Production électrique autonome pour une
habitation.
L'idée:
L'idée
est de rendre autonome une habitation en électricité tout au long de
l'année et quel que soit le temps. Nous savons qu'environ 1/3 de
l'électricité qui arrive dans nos maisons par les lignes électriques est
perdu en chaleur pendant le transport. Si chaque maisons étaient dotées d'un
système de production bien étudié sur place, cela pourrait être bénéfique pour
la planète et peut être pour notre portefeuille.
Travailler
sur des systèmes sur unitaires est une bonne chose, mais pourquoi ne pas
utiliser les énergies libres les plus évidentes qui se trouvent juste sous nos
yeux: le vent et le soleil.
Le système
est composé de:
- A) Une
éolienne à axe vertical d'une puissance moyenne de 1 KW , pour produire quand
il y a du vent. Nous envisagerons aussi d'autres types d'éoliennes vendues
dans le commerce. Les éoliennes à pales sont plus performante mais plus
difficiles à fabriquer soi-même.
- B) Des
panneaux solaires photovoltaïques d'une puissance moyenne de 1 KW , pour
produire quand il y a de la lumière.
- C) Des
batteries pour accumuler l'énergie quand on n'en a pas besoin et faire une
réserve. Capacité: 10 à 20 KWh
Les batteries serons montées de manière à avoir une tension de 24 V.
- D) Un
onduleur 24vDC / 230vAC d'une puissance de 2 à 3 KW.
- E) Un
coffret de protection avec des disjoncteurs et l'équipement nécessaire pour
pouvoir se rebrancher automatiquement ou manuellement sur le réseau de
distribution normal. En cas de problèmes, on peut envisager de charger les
batteries avec du courant de nuit, et ne plus jamais utiliser de courant de
jours plus cher.
Il est
évident que nous allons étudier la prix de revient d'une telle installation et
sa rentabilité dans le temps.
Nous allons
essayer de la fabriquer avec des éléments facile à trouver dans le commerce et
de façon artisanale tout en explorent les autres options possibles dans chaque
parties de l'étude.
A)L'éolienne:
A.1) axe vertical:
Ce modèle d'éolienne est recopié sur un autre site,
cependant comme ce modèle m'intéresse, nous allons refaire certains
calculs pour nous assurer à l'avance de sa faisabilité,et la modifier selon
notre attente..
Nous partirons sur cette base
mécanique et modifierons les surfaces pour produire 1 KW.
Cette « éolienne à vitesse constante » a été publiée, à
l’identique, dans le n° 38, juillet 2002, « les bricothèmes », hors série d’un
Système D, sur les énergies renouvelables. Article produit par « un lecteur »(
?).
Présentation
Cette fiche contient les plans pour vous fabriquer une petite éolienne à
vitesse constante. Le but est d'arriver à la faire avec du matériel de
récupération. Elle est capable de faire débiter entre 600 et 700 watts à un
alternateur par un vent de seulement 30 km/h. Peu importe d'où vient le
vent, de part sa conception, elle est toujours au top. Un astucieux système
de régulation automatique permet d'assurer une rotation à peu près constante
quelle que soit la vitesse du vent. De plus, elle se bloque automatiquement
en cas de forte tempête. Pour info, le principe de l'éolienne à axe vertical
fut breveté par un ingénieur français nommé Georges Darrieus en 1931.
Principe de fonctionnement
Quatre pales en forme de godet tournent sous l'action du vent (fig. 10).
Elles se placent automatiquement dans la meilleure position en fonction de
sa force et transmettent ainsi une vitesse constante à l'axe vertical. Par
brise légère, les pales s'ouvrent au maximum. Lorsque le vent souffle fort,
elles tendent à se refermer. A noter que le couple maximum appliqué sur
l'axe se produit lorsqu'elles sont aux trois quarts fermées. Si le vent
devient encore plus violent, les pales se ferment complètement et se
rouvrent sous l'effet de ressorts dès qu'il faiblit (fig. 9).
Liste des matériaux
4 feuilles de tôle d'acier doux en 20/10 de 1000 x 750 mm
8 feuilles de tôle d'acier doux en 20/10 de 700 x 150 mm
3,5 m de fer plat de 80 x 5 mm
1 tôle de 320 x 320 de 5 mm d'épaisseur
1,4 m de fer plat de 30 x 5 mm
16 cm de fer plat de 20 x 4 mm
15 cm de fer rond de 50 mm
1 morceau de tube d'acier de diamètre 38 x 50 mm
1 morceau de tube d'acier de diamètre 20 x 80 mm
1 rondelle de nylon diamètre 60, épaisseur 8 mm environ
1 butée à billes
1 roulement à billes diamètre 30
8 vis diamètre 12 x 40 mm, avec écrous de 12 et rondelles
8 vis diamètre 8 x 15 mm + écrous et contre écrous de 8
4 vis diamètre 8 x 10 mm
2 ressorts de traction diamètre de fil 3 mm, diamètre extérieur 30 mm,
longueur 330 mm
1 barre d'acier (comprimé) diamètre 30 mm x 1950 mm
9 m de cornière perforée de 50 x 50 mm
1 plaque de tôle de 700 x 190 mm
Construction des pales
Première méthode: Récupérer deux tonneaux d'huile de 200 litres en
acier et les couper en deux.
