Tous les systèmes d'aération ont besoin d'une source d'énergie pour fonctionner. Si le réservoir est situé à proximité d'une source d'alimentation électrique, celle-ci constituera probablement la solution évidente. Sinon, il faudra utiliser une autre source d'énergie comme l'énergie solaire et l'énergie éolienne, qui sont couramment utilisées dans de tels cas.
Aération des étangs-réservoirs grâce à l'énergie solaire
Les systèmes d'aération à l'énergie solaire (une source de courant continu (CC)) sont semblables à ceux alimentés par le réseau de distribution d'électricité (une source de courant alternatif (CA)). Toutefois, leur principal avantage est qu'ils peuvent être utilisés dans des endroits non desservis par un réseau de distribution de CA.
Les systèmes à l'énergie solaire (aussi appelés systèmes photovoltaïques) sont constitués de batteries de cellules solaires (des panneaux solaires) qui convertissent la lumière du soleil en courant électrique continu; l'électricité produite peut être utilisée directement ou stockée dans des accumulateurs afin de servir la nuit ou les jours nuageux.
Des onduleurs peuvent être utilisés pour convertir le CC en CA.
Un système d'aération à l'énergie solaire est composé des éléments suivants :
- Des panneaux solaires (d'une surface suffisante pour répondre à la consommation d'énergie calculée);
- Des accumulateurs à cycle profond permettant de stocker l'énergie électrique excédentaire;
- Un panneau de commande comprenant un régulateur (contrôleur de charge);
- Un compresseur;
- Un tuyau lesté;
- Un diffuseur d'air.
Illustration d'un système d'aération alimenté à l'énergie solaire
Description - Illustration d'un système d'aération alimenté à l'énergie solaire
La figure est un dessin en coupe transversale d'un étang. Le soleil éclaire un panneau solaire qui charge un accumulateur. Celui-ci alimente un compresseur qui expulse de l'air à la sortie d'un diffuseur situé au fond de l'étang. Les flèches illustrées dans l'étang représentent le déplacement d'air dans l'ensemble du volume d'eau.Conception du système d'aération à l'énergie solaire
Il est assez facile de concevoir un système d'aération alimenté à l'énergie solaire. Par exemple, un étang réservoir de 2 400 000 litres, dans un pré, peut être aéré avec une pompe ayant un débit de 0,5 à 1,0 pieds cubes par minute. Il faut, lors de la conception, prévoir un compresseur assez puissant et une alimentation suffisante en énergie. Lorsque ces caractéristiques auront été déterminées, on pourra calculer le nombre de panneaux solaires et le nombre d'accumulateurs nécessaires.
Nombre de panneaux solaires nécessaires
La formule ci-après sert à calculer le nombre de panneaux solaires nécessaires.
Volts (v) × Ampères (Ah)× Heures de fonctionnement (hr) × Facteur d'efficacité des accumulateurs = Watts/heures (Wh) nécessaires
Exemple : (cas d'utilisation en été)
Une journée d'été comprendra, en moyenne, de 6,0 à 6,5 heures de temps de charge des accumulateurs, ce qui correspond à une charge nominale horaire de 3,8 Ah (45,6 watts (W)) pour un compresseur de 12 volts. On calcule le nombre de panneaux nécessaires à l'aide de la formule susmentionnée.
12 volts (v) × 3,8Ah × 24hr × 1,1 facteur d'efficacité des accumulateurs = 1 204 Wh
Le résultat indique qu'il faut utiliser trois panneaux solaires, en supposant que ce sont des panneaux de 64 W. Chaque panneau de ce type produit en effet 384 Wh par jour (soit 64 W × 6 hrs), et, conséquemment, (1 204 Wh ÷ 384 Wh) = 3,1 panneaux (on arrondit le résultat à 3).
Nombre d'accumulateurs nécessaires
Lorsqu'on installe un système d'aération à l'énergie solaire, il faut déterminer le nombre d'accumulateurs nécessaires ou calculer la puissance nécessaire par temps nuageux ou lors des périodes pendant lesquelles les panneaux solaires seront débranchés. Il faudra tenir compte, dans ce calcul, de la fréquence d'inspection du système. Les valeurs recommandées, pour la capacité de stockage des accumulateurs, sont de trois à cinq jours.
Puissance × Cycle de service × Durée de fonctionnement = Capacité de stockage
- Puissance : produit de la tension (V) et du courant (A), en watts
- Cycle de service : pourcentage du temps utilisé
- Durée de fonctionnement : période prévue d'utilisation des accumulateurs
Exemple :
Si une capacité de stockage de quatre jours est nécessaire et qu'on utilise des accumulateurs de 6 V et 220 Ah, il faudra utiliser le nombre d'accumulateurs calculé selon la formule :
45,6 W × 1,0 × 96 h = 4 377,6 Wh
Le nombre d'accumulateurs de 6 V et 220 Ah est de 4 (le résultat du calcul, soit 3,32, est arrondi au chiffre supérieur).
Voici comment on obtient ce résultat : un accumulateur de 6 V et 220 Ah renferme 1 320 Wh d'énergie (220 Ah × 6 V); en divisant la capacité de stockage voulue (4 377,6 Wh) par l'énergie contenue dans un accumulateur, on obtient 3,32, soit le nombre d'accumulateurs possédant une capacité de stockage de quatre jours.
La plupart des systèmes à CC sont du type de 6 V, 12 V ou 24 V, mais il est recommandé d'utiliser des accumulateurs de 6 V, car ce sont ceux qui assurent la meilleure durée de conservation.
Avec un système fonctionnant sous une tension de 12 V, il faut utiliser des paires d'accumulateurs reliés en série pour obtenir 12 V, tandis que pour un système fonctionnant sous une tension de 24 V, il faut utiliser des groupes de quatre accumulateurs reliés en série pour obtenir 24 V.
Coût d'un système d'aération à l'énergie solaire
Selon les composants utilisés, le coût d'un système d'aération d'un étang réservoir peut varier de 1 200 $ (sans stockage dans des accumulateurs) jusqu'à 2 500 $ à 8 500 $ pour un système fonctionnant en tout temps.
Les panneaux solaires sont constitués de cellules au silicium, lesquelles ne comportent aucune pièce mobile et ont une durée de vie utile d'au moins 25 ans. Un ensoleillement d'à peine 10 % suffit pour produire de l'énergie ou charger des accumulateurs, chaque cellule du panneau solaire convertissant environ 14 % de l'énergie solaire disponible en courant continu.
Le tableau ci-après fournit le coût approximatif des composants d'un système d'aération alimenté à l'énergie solaire.
| Composant | Coût approximatif |
|---|---|
| Composant Panneau solaire de 64 W | 600 $ |
| Accumulateur de 220 Ah et 6 V | 140 $ |
| Compresseur d'air | 350 $ |
| Panneau de commande, régulateur et différentiel basse tension | 325 $ |
| Conduite d'air de 1/2 po (lestée) | De 30 $ à 100 $ (selon la longueur totale) |
| Diffuseur d'air | De 35 $ à 175 $ |
On peut se procurer les supports pour les panneaux, les enceintes pour les accumulateurs et le compresseur auprès d'un fournisseur local ou on peut les construire sur place. Un tel système peut être installé en permanence ou monté sur une remorque, ce qui facilite son déplacement.