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Production d'électricité par système mixte solaire-éolienne



  1. #1
    jrosenzw

    Question Production d'électricité par système mixte solaire-éolienne


    ------

    Bonjour

    Je voudrais proposer la fourniture d'électricité à 12V pour un habitat qui a besoin d'éclairage avec 3 lampes LED(5W, 5h/jour), un réfrigérateur (220V/50Hz, 150KWh/an rapporté à une consommation journalière donc 150000 Wh/365 jour=~411Wh/jour), une batterie, un régulateur et un onduleur(4W, 3h/jour).

    J'ai déterminé la consommation totale sachant que j'ai pas trop d'info sur la consommation de la batterie et du régulateur.Je me demande d'ailleurs si je dois tenir compte de leur consommation propre dont on dit que c'est négligeable Bref, j'ai 497,96 Wh/jour de consommation pour les LED, le frigo et l'onduleur...

    Je détermine 181Wc pour le panneau et 248Ah pour la batterie. Mais vu les limites financières à consacrer au projet, il est question d'envisager l'utilisation d'une éolienne. Le choix probable est ceci: alimenter les lampes avec un petit panneau de 10 ou 20W. Et puis se procurer d'une petite éolienne de 200W. La question ne se pose pas par rapport à la pertinence de ce choix (car il y a plusieurs scénarios prévus) mais uniquement sur les calculs.

    Les besoins à couvrir par l'éolienne étant connus, est ce nécessaire de se lancer dans les calculs de puissance en fonction de la vitesse du vent? J'ai fait beaucoup de recherche sur Internet. Mais l'observation que j'ai faite c'est que on calcul la puissance avec P=0.45*r²*v³ si on veut tenir compte des données du vent du site. Nous nous avons déjà une idée du type d'éolienne qu'on peut se procurer. Ainsi, si on part de l'hypothèse (même si erronée) que l'éolienne va fonctionner avec les données fournies par le constructeur quel calcul serait nécessaire?

    J'ai bien des liens pour les calculs et la théorie sur les éoliennes. Ma question porte vraiment sur le contexte décrit.

    Merci pour vos précisions.

    -----

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  3. #2
    phys4

    Re : Production d'électricité par système mixte solaire-éolienne

    Bonjour,

    Il est facile de trouver des petites éoliennes de 100 à 400w, elles font de 1m à 1,5m de diamètre.
    Le problème proviendra du taux d'utilisation: en effet une éolienne ne donne sa pleine puissance qu'une petite partie du temps et quand il y a du vent. Voir sur site météo, le rendement possible pour votre région.
    Votre batterie stockera quelques 3000 Wh soit 6 jours de consommation au maximum. La combinaison panneau solaire éolienne serait optimale dans nos régions, car il est rare d'avoir des jours sans vent non ensoleillés.
    Comprendre c'est être capable de faire.

  4. #3
    verdifre

    Re : Production d'électricité par système mixte solaire-éolienne

    bonjour,
    Les besoins à couvrir par l'éolienne étant connus, est ce nécessaire de se lancer dans les calculs de puissance en fonction de la vitesse du vent?
    il me semble que c'est le seul calcul reelement utile. Cependant celui ci peut être simplifié
    il te suffit de connaitre les coefficients de distribution du vent dans la région concernée pour ne pas être trop loin de la vérité
    ces coeficients sont appelés coefficients de weibull, on peut en trouver une estimation sur des cartes de vent

    ne pas oublier lors de l'installation de l'eolienne que la hauteur à la quelle est intallée l'eolienne est surement le parametre le plus important
    pour la même eolienne installée à 6m ou à 20 m de haut la production n'a rien à voir
    une mauvaise eolienne sur un grand mat fera presque toujours mieux qu'une bonne eolienne sur un petit mat
    le permis de construire, pour monter à plus de 12m, peut etre un investissement trés rentable si il est facile à obtenir
    fred
    On ne vient pas de nulle part et il serait souhaitable qu'on n'aille pas n'importe où !

  5. #4
    Jeanpaul

    Re : Production d'électricité par système mixte solaire-éolienne

    Sans être spécialiste, j'ai entendu dire que la pointe de consommation d'un frigo au démarrage posait problème, surtout s'il s'agit d'un frigo ordinaire à compresseur :
    http://www.eden-lr.com/eolien.html
    Dans cette référence, ils parlent d'une surconsommation de 10 à 15 fois au démarrage, faudrait vérifier si le convertisseur peut encaisser. Autrement, on vend des frigos basse tension à absorption, silencieux et n'ayant pas ce problème (c'est plutôt le genre camping, je pense).

