Fiche technique

Le pompage solaire hybride
LORENTZ PSk

La famille PSk fait travailler le champ photovoltaïque et une seconde source d'énergie ensemble, sur la même pompe et en continu. Le PSk3 porte son entrée en courant alternatif dans le régulateur, pour les systèmes de 8,3 et 16 kVA. Au-dessus, le PSk2 reçoit la même capacité par le smartPSUk2, jusqu'aux régulateurs de 100 kWc d'entrée solaire et 75 kW de puissance moteur. Le smartStart y ajoute la commande automatique du groupe électrogène.

Mélange continu des deux sources PSk3 : entrée AC intégrée PSk2 + smartPSUk2 Jour et nuit

Le principe

Les deux sources alimentent le même bus, le soleil d'abord

Un système PSk hybride possède une seule électronique de puissance et un seul moteur. Le champ photovoltaïque et la source alternative aboutissent au même bus continu, celui qui alimente le régulateur de pompe. Les fiches techniques du smartPSUk2 décrivent le comportement en une phrase : le système combine l'énergie de façon continue, de sorte que seule la quantité nécessaire est prélevée sur la source non solaire.

La conséquence pratique tient en trois points. Le photovoltaïque conserve la priorité et fournit ce qu'il peut à chaque instant, en fonction de l'irradiation. La seconde source apporte le complément, instantanément et à hauteur du manque. Le débit ou la pression demandés restent tenus pendant que l'apport extérieur varie, minute par minute, dans le sens inverse du soleil.

Sur un site raccordé au réseau, cela revient à consommer des kilowattheures d'appoint uniquement pendant les creux d'irradiation et les heures sans soleil. Sur un site équipé d'un groupe électrogène, la machine tourne à charge partielle la majeure partie du temps, puisqu'elle ne couvre que l'écart entre le besoin de la pompe et la production du champ. C'est ce fonctionnement qui autorise, comme le décrit la note smartSolution hybrid pumping, le choix d'un groupe nettement plus petit que celui qu'imposerait un entraînement purement thermique.

Continules deux sources travaillent en même temps, l'appoint suit l'irradiation en miroir

Nuitle pompage se poursuit sur la source alternative quand la programmation le demande

Un seul moteurla même pompe et le même régulateur servent les deux régimes

PumpScannertoute la configuration hybride se règle depuis l'application, capteurs compris

La famille

Le PSk3 porte son entrée AC, le PSk2 la reçoit du smartPSUk2

Deux architectures couvrent la gamme. Sur le PSk3, l'entrée en courant alternatif est intégrée au régulateur : le câble triphasé entre directement dans l'appareil, au même titre que le champ photovoltaïque. Sur le PSk2, la fonction est portée par un coffret dédié, le smartPSUk2, qui reçoit le champ solaire et la source alternative et délivre au régulateur le courant continu combiné.

Régulateur PSk3	PSk3‑7	PSk3‑15
Puissance de sortie nominale	8,3 kVA	16 kVA
Puissance nominale du moteur	5,5 kW	11 kW
Entrée solaire, plage de tension	400 à 850 V	400 à 850 V
Tension MPPT minimale	575 V	575 V
Entrée AC, tension nominale	380 à 480 V ±10 %	380 à 480 V ±10 %
Entrée AC, courant maximal	17,5 A	30 A
Calibre maximal des fusibles AC	20 A	35 A
Indice de protection du régulateur	IP 66	IP 66

Le courant d'appel de l'entrée alternative atteint 42 A sur les deux tailles, valeur à retenir pour le choix des organes de coupure. La plage de fréquence admise à l'entrée est de 45 à 60 Hz selon le tableau des données techniques, et le manuel ajoute que le régulateur surveille la tension du réseau avant de s'y connecter, puis pendant tout le fonctionnement : il se raccorde lorsque la tension se situe dans la plage prévue, et s'arrête sur un réseau instable.

