Caractéristiques de la production d'une éolienne à axe de rotation vertical. Éolienne faite maison, éolienne. Éolienne DIY avec un axe de rotation vertical. Éolienne DIY avec un rotor vertical.

Utiliser l’énergie éolienne pour produire de l’électricité n’est pas une idée nouvelle. Il existe des régions où cette méthode d'extraction particulière est considérée comme la plus rentable et la plus prioritaire - naturellement, des vents soufflent constamment dans ces endroits. Un exemple frappant est celui du Danemark, où l'énergie éolienne représente 25 % de toute l'électricité consommée dans le pays.

Aujourd'hui, nous vous expliquerons ce qu'est une éolienne verticale, quelles sont ses principales caractéristiques, avantages et inconvénients, et partagerons également des informations sur la façon d'assembler un tel appareil de vos propres mains, en utilisant uniquement les matériaux disponibles.

Les avantages d’une éolienne verticale sont assez importants :

• La principale caractéristique de cet appareil est que la direction du vent n'a absolument aucune importance pour lui.
• Il est installé à une hauteur assez faible, ce qui ne nécessite aucun équipement spécial pour l'entretien, et le processus lui-même est sûr.
• Les éoliennes verticales n'ont qu'un seul axe de rotation sans mécanismes de transmission, ce qui signifie qu'elles seront beaucoup plus fiables en fonctionnement que leurs homologues horizontales.
• Ces appareils ont un solide niveau d’efficacité grâce à la forme du rotor et des pales.

Conseil! Les petits modèles à usage domestique sont entraînés par une très faible rafale de vent - à partir de 1,5 mètre par seconde, ce qui augmente encore l'efficacité de l'installation.

• Le générateur n’émet aucun son et n’interférera donc pas avec la vie des personnes environnantes. De plus, l'appareil n'affecte en rien l'environnement et ne crée aucune émission dans l'atmosphère.
• L'appareil servira pendant de nombreuses années, ne nécessitant qu'une inspection périodique des principaux composants mécaniques (il est particulièrement important de surveiller l'état des roulements). Réparer l'appareil est également assez simple.

Comment fonctionne une éolienne et est-elle connectée au réseau

Le fonctionnement d'un synchrophasotron... excusez-moi, une éolienne, est basé sur le principe de la sustentation magnétique. Son essence réside dans le fait que pendant la rotation, des forces de levage et d'impulsion sont générées, grâce auxquelles le rotor commence à tourner, plus la force de freinage réelle.

À la suite de la rotation du rotor, un champ magnétique se forme, qui induit une force électromotrice dans l'enroulement d'induit du générateur, ce qui génère un courant.

• La conception est entièrement mécanique et autonome, et ne nécessite donc aucune intervention humaine dans son fonctionnement. Naturellement, le générateur lui-même est équipé de dispositifs supplémentaires, grâce auxquels l'énergie obtenue est adaptée à une utilisation dans les réseaux domestiques.

• Vous ne devez en aucun cas connecter des appareils électriques directement aux bornes du générateur, car cet appareil produira un courant de différentes intensités et fréquences dans différents modes de fonctionnement.
• Après le générateur lui-même, un contrôleur est inclus dans le circuit, qui contrôle (pardonnez la tautologie) le niveau de charge de la batterie. La photo ci-dessus montre ce type d'appareil. Comme vous pouvez le voir, il y a 4 bornes sur le boîtier auxquelles sont connectées les sorties du générateur lui-même, de la batterie et du ballast.
• Qu’est-ce que le ballast ? Nous pensons que beaucoup de gens savent qu'il est fortement déconseillé de recharger les batteries, sinon l'électrolyte commencera à bouillir, une pression se créera à l'intérieur et l'appareil pourrait tomber en panne au milieu d'un feu d'artifice spectaculaire. Par conséquent, dès que la tension sur la batterie atteint 14-15 volts, ce qui indique qu'elle est complètement chargée, l'alimentation s'arrête.
• La batterie est déconnectée, il n'y a nulle part où aller pour l'énergie, eh bien, disons qu'il n'y a personne à la maison, qu'aucun appareil ne consomme d'électricité, qu'il y a un bon vent dehors et que le générateur continue de tourner intensément. Que va-t-il se passer ?

• S'il n'y a aucune charge sur l'éolienne, sa rotation ne rencontrera aucune résistance. Les pales tournent trop, ce qui augmente la charge de vent et produit un bruit désagréable. Dans certaines situations, la structure peut tout simplement ne pas tenir le coup et, en vous faisant signe de la main, s'envoler sans promesse de retour.
• Le point suivant est que la tension sur le générateur sans charge avec une rotation aussi intense peut atteindre 60-80 volts, avec une valeur nominale de 12. Les transistors du contrôleur sont en moyenne conçus pour une tension de 40 V - comme vous le comprenez, un tel saut entraînera leur mise hors service immédiate.
• Pour éviter que cela ne se produise, un ballast est utilisé - une charge de rechange créée par une résistance, des lampes ou un élément chauffant.

Conseil! Si vous utilisez des éléments chauffants, l'énergie ne sera pas gaspillée - vous pouvez proposer une conception dans laquelle, par exemple, l'eau sera chauffée.

• La consommation électrique du ballast doit correspondre au maximum que l'éolienne peut produire.
• Si le contrôleur que vous avez acheté ne dispose pas de bornes pour connecter une charge de ballast, cet appareil fonctionnera selon un principe différent. Dès que la batterie est complètement chargée, le contrôleur fermera les phases de l'éolienne, ce qui arrêtera ainsi sa rotation. Le verrou restera en place jusqu'à ce que le niveau de tension de la batterie descende à 13,5 volts, après quoi le cycle se répétera.
• Ces appareils sont installés uniquement sur des générateurs de faible puissance.
• Un pont de diodes doit être placé devant le contrôleur dans le circuit - le dispositif le plus simple composé de quatre semi-conducteurs, qui redressera le courant entrant. De nombreux appareils ont un redresseur à l'intérieur du boîtier, alors assurez-vous d'étudier les instructions lors de la connexion.

