ÉTAPES DE CONCEPTION D'UN SYSTÈME ÉOLIEN AUTONOME
La conception d'un projet éolien exige une analyse précise et rigoureuse de la situation et des données. Il est conseillé de demander l’aide d’un spécialiste même si l'on souhaite concevoir soi-même le projet. Néanmoins, les étapes ci-dessous vous présentent de façon globale la démarche à suivre pour concevoir un système éolien autonome résidentiel.
ÉTAPE 1 : Droit de construction.
Il faut se renseigner sur les aspects juridiques des conditions d'installation d’une éolienne car il est possible qu'un permis soit nécessaire. Il existe en effet des restrictions municipales pour certaines hauteurs de structure ; Par exemple pour des tours supérieures à 12 m. Le voisinage peut être aussi un problème s'il se plaint d’une obstruction de son champ de vision ou du bruit que peut faire l'éolienne.
ÉTAPE 2 : Évaluer les caractéristiques géographiques du site d’installation.
Il faut vérifier s'il existe des obstacles avoisinants (arbres, buissons, forêts, herbes longues, immeubles, etc...), car ceux ci sont sources de turbulences et freinent considérablement l'énergie disponible pour l'éolienne. On remarquera à cet effet, que la vitesse du vent est plus élevée sur la mer que sur la terre. Privilégiez plus les sites sur les hauteurs de terrain que dans les vallées, pied de colline ou ravins. Il faut avoir un site un bien dégagé dans la direction des vents dominants pour bénéficier d'un bon potentiel éolien. Ainsi le mât de l'éolienne doit être placé loin de la turbulence et face ou sous le vent.
Par conséquent, il est conseillé d'élever le mât de sorte que le rotor dépasse de 10 mètres tout obstacle situé à moins de 100 mètres.
L'éolienne devant être basculée pour l'entretien, il faut avoir un espace dégagé au sol pour cette opération. Aussi déterminer au préalable le meilleur chemin pour tirer le câble de l'éolienne jusqu'à votre charge électrique car cet aspect peut créer des problèmes au moment du branchement.
ÉTAPE 3 : Déterminer le potentiel éolien du site.
Pour estimer le potentiel éolien d'un site, il faut connaitre sa vitesse moyenne de vent annuelle et la courbe de fréquence d'apparition des vents à différentes vitesses lui correspondant (courbe de distribution de Weibull).
Néanmoins si on possède la vitesse annuelle moyenne et la valeur du coefficient d'irrégularité on est en mesure d'estimer le potentiel. (voir la page fonctionnement d'une éolienne) Généralement, il n'est pas envisageable d'installer une éolienne domestique sur un site ayant une vitesse moyenne annuelle de vent inférieure à 4.5 m/s (16 km/h) à la hauteur du moyeu, pour raison de rentabilité financière de l'installation. On peut toutefois augmenter la taille du mât afin d'augmenter la vitesse du vent et par conséquent la puissance récupérable (voir la page fonctionnement d'une éolienne). Cependant, un mât plus grand implique des coûts supplémmentaires. La vitesse moyenne annuelle du vent sur un site peut être connue auprès de la station météo de la région ou en contactant les distributeurs d'éoliennes, les laboratoires spécialisés. Il n'est pas nécessaire pour les particuliers et les commerciaux d'engager des frais supplémentaires pour mesurer le vent sur le site, car de plus en plus les ressources éoliennes sont bien connues un peu partout.
ÉTAPE 4 : Définir le type de systèmes à installer.
- Système raccordé au réseau :
Il existe deux possiblités : - Le système alimente l’application de l'utilisateur, et fournie l'électricité excédentaire au réseau électrique.
- Le système injecte toute l'électricité produite par l'éolienne directement au réseau électrique.
- Système autonome :
Il dépend totalement de l'éolienne : En cas d'absence de vent, il puise l'énergie dans des batteries. Il est adapté au régions éloignées où le raccordement au réseau serait couteux. Exemples : résidence secondaire en campagne, chalet, refuge, campings, antenne de communication etc...
- Système hybride Éolien-Solaire :
Le système hybride autonome est utilisé le plus souvent dans les applications éloignées demandant une bonne fiabilité de la production électrique ; Néanmoins, il peut convenir à toute application ayant des conditions idéales (vent, ensoleillement élevé, approvisionnement en diesel).
Trois possiblités de systèmes vous sont présentés ci-dessus, mais dans ce présent chapitre nous traitons uniquement le système autonome, les deux autres étant des variantes.
ÉTAPE 5 : Évaluer la consommation électrique totale de l’application.
Si le site d'installation satisfait les exigences de l'étape 1, 2 et 3, on peut passer au calcul de l'énergie consommée par l'application ou charge électrique et sa puissance maximum. Étant donné que le potentiel éolien est évalué sur une période d'un an, la charge électrique est calculée aussi sur une période annuelle.
La consommation électrique d’une application est la quantité d’électricité en courant continu que consomment tous les appareils électriques en présence durant une journée de 24 heures sur une année. C'est cette quantité d'énergie que le système devra délivrer à l’application pour faire fonctionner les appareils, quelques soient les conditions. Elle s’exprimera en Wattheures (Wh/an) ou en Ampère-heures par jour (Ah/an).
Pour en savoir plus
ÉTAPE 6 : Déterminer la quantité d'énergie que va produire l'éolienne.