En mode hybride, la tension du champ photovoltaïque commande l'accès au mélange. Le PSk3 redresse la tension alternative en interne ; pour que les deux sources travaillent ensemble, le Vmp réel du champ doit rester supérieur à cette tension redressée. Le manuel donne la correspondance : 380 V AC appellent 535 V DC au minimum, 400 V AC demandent 565 V DC, 460 V AC portent le seuil à 650 V DC et 480 V AC à 680 V DC. Le même chapitre pose une règle d'installation courte et ferme : en mode hybride, le champ photovoltaïque ne doit pas être mis à la terre.

Régulateur PSk2	Entrée solaire	Moteur	Courant de sortie	Entrée AC maxi par phase
PSk2‑21	21 kWc	15 kW	3 × 33 A	38 A
PSk2‑25	25 kWc	18,5 kW	3 × 40 A	45 A
PSk2‑40	40 kWc	30 kW	3 × 65 A	70 A
PSk2‑100	100 kWc	75 kW	3 × 160 A	170 A

Deux coffrets couvrent cette gamme. Le smartPSUk2‑40 s'associe aux régulateurs PSk2‑21 à PSk2‑40 : son entrée alternative accepte du 3 × 380 à 415 V ±10 % en 50 ou 60 Hz, dans la limite de 38 kW et 48 kVA, et sa sortie continue est donnée pour 850 V au maximum et 70 A. Le smartPSUk2‑100 dessert les PSk2 au‑dessus du PSk2‑40, jusqu'au PSk2‑100, avec la même plage de tension d'entrée, une puissance maximale de 95 kW et une sortie continue de 170 A. Les deux coffrets acceptent une tension de circuit ouvert du champ de 850 V, sont protégés IP 54 dans un boîtier en acier inoxydable thermolaqué, fonctionnent de −10 à 50 °C d'ambiante et embarquent une protection contre les échauffements ainsi qu'un refroidissement actif.

Le smartPSUk2‑100 demande 380 V alternatifs au minimum. Sa fiche technique le signale en avertissement : en dessous de ce seuil, la puissance moteur disponible se trouve limitée. Sur un réseau faible ou sujet aux variations de tension, LORENTZ oriente vers deux réponses, la réduction de la limite de puissance dans le régulateur PSk2 depuis les paramètres de fonctionnement de PumpScanner, ou l'installation d'un transformateur, de préférence à sorties multiples entre 400 et 460 V pour s'ajuster aux conditions locales.

Côté compatibilité, l'article de la base de connaissances est net : les composants smartSolution, smartPSUk2 et smartStart fonctionnent avec les systèmes PSk2‑x de génération actuelle, reconnaissables à leur boîtier bleu. Ces systèmes remplacent les PSxk2 à boîtier gris, mais aucune carte électronique n'est commune aux deux générations.

Le smartStart

Le groupe démarre et s'arrête à la demande de la pompe

Le smartStart est le boîtier qui donne au système la main sur le groupe électrogène. Il se raccorde au régulateur par un câble préparé, qui porte à la fois l'alimentation et le dialogue entre les deux appareils. Selon la programmation retenue, le système met la machine en route et la coupe, sans passage de l'exploitant sur le site.

La condition d'emploi porte sur le groupe lui-même, qui doit disposer d'un démarrage automatique à distance deux fils. Le smartStart fournit alors un contact de commutation sans potentiel, fermé lorsque la demande de démarrage est déclenchée. Les manuels PSk2 et PSk3 donnent la même capacité maximale pour ce contact de relais : 250 V alternatifs ou 30 V continus, 2 A. Du côté des caractéristiques admises pour la machine, la documentation smartSolution du PSk2 retient du 380, 400 ou 415 V triphasé en 50 ou 60 Hz ; le manuel du PSk3 élargit cette liste aux tensions de 440, 460 et 480 V.