• Le prochain élément de la chaîne est donc la batterie. En principe, n'importe quel 12 volts fera l'affaire, vous pouvez donc vous rendre dans un magasin de pièces automobiles pour en acheter un.
• Comme vous l’avez compris, l’utilisation d’éoliennes ne signifie pas que l’énergie électrique sera gratuite. Tout d'abord, considérez le coût de l'appareil lui-même et de son équipement - si vous n'êtes pas un technicien radio, vous devrez certainement dépenser de l'argent. Deuxièmement, toute batterie a une certaine durée de vie - en moyenne 4 à 5 ans dans des conditions d'utilisation intensive.
• Une batterie de bonne capacité vous coûtera environ 5 à 10 000 roubles (prix 2018). Autrement dit, même si vous supprimez les coûts d'installation et de démarrage de l'équipement, vous devrez payer de 80 à 160 roubles par mois, sans compter les coûts d'éventuelles réparations de l'équipement.
• De plus, la région dans laquelle vous vivez doit être très venteuse pour que tous les frais soient amortis. En général, c’est à vous de décider de l’opportunité d’une telle acquisition ; nous ne faisons que vous présenter les faits.

• Si vous envisagez d'alimenter des appareils électroménagers fonctionnant sur 220 volts standard à partir d'une éolienne, vous aurez besoin d'un onduleur qui convertira le courant continu en courant alternatif.
• Parmi les équipements supplémentaires, je voudrais souligner l'ATS (interrupteur d'alimentation automatique). Cet appareil commutera automatiquement l'alimentation lorsque l'éolienne est éteinte sur le réseau public ou la source d'alimentation de secours.

Types d'éoliennes verticales

L'apparence et les caractéristiques des éoliennes verticales dépendent en grande partie de la structure structurelle de ces appareils. Regardons les principaux.

Systèmes orthogonaux

Les caractéristiques techniques d'une éolienne verticale de type orthogonal n'impliquent pas un rendement très élevé avec de grandes dimensions, par rapport aux appareils à axe horizontal, cependant, l'indépendance par rapport à la direction du vent en fait une priorité plus élevée.

• La conception de ces générateurs repose sur un axe de rotation central (vertical) et plusieurs pales plates situées parallèlement à celui-ci.
• Toutes les pales sont éloignées du centre de rotation à une certaine distance.
• Grâce à cette disposition, le mécanisme d'entraînement peut être placé au niveau du sol, ce qui facilite grandement les activités de maintenance et de réparation.

L’utilisation de l’énergie éolienne pour produire de l’électricité est l’une des formes prometteuses de développement des énergies alternatives. Une éolienne verticale est une direction prometteuse pour le développement de l'industrie, car présente un certain nombre d'avantages par rapport aux analogues horizontaux.

Principe d'opération

Une éolienne verticale est un cylindre monté sur un socle. Grâce à sa forme, il fonctionne quelle que soit la direction du vent. Quel que soit le type d'éolienne verticale, celle-ci est conçue de telle manière que la pression du flux d'air sur l'un de ses côtés est plus élevée que sur l'autre.

Grâce à cette différence de pression, l'axe du générateur tourne et de l'électricité est générée. En raison du fait que la force du vent est dirigée des deux côtés de l'éolienne, la vitesse du vent de démarrage est légèrement supérieure à celle des éoliennes horizontales, mais avec la bonne qualité des pièces, il y a autopropulsion - c'est-à-dire une augmentation significative de la vitesse du générateur même avec un vent faible (à partir de 3,5 m/s).

Quel design est le meilleur ?

Il existe plusieurs conceptions fondamentalement différentes d'éoliennes verticales, chacune d'entre elles ayant ses propres avantages et inconvénients.

Moulin à vent Savonius - pales semi-circulaires

Rotor Savonius. Le modèle d'un tel moulin à vent vertical comprend deux ou plusieurs pales en forme de demi-cercle. Dans ce cas, la pression exercée sur la partie « ouverte » du cercle dépasse largement celle exercée sur le côté opposé. La conception est assez simple à fabriquer, elle est donc la plus populaire parmi les éoliennes verticales faites maison. Défauts:

• Grand "dérive". L'impact du vent fait basculer l'ensemble de la structure, créant des contraintes sur l'essieu et endommageant le roulement sur lequel tourne l'ensemble du rotor.
• La conception n'est pas capable de commencer à tourner d'elle-même s'il y a deux ou trois pales, donc deux de ces rotors doivent être fixés sur le même axe, l'un sous l'autre à un angle de 90°.

1. 

   Des tamis statiques supplémentaires sont installés sur le rotor orthogonal pour augmenter la productivité

   Darrieus ou rotor orthogonal. Il existe de nombreuses modifications d'une telle éolienne verticale, mais le principe de fonctionnement reste inchangé. La rotation se produit en raison de la forme en forme d’aile de la pale du générateur. Lorsqu'il est exposé au flux d'air, une force de levage est créée, grâce à laquelle l'axe tourne. Défauts:

   • Faible efficacité, même selon les normes des éoliennes.
   • Pour faire tourner complètement un tel générateur, la vitesse du vent doit être d'au moins 4 m/s. Dans le même temps, jusqu'à ce qu'un tel rotor atteigne sa pleine vitesse de rotation, la charge ne peut pas être connectée à l'éolienne - elle s'arrêtera.
   • Bruyant. Si dans d'autres modèles seules les pièces mobiles (roulements) font du bruit, alors une éolienne verticale de ce type fait du bruit à cause des pales. Beaucoup.
   • En raison des vibrations, les roulements et tous les éléments structurels de support tombent rapidement en panne.

