Points d’article
- Classification des éoliennes
- Avantages et inconvénients des «éoliennes»
- Générateurs de vent faits maison
- Projet généralisé d’une éolienne domestique
- À propos des générateurs pour la maison «éoliennes»
- « Moulin à vent » maison à axe vertical
- Fabrication du rotor Savonius
- Connexion moteur et montage sur mât
- Contrôleur de tension (chargeur simple)
- Installation électrique venteuse horizontale-axiale
- Fabrication d’une « éolienne » à axe horizontal
- Éoliennes combinées
- Calcul de la puissance d’un parc éolien domestique
L’une des options les plus abordables pour l’utilisation de sources d’énergie renouvelables est l’utilisation de l’énergie éolienne. Comment faire indépendamment un calcul, assembler et installer une éolienne, lisez cet article.
Classification des éoliennes
Les installations sont classées selon les critères d’éoliennes suivants:
- l’emplacement de l’axe de rotation;
- nombre de lames;
- matériau des éléments;
- pas de vis.
En règle générale, les éoliennes ont une conception avec un axe de rotation horizontal et vertical.
Version à axe horizontal – conception d’hélice avec une, deux, trois pales ou plus. Il s’agit de la version la plus courante des centrales électriques à air en raison de son rendement élevé..
Exécution avec un axe vertical – structures orthogonales et carrousel sur l’exemple des rotors Darrieus et Savonius. Les deux derniers concepts doivent être clarifiés, car tous deux ont une certaine importance dans la conception des éoliennes..
Le rotor Darrieus est une conception orthogonale d’une éolienne, où les pales aérodynamiques (deux ou plus) sont situées symétriquement l’une par rapport à l’autre à une certaine distance et sont montées sur des poutres radiales. Une version assez complexe de l’éolienne, nécessitant une conception aérodynamique soignée des pales.
Le rotor Savonius est une conception d’éolienne de type carrousel, où deux pales semi-cylindriques sont placées l’une contre l’autre, formant une forme sinusoïdale dans son ensemble. L’efficacité des structures n’est pas élevée (environ 15%), mais elle peut être presque doublée si les lames sont placées dans le sens de la vague non pas horizontalement, mais verticalement et utilisent une conception à plusieurs niveaux avec un déplacement angulaire de chaque paire de lames par rapport aux autres paires.
Avantages et inconvénients des «éoliennes»
Les avantages de ces dispositifs sont évidents, surtout lorsqu’ils sont appliqués aux conditions domestiques. Les utilisateurs des «éoliennes» ont en effet la possibilité de reproduire gratuitement de l’électricité, en dehors des faibles coûts de construction et de maintenance. Cependant, les inconvénients des éoliennes sont également évidents..
Ainsi, pour assurer le fonctionnement efficace de l’installation, les conditions de stabilité des flux de vent doivent être réunies. Une personne ne peut pas créer de telles conditions. C’est purement la prérogative de la nature. Un autre inconvénient, mais déjà technique, est la faible qualité de l’électricité produite, à la suite de laquelle il est nécessaire de compléter le système avec des modules électriques coûteux (multiplicateurs, chargeurs, batteries, convertisseurs, stabilisateurs).
Les avantages et les inconvénients en termes de caractéristiques de chacune des modifications d’éoliennes s’équilibrent peut-être à zéro. Si les modifications horizontales-axiales ont une valeur de rendement élevée, alors pour un fonctionnement stable, elles nécessitent l’utilisation de régulateurs de débit éolien et de dispositifs de protection contre les vents d’ouragan. Les modifications verticales-axiales ont une faible efficacité, mais elles fonctionnent de manière stable sans mécanisme de suivi de la direction du vent. Dans le même temps, ces éoliennes se distinguent par un faible niveau de bruit, excluent l’effet «d’emballement» dans des conditions de vents forts et sont assez compactes.
Générateurs de vent faits maison
Faire un «moulin à vent» de vos propres mains est une tâche complètement résoluble. De plus, une approche constructive et rationnelle des affaires aidera à minimiser les dépenses financières inévitables. Tout d’abord, il convient d’esquisser un projet, d’effectuer les calculs d’équilibrage et de puissance nécessaires. Ces actions garantiront non seulement le succès de la construction du parc éolien, mais également garantiront que tout l’équipement acheté est conservé intact..
