WO2018078295A1 - Systeme couplant plusieurs formes d'energie - Google Patents

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WO2018078295A1
WO2018078295A1 PCT/FR2017/052966 FR2017052966W WO2018078295A1 WO 2018078295 A1 WO2018078295 A1 WO 2018078295A1 FR 2017052966 W FR2017052966 W FR 2017052966W WO 2018078295 A1 WO2018078295 A1 WO 2018078295A1
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photovoltaic
support
turbine
aerogenerator
wind turbine
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PCT/FR2017/052966
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Jérôme MICHAUD-LARIVIERE
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New World Wind
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    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
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    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
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    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/76—Power conversion electric or electronic aspects

Definitions

  • the present invention relates to systems for generating energy from a plurality of energy sources.
  • the invention relates to a system for generating energy from the sun and the wind.
  • the invention is particularly in the field of energy generator placed in an urban environment.
  • Such an energy generator must be compatible with the requirements of the urban environment, in terms of space and noise and visual pollution.
  • the present invention is intended to overcome these disadvantages.
  • a power generation system of the kind in question is characterized in that it comprises an aerogenerator extending along an axis, a photovoltaic support, a photovoltaic panel, the photovoltaic support carrying the photovoltaic panel, said photovoltaic support being assembled with the aerogenerator, the photovoltaic support and the aerogenerator being arranged so that, when the axis of the aerogenerator is parallel to the vertical axis, the photovoltaic panel extends in an inclined plane of extension away from the wind turbine, an angle of between -30 And 0 ° with respect to the horizontal plane, the aerogenerator comprising a frame and a turbine, the turbine comprising a pale portion having an extension along the axis between a lower end and an upper end, the turbine being able to be rotated relative to the wind-driven frame of the pale part, the wind turbine also comprising a generator, said generator adapted to generate an individual electric current depending on the rotation of the turbine relative to the frame, the
  • the performances of the aerogenerator are notably improved by the presence of the supports and its arrangement with respect to the aerogenerator adapted to accelerate the flow of air to the wind turbine.
  • the wind and photovoltaic energies are thus advantageously combined.
  • This device is particularly suitable for capturing turbulent winds, even of small amplitude.
  • Another advantage of the invention is that it can be implemented in a biomimetic form, the system having the shape of a flower whose generating part of the aerogenerator is the bulb, whose pale part of the aerogenerator is the leaf, and whose support forms a petal, as for some orchid flowers.
  • the biomimetic character allows a good integration of such a system of energy generation into the environment.
  • the system has a span of between 1 meter and 1.5 meter;
  • the system comprises, for each aerogenerator, several photovoltaic supports, and several photovoltaic panels, at least two of said photovoltaic supports each carrying at least one photovoltaic panel, each photovoltaic panel extending in an inclined extension plane away from the aerogenerator, at an angle between -30 ° and 0 ° relative to the horizontal plane, the photovoltaic supports being located along the vertical axis below the pale portion in the upward direction, said supports photovoltaic cells extending radially from the wind turbine each in a direction different from a horizontal plane;
  • the system also comprises, for the said at least one aerogenerator, at least one simple support devoid of a photovoltaic panel, the at least one simple support being assembled with the aerogenerator, the at least one simple support being arranged with respect to the the aerogenerator so that when the axis of the aerogenerator is parallel to the vertical axis, the single support extends in an inclined extension plane away from the aerogenerator at an angle between - 30 ° and 0 ° relative to the horizontal plane, the at least one simple support comprising a first face facing upwards and a second face facing in the opposite direction, the simple support being located along the vertical axis below the pale part in the ascending direction, said simple and photovoltaic supports extending radially from the aerogenerator, each in a direction different from a horizontal plane;
  • each support is substantially plane, the first face and the second face of said support being each substantially parallel to the extension plane of said support;
  • the system also comprises a connecting element adapted to secure each support to the aerogenerator, the connecting element comprising a vertical portion extending substantially vertically between a first end of the connecting element, said first end being secured to the frame of the aerogenerator and a second end of the connecting element, and also comprising at least one horizontal portion extending radially from a side wall of the vertical portion near its second end, the a number of horizontal portions being the same as the number of supports, each horizontal portion being connected, by an end opposite to the vertical portion, to the face oriented in the opposite direction of a respective support;
  • the system comprises two photovoltaic supports, each photovoltaic support being plane, each photovoltaic support carrying two photovoltaic panels placed adjacent on the photovoltaic support, the two photovoltaic supports occupying an angle in the horizontal plane of between 60 ° and 180 ° and preferentially between 80 ° and 120 ° around the first aerogenerator;
  • the system comprises three photovoltaic supports, each photovoltaic support being planar, each photovoltaic support comprising two photovoltaic panels placed adjacent to said photovoltaic support, the angularly most distant photovoltaic supports in the horizontal plane around the first aerogenerator are separated by an angle comprised between ° and 270 ° and preferably between 230 ° and 250;
  • the wind turbine is a first wind turbine, the turbine is a first turbine, the generator is a first generator, the frame is a first frame, the pale part is a first pale part, the system further comprising a second wind turbine extending along a second axis, the second wind turbine comprising a second frame and a second turbine, the second turbine being rotatable relative to the second frame, the second turbine also comprising a second generator, said second generator being adapted to generate an individual electric current a function of the rotation of the second turbine relative to the second frame, the second turbine comprising a second pale portion; the second axis is parallel and in the opposite direction to the first axis;
  • the second aerogenerator is assembled to the first aerogenerator by fixing the second frame to the connecting element;
  • the system also comprises a common regulator adapted to regulate at least both the individual electric current from the first wind turbine and an individual electric current from one of the photovoltaic panels;
  • the regulator is a power regulator adapted to regulate each individual current so as to deliver each individual electric current with a certain predetermined power.
  • the invention also relates to an assembly of systems comprising a plurality of systems in which the electric currents coming from each system are assembled in parallel, the electric current collected for each system being extracted from the system by at least one electric cable.
  • the assembly further comprises means for storing said electric currents thus collected, the storage means being connected to each system by the at least one electric cable, said storage means being adapted to discharge said collected currents;
  • the assembly further comprises a discharge controller, the discharge controller controlling the discharge of the means electrical power storage.
  • the invention also includes an assembly comprising a plurality of systems or an assembly of systems, and further comprising a support frame for the systems.
  • the reinforcement comprises a plurality of hollow structures assembled together, and in which electrical cables extend inside the hollow structures;
  • the armature comprises a plurality of central hollow tubes each extending in a main direction from a base, the assembly comprising the same number of systems as the number of central hollow tubes, each central hollow tube having an upper end opposite to the base, a system being positioned at said upper end of each central hollow tube, the extension axis R being substantially parallel to said hollow tube;
  • the assembly also comprises, for each central hollow tube, a plurality of transverse hollow tubes distributed over a periphery of said central hollow tube, the transverse hollow tubes having different positions along the central hollow tube, and extending from said hollow tube central radially outwardly, the assembly also comprising a plurality of wind turbines without planar support, each aerator without planar support being fixed on a transverse hollow tube so that each transverse hollow tube carries at most a wind turbine without support plane that extends in the direction of the central hollow tube that carries it.
  • Figure 1 illustrates a system for generating power to a photovoltaic panel
  • FIG. 2 illustrates a system of energy generation with two photovoltaic panels
  • FIG. 3 is a top view of a power generation system
  • FIG. 4 is a view of a turbine
  • FIG. 5 is a partially sectional view of a power generation system
  • FIGS. 6a and 6b are top views of energy-generating systems
  • FIG. 7 is a partially sectional view of the generator
  • FIG. 8 is a block diagram of the side of the generator of a turbine
  • Figure 9 is an illustrative diagram of the association of the generator to a control box
  • Figure 10a is an illustrative diagram of the association of the generator to a control circuit
  • Figure 10b is a diagram of the control circuit
  • FIG. 10c schematically represents a method of regulating an aerogenerator
  • FIG. 11a is a graph of the power and the voltage at the terminals of the generator of a control turbine as a function of the wind speed;
  • FIG. 11b is a graph of the power of the control turbine as a function of the voltage at the terminals of the generator thereof;
  • FIG. 12 illustrates a photovoltaic panel
  • FIG. 13 represents a photovoltaic cell
  • FIG. 14 is a schematic representation of the current collection of a power generation system
  • FIG. 15 illustrates a configuration with two wind turbines
  • Figure 16 is an electrical diagram of the association of currents from different wind turbines of the assembly
  • Figure 17 illustrates a set "bush"
  • Figures 18a and b diagrammatically show the light intensity perceived by different photovoltaic panels of an assembly according to the time of day;
  • wind turbines with a vertical axis, that is to say, in operation, with extension axis R parallel to the vertical axis Z, and comprising a frame and a part rotatable relative to this frame. around the vertical axis Z.
  • the aerogenerator may for example comprise a turbine Savonius vertical axis, with the advantage of a very low starting torque.
  • the axis R of the turbine is not always to be taken in a direction strictly corresponding to the line of action of gravity, but could deviate angularly thereof. Such angular deviation may be considered for cases where the average airflow at the level of the aerogenerator is also not strictly horizontal (i.e., is not strictly orthogonal to the line d action of gravity).
  • the horizontal plane is strictly transverse to the vertical axis Z.
  • FIG. 1 A system of energy generation, called "flower” for the future, is illustrated in FIG. 1.
  • Such a system of energy generation comprises a biomimetic form similar to that of a flower, allowing its good integration into the environment.
  • the aerogenerator has the shape of a bulb with a leaf part, and the underlying photovoltaic support (s) that of a petal.
  • Such a system comprises an aerator 20 which extends along an axis R and which is assembled with at least one photovoltaic support 10 carrying at least one photovoltaic panel 11.
  • the photovoltaic support 10 and the wind turbine 20 are arranged so that, when the axis of the aerogenerator 20 is parallel to the vertical axis Z, the photovoltaic support 10 extends in an inclined plane of extension away from the wind turbine, an angle between -30 ° and 0 ° with respect to the horizontal plane (X, Y).
  • the photovoltaic support will advantageously extend downward away from the wind turbine.
  • the photovoltaic support 10 comprises a first face facing upwards and a second face facing in the opposite direction.
  • the photovoltaic panel 11 is carried by the face facing the first turbine 20.
  • the flower is comparable to a bulb surmounted by its leaf (the generating part 3 'being the bulb and the pale part of the wind turbine is the leaf) and with its petal (the photovoltaic support), in a spirit biomimetics.
  • the photovoltaic support is for example substantially plane, that is to say that the first face and the second face of said support 10, 12 will each be substantially parallel to the extension plane of said support, typically separated from 10cm to 15cm, in particular 13cm for example, forming a thin support.
  • the first face may be very slightly curved with respect to the plane of extension of the support.
  • the photovoltaic panel carried by the support may also be slightly curved to follow the curvature of the panel that carries it.
  • the photovoltaic support 10 may typically comprise two photovoltaic panels 11 making it possible in particular to increase the performances.
  • Each panel may have a rectangular shape and the two panels may be arranged parallel to each other, the panels may be separated by a few millimeters.
  • the dimensions of a rectangular panel may be typically of a width between 30cm and 40cm and a length between 70cm and 80cm in length.
  • a rectangular panel may typically have as dimensions a width of 33cm and a length of 72.8cm.
  • the panels will for example be panels comprising CIGS cells (copper, indium, gallium, selenium), which may be in particular semi-flexible panels, suitable for the case where the photovoltaic supports 10 will be slightly curved.
  • the photovoltaic support 10 will have a position and a given orientation. In the northern hemisphere, for example, it may be facing south, to maximize its exposure to the sun during the day. In this case, it is unlikely to be shaded by the associated turbine generator. However, photovoltaic support 10 might not be oriented as well.
  • the flower may also include simple supports 12, that is to say devoid of photovoltaic panel.
  • a simple support 12 is also arranged with respect to the aerogenerator so that when the axis R of the aerogenerator 20 is parallel to the vertical axis Z, the simple support 12 extends in an inclined plane of extension away from the aerogenerator at an angle of between -30 ° (inclination towards the bottom) and 30 ° (upward inclination) with respect to the horizontal plane (X, Y).
  • the simple support will advantageously extend downwards.
  • the single support 12 comprises a first face facing upwards and a second face facing in the opposite direction.
  • the flower 101 will have several photovoltaic supports, that is to say that the aerogenerator 20 will occupy a central position and will be surrounded by several photovoltaic planar supports 10 each carrying at least one photovoltaic panel 11
  • the flower will advantageously comprise at least one simple support 12, that is to say that the aerogenerator 20 will occupy a central position and will be surrounded by several photovoltaic planar supports 10 each carrying at least one photovoltaic panel 11 and at least one a simple support 12, such as petals around a bulb, in a biomimetic perspective.
  • Each support 10, 12 is connected to the aerogenerator 20 and arranged with respect to the aerogenerator so that, when the aerogenerator 20 is oriented along the vertical axis Z, the supports 10, 12 are substantially in the same horizontal plane. and extend radially around the wind turbine generator 20 in directions Ui different from the horizontal plane, as illustrated in FIG. 3 by the directions U 1 , U 2 , U 3 and U 4 .
  • the multiplication of the supports will notably allow a good concentration of air flows, possibly turbulent, towards the aerogenerator, and a good exposure to the light at any time of the day.
  • At least one of the supports may be oriented in an average direction of prevailing wind.
  • another support may be oriented substantially in this direction.
  • the supports can typically have each a petal shape. This shape also reduces the number of sharp edges, which is important, in terms of safety, for street furniture.
  • a photovoltaic support 10 will typically have an oval shape of greater dimension between 130 centimeters (cm) and 140 cm, and typically 135 cm, and smaller dimension between 100 cm and 110 cm and typically of the order of 104 cm.
  • a simple support 12 will advantageously be smaller.