2. 

   Le rotor hélicoïdal a une conception complexe

   Rotor hélicoïdal. Cette éolienne verticale a une forme complexe, mais il s'agit essentiellement d'une éolienne orthogonale avec un axe vertical, seules ses pales sont tordues le long de l'axe porteur, ce qui augmente considérablement la durée de vie de l'ensemble de la structure, car assure une charge uniforme sur le roulement et le mât de tous les côtés. Défauts:

   • Difficile à fabriquer, d'où le coût élevé d'une éolienne verticale.

3. 

   Éolienne multipale

   Éolienne verticale multipale. Si l'on considère uniquement les échantillons commerciaux, ce type de rotor est le plus productif et sollicite le moins les pièces porteuses. À l’intérieur de cette éolienne verticale se trouve une rangée supplémentaire de pales statiques qui dirigent le flux d’air de manière à maximiser l’efficacité du rotor. Défauts:

   • Le coût élevé de l'appareil en raison du grand nombre de pièces.

Avantages de l'axe vertical

Qualités positives de toutes les éoliennes verticales :

1. Ils ne sont pas dirigés par le vent, ils travaillent dans n'importe quelle direction.
2. Contrairement aux éoliennes à axe horizontal, elle ne possède qu’un seul axe de rotation, d’où une durée de vie plus longue.
3. L'installation à faible hauteur est possible - à partir de 1,5 m selon le modèle.
4. Toutes les pièces mobiles importantes sont situées au bas du générateur, ce qui facilite son entretien.
   

   Important. Si nécessaire, l'arbre du rotor est augmenté jusqu'à la longueur requise pour faciliter l'accès au stator, sans perte d'efficacité significative.

5. La possibilité d'assembler une éolienne fonctionnelle de vos propres mains à partir de matériaux de récupération.
6. Grâce à la possibilité de créer une structure rigide avec plusieurs points de support, les éoliennes verticales fonctionnent à des vitesses de vent maximales plus élevées.
7. Une plus grande résistance aux effets néfastes du vent.
8. Dans ces éoliennes, il est possible de créer leur propre circulation d'air, grâce à laquelle un effet de vitesse élevée se forme lorsque la vitesse linéaire des pales est 20 fois ou plus supérieure à la vitesse du vent.

Inconvénients

1. Conception encombrante. Les éoliennes verticales les plus légères pèsent au moins 300 kg, support compris.
2. Faible efficacité par rapport à l'horizontale.
3. Bruyant. Le moulin à vent fait du bruit à cause des pales pendant le fonctionnement.

Vidéo. Éolienne hélicoïdale

La vidéo montre clairement le fonctionnement d'une éolienne hélicoïdale montée sur un mât spécial

De tels dispositifs présentent certains avantages par rapport aux dispositifs éoliens à axe horizontal. Ils ne comportent pas de composants d'orientation vers le vent, ce qui simplifie la conception et réduit les charges gyroscopiques. Un grand nombre d'éoliennes différentes à axe de rotation vertical ont été développées (Fig. 6.1),
Riz. 6.1. avec un axe de rotation vertical : dans lequel
Pour créer un couple, les forces de résistance et la force de levage des lames de travail sont utilisées.
Il s'agit d'appareils dotés d'éléments à plaques, bols ou turbines, ainsi que de rotors Savonius à pales en forme de S.
Les éoliennes de ce type ont un couple initial important, mais une vitesse et une puissance inférieures à celles du rotor du Français, qui a proposé cette conception en 1920. » Ce rotor a été développé de manière intensive depuis 1970 par des spécialistes de nombreux pays. À l’heure actuelle, elle peut être considérée comme le principal concurrent des éoliennes de type annulaire.
Le rotor du design Daria fait référence à une éolienne avec un axe de rotation vertical, en utilisant la force de levage qui se produit sur les pales courbes ayant un profil d'aile en section transversale. Son inconvénient est un petit moment initial, son avantage est une vitesse élevée et, de ce fait, une puissance spécifique relativement importante par rapport à sa masse. Pour éliminer le principal inconvénient et augmenter le couple initial, le rotor Darrieus est associé à différents types de démarreurs, par exemple avec un rotor Savonius.

1- ; 2 — Rotor multipale Savonius ; 3 — rotor à plaques ; 4 — rotor à coupelle : 5 — rotor Darrieus en forme de Ø ; 6 — rotor Darrieus en forme de Δ ; 7 - rotor à pales droites en forme d'aile (Giromill) 8 - à pales lamellaires courbes ; 9 — Rotors Darrieus en forme de Ø et Savonius ; 10 — Rotor à fentes Savonius ; 11- rotor utilisant l'effet Magnus ; 12 - rotor avec voilures de support ; 13 - avec un appareil réflexe ; 15 - avec tuyau Venturi ; 16 - à partir de
dispositif à vortex.
Un autre type de rotor à axe de rotation vertical utilise l'effet Magnus ; De tels rotors à cylindres rotatifs comprennent créations de Madaras et Fletscher. Lorsqu'un flux de vent s'approche d'un cylindre en rotation, conformément à l'effet Magnus, une force agit perpendiculairement à la direction du flux. Ces appareils sont capables de propulser des navires ou des véhicules terrestres. La répartition des forces est représentée sur la Fig. 6.2 et 6.3.