Il est recommandé de commencer par la construction d’une micro-éolienne d’une capacité de plusieurs dizaines de watts. À l’avenir, l’expérience acquise aidera à créer une structure plus puissante. Lors de la création d’une éolienne domestique, vous ne devez pas vous concentrer sur l’obtention d’une électricité de haute qualité (220 V, 50 Hz), car cette option nécessitera des investissements financiers importants. Il est plus sage de limiter l’utilisation de l’électricité initialement obtenue, qui peut être utilisée avec succès sans conversion à d’autres fins, par exemple pour soutenir les systèmes de chauffage et d’alimentation en eau chaude construits sur des radiateurs électriques (RTE) – ces appareils ne nécessitent pas une tension et une fréquence stables. Cela permet de créer un circuit simple qui fonctionne directement à partir du générateur..
Très probablement, personne ne soutiendra que le chauffage et l’approvisionnement en eau chaude dans une maison sont de moindre importance que les appareils électroménagers et les appareils d’éclairage, pour lesquels l’énergie est souvent recherchée pour installer des éoliennes domestiques. Le dispositif d’une éolienne spécifiquement destiné à fournir à la maison de la chaleur et de l’eau chaude est le coût minimum et la simplicité de conception.
Projet généralisé d’une éolienne domestique
Structurellement, le projet de maison est en grande partie le même qu’une installation industrielle. Certes, les solutions domestiques sont souvent basées sur des éoliennes verticales-axiales et sont équipées de générateurs CC basse tension. La composition des modules d’une éolienne domestique, à condition d’obtenir une électricité de haute qualité (220 V, 50 Hz):
- éolienne;
- dispositif d’orientation du vent;
- multiplicateur;
- Générateur CC (12V, 24V);
- module de charge de batterie;
- batteries rechargeables (lithium-ion, lithium-polymère, plomb-acide);
- convertisseur de tension continue 12 V (24 V) en tension alternative 220 V.
Éolienne PIC 8-6 / 2.5
Comment ça fonctionne? Juste. Le vent fait tourner l’éolienne. Le couple est transmis par un multiplicateur à l’arbre du générateur CC. L’énergie reçue à la sortie du générateur via le module de charge est accumulée dans les batteries. À partir des bornes des accumulateurs, une tension constante de 12 V (24 V, 48 V) est fournie au convertisseur, où elle est transformée en une tension adaptée à l’alimentation des réseaux électriques domestiques.
À propos des générateurs pour la maison «éoliennes»
En règle générale, la plupart des structures domestiques des éoliennes sont construites à l’aide de moteurs à courant continu à basse vitesse. Il s’agit de l’option de générateur la plus simple qui ne nécessite aucune mise à niveau. Idéalement – moteurs électriques à aimants permanents, conçus pour une tension d’alimentation de l’ordre de 60-100 volts. Il existe une pratique consistant à utiliser des générateurs de voiture, mais dans un tel cas, l’introduction d’un multiplicateur est nécessaire, car les autogénérateurs ne fournissent la tension requise qu’à des régimes élevés (1800-2500). L’une des options possibles est la reconstruction d’un moteur à courant alternatif asynchrone, mais elle est également assez compliquée, nécessitant des calculs précis, des travaux de tournage et l’installation d’aimants en néodyme dans la zone du rotor. Il existe une option pour un moteur asynchrone triphasé avec la connexion de condensateurs de même capacité entre les phases. Enfin, il y a la possibilité de créer un générateur à partir de zéro de vos propres mains. Il y a beaucoup d’instructions à ce sujet..
« Moulin à vent » maison à axe vertical
Une éolienne suffisamment efficace et surtout peu coûteuse peut être construite sur la base du rotor Savonius. Ici, une micro-centrale est considérée comme un exemple dont la puissance ne dépasse pas 20 watts. Cependant, ce dispositif est tout à fait suffisant, par exemple, pour fournir de l’énergie électrique à certains appareils ménagers fonctionnant à partir d’une tension de 12 volts..
Ensemble de pièces:
- Feuille d’aluminium de 1,5 à 2 mm d’épaisseur.
- Tube en plastique: diamètre 125 mm, longueur 3000 mm.
- Tube en aluminium: diamètre 32 mm, longueur 500 mm.
- Moteur à courant continu (générateur de potentiel), 30-60V, 360-450 tr / min, par exemple, moteur électrique PIK8-6 / 2.5.
- Contrôleur de tension .
- Batterie.