  • the wind turbine will typically have a diameter (ie the diameter of the generating portion 3 ') in the horizontal plane between 20 cm and 50 cm.
  • the system will typically have a footprint in the horizontal plane between 2 meters (m) and 3 m.
  • a system 101 will extend vertically over a height of between 1 m and 1.5 m, and typically of the order of 1.2 m.
  • the span of a system 101 that is to say typically the diameter of a sphere that may contain the system 101, will be between 1 m and 1.5 m typically.
  • Each support 10, 12 is therefore either strictly contained in the horizontal plane (definition of an angle of 0 °), or slightly inclined by an angle less than or equal to +/- 30 ° with respect to the horizontal plane. Negative inclination of at least some of the planar supports oriented toward the preferred sun direction (eg, south) to -30 ° gives them better exposure to solar illumination.
  • the angle is between 0 ° and -5 °.
  • the inclination of some flat supports will also help the concentration of particularly turbulent winds around the wind turbine. This will be particularly the case when a direction of wind flow is parallel and oriented in the same direction as the axis panel -> wind turbine.
  • Some supports may be inclined with a positive inclination. This may be the case for a support placed downstream of the wind turbine in the direction of wind flow, especially if it is oriented north or partly north in the northern hemisphere.
  • each turbine generator 20 comprises a frame 21 and a turbine 1, the turbine 1 being rotatably mounted on the frame 21 about an axis of rotation.
  • Each aerogenerator also comprises a generator 3 adapted to generate an individual electric current depending on the rotation of the turbine 1 relative to the frame 21.
  • the wind generator 20 generates an individual electric current according to the wind perceived by it.
  • the turbine 1 which extends along the vertical axis Z, generally comprises a pale portion 2, for example having a form of shaft leaf, which has a shape adapted to be driven by the wind, and a generator part 3 ', the generator part 3' housing the generator 3.
  • the light part 2 and the generator part 3 ' are related to each other.
  • the pale portion 2 includes a lower end which is connected to the generating portion 3 'and an opposite upper end.
  • the extension of the pale part between its two extremities is denoted "a".
  • the pale portion 2 driven by the wind rotates the turbine 1 around a rotating pin A which is fixed, forming part of the frame 21, said pin A being parallel to the vertical axis Z, along the axis R.
  • Each support 10, 12 is located vertically below the wind turbine 20. More precisely, the pale portion 2 is vertically above the supports 10, 12. The supports 10, 12 are close to the light portion 2, so that for the support 10, 12 exposed to the wind, the air flow is concentrated towards the wind turbine 20. For an extension "a" of the light portion along the axis R, the distance separating the lower end the pale part and any support is less than the distance "a / 2". In particular, the distance between the end of the support 10, 12 closest to the axis R in the plane of extension of the support and the lower end of the pale portion is less than a / 2. To adapt to different possible orientations of the wind, all the supports can present this characteristic.
  • the supports 10, 12 are all substantially in the same horizontal plane, with slight inclinations possible with respect to the horizontal plane, as explained above.
  • each support 10, 12 is in particular connected by a connecting element 13 to the turbine generator 20.
  • This connecting element 13, adapted to secure the supports 10, 12 to the turbine generator 20, comprises: - A vertical portion 13 'extending substantially vertically between a first end 130 of the vertical portion, said first end 130 being secured to the wind turbine 20 (including the frame thereof) and a second end 131 of the vertical portion ,
  • Each horizontal portion 13 '' comprises two ends, one end connected to the support 10, 12 corresponding and one end connected to the vertical portion 13 '.
  • the horizontal portion 13 "is connected to the support by the face oriented in the opposite direction to the first aerator of the support.
  • the end connected to the support is for example screwed on the face oriented in the opposite direction to the first aerator of the support.
  • the end 130 of the vertical portion 13 ' is for example secured to the lower end of the rotating pin A, that is to say at the bottom of the generator part 3' of the turbine generator 20.
  • the pale part 2 is thus rotated relative to the frame which is integral with the supports, which are therefore also static.
  • the vertical portion 13 ' may typically have as a dimension a length of 10 cm and the horizontal portion 13' 'may typically have a length of 40 cm.
  • the portion 13 ' may especially have a length such that the generating portion 3' will be vertically below the supports 10, 12. That is to say that the plane geometric surface of the upper surface of the support 10, 12 will pass through the lower end of the pale portion 2.
  • a joining element 15 may be mounted at the junction between the vertical portion 13 'and the horizontal portion 13' '.
  • Such a joining element 15 has for example a cylindrical shape with a side wall into which each horizontal portion 13 '' and an upper face into which the vertical portion 13 'and an open bottom face, said base, are inserted. of the joining element 15.
  • the horizontal portion 13 ' would have a length typically less than 50 cm and at least 30 cm, such a dimension for this portion 13' being adapted to distance the aerogenerator of the radially central edge of the supports.
  • Such an elevation of the turbine combined with an inclination of about 15 ° (about 10 ° to 20 °) of the panels relative to the horizontal plane would optimize the system conditions (for the capture of the air flow in particular ).
  • the flower 101 comprises two photovoltaic supports 10 each comprising two photovoltaic panels.
  • the two photovoltaic supports 10 occupy an angle in the horizontal plane between 60 ° and 180 ° and preferentially between 80 ° and 120 ° around the wind turbine 20.
  • Such an embodiment will be particularly advantageous in the case where the flower is close to a wall, being placed in front of it, the wind generator 20 being placed between the supports and the wall.
  • the flower 101 comprises three photovoltaic supports 10 each comprising two photovoltaic panels placed adjacent to said photovoltaic support, the three photovoltaic supports occupying an angle in the horizontal plane of between 180 ° and 270 ° and preferably between 230 ° and 250 ° around the aerogenerator, that is to say that the photovoltaic supports 10 angularly farthest in the horizontal plane around the first wind turbine 20 are separated by an angle of between 180 ° and 270 ° and preferably between 230 ° and 250 °.
  • the flower 101 also comprises a single support 12, the three photovoltaic supports and the single support 10, 12 being regularly distributed around the 360 ° aerator.
  • the simple support 12 is advantageously oriented towards the North, that is to say in the area that will be most shaded for a day.
  • the generator part 3 ' houses the generator 3.
  • the generator part 3' comprises a housing portion 26 fixed to the light portion 2.
  • the generator 3 is disposed in the housing portion 26.
  • the generator 3 is connected directly to the pale part 2 so that the mechanical energy provided by the wind on the pale part 2 can be directly transformed into electric current at the level of the generator 3.
  • the maximum theoretical recoverable power for the turbine 1 will be for example of the order of 20-30% of the power of the incident wind that is to say perceived by the pale part 2.
  • the pale portion 2 of the turbine 1 may have a shape generally circumscribed by a cylinder CC extending along the axis R.
  • the pale portion 2 of the turbine 1 may have a shape defining, by rotating around the R axis, a casing having the shape of a nose, as shown in Figure 4.
  • the lower portion of this casing is close to the frame 21, and the opposite upper portion is free.
  • the upper portion of the envelope is truncated to an upper end.
  • the generating portion 3 ' is located at the base (lower portion) of the turbine 1 and is surmounted by the pale portion 2.
  • the width of the sheet portion 2 is reduced as we approach 21.
  • Such a shape approximates the shape of a tree leaf.
  • the generating portion 3 ' has a conical truncated shape inverted with respect to the above described ogive shape.
  • the generating part 3 ' can comprise the housing portion 26 accommodating in a cavity 25 of the components.
  • the housing portion 26 can then be molded with the light portion 2.
  • the pale portion 2 comprises two blades
  • the housing portion 26 comprises two lower half-housings 56.
  • One can mold a unitary component 51 comprising a lower half-housing and a light one.
  • the unitary component 51 may then comprise an upper half-casing 54, the two upper half-casings 54 of the two unitary components can also be assembled by screwing in a bore 55.
  • the upper half-casings 54 and lower 56 have the same angular disposition relative to the axis R, so as to facilitate molding. They are fixed by bolts in parallel bores.
  • FIG. 7 is illustrated a synchronous generator 3 with permanent magnets and axial flow.
  • the rotor 4 comprises upper and lower return plates 24 and 14.
  • the central pin A extends into the cavity 25 through a small opening 30 in the base of the housing 26.
  • the rotor 4 is rotatably mounted relative to the center pin A about the direction of the axis R.
  • the stator 5 is fixed relative to the axis of rotation R.
  • the rotor 4 is in position. rotation about the axis of the turbine R, and scrolls against the stator 5.
  • the upper return plates 24 and lower 14 are in solidarity with each other.
  • the plates 24, 14 of the rotor 4 are secured to each other.
  • the rotor 4 can also be fixed on the peripheral wall of the housing.
  • the stator is retained on pin A between these two plates.
  • the rotor 4 comprises a lower plate 14 having a central opening 32 through which the pin A passes.
  • the bottom plate 14 houses a set of permanent magnets 12 associated with a magnetic circuit.
  • the rotor 4 is for example of annular shape around the spindle A of the turbine.
  • the permanent magnets 12 may be arranged on the contour of said rotor 4.
  • the upper plate 24 may be annular, to fix through it the stator 5 at pin A.
  • the magnetic field is created by the association of north-south poles. For each association, the magnetic field lines then loop between the north pole and the south pole, ie between the lower plate 14 and the upper plate 24.
  • the stator 5 which may comprise a coil made on a printed circuit board 8, the layer of which 9 is for example of annular shape around the pin A mounted on the pin A of the turbine 1, and comprising coils 33, these coils 33 being intended to interact with the permanent magnets 12 of the rotor 4.
  • the terminals of the coils 33 are connected to an electric wire 34 which passes through the wall of the pin A by a local hole provided for this purpose, so that the electric wire can extend from the stator 5 at the output of the wind turbine generator 20 inside spindle A.
  • the moving parts relative to the pin A of the generatrix 3 'described above are for example rigidly connected to the pale portion 2 of the turbine 1.
  • the wind entrainment of the light portion 2 go then driving these moving parts relative to the pin A of the generator part 3 '.
  • the rotor 4 which is rigidly and directly connected to the light portion 2 is set in motion by the mechanical movement of the light portion 2.
  • the rotor 4 thus creates a rotating magnetic field facing the stator 5 carrying the electric coils 33.
  • the stator 5 is therefore subjected to a variable magnetic field, which is at the origin of electric currents in the stator coils 5.
  • the current in the stator coils 5 is proportional to the torque on the rotor 4.
  • a three-phase voltage is thus generated.
  • the three phases of the voltage enter for example a diode bridge 46 (Graetz bridge) directly mounted on the surface of the printed circuit 8.
  • the rectified voltage (continuously) obtained at the output of the diode bridge is given by the laws of Faraday :
  • S the area of the turn swept by the magnetic field in m 2
  • P the number of pairs of poles (a pair corresponding to a north pole and a south pole)
  • Nb the number of coils per phase
  • Ns the number of turns per coil.
  • the electric power generated by an aerogenerator 20 can be determined by an electric model of the synchronous generator.
  • the sum of the currents and the quadrature voltages respectively give the output current i s and the output voltage u s .
  • the electromagnetic torque generated is given by the relation:
  • the dynamics of the rotor 4 is characterized by a differential equation of the first order:
  • the power extraction for said turbine 1 is regulated by a regulator 16 which regulates the individual electrical current generated.
  • the regulator 16 is placed at the output of the circuit, that is to say connected to the output terminals (u s , i s ) of the generator 3.
  • the controller 16 may for example be in the form of a connected electrical circuit at the output of the generator 3 and carried by the support of the printed circuit 8, illustrated in FIG. 9.
  • the voltage and current information (u s , i s ) extracted from the generator 3 are injected into the regulator 16, the regulator 16 being in charge of optimizing the extraction of power for the said turbine 1.
  • the regulator 16 plays particular a role for the regulation of the individual electric current of each wind turbine 20 in the case of variable winds in the time .
  • the regulator 16 will be physically separated from the power circuit.
  • the regulator 16 is for example provided as an electronic component external to the turbine 1.
  • a wired line 34 connects the output of the coils 33 with the input of the regulator 16.
  • the wired line 34 is for example passed through the pin A and connected at the output of the turbine 1 to a housing containing the controller 16, as shown in Figure 9.
  • the regulation is for example provided by an electronic card which will be outside the power circuit.
  • the individual regulation of the wind turbine generator 20 can be done according to different modes, of which two examples are described in detail below.
  • a first mode uses regulation by optimal operating point search.
  • This mode of regulation is illustrated in FIGS. 10a and 10b.
  • the regulation circuit 16 will be connected at the output of the coils 33.
  • the regulator 16 illustrated in FIG. 9b uses for example an integrated microcontroller.
  • the gain of the regulator 16 is adjusted according to a reference and as a function of the output voltage Us and output current Is measured.
  • the microcontroller 48 of the regulator 16 can use a fuzzy logic program, to place itself continuously at the maximum extracted power. Continuously, it is understood that the process is repeated at a high frequency on the scale of the frequency of variation of the air flow conditions around the wind turbine.
  • the microcontroller of the regulator 16 uses a program in fuzzy logic organized according to an algorithm illustrated in FIG.
  • the method comprises four steps which are the prepositioning of the operating point 200, the control of the control circuit 300, the validation test 400 and the elapsed sampling time 500.
  • the control circuit is piloted for a variation in a certain sense of a representative electrical parameter.
  • it is valid if the variation in question has led to an improvement of the parameter to be regulated or, conversely, to a depreciation.
  • depreciation we return to step 300 with the instruction to vary the representative electrical parameter in the opposite direction.
  • step 500 we continue with a delay loop (step 500).
  • step 500 After a certain time defined in step 500, the above procedure is repeated.
  • the definition of the membership functions makes it possible to create the control of the circuit as well as the validation test.
  • the speed of calculation of the microcontroller 48, associated with a fine definition of the membership functions makes it possible to permanently ensure maximum extraction of the power compatible with the natural frequency of the turbulent winds.
