Dernière modification le 22/05/2024
Difficulté
Difficile
Durée
7 jour(s)
Coût
50 EUR (€)
Description
Ce tutoriel présente un outil de dimensionnement d’un circuit électrique servant à recharger une batterie à l’aide d’une éolienne, le tout à partir de matériaux de récupération. Ce projet a été réalisé dans le cadre d’un projet étudiant issu d’une collaboration entre une association LowTech étudiante Pas’tech de l’école d’ingénieur Grenoble-INP Ense3 et le laboratoire Gipsa-Lab de Grenoble.
Introduction
L’électricité étant devenue dans notre société actuelle un besoin vital, son accès n’est malheureusement pas garanti pour toutes et tous, notamment dans des zones reculées. Ainsi, utiliser une source d’énergie renouvelable à l’instar d’une éolienne Piggott permettrait d’assurer un apport en électricité en autoconsommation, par exemple pour alimentation d’un éclairage, d’un réfrigérateur ou encore pour la recharge de téléphones portables.
Une éolienne a besoin de tourner à une vitesse particulière pour extraire le maximum de puissance électrique issue du vent. Pour cela, un circuit électronique de commande est nécessaire. Si les circuits électroniques commerciaux assurent en théorie la maximisation du rendement de l'éolienne sur toute la plage de vent utile, les montages low tech tels que proposés dans les tutoriels sur le site du LowTechLab ou dans le manuel “Construire une éolienne Piggott” de l’association Tripalium sont basés sur un simple redressement par un pont de diode ce qui ne permet pas d'obtenir les performances maximum sur l'ensemble de la plage de vent considérée. Nous avons mis au point un protocole et un outil de calcul qui permettent d'évaluer les performances d'un montage lowtech et permettent ensuite d'en améliorer le rendement. L'idée notamment est de connaître l'influence des caractéristiques techniques de la génératrice d'une part, et de la batterie d'autre part, afin de concevoir des systèmes éoliens autonomes à base de batteries et générateurs de récupération. Ici nous avons appliqué la démarche sur une éolienne Piggott de 200W avec 2 génératrices autoconstruites ainsi qu’une batterie au plomb de 12V.
Matériaux
- Batteries au plomb de voiture de 12 V (nb calculé par le modèle Matlab)
- Hélice d’éolienne : ici Piggott - diamètre : 120 cm - beta plus ou moins constant de 20 à 26 °
- Moteur : ici génératrice Piggott 200W 12V
- 1 Redresseur à diode
- éléments de protection : disjoncteur/fusible - relais de protection
- Câbles
Outils
- Multimètre
- Oscilloscope + sonde
- Tournevis
Étape 1 - Evaluer les données de vent du lieu d’installation
Il est indispensable d’avoir connaissance de la vitesse de vent moyenne et annuelle du lieu de l’implantation de l’éolienne pour pouvoir estimer la puissance électrique qu’elle fournira. Pour cela, on peut vous recommander plusieurs sites fiables répertoriant la vitesse du vent sur une localisation.
Global Wind Atlas : https://globalwindatlas.info/fr
Météo Blue : https://www.meteoblue.com/fr/meteo/semaine/grenoble_france_3014728
Néanmoins, il faut avoir en tête la vitesse du vent varie considérablement en fonction de l’altitude. Il faudra donc considérer une marge de sécurité quant à la vitesse de vent considérée pour le dimensionnement. On peut alors estimer la puissance du vent :
Pvent =1/2 * S *v^3 avec la masse volumique (soit 1,3 kg/m3) , S la surface balayée par l’hélice, v la vitesse du vent en m/s .
Étape 2 - Caractéristique de l'hélice
Grandeurs à étudiées
Une éolienne produit une puissance électrique à partir de la vitesse du vent. Une partie puissance du vent, Pvent, est transformée en puissance mécanique, Pméca, ce qui permet la rotation des hélices. Enfin, une partie d'entre elle est convertie en puissance électrique, Pélec, grâce au couplage avec le moteur.
Le Cp est définie comme le rapport entre la puissance récupérée par l’éolienne et la puissance du vent délivrée :
Cp = Puissance éolienne / Puissance du vent avec 0 < Cp < 0,59 , limite de Betz
Il dépend de λ, le rapport de la vitesse de rotation de l’hélice sur la vitesse du vent :
λ = Vitesse de rotation des pales / Vitesse du vent
On doit normalement s’attendre à 4 < λ < 10 .
Pour caractériser l'hélice, il faut tracer la courbe du Cp en fonction de λ . Le but est de trouver le λ optimal tel que le Cp soit maximal.
Résultats pour une éolienne Piggot de 200W
| Vitesse en m/s | Lambda max | Cpmax |
| 2 | 8,21 | 0,235 |
| 3 | 6,36 | 0,347 |
| 4 | 6,46 | 0,375 |
| 5 | 6,88 | 0,398 |
Draft
Français
English
Deutsch
Español
Italiano
Português