Fabrication du rotor Savonius
Trois « crêpes » d’un diamètre de 285 mm sont découpées dans la feuille d’aluminium. Au centre de chacun, des trous sont percés pour un tuyau en aluminium de 32 mm. Il s’avère quelque chose comme des CD. Deux morceaux de 150 mm de long sont découpés dans le tuyau en plastique et coupés en deux dans le sens de la longueur. Le résultat est quatre lames semi-circulaires de 125×150 mm. Les trois « disques compacts » en aluminium sont placés sur un tuyau de 32 mm et fixés à une distance de 320, 170, 20 mm du point supérieur strictement horizontalement, formant deux niveaux. Les lames sont insérées entre les disques, deux pièces par étage, et fixées strictement l’une contre l’autre, formant une sinusoïde. Dans ce cas, les lames de l’étage supérieur sont déplacées par rapport aux lames de l’étage inférieur d’un angle de 90 degrés. Le résultat est un rotor Savonius à quatre pales. Pour la fixation des éléments, vous pouvez utiliser des rivets, des vis, des coins ou appliquer d’autres méthodes.
Connexion moteur et montage sur mât
L’arbre des moteurs à courant continu avec les paramètres ci-dessus a généralement un diamètre ne dépassant pas 10 à 12 mm. Afin de connecter l’arbre du moteur au tube de l’éolienne, une bague en laiton avec le diamètre intérieur requis est pressée dans la partie inférieure du tube. Un trou est percé à travers la paroi du tuyau et du manchon, un filetage est coupé pour visser la vis de verrouillage. Ensuite, le tuyau d’éolienne est placé sur l’arbre du générateur, après quoi la connexion est fixée de manière rigide avec une vis de verrouillage.
Le reste du tuyau en plastique (2800 mm) est le mât de l’éolienne. Le groupe électrogène avec la roue Savonius est monté en haut du mât – il est simplement inséré dans le tuyau jusqu’à ce qu’il s’arrête. En butée, on utilise un couvercle de disque métallique, fixé sur l’extrémité avant du moteur, ayant un diamètre légèrement supérieur au diamètre du mât. Des trous sont percés à la périphérie du couvercle pour la fixation des haubans. Le diamètre du carter du moteur étant inférieur au diamètre intérieur du tuyau, des entretoises ou des butées sont utilisées pour aligner le générateur au centre. Le câble du générateur passe à l’intérieur du tuyau et sort par une fenêtre en bas. Lors de l’installation, il est nécessaire de prendre en compte la conception de la protection du générateur contre l’humidité, en utilisant des joints d’étanchéité. Encore une fois, afin de se protéger des précipitations, un chapeau parapluie peut être installé au-dessus du raccordement du tuyau d’éolienne avec l’arbre du générateur..
L’installation de l’ensemble de la structure est réalisée dans un espace ouvert et bien ventilé. Un trou de 0,5 mètre de profondeur est creusé sous le mât, la partie inférieure du tuyau est abaissée dans le trou, la structure est nivelée avec des haubans, après quoi le trou est rempli de béton.
Contrôleur de tension (chargeur simple)
Une éolienne fabriquée n’est généralement pas capable de fournir 12 volts en raison de sa faible vitesse. La fréquence de rotation maximale de l’éolienne à une vitesse du vent de 6 à 8 m / s. atteint une valeur de 200-250 tr / min. En sortie, il est possible d’obtenir une tension de l’ordre de 5-7 volts. La charge de la batterie nécessite une tension de 13,5 à 15 volts. La solution consiste à utiliser un simple convertisseur de tension à impulsions, assemblé par exemple sur la base du régulateur de tension LM2577ADJ. En appliquant 5 volts de courant continu à l’entrée du convertisseur, on obtient 12-15 volts en sortie, ce qui est bien suffisant pour charger une batterie de voiture.
Convertisseur de tension prêt pour LM2577
Cette micro-éolienne peut certainement être améliorée. Augmentez la puissance de la turbine, changez le matériau et la hauteur du mât, ajoutez un convertisseur DC-AC, etc..
Installation électrique venteuse horizontale-axiale
Ensemble de pièces:
- Tuyau en plastique de 150 mm de diamètre, tôle d’aluminium de 1,5 à 2,5 mm d’épaisseur, bloc de bois 80×40 de 1 m de long, plomberie: bride – 3, coin – 2, té – 1.
- Moteur à courant continu (générateur) 30-60 V, 300-470 tr / min.
- Poulie-roue pour moteur d’un diamètre de 130-150 mm (aluminium, laiton, textolite, etc.).
- Tubes en acier d’un diamètre de 25 mm et 32 mm et d’une longueur de 35 mm et 3000 mm, respectivement.
- Module de charge de batterie.
- Batteries.
- Convertisseur de tension 12 V – 120 V (220 V).