  • the time delay makes it possible not to consume too much computing power, and defines a time whose duration is compatible with the time scale typical of the phenomena involved.
  • the advantage of this second mode of regulation is to overcome any variations. components of a turbine compared to a control or medium turbine, atmospheric conditions or screening effects that can influence the power curve as a function of the voltage of the generator.
  • the control circuit 16 comprises in particular a microcontroller 48 receiving as input the information relating to the output voltage of the turbine 1 U s and the intensity of the output current I s of the turbine 1.
  • the microcontroller 48 can also receive input information about the generator.
  • a voltage regulator rectifier 46 and a power regulator 42 Also connected to the microcontroller 48 is a voltage regulator rectifier 46 and a power regulator 42.
  • the power regulator comprises an amplifier 44.
  • the power regulator 42 outputs the output current I s and the output voltage U s .
  • the output current may in particular be transported by an electric wire at the output of the wind turbine.
  • a second mode uses predefined table regulation.
  • the regulator 16 will advantageously be physically separated from the power circuit.
  • the regulation is done by controlling the gain of the output amplifier 44 included in the regulator 16 according to a predefined table.
  • the predefined table was previously obtained via tests, particularly in the wind tunnel. For example, it is obtained in the wind tunnel by several series of measurement in open loop. Each series of measurement is done at fixed wind speed, the speed of wind varying from one series to another.
  • a control wind generator is used. By varying the load of the generator thereof (ie the equivalent electrical resistance that is applied to the generator to vary the amount of current extracted), the maximum power point for this value is determined. wind speed, as shown in Figure 11a.
  • the intensity and the output voltage are measured, and the power output can be determined. It is therefore possible to determine the maximum extractable power, and the corresponding voltage at the terminals of the generator U gen ⁇ From all series, we can establish the curve connecting the extractable maximum power at the corresponding voltage U gene, as shown in Figure 11b, for a control aerogenerator. This last curve shows that we can know bijectively the maximum extractable power as a function of the voltage across the generator. During operation, it will be possible to control the regulator 16 with the aid of this information. In particular, the regulator may, for a given voltage, cause the generator to deliver the required intensity corresponding to the maximum power defined by this curve.
  • the output current I s (and thus the extracted power) is thus optimized according to the voltage present at the terminals of the generator 3.
  • This mode has the advantage of simplicity, but relies on a pre-established curve on a wind turbine control, or an average of several control wind turbines, under certain conditions. It therefore does not take into account a possible distribution of on - site wind turbines compared to the control / average wind generator, and / or actual flows with respect to the flows carried out in the wind tunnel.
  • Each photovoltaic panel 11 comprises a multitude of photovoltaic cells 110 shown in FIG. 12, mounted in series with respect to one another.
  • a panel may typically have as a dimension of the order of 0.5 m 2 .
  • Each photovoltaic cell 110 is mainly made of semiconductor material, for example crystalline silicon.
  • the cell may typically have a thickness of between 0.1 mm and 0.2 mm, and be formed for example by a silicon wafer between an anti-reflection layer receiving the light (upper side) to ensure good light transmission, and a layer of conductive metal (underside). It may have the typical shape of a square of 15 cm side.
  • Each cell exposed to light receives a photon flux which, by absorption through semi ⁇ conductive material, transmit their energy to the electrons by generating electron-hole pairs, by excitation of electrons from the valence band to the conduction band. This will generate an electrical voltage across the cell.
  • the cell will comprise on its upper face a conductive grid 1100 as shown in Figure 13 which may be deposited for example by lithography for example.
  • the electric current of the cell will for example be extracted between the conductive grid and the lower face of the cell.
  • the cells will be connected in series.
  • the current will be extracted from the panel between the contacts of the upper and lower faces of the panel.
  • the efficiency of the photovoltaic panel (in kilowatt-hours per kWh / Wp peak power) will typically be given by the product of the actual annual irradiation incident on the panel (standardized by irradiance at standard STC measurement conditions) by the nominal power produced at standard measurement conditions by the shading loss factor:
  • the module (kWh / m2).
  • Irradiance STC 1000 W / m2).
  • Factor taking into account the losses related to the shading of certain cells of the panel.
  • the current i ph extracted from a photovoltaic panel will be individually regulated at the output of the panel.
  • the regulator 160 may for example be in the form of an electrical circuit connected to the output of the panel 11 as illustrated in FIG. 12, that is to say connected to the output terminals (u ph , i Ph ) of the panel 11
  • the regulator 160 may for example be in the form of an electrical circuit connected at the output of the panel.
  • the voltage and current information (u Ph , i Ph ) extracted from the panel are injected into the regulator 160, the regulator 160 being in charge of optimizing the power extraction for the panel 11.
  • the regulator 160 therefore plays a role in the individual regulation of the individual electric current of each panel with respect to the brightness received by the panel 11, which can be very variable depending on the position of the sun.
  • a wired line connects for example the output of the panel with the input of the regulator 160.
  • each panel 11 can be done according to different modes, including the predefined table regulation by controlling the gain of an output amplifier. included in the regulator 160 according to a predefined table, or by seeking optimal operating point to overcome any variations in the components of a photovoltaic panel relative to a control panel, weather conditions or effects of shading that can affect the power curve depending on the voltage of the generator.
  • a circuit may in particular be used to place the photovoltaic panel 11 and the wind turbine at the same output voltage.
  • each panel 11 may in particular be connected in parallel to a 12V converter at 48V so as to adapt the voltage output to the 48V voltage output of the wind turbine.
  • the currents generated individually by each of the panels 11 i Ph and the wind turbine 20 i s will for example be individually regulated and then summed in parallel in a current I F output of the flower.
  • the currents at the output of each of the photovoltaic panels i ph and at the output of the aerogenerator i s can be transported by wires or cables contained in the connecting element 13 connecting the flat support one-turbine photovoltaic.
  • the wires carrying the current generated by a photovoltaic panel can be guided in the corresponding horizontal portion 13 "and the wires carrying the current generated by the wind turbine 20 can be transported by the vertical portion 13 '.
  • the various wires may be connected in parallel to the regulator 1600.
  • the electrical wires may in particular be extracted from the connecting element 13 by the open base of the junction element 15.
  • the regulated currents will then be transported to an electrical box. then summed in the electrical box 71 in a flower current I F.
  • the currents will be individually regulated and then summed in the electrical box 71 in a flower current I F.
  • the currents of the aerogenerator and the photovoltaic panel will not be summed beforehand before being associated with other currents (as may be the case for the assembly of several flowers).
  • the system may include a second wind turbine as shown in Figure 15.
  • the second turbine is identical to the first.
  • the second wind turbine 90 includes a second frame 21 'and a second turbine 91, the second turbine 91 being rotatable relative to the second frame 21', the second wind generator 90 also comprising a second generator 93, said second generator 93 being adapted to generate an individual electric current depending on the rotation of the second turbine 91 relative to the second frame 21 '.
  • the second turbine 91 comprises a second pale portion 92 and a second generating portion 93 ', the second light portion 92 being above the second generating portion 93' in the upward vertical direction.
  • the arrangement of the two wind turbines 20, 90 is such that the second wind turbine 90 is oriented in the downward vertical direction, opposite to the upward vertical direction.
  • the arrangement of the first wind turbine 20 with respect to the second wind turbine 90 is such that in the upward vertical direction the first pale portion 2 overcomes the first generating portion 3 'which overcomes the second generating portion 93' which overcomes the second light portion 92.
  • the second wind turbine 90 is assembled to the first wind turbine 20 by fixing the second frame 21 'to the connecting element 13.
  • the second frame 21' is for example fixed to the base of the connecting element 15.
  • Such flowers 101 may in particular be assembled on support structures.
  • the support structure comprises for example a horizontal arm at the level of the connecting element 13.
  • Both wind turbines can be regulated by a single common regulator. Alternatively they may be regulated by two regulators.
  • the output currents of each of the flowers 101 will be summed for the purpose of immediate storage or reuse, as shown in FIG. 16.
  • Each flower delivering a regulated current can be schematized electrically by a current generator I F.
  • the masses of each of the flowers are connected to a common mass.
  • the current generators equivalent to the flowers are thus interconnected as shown in FIG. 13.
  • An electrical current storage means 19 adapted to collect the summed electric current, and to distribute it in the form of power during a power consumption requirement, is connected at the output as shown in FIG. 16.
  • the sum of the currents electric flowers I F obtained is used to charge the electric current storage means 19, such as a battery for example, which provides voltage stabilization of the assembly of flowers.
  • the sum of all the electric currents I F multiplied by the voltage across the battery 19 gives the extractable power of the flower assembly.
  • Each regulator 16 is provided with an output voltage limiter to prevent overcharging of the battery 19. It is for example designed to accept a voltage of between 38 and 55 VDC.
  • the assembly 102 further comprises a discharge controller 17 ensuring the control of the discharge of the battery 19 to prevent too much discharge thereof, and a DC / AC DC converter 18.
  • This controller 17 supplies a DC / AC DC / AC converter 18 to obtain an alternating voltage directly compatible with the sector of use.
  • the battery 19 could be replaced by a capacitor.
  • a plurality of flowers 101 may in particular be mounted on a support structure.
  • the combination of a plurality of flowers and the support thus forms an assembly 100.
  • the flowers may in particular be electrically connected according to the various preceding arrangements.
  • the mode of association of the currents (common regulation or not, sum of the currents at the level of the flower or at the level of several flowers etc.) will indeed be one of those described previously, according to the desired application.
  • An assembly 100 will include a frame 110 as a mechanical support.
  • the mechanical support is in particular a static support, to support the weight of the flowers.
  • the armature 110 is also designed to withstand the vibratory forces related to the vibratory stresses imparted by a set of flowers having rotating parts at different rotational frequencies and variables in time.
  • the current output wires from each of the flowers 20 may be carried by the armature 110, inside for example tubes constituting it, as illustrated in FIG. 17.
  • the shading evolves continuously during the day, according to the position of the sun, and also varies during the year, due to the seasonal rhythm. Screening evolves unpredictably depending on the air flow. It is preferably desired to have a single product that can be effective under very different conditions of illumination and wind depending on its location. A factor easily taken into account at the installation is an orientation of the assembly 100. The assembly will therefore be designed to present good energy performance, regardless of the conditions of sunshine and wind flow, and oriented from to optimize this level of performance.
  • the armature 110 may for example consist of a plurality of central hollow tubes 111 extending substantially vertically, and supported by the same base forming a "bush".
  • the frame 110 also includes several hollow tubes transverse members 112 extending radially on a periphery of the central hollow tube 111 and adapted to communicate with the central hollow tube 111.
  • each central hollow tube 111 is surmounted by a flower, i.e. that the base of the joining element 15 serves as a support for a flower 101 which is fixed to a hollow tube so as to communicate their hollows together.
  • the flower 101 is positioned at the end of the central hollow tube 111 which is opposite to the base.
  • the connecting element 15 is in communication with the central hollow tube, the electrical wires coming from the flower 101 being guided in the central hollow tube.
  • the assembly 100 may further comprise wind turbines without planar support 201, that is to say not being associated with supports, and which have characteristics similar to or different from the wind turbines included in the flowers 101 and which may also be mounted on the transverse hollow tubes 112, so that the electric wires carrying the electric current generated by the wind turbines without planar support 201 are transported at the outlet of the wind turbine without planar support 201 by the lateral hollow tube which carries it .
  • the hollow central spindle 21, serving as a support for an aerogenerator without a planar support 201 can be secured to the tube.
  • transverse hollow 112 by being fixed to the hollow tube so as to communicate their hollows together.
  • wind turbines arranged under flat supports, and therefore in the shade are wind turbines without planar support.
  • the currents generated by the flowers 101 and by the wind turbines without plan 201 support are summed in parallel.
  • the electrical wires carrying the current from the flower 101 and each of the wind turbines without planar support 201 are for example connected to an electrical box which contains storage elements (17, 18, 19).
  • the electrical box may in particular be worn by the base of the shrub as shown in Figure 17.
  • each of the photovoltaic supports will be likely to be shaded by the other petals and wind turbines at the flower centers.
  • FIGS. 18a and 18b illustrating the light intensity perceived by the photovoltaic panels of an assembly 100, as a function of their position relative to the sun and to the other elements of the assembly 100 for different hours of the day.

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Abstract

Système de génération d'énergie comprenant un aérogénérateur, un support photovoltaïque portant un panneau photovoltaïque, et assemblé à l'aérogénérateur, le support et l'aérogénérateur étant agencés de sorte que, lorsque l'axe de l'aérogénérateur est vertical, le panneau photovoltaïque s'étend dans un plan d'extension incliné d'un angle compris entre -30° et 0°, l'aérogénérateur comprenant un bâti et une turbine, la turbine comprenant une partie pâle soumise à une rotation par rapport au bâti par entrainement par le vent, l'aérogénérateur comprenant également une génératrice adaptée pour générer un courant électrique individuel fonction de la rotation de la turbine par rapport au bâti, le support photovoltaïque étant situé en dessous de la partie pâle, séparés par une distance inférieure à la moitié de l'extension de la partie pâle, le panneau photovoltaïque, adapté pour fournir un courant électrique individuel, étant porté par la face orientée vers le haut du support.

Description

SYSTEME COUPLANT PLUSIEURS FORMES D'ENERGIE
La présente invention est relative aux systèmes de génération d'énergie à partir de plusieurs sources d' énergie .
Plus particulièrement, l'invention se rapporte à un système de génération d'énergie à partir du soleil et du vent .
L'invention se place notamment dans le domaine du générateur d'énergie placé en milieu urbain. Un tel générateur d'énergie doit être compatible avec les exigences du milieu urbain, en termes d'encombrement et de pollution sonore et visuelle.