  6. A voir en vidéo sur Futura
  7. #5
    jrosenzw

    Lightbulb Re : Production d'électricité par système mixte solaire-éolienne

    Merci à tous

    Donc si je recoupe vos différentes interventions je retiendrai que je dois tenir compte de données du vent sur le site(ce sera en Afrique précisément au Mali) et veiller à choisir un onduleur qui peut supporter les courants de démarrage du frigo.

    J'attends des données mais pour l'instant j'ai pas beaucoup d'info sur la distribution de la vitesse du vent dans la région concernée. C'est pour cela que je voudrais me contenter des donnés d'une éolienne airBREEZETM

    Diamètre du rotor : 1.17 m
    mat : Montage tube N°40(?) Dext 48.26 mm
    Vitesse de démarrage : 2.68 m/s
    Pn 200W
    KWh/mois 38 à 5.4 m/s
    Vitesse de survie 49.2 m/s
    ...

    J'estime que ces données feront leur affaire.(On s'en contente car il y a rarement des installation industrielles dimensionnées aux réalités africaines : Wak Up Stand Up ....)

    Encore une fois merci pour votre réactivité.

  8. #6
    verdifre

    Re : Production d'électricité par système mixte solaire-éolienne

    bonjour,
    pour avoir une idée des vents tu peux déja regarder les cartes publiées par NREL
    http://www.nrel.gov/wind/resource_assessment.html
    tu as normalement des cartes anuelles et mensuelles pour le vent (et aussi je crois pour l'ensoleillement)
    ne pas oublier que l'energie produite par une eolienne dépend directement du cube de la vitesse du vent et que le vent est faible prés du sol.
    j'insiste, mais si tu n'as pas trop de contraintes de permis de construire, monter le plus haut possible, ne pas se limiter à 12 metres.
    fred
    On ne vient pas de nulle part et il serait souhaitable qu'on n'aille pas n'importe où !

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  10. #7
    jrosenzw

    Re : Production d'électricité par système mixte solaire-éolienne

    Je vois en fait que je ne devrais pas contourner cette question du calcul de puissance de l'éolienne.

    Pour le cas qui me concerne, je veux produire P = 200W d'électricité.

    Dans la formule P=0.45*r²*v³, (r=D/2) si je connais la vitesse du vent est ce dans mon cas ce ne sera que le diamètre (D) du rotor que j'aurai besoin pour choisir mon éolienne( vu que j'ai les données d'un type d'éolienne donnée)? Ou bien pensez-vous qu'une éolienne ne se dimensionne pas comme ça? En me plaçant d'un point de vue (utilisateur et donc non constructeur), je ne vois pas trop la démarche.

    Je pense que la réponse à cette question aura débloqué mon problème.

    Merci à tous.

  11. #8
    Eurole

    Re : Production d'électricité par système mixte solaire-éolienne

    Citation Envoyé par verdifre Voir le message

    ne pas oublier que l'energie produite par une eolienne dépend directement du cube de la vitesse du vent et que le vent est faible prés du sol.
    j'insiste, mais si tu n'as pas trop de contraintes de permis de construire, monter le plus haut possible, ne pas se limiter à 12 metres.
    fred
    Bonjour tous.
    On aimerait aider des projets comme celui de jrosenzw…

    Dans nos climats « tempérés » l’éolien devrait être développé l’hiver, saison pendant laquelle les vents sont forts.
    L’énergie d’un courant éolien dépend en effet du cube de la vitesse du vent, mais ceci explique les dégâts des tornades, y compris sur les éoliennes.
    • A 1 m/s coefficient 1
    • A 10 m/s coefficient 1000
    • A 100 m/s coefficient 1000000 !

    La puissance d’une éolienne dépend donc de ce courant, mais également de la surface qu’elle oppose à ce courant (comme dans un « vérin ») et de sa propre force cinétique

    J’ai présenté ici il y a quelques années un dispositif de tour éolienne sur rail que j’espère toujours réaliser.
    • La surface au vent peut être très importante, presque illimitée.
    • A de faibles hauteurs (avec les inconvénients signalés par Fred)
    • La tour éolienne peut être construite sur un bâtiment circulaire classique (intéressant au Mali)
    • Sa masse est utile, la tour constituant un volant d’inertie régulateur
    • Cette masse constitue également une très grande résistance aux tempêtes qui deviennent ainsi productives
    • Un débrayage automatique simple permet d’éviter les dégâts dans les cas extrêmes.