Dans certains cas, une éolienne améliore la puissance de sortie en présence d'un déflecteur de guidage (voir Fig. 6.1) et d'un éjecteur en forme de tube Venturi (voir Fig. 6.1 : 15).
Également connu éoliennes à rotor à rotation axiale verticale, situé sur un tuyau (ou une tour), à l'intérieur duquel des tourbillons ascendants sont générés (voir Fig. 6.1 : 14). Dans le même temps, une telle tour permet de chauffer l'air en utilisant directement le rayonnement solaire ou en brûlant du carburant avec expansion ultérieure de l'air, ce qui crée l'effet d'une turbine à gaz qui, avec une éolienne, est installé à la sortie de la tour. Pour augmenter l'efficacité de ces tours et éoliennes fonctionnant en utilisant la force de levage du flux du vent, ces dernières doivent être aussi puissantes que possible : de 1 000 à 20 000 kW.
Dans le même temps, les dimensions des éoliennes sont limitées par les contraintes résultant de la structure des supports, pales et autres éléments chargés.
C'est pourquoi générateurs de vent devrait avoir la masse la plus petite possible et une force de levage comme force motrice, afin d'avoir une plus grande vitesse à des valeurs élevées du facteur d'utilisation de l'énergie éolienne.

Avantages des éoliennes à axe de rotation vertical,

qui produisent des vents plus forts et plus stables, peuvent être réalisés en plaçant des éoliennes sur le territoire côtier des réservoirs ou dans les eaux côtières. Les éoliennes de type tour conçues pour la formation et l'utilisation de vortex afin d'augmenter la vitesse d'écoulement et le gradient de pression dans la zone du dispositif éolien peuvent être utilisées après avoir étudié les lois des vitesses lors de la formation des vortex.

Schémas de conception d'éoliennes à axe de rotation vertical

En raison de la direction perpendiculaire de l'action du vent sur les éoliennes à axe de rotation horizontal, il était nécessaire d'utiliser un système d'orientation et des méthodes relativement complexes pour extraire l'énergie. Cela les a réduits et a compliqué la conception des éoliennes.
Éolienne à axe de rotation vertical En raison de leur géométrie, ils se trouvent dans une position arbitraire quelle que soit la direction du vent. De plus, ce schéma permet, en allongeant l'arbre, de placer la boîte de vitesses avec le générateur à la base de la tour (Fig. 6.5).

riz. 6.5. Schéma de conception d'une éolienne à axe de rotation vertical de type Darrieus : 1- démarreur (rotor
Savonius); 2 - arbre; 3 ; 4 — dispositif de freinage ; 5 - travailler pour y arriver ; b - vergetures ; 7 - cadre; Convertisseur de tension K ; 9 - batterie

Les types les plus courants d’éoliennes à axe vertical comprennent le rotor Darrieus.

Dans celui-ci, le couple est créé par une force de levage apparaissant sur deux ou trois fines surfaces d'appui incurvées ayant un profil aérodynamique. La force de levage est maximale au moment où la pale traverse le flux d'air venant en sens inverse à grande vitesse. Le rotor Darrieus ne peut pas tourner tout seul, c'est pourquoi pour le démarrer, on utilise généralement un générateur fonctionnant en mode moteur ou un démarreur, appelé rotor Savonius. Cette roue est également entraînée par la résistance.
Ses lames sont constituées de fines feuilles rectangulaires incurvées et sont simples et peu coûteuses. Le couple est créé en raison de la résistance différente fournie au flux d'air par les pales du rotor concaves et incurvées. En raison de son grand remplissage géométrique, cette éolienne a un couple élevé et est utilisée pour pomper de l'eau.

Un nombre important de circuits d'éoliennes à axe de rotation vertical ont été développés.

Selon un certain nombre de caractéristiques de conception, certains d'entre eux sont même préférables aux installations à hélices, en particulier pour une utilisation dans des régions à fort potentiel éolien. Par exemple, très prometteur schémas d'éoliennes, montré sur la fig. 6.6 - 6.11.

Riz. 6.6. Girouette éolienne électrique pour roues planétaires Fig. 6.7. Option de montage de l'unité (vue générale)

Riz. 6.8. Schéma cinématique du dispositif de rotation des pales d'une éolienne à axe vertical

L'unité éolienne contient un arbre vertical -1, une roue éolienne montée sur celui-ci avec des pales rotatives - 2 et des traverses de roulement horizontales - 3, un générateur d'un dispositif tournant, comprenant
bielles 2. Le dispositif de retournement est équipé de mécanismes à manivelle dont la bielle 6 de chacune est reliée aux autres extrémités des biellettes 4 et 5 de chaque paire à l'aide de leviers 7 et de charnières. Lors de la fabrication d'une éolienne avec une girouette 8, le dispositif tournant comporte un engrenage planétaire dont les roues planétaires 9 sont reliées aux manivelles 10 des mécanismes, et la 11ème roue centrale est reliée à une girouette 8. Lors de la fabrication une éolienne avec une fixation différente de la girouette 8, le dispositif est équipé d'un engrenage différentiel constitué de deux roues centrales coaxiales 12 et 13, respectivement, avec des engrenages externes et internes et des roues planétaires 14 en prise avec elles, et la roue centrale 11 d'engrenage externe est relié aux manivelles 10 des mécanismes, et les roues planétaires 14 sont reliées à
girouette 8.

Qui est pour la verticale ? Qui est contre ?