De rares tentatives ont été faites pour proposer en mobilier urbain des systèmes de génération d'énergie à partir de ces deux formes d'énergie. Le document brevet US2012/0133149 de Ioana décrit un système de plusieurs mètres de hauteur, qui combine au moins une éolienne à trois pâles, permettant de générer un courant électrique, avec un panneau photovoltaïque placé sur le rotor. Dans le dispositif décrit, le panneau photovoltaïque relais 1' éolienne pour générer un courant en l'absence de vent. Un système d'engrenage est nécessaire pour amplifier le mouvement du rotor pour générer un courant.
De tels systèmes sont volumineux et leur apparence peut dénaturer le paysage. Ils sont de plus peu pratiques à mettre en place. La présence d'une partie mécanique engendre des problèmes d'usure prématurée du système.
La présente invention a notamment pour but de pallier ces inconvénients.
A cet effet, selon l'invention, un système de génération d'énergie du genre en question est caractérisé en ce qu'il comprend un aérogénérateur s' étendant selon un axe, un support photovoltaïque, un panneau photovoltaïque, le support photovoltaïque portant le panneau photovoltaïque, ledit support photovoltaïque étant assemblé à l ' aérogénérateur, le support photovoltaïque et l ' aérogénérateur étant agencés de sorte que, lorsque l'axe de l ' aérogénérateur est parallèle à l'axe vertical, le panneau photovoltaïque s'étend dans un plan d'extension incliné en s' éloignant de l ' aérogénérateur, d'un angle compris entre -30° et 0° par rapport au plan horizontal, l ' aérogénérateur comprenant un bâti et une turbine, la turbine comprenant une partie pâle ayant une extension selon l'axe entre une extrémité inférieure et une extrémité supérieure, la turbine pouvant être soumise à une rotation par rapport au bâti par entraînement par le vent de la partie pâle, l ' aérogénérateur comprenant également une génératrice, ladite génératrice étant adaptée pour générer un courant électrique individuel fonction de la rotation de la turbine par rapport au bâti, le support photovoltaïque étant situé, selon l'axe vertical, en dessous de la partie pâle de l ' aérogénérateur dans le sens vertical ascendant, une distance entre l'extrémité inférieure de la partie pâle et le support photovoltaïque étant inférieure à la moitié de l'extension de la partie pâle, le support photovoltaïque comprenant une première face orientée vers le haut et une deuxième face orientée dans le sens opposé, l'au moins un panneau photovoltaïque, adapté pour fournir un courant électrique individuel, étant porté par la première face.
Grâce à ces dispositions, on obtient un système de faible encombrement dont les performances énergétiques sont largement augmentées par la combinaison du photovoltaïque et de l'éolien. Dans ce type de systèmes, les performances de l ' aérogénérateur sont notamment améliorées par la présence des supports et son agencement par rapport à l ' aérogénérateur adapté pour accélérer le flux d'air vers l ' aérogénérateur . Les énergies éoliennes et photovoltaïques sont ainsi combinées avantageusement. Ce dispositif est particulièrement adapté pour capter des vents turbulents, même de faible amplitude. Un autre avantage de l'invention est de pouvoir être mise en œuvre sous une forme biomimétique, le système présentant la forme d'une fleur dont la partie génératrice de l ' aérogénérateur est le bulbe, dont la partie pâle de l ' aérogénérateur est la feuille, et dont le support forme un pétale, comme pour certaines fleurs d'orchidée. Le caractère biomimétique permet une bonne intégration d'un tel système de génération d'énergie dans l'environnement.
L'absence de partie mécanique dans le système à entraînement direct permet de limiter l'usure prématurée du système, et permet également de générer de l'électricité avec des vents faibles.
Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes :
- le système a une envergure comprise entre 1 mètre et 1.5 mètre ;
- le système comprend, pour chaque aérogénérateur, plusieurs supports photovoltaïques, et plusieurs panneaux photovoltaïques, au moins deux desdits supports photovoltaïques portant chacun au moins un panneau photovoltaïque, chaque panneau photovoltaïque s' étendant dans un plan d'extension incliné en s' éloignant de l ' aérogénérateur, d'un angle compris entre -30° et 0° par rapport au plan horizontal, les supports photovoltaïques étant situés selon l'axe vertical en dessous de la partie pâle dans le sens ascendant, lesdits supports photovoltaïques s' étendant radialement depuis l ' aérogénérateur chacun selon une direction différente d'un plan horizontal ;
- le système comprend également, pour ledit au moins un aérogénérateur, au moins un support simple dépourvu de panneau photovoltaïque, l'au moins un support simple étant assemblé à l ' aérogénérateur, l'au moins un support simple étant agencé par rapport à l ' aérogénérateur de sorte que lorsque l'axe de l ' aérogénérateur est parallèle à l'axe vertical, le support simple s'étend dans un plan d'extension incliné en s' éloignant de l ' aérogénérateur, d'un angle compris entre -30° et 0° par rapport au plan horizontal, l'au moins un support simple comprenant une première face orientée vers le haut et une deuxième face orientée dans la direction opposée, le support simple étant situé selon l'axe vertical en dessous de de la partie pâle dans le sens ascendant, lesdits supports simple et photovoltaïques s' étendant radialement depuis l ' aérogénérateur, chacun dans une direction différente d'un plan horizontal ;
- chaque support est sensiblement plan, la première face et la deuxième face dudit support étant chacune sensiblement parallèle au plan d'extension dudit support ;
le système comprend également un élément de liaison adapté pour solidariser chaque support à l ' aérogénérateur, l'élément de liaison comprenant une portion verticale s' étendant sensiblement verticalement entre une première extrémité de l'élément de liaison, ladite première extrémité étant solidarisée au bâti de l ' aérogénérateur et une deuxième extrémité de l'élément de liaison, et comprenant également au moins une portion horizontale s' étendant radialement depuis une paroi latérale de la portion verticale proche de sa deuxième extrémité, le nombre de portions horizontales étant le même que le nombre de supports, chaque portion horizontale étant reliée, par une extrémité opposée à la portion verticale, à la face orientée dans la direction opposée d'un support respectif ; - le système comprend deux supports photovoltaïques, chaque support photovoltaïque étant plan, chaque support photovoltaïque portant deux panneaux photovoltaïques placés adjacents sur le support photovoltaïque, les deux supports photovoltaïques occupant un angle dans le plan horizontal compris entre 60 ° et 180° et préfèrentiellement compris entre 80° et 120° autour du premier aérogénérateur ;
le système comprend trois supports photovoltaïques, chaque support photovoltaïque étant plan, chaque support photovoltaïque comportant deux panneaux photovoltaïques placés adjacents sur ledit support photovoltaïque, les supports photovoltaïques angulairement les plus éloignés dans le plan horizontal autour du premier aérogénérateur sont séparés par un angle compris entre 180° et 270° et préfèrentiellement compris entre 230° et 250 ;
- l ' aérogénérateur est un premier aérogénérateur, la turbine est une première turbine, la génératrice est une première génératrice, le bâti est un premier bâti, la partie pâle est une première partie pâle, le système comprenant en outre un deuxième aérogénérateur s' étendant selon un deuxième axe, le deuxième aérogénérateur comprenant un deuxième bâti et une deuxième turbine, la deuxième turbine étant mobile en rotation par rapport au deuxième bâti, le deuxième aérogénérateur comprenant également une deuxième génératrice, ladite deuxième génératrice étant adaptée pour générer un courant électrique individuel fonction de la rotation de la deuxième turbine par rapport au deuxième bâti, la deuxième turbine comprenant une deuxième partie pâle ; - le deuxième axe est parallèle et dans le sens opposé au premier axe ;
- le deuxième aérogénérateur est assemblé au premier aérogénérateur par fixation du deuxième bâti à l'élément de liaison ;
- l'ensemble des courants électriques individuels, crées par chaque aérogénérateur et par chaque panneau photovoltaïque, est collecté en parallèle ;
- le système comprend également un régulateur commun adapté pour réguler au moins à la fois le courant électrique individuel issu du premier aérogénérateur et un courant électrique individuel issu de l'un des panneaux photovoltaïques ;
- le régulateur est un régulateur de puissance adapté pour réguler chaque courant individuel de manière à délivrer chaque courant électrique individuel avec une certaine puissance prédéterminée.
L' invention a également comme objet un assemblage de systèmes comprenant une pluralité de systèmes dans lequel les courants électriques issus de chaque système sont assemblés en parallèle, le courant électrique collecté pour chaque système étant extrait du système par au moins un câble électrique.
Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes :
l'assemblage comprend en outre un moyen de stockage desdits courants électriques ainsi collectés, le moyen de stockage étant relié à chaque système par l'au moins un câble électrique, ledit moyen de stockage étant adapté pour décharger lesdits courants collectés ;
- l'assemblage comprend en outre un contrôleur de décharge, le contrôleur de décharge contrôlant la décharge du moyen de stockage de courant électrique.
L' invention a également comme o jet un ensemble comprenant une pluralité de systèmes ou un assemblage de systèmes, et comprenant, en outre, une armature formant support pour les systèmes.
Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes :
- l'armature comprend une pluralité de structures creuses assemblées entre elles, et dans lequel des câbles électriques s'étendent à l'intérieur des structures creuses ;
- l'armature comporte une pluralité de tubes creux centraux s' étendant chacun selon une direction principale depuis une base, l'ensemble comprenant le même nombre de systèmes que le nombre de tubes creux centraux, chaque tube creux central ayant une extrémité supérieure opposée à la base, un système étant positionné à ladite extrémité supérieure de chaque tube creux central, l'axe R d'extension étant sensiblement parallèle audit tube creux ;
l'ensemble comprend également, pour chaque tube creux central, une pluralité de tubes creux transversaux répartis sur une périphérie dudit tube creux central, les tubes creux transversaux ayant différentes positions le long du tube creux central, et s' étendant à partir dudit tube creux central radialement vers l'extérieur, l'ensemble comprenant également une pluralité d' aérogénérateurs dépourvus de support plan, chaque aérogénérateur dépourvu de support plan étant fixé sur un tube creux transversal de sorte que chaque tube creux transversal porte au plus un aérogénérateur dépourvu de support plan qui s'étend selon la direction du tube creux central qui le porte. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante d'une de ses formes de réalisation, donnée à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins joints.
Sur les dessins :
la figure 1 illustre un système de génération d'énergie à un panneau photovoltaïque ;
- la figure 2 illustre un système de génération d'énergie à deux panneaux photovoltaïques ;
- la figure 3 est une représentation en vue de dessus d'un système de génération d'énergie ;
- la figure 4 est une vue d'une turbine;
- la figure 5 est une vue partiellement en coupe d'un système de génération d'énergie ;
- les figures 6a et 6b sont des vues de dessus de systèmes à génération d'énergie ;
- la figure 7 est une vue partiellement en coupe de la génératrice;
- la figure 8 est un schéma fonctionnel de côté de la génératrice d'une turbine ;
la figure 9 est un schéma illustratif de l'association de la génératrice à un boitier de régulation ;
la figure 10a est un schéma illustratif de l'association de la génératrice à un circuit de régulation ;
la figure 10b est un schéma du circuit de régulation ;
la figure 10c représente schématiquement un procédé de régulation d'un aérogénérateur ;
- la figure lia est un graphique de la puissance et de la tension aux bornes de la génératrice d'une turbine témoin en fonction de la vitesse du vent ; - la figure 11b est un graphique de la puissance de la turbine témoin en fonction de la tension aux bornes de la génératrice de celle-ci ;
- la figure 12 illustre un panneau photovoltaïque ; - la figure 13 représente une cellule photovoltaïque ;
- la figure 14 est une représentation schématique de la collection de courant d'un système de génération d'énergie ;
- la figure 15 illustre une configuration à deux aérogénérateurs ;
la figure 16 est un schéma électrique de l'association des courants issus des différents aérogénérateurs de l'assemblage ;
- la figure 17 illustre un ensemble « buisson » ; les figures 18a et b schématisent l'intensité lumineuse perçue par différents panneaux photovoltaïques d'un assemblage en fonction de l'heure de la journée ;
Sur les différentes figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou similaires.
Dans tout ce qui suit, on définira un plan horizontal X, Y, et un axe vertical Z, transverse au plan horizontal. On décrit un système de génération d'énergie installé pour produire de l'énergie. En milieu urbain, l'écoulement d'air au niveau du système de génération d'énergie peut présenter des caractéristiques très variables au cours du temps. Les aérogénérateurs présentés ici sont des aérogénérateurs à axe vertical, c'est-à-dire, en opération, d'axe d'extension R parallèle à l'axe vertical Z, et comprenant un bâti et une partie rotative par rapport à ce bâti autour de l'axe vertical Z. L' aérogénérateur peut par exemple comprendre une turbine Savonius d'axe vertical, présentant l'avantage d'un couple de démarrage très faible. On comprendra que, toutefois, selon certains exemples, l'axe R de la turbine n'est pas toujours à prendre dans un sens strictement correspondant à la ligne d'action de la gravité, mais pourrait dévier angulairement de celle-ci. Une telle déviation angulaire peut être envisagée pour les cas où l'écoulement d'air moyen au niveau de l ' aérogénérateur n'est pas non plus strictement horizontal (c'est-à-dire n'est pas strictement orthogonal à la ligne d'action de la gravité) . Le plan horizontal est strictement transverse à l'axe vertical Z.