    A priori je croirais plus au solaire au Mali.
    Mais si jrosenzw pense que je peux lui être utile, ce sera avec plaisir.

  12. #9
    verdifre

    Re : Production d'électricité par système mixte solaire-éolienne

    bonjour,
    le plus dur, finalement c'est de comprendre que la vitesse moyenne du vent n'as pas grande signification si elle est donnée seule, il faut aussi d'autres coefficients (les fameux coefficients de weibull) pour pouvoir esperer en tirer une information en terme d'energie produite.

    il faut donc imperativement recuperer les données de vent qui vous concerne
    vous pourrez les avoir sur le site nrel dont j'ai donné le lien plus haut
    c'est seulement a partir de ces données que l'on peut commencer à dimentionner une eolienne
    (vous aurez de plus normalement sur ce site des données mensuelles et les données solaires corespondantes
    il faut avoir une idée du site, plaine , steppe, valée, sur la crete d'une coline, cela peut aussi changer pas mal les coefficients de securité à prendre.
    il faudrait normalement connaitre la hauteur des divers obstacles dans un rayon de 100 à 500m autour du point d'installation prévu.
    je ne pense pas qu'une eolienne efficace puisse être du plug and play.
    fred

    même si cela ne permet pas un dimentionnement parfait cela évite de faire de trop grosses bétises
    On ne vient pas de nulle part et il serait souhaitable qu'on n'aille pas n'importe où !

  13. #10
    Eurole

    Re : Production d'électricité par système mixte solaire-éolienne

    Bonjour
    Jrosenzw ne doit pas se décourager.
    Connait-il le rendement indiqué par le constructeur de l’éolienne à laquelle il pense ? Ce serait une base, même en divisant le chiffre par deux.

    *
    Voici quelques éléments pour sa réflexion personnelle, sous contrôle de Verdifre.
    La notion basique est l’évaluation du courant éolien qui constitue le « gisement énergétique » de l’éolienne donnée.
    La formule de calcul de la puissance en W d’un courant fluide, gazeux ou liquide, est
    1/2 S M V3.
    S est la surface considérée du courant en m2.
    M est la masse de 1 m3 du fluide considéré, en kg.
    V est la vitesse du courant en m/s.

    *
    Une première règle – de bon sens – est qu’une éolienne (hydrolienne en courants marins), non seulement ne peut pas produire plus d’énergie qu’elle n’en reçoit, mais une partie seulement.
    Il existe une limite théorique de 16/27 dénommée limite de Betz, soit moins de 1/3
    http://fr.wikipedia.org/wiki/Limite_de_Betz

    En pratique il est prudent de prévoir une limite plus basse, de l’ordre de 10 à 20%

    *
    Dans son message 7 Jrosenzw indique que la puissance qu’il attend de l’éolienne est 200 W.

    Supposons une éolienne d’un rendement de l’ordre de 10%, dans un courant éolien régulier – ce n’est pas la réalité – de 10 m/s.

    Jrosenzw souhaite que
    1/10.1/2 .S. M. V3 = 200 w

    M est connu : un m3 d’air pèse environ 1 kg (je vais me faire accuser de « bricolage »)

    Nous pouvons en déduire S, la surface du cercle balayé par l’hélice, et de là son diamètre

    S = 200 .10.2/1/1000
    S = 4 m2

    Un rotor de 1,17 m de diamètre balaye une surface de 4,3 m2 et semble correct pour la puissance souhaitée.
    Reste la question de la vitesse du vent : combien de temps par an est-elle égale ou supérieure à 10 m/s, c’est-à-dire 36 km/h ?

    *
    Pour une tour éolienne, le raisonnement serait différent.

  14. #11
    verdifre

    Re : Production d'électricité par système mixte solaire-éolienne

    bonjour,
    les reponses a ces questions sont ici
    http://na.unep.net/swera_ims/graph/G...19917701531175
    on trouve le graphique des vents à 50 m , pas vraiment le site idéal
    ton eolienne qui est donnée pour 200 watts à 12.5 m/s donnera 8 fois moins à 6.25 m/s soit 25 watts (si tu la montes sur un mat de 50 metres)
    la resource solaire étant bonne, je pense que l'eolienne est à oublier ou alors il faut viser une grosse eolienne (qui sera plus chere qu'une bonne installation solaire)
    http://na.unep.net/swera_ims/map2/#
    (le mali ne sera jamais une nation exportatrice d'energie eolienne....)
    fred
    Dernière modification par verdifre ; 03/09/2009 à 20h23.
    On ne vient pas de nulle part et il serait souhaitable qu'on n'aille pas n'importe où !