À cette étape on dispose de :
Deux méthodes peuvent être utilisée pour déterminer la quantité d'énergie et l'éolienne à choisir :
Méthode 1 : Surface balayée avec k = 2 distribution de Rayleigh
On estime la puissance disponible par le calul suivant: On peut choisir par exemple &eta = 25%
On a donc P/m2 = 0.1719 V3
On estime ensuite la production annuelle d'énergie en multipiant la puissance disponible par 8760 h
Dans ce cas pour un vent de 5 m/s on a E = 190 kWh/m2/an. À la lumière de cette densité d'énergie disponible, on déterminera la surface balayée par le rotor en m2 de l'éolienne qui permettra de combler le besoin en consommation calculé auparavant
Méthode 2 : Courbes de puissances
Il s'agit de croiser la distribution de vitesse annuelle sur le site (courbe de Raileigh) avec la courbe de puissance de l'éolienne évaluée.
Cela revient pour une vitesse moyenne de vent donnée, à multiplier la valeur correspondante sur la courbe de puissance par la valeur correspondante au temps d'apparition de la vitesse sur la courbe de distribution et ce pour toute la plage de vitesse.
- ET = ΣV=0 à 25 Pi x f(V) x 8760 h
On additionne donc chaque énergie calculée pour obtenir l'énergie totale sur un an. Cette énergie annuelle que produira l'éolienne évaluée, doit être comparée à l'énergie consommée par l'application afin de choisir l'éolienne qui comblera les besoins.
Exemples de types d'éoliennes :
Puissances éoliennes | Applications possibles |
| 50 à 400 W | Microsystèmes : Utilisée dans les petites applications. Ex : Recharge de batterie. |
| 400 à 1 kW | Minisystèmes : Utilisée dans les applications de faible puissance. |
| 1 à 50 kW | Systèmes domestiques : Utilisée pour alimenter une partie ou la totalité de la charge électrique d'une maison familiale, d'un petit chalet, d'une ferme, d'un commerce ou d'une communauté éloignée. |
ÉTAPE 7 : Choisir les composants du système.
LA BATTERIE
Elle tient un rôle très important dans un système éolien autonome car elle stocke l'énergie et la restitue lorsque l’application le nécessite. Il est donc important de bien déterminer sa taille et sa capacité à partir des paramètres suivants :
- La charge totale en courant (Ah/jour)
- Le nombre de jours d'autonomie
- La profondeur de décharge maximale (PDD) de la batterie
- La température et son facteur de correction
Pour en savoir plus / Types de batterie
LE RÉGULATEUR Il protège la batterie contre la surcharge de courant provenant de l'éolienne et la décharge profonde engendrée par le consommateur. Voici les paramètres essentiels à connaitre :
- Sa tension nominale
- Son courant d'entrée si type série
- Son courant d’entrée si type shunt
- Son courant de sortie
- Courant de pointe total
Pour en savoir plus / Types de régulateur
L'ONDULEUR Lorsque l'application se compose d'appareils fonctionnant en électricité alternative (AC), il faut convertir l'électricité continue que produit l'éolienne, en électricité alternative compatible et utilisable par ces appareils. Dès que le nombre d'appareils est important, il est avantageux de choisir un onduleur performant.
Le choix de l'onduleur est fonction des paramètres suivants :
- Sa puissance nominale
- Sa puissance de pointe ou maximale
- Son rendement ou efficacité
- Sa forme d’onde
Pour en savoir plus / Types d'onduleur
CÂBLAGE ET PROTECTIONS ÉLECTRIQUES Le choix des types de câbles électriques et du matériel de branchement (Connecteurs, réducteurs de tension, conduits, tige de MALT, boite de jonction etc...) nécessaires à l'interconnexion des composants, doit être entrepris de façon efficace pour maintenir la fiabilité et le bon rendement du système éolien. Le câblage doit respecter les normes en vigueur afin de garantir la durée de vie de l'installation. Des abaques (fiches techniques) sont proposés pour déterminer la bonne section de câble. En général, les fils conducteurs de ces systèmes sont en cuivre et dimensionnés pour produire idéalement 1% sinon au maximum 3% de perte en tension dans le câblage.
Les protections électriques telles que la mise à la terre, les parafoudres, les disjoncteurs/sectionneurs, fusibles, sectionneurs et coupes circuits, sont nécessaires pour isoler et protéger le circuit électrique contre tous les défauts électriques (Surtension, surcharge, fuite de courant, surintensités, court-circuit). Cependant, il est fort possible que les composants du système aient déja leurs propres protections, dans ce cas il ne sera pas utile d'en rajouter.
ÉTAPE 8 : Estimer les pertes réelles de l’ensemble du système
Bien que l'on tienne compte des rendements propres à chaque composant lors de la conception du système, il est important d'estimer aussi les pertes occasionnées dans les fils conducteurs entre chaque composant.
En effet, tout fil conducteur mis en place dans une connexion électrique engendre des pertes électriques dûes à une certaine résistance du conducteur au passage du courant. En fonction de ces pertes, il faudra réajuster la puissance totale du système. La chute de tension dans un câble égale à : ΔU = 2 x R x L x I d'où ΔU / U(%) = (2 x R x L x I) / (U x 100)
- 2 représente les deux conducteurs + et -
- R est la résistance du conducteur à la température d'âme (Ω/m)
- L est la longueur de la liaison spécifiée (en m)
- I est le courant maxi traversant le conducteur de la liaison (en A)
Autre manière de calculer la chute de tension :
ΔU = R x I où R = (ρ.2L) ÷ S
- R est la résistance du câble à la température de d'âme (en Ω)
- I est le courant maxi traversant le conducteur de la liaison (en A)
- ρ est la résistivité du matériau conducteur (en Ω.mm2/m)
- L est la longueur du conducteur (en m) x 2 (+ et -)
- S est la section du conducteur (en mm2)
On exige une chute de tension globale de 1% idéalement, sinon de 3%.
Pour en savoir plus...
Energiepropre 2006©
|
