L'éolienne

Low-tech Lab

https://lowtechlab.dokit.app/wiki/L%27%C3%A9olienne

Dernière modification le 27/11/2016

Difficulté

Moyen ⧼wf-propertyvalue-difficulty-Moyen⧽

Durée

1 jour(s) ⧼wf-propertyvalue-durationtype-jour(s)⧽

Coût

10 EUR (€)

Description

Créer une éolienne à partir de moteurs pas à pas d'imprimente

Sommaire

---

Introduction

Au fou et au vent il faut livrer passage

Proverbe Espagnol

CONTEXTE :

L’accès à l’énergie et plus particulièrement l’accès à l’électricité est une condition indispensable pour le développement économique et sanitaire d’un pays. Or si la consommation d’énergie finale a presque doublé depuis les années 1970, la part des pays pauvres n’a cessé de se contracter. Aujourd’hui, on estime à 2 milliards le nombre de personnes qui ne disposent pas d’un accès à l’énergie suffisant pour vivre dans des conditions correctes, et à 1,6 milliards le nombre de personnes n’ayant pas accès à l’électricité. En Afrique, ce sont 80% de la population rurale, soit quelque 600 millions de personnes, qui n’ont pas accès à l’électricité. Avec des conséquences sanitaires et environnementales dramatiques. Les énergies renouvelables, comme l'éolien pourraient être une solution : Une éolienne converti l’énergie cinétique du vent en énergie électrique.

L'EOLIENNE INDUSTRIELLE :

Une éolienne industrielle d'une puissance de 2 Mégawatt produit annuellement environ 4400 mégawatt/heures, soit la consommation électrique d'environ 2000 personnes. Les éoliennes industrielles sont remplies de capteurs, de pièces mobiles, de régulateurs et de pièces mécaniques en tout genre. Elles sont complexes de fabrication et leur impact environnemental à la construction est loin d'être neutre. De plus il n’est aujourd’hui pas possible de réparer ces éoliennes avec des moyens locaux.

L'EOLIENNE LOW-TECH :

Une Éolienne low-tech à moins de 10€, très simple à fabriquer à partir de matériaux de récupération, c’est possible ! De plus faible puissance que les éoliennes industrielles elle peut être utilisée pour des applications locales : charger un téléphone, allumer des LED, actionner une petite pompe… Pour de telles applications, quelques watts seulement suffisent.

Cette éolienne peut donc être très utile pour les régions reculée n’ayant pas accès à l’électricité du réseau et bénéficiant de vents favorables. Au Sénégal, par exemple, seul 40% de la population est reliée au réseau électrique en zone urbaine et seulement 10% en zone rurale. La possibilité pour les populations de pouvoir générer de l’électricité à partir d’une éolienne auto-construite serait une belle opportunité.

Outils & Matériaux

Matériaux

Eolienne :

1 - Une planche de bois (au moins 10 mm d’épaisseur)

2 - Une plaque de fer plate (au moins 2 mm d’épaisseur)

3 - Un moteur pas à pas d’imprimante (avec sa broche de connexion)

4 - Un tube PVC (55 mm < diamètre < 100 mm ; et au moins 3 mm d’épaisseur)

5 - Des vis à bois

6 - Des dominos (pour relier des câbles entre avoir recours à la soudure)

7 - Une chambre à air de vélo

Circuit électrique :

8 - Deux redresseurs de tension

9 - Un condensateur

10 - Un régulateur de tension LM7805 pour fixer la tension à 5V, on peut aussi utiliser le LM7812 pour fixer la tension à 12V.

11 - Un connecteur USB

12 - Du fil électrique

13 - De l'étain pour la soudure

14 - Un support en plastique pour accueillir les différents éléments du système

Outils

Eolienne :

a - étau

b - scie à bois et à métaux

c - règle

d - Visseuse

e - Voltmètre

f - Pinces crocodile

Circuit électrique :

g - 1 fer à souder

h - 1 pince coupante

Étape 1 - Fonctionnement

1 - La rotation des pâles

2 - La production d’électricité

3 - Le circuit électrique

1 - La rotation des pales

Sous l’effet du vent, l’hélice, aussi appelée rotor, se met en marche. Ses pales tournent.