Une batterie loge à l'intérieur du coffret, une AGM plomb 12 V de 7 Ah au minimum, du type Genesis NP‑12 ou similaire. Le régulateur la recharge pendant le fonctionnement solaire ou sur réseau. Elle sert précisément aux heures où plus rien ne produit : sans elle, un système dont le pompage doit commencer à deux heures du matin n'aurait pas de quoi alimenter ses cartes logiques pour commander le démarrage. Le boîtier s'installe à moins d'un mètre du régulateur, avec un dégagement de 250 mm au-dessus et en dessous.

Une seconde sortie du smartStart pilote les équipements voisins. La note ancillary equipment switching en donne les usages et les déclencheurs : mettre en route une pompe d'injection d'engrais quand la pompe LORENTZ tourne, lancer un pivot d'irrigation quand la puissance disponible suffit au débit visé, ou démarrer un second système de pompage lorsque la sonde de forage se déclenche ou lorsque le premier système reçoit son ordre de marche.

Le groupe électrogène

Un dimensionnement qui part de la puissance au point de fonctionnement

La note d'application consacrée à la conception des systèmes hybrides PSk2 et smartPSUk2 pose une règle simple et la démontre sur deux cas. La puissance à retenir pour le groupe est celle qu'appelle le moteur au point de fonctionnement visé, multipliée par un coefficient de sécurité de 1,5, et elle s'entend en puissance constante, celle que la machine tient en continu.

Premier exemple de la note : une installation devant produire 25 m³/h sous 50 m de hauteur manométrique totale. La puissance appelée par le moteur à ce point vaut 6 kW, ce qui conduit à un groupe de 9 kW en puissance constante. Cette machine reste plus petite que le moteur de la pompe, et le document en tire la conséquence sans détour : elle ne tient pas la pompe à pleine puissance sans le concours du champ photovoltaïque. Second exemple, la même installation menée à pleine puissance appelle 12,5 kW au moteur, soit 18,75 kW de groupe, et là l'autonomie complète est acquise.

Le choix entre ces deux logiques appartient au projet. La note smartSolution hybrid pumping documente le cas du groupe volontairement compact : une limite de vitesse, réglée dans PumpScanner sous l'intitulé PSU speed limit, plafonne le régime de la pompe en mode hybride et permet à un groupe de puissance constante inférieure à celle du moteur de faire tourner l'ensemble. Le manuel PSk2 mentionne le même réglage pour un forage à faible débit ou pour un groupe de plus petite taille. Enfin, le comportement des machines thermiques varie d'un modèle à l'autre : si des oscillations ou des vibrations inhabituelles apparaissent au démarrage du système hybride, la note conseille de réduire la vitesse de la pompe jusqu'à retrouver un fonctionnement stable.

× 1,5coefficient appliqué à la puissance moteur pour obtenir la puissance constante du groupe

6 → 9 kWl'exemple de la note pour 25 m³/h sous 50 m de hauteur manométrique totale

Charge partiellele régime normal du groupe, puisqu'il ne couvre que l'écart laissé par le soleil

Temporisationle délai de démarrage évite de caler le moteur au lancement en mode hybride

Cette temporisation, réglée elle aussi dans PumpScanner, revient dans chacune des notes d'application dès qu'un groupe électrogène entre en jeu. Elle laisse à la machine le temps d'atteindre son régime avant que la pompe ne lui demande sa puissance.

Les pilotages

Quatre façons documentées de conduire un système hybride

Les notes d'application LORENTZ décrivent quatre conduites, chacune avec ses capteurs, ses réglages PumpScanner et son cas d'usage. Elles se choisissent au moment de la mise en service et se modifient ensuite à distance, par saison ou selon le besoin de la culture.

Pression constante

Un capteur de pression LORENTZ se raccorde sur une entrée analogique du régulateur et se paramètre dans PumpScanner ; sur les pompes de surface CS‑F et CS‑G, la documentation indique les emplacements de montage prévus sur le corps de pompe et sur les brides.