Si nous étions à une réunion de spécialistes se disputant sur les éoliennes qui seraient les plus rentables à installer à proximité d'une maison de campagne ou d'un village de chalets - des éoliennes à axe de rotation vertical ou horizontales, alors une telle atmosphère apparaîtrait qui révélerait les avantages. et les inconvénients de ces types d'éoliennes. Tout d’abord, sur les avantages d’une éolienne verticale :

• presque silencieux dans les rafales de vent les plus fortes ;
• offre une efficacité optimale dans toutes les conditions de vent ;
• capte n'importe quelle direction de mouvement de l'air ;
• sans prétention;
• l'absence de balais de collecte de courant ne nécessite pas leur remplacement ;
• décolle avec une brise minimale pouvant atteindre 1 m/sec ;
• sa conception utilise un seul roulement en raison de la lévitation de l'axe ;
• il peut être situé à proximité de la maison, ou sur le toit ;
• ne nécessite pas d'appareils supplémentaires pour démarrer ;
• totalement inoffensif pour les oiseaux, les abeilles et l’environnement ;
• pas peur des chutes de neige mouillées et du verglas.

Et ceux qui préfèrent les éoliennes horizontales notent l'un des rares mais importants inconvénients des éoliennes verticales :

• n'utilisent pas efficacement l'énergie éolienne par rapport aux énergies horizontales ;
• plus de matériel est dépensé pour leur assemblage ;
• une différence notable dans les prix vers une surestimation.

Leurs adversaires n'abandonnent pas : les éoliennes à axe de rotation vertical, affirment-ils, sont sans prétention aux rafales de vent dans toutes les directions (de type vortex), ce qui permet de les installer dans des endroits avec de petits espaces. De plus, ils sont indifférents aux ouragans destructeurs, car avec l'augmentation de la vitesse de rotation, la stabilité de l'axe avec la roue augmente. Pour couronner les avantages des éoliennes verticales par rapport aux éoliennes horizontales traditionnelles, elles peuvent être utilisées n'importe où : sur les toits des maisons, sur les plates-formes, les tours, les cabanes de la taïga, les remorques.

Cependant, peu importe combien on discute des avantages et des inconvénients de telle ou telle installation, les arguments de pratique l'emportent. Ils permettent d'évaluer les avantages et les inconvénients de toute installation éolienne dans des conditions de fonctionnement spécifiques.

Oui, une éolienne horizontale est moins chère, mais une éolienne verticale ne nécessitera pas de grosses sommes d’argent lors de l’installation. Oui, une éolienne horizontale a un rendement plus élevé, mais une éolienne rotative ne nécessite pas de levage à une plus grande hauteur, ce qui simplifie son fonctionnement. Oui, une éolienne horizontale nécessite moins de matériaux pour la turbine, mais son homologue est plus résistante aux vents des ouragans.

Comme on dit, qui va où, et je suis à la caisse d’épargne. Certains sont destinés à quoi, mais la majorité sont destinés aux éoliennes verticales. De plus, chaque année, les inventeurs améliorent cette installation et elle deviendra bientôt l'une des leaders les plus demandées.

Le vent - pour de l'argent !

Arrêt! Vous ne vous êtes pas trompé, par hasard, au niveau du titre ? Les mots ne devraient-ils pas être inversés ? – vous pouvez demander, cher lecteur. Non, quand nous parlons de la façon dont une éolienne rotative traverse victorieusement notre planète, prenant avec confiance sa place au soleil, une telle phrase est tout à fait acceptable.

Pour prouver cette affirmation, un exemple parmi des milliers d’options peut être donné. Prenons une idée similaire du designer Alexander Sergeevich Abramov. Dans l'immensité de la Russie, c'est lui qui a eu l'idée d'utiliser de manière rentable une éolienne rotative. Car si le principal avantage de cette installation est de fonctionner au moindre souffle d’air, dans n’importe quelle direction, une telle éolienne est parfaitement adaptée aux vents russes faibles.

Qui peut contester le fait qu’il est plus rentable d’avoir une éolienne plus sensible à proximité de chez soi qu’une éolienne prête à fonctionner uniquement par vent assez fort. Où peut-on les trouver dans les vastes étendues de Russie ?

C'est Abramov qui, pour la première fois en Russie, a eu l'idée de passer à la production, ainsi que d'introduire de telles éoliennes. Ce qu’il y a de plus précieux dans cette idée, c’est qu’étant donné l’éternelle pénurie de matériaux pour la construction d’une éolienne, et en plus de la célèbre invention du peuple russe, même le paysan le plus paresseux peut réaliser une telle installation. Vous ne me croyez pas ?

Une telle éolienne peut être construite sans trop de difficulté à partir des matériaux les plus disponibles qui se trouvent littéralement sous vos pieds : à partir de grandes bouteilles en plastique de 3 litres, à partir d'une boîte de conserve, de contreplaqué ou de PCB, d'un axe en acier, d'un moteur électrique indésirable. Schéma d'une simple éolienne verticale à partir d'une boîte de conserve (voir figure).

Il suffit de couper la bouteille en deux, de la fixer avec ses côtés concaves dans des directions opposées et de réaliser un axe de rotation au centre, qui doit être relié au générateur. Tous. Le moulin à vent est prêt à fonctionner. Vous pouvez l'emmener en randonnée. Il éclairera votre taïga ou votre tente de camping, rechargera la batterie de votre téléphone ou ordinateur portable.

Ici, il faut dire quelques mots sur Abramov lui-même. Alexander Sergeevich est le plus ancien adepte de la maîtrise, qui ne peut s'imaginer un seul jour sans créativité technique. Dans son cerveau, puis sur papier, sont apparus de plus en plus de nouveaux modèles de moteurs, qui fonctionnent avec des sources d'énergie impensables à un regard superficiel. Jusqu'à ses derniers jours (il a vécu 96 ans), Alexandre Sergueïevitch s'est intéressé aux éoliennes rotatives, pour lesquelles il prédit un grand avenir. L’inventeur était profondément convaincu que l’on pouvait gagner de l’argent grâce au vent. En plus, c’est facile.