Le rotor est situé au bout d’un mât car les vents soufflent plus fort en hauteur. Il comporte 4 pales,

2 - La production d’électricité

L’hélice entraîne un moteur pas à pas d’imprimante.

Grâce à l’énergie fournie par la rotation des pales le moteur pas à pas produit un courant électrique alternatif.

3 - Le circuit électrique

Le circuit sert à « traiter » le courant en sortie du moteur, afin qu’il puisse être utilisé pour charger de téléphone, ou autre appareil à partir d’un port USB.

Il est composé :

- De redresseurs qui « redressent » la tension à la sortie du moteur afin de récupérer un courant continu.

- D’un condensateur permettant de redistribuer l’électricité de façon constante, car le vent fournit une énergie non continue.

- D’un régulateur de tension qui élève la tension du courant électrique produit par le moteur au voltage voulu, ici 5V.

Pour pouvoir démarrer, une éolienne nécessite une vitesse de vent minimale d’environ 10 à 15 km/h.

Étape 2 - Etapes de fabrication

L'éolienne :

1 - Préparation du moteur

2 - Axe du moteur

3 - Préparation des Pales

4 - Aileron et base des pales

5 - Assemblage

Le circuit électrique

1 - Redresseurs

2 - Condensateur

3 - Régulateur de tension

4 - Raccordement du port USB

Protection du moteur

Étape 3 - L'éolienne - Préparation du moteur

1 - Couper les 6 fils sortant du moteur pas à pas, les dénuder et les torsader.

On veut savoir lesquels des 6 fils ont la tension de sortie la plus haute. Pour cela, il faut tester tous les couples possibles de sortie du moteur, et sélectionner les deux plus élevés.

2 - A l’aide d’une visseuse, d’un voltmètre sur « alternatif » et de pinces crocodiles, tester les couples de fils. Noter la tension pour chacun des couples

3 - Sélectionner les deux couples de fil ayant la tension de sortie la plus élevée (ici 10V, cela peut varier en fonction du moteur). Ceux sont eux qui seront ensuite connectés au circuit électrique de l'éolienne.

Astuce : Marquer d'un scotch de couleur les deux couples retenus pour ne plus les mélanger aux autres.

Étape 4 - L'éolienne - Axe du moteur

1 - Découper et percer une plaque de métal selon les indications ci-contre.

2 - Souder la plaque de métal à l’axe du moteur au niveau du trou central.

Étape 5 - L'éolienne – Préparation des Pales

1 - Dans un tube PVC, dessiner et découper les pales.

Astuce : Vous pouvez vous aider du schéma ci-contre pour dessiner la forme.

2 - Poncer les bords de chacune des pales : le bord d’attaque doit être arrondi, et le bord de fuite doit être aiguisé.

3 - Percer les pales aux emplacements indiqués. Le perçage s’effectue au plus proche du bord de fuite afin que ce dernier puisse être fixé à plat sur la plaque qui porte les pales.

Vos pales sont prêtes !

Étape 6 - L'éolienne - Aileron et base des pales

1 - Dans une planche de bois, dessiner et découper l’aileron.

Astuce : Vous pouvez vous aider du schéma ci-contre pour dessiner la forme.

2 - Dans cette même planche découper un carré de la taille de votre moteur qui servira à accueillir les pales précédemment découpées afin de les solidariser entre elles.

3 – Sur votre aileron, marquer l’emplacement du moteur de façon à ce qu’il puisse s’encastrer de force dans la forme (les dimensions de cette partie dépendent donc de votre moteur).

4 - Poncer les rebords de l'aileron pour un meilleur aérodynamisme et un meilleur rendu.

