Comment fabriquer une mini-éolienne de ses propres mains ?

Pour produire de l'électricité, l'éolienne n'a pas besoin de carburant ni d'énergie solaire. Cette caractéristique incite de nombreuses personnes à réfléchir à la manière de construire une éolienne de leurs propres mains, car l'achat et l'installation d'équipements prêts à l'emploi ne sont pas bon marché.

Principe et types d'aérogénérateurs

Vous ne pouvez fabriquer vous-même une éolienne que si vous comprenez sa construction. Le prototype de cette machine est un vieux moulin à vent. La pression du flux d'air sur ses ailes met en mouvement un arbre, qui transmet le couple à l'équipement du moulin.

Dans les moulins à vent, le même principe d'utilisation de l'énergie du vent pour faire tourner le rotor est utilisé pour produire de l'électricité :

1. Le mouvement des pales par le vent entraîne la rotation de l'arbre primaire avec une boîte de vitesses. Le couple est transmis à l'arbre secondaire (rotor) du générateur, qui est équipé de 12 aimants. Sa rotation génère un courant alternatif dans l'anneau du stator.
2. Ce type d'électricité ne peut pas charger les batteries sans un dispositif spécial - un contrôleur (redresseur). L'appareil convertit le courant alternatif en courant continu, ce qui permet de le stocker pour que les appareils ménagers puissent fonctionner sans interruption. Le contrôleur remplit également une autre fonction : il arrête la charge de la batterie à temps et transfère l'énergie excédentaire produite par l'éolienne vers des unités qui consomment beaucoup d'énergie (comme les éléments de chauffage pour le chauffage domestique).
3. Pour fournir du 220 V, le courant passe des batteries à l'onduleur, puis aux points de consommation.

Pour s'assurer que les pales sont toujours dans la meilleure position pour interagir avec le vent, une queue est montée sur les dispositifs d'aile qui permet de tourner l'hélice face au vent. Les modèles d'usine d'éoliennes sont dotés de dispositifs de freinage ou de circuits supplémentaires permettant de replier la queue ou d'orienter les pales pour les éloigner des chocs du vent par mauvais temps.

Il existe plusieurs types d'éoliennes, classées en fonction du nombre et du matériau des pales ou du pas de l'hélice. Mais la principale division est basée sur l'emplacement de l'axe ou de l'arbre primaire :

1. Le type horizontal implique le positionnement de l'arbre parallèlement au sol. De tels générateurs sont appelés générateurs ailés.
2. Dans les éoliennes verticales, l'axe est perpendiculaire à l'horizon et les plans sont disposés autour de lui. Les générateurs verticaux peuvent être appelés orthogonaux ou ronds.

Quel que soit l'emplacement de l'axe de rotation, le principe de fonctionnement de l'appareil reste le même.

Les modèles d'éoliennes peuvent avoir une hélice ou une roue à vent avec 2, 3 ou plus de pales. Les dispositifs à pales multiples sont considérés comme capables de générer du courant par vent faible, tandis que les hélices à 2 ou 3 ailes nécessitent un flux d'air plus important. Une règle importante à prendre en compte lors du choix d'un modèle est que chaque pale crée une résistance au flux du vent et réduit la vitesse de rotation, il est donc difficile de faire tourner une roue à plusieurs pales jusqu'à la vitesse de fonctionnement.

Parmi les variétés d'éoliennes, il existe des éoliennes à voile et des éoliennes rigides. Ces noms font référence au matériau dans lequel les ailes sont fabriquées. En auto-assemblage, le type de voile sera plus facile et plus économique, mais les pales en matière plastique (tissu, film, etc.) ne sont pas durables et résistantes à l'usure.

Version verticale

La construction d'une éolienne verticale est plus facile que celle d'une éolienne horizontale. La conception ne nécessite pas de dispositif d'aube, placé à une faible hauteur (jusqu'à 2 m). Les réactions de ceux qui utilisent des éoliennes verticales (wind turbine), témoignent du peu de bruit lors de la rotation et de la commodité de l'entretien des unités de travail. Le générateur est situé au bas de la structure et la maintenance peut être effectuée sans avoir à travailler en hauteur ou à descendre le mât au sol.

Un roulement est fixé à l'extrémité supérieure de l'axe, qui sert également de mât. Il ne nécessite pratiquement aucun entretien et peut durer des années sans réparation.

Contrairement à une éolienne à pales, les éoliennes verticales ne nécessitent pas de mât élevé. Ils fonctionnent indépendamment de la direction du vent, ce qui simplifie la conception de la partie mobile. Pour les pales d'un aérogénérateur compact, vous pouvez utiliser un tuyau en PVC de grand diamètre (par exemple, un tuyau d'égout), et pour une éolienne plus puissante est adapté mince acier galvanisé. Ces matériaux sont à la disposition de tout bricoleur et sont relativement bon marché.