On sait que les concepteurs dédaignent les éoliennes rotatives. Apparemment, comparées aux éoliennes horizontales, elles sont inefficaces pour utiliser l’énergie éolienne. Alexandre Sergueïevitch Abramov ne s'est pas opposé à ses adversaires. Il l'a fait en silence, a testé plusieurs modèles de sa propre conception d'éoliennes verticales. Toutes ses conceptions ont démontré une efficacité impeccable sous n’importe quelle pression du flux d’air, d’une brise légère à un vent d’ouragan. Cette principale différence entre eux et leurs homologues horizontaux en dit long. C’est inutile de secouer l’air avec des disputes et des cris, il vaut mieux le faire. Montrer.

Voici un autre exemple clair d’éolienne à démarrage automatique avec un axe vertical à une vitesse de vent inférieure à 1 m/sec. Cette vidéo montre un exemple expérimental d'une éolienne verticale qui commence à tourner dans des conditions de très faible mouvement d'air. Même les branches des arbres sont immobiles et le moulin à vent fait tourner lentement ses ailes, ravissant l'œil de l'inventeur.

En conclusion, il faut ajouter que les éoliennes rotatives sont non seulement silencieuses, mais également capables de fonctionner quel que soit le vent. Aujourd'hui, ils sont produits avec des rotors à deux et trois étages en fonction de la puissance de l'installation et des vents dominants dans la zone.

Nous avons développé une conception pour une éolienne avec un axe de rotation vertical. Vous trouverez ci-dessous un guide détaillé de sa fabrication, après l'avoir lu attentivement, vous pourrez fabriquer vous-même une éolienne verticale.

L'éolienne s'est avérée assez fiable, avec de faibles coûts de maintenance, peu coûteuse et facile à fabriquer. Il n'est pas nécessaire de suivre la liste de détails présentée ci-dessous ; vous pouvez effectuer certains de vos propres ajustements, améliorer quelque chose, utiliser quelque chose qui vous est propre, car On ne trouve pas partout exactement ce qui figure sur la liste. Nous avons essayé d'utiliser des pièces bon marché et de haute qualité.

Matériels et équipements utilisés :

Les éoliennes à axe de rotation vertical ne sont pas aussi efficaces que leurs homologues horizontales, mais les éoliennes verticales sont moins exigeantes quant à leur emplacement d'installation.

Fabrication de turbines

1. Élément de connexion - conçu pour connecter le rotor aux pales de l'éolienne.
2. La disposition des lames est constituée de deux triangles équilatéraux opposés. A l'aide de ce dessin, il sera alors plus facile de positionner les angles de montage des pales.

Si vous n'êtes pas sûr de quelque chose, les modèles en carton vous aideront à éviter les erreurs et les retouches ultérieures.

La séquence d'actions pour fabriquer une turbine :

1. Fabrication des supports (bases) inférieurs et supérieurs des pales. Marquez et utilisez une scie sauteuse pour découper un cercle dans du plastique ABS. Tracez-le ensuite et découpez le deuxième support. Vous devriez vous retrouver avec deux cercles absolument identiques.
2. Au centre d'un support, découpez un trou d'un diamètre de 30 cm. Ce sera le support supérieur des lames.
3. Prenez le moyeu (moyeu de voiture) et marquez et percez quatre trous sur le support inférieur pour monter le moyeu.
4. Réalisez un gabarit pour l'emplacement des lames (Fig. ci-dessus) et marquez sur le support inférieur les points de fixation des coins qui relieront le support et les lames.
5. Empilez les lames, attachez-les fermement et coupez-les à la longueur requise. Dans cette conception, les pales mesurent 116 cm de long. Plus les pales sont longues, plus elles reçoivent d'énergie éolienne, mais l'inconvénient est l'instabilité en cas de vent fort.
6. Marquez les lames pour fixer les coins. Percez puis percez des trous.
7. A l'aide du gabarit d'emplacement des lames présenté sur l'image ci-dessus, fixez les lames au support à l'aide des coins.

Fabrication de rotors

Séquence d'actions pour fabriquer un rotor :

1. Posez les deux bases du rotor l'une sur l'autre, alignez les trous et utilisez une lime ou un marqueur pour faire une petite marque sur les côtés. À l'avenir, cela aidera à les orienter correctement les uns par rapport aux autres.
2. Créez deux modèles de placement d'aimants en papier et collez-les sur les bases.
3. Marquez la polarité de tous les aimants avec un marqueur. Comme « testeur de polarité », vous pouvez utiliser un petit aimant enveloppé dans un chiffon ou du ruban isolant. En le passant sur un gros aimant, on verra clairement s'il est repoussé ou attiré.
4. Préparez de la résine époxy (en y ajoutant du durcisseur). Et appliquez-le uniformément à partir du bas de l'aimant.
5. Très soigneusement, amenez l'aimant jusqu'au bord de la base du rotor et déplacez-le vers votre position. Si un aimant est installé au-dessus du rotor, la puissance élevée de l'aimant peut le magnétiser fortement et le briser. Et ne mettez jamais vos doigts ou d’autres parties du corps entre deux aimants ou un aimant et un fer à repasser. Les aimants néodyme sont très puissants !
6. Continuez à coller les aimants sur le rotor (n'oubliez pas de les lubrifier à l'époxy) en alternant leurs pôles. Si les aimants se déplacent sous l'influence de la force magnétique, utilisez un morceau de bois en le plaçant entre eux pour vous assurer.
7. Une fois qu’un rotor est terminé, passez au second. En utilisant le repère que vous avez fait plus tôt, positionnez les aimants exactement en face du premier rotor, mais dans une polarité différente.
8. Éloignez les rotors les uns des autres (afin qu'ils ne soient pas magnétisés, sinon vous ne pourrez pas les retirer plus tard).