Étape 7 - L'éolienne - Assemblage

1 - Visser les pâles (découpées à l'étape 3) sur leur base (découpée à l'étape 4).

2 - Visser la base des pales sur la plaque en métal.

3 - Vérifier que l’on ai le même angle entre chacune des pales.

Étape 8 - Le circuit électrique - Redresseurs

Le circuit électrique est celui du schéma ci-contre. Il sert à « traiter » le courant sortant du moteur, afin qu'il puisse être utilisé pour charger de téléphone, ou autre appareil à partir d'un port USB.

En sortie du moteur, on obtient du courant alternatif. Or, pour charger une batterie ou allumer une lampe, il est nécessaire d'avoir du courant continu. Pour transformer du courant alternatif en courant continue on utilise deux redresseur : ils « redressent » la tension à la sortie du moteur.

Chaque redresseur dispose de 4 pattes : Les deux pattes centrales sont les pôles alternatifs du condensateur Les deux pattes extérieurs sont les pôles positifs et négatifs du condensateur

Astuce : sur la tête du redresseur chacun de ces 4 pôles sont indiqués.

1 - Souder les sorties tension du moteur pas à pas (précédemment sélectionnés) aux entrées alternatives de chaque redresseur. Le premier couple avec les pôles alternatifs du premier redresseur, et le deuxième couple avec les pôles alternatifs du deuxième redresseur.

Astuce : Il est possible d'utiliser de la gaine thermorétractable pour couvrir les connections et protéger le système.

2 – Souder les sorties moins des deux redresseurs entre elles, puis relier les sorties plus des deux redresseurs entre elles également.

Étape 9 - Le circuit électrique – Condensateur

L'énergie fournie par l'éolienne n'est pas constante car la vitesse du vent varie en permanence. Il faut donc stocker provisoirement le trop plein, la surcharge, afin de pouvoir la redistribuer de façon constante. On utilise pour cela un condensateur.

Le condensateur est un composant polarisé :

• La borne plus est la tige la plus longue

• La borne moins est la tige la plus courte

Il est également possible de se référer au symbole “-” inscrit sur la borne moins.

1 - Souder les moins en sortie de redresseur au moins du condensateur. Puis souder les plus en sortie de redresseur au plus du condensateur.

Astuce : si les tiges de vos différents composants sont trop courtes pour se souder entre elles, vous pouvez les relier à l'aide d'un fil électrique.

Étape 10 - Le circuit électrique – Régulateur de tension

Le régulateur de tension permet de récupérer un courant 5V en sortie.

Remarque : Chaque régulateur est différent, si vous voulez une sortie en 12V, par exemple, achetez votre régulateur en conséquence. Ici pour connecter un port USB nous prendrons du 5V.

Le régulateur de tension à 3 tiges différentes :

• 1 entrée

• 1 commun

• 1 sortie

1 - Souder le moins du condensateur avec le commun du régulateur de tension. Souder le plus du condensateur à l'entrée du régulateur de tension.

Étape 11 - Le circuit électrique – Raccordement du port USB

Lorsque vous posez votre connecteur sur une table avec la lamelle plastique vers le dessus, la patte de droite est votre borne plus, et la patte de gauche votre borne moins.

1 – Relier un fil rouge à la borne plus et un fil noir à la borne moins. Ce seront les fils de sortie de votre éolienne, auxquels vous pouvez connecter une batterie, une ampoule... et dans le cas présent un port USB.

2 – Souder le fil rouge avec la sortie du régulateur et le fil noir avec le commun du régulateur.

Votre circuit est prêt à fonctionner vous pouvez y brancher un téléphone, à condition qu'il y ai du vent bien sûr.

Étape 12 - Protection du moteur

Couvrir le moteur et le circuit électrique de chambre à air : cela permettra de les protéger de la pluie ou des embruns.

Étape 13 - Utilisation