  15. #12
    verdifre

    Re : Production d'électricité par système mixte solaire-éolienne

    re bonjour
    KWh/mois 38 à 5.4 m/s
    c'est a peu prés la production que tu peux esperer si tu montes suffisement haut
    donc 38/(30*24)
    soit une puissance moyenne de 52 watts si on en croit les données constructeur, il te faut donc 4 eoliennes de ce type....
    fred
    On ne vient pas de nulle part et il serait souhaitable qu'on n'aille pas n'importe où !

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  17. #13
    jrosenzw

    Arrow Re : Production d'électricité par système mixte solaire-éolienne

    Merci à tous.

    Je reviens à la charge avec après plusieurs jours de labeur
    Voici en effet un récapitulatif de la solution que je voudrais préconiser:

    Alimentation de 3 lampes de 5 W fonctionnant environ 5h/jour

    1 réfrigérateur : Consommation annuelle : 260KWh/an --> 712 Wh/jour

    Énergie consommée par les lampes Ec = 3x5Wx5h/jour = 75Wh/jour

    Découplage de la production entre module photovoltaïque(pour couvrir les besoins des 75Wh/jour)
    et une éolienne (pour couvrir les besoins de 712Wh/jour du frigo).

    Énergie nécessaire à produire par le module solaire
    Ep = Ec/k = 75Wh/0.55 = 136, 36 Wh/jour.

    La puissance des panneaux à utiliser :
    Pc = Ep/Ir
    Où Ir correspond à l’irradiation . Je prends une valeur de 5 KWh/m²/jour
    pour l'Afrique de l'Ouest(donnée brute pour les besoins du calcul ...)

    Pc = (136,36x1000)/5000 = 27,27 Wc d'où un module de 30Wc

    Batterie pour la production PV:
    La capacité de la batterie à utiliser vaut :
    Cb = Ec*N/U*Pd

    Cb = 75*3/12*0,5= 37.5 Ah d'où une batterie de 38 à 40 Ah.

    Dimensionnement de l'éolienne :

    On prévoira que l'éolienne puisse prendre en charge l'alimentation des lampes et du frigo :

    Énergie nécessaire : 75Wh/jour + 712Wh/jour = 762 Wh/jour

    J'essaie de ramener cette énergie en terme de puissance en
    supposant une utilisation
    de 5h/jour --> (762 Wh/jour)/(5h/jour) = 152 W.

    Donc mon éolienne est sensée couvrir une consommation de 152W.

    Je fais l'hypothèse d'une vitesse de vent de 10m/s(également pour les besoins du calcul)
    et un rendement maximum pour vitesse spécifique = 7 .
    Je voudrais signaler que je ne suis pas parvenu obtenir les
    informations sur la vitesse du vent de ma région sur le site
    http://www.nrel.gov/wind/resource_assessment.html
    Je trouve qu'il ne donne que des références pour les USA. Je ne suis
    pas nul en anglais mais recherches ne m'ont vraiment pas conduit à
    l'information souhaitée.

    Par contre, le site http://na.unep.net/swera_ims/map2/#
    donne bien des indications pour une vitesse de vent à 50m.
    Mais notre éolienne ne sera jamais élevée à cette hauteur.
    Peut être 15m tout au plus. D'où des hypothèses, du moins pour
    les calculs à mener pour la détermination
    du diamètre de l’éolienne :

    En admettant que le rendement vaut 80%, la puissance à
    fournir serait P =152/0.8 = 190.5 W
    ce qui revient à choisir une éolienne de 200W.

    Le diamètre de l'arbre du rotor vaudra alors :
    D² = P/0.2V³ --> D = 1m

    Je me passe du calcul de rapport de multiplication car je n'ai pas à
    concevoir l'éolienne.