La fabrication d'un stator est un processus très exigeant en main d'œuvre. Vous pouvez bien sûr acheter un stator prêt à l'emploi (essayez de les trouver ici) ou un générateur, mais ce n'est pas un fait qu'ils conviendront à une éolienne spécifique avec ses propres caractéristiques.

Le stator de l'éolienne est un composant électrique composé de 9 bobines. La bobine du stator est montrée sur la photo ci-dessus. Les bobines sont divisées en 3 groupes, 3 bobines dans chaque groupe. Chaque bobine est enroulée avec un fil 24AWG (0,51 mm) et contient 320 tours. Un plus grand nombre de tours, mais avec un fil plus fin, donnera une tension plus élevée, mais un courant plus faible. Par conséquent, les paramètres des bobines peuvent être modifiés en fonction de la tension dont vous avez besoin à la sortie de l'éolienne. Le tableau suivant vous aidera à décider :
320 tours, 0,51 mm (24AWG) = 100 V à 120 tr/min.
160 tours, 0,0508 mm (16AWG) = 48 V à 140 tr/min.
60 tours, 0,0571 mm (15AWG) = 24 V à 120 tr/min.

Bobiner des bobines à la main est une tâche ennuyeuse et difficile. Par conséquent, pour faciliter le processus de bobinage, je vous conseillerais de fabriquer un appareil simple - une bobineuse. De plus, sa conception est assez simple et peut être réalisée à partir de matériaux de rebut.

Les tours de toutes les bobines doivent être enroulés de la même manière, dans le même sens, et faire attention ou marquer où se trouvent le début et la fin de la bobine. Pour éviter que les bobines ne se déroulent, elles sont enveloppées de ruban isolant et recouvertes d'époxy.

Le gabarit est composé de deux morceaux de contreplaqué, d'une cheville pliée, d'un morceau de tuyau en PVC et de clous. Avant de plier l'épingle à cheveux, chauffez-la avec une torche.

Un petit morceau de tuyau entre les planches fournit l'épaisseur souhaitée et quatre clous fournissent les dimensions requises pour les bobines.

Vous pouvez créer votre propre conception de machine à bobiner, ou peut-être en avez-vous déjà une toute faite.
Une fois que toutes les bobines sont enroulées, leur identité doit être vérifiée les unes par rapport aux autres. Cela peut être fait à l'aide d'une balance et vous devez également mesurer la résistance des bobines avec un multimètre.

Ne raccordez pas de consommateurs domestiques directement à l'éolienne ! Suivez également les précautions de sécurité lors de la manipulation de l’électricité !

Processus de connexion de la bobine :

1. Poncez les extrémités des bornes de chaque bobine avec du papier de verre.
2. Connectez les bobines comme indiqué sur l'image ci-dessus. Il devrait y avoir 3 groupes, 3 bobines dans chaque groupe. Avec ce schéma de connexion, on obtiendra un courant alternatif triphasé. Soudez les extrémités des bobines ou utilisez des pinces.
3. Sélectionnez l'une des configurations suivantes :
   A.Configuration étoile". Afin d'obtenir une tension de sortie élevée, connectez les broches X, Y et Z les unes aux autres.
   B. Configuration triangulaire. Pour obtenir un courant important, connectez X à B, Y à C, Z à A.
   C. Pour permettre de modifier la configuration à l'avenir, étendez les six conducteurs et sortez-les.
4. Sur une grande feuille de papier, dessinez un schéma de l'emplacement et du raccordement des bobines. Toutes les bobines doivent être uniformément réparties et correspondre à l'emplacement des aimants du rotor.
5. Fixez les bobines au papier avec du ruban adhésif. Préparez de la résine époxy avec du durcisseur pour remplir le stator.
6. Utilisez un pinceau pour appliquer de l'époxy sur la fibre de verre. Si nécessaire, ajoutez des petits morceaux de fibre de verre. Ne remplissez pas le centre des serpentins pour assurer un refroidissement suffisant pendant le fonctionnement. Essayez d'éviter la formation de bulles. Le but de cette opération est de solidariser les bobines à leur place et de donner une forme plate au stator, qui sera situé entre les deux rotors. Le stator ne sera pas une unité chargée et ne tournera pas.

Pour que ce soit plus clair, regardons l'ensemble du processus en images :

Les bobines finies sont placées sur du papier ciré avec le schéma de disposition dessiné. Les trois petits cercles dans les coins de la photo ci-dessus sont les emplacements des trous pour fixer le support du stator. L'anneau au centre empêche l'époxy de pénétrer dans le cercle central.

Les bobines sont fixées en place. De la fibre de verre, en petits morceaux, est placée autour des bobines. Les fils de la bobine peuvent être amenés à l'intérieur ou à l'extérieur du stator. N'oubliez pas de laisser suffisamment de longueur de laisse. Assurez-vous de revérifier toutes les connexions et de tester avec un multimètre.

Le stator est presque prêt. Des trous pour le montage du support sont percés dans le stator. Lorsque vous percez des trous, veillez à ne pas heurter les bornes de la bobine. Une fois l'opération terminée, coupez l'excédent de fibre de verre et, si nécessaire, poncez la surface du stator.

Support de stator

Le tuyau de fixation de l'axe du moyeu a été coupé à la taille requise. Des trous y ont été percés et filetés. À l'avenir, des boulons y seront vissés pour maintenir l'essieu.