Le système ajuste le régime pour tenir la consigne, et l'apport alternatif comble ce que l'irradiation ne fournit pas. Le manuel PSk2 range explicitement la demande de pression constante parmi celles qui motivent l'emploi du smartPSUk2. Le cas espagnol publié par LORENTZ retient ainsi une consigne de 2,5 bar pour un réseau d'irrigation.

Manuel PSk2, chapitres 10.5 et 15.2.1 ; étude de cas Hybrid irrigation in Spain.

Débit constant

Un compteur d'eau à sortie impulsions mesure le débit et le système ajuste la vitesse de la pompe pour maintenir la valeur programmée. La puissance alternative n'est appelée que lorsqu'elle devient nécessaire pour tenir cette consigne.

La note prend pour exemple une sucrerie qui demande 130 m³/h en continu sur seize heures, de 4 h 30 à 20 h 30. Le démarrage automatique intervient à l'heure choisie, avant ou après le lever du jour, et l'installation en système diesel-hybride reçoit en plus la temporisation de démarrage.

Note d'application automatic flow control.

Volume journalier programmé

LORENTZ documente ce mode de conduite sous le nom « daily flow », réglé dans PumpScanner sous l'intitulé « daily amount ». Il décrit une programmation du système, et non une garantie de résultat portée par LE LAB. Le compteur d'eau sert de totalisateur : la programmation fixe la quantité à pomper et le système s'arrête dès qu'elle est atteinte. Si la journée solaire n'a pas suffi, la machine passe sur la source alternative et poursuit le pompage la nuit jusqu'au volume demandé.

La remise à zéro du compteur se programme à l'heure voulue, ce qui permet de caler l'appoint sur une fenêtre choisie : la note illustre une plage de 22 h 30 à 4 h et un compteur remis à zéro à 4 h. Le besoin en eau d'une culture varie au fil de l'année, et le réglage se reprend saison par saison.

Note d'application daily flow.

Solaire par défaut

Cette conduite s'adresse aux sites qui possèdent déjà un groupe et veulent le garder en secours, sans changer les habitudes de l'exploitant. L'équipement se réduit au régulateur PSk2 et au smartPSUk2 ; le mode PSU s'active dans PumpScanner, avec au besoin une limite de vitesse pour tenir compte d'un groupe de puissance constante inférieure à celle du moteur.

Ensuite, l'usage tient en un geste : l'exploitant met son groupe en marche à la main et le système passe en mode hybride ; il l'arrête, et le retour au solaire seul intervient de lui-même. La note retient cette conduite pour la simplicité et la sécurité d'exploitation qu'elle apporte sur un site déjà équipé.

Note d'application solar by default operation.

Le point d'installation

Un courant non sinusoïdal, et des composants dimensionnés sur le maximum

C'est le point technique que les manuels traitent avec le plus d'insistance, et il mérite d'être posé dès l'étude. L'entrée en courant alternatif fonctionne en redresseur : elle appelle de la source un courant non sinusoïdal, chargé d'harmoniques, dont la valeur maximale dépasse légèrement celle d'un courant purement sinusoïdal.

L'intensité réellement appelée dépend de l'impédance et de la tension de la source. Les valeurs publiées correspondent au cas le plus exigeant, celui d'un groupe surdimensionné ou d'un réseau puissant, quand le système fonctionne à pleine puissance. Le manuel PSk3 annonce jusqu'à 30 A efficaces par phase pour un moteur de 11 kW mené à pleine puissance, ses données techniques étant établies sur un réseau triphasé de 400 V à faible impédance. Pour le PSk2, le tableau des sections de câble et des courants d'entrée alternatifs monte de 38 A par phase sur le PSk2‑21 à 170 A sur le PSk2‑100, en passant par 70 A sur le PSk2‑40. La consigne est identique dans les deux manuels : tous les composants de l'installation se dimensionnent sur cette valeur de courant maximale.