    Ainsi selon les caractéristiques de airBREEZETM,
    j'ai un diamètre de rotor de 1,17m , vitesse de démarrage 2.68 m/s
    et 200 W à 12.5 m/s . Je ne pense du tout que ça coince
    là puisque c'est "garanti" qu'à à 5.4 m/s l'éolienne fournit
    38KWh/mois ce qui, il me semble, donne 253 W
    pour 5h par jour sur 1 mois (c'est à dire 150h/mois).

    J'imagine que le calcul de dimensionnement des
    batteries pour l'éolienne ne devra pas changer par rapport au
    module solaire.


    Est-ce que quelqu'un a un avis contraire sur ce calcul?


    Merci pour vos interventions et de l'attention de chacun.

  18. #14
    verdifre

    Re : Production d'électricité par système mixte solaire-éolienne

    bonjour,
    j'aime beaucoup l'eolien et je suis sur que dans beaucoup de cas c'est une bonne solution.
    Je fais l'hypothèse d'une vitesse de vent de 10m/s
    je t'ai pourtant transmis les cartes de vents pour la région
    pendant 3 mois , tu es inferieur à 5.5 m/s à 50 metres d'altitude !!!!
    il faut donc que pendant ces 3 mois le solaire compense cela. si le solaire peut compenser cela pendant 3 mois il le peut à peut de choses pret toute l'année

    je n'ai pas fait le calcul, mais si tu ne met qu'un mat de 12 à 15metres, tu seras entre 3 et 4 m/s
    à un moment, il faut s"arreter et faire les comptes !
    combien pourrai je implanter de panneaux et de batteries pour me même investissement que cette eolienne ?
    quel est le prix prévisible du kwh produit ?
    à moins d'être vendeur d'eolienne cette solution est elle adaptée dans ce cas ?
    tu remarqueras aussi qu'un panneau solaire de l'ordre de 1m² répondrait sensiblement à tes besoins
    tu as donc une eolienne qui va faire dans les 2000 € en comptant le mat et la quinquaillerie pour fournir avec un peu de chance 30 à 40 W moyens.
    soit 50 à 60 € le watt moyen
    en solaire tu es sensiblement moitié moins cher

    sur un site avec un vent de 7.5 ou 8 m/s les resultats seraient differents
    fred
    On ne vient pas de nulle part et il serait souhaitable qu'on n'aille pas n'importe où !

  19. #15
    jrosenzw

    Lightbulb Re : Production d'électricité par système mixte solaire-éolienne

    Merci verdfre

    J'ai une précision maintenant par rapport aux données du vent de ma région( Sikasso) Cf. : http://na.unep.net/swera_ims/graph/G...55331634393362

    En lisant bien sur ce lien : http://na.unep.net/swera_ims/map2/#
    j'ai une valeur de de la vitesse du vent à 50m d'altitude de 2.8 m/s . Est -ce que c'est pas la valeur moyenne annuelle ça? Je pense que cette valeur est largement en deçà des 10m/s de mon hypothèse et donc aussi des 12.5 m/s pour assurer les 200W de production de l'éolienne airBREEZE!

    Soit dit en passant je suppose que vous êtres d'accord avec tous les calculs que j'ai développés dans le POST précédent sinon que les données sont mal adaptées, non? En fait c'est plus ma compréhension de la méthode de calcul dont je voudrais m'assurer; les données, je finirai toujours par avoir les bonne valeurs je pense.

    Donc selon les données du vent il n'est pas intéressant de se doter d'une éolienne à Siakasso. Si ce serait l'éolienne airBREEZE que j'aurai utilisé, elle aurait à peine démarrer (on est pas sûr d'assurer la hauteur de 50 m...) pour une utilisation entre mai-août seulement(vitesse de démarrage de l'éolienne 2.68 m/s). Avez-vous un avis contraire sur ces affirmations.

    Moralité je vais me pencher pour une solution tout solaire pour le coût qui serait supportable.

    Merci pour tout.

  20. #16
    verdifre

    Re : Production d'électricité par système mixte solaire-éolienne

    bonjour,
    pour faire le calcul proprement il faudrait les coeff de weibull pour ce site, mais 2.8 m/s à 50 m , c'est vraiment pas la peine de chercher plus loin, il n'y a pas de vent, c'est ferme et definitif.
    entre 2.8 et 12.5 il y a un rapport de l'ordre de 5 donc les puissances sont dans le rapport de 5^3 soit 125
    tu recolterais donc moins de 1% de ce que tu as calculé
    fred
    On ne vient pas de nulle part et il serait souhaitable qu'on n'aille pas n'importe où !

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