La figure ci-dessus montre le support sur lequel sera fixé le stator, situé entre les deux rotors.

La photo ci-dessus montre le goujon avec les écrous et la bague. Quatre de ces goujons assurent le jeu nécessaire entre les rotors. Au lieu d'une bague, vous pouvez utiliser des écrous plus gros ou couper vous-même des rondelles en aluminium.

Générateur. L'assemblage final

Une petite précision : un petit entrefer entre la liaison rotor-stator-rotor (qui est fixé par une goupille avec une bague) fournit une puissance de sortie plus élevée, mais le risque d'endommagement du stator ou du rotor augmente lorsque l'axe est mal aligné, ce qui peut se produire par vent fort.

L'image de gauche ci-dessous montre un rotor avec 4 goujons de dégagement et deux plaques d'aluminium (qui seront retirées ultérieurement).
L'image de droite montre le stator vert assemblé et peint en place.

Processus de construction :
1. Percez 4 trous dans la plaque supérieure du rotor et taraudez les filetages pour le goujon. Ceci est nécessaire pour abaisser doucement le rotor en place. Placez les 4 goujons contre les plaques d'aluminium collées précédemment et installez le rotor supérieur sur les goujons.
Les rotors seront attirés les uns vers les autres avec une très grande force, c'est pourquoi un tel dispositif est nécessaire. Alignez immédiatement les rotors les uns par rapport aux autres selon les repères précédemment placés sur les extrémités.
2-4. En tournant alternativement les goujons avec une clé, abaissez le rotor uniformément.
5. Une fois que le rotor repose contre la bague (en fournissant un jeu), dévissez les goujons et retirez les plaques d'aluminium.
6. Installez le moyeu (hub) et vissez-le.

Le générateur est prêt !

Après avoir installé les goujons (1) et la bride (2), votre générateur devrait ressembler à ceci (voir photo ci-dessus)

Les boulons en acier inoxydable servent à assurer le contact électrique. Il est pratique d’utiliser des cosses à anneau sur les fils.

Des écrous borgnes et des rondelles sont utilisés pour sécuriser les connexions. planches et supports de pales pour le générateur. L’éolienne est donc entièrement assemblée et prête à être testée.

Pour commencer, il est préférable de faire tourner le moulin à vent à la main et de mesurer les paramètres. Si les trois bornes de sortie sont court-circuitées, l'éolienne devrait tourner très lentement. Cela peut être utilisé pour arrêter l'éolienne pour un entretien ou pour des raisons de sécurité.

Une éolienne peut être utilisée non seulement pour fournir de l’électricité à votre maison. Par exemple, cette instance est réalisée pour que le stator génère une haute tension, qui est ensuite utilisée pour le chauffage.
Le générateur évoqué ci-dessus produit une tension triphasée avec différentes fréquences (en fonction de la force du vent), et par exemple en Russie, un réseau monophasé de 220-230 V est utilisé, avec une fréquence de réseau fixe de 50 Hz. Cela ne veut pas dire que ce générateur n’est pas adapté pour alimenter des appareils électroménagers. Le courant alternatif de ce générateur peut être converti en courant continu, avec une tension fixe. Et le courant continu peut déjà être utilisé pour alimenter des lampes, chauffer de l’eau, charger des batteries, ou un convertisseur peut être fourni pour convertir le courant continu en courant alternatif. Mais cela dépasse le cadre de cet article.

La figure ci-dessus montre un circuit simple d'un pont redresseur composé de 6 diodes. Il convertit le courant alternatif en courant continu.

Emplacement d'installation de l'éolienne

L'éolienne décrite ici est montée sur un poteau de 4 mètres au bord d'une montagne. La bride de tuyau, qui est installée au bas du générateur, garantit une installation facile et rapide de l'éolienne - il suffit de visser 4 boulons. Bien que pour des raisons de fiabilité, il soit préférable de le souder.

En règle générale, les éoliennes horizontales « aiment » lorsque le vent souffle dans une direction, contrairement aux éoliennes verticales, où, grâce à la girouette, elles peuvent tourner et ne se soucient pas de la direction du vent. Parce que Puisque cette éolienne est installée au bord d’une falaise, le vent y crée des flux turbulents provenant de différentes directions, ce qui n’est pas très efficace pour cette conception.

Un autre facteur à considérer lors du choix d’un emplacement est la force du vent. Une archive de données sur la force du vent pour votre région peut être trouvée sur Internet, même si elle sera très approximative, car tout dépend de l'emplacement spécifique.
De plus, un anémomètre (un appareil pour mesurer la force du vent) aidera à choisir l'emplacement d'installation d'une éolienne.

Un peu sur la mécanique d'une éolienne

Comme vous le savez, le vent se forme en raison de la différence de température à la surface de la Terre. Lorsque le vent fait tourner les turbines d’une éolienne, il crée trois forces : la portance, le freinage et l’impulsion. Le soulèvement se produit généralement sur une surface convexe et est une conséquence des différences de pression. La force de freinage du vent apparaît derrière les pales de l'éolienne ; elle est indésirable et ralentit l'éolienne. La force d'impulsion provient de la forme incurvée des pales. Lorsque les molécules d’air poussent les pales par derrière, elles n’ont alors nulle part où aller et se rassemblent derrière elles. En conséquence, ils poussent les pales dans la direction du vent. Plus les forces de portance et d’impulsion sont importantes et moins la force de freinage est faible, plus les pales tourneront rapidement. Le rotor tourne en conséquence, ce qui crée un champ magnétique sur le stator. En conséquence, de l’énergie électrique est générée.

Téléchargez le schéma de disposition des aimants.