Le réseau public impose parfois une contrainte supplémentaire. Là où des exigences locales encadrent les distorsions harmoniques, la documentation prévoit l'installation de filtres à l'entrée alternative. Le manuel PSk3 ajoute un effet utile : ces filtres réduisent également le courant efficace appelé à la source. Les autres postes relèvent de l'installateur, à savoir le câble, le sectionneur ou disjoncteur alternatif et les fusibles, ni fusible ni disjoncteur alternatif n'étant intégrés au régulateur. Sur le PSk3, les fusibles recommandés sont de type gR ou gS, calibrés à 20 A pour le PSk3‑7 et 35 A pour le PSk3‑15. Quant à la protection différentielle, la documentation est explicite : ce produit peut générer un courant à composante continue, et seul un dispositif de type B est admis en amont.

Dans l'application

Les systèmes PSk dans LE LAB

Les systèmes PSk figurent au catalogue de l'application, avec leurs courbes et leurs limites d'emploi : les PSk3‑7 et PSk3‑15 pour les puissances compactes, puis les PSk2‑21, PSk2‑25, PSk2‑40 et PSk2‑100 au-dessus. Le calcul les mobilise là où la commande en pression constante et le recours à un appoint prennent leur sens, c'est-à-dire sur les réseaux d'irrigation qui demandent une consigne tenue quelle que soit la lumière du jour.

Écran de résultats de LE LAB en pression constante : histogramme du volume pompé mois par mois, avec la part tenue par le soleil et la part fournie par l'appoint, suivi du tableau des valeurs mensuelles. — Le partage entre le soleil et l'appoint, mois par mois, tel que l'application le restitue à l'étape des résultats. La part solaire annuelle et les mois où l'appoint travaille apparaissent directement, avec le tableau des valeurs sous le graphique.

Le rapport reprend ce partage pour le projet étudié : le volume pompé mois par mois, la part tenue par le champ photovoltaïque, la part fournie par la seconde source, et la puissance que le groupe doit tenir en charge continue. Ces trois éléments permettent d'évaluer la continuité de fonctionnement prévue par l'étude et le régime de la machine thermique.

Dimensionner mon projet Le pompage en pression constante

Sources

D'où viennent ces informations

Manuel des systèmes de pompage PSk3, LORENTZ : données techniques du régulateur, entrées solaire et alternative, câblage du fonctionnement hybride, correspondance des tensions, courant d'entrée et harmoniques, fusibles, smartStart et compatibilité des générateurs.
Manuel des systèmes de pompage PSk2, édition 2023, LORENTZ : données techniques des régulateurs PSk2‑21 à PSk2‑100, chapitre smartSolution, installation et fonctionnement du smartPSUk2, tableau des sections de câble et des courants d'entrée alternatifs, smartStart, contact sec de 250 VCA ou 30 VCC sous 2 A, et batterie.
Fiche technique smartPSUk2‑40, LORENTZ : compatibilité, entrée alternative, sortie continue, indice de protection, plage de température, dimensions et raccordement au régulateur.
Fiche technique smartPSUk2‑100, LORENTZ : compatibilité, entrée alternative, sortie continue, avertissement sur la tension minimale et la puissance moteur disponible.
Note d'application PSk2, smartPSUk2 hybrid system layout and design, LORENTZ : coefficient de sécurité, exemples de dimensionnement du groupe, spécifications des générateurs.
Notes d'application smartSolution hybrid pumping, automatic flow control, daily flow, solar by default operation et ancillary equipment switching, LORENTZ : conduites documentées, équipements requis, réglages PumpScanner et exploitation.
Article de la base de connaissances Compatibility of PSk2 versions, smartPSU, smartSolution components, LORENTZ : générations de régulateurs et compatibilité des composants smartSolution.
Étude de cas Hybrid irrigation in Spain, LORENTZ : configuration d'un système PSk2‑40 avec smartPSUk2, smartStart, capteur de pression et compteur d'eau.
Pour la suite : le pompage solaire en pression constante, le solaire et le groupe électrogène sur la même installation et l'étude de cas d'un verger de kiwis dans le Sud-Ouest.

Le pompage solaire hybrideLORENTZ PSk