Deuxième méthode: les fabriquer avec de la tôle:
les pales sont au nombre de quatre et sont taillées dans de la tôle de 2 mm
d'épaisseur. Elles sont chacune découpées dans une plaque de 100 x 75 cm et
sont cintrées dans un rayon de 480 mm.
Les supports de pales
Support inférieur
Support supérieur
La croix de liaison
Biellette et accessoires
Le socle
Il se compose de quatre pieds reliés par deux plateformes.
Position des pales en fonction du vent
Principe:
Pour la suite
Pour que l'éolienne puisse faire tourner un alternateur il faut rajouter
une poulie U à gorge trapézoïdale sous la plate forme inférieure. Il suffit
de la fixer sur l'axe N et de rajouter une courroie qui fera tourner un
alternateur de votre choix. Pour réduire le coût, nous vous conseillons de
récupérer un alternateur 12 volts de voiture dans une casse et de le
modifier en suivant la documentation technique qui est
disponible ici. Voici aussi une autre doc pour modifier un alternateur
Valeo 50 A, à
télécharger ici. Vous pouvez aussi récupérer un générateur sur un petit
groupe électrogène.
En complément
De la documentation pour réaliser des montages électroniques pour
améliorer votre installation à
télécharger ici.
Rappel: (10 Newtons = environ 1
Kg)(1N/m² = 1 Pascal)
un vent de 100 Km/h (27.7m/s) sur une
surface de 1m² nous donne une pression de:
p = 1.293 x 27.7²/2 = 496 N/m² soit
environ 49.6 Kg sur 1m²
une pale = 0.7 m²
F = p x S = 496 x 0.7 = 347.3 Newtons
(avec K = 1)
Revenons à notre éolienne:
Masse volumique de l'air au niveau de
la mer : 1.293 kg/m³
Surface d'une pale = 1 x 0.7 = 0.7 m²
Coefficient de pénétration = environ 0.3 côté circulaire ext. et 1.4 côté
circulaire int. Le coefficient de pénétration ou Cx est parfois
supérieur à 1 car il tient compte de la dépression au dos de la surface. Les
éoliennes à pales sont plus performantes pour cette raison, la force motrice
est due à 1/3 par pression et 2/3 par dépression.
Prenons un vent de 36 km/h soit 10 m/s
Vitesse circonférentielle moyenne des pales = 1/2 soit 5 m/s car de la
vitesse du vent, il faut déduire celle de l'éolienne.
F1 = 0.3 x 1.293 x 0.7 x 5²/2 = 3.39 N
F2 = 1.4 x 1.293 x 0.7 x 5²/2 = 15.84 N
P = C x W
puissance = couple x vitesse angulaire
C= F x L
couple = force x bras de levier moyen
= (15.84 - 3.39 ) x 0.35 = 4.36 Nm
V = 5m/s
W = v/R = 5/0.35 = 14.28 rad/s
vitesse angulaire = vitesse / rayon de rotation
P = C x W = 4.36 x 14,28 = 62.22 W pour 36 Km/h de vent
249 W pour 72 Km/h de vent
Le fait de mettre 4 pales n'augmente
pas la puissance, mais permet de conserver cette puissance quelle que soit
la position du rotor.
Si nous multiplions les dimensions de
l'éolienne par 1.5 sa puissance sera multipliée par 1.5² = 2.25
Si nous doublons les dimensions de
notre éolienne, sa puissance sera multipliée par 2² = 4.
Comme nous pouvons le voir dans la
figure ci-dessus, il y a plus qu'une pale qui est motrice et cela augmente
la valeur de la puissance calculée ci dessus. Cette augmentation est
difficile à calculer théoriquement mais il n'est pas impossible que la
majoration soit dans une fourchette de 1.5x à 2x . Je ferai les mesures
exactes lors de la réalisation pratique de cette éolienne.
Astuce:
Pour permettre la rotation de
l'éolienne à bon marché, il peut être intéressant de récupérer une roue
complète de voiture avec fusée, tambour et roulements. Souder la fusées sur
le pied de l'éolienne et le rotor boulonné sur le tambour.
