Brevet FR3120487A1 — publié le 20220909

Éolienne solaire La présente invention concerne une éolienne dont les pales sont constituées de panneaux solaires pour produire de l’électricité, tous les jours, par les panneaux solaires et, de jour comme de nuit, comme une éolienne traditionnelle. Figure pour l’abrégé: Figure 1 Éolienne solaire La présente invention concerne une éolienne dont les pales sont constituées de panneaux solaires pour produire de l’électricité, tous les jours, par les panneaux solaires et, de jour comme de nuit, comme une éolienne traditionnelle. La consommation d'énergie dans le monde ne cesse d'augmenter mais avec d’importantes difficultés. Les principales sources d'énergies actuelles sont encore les énergies fossiles comme le charbon, le gaz naturel et surtout le pétrole, mais les réserves s'épuisent et cela implique de fortes augmentations du coût de ces matières premières. Mais aussi surtout l'utilisation intensive de ces énergies fossiles génère des émissions de gaz comme le dioxyde de carbone (CO2) qui est le principal responsable d'importants changements climatiques. L'énergie nucléaire, si elle ne génère pas de gaz à effets de serre, génère des déchets hautement et durablement toxiques, ce qui fait que son développement est dangereux. Pour produire aujourd'hui de l'énergie électrique il est possible d'utiliser des panneaux solaires. Les panneaux solaires sont constitués d'un ensemble de cellules photovoltaïques reliées entre elles. Les cellules photovoltaïques les plus répandues sont des composants électroniques constitués de semi-conducteurs à base de silicium et forment de fines plaquettes (les wafers) de quelques centimètres de côté. Ces plaquettes sont assemblées puis reliées entre elles en série ou en parallèle selon la tension souhaitée. Ensuite elles sont protégées des intempéries sur leur face avant par une plaque de verre et elles sont ensuite encapsulées dans un cadre métallique pour former un panneau solaire. Mais les performances des panneaux solaires sont directement dépendantes de leur ensoleillement: plus les panneaux solaires sont exposés à la lumière du soleil, plus ils produisent d'électricité. Et donc les panneaux solaires ne produisent pas du tout d'électricité la nuit, et cela pénalise beaucoup la rentabilité d'une installation de panneaux solaires car pour ainsi dire ils ne produisent de l'électricité que la moitié du temps. De même pour produire de l'électricité il est aussi possible d'utiliser une éolienne qui transforme la force du vent en électricité. Par exemple les éoliennes verticales sont constituées d'un axe vertical solidement fixé au sol à sa base mais qui tourne librement sur lui-même. Sur cet axe sont installées de larges aubes qui sont disposées pour utiliser au mieux la force du vent. La force exercée sur chacune des aubes fait tourner l'axe de l'éolienne sur lui-même, et chaque aube reprend tour après tour sa place face au vent au rythme des rotations de l'éolienne. Ainsi plus le vent est fort et plus l'axe de l'éolienne tourne vite avec davantage de puissance ce qui permet d'entraîner par des moyens mécaniques un générateur de courant pour produire de l'électricité. Mais même si l'énergie du vent est disponible partout sur la surface terrestre la force du vent est irrégulière en intensité et en direction car elle dépend des conditions météorologiques. Certains jours il y a beaucoup de vent et les éoliennes produisent beaucoup d'électricité, mais souvent il n'y a pas de vent alors les éoliennes ne produisent pas du tout de courant électrique. Cet inconvénient pénalise la rentabilité de l'installation d'une éolienne car cela augmente le coût de l'énergie produite. Le dispositif selon mon invention permet de remédier à ces deux inconvénients principaux qui affectent d'une part les panneaux solaires, qui ne peuvent pas produire d'électricité la nuit, et d'autre part les éoliennes, qui ne peuvent pas produire d'électricité quand il n'y a pas de vent. Ce dispositif est constitué comme une éolienne traditionnelle de type