Un système de génération d'énergie, appelé « fleur » pour la suite, est illustré à la figure 1. Un tel système de génération d'énergie comporte une forme biomimétique assimilable à celle d'une fleur, permettant sa bonne intégration dans l'environnement. L' aérogénérateur présente la forme d'un bulbe avec une partie feuille, et le (s) support (s) photovoltaïques sous-jacents celle d'un pétale. Un tel système comprend un aérogénérateur 20 qui s'étend selon un axe R et qui est assemblé à au moins un support photovoltaïque 10 portant au moins un panneau photovoltaïque 11. Le support photovoltaïque 10 et l ' aérogénérateur 20 sont agencés de sorte que, lorsque l'axe de l ' aérogénérateur 20 est parallèle à l'axe vertical Z, le support photovoltaïque 10 s'étend dans un plan d'extension incliné en s' éloignant de l ' aérogénérateur, d'un angle compris entre -30° et 0° par rapport au plan horizontal (X, Y). Le support photovoltaïque s'étendra avantageusement vers le bas en s' éloignant de l ' aérogénérateur . Le support photovoltaïque 10 comprend une première face orientée vers le haut et une deuxième face orientée dans la direction opposée. Le panneau photovoltaïque 11 est porté par la face orientée vers le premier aérogénérateur 20. La fleur est donc assimilable à un bulbe surmonté de sa feuille (la partie génératrice 3' étant le bulbe et la partie pâle de l ' aérogénérateur étant la feuille) et avec son pétale (le support photovoltaïque) , dans un esprit biomimétique.
Le support photovoltaïque sera par exemple sensiblement plan, c'est-à-dire que la première face et la deuxième face dudit support 10, 12 seront chacune sensiblement parallèles au plan d'extension dudit support, séparées typiquement de 10cm à 15cm, en particulier 13cm par exemple, formant ainsi un support mince. En variante, la première face pourra être très légèrement incurvée par rapport au plan d'extension du support. Dans ce cas, le panneau photovoltaïque porté par le support pourra également être légèrement incurvé pour suivre la courbure du panneau qui le porte.
Dans un mode de réalisation illustré à la figure 2, le support photovoltaïque 10 pourra typiquement comprendre deux panneaux photovoltaïques 11 permettant notamment d'augmenter les performances. Chaque panneau peut avoir une forme rectangulaire et les deux panneaux peuvent être agencés parallèlement l'un à l'autre, les panneaux pouvant être distants de quelques millimètres. Les dimensions d'un panneau rectangulaire pourront être typiquement d'une largeur comprise entre 30cm et 40cm et d'une longueur comprise entre 70cm et 80cm de longueur. Un panneau rectangulaire pourra avoir typiquement comme dimensions une largeur de 33cm et une longueur de 72.8cm.
Les panneaux seront par exemple des panneaux comprenant des cellules en CIGS (Cuivre, Indium, Gallium, Sélénium) , qui pourront être notamment des panneaux semi- flexibles, adaptés pour le cas où les supports photovoltaïques 10 seront légèrement courbés. En configuration d'exploitation, le support photovoltaïque 10 présentera une position et une orientation donnée. Dans l'hémisphère nord, il pourra par exemple être orienté plein sud, afin de maximiser son exposition au soleil pendant la journée. Dans ce cas, il est peu probable qu'il soit ombragé par l ' aérogénérateur associé. Toutefois, le support photovoltaïque 10 pourrait ne pas être orienté ainsi. Ce serait le cas par exemple si cette disposition le mettait, au moins partiellement, à l'ombre d'une autre structure pendant une partie du temps d'opération, par exemple à l'ombre d'un autre composant d'un ensemble de génération d'énergie dont il fait partie, ou d'une structure (par exemple un bâtiment) environnante. Ce serait également le cas si le panneau était placé non pas en fonction exclusivement de l'ensoleillement, mais également en fonction des écoulements de vent pendant l'opération. Par exemple, dans une région de vent dominant en provenance de l'ouest, le panneau pourrait être orienté vers l'ouest, pour les raisons expliquées ci-après, ce qui risquerait de le placer à l'ombre de l ' aérogénérateur le matin. Par conséquent, il existe un risque certain qu'une partie au moins du panneau se trouve à l'ombre pendant une partie de son temps d'opération.
Ainsi, puisque en cas d'ombrage partiel d'un panneau 11 par un aérogénérateur 20 pour une orientation du soleil donnée, les performances de tout le panneau seront réduites, la multiplication des panneaux permettra de maintenir de bonnes performances photovoltaïques pour ce support photovoltaïque malgré tout.
La fleur pourra également comprendre des supports simples 12, c'est à dire dépourvus de panneau photovoltaïque. Un support simple 12 est également agencé par rapport à l ' aérogénérateur de sorte que lorsque l'axe R de l ' aérogénérateur 20 est parallèle à l'axe vertical Z, le support simple 12 s'étend dans un plan d'extension incliné en s' éloignant de l ' aérogénérateur, d'un angle compris entre -30° (inclinaison vers le bas) et 30° (inclinaison vers le haut) par rapport au plan horizontal (X, Y) . Le support simple s'étendra avantageusement vers le bas. Le support simple 12 comprend une première face orientée vers le haut et une deuxième face orientée dans la direction opposée .
Préfèrentiellement , comme illustré à la figure 3, la fleur 101 aura plusieurs supports photovoltaïques , c'est-à-dire que l ' aérogénérateur 20 occupera une position centrale et sera entouré de plusieurs supports plans photovoltaïques 10 portant chacun au moins un panneau photovoltaïque 11. La fleur comprendra avantageusement au moins un support simple 12, c'est-à-dire que l ' aérogénérateur 20 occupera une position centrale et sera entouré de plusieurs supports plans photovoltaïques 10 portant chacun au moins un panneau photovoltaïque 11 et d'au moins un support simple 12, tels des pétales autour d'un bulbe, dans une perspective biomimétique.
Chaque support 10, 12 est relié à l ' aérogénérateur 20 et agencé par rapport à l ' aérogénérateur de sorte que, lorsque l ' aérogénérateur 20 est orienté selon l'axe vertical Z, les supports 10, 12 sont sensiblement dans un même plan horizontal et s'étendent radialement autour de l ' aérogénérateur 20 dans des directions Ui différentes du plan horizontal, comme illustré à la figure 3 par les directions U1 , U2 , U3 et U4 .
On comprend ainsi que, dans un tel cas, tous les supports photovoltaïques d'une même fleur ne pourront pas être orientés selon une direction d'ensoleillement privilégiée, et qu'un ombrage d'au moins un panneau photovoltaïque est très probable en cours d'opération.
La multiplication des supports va notamment permettre une bonne concentration des flux d'air, éventuellement turbulents, vers l ' aérogénérateur, et une bonne exposition à la lumière à toute heure de la journée.
Par exemple, au moins un des supports pourra être orienté selon une direction moyenne de vent dominant. En cas de variation de flux aérien par rapport à cette direction moyenne de vent dominant, un autre support pourra être orienté sensiblement selon cette direction.
Dans un souci de biomimétisme, les supports pourront avoir typiquement chacun une forme de pétale. Cette forme réduit aussi le nombre d'arêtes contondantes, ce qui est important, en terme de sécurité, pour un mobilier urbain. Dans ce mode de réalisation un support photovoltaïque 10 aura typiquement une forme ovale de plus grande dimension comprise entre 130 centimètres (cm) et 140 cm, et typiquement de 135 cm, et de plus petite dimension comprise entre 100 cm et 110 cm et typiquement de l'ordre de 104 cm. Un support simple 12 sera avantageusement plus petit. L' aérogénérateur aura typiquement un diamètre (c'est à dire le diamètre de la partie génératrice 3' ) dans le plan horizontal compris entre 20 cm et 50 cm. Le système présentera typiquement un encombrement dans le plan horizontal compris entre 2 mètres (m) et 3 m. Un système 101 s'étendra verticalement sur une hauteur comprise entre 1 m et 1,5 m, et typiquement de l'ordre de 1,2 m. Dans ce mode de réalisation l'envergure d'un système 101, c'est-à- dire typiquement le diamètre d'une sphère pouvant contenir le système 101, sera comprise entre 1 m et 1.5 m typiquement .
Chaque support 10, 12 est donc soit strictement contenu dans le plan horizontal (définition d'un angle de 0°), soit légèrement incliné d'un angle inférieur ou égal à +/-30° par rapport au plan horizontal. Une inclinaison négative, jusqu'à -30°, d'au moins certains des supports plans orientés vers la direction d'ensoleillement préférée (par exemple le sud) leur donne une meilleure exposition à l'illumination solaire. Avantageusement, l'angle est compris entre 0° et -5°.
L'inclinaison de certains supports plans aidera également à la concentration des vents notamment turbulents autour de l ' aérogénérateur . Ceci sera notamment le cas lorsqu'un sens d'écoulement du vent est parallèle et orienté dans le même sens que l'axe panneau -> aérogénérateur .
Certains supports pourront être inclinés avec une inclinaison positive. Ce pourra être le cas pour un support disposés en aval de l ' aérogénérateur selon la direction d'écoulement du vent, notamment si celui-ci est orienté au nord, ou partiellement au nord, dans l'hémisphère nord.
Comme illustré à la figure 4, chaque aérogénérateur 20 comprend un bâti 21 et une turbine 1, la turbine 1 étant montée rotative sur le bâti 21 autour d'un axe de rotation. Chaque aérogénérateur comprend également une génératrice 3 adaptée pour générer un courant électrique individuel fonction de la rotation de la turbine 1 par rapport au bâti 21.
L' aérogénérateur 20 génère un courant électrique individuel en fonction du vent perçu par celui-ci.
La turbine 1 qui s'étend le long de l'axe vertical Z, comprend de façon générale une partie pâle 2, présentant par exemple une forme de feuille d'arbre, qui présente une forme adaptée pour être entraînée par le vent, et une partie génératrice 3' , la partie génératrice 3' abritant la génératrice 3. La partie pâle 2 et la partie génératrice 3' sont liées l'une à l'autre. La partie pâle 2 comprend une extrémité inférieure qui est liée à la partie génératrice 3' et une extrémité supérieure opposée. L'extension de la partie pâle entre ses deux extrémités est notée « a ». Dans le principe général de fonctionnement de la turbine 1, la partie pâle 2 entraînée par le vent met en rotation la turbine 1 autour d'une broche de rotation A qui est fixe, faisant partie du bâti 21, ladite broche A étant parallèle à l'axe vertical Z, le long de l'axe R.
Chaque support 10, 12 est situé verticalement en dessous de l ' aérogénérateur 20. Plus précisément, la partie pâle 2 est verticalement au-dessus des supports 10, 12. Les supports 10, 12, sont proches de la partie pâle 2, de manière à ce que, pour le support 10, 12 exposé au vent, le flux aérien soit concentré en direction de l ' aérogénérateur 20. Pour une extension « a » de la partie pâle selon l'axe R, la distance séparant l'extrémité inférieure de la partie pâle et un quelconque support est inférieure à la distance « a/2 ». En particulier, la distance entre l'extrémité du support 10, 12 la plus proche de l'axe R dans le plan d'extension du support et l'extrémité inférieure de la partie pâle est inférieure à a/2. Pour s'adapter à différentes possibles orientations du vent, l'ensemble des supports peut présenter cette caractéristique.
Les supports 10, 12 sont tous sensiblement dans le même plan horizontal, avec de légères inclinaisons possibles par rapport au plan horizontal, comme expliqué ci-dessus .
Comme illustré à la figure 5, chaque support 10, 12 est notamment relié par un élément de liaison 13 à l ' aérogénérateur 20. Cet élément de liaison 13, adapté pour solidariser les supports 10, 12 à l ' aérogénérateur 20, comprend : - une portion verticale 13' s' étendant sensiblement verticalement entre une première extrémité 130 de la portion verticale, ladite première extrémité 130 étant solidarisée à l ' aérogénérateur 20 (notamment au bâti de celui-ci) et une deuxième extrémité 131 de la portion verticale,
une pluralité de portions horizontales 13' ' s' étendant radialement depuis une paroi latérale de la portion verticale 13' proche de sa deuxième extrémité 131, le nombre de portions horizontales 13' ' étant le même que le nombre de supports 10, 12.
Chaque portion horizontale 13' ' comprend deux extrémités, une extrémité reliée au support 10, 12 correspondant et une extrémité reliée à la portion verticale 13' . La portion horizontale 13' ' est reliée au support par la face orientée dans la direction opposée au premier aérogénérateur du support. L'extrémité reliée au support est par exemple vissée sur la face orientée dans la direction opposée au premier aérogénérateur du support.
L'extrémité 130 de la portion verticale 13' est par exemple solidarisée à l'extrémité inférieure de la broche de rotation A, c'est-à-dire au fond de la partie génératrice 3' de l ' aérogénérateur 20.
La partie pâle 2 est donc entraînée en rotation par rapport au bâti qui est solidaire des supports, qui sont donc également statiques.
La portion verticale 13' pourra avoir typiquement comme dimension une longueur de 10 cm et la portion horizontale 13'' pourra avoir typiquement comme longueur 40 cm.
La portion 13' pourra notamment avoir une longueur telle que la partie génératrice 3' sera verticalement en dessous des supports 10, 12. C'est-à-dire que le plan géométrique de la surface supérieure du support 10, 12 passera par l'extrémité inférieure de la partie pâle 2.
Un élément de jonction 15 pourra être monté à la jonction entre la portion verticale 13' et la portion horizontale 13' ' . Un tel élément de jonction 15 a par exemple une forme cylindrique avec une paroi latérale dans laquelle viendrait s'insérer chaque portion horizontale 13'' et une face supérieure dans laquelle vient s'insérer la portion verticale 13' et une face inférieure ouverte dite base de l'élément de jonction 15.
On pourra également envisager une surélévation de l ' aérogénérateur, c'est-à-dire que la portion horizontale 13' aurait une longueur typiquement inférieure à 50cm et d'au moins 30cm, une telle dimension pour cette portion 13' étant adaptée pour éloigner l ' aérogénérateur du bord radialement central des supports. Une telle surélévation de la turbine combinée à une inclinaison de l'ordre de 15° (environ 10° à 20°) des panneaux par rapport au plan horizontal permettrait d'optimiser les conditions du système (pour la captation du flux d'air notamment) .
