure des prélèvements d'eau. Un tel sous-ensemble (non représenté) est classique et disponible dans le commerce, il est bien entendu précâblé dans le réservoir même. La pompe 40 est interconnectée aux cellules photovoltaïques du panneau solaire 12 par une liaison électrique 44, avec éventuellement interposition d'un convertisseur électrique 46. Si ce dernier est prévu, il est directement installé et câblé en usine, à la partie supérieure du réservoir.The discharge opening of this duct is located at the top of the tank, and a conventional float switch is provided, ensuring that the electrical supply to the pump is cut off when the tank is full, as well as restarting it. automatic as and when water is drawn. Such a sub-assembly (not shown) is conventional and commercially available, it is of course prewired in the tank itself. The pump 40 is interconnected to the photovoltaic cells of the solar panel 12 by an electrical connection 44, possibly with the interposition of an electrical converter 46. If the latter is provided, it is directly installed and wired in the factory, at the top of the tank.
Les figures 4 à 9 montrent d'autres modes d'assemblage entre le panneau solaire et le réservoir. Figures 4 to 9 show other methods of assembly between the solar panel and the tank.
Dans le cas des figures 4 et 5, par exemple, le support plan 13 est monte pivotant, autour d'un arbre horizontal 50, fixé par ses deux extrémités aux parois du réservoir 11. Ainsi, sur'la figure 4, l'arbre 50 se situe au milieu du support plan 13, alors que dans le cadre de la figure 5, l'arbre 50 se situe sur un bord de ce panneau. Dans les deux cas, on peut retourner complètement le support plan, de façon que les cellules photovoltaïques soient elles-mêmes retournées vers l'intérieur du réservoir pendant le transport. Au montage, le panneau 13 peut être désolidarisé de l'arbre 50, pour pouvoir être monté et orienté de la même façon que dans le cas du mode de la réalisation de la figure 1.Dans la variante de montage de la figure 8, au contraire, le même panneau solaire n'est pas détaché de l'arbre 50 et la mise en service s effectue avec la panneau solaire 13 en porte-à-faux à l'extérieur du réservoir, maintenu dans cette position par des biellettes 18a. In the case of FIGS. 4 and 5, for example, the planar support 13 is pivotally mounted, around a horizontal shaft 50, fixed by its two ends to the walls of the reservoir 11. Thus, in FIG. 4, the shaft 50 is located in the middle of the flat support 13, while in the context of FIG. 5, the shaft 50 is located on an edge of this panel. In both cases, the flat support can be completely turned over, so that the photovoltaic cells are themselves turned towards the inside of the tank during transport. During assembly, the panel 13 can be detached from the shaft 50, so that it can be mounted and oriented in the same way as in the case of the embodiment of FIG. 1. In the assembly variant of FIG. 8, at on the contrary, the same solar panel is not detached from the shaft 50 and the commissioning is carried out with the solar panel 13 cantilevered outside the tank, held in this position by rods 18a.
Sur la figure 6, le support plan 13 est en deux parties, 13a, 13b, sensiblement égales, reliées côte à côte par une'charnière 51 ou tous moyens équivalents. Une des parties, 13b, est elle-même articulée près d'un bord supérieur du réservoir 11. Cet agencement permet le repliement des parties 13a, 13b, l'une contre l'autre, avec les cellules photovoltaïques en regard. Dans tous les cas envisagés ci-dessus, il est donc possible de transporter le panneau solaire à la partie supérieure du conteneur sans qu'un couvercle de protection soit indispensable, à condition que le support plan 13 ait une résistance mécanique suffisante pour mettre les cellules photovoltaïques à l'abri des chocs inévitables pendant le transport. Enfin, les modes de réalisation des figures 7 et 9 illustrent des solutions dans lesquelles le panneau solaire est glissé verticalement ou horizontalement dans le réservoir 11 pendant le transport. L'intérieur du réservoir est alors muni de moyens de maintien 52, adaptés, formant de préférence glissière. Au montage, ce panneau solaire est extrait par une ouverture longitudinale 53 prévue à la face superieure du réservoir 11, ou le long de sa face latérale, respectivement. In Figure 6, the planar support 13 is in two parts, 13a, 13b, substantially equal, connected side by side by a 'hinge 51 or any equivalent means. One of the parts, 13b, is itself articulated near an upper edge of the tank 11. This arrangement allows the folding of the parts 13a, 13b, one against the other, with the photovoltaic cells facing each other. In all the cases envisaged above, it is therefore possible to transport the solar panel to the upper part of the container without a protective cover being essential, provided that the flat support 13 has sufficient mechanical strength to place the cells photovoltaic sheltered from inevitable shocks during transport. Finally, the embodiments of Figures 7 and 9 illustrate solutions in which the solar panel is slid vertically or horizontally into the tank 11 during transport. The interior of the tank is then provided with suitable retaining means 52, preferably forming a slide. During assembly, this solar panel is extracted by a longitudinal opening 53 provided at the upper face of the reservoir 11, or along its lateral face, respectively.
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