Le design de la roue à vent peut être choisi parmi les nombreuses options disponibles :

• Modèle Dornier avec 2 pales plates ;
• Système Savonius avec 4 ailes semi-cylindriques ;
• éolienne orthogonale à pales multiples avec 2 rangées de plans ;
• Éoliennes hélicoïdales avec un profil de pale incurvé.

Toutes les éoliennes verticales utilisent le principe de l'agrégat de Savonius. À la maison, les lames peuvent être fabriquées à partir de fûts en acier ou en plastique, coupés en deux dans le sens de la longueur. La particularité de cette conception est que l'efficacité de l'unité atteint son maximum à la vitesse des pales, soit la moitié de la vitesse du vent. Il est donc inutile d'essayer d'augmenter la vitesse d'une éolienne verticale.

Modèles horizontaux

Contrairement aux générateurs verticaux, les éoliennes à hélice artisanale ont un rendement plus élevé lorsque la vitesse des pales est augmentée. Mais les éléments de l'hélice, nombreux et étroits, ne contribuent pas à un travail optimal : en cas de vent fort, ils n'ont pas le temps de faire tourner l'arbre à cause du coussin d'air formé devant l'hélice.

Les aérogénérateurs à pales multiples pour la maison sont fabriqués de préférence dans des régions où les vents ne sont pas trop forts. Si la force du vent dans la région dépasse souvent 10-15 m par seconde, il est judicieux de construire une éolienne à 2 ou 3 pales. Les deux types sont capables de démarrer à une vitesse d'air d'environ 2-3 m par seconde.

Un modèle horizontal nécessite un mât élevé (6-12 m). Afin d'éviter les travaux en altitude lors de la maintenance, les artisans populaires installent un mécanisme de pliage simple - un axe - à la base du mât. Pour assurer la stabilité de la structure sous une forte charge de vent, des haubans sont nécessaires pour maintenir le mât en position verticale.

La nacelle avec le générateur et l'hélice doit être montée sur un palier et munie d'une girouette afin que l'hélice prenne toujours une position avantageuse par rapport au vent. Les câbles destinés à transporter le courant doivent être disposés de manière à ne pas se tordre lors de la rotation de la nacelle et provoquer des interférences et des ruptures. C'est pourquoi ils sont transportés à l'intérieur du mât tubulaire.

Comment fabriquer un générateur éolien de 220 volts ?

La première étape de la construction d'une éolienne consiste à déterminer la puissance requise de la machine :

• Pour l'éclairage de quelques pièces, un générateur de moins de 1 kW est suffisant ; il fournira du courant pour des ampoules à incandescence ou à économie d'énergie, et on pourra en outre y brancher un ordinateur portable ou une télévision ;
• un aérogénérateur artisanal d'une capacité de 5 kW fournira de l'électricité pour les appareils ménagers (réfrigérateur, machine à laver, cuisinière, etc.) ;
• Pour passer la maison à une alimentation électrique autonome, il faut un générateur puissant d'une capacité de plus de 20 kW.

Le générateur peut être fabriqué soi-même ou adapté à partir d'une vieille voiture. Il est ainsi possible de générer jusqu'à 2-3 kW de puissance. Pour fabriquer une éolienne 220V plus puissante de vos propres mains, vous devrez faire des calculs précis concernant le nombre de bobines et de tours de fil, la taille et le nombre d'aimants sur le rotor et les paramètres des ailes des pales.

Une conception simple

Pour la construction la plus simple avec une puissance d'environ 1 à 1,5 kW, vous avez besoin :

• alternateur de la voiture (12 V) ;
• batterie acide (12 V) ;
• Interrupteur marche-arrêt (12 V) ;
• convertisseur de courant 700-1500 V et 12-220 V ;
• métal de grande capacité ;
• boulons, rondelles, écrous ;
• pinces de fixation pour l'alternateur (2 pièces).

Faites des trous symétriques dans la poulie de l'alternateur de la voiture pour les boulons. Divisez la circonférence du récipient en 4 parties égales. Découpez les lames :

• Marquez les rectangles sur le côté du réservoir correspondant aux divisions du cercle ;
• Trouvez le centre vertical de chaque élément ;
• Marquez le haut et le bas du récipient avec un rebord solide de 3 à 5 cm de large ;
• coupez le métal entre les différents rectangles jusqu'à la ligne du bord ;
• faites des coupes le long des limites supérieures et inférieures des marquages de façon à ce que le milieu du rectangle reste intact et relié aux jantes ;
• déplier chaque lame par rapport à l'axe central ;
• déterminer le centre du fond circulaire, marquer l'emplacement des trous de boulons en fonction de leur emplacement sur la poulie de l'alternateur.