Cellules solaires économiques délivrant une tension de 1
Vcc ou 2 Vcc sous un courant de 200 mA (en plein soleil). Boîtier
encapsulé pouvant être rendu étanche à l’aide de silicone.
MODULE SHARP - monocristallin monoverre, cadre
renforcé 175W - 24 V
1575x826 - poids 17 kg PROMO
175W/24V
1099,00 €
Un panneau de 175 w fonctionnant pendant une durée de
vie de 10 ans (donnée moyenne) avec une moyenne de 12 heures par jour de
lumière produirait : 0.175 x 12 x 365 x 10 = 7665 KWh. soit l'équivalent de
7665 x 0.15 = 1150 €
Prix Du KWh moyen bi-horaire (nuit:0.1€/KWh
jour:0.2€/KWh) ttc en Belgique : 0.15 €
Ca ne vaut guère la peine pour 50 € de bénéfice si
tout va bien ...
Ce
convertisseur présente un signal sinusoïdal vrai en sortie. Il est équipé
d’une protection contre les court-circuits et d’une protection thermique.
Débranchement automatique et alarme en cas de batterie faible. Sortie sur
double prise secteur. Caractéristiques: Puissance: 300 W. Tension
d’entrée: 12 Vcc (10 à 15 Vcc).
Tension de sortie: 230 Vac.
Dimensions: 205 x 242 x 80 mm. Poids: 2 kg.
Convertisseurs
600 W adaptés pour des charges plus importantes que les modèles précédents.
Appareils puissants, fiables et performants, présentant un signal de sortie
correspondant à une sinusoïde modifiée. Refroidissement par ventilateur.
Protection par fusible et mesure de température. Caractéristiques:
Puissance: 600 W en continu.
Tension d’entrée: 12 Vcc (PI612) ou 24 Vcc (PI624).
Tension de sortie: 230 Vac / 50 Hz.
Alarme pour batterie faible.
Dimensions: 205 x 290 x 73 mm.Poids: 2.1 kg.
Description
identique aux modèles précédents.
Puissance: 1000 W en continu.
Tension d’entrée: 12 Vcc (11-15 Vcc)
Tension de sortie: 230 Vac / 50 Hz.
Alarme pour batterie faible.
Dimensions: 242 x 393 x 80 mm.
Poids: 3.2 kg.
Convertisseurs
très puissants à signal de sortie sinusoïdal modifié.
Caractéristiques:
Puissance: 3000 W
Tension d’entrée: 12 Vcc (P3012)
24 Vcc (PI3024)
Tension de sortie: 230 Vac.
Dimensions: 480 x 205 x 170 mm.
Poids: 10 kg.
Le prix des panneaux
solaires est important soit environ 1100 € pour 175 Watts et produirons pour
1150 € d'électricité pour une durée de vie dans des condition optimum. En
réalité, le rendement diminue avec l'age des panneaux. Cette option n'est
donc pas intéressante financièrement mais peut l'être écologiquement du
moins dans notre cas.
Pour alimenter une maison
un onduleur ou convertisseur de 3000 Watts serait bien sans faire de folie
et en gérant sa consommation électrique.
Retenons
les options suivantes pour la simulation:
- Eolienne avec des pales
de 2 x 1m, soit les cotes x 2 = P à 36 km/h : 62 x 2² x 1.5 = 372 W
P à 72 km/h : 249 x 2² x 1.5 = 1494 W
= 1000€
Un alternateur 24V /60A = 1440 W.
= 250 €
Un système de démultiplication à étudier.
- Un convertisseur de 3000
W
= 930 €
- 5 batteries de 12 V/180 Ah = 5 x 12 x 180 = 10,8 KWh
= 589 €
- Coffret électrique plus câbles =
- Panneaux photovoltaïques de 175 W
= 1100 € ( voir
calcul de rentabilité plus haut)
PFG
Technologie
Ce
convertisseur présente un signal sinusoïdal vrai en sortie. Il est équipé
d’une protection contre les court-circuits et d’une protection thermique.
Débranchement automatique et alarme en cas de batterie faible. Sortie sur
double prise secteur. Caractéristiques: Puissance: 300 W. Tension
d’entrée: 12 Vcc (10 à 15 Vcc). 
Convertisseurs
600 W adaptés pour des charges plus importantes que les modèles précédents.
Appareils puissants, fiables et performants, présentant un signal de sortie
correspondant à une sinusoïde modifiée. Refroidissement par ventilateur.
Protection par fusible et mesure de température.
Description
identique aux modèles précédents.
Convertisseurs
très puissants à signal de sortie sinusoïdal modifié. 