Fabrication d’une « éolienne » à axe horizontal
Un tuyau en plastique est nécessaire pour fabriquer des pales d’éoliennes. Un morceau d’un tel tuyau, long de 600 mm, est coupé longitudinalement en quatre segments identiques. Pour une éolienne, trois lames sont nécessaires, qui sont fabriquées à partir des segments obtenus en coupant une partie du matériau en diagonale sur toute la longueur, mais pas exactement d’un coin à l’autre, mais du coin inférieur au coin supérieur, avec un léger décalage par rapport à ce dernier. Le traitement de la partie inférieure des segments se réduit à la formation d’un pétale de fixation sur chacun des trois segments. Pour ce faire, un carré d’une taille d’environ 50×50 mm est coupé le long d’un bord et la partie restante sert de pétale de fixation.
Les pales de l’éolienne sont fixées sur la roue-poulie à l’aide de liaisons boulonnées. La poulie est montée directement sur l’arbre du moteur à courant continu – générateur. Un simple bloc de bois d’une section de 80×40 mm et d’une longueur de 1 m est utilisé comme châssis de l’éolienne Le générateur est installé à une extrémité du bloc de bois. A l’autre extrémité de la barre, une «queue» est montée, constituée d’une feuille d’aluminium. Au bas de la barre, un tuyau métallique de 25 mm est fixé, conçu pour jouer le rôle d’un arbre rotatif. Un tuyau métallique de trois mètres de 32 mm est utilisé comme mât. Le haut du mât est la douille d’orientation où le tube de l’éolienne est inséré. Le support de mât est constitué d’une feuille de contreplaqué épais. Sur ce support, sous la forme d’un disque d’un diamètre de 600 mm, une structure est assemblée à partir de pièces de plomberie, grâce auxquelles le mât peut être facilement soulevé ou abaissé, ou monté – démonté. Des entretoises extensibles sont utilisées pour sécuriser le mât.
Tous les composants électroniques de l’éolienne sont montés dans un module séparé, dont l’interface permet la connexion des batteries et des consommateurs. Le module comprend un contrôleur de charge de batterie et un convertisseur de tension. Ces appareils peuvent être assemblés indépendamment avec une expérience pertinente, ou achetés sur le marché. De nombreuses solutions différentes sont disponibles sur le marché pour obtenir les tensions et courants de sortie souhaités..
Éoliennes combinées
Les éoliennes combinées sont une option sérieuse pour un module d’énergie domestique. En fait, la combinaison consiste à combiner une éolienne, une batterie solaire, une centrale diesel ou à essence dans un seul système. Vous pouvez combiner de toutes les manières, en fonction de vos capacités et de vos besoins. Naturellement, lorsqu’il existe une option trois en un, c’est la solution la plus efficace et la plus fiable..
En outre, dans le cadre de la combinaison d’éoliennes, il est prévu de créer des centrales éoliennes, qui incluent deux modifications différentes à la fois. Par exemple, lorsque le rotor Savonius et la machine traditionnelle à trois pales fonctionnent en un seul paquet. La première turbine fonctionne à des vitesses de vent faibles et la seconde uniquement à des vitesses nominales. Ainsi, le rendement de l’installation est préservé, les pertes d’énergie injustifiées sont exclues, et dans le cas des générateurs asynchrones, les courants réactifs sont compensés.
Les systèmes combinés sont des options techniquement complexes et coûteuses pour la pratique à domicile.
Calcul de la puissance d’un parc éolien domestique
Pour calculer la puissance d’une éolienne à axe horizontal, vous pouvez utiliser la formule standard:
- N = p S V3 / 2
- N – puissance d’installation, W
- p – densité de l’air (1,2 kg / m3)
- S – zone soufflée, m2
- V – vitesse du vent, m / s
Par exemple, la puissance d’une installation avec une envergure maximale des pales de 1 mètre, avec une vitesse du vent de 7 m / s, sera:
- N = 1,2 1 343/2 = 205,8 W
Un calcul approximatif de la puissance de l’éolienne, créée sur la base du rotor Savonius, peut être calculé à l’aide de la formule:
- N = p R H V3
- N – puissance d’installation, W
- R – rayon de la roue, m
- V – vitesse du vent, m / s
Par exemple, pour la conception d’une centrale éolienne avec un rotor Savonius mentionné dans le texte, la valeur de la puissance à une vitesse du vent de 7 m / s. sera:
- N = 1,2 0,142 0,3 343 = 17,5 W
Comment peut-on construire un parc éolien par soi-même ? Quelles sont les étapes à suivre et les compétences nécessaires ? Est-ce réalisable pour une personne lambda sans expérience préalable en ingénierie ou en énergies renouvelables ? Merci d’avance pour votre réponse !