Lors du dépliage des ailes, il est utile de déterminer le sens de rotation de la roue à vent pour faire ressortir les bonnes parties des avions. Les angles de rotation de toutes les lames doivent être mesurés pour s'assurer qu'une charge égale est appliquée.

L'assemblage consiste à boulonner la poulie du générateur au fond du réservoir. La base de l'éolienne est ensuite préparée (un mât fait d'un tuyau épais d'environ 2 mètres de haut). Le plus simple est de fixer le générateur à ce mât à l'aide de colliers de serrage de diamètre approprié. Pour charger la batterie, le courant provenant de l'alternateur doit passer par un redresseur, et la connexion doit être effectuée à l'aide des schémas de câblage du véhicule.

Générateur artisanal pour une éolienne

L'unité de l'aérogénérateur horizontal peut être assemblée à partir de moyeux de roues de voitures ou utiliser un moteur électrique provenant d'une machine à laver. Ces travaux nécessitent l'achat d'aimants en néodyme (un alliage de niobium). Les éléments rectangulaires sont les meilleurs.

Vous pouvez déterminer le nombre par le nombre de bobines si un moteur est utilisé. Pour un alternateur triphasé, le nombre d'aimants doit être égal aux 2/3 du nombre de bobines, et pour un alternateur monophasé, il doit être le même. Les maîtres praticiens conseillent d'opter pour un générateur triphasé.

Si vous utilisez un moteur de machine à laver, les aimants doivent être collés au rotor du moteur. Si un moyeu de roue est utilisé, les aimants sont placés sur un cercle de tôle d'acier d'environ 5 mm d'épaisseur. Respectez les règles lors du montage du rotor :

1. La distance entre les aimants doit être égale. Placez les éléments rectangulaires sur le moyeu avec leurs grands côtés le long des rayons de la roue, et sur l'arbre du moteur le long de son axe longitudinal.
2. Les pôles des aimants doivent être identifiés et marqués avant le travail. Montez-les de manière à ce que les éléments opposés aient des polarités différentes. Lorsque vous placez les aimants, alternez les pôles positifs et négatifs des pièces voisines.
3. Il est conseillé de remplir les aimants d'époxy afin qu'ils soient maintenus fermement sur la surface du rotor.

Lorsque vous utilisez l'arbre du moteur comme rotor, placez la pièce à sa place dans le bobinage et vérifiez le fonctionnement en plaçant les stylets d'un voltmètre sur les fils et en faisant tourner l'arbre avec une perceuse.

Si un moyeu est utilisé, des bobines de fil de cuivre émaillé de 1 mm sont enroulées toutes seules. Chaque bobine doit comporter 60 tours et avoir une hauteur de 9 mm. Les bobines doivent être fixées sur la partie plate du moyeu de la roue.

Pour un alternateur triphasé, connectez les extrémités des câbles comme suit :

• laissez le fil extérieur 1 de la bobine libre et connectez le fil intérieur 4 au fil extérieur ;
• connectez le conducteur interne de la bobine 4 au conducteur externe de la bobine 7 et continuez jusqu'à la fin, en joignant les parties de l'enroulement toutes les 2 pièces ; la dernière doit avoir une extrémité interne libre, qui peut facilement être torsadée avec le fil restant ou marquée autrement ;
• répétez le processus à partir de la bobine 2, en joignant les fils de la même manière tous les 2 morceaux ;
• faites de même avec la bobine 3 et les autres non connectées.

A la fin du travail, le maître aura 6 fils séparés. L'enroulement doit être rempli d'époxy et séché.

Ensuite, l'arbre doit être serré dans le roulement du moyeu sur lequel est montée la bague du rotor avec les aimants. L'espace entre les surfaces des pièces est de 1 à 1,5 mm. Vérifiez le courant dans les fils, assemblez l'éolienne et montez-la sur le mât.

Maintenance

Lors de l'utilisation de l'éolienne, il convient d'effectuer une fois par mois une inspection générale des fixations, de vérifier l'absence de déséquilibre de tension dans le système électrique, l'état de fonctionnement du contrôleur et la régularité de la tension des câbles. Pour un fonctionnement sans problème, il convient de vérifier tous les 3-4 mois les bornes de la batterie et de contrôler les niveaux d'électrolyte et d'huile dans la boîte de vitesses du générateur.

L'inspection annuelle comprend le contrôle des surfaces des lames, la vérification des roulements et leur remplacement. Le niveau d'électrolyte est également complété et l'huile de la boîte de vitesses est ajoutée à ce moment-là. L'entretien annuel consiste à vérifier le bon fonctionnement de tous les assemblages.

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