Dans un mode privilégié de réalisation illustré à la figure 6a, la fleur 101 comprend deux supports photovoltaïques 10 comprenant chacun deux panneaux photovoltaïques . Les deux supports photovoltaïques 10 occupent un angle dans le plan horizontal compris entre 60° et 180° et préfèrentiellement compris entre 80° et 120° autour de l ' aérogénérateur 20.
Un tel mode de réalisation sera particulièrement avantageux dans le cas où la fleur est proche d'un mur, étant placée devant celui-ci, l ' aérogénérateur 20 étant placé entre les supports et le mur.
Dans un autre mode privilégié de réalisation illustré à la figure 6b, la fleur 101 comprend trois supports photovoltaïques 10 comportant chacun deux panneaux photovoltaïques placés adjacents sur ledit support photovoltaïque, les trois supports photovoltaïques occupant un angle dans le plan horizontal compris entre 180 ° et 270° et préfèrentiellement compris entre 230° et 250° autour de l ' aérogénérateur, c'est-à-dire que les supports photovoltaïques 10 angulairement les plus éloignés dans le plan horizontal autour du premier aérogénérateur 20 sont séparés par un angle compris entre 180° et 270° et préfèrentiellement compris entre 230° et 250°.
Dans un autre mode privilégié de réalisation, la fleur 101 comprend également un support simple 12, les trois supports photovoltaïques et le support simple 10, 12 étant régulièrement répartis autour de l ' aérogénérateur sur 360°. Le support simple 12 est avantageusement orienté vers le Nord, c'est-à-dire dans la zone qui sera la plus longuement ombragée sur une journée.
Comme illustré à la figure 7, la partie génératrice 3' abrite la génératrice 3. La partie génératrice 3' comprend une portion de boîtier 26 fixée à la partie pâle 2. La génératrice 3 est disposée dans la portion de boîtier 26. La génératrice 3 est reliée directement à la partie pâle 2 de sorte que l'énergie mécanique fournie par le vent sur la partie pâle 2 peut être directement transformée en courant électrique au niveau de la génératrice 3.
La puissance générée par le vent est donnée par la relation :
Figure imgf000021_0001
Avec ρ la densité de l'air, S la surface de la partie pâle 2, H la hauteur de la partie pâle 2, D le diamètre moyen de la partie pâle 2, V la vitesse de vent.
Le couple exercé sur la turbine 1 est alors donné par la relation :
Figure imgf000022_0001
Avec Ω la vitesse de rotation de la turbine 1 et Cp le rendement mécanique.
Selon certains calculs, la puissance théorique maximale récupérable pour la turbine 1 sera par exemple de l'ordre de 20-30% de la puissance du vent incident c'est-à- dire perçu par la partie pâle 2.
Structurellement , la partie pâle 2 de la turbine 1 peut avoir une forme globalement circonscrite par un cylindre CC s' étendant selon l'axe R. Notamment, la partie pâle 2 de la turbine 1 peut avoir une forme définissant, en tournant autour de l'axe R, une enveloppe ayant la forme d'une ogive, comme illustré à la figure 4. La portion inférieure de cette enveloppe est proche du bâti 21, et la portion supérieure opposée est libre. La portion supérieure de l'enveloppe est tronquée jusqu'en une extrémité supérieure. Dans un mode de réalisation, la partie génératrice 3' est située à la base (portion inférieure) de la turbine 1 et est surmontée de la partie pâle 2. La largeur de la partie feuille 2 se réduit à mesure qu'on s'approche du bâti 21. Une telle forme approxime la forme d'une feuille d'arbre. La partie génératrice 3' présente une forme de tronc de cône inversé par rapport à la forme en ogive sus-décrite.
Comme illustré à la figure 7, la partie génératrice 3' peut comprendre la portion boîtier 26 hébergeant dans une cavité 25 des composants. La portion boîtier 26 peut alors être moulée avec la partie pâle 2. En particulier, on peut prévoir que la partie pâle 2 comprend deux pâles, et que la portion boîtier 26 comprend deux demi-boîtiers inférieurs 56. On peut mouler un composant unitaire 51 comprenant un demi-boîtier inférieur et une pâle. La figure
7 représente notamment la partie demi-boîtier d'un composant unitaire 51. Deux composants unitaires symétriques par rotation de 180° autour de l'axe R peuvent alors être assemblés ensemble, par exemple par vissage à travers des alésages 27 du demi-boîtier. On notera, dans l'exemple de la figure 4, que la partie pâle 2 comprend également un boîtier supérieur 53 pour rigidifier la turbine. Le composant unitaire 51 peut alors comporter un demi-boîtier supérieur 54, les deux demi-boîtiers supérieurs 54 des deux composants unitaires pouvant également être assemblés par vissage dans un alésage 55. Par exemple, les demi-boîtiers supérieur 54 et inférieur 56 ont la même disposition angulaire par rapport à l'axe R, de manière à faciliter le moulage. Ils sont fixés par des vissages selon des alésages parallèles.
On peut prévoir une découpe 89 dans la pâle pour permettre au vent d'accéder directement à la pâle opposée. Cette découpe 89 est faite par exemple dans la portion inférieure de la partie pâle, de manière à accentuer la forme bio-mimétique de feuille.
A la figure 7 est illustrée une génératrice 3 synchrone à aimants permanents et à flux axial. En terme de composants, elle comprend deux parties principales : un rotor 4 et un stator 5. Le rotor 4 comprend des plaques de retour supérieure 24 et inférieure 14. La broche centrale A s'étend dans la cavité 25 à travers une ouverture 30 ménagée dans la base du boîtier 26. Le rotor 4 est monté rotatif par rapport à la broche A centrale autour de la direction de l'axe R. Le stator 5 est fixe par rapport à l'axe de rotation R. Le rotor 4 est en rotation autour de l'axe de la turbine R, et défile face au stator 5. Les plaques de retour supérieure 24 et inférieure 14 sont solidaires l'une de l'autre. Les plaques 24, 14 du rotor 4 sont solidarisées les unes aux autres. Le rotor 4 peut être également fixé sur la paroi périphérique du boîtier. Le stator est retenu sur la broche A entre ces deux plaques.
Comme illustré à la figure 8, le rotor 4 comprend une plaque inférieure 14 présentant une ouverture centrale 32 à travers laquelle passe la broche A. La plaque inférieure 14 loge un jeu d'aimants permanents 12 associés à un circuit magnétique. Le rotor 4 est par exemple de forme annulaire autour de la broche A de la turbine. Les aimants permanents 12 peuvent être disposés sur le contour dudit rotor 4. La plaque supérieure 24 peut être annulaire, pour fixer à travers elle le stator 5 à la broche A. Le champ magnétique est créé par l'association de pôles nord sud. Pour chaque association, les lignes de champ magnétique bouclent alors entre le pôle nord et le pôle sud, i.e. entre la plaque inférieure 14 et la plaque supérieure 24. Le stator 5 qui peut comprendre un bobinage réalisé sur un circuit imprimé 8, dont la couche supérieure est illustrée à la figure 9 est par exemple de forme annulaire autour de la broche A monté sur la broche A de la turbine 1, et comportant des bobines 33, ces bobines 33 étant destinées à interagir avec les aimants permanents 12 du rotor 4. Les bornes des bobines 33 sont reliées à un fil électrique 34 qui passe à travers la paroi de la broche A par un trou local présent à cet effet, de sorte que le fil électrique peut s'étendre depuis le stator 5 en sortie de l ' aérogénérateur 20 à l'intérieur de la broche A.
Structurellement , les parties mobiles par rapport à la broche A de la partie génératrice 3' décrite précédemment sont par exemple rigidement liées à la partie pâle 2 de la turbine 1. Ainsi, en fonctionnement, l' entraînement par le vent de la partie pâle 2 va donc entraîner ces parties mobiles par rapport à la broche A de la partie génératrice 3' .
Le rotor 4 qui est rigidement et directement lié à la partie pâle 2 est mis en mouvement par le mouvement mécanique de la partie pâle 2. Le rotor 4 crée ainsi un champ magnétique tournant face au stator 5 portant les bobines électriques 33. Le stator 5 est donc soumis à un champ magnétique variable, ce qui est à l'origine de courants électriques dans les bobines du stator 5. Le courant dans les bobines du stator 5 est proportionnel au couple sur le rotor 4. Une tension triphasée est ainsi générée. Les trois phases de la tension entrent par exemple sur un pont de diodes 46 (pont de Graetz) directement monté en surface du circuit imprimé 8. La tension redressée (en continu) obtenue en sortie du pont de diode est donnée par les lois de Faraday:
Figure imgf000025_0001
le facteur
Figure imgf000025_0002
correspondant au redressement du triphasé, et avec ω = 2π x fréquence de rotation en tr/s , B l'intensité du champ magnétique dans l'entrefer en Tesla,
S la surface de la spire balayée par le champ magnétique en m2, P le nombre de paires de pôles (une paire correspondant à un pôle nord et un pôle sud) , Nb le nombre de bobines par phase et Ns le nombre de spires par bobine.
La puissance électrique générée par un aérogénérateur 20 peut être déterminée par un modèle électrique de la génératrice synchrone.
En proposant un modèle en circuit électrique équivalent de la génératrice 3, on obtient les relations suivantes:
Figure imgf000026_0001
Avec Rs la résistance statorique, Ld et Lq les inductances actives et réactives, Lch l'inductance de charge, Ψf le flux des aimants permanents 12 par pôle,
Figure imgf000026_0007
la vitesse électrique telle que le nombre de
Figure imgf000026_0008
paires de pôles, les courants direct et en
Figure imgf000026_0002
quadrature (partie active et réactive) du stator, et Usd, Usq les tensions directe et en quadrature (partie active et réactive) du stator.
La somme des courants et des tensions en quadrature donnent respectivement les courant de sortie is et tension de sortie us .
Par simplification des équations électriques modélisant la génératrice 3, en utilisant notamment que Lq en l'absence de noyaux de fer sur le circuit, on
Figure imgf000026_0006
obtient :
Figure imgf000026_0003
Avec Lch et Rch l'inductance et la résistance de la partie pâle 2.
La puissance électrique est donnée par la relation :
Figure imgf000026_0004
Le couple électromagnétique généré est donné par la relation :
Figure imgf000026_0005
Dans le cas d'une génératrice à pôles lisses (Ld = Lq) , nous aurons l'expression de couple suivante:
Figure imgf000027_0001
La dynamique du rotor 4 est caractérisée par une équation différentielle du premier ordre :
Figure imgf000027_0002
Avec J l'inertie de la génératrice 3 et de l'éolienne et F les frottements secs.
Le comportement de la turbine 1 est donc régi par les relations :
Figure imgf000027_0003
L'extraction de puissance pour ladite turbine 1 est régulée par un régulateur 16 qui régule le courant électrique individuel généré. Le régulateur 16 est placé en sortie du circuit, c'est-à-dire connecté aux bornes de sortie (us, is) de la génératrice 3. Le régulateur 16 pourra par exemple se présenter sous forme d'un circuit électrique connecté en sortie de la génératrice 3 et porté par le support du circuit imprimé 8, illustré à la figure 9.
Plus précisément les informations de tension et courant (us, is) extraites de la génératrice 3 sont injectés dans le régulateur 16, le régulateur 16 étant en charge d'optimiser l'extraction de puissance pour ladite turbine 1. Le régulateur 16 joue notamment un rôle pour la régulation du courant électrique individuel de chaque aérogénérateur 20 dans le cas de vents variables dans le temps .
Dans un mode préféré de réalisation, le régulateur 16 sera physiquement séparé du circuit de puissance. Le régulateur 16 est par exemple fourni comme un composant électronique externe à la turbine 1. Dans ce cas, une ligne filaire 34 relie la sortie des bobines 33 avec l'entrée du régulateur 16. La ligne filaire 34 est par exemple passée à travers la broche A et connectée en sortie de la turbine 1 à un boitier contenant le régulateur 16, comme illustré à la figure 9. La régulation est par exemple assurée par une carte électronique qui sera à l'extérieur du circuit de puissance .
La régulation individuelle de l ' aérogénérateur 20 pourra se faire selon différents modes, dont deux exemples sont décrits de manière détaillée ci-après.
Un premier mode utilise une régulation par recherche de point de fonctionnement optimal. Ce mode de régulation est illustré aux figures 10a et 10b. Le circuit de régulation 16 sera connecté en sortie des bobines 33. Dans ce mode de régulation, le régulateur 16 illustré à la figure 9b utilise par exemple un microcontrôleur intégré. Le gain du régulateur 16 est ajusté en fonction d'une référence et en fonction des tension de sortie Us et courant de sortie Is mesurés. Le microcontrôleur 48 du régulateur 16 peut utiliser un programme de logique floue, pour se placer continûment au maximum de puissance extraite. Par continûment, on comprend que le procédé est répété à une fréquence élevée à l'échelle de la fréquence de variation des conditions d'écoulement d'air autour de l ' aérogénérateur . Le microcontrôleur du régulateur 16 utilise un programme en logique flou organisé suivant un algorithme illustré à la figure 10c utilisant en données d'entrée la puissance de sortie de l ' aérogénérateur, et le courant dans la bobine. Le procédé comprend quatre étapes qui sont le prépositionnement du point de fonctionnement 200, le pilotage du circuit de contrôle 300, le test de validation 400 et le temps d'échantillonnage écoulé 500. Notamment, en opération, par rapport à un point de fonctionnement prépositionné (correspondant par exemple à un point de fonctionnement antérieur), à l'étape 300, on pilote le circuit de contrôle pour une variation dans un certain sens d'un paramètre électrique représentatif. Au niveau de l'étape 400, on valide si la variation en question a conduit à une amélioration du paramètre à réguler ou au contraire à une dépréciation. En cas de dépréciation, on renvoie à l'étape 300 avec pour consigne de faire varier le paramètre électrique représentatif dans le sens opposé. En cas d'amélioration, on poursuit par une boucle de temporisation (étape 500) . Ainsi, au bout d'un certain temps défini à l'étape 500, on recommence le procédé ci-dessus. La définition des fonctions d'appartenance permet de créer le pilotage du circuit ainsi que le test de validation. La rapidité de calcul du microcontrôleur 48, associé à une définition fine des fonctions d'appartenance, permet d'assurer en permanence une extraction maximale de la puissance compatible avec la fréquence propre des vents turbulents. La temporisation permet de ne pas consommer trop de puissance de calcul, et définit un temps dont la durée compatible avec l'échelle de temps typique des phénomènes en jeu. L'avantage de ce second mode de régulation est de s'affranchir des éventuelles variations des composants d'une turbine par rapport à une turbine témoin ou moyenne, des conditions atmosphériques ou des effets d'écrantage qui peuvent influer sur la courbe de la puissance en fonction de la tension de la génératrice. Comme illustré à la figure 8b, le circuit de régulation 16 comprend notamment un microcontrôleur 48 recevant en entrée les informations relatives à la tension en sortie de la turbine 1 Us et à l'intensité du courant en sortie Is de la turbine 1. Le microcontrôleur 48 peut également recevoir en entrée une information relative à la génératrice. Sont également connectés au microcontrôleur 48 un redresseur ajusteur de tension 46 ainsi qu'un régulateur de puissance 42. Le régulateur de puissance comprend un amplificateur 44. Le régulateur de puissance 42 délivre en sortie le courant de sortie Is et la tension de sortie Us . Le courant de sortie pourra notamment être transporté par un fil électrique en sortie de l ' aérogénérateur .
Un deuxième mode utilise une régulation par table prédéfinie. Le régulateur 16 sera avantageusement physiquement séparé du circuit de puissance. La régulation se fait en pilotant le gain de l'amplificateur de sortie 44 compris dans le régulateur 16 en fonction d'une table prédéfinie. La table prédéfinie a été obtenue préalablement via des essais, notamment en soufflerie. Par exemple, elle est obtenue en soufflerie par plusieurs séries de mesure en boucle ouverte. Chaque série de mesure se fait à vitesse de vent fixe, la vitesse de vent variant d'une série à l'autre. On utilise un aérogénérateur témoin. En faisant varier la charge de la génératrice de celui-ci (c'est à dire la résistance électrique équivalente que l'on applique à la génératrice pour faire varier la quantité de courant extrait) , on détermine le point de puissance maximale pour cette valeur de vitesse de vent, comme illustré à la figure lia. Pour chaque valeur de la vitesse du vent, et pour cette charge, on mesure l'intensité et la tension de sortie, et on peut donc déterminer la puissance de sortie. On peut donc déterminer la puissance maximale extractible, ainsi que la tension correspondante aux bornes de la génératrice Ugéné · A partir de toutes les séries, on peut donc établir la courbe reliant la puissance maximale extractible à la tension correspondante Ugéné , comme illustré à la figure 11b, pour un aérogénérateur témoin. Cette dernière courbe montre que l'on peut connaître de façon bijective la puissance maximale extractible en fonction de la tension aux bornes de la génératrice. Au cours du fonctionnement, on pourra piloter le régulateur 16 à l'aide de ces informations. En particulier, le régulateur pourra, pour une tension donnée, faire délivrer par la génératrice l'intensité requise correspondant au maximum de puissance défini par cette courbe. Le courant de sortie Is (et donc la puissance extraite) est ainsi optimisé en fonction de la tension présente aux bornes de la génératrice 3. Ce mode présente l'avantage de la simplicité, mais repose sur une courbe pré-établie sur un aérogénérateur témoin, ou une moyenne de plusieurs aérogénérateurs témoins, dans certaines conditions. Il ne prend donc pas en compte une éventuelle distribution des aérogénérateurs sur site par rapport à l ' aérogénérateur témoin/moyen, et/ou des écoulements réels par rapport aux écoulements réalisés en soufflerie.
Chaque panneau photovoltaïque 11 comprend une multitude de cellules photovoltaïques 110 représentées à la figure 12, montées en série les unes par rapport aux autres. Un panneau pourra typiquement avoir comme une dimension de l'ordre de 0,5 m2. Chaque cellule photovoltaïque 110 est principalement en matériau semi- conducteur, par exemple en silicium cristallin. La cellule pourra avoir typiquement une épaisseur comprise entre 0,1 mm et 0,2 mm, et être formée par exemple par une plaque de silicium comprise entre une couche anti-reflet recevant la lumière (face supérieure) pour assurer une bonne transmission de la lumière, et une couche de métal conducteur (face inférieure) . Elle pourra avoir typiquement la forme d'un carré de 15 cm de côté.
Chaque cellule exposée à la lumière recevra un flux de photons qui, par absorption par le matériau semi¬ conducteur, transmettront leur énergie aux électrons en générant des paires électrons-trous, par excitation des électrons de la bande de valence vers la bande de conduction. Ceci générera une tension électrique aux bornes de la cellule.
La cellule comprendra sur sa face supérieure une grille conductrice 1100 comme illustré à la figure 13 qui pourra être déposée par exemple par lithographie par exemple.
Le courant électrique de la cellule sera par exemple extrait entre la grille conductrice et la face inférieure de la cellule. Les cellules seront connectées en série. Le courant sera extrait du panneau entre les contacts des faces supérieure et inférieure du panneau.
Le rendement du panneau photovoltaique (en kilowatt-heure par puissance à la crête kWh/Wc) sera typiquement donné par le produit de l'irradiation annuelle effective incidente sur le panneau (normalisée par l'irradiance aux conditions standards de mesure STC) par la puissance nominale produite aux conditions standards de mesure par le facteur de perte par ombrage :
Figure imgf000032_0001
Puissance nominale produite en conditions STC
Figure imgf000032_0002
(W) . Irradiation annuelle effective incidente sur
Figure imgf000032_0003
le module (kWh/m2) .
Figure imgf000033_0001
Irradiance STC (1 000 W/m2) .
Figure imgf000033_0002
Facteur prenant en compte les pertes liées à l'ombrage de certaines cellules du panneau.
Les cellules photovoltaïques étant montées en série les unes avec les autres, l'ombrage d'un petit nombre de cellules affectera largement le rendement de tout le panneau photovoltaïque . Un panneau photovoltaïque ombragé aura donc un rendement largement diminué. D'autres effets d'ombrage seront notamment décrits plus précisément dans la suite pour le cas de plusieurs fleurs 101 assemblées sur une structure support.
Le courant iph extrait d'un panneau photovoltaïque sera régulé individuellement en sortie du panneau. Le régulateur 160 pourra par exemple se présenter sous forme d'un circuit électrique connecté en sortie du panneau 11 comme illustré à la figure 12, c'est-à-dire connecté aux bornes de sortie (uph, iPh ) du panneau 11. Le régulateur 160 pourra par exemple se présenter sous forme d'un circuit électrique connecté en sortie du panneau. Les informations de tension et courant (uPh , iPh ) extraites du panneau sont injectées dans le régulateur 160, le régulateur 160 étant en charge d'optimiser l'extraction de puissance pour le panneau 11. Le régulateur 160 joue donc un rôle pour la régulation individuelle du courant électrique individuel de chaque panneau par rapport à la luminosité reçue par le panneau 11, qui peut être très variable en fonction de la position du soleil.
Une ligne filaire relie par exemple la sortie du panneau avec l'entrée du régulateur 160.
Comme pour le cas d'un aérogénérateur 20, la régulation individuelle de chaque panneau 11 pourra se faire selon différents modes, dont la régulation par table prédéfinie en pilotant le gain d'un amplificateur de sortie compris dans le régulateur 160 en fonction d'une table prédéfinie, ou par recherche de point de fonctionnement optimal permettant de s'affranchir des éventuelles variations des composants d'un panneau photovoltaïque par rapport à un panneau témoin, des conditions atmosphériques ou des effets d'ombrage qui peuvent influer sur la courbe de la puissance en fonction de la tension de la génératrice .
Un circuit pourra notamment être utilisé pour placer le panneau photovoltaïque 11 et l ' aérogénérateur à la même tension de sortie. En particulier chaque panneau 11 pourra notamment être connecté en parallèle à un convertisseur du 12V en 48V de manière à adapter la sortie en tension à la sortie en tension en 48V de l ' aérogénérateur .
Dans le cas d'une fleur qui combine un aérogénérateur 20 et plusieurs panneaux photovoltaïques 11, les courants générés individuellement par chacun des panneaux 11 iPh et par l ' aérogénérateur 20 is seront assemblées en parallèle.
Les courants générés individuellement par chacun des panneaux 11 iPh et par l ' aérogénérateur 20 is seront par exemple individuellement régulés puis seront sommés en parallèle en un courant IF en sortie de la fleur.
On pourra également envisager comme illustré à la figure 14, de réguler l ' aérogénérateur 20 et certains des panneaux photovoltaïques 11 avec un régulateur commun 1600, ce qui permettra de minimiser les coûts notamment. Avantageusement on pourra également envisager de réguler 1' aérogénérateur 20 et tous les panneaux photovoltaïques 11 avec un régulateur commun 1600.
En effet, la régulation de chacun des panneaux photovoltaïques (au rythme du soleil) ayant lieu sur une échelle de temps beaucoup plus longue que la régulation de l ' aérogénérateur (vent turbulent, besoin de recalculer fréquemment, temps d'échantillonnage court), la combinaison de ces systèmes de régulation sera avantageuse.
En pratique, comme illustré à la figure 12, les courants en sortie de chacun des panneaux photovoltaiques iph et en sortie de l ' aérogénérateur is pourront être transportés par des fils ou câbles contenus dans l'élément de liaison 13 reliant le support plan photovoltaïque à 1' aérogénérateur . Les fils transportant le courant généré par un panneau photovoltaïque pourront être guidés dans la portion horizontale 13' ' correspondante et les fils transportant le courant généré par l ' aérogénérateur 20 pourront être transportés par la portion verticale 13' .
Les différents fils pourront être connectés en parallèle sur le régulateur 1600. Les fils électriques pourront notamment être extraits de l'élément de liaison 13 par la base ouverte de l'élément de jonction 15. Les courants régulés seront ensuite transportés vers un boitier électrique 71 puis sommés dans le boitier électrique 71 en un courant fleur IF.
En variante non illustrée, les courants seront individuellement régulés puis sommés dans le boitier électrique 71 en un courant fleur IF.
En variante, les courants de l ' aérogénérateur et du panneau photovoltaïque ne seront pas préalablement sommés entre eux avant d'être associés à d'autres courants (comme cela pourra être le cas pour l'assemblage de plusieurs fleurs) .
En variante, le système pourra comprendre un deuxième aérogénérateur comme illustré à la figure 15. Le cas échéant, le deuxième aérogénérateur est identique au premier. Le deuxième aérogénérateur 90 comprend un deuxième bâti 21' et une deuxième turbine 91, la deuxième turbine 91 pouvant être soumise à une rotation par rapport au deuxième bâti 21', le deuxième aérogénérateur 90 comprenant également une deuxième génératrice 93, ladite deuxième génératrice 93 étant adaptée pour générer un courant électrique individuel fonction de la rotation de la deuxième turbine 91 par rapport au deuxième bâti 21' . La deuxième turbine 91 comprend une deuxième partie pâle 92 et une deuxième partie génératrice 93', la deuxième partie pâle 92 étant au-dessus de la deuxième partie génératrice 93' dans le sens vertical ascendant.
L'agencement des deux aérogénérateurs 20, 90 est donc tel que le deuxième aérogénérateur 90 est orienté dans le sens vertical descendant, opposé au sens vertical ascendant. L'agencement du premier aérogénérateur 20 par rapport au deuxième aérogénérateur 90 est tel que selon la direction verticale ascendante la première partie pâle 2 surmonte la première partie génératrice 3' qui surmonte la deuxième partie génératrice 93' qui surmonte la deuxième partie pâle 92.
Le deuxième aérogénérateur 90 est assemblé au premier aérogénérateur 20 par fixation du deuxième bâti 21' à l'élément de liaison 13. Le deuxième bâti 21' est par exemple fixé à la base de l'élément de jonction 15.
De telles fleurs 101 pourront notamment être assemblées sur des structures supports. La structure support comprend par exemple un bras horizontal au niveau de l'élément de liaison 13.
Les deux aérogénérateurs pourront être régulés par un seul régulateur commun. En variante ils pourront être régulés par deux régulateurs.
Plusieurs fleurs 101 pourront être assemblées en un assemblage 102 schématisé électriquement à la figure 16. On pourra notamment envisager l'utilisation d'un même régulateur pour plusieurs fleurs. Un régulateur dédié à chaque aérogénérateur permet cependant de prendre en compte des différences de vent en différents emplacements de l'ensemble. Ces différences de vent sont dues à l'écoulement local du vent du point de vue macroscopique, mais aussi à l'influence pour chaque aérogénérateur de la proximité de nombreux autres aérogénérateurs régulés chacun individuellement .
Dans un mode avantageux de réalisation, non limitatif, les courants de sortie de chacune des fleurs 101 seront sommés dans le but d'un stockage ou d'une réutilisation immédiate, comme illustré à la figure 16.
On pourra, en variante non illustrée, également envisager que la régulation soit commune à plusieurs fleurs 101, auquel cas ce seront les courants en sortie du régulateur pour plusieurs fleurs 101 qui seront sommés aux courants des autres fleurs 101. On pourra, en variante non illustrée, également envisager que la régulation soit commune à plusieurs aérogénérateurs.
Chaque fleur délivrant un courant régulé peut être schématisée électriquement par un générateur de courant IF. Les masses de chacune des fleurs sont reliées à une masse commune. Les générateurs de courant équivalents aux fleurs sont ainsi interconnectés comme illustré à la figure 13.
Un moyen de stockage de courant électrique 19 adapté pour récolter le courant électrique sommé, et pour le distribuer sous forme de puissance lors d'un besoin en consommation d'énergie, est connecté en sortie comme illustré à la figure 16. La somme des courants électriques fleurs IF obtenus est utilisée pour charger le moyen de stockage de courant électrique 19, tel qu'une batterie par exemple, qui assure la stabilisation en tension de l'assemblage de fleurs. La somme de tous les courants électriques fleurs IF multipliée par la tension aux bornes de la batterie 19 donne la puissance extractible de l'assemblage de fleurs. Chaque régulateur 16 est pourvu d'un limiteur de tension de sortie pour éviter une surcharge de la batterie 19. Il est par exemple prévu pour accepter une tension comprise entre 38 et 55 VDC.
L'assemblage 102 comprend en outre un contrôleur de décharge 17 assurant le contrôle de la décharge de la batterie 19 pour éviter une trop grande décharge de celle- ci, ainsi qu'un convertisseur continu/alternatif DC/AC 18. Ce contrôleur 17 alimente un convertisseur continu/alternatif DC/AC 18 pour obtenir une tension alternative directement compatible avec le secteur de l'utilisation. En variante, la batterie 19 pourrait être remplacée par un condensateur.
Une pluralité de fleurs 101 pourra notamment être montée sur une structure support. L'association d'une pluralité de fleurs et du support forme ainsi un ensemble 100. Les fleurs pourront notamment être connectées électriquement selon les différentes dispositions précédentes. Le mode d'association des courants (régulation commune ou pas, somme des courants au niveau de la fleur ou au niveau de plusieurs fleurs etc..) pourra en effet être l'un de ceux décrits précédemment, selon l'application souhaitée .
Un ensemble 100 comprendra une armature 110 comme support mécanique. Le support mécanique est notamment un support statique, pour supporter le poids des fleurs. L'armature 110 est également désignée pour supporter les efforts vibratoires liés aux contraintes vibratoires imparties par un ensemble de fleurs présentant des pièces tournantes à des fréquences de rotation différentes et variables dans le temps.
Les fils de sortie du courant issus de chacune des fleurs 20 pourront être portés par l'armature 110, à l'intérieur par exemple des tubes qui la constituent, comme illustré à la figure 17.
Nous allons ici décliner un exemple d'ensemble 100, de façon non limitative, d'autres types d'armature pouvant notamment être envisagées. La configuration de positionnement des fleurs de l'ensemble sera notamment optimisée selon l'application envisagée pour l'ensemble 100, pour limiter les effets d'écrantage entre les turbines 1 et les effets d'ombrage des panneaux photovoltaïques 11 et pour optimiser la captation du vent et la captation lumineuse .
Comme on l'aura compris de la description qui précède, l'ombrage évolue de manière continue au cours de la journée, selon la position du soleil, et varie également au cours de l'année, du fait du rythme saisonnier. L'écrantage évolue de manière imprévisible en fonction de l'écoulement d'air. On cherche de préférence à avoir un produit unique susceptible d'être efficace dans des conditions d' éclairement et de vent très différentes selon son emplacement. Un facteur facilement pris en compte à l'installation est une orientation de l'ensemble 100. L'ensemble sera donc conçu pour présenter de bonnes performances énergétiques, quelles que soient les conditions d'ensoleillement et d'écoulement de vent, et orienté de manière à optimiser ce niveau de performance.
Comme illustré à la figure 17, l'armature 110 pourra par exemple être constituée d'une pluralité de tubes creux centraux 111 s' étendant sensiblement verticalement, et supportés par une même base formant un « buisson ». L'armature 110 comprend également plusieurs tubes creux transversaux 112 s' étendant radialement sur une périphérie du tube creux central 111 et adaptés pour communiquer avec le tube creux central 111. Dans un mode de réalisation, chaque tube creux central 111 est surmonté d'une fleur, c'est-à-dire que la base de l'élément de jonction 15 sert de support à une fleur 101 qui est fixée à un tube creux de manière à faire communiquer ensemble leurs creux. La fleur 101 est positionnée à l'extrémité du tube creux central 111 qui est opposée à la base. L'élément de jonction 15 est en communication avec le tube creux central, les fils électriques issus de la fleur 101 étant guidés dans le tube creux central.
L'ensemble 100 peut de plus comprendre des aérogénérateurs dépourvus de support plan 201, c'est-à-dire n'étant pas associés à des supports, et qui ont des caractéristiques analogues ou différentes des aérogénérateurs compris dans les fleurs 101 et qui peuvent également être montés sur les tubes creux transversaux 112, de sorte que les fils électriques transportant le courant électrique généré par les aérogénérateurs dépourvus de support plan 201 sont transportés en sortie de l ' aérogénérateur dépourvus de support plan 201 par le tube creux latéral qui le porte. On prévoit par exemple, dans le cas où les aérogénérateurs dépourvus de support plan 201 sont identiques aux aérogénérateurs compris dans les fleurs 101, que la broche 21 centrale creuse, servant de support à un aérogénérateur dépourvus de support plan 201, puisse être solidarisée au tube creux transverse 112 en se fixant au tube creux de manière à faire communiquer ensemble leurs creux. Par exemple, des aérogénérateurs disposés sous des supports plans, et par conséquent à l'ombre, sont des aérogénérateurs dépourvus de support plan.
Les courants générés par les fleurs 101 et par les aérogénérateurs dépourvus de support plan 201 sont sommés en parallèle. Les fils électriques transportant le courant issus de la fleur 101 et de chacun des aérogénérateurs dépourvus de support plan 201 sont par exemple connectés à un boitier électrique qui contient des éléments de stockage (17, 18, 19) . Le boitier électrique pourra notamment être porté par la base de l'arbuste comme illustré à la figure 17.
Les fleurs de l'arbuste seront donc avantageusement placées à différentes positions verticales au-dessus de la base. En fonction des heures de la journée, chacun des supports photovoltaïques sera donc susceptible d'être ombragé par les autres pétales et par les aérogénérateurs aux centres des fleurs. Un tel effet d'ombrage sera notamment illustré par les figures 18a et 18b illustrant l'intensité lumineuse perçue par les panneaux photovoltaïques d'un ensemble 100, en fonction de leur position par rapport au soleil et aux autres éléments de l'ensemble 100 pour différentes heures de la journée. Ces figures illustrent notamment les effets d'écrantage par les aérogénérateurs et les supports à 8h du matin (figure 18a) et à 16h (figure 18b) .

Claims

REVENDICATIONS
1. Système de génération d'énergie (101) comprenant :
- un aérogénérateur (20) s' étendant selon un axe
(R) ,
- un support photovoltaïque (10),
- un panneau photovoltaïque (11),
Le support photovoltaïque (10) portant le panneau photovoltaïque (11),
ledit support photovoltaïque (10) étant assemblé à l ' aérogénérateur (20), le support photovoltaïque (10) et l ' aérogénérateur (20) étant agencés de sorte que, lorsque l'axe de l ' aérogénérateur (20) est parallèle à l'axe vertical (Z) , le panneau photovoltaïque (10) s'étend dans un plan d'extension incliné en s' éloignant de l ' aérogénérateur, d'un angle compris entre -30° et 0° par rapport au plan horizontal (X, Y) ,
l ' aérogénérateur (20) comprenant un bâti (21) et une turbine (1),
la turbine (1) comprenant une partie pâle (2) ayant une extension selon l'axe (R) entre une extrémité inférieure et une extrémité supérieure,
la turbine (1) pouvant être soumise à une rotation par rapport au bâti (21) par entraînement par le vent de la partie pâle (2 ) ,
l ' aérogénérateur (20) comprenant également une génératrice (3) , ladite génératrice (3) étant adaptée pour générer un courant électrique individuel fonction de la rotation de la turbine (1) par rapport au bâti (21),
le support photovoltaïque (10) étant situé, selon l'axe vertical (Z), en dessous de la partie pâle (2) de l ' aérogénérateur (20) dans le sens vertical ascendant, une distance entre l'extrémité inférieure de la partie pâle (2) et le support photovoltaïque (10) étant inférieure à la moitié de l'extension de la partie pâle (2) ,
le support photovoltaïque (10) comprenant une première face orientée vers le haut et une deuxième face orientée dans le sens opposé,
l'au moins un panneau photovoltaïque (11), adapté pour fournir un courant électrique individuel, étant porté par la première face.
2. Système selon la revendication 1 ayant une envergure comprise entre 1 mètre et 1.5 mètre.
3. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 2 comprenant, pour chaque aérogénérateur (20), plusieurs supports photovoltaïques (10), et plusieurs panneaux photovoltaïques (11), au moins deux desdits supports photovoltaïques (10) portant chacun au moins un panneau photovoltaïque (11), chaque panneau photovoltaïque (10) s' étendant dans un plan d'extension incliné en s' éloignant de l ' aérogénérateur, d'un angle compris entre - 30° et 0° par rapport au plan horizontal (X, Y), les supports photovoltaïques (10) étant situés selon l'axe vertical (Z) en dessous de la partie pâle (2) dans le sens ascendant, lesdits supports photovoltaïques (10) s' étendant radialement depuis l ' aérogénérateur (20) chacun selon une direction différente d'un plan horizontal.
4 Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 comprenant également, pour ledit au moins un aérogénérateur, au moins un support simple (12) dépourvu de panneau photovoltaïque, l'au moins un support simple (12) étant assemblé à l ' aérogénérateur (20), l'au moins un support simple (12) est agencé par rapport à l ' aérogénérateur de sorte que lorsque l'axe (R) de l ' aérogénérateur (20) est parallèle à l'axe vertical (Z) , le support simple (12) s'étend dans un plan d'extension incliné en s' éloignant de l ' aérogénérateur, d'un angle compris entre -30° et 0° par rapport au plan horizontal (X, Y), l'au moins un support simple (12) comprenant une première face orientée vers le haut et une deuxième face orientée dans la direction opposée,
Le support simple (12) étant situé selon l'axe vertical (Z) en dessous de de la partie pâle (2) dans le sens ascendant,
lesdits supports simple et photovoltaïques (10, 12) s'étendant radialement depuis l ' aérogénérateur (20), chacun dans une direction différente d'un plan horizontal.
5. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 pour lequel chaque support (10, 12) est sensiblement plan, la première face et la deuxième face dudit support (10, 12) étant chacune sensiblement parallèle au plan d'extension dudit support.
6. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 comprenant également un élément de liaison (13) adapté pour solidariser chaque support (10, 12) à l ' aérogénérateur (20), l'élément de liaison (13) comprenant une portion verticale (13') s'étendant sensiblement verticalement entre une première extrémité (130) de l'élément de liaison, ladite première extrémité (130) étant solidarisée au bâti (21) de l ' aérogénérateur (20) et une deuxième extrémité (131) de l'élément de liaison, et comprenant également au moins une portion horizontale (13'') s'étendant radialement depuis une paroi latérale de la portion verticale (13') proche de sa deuxième extrémité (131), le nombre de portions horizontales (13'') étant le même que le nombre de supports (10, 12), chaque portion horizontale (13'') étant reliée, par une extrémité opposée à la portion verticale (13'), à la face orientée dans la direction opposée d'un support (10, 12) respectif.
7. Système selon l 'une quelconque des revendications 1 à 6 comprenant deux supports photovoltaïques (10), chaque support photovoltaïque (10) étant plan, chaque support photovoltaïque portant deux panneaux photovoltaïques (11) placés adjacents sur le support photovoltaïque (10), les deux supports photovoltaïques (10) occupant un angle dans le plan horizontal compris entre 60 ° et 180° et préfèrentiellement compris entre 80° et 120° autour du premier aérogénérateur (20) .
8. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 comprenant trois supports photovoltaïques (10), chaque support photovoltaïque (10) étant plan, chaque support photovoltaïque (10) comportant deux panneaux photovoltaïques (11) placés adjacents sur ledit support photovoltaïque (10), les supports photovoltaïques (10) angulairement les plus éloignés dans le plan horizontal autour du premier aérogénérateur (20) sont séparés par un angle compris entre 180° et 270° et préfèrentiellement compris entre 230° et 250°.
9. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel l ' aérogénérateur est un premier aérogénérateur (20), la turbine est une première turbine (1), la génératrice est une première génératrice (3), le bâti est un premier bâti (21), la partie pâle (2) est une première partie pâle
le système comprenant en outre un deuxième aérogénérateur (90) s'étendant selon un deuxième axe (R' ) , le deuxième aérogénérateur (90) comprenant un deuxième bâti (21') et une deuxième turbine (91), la deuxième turbine (91) étant mobile en rotation par rapport au deuxième bâti (21'), le deuxième aérogénérateur (90) comprenant également une deuxième génératrice (93), ladite deuxième génératrice (93) étant adaptée pour générer un courant électrique individuel fonction de la rotation de la deuxième turbine (91) par rapport au deuxième bâti (21'),
la deuxième turbine (91) comprenant une deuxième partie pâle ( 92 ) .
10. Système selon la revendication 9 dans lequel le deuxième axe (R' ) est parallèle et dans le sens opposé au premier axe (R) .
11. Système selon les revendications 6 et 10 dans lequel le deuxième aérogénérateur (90) est assemblé au premier aérogénérateur (20) par fixation du deuxième bâti (21') à l'élément de liaison (13) .
12. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 dans lequel l'ensemble des courants électriques individuels, crées par chaque aérogénérateur (20, 90) et par chaque panneau photovoltaïque (11), est collecté en parallèle.
13. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 12 comprenant également un régulateur commun (1600) adapté pour réguler au moins à la fois le courant électrique individuel issu du premier aérogénérateur (20) et un courant électrique individuel issu de l'un des panneaux photovoltaïques (11) .
14. Système selon la revendication 13 dans lequel le régulateur (1600) est un régulateur de puissance adapté pour réguler chaque courant individuel de manière à délivrer chaque courant électrique individuel avec une certaine puