Types de générateurs d’éoliennes
Une éolienne est composée de deux composants principaux et après avoir examiné l’un d’eux, la conception des pales du rotor dans le tutoriel précédent, nous pouvons maintenant regarder l’autre, le générateur d’éoliennes ou les WTG qui est la machine électrique utilisée pour générer l’électricité. Un générateur électrique à bas régime est utilisé pour convertir la puissance de rotation mécanique produite par l’énergie éolienne en électricité utilisable pour alimenter nos maisons et est au cœur de tout système d’énergie éolienne.
La conversion de la puissance mécanique de rotation générée par les pales du rotor (connue sous le nom de moteur principal) en puissance électrique utile pour une utilisation dans des applications d’alimentation domestique et d’éclairage ou pour charger des batteries peut être réalisée par l’un des principaux types de machines électriques rotatives suivantes couramment utilisées dans un système de production d’énergie éolienne:
- 1. La machine à courant continu (CC), également appelée Dynamo
- 2. La machine synchrone à courant alternatif (CA), également connue sous le nom de générateur alternatif
- 3. La machine à induction à courant alternatif (AC), également appelée Alternateur
Toutes ces machines électriques sont des dispositifs électromécaniques qui fonctionnent sur la loi de Faraday de l’induction électromagnétique. C’est-à-dire qu’ils fonctionnent par l’interaction d’un flux magnétique et d’un courant électrique, ou flux de charge. Ce procédé étant réversible, la même machine peut être utilisée comme moteur électrique classique pour convertir la puissance électrique en puissance mécanique, ou comme générateur convertissant la puissance mécanique en puissance électrique.
Les machines électriques les plus couramment utilisées pour les applications d’éoliennes sont celles qui servent de générateurs, le générateur synchrone et le générateur d’induction (comme indiqué) étant couramment utilisés dans les grands systèmes de générateurs d’éoliennes. Habituellement, les éoliennes plus petites ou faites maison ont tendance à utiliser un générateur à courant continu à aimant permanent à basse vitesse ou une dynamo car elles sont petites, bon marché et beaucoup plus faciles à connecter.
Le type de générateur électrique que nous pouvons utiliser pour produire de l’énergie éolienne fait donc une différence. La réponse simple est à la fois oui et Non, car tout dépend du type de système et d’application que vous souhaitez. La sortie CC basse tension d’un générateur ou d’une dynamo de style ancien peut être utilisée pour charger des batteries tandis que la sortie sinusoïdale CA supérieure d’un alternateur peut être connectée directement au réseau local.
De plus, la tension de sortie et la demande de puissance dépendent entièrement des appareils dont vous disposez et de la façon dont vous souhaitez les utiliser. De plus, l’emplacement du générateur d’éolienne, la ressource éolienne le maintiendrait-elle constamment en rotation pendant de longues périodes ou la vitesse du générateur et donc sa puissance varieraient-elles de haut en bas avec les variations du vent disponible.
Production d’électricité
Un générateur d’éolienne est ce qui rend votre électricité en convertissant l’énergie mécanique en énergie électrique. Soyons clairs ici, ils ne créent pas d’énergie ou ne produisent pas plus d’énergie électrique que la quantité d’énergie mécanique utilisée pour faire tourner les pales du rotor. Plus la « charge », ou la demande électrique imposée au générateur, est importante, plus la force mécanique est nécessaire pour faire tourner le rotor. C’est pourquoi les générateurs sont de tailles différentes et produisent des quantités d’électricité différentes.
Dans le cas d’un « générateur d’éolienne », le vent pousse directement contre les pales de la turbine, ce qui convertit le mouvement linéaire du vent en mouvement rotatif nécessaire pour faire tourner le rotor des générateurs et plus le vent pousse, plus l’énergie électrique peut être générée. Ensuite, il est important d’avoir une bonne conception de pale d’éolienne pour extraire autant d’énergie du vent que possible.
Tous les générateurs à turbine électriques fonctionnent en raison des effets du déplacement d’un champ magnétique au-delà d’une bobine électrique. Lorsque des électrons traversent une bobine électrique, un champ magnétique est créé autour de celle-ci. De même, lorsqu’un champ magnétique passe devant une bobine de fil, une tension est induite dans la bobine telle que définie par la loi d’induction magnétique de Faraday provoquant la circulation des électrons.
Générateur simple utilisant l’Induction magnétique
Ensuite, nous pouvons voir qu’en déplaçant un aimant au-delà d’une seule boucle de fil, une tension connue sous le nom de et emf (force électro-motrice) est induite dans la boucle de fil en raison du champ magnétique de l’aimant.
Lorsqu’une tension est induite à travers la boucle de fil, un courant électrique sous la forme d’un flux d’électrons commence à circuler autour de la boucle générant de l’électricité.
Mais que se passe-t-il si au lieu d’une seule boucle de fil individuelle comme indiqué, nous avions de nombreuses boucles enroulées ensemble sur la même boucle pour former une bobine de fil, beaucoup plus de tension et donc de courant pourraient être générés pour la même quantité de flux magnétique.
C’est parce que le flux magnétique coupe plus de fils produisant une plus grande cem et c’est le principe de base de la loi de Faraday sur l’induction électromagnétique et un générateur CA utilise ce principe pour convertir une énergie mécanique telle que la rotation d’une éolienne ou d’une hydrolienne en énergie électrique produisant une forme d’onde sinusoïdale.
Nous pouvons donc voir qu’il existe trois exigences principales pour la production d’électricité et celles-ci sont:
- Une bobine ou un ensemble de conducteurs
- Un système de champ magnétique
- Mouvement relatif entre les conducteurs et le champ
Puis plus la bobine de fil tourne rapidement, plus le taux de changement par lequel le flux magnétique est coupé par la bobine est élevé et plus la cem induite à l’intérieur de la bobine est grande. De même, si le champ magnétique est renforcé, la cem induite augmentera pour la même vitesse de rotation. Ainsi : emf induite Φ Φ * n. Où: « Φ » est le flux de champ magnétique et « n » est la vitesse de rotation. De plus, la polarité de la tension générée dépend de la direction des lignes magnétiques de flux et de la direction de déplacement du conducteur.
Il existe d’ailleurs deux types de base de générateur électrique et d’alternateur: le générateur à aimant permanent et le générateur à champ enroulé, les deux types étant constitués de deux parties principales: le Stator et le Rotor.
Le stator est la partie « stationnaire » (d’où son nom) de la machine et peut comporter soit un ensemble d’enroulements électriques produisant un électroaimant, soit un ensemble d’aimants permanents dans sa conception. Le rotor est la partie de la machine qui « tourne ». Encore une fois, le rotor peut avoir des bobines de sortie qui tournent ou des aimants permanents. Généralement, les générateurs et alternateurs utilisés pour les générateurs d’éoliennes sont définis par la façon dont ils génèrent leur magnétisme, soit des électroaimants, soit des aimants permanents.
Il n’y a pas d’avantages et d’inconvénients réels des deux types. La plupart des éoliennes résidentielles sur le marché utilisent des aimants permanents dans leur conception de générateur de turbine, ce qui crée le champ magnétique requis avec la rotation de la machine, bien que certains utilisent des bobines électromagnétiques.
Ces aimants à haute résistance sont généralement fabriqués à partir de matériaux de terres rares tels que le fer néodyme (NdFe) ou le cobalt de samarium (SmCo), éliminant ainsi la nécessité pour les enroulements de champ de fournir un champ magnétique constant, conduisant à une construction plus simple et plus robuste.
Les enroulements de champ enroulé ont l’avantage de faire correspondre leur magnétisme (et donc leur puissance) avec la vitesse variable du vent mais nécessitent une source d’énergie externe pour générer le champ magnétique requis.
On sait maintenant que le générateur électrique fournit un moyen de conversion d’énergie entre le couple mécanique généré par les pales du rotor, appelé moteur principal, et une certaine charge électrique.
La liaison mécanique de l’éolienne aux pales du rotor se fait par l’intermédiaire d’un arbre principal qui peut être soit un simple entraînement direct, soit en utilisant une boîte de vitesses pour augmenter ou diminuer la vitesse du générateur par rapport à la vitesse de rotation des pales.
L’utilisation d’une boîte de vitesses permet une meilleure adaptation de la vitesse du générateur à celle de la turbine mais l’inconvénient de l’utilisation d’une boîte de vitesses est qu’en tant que composant mécanique elle est soumise à une usure réduisant l’efficacité du système. L’entraînement direct peut cependant être plus simple et efficace, mais l’arbre et les paliers du rotor des générateurs sont soumis au poids total et à la force de rotation des pales du rotor.
Courbe de sortie du générateur d’éolienne
Ainsi, le type de générateur d’éolienne requis pour un emplacement particulier dépend de l’énergie contenue dans le vent et des caractéristiques de la machine électrique elle-même. Toutes les éoliennes ont certaines caractéristiques liées à la vitesse du vent.
Le générateur (ou l’alternateur) ne produira pas de puissance de sortie tant que sa vitesse de rotation n’est pas supérieure à sa vitesse de coupe du vent, où la force du vent sur les pales du rotor est suffisante pour surmonter les frottements et les pales du rotor accélèrent suffisamment pour que le générateur commence à produire de la puissance utilisable.
Au-dessus de cette vitesse de coupure, le générateur doit générer une puissance proportionnelle à la vitesse du vent en cubes (K.V3) jusqu’à ce qu’il atteigne sa puissance nominale maximale comme indiqué.
Au-dessus de cette vitesse nominale, les charges de vent sur les pales du rotor approcheront de la force maximale de la machine électrique et le générateur produira sa puissance maximale ou nominale lorsque la fenêtre de vitesse nominale du vent aura été atteinte.
Si la vitesse du vent continue d’augmenter, le générateur de l’éolienne s’arrêterait à son point de coupure pour éviter les dommages mécaniques et électriques, ce qui entraînerait une production électrique nulle. L’application d’un frein pour arrêter le générateur pour s’endommager peut être soit un régulateur mécanique, soit un capteur de vitesse électrique.
Acheter un générateur d’éolienne tel que le générateur d’éolienne ÉCOLOGIQUE de 400 watts pour le chargement de la batterie n’est pas facile et il y a beaucoup de facteurs à prendre en compte. Le prix n’est qu’un d’entre eux. Assurez-vous de choisir une machine électrique qui répond à vos besoins. Si vous installez un système connecté au réseau, choisissez un générateur de tension secteur CA.
Si vous avez l’intention d’installer un système à batterie, recherchez un générateur CC à charge de batterie. Considérez également la conception mécanique d’un générateur telle que la taille et le poids, la vitesse de fonctionnement et la protection contre l’environnement car il passera toute sa vie monté au sommet d’un poteau ou d’une tour.
Dans le prochain tutoriel sur les générateurs d’éoliennes, nous examinerons les machines à courant continu et comment nous pouvons utiliser un générateur PMDC pour produire de l’électricité à partir de la puissance du vent. Pour en savoir plus sur les « Générateurs d’éoliennes », ou obtenir plus d’informations sur l’énergie éolienne sur les différents systèmes de production d’éoliennes disponibles, ou pour explorer les avantages et les inconvénients de l’énergie éolienne, Cliquez ici pour obtenir votre copie de l’un des meilleurs « Guides d’éoliennes » directement sur Amazon.