verticale mais les pales du rotor sur lequel s'exerce la force du vent sont constituées de panneaux solaires. Les panneaux solaires sont fragiles mais cet usage est possible du fait que les pales de l'éolienne n'offrent pas une résistance statique à la force du vent; celles ci tournent à chaque instant sous la force du vent et si la force du vent augmente les pâles de l'éolienne tournent de plus en plus vite. De plus, pour augmenter le rendement des panneaux solaires ceux-ci sont constitués comme des panneaux solaires traditionnels mais leur face arrière est recouverte d'un miroir en plastique qui résiste aux intempéries. Ainsi lorsque l'éolienne tourne sous l'action du vent la disposition des miroirs à pour avantage d'augmenter la production d'électricité des panneaux solaires les moins bien placés par rapport au soleil. En effet lorsque l'éolienne fonctionne à chaque instant des panneaux solaires passent devant le soleil et se trouvent les mieux exposés, ils produisent donc le plus d'électricité, mais tour à tour ils passent de l'autre coté de l'éolienne et se trouvent moins bien éclairés et à cet instant ils produisent moins d'électricité. Mais le miroir qui se trouve derrière chaque panneau solaire reflète de la lumière sur la face avant du panneau solaire suivant et cela permet d'augmenter la production des panneaux solaires les moins bien exposés de 20%, et cela à chaque instant. L'éolienne ainsi équipée génère donc de l'électricité, tous les jours et, lorsqu’il y a assez de vent, simultanément par deux procédés différents: D'une part, de jour, les panneaux solaires qui constituent les pales du rotor génèrent, comme des panneaux solaires traditionnels, de l'électricité, et ce même lorsque l'éolienne tourne et le courant électrique qu'ils produisent est du courant continu. D'autre part, à n’importe quel moment du jour ou de la nuit, dès qu’il y a assez de vent sur ses pales, l'éolienne transforme l'énergie cinétique du vent en énergie mécanique, comme une éolienne traditionnelle ce qui permet de faire fonctionner un générateur d'électricité pour produire du courant alternatif. Il est à noter que ce système ne produit pas d'électricité les nuits sans vent. Mais cette situation est assez rare et cela permet de penser que la rentabilité de l’installation d’une éolienne selon mon invention se trouve grandement augmentée du fait qu'elle produit de l'électricité tous les jours, grâce à ses panneaux solaires; et elle produit encore plus d'électricité des qu'il y a assez de vent, et ce de jour comme de nuit. La représente une vue d’ensemble de l’éolienne. La représente une vue de détail de l’installation d’un panneau solaire. La représente une vue de détail du collecteur tournant. La représente une vue de détail du multiplicateur et du générateur de courant. En référence à ces dessins: L'axe vertical qui forme le corps de l'éolienne selon mon invention est constitué d'un tube métallique creux et rond (1). Le dispositif selon mon invention est aussi constitué d'un socle métallique (2) solide formé de 4 pieds métalliques identiques soudés sur chacun des 4 côtés d'une plaque métallique épaisse. L'extrémité de chaque pied est percée pour recevoir une visse de forte section vissée dans la maçonnerie qui forme le sol (3). La plaque métallique qui forme le corps du socle est percée d'un trou du diamètre nécessaire pour recevoir le corps de l'axe vertical de l'éolienne. Cette plaque est aussi percée de 4 petits trous ronds régulièrement répartis autour du trou central. Un roulement à billes de type roulement à palier (4) est constitué d'un corps métallique avec 4 bords plats percés chacun en leurs centres de trous correspondants aux trous percés dans la plaque métallique. Le roulement à billes a palier se trouve ainsi fixé sous la plaque métallique qui forme la base par 4 boulons qui traversent de part en part le corps du roulement à billes et la plaque qui forme le socle. 4 écrous vissés sur les 4 boulons permettent de bloquer cette installation. L'extrémité basse du tube est en acier plein, la surface extérieure est filetée et le diamètre correspond au diamètre intérieur du corps du roulement à billes et l'axe est installé verticalement dans le corps du roulement à billes fixé en dessous de la plaque qui forme le socle métallique. Un écrou (5) permet de maintenir le pied de l'axe vertical du dispositif dans le corps tournant du roulement à billes. Par ailleurs l’axe qui forme le corps de l’éolienne est aussi équipé d’un moyeu (6) avec un roulement à billes de type roulement à rouleaux. Sur l’axe métallique de l’éolienne est soudée une couronne métallique (7) pour former une butée. En appui sur cette butée se trouvent installé le roulement à billes de type roulement à rouleaux. Sur le corps du roulement à rouleaux est installé une bague épaisse avec une collerette intérieure pour former le moyeu. Sur le corps de cette bague métallique qui forme le moyeu sont soudés 4 anneaux métalliques régulièrement répartis et percés en leurs centre d’un trou rond. Dans chaque trous de ces anneaux sont solidement boulonnées les extrémités de quatre barres d’acier (8) et les autres extrémités de ces barres sont ancrées dans le sol. Au dessus du moyeu le corps de l’axe de l’éolienne est fileté et reçoit un écrou (9). L’axe métallique qui forme le corps de l’éolienne se trouve ainsi maintenu en place verticalement. Sa base est boulonnée dans le corps du roulement à billes à palier qui se trouve sous le socle métallique et dans sa partie centrale il se trouve enserré dans le roulement à billes à rouleaux dans le moyeu ce qui lui permet de tourner librement sur lui-même. Sur cet axe métallique vertical au dessus du moyeu sont soudées à la même hauteur les 3 extrémités de 3 barres métalliques pour former 3 rayons horizontaux avec pour centre l'axe de l'éolienne. Les extrémités de ces barres sont soudées à une même barre métallique de section rectangulaire en forme de couronne (10) tout autour du dispositif. Cette barre métallique circulaire forme le support qui va porter les panneaux solaires. Sur la surface supérieure de la barre métallique circulaire (10) sont soudées des cornières en U (11) dont les dimensions permettent de recevoir le bord de chaque panneau solaire. De même ensuite une autre barre métallique circulaire (12) est installée dans la partie haute de l'éolienne et sur sa surface inférieure sont soudées symétriquement des cornières (11) identiques à celles qui se trouvent sur le premier support. Pour renforcer ce support trois barres métalliques (13) sont soudées sur la barre circulaire et sur l’axe métallique de l’éolienne pour former des tirants. Ces cornières métalliques sont installées pour permettre d'insérer un panneau solaire (14) dans chaque paire de cornières, tous orientés de la même façon c'est à dire que chaque miroir (15) qui forme la face arrière du panneau solaire reflète la lumière sur les cellules photoélectriques (16) qui se trouvent sur face avant du panneau solaire qui suit. Cette disposition des miroirs permet d’installer autant de panneaux solaires qu’il est possible en hauteur selon la capacité de l’axe métallique vertical et ce sans avoir à se soucier de l’exposition des panneaux solaires car celle-ci se trouve optimisée par les miroirs. Il est donc possible, si la solidité de l’axe le permet, d’installer plusieurs hauteurs de panneaux solaires. Les panneaux solaires sont percés sur leurs petits côtés de deux petits trous et les cornières en forme de U sont aussi percées de façon identique de 4 trous ce qui permet de fixer solidement le panneau solaire dans la cornière avec 2 boulons qui traversent de part en part les cornières et le corps du panneau solaire et un écrou vissé sur chaque boulon permet de bloquer cette installation. Les panneaux solaires sont constitués comme des panneaux solaires traditionnels de cellules photovoltaïques qui sont soudées deux à deux, en série ou en parallèle selon la tension du courant électrique souhaité, par un ou par plusieurs collecteurs métalliques en forme de ruban. Ces cellules photovoltaïques forment au sein même du panneau solaire des réseaux et des diodes by-pass sont associées à chaque réseau ce qui permet au courant électrique de circuler à travers les réseaux en isolant un des réseaux qui se trouverai ombragé. Cela permet d'améliorer la production d'électricité et surtout cela permet de protéger le réseau qui se trouverai ombragé d'une surchauffe (phénomène de «hotspot») due à une mauvaise circulation du courant qui pourrait endommager définitivement les cellules photovoltaïques. Ensuite avant la sortie du cadre métallique du panneau solaire un des collecteurs électrique est connecté à une diode anti-retour pour empêcher qu'un courant inverse ne traverse le panneau solaire par exemple la nuit. Pour utiliser l’électricité produite par les panneaux solaires il faut les raccorder à un onduleur (17) et c’est le rôle du collecteur tournant d’assurer un contact électrique entre l’axe de l’éolienne qui est en rotation avec l’onduleur (17) qui est fixe. Ce système de collecteur tournant est constitué de deux parties distinctes, d’une part le corps du collecteur tournant (24) est équipé de deux bras (26) maintenus en contact sur les deux autres parties du collecteur qui se trouvent en rotation sur l’axe de l’éolienne. Ainsi pour collecter le courant généré par les panneaux solaires il faut connecter par deux câbles (19), un pour la polarité positive et un pour la polarité négative, l'ensemble des fils électriques (18) qui sortent des panneaux solaires et il faut ensuite connecter ces deux câbles à l'onduleur qui se trouve au sol par le système de collecteurs tournant. Les fils électriques (18) qui sortent des panneaux solaires sont fixés sur le support (10) des panneaux solaires jusqu’à deux boîtiers de raccordement (20). Dans ces boîtiers de raccordement (20) les fils électriques (18) par exemple du pôle positif des panneaux solaires sont connectés ensemble et aussi à l’extrémité d’un des câbles (19). Et dans l’autre boîtier les fils électriques du pôle négatif sont raccordés entre eux et avec l’extrémité de l’autre câble. Dans ces deux boîtiers de raccordement (20) les deux câbles (19) pénètrent dans le corps de l'axe qui forme l'éolienne par deux trous et ressortent par deux autres trous pratiqués l'un au dessus de l'autre, en bas de l'éolienne; chacun au niveau d'un des collecteurs tournants qui sont installées l’un au dessus de l’autre, chacun pour une des polarités. L'extrémité de chaque câble (19) est dénudée et sur cette extrémité est sertie un connecteur de type connecteur à oeillet. Chaque collecteur tournant est constitué d'une petite couronne métallique (21) soudée sur le corps de l'axe formant le corps de l'éolienne et sur cette couronne sont percés 4 petits trous régulièrement répartis autour de l'axe. En appui sur cette couronne métallique (21) est installée une rondelle large et épaisse en matière plastique isolante de l’électricité (22) percée de la même façon sur sa circonférence intérieure de 4 petits trous et se trouve maintenue en place sur la couronne par 4 boulons qui traversent de part en part la rondelle de plastique et la couronne métallique (21). 4 écrous vissés sur chaque boulon permettent de bloquer cette installation. La circonférence extérieure de la rondelle en plastique (22) est encore percée de 4 petits trous régulièrement répartis. Sur cette rondelle en plastique est installée une bague (23) avec une collerette constituée d'un métal conducteur de l'électricité comme du laiton. La largeur de la bague en laiton (23) correspond à l’épaisseur de la rondelle en plastique (22) et le corps de la collerette est percé de 4 petits trous percés de la même façon que les trous de la rondelle en plastique et la bague est maintenue solidement en place sur la rondelle en plastique par 3 boulons qui traversent de part en part la rondelle en pastique et la collerette. 3 écrous vissés sur les trois boulons permettent de bloquer cette installation. Le 4ème boulon traverse aussi la rondelle en plastique (22) et la bague en laiton (23) et il reçoit en plus l'oeillet du câble (19) ce qui permet de fixer le câble électrique (19) sur la bague en laiton (23) alors que cette bague reste électriquement isolée de l'axe métallique qui forme le corps de l'éolienne. L'autre collecteur tournant pour l’autre polarité est constitué de la même façon pour l'autre câble. Le corps du collecteur tournant est fixé au sol par un pied vertical (24) scellé dans la maçonnerie qui forme le sol. Le pied du corps du collecteur tournant (24) est constitué d'une barre métallique pleine de section rectangulaire. Celle-ci, à la hauteur de chaque bague de laiton qui se trouve sur l'axe de l'éolienne, est percée de deux petits trous ronds percés l’un au dessus de l’autre. Pour chaque pôle le corps du collecteur tournant est aussi constitué d'une plaque épaisse en matière plastique isolante de l’électricité (25). Cette plaque de plastique (25) est percée de la même façon que les deux trous percés sur le pied du corps du collecteur, et chaque trou est aussi partiellement percé en son centre d'un autre trou d'un diamètre supérieur. Cette plaque de plastique (25) est maintenue en place sur le pied du collecteur tournant par deux boulons qui traversent de part en part la plaque de plastique et le bras métallique (26) qui forme le corps du collecteur tournant. La tête de chaque boulon est largement cachée dans l’épaisseur de la plaque de plastique (25) et deux écrous vissés sur chaque boulon permettent de bloquer cette installation. Les extrémités de la plaque de plastique (25) sont encore percées de deux trous ronds. L'une des extrémités des bras métalliques (26) sont percées de deux trous correspondant aux deux trous de la barre de plastique installée sur le corps du collecteur tournant et ce bras se trouve fixée sur cette barre de plastique (25) par un boulon qui traverse de part en part le bras métallique (26) et la barre de plastique (25). Un écrou vissé sur ce premier boulon permet de bloquer cette installation. Une des extrémités d'un câble (27) est dénudée et sur cette extrémité est sertie un connecteur de type connecteur à oeillet. Un deuxième boulon traverse aussi de part en part le bras métallique (26) et la barre de plastique (25) et reçoit en plus l’oeillet du câble (27). Un écrou vissé sur ce deuxième boulon permet de bloquer cette installation. L’autre extrémité du câble (27) fixé sur le corps du collecteur tournant est connecté à une des bornes de l'onduleur (17). L'autre extrémité de ce bras métallique (26) est équipée de chaque coté de deux surfaces planes percées d’un trou pour former une chape métallique. Le dispositif du collecteur tournant est aussi composé d'un petit axe métallique rond fileté à chacune de ses extrémités et d'un galet rond (28) constitué en métal électriquement conducteur comme du laiton, percé en son centre d'un trou rond. Un roulement à billes de type roulement à rouleaux est installé dans le trou pratiqué dans le corps du galet en laiton (28) et le galet est mis en place entre les deux surfaces planes de la chape à l'extrémité du bras métallique (26). Le petit axe métallique est ensuite inséré de part en part de la chape métallique et dans le corps du roulement à rouleaux et deux écrous (29) sont vissés sur les filetages aux extrémités de l'axe métallique pour bloquer cette installation. Le galet (28) se trouve ainsi libre de tourner sur son axe dans la chape métallique. Le bras métallique à la forme et les dimensions nécessaires pour que le galet en laiton (28) se trouve constamment en applique sur la bague en laiton (23) qui se trouve installée sur la rondelle en plastique (22) elle-même fixée sur l'axe métallique (1) qui forme le corps de l'éolienne. Ainsi lorsque l’éolienne fonctionne son axe (1) tourne sur lui même et entraîne la bague en laiton (243 qui se trouve constamment en contact avec le galet en laiton (28) du collecteur tournant. Ces deux pièces tournent l'une sur l'autre et sont toujours en contact l’une avec l’autre ce qui permet au courant électrique de passer d'une pièce à l'autre alors que l’une des pièce est en mouvement, et ce avec le minimum de frottement. L’autre pôle du collecteur tournant est équipé de la même façon et ainsi les panneaux solaires alimentent l’onduleur pour traiter le courant continu qu’ils produisent, même lorsque l’éolienne tourne. D’autre part, de jour comme de nuit, si il y a suffisamment de vent, l’éolienne transforme l’énergie cinétique du vent sur ses pales en énergie mécanique pour faire fonctionner un générateur (34) de courant électrique. Mais les pales du rotor tournent lentement, de 5 à 25 tours par minutes, et plus le diamètre du rotor est grand et plus il tourne lentement. Mais pour faire fonctionner un générateur de courant il faut une vitesse de rotation plus importante, de 1000 à 2000 tours par minutes. On transforme donc la fréquence de rotation du rotor de l’éolienne avec un multiplicateur (30) pour augmenter la fréquence de rotation de l’axe. Pour transmettre l’énergie de l’axe principale qui forme le corps de l’éolienne, que l’on nomme l’arbre lent, à l’axe d’entrée du multiplicateur on utilise deux engrenages. On soude donc sur l’axe de l’éolienne la première roue dentée (31). Le boîtier qui forme le corps du multiplicateur (30) est installé sur un socle métallique (32) formé de 4 pieds métalliques soudés sur chacun des côtés d’une plaque épaisse et l’extrémité de chaque pied est fixée au sol par une visse. Sur l’extrémité de l’axe d’entrée du multiplicateur (30) est soudée la deuxième roue dentée (33). Les dimensions et la forme des dents correspondent aux dimensions et aux formes des dents de la première roue dentée (31) fixée sur l’axe de l’éolienne et le rapport de transmission est fonction du nombre de dents de chaque roue. L’axe qui forme le corps de l’éolienne et l’axe d’entrée du multiplicateur sont parallèles et les deux roues sont engrenées entre elles pour transmettre le mouvement de rotation de l’axe de l’éolienne. Ainsi lorsque l’axe de l’éolienne (1) tourne sur lui-même il entraîne la première roue dentée (31) qui à son tour entraîne la deuxième roue dentée (33) de l’axe d’entrée du multiplicateur. Ensuite le multiplicateur est composé d’un train d’engrenages pour obtenir le rapport de transmission final souhaité. Le générateur de courant électrique (34) est lui aussi fixé sur le socle métallique 1 (32). L’axe de sortie (35) du multiplicateur et l’axe d’entrée du générateur sont solidarisés pour former ce que l’on nomme l’arbre rapide, qui, dès qu’il y a assez de vent, entraîne le générateur (34) pour qu’il produise de l’électricité. Selon différents modes de fabrication l’éolienne selon mon invention peut être constituée comme une éolienne horizontale telles que nous les connaissons aujourd’hui, ou comme les moulins hollandais. Dans ce cas les pales du rotor sont constitués de panneaux solaires installés les uns derrières les autres pour augmenter la surface de panneaux solaires exposés au soleil et ainsi augmenter la production d’électricité. De la même façon les faces arrières des panneaux solaires sont équipées de miroirs pour améliorer leur efficacité. Dispositif pour produire de l’électricité constitué d’une éolienne verticale traditionnelle caractérisé en ce que les aubes qui équipent le rotor (1) pour utiliser la force du vent sont constituées de panneaux solaires (14). Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la face arrière des panneaux solaires (14) qui constituent les pales de l’éolienne sont équipés de miroirs (15) pour augmenter leur production d’électricité. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les panneaux solaires (14) qui constituent les pales de l’éolienne sont reliés ensembles à un onduleur (17) par l’intermédiaire d’un système de collecteurs tournants pour permettre l’exploitation du courant électrique produit par les panneaux solaires lorsque l’éolienne tourne sur elle-même par la force du vent. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l’axe verticale (1) de l’éolienne entraîne par une roue dentée (31) un multiplicateur (30) pour augmenter la vitesse de rotation du générateur de courant (34).