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L'alternateur est le générateur qui transforme un mouvement mécanique en courant électrique. Pour ce faire, l'alternateur dispose d'un axe qui entraîne en rotation la combinaison d'un rotor et d'un stator entre lesquels l'alternance de champs magnétiques génère de l'électricité. Connu sur les véhicules comme la source d'énergie électrique, l'alternateur sur une éolienne est la centrale électrique actionnée par la rotation de ses pales.
Quel alternateur choisir pour une éolienne, où l'acheter et à quel prix ? Le point maintenant.
Principe des alternateurs d'éolienne
Un seul principe commun à tous les alternateurs d'éolienne, mais des positions de montage et des caractéristiques différentes.
Le principe commun à tous les alternateurs (éolienne, moteur de bateau ou de véhicule, groupe électrogène …) et même aux dynamos et volants magnétiques (cycles, scooters, moteurs légers…) est le suivant :
- L'axe de l'alternateur est entraîné en rotation car solidaire à l'une de ses extrémités de l'axe des pales de l'éolienne.
- Sur cet axe est fixé un rotor qui tournera à la vitesse commandée par le régime de rotation de l'axe.
- Ce rotor tourne à l'intérieur d'un stator fixe sans aucun point de contact.
Le principe de création de courant par la rotation d'un rotor à l'intérieur d'un stator est que l'un des deux éléments est une bobine alors que l'autre est un aimant multiple. La rotation des aimants implique une inversion perpétuelle des champs magnétiques (pôle + et pôle – de l'aimant) que la bobine accumule et transforme en courant électrique. Alors que la dynamo produit un courant électrique continu, l'alternateur délivre du courant alternatif.
Alternateur d'éolienne : caractéristiques
Catégories d'alternateurs pour éolienne
On distingue deux grandes catégories d'alternateurs pour éolienne :
- L'alternateur classique est à rotor interne et stator externe, c'est-à-dire que le rotor sur lequel sont placés les aimants permanents tourne à l'intérieur du tunnel créé par le corps du stator (inrunner).
- L'alternateur plus récent est à stator interne et rotor externe, c'est-à-dire que le corps de l'alternateur est en rotation alors que le stator reste fixe au sein du tunnel formé par le rotor (outrunner).
Type d'implantation de l'alternateur sur l'éolienne
On distingue aussi deux types d'implantation sur l'éolienne :
- Sur les éoliennes horizontales, telles que nous les rencontrons en général où les pales verticales entraînent en rotation l'axe horizontal, l'alternateur est placé derrière les pales tout en haut du mât support. Cette disposition oblige à élever un opérateur jusqu'au niveau de l'axe des pales pour toute intervention sur l'alternateur.
- Sur les éoliennes verticales, (VAWT), l'alternateur est placé bien plus bas, soit juste sous les pales verticales, soit au niveau du sol au pied de l'éolienne, ce qui facilite la maintenance de l'alternateur.
Choix et prix d'un alternateur pour éolienne
Pour construire une éolienne ou pour remplacer l'alternateur d'une éolienne existante, il faut choisir l'alternateur selon ses caractéristiques et performances.
Alternateur synchrone ou asynchrone utilisé en vitesse fixe ou en vitesse variable
Le choix existe entre :
- Machine Synchrone (MS) : le générateur produit du courant de fréquence variable selon la vitesse de rotation des pales en fonction de la force du vent. Le générateur synchrone ne requiert aucune démultiplication de la vitesse de rotation des pales (entraînement direct) mais nécessite qu'un convertisseur de fréquence soit placé avant le réseau de distribution du courant. Ce type d'éolienne avec peu de pièces en mouvement ne requiert que peu d'entretien donc est adapté aux éoliennes off-shore.
- Machine Asynchrone (MAS) : le générateur asynchrone nécessite de tourner à une certaine vitesse (quelques centaines de tours/minute) pour produire du courant, ce qui implique la nécessité pour une éolienne d'y adjoindre un démultiplicateur (boîte de vitesse automatique) afin de démultiplier le nombre de tours de l'axe des pales par vent faible avant de transmettre le mouvement à l'axe du générateur. Si la fréquence du courant est stable et ne requiert pas de régulateur de fréquence, c'est la boîte de vitesses qui requiert une maintenance.
Bon à savoir : les Machines Asynchrones à Aimants Permanents (MASP) sont extrêmement consommatrices de terres rares pour la fabrication des aimants. On parle de 600 kg de terres rares (venant de loin) pour l'alternateur d'une éolienne de 3,5 MW. C'est pourquoi les alternateurs à aimants permanents sont réservés au petit éolien et que les grandes éoliennes sont équipées d'alternateurs à électroaimants.
- Machine Asynchrone à Double Alimentation (MADA) : Sur ce générateur, l'aimant produisant le champ magnétique est un électroaimant alimenté en courant par l'éolienne elle-même. Selon la vitesse de rotation de l'axe des pales, la machine va durcir la résistance qu'offre le générateur pour produire le maximum de courant quelle que soit la vitesse du vent (hyposynchrone par vent faible et hyper-synchrone par vent fort).
Performances
Elles se définissent en fonction de deux critères : la capacité de production selon la vitesse de rotation requise par l'alternateur.
- À vitesse très lente, de 100 à 500 tr/mn : pour les grosses éoliennes, les alternateurs produisent de 7 kW jusqu'à près de 100 kW lorsqu'ils sont en rotation à ces vitesses.
- À vitesse lente, de 150 à 800 tr/mn : capacité de production entre 4 kW et 33 kW selon la vitesse d'entraînement.
- Rapide, de 600 à plus de 1 500 tr/mn : capacité de production depuis 200 W jusqu'à 6 kW en fonction de la vitesse de rotation.
Bon à savoir : si les contraintes électriques sont importantes, il faut également prendre en compte les contraintes physiques dont l'encombrement de l’alternateur à loger dans le corps de l'éolienne ainsi que le diamètre de l'axe de l'alternateur à raccorder à l'axe des pales (de 60 mm jusqu'à plus de 600 mm).
Achat d'un alternateur d'éolienne
C'est sur Internet qu'il faut chercher le fabricant ou le distributeur d'alternateurs spécifiques aux éoliennes.
De nombreux constructeurs français proposent des matériels très performants alors que des distributeurs proposent parfois du matériel exotique. Il faut toujours s'attarder sur la durée et les conditions de garantie d'un matériel devant être rentabilisé rapidement.
Prix d'un alternateur pour éolienne
Pour un particulier ou une PME souhaitant avoir une production de courant significative, il vaut mieux se tourner vers un alternateur à aimant permanent (aimant au néodyme si possible) capable de démarrer une production électrique à faible régime de vent (< 500 tr/mn).
Exemple : Un tel alternateur se trouve sur Internet autour de 600 € (750 W en courant alternatif triphasé 28 V) avec une garantie de 2 ans.
Pour en savoir plus autour de l'alternateur d'éolienne :
- Préparez votre investissement en consultant notre guide de l'éolienne, téléchargeable gratuitement.
- Lisez aussi nos conseils pour bien choisir une batterie d'éolienne.
- Renseignez-vous sur les démarches à effectuer avant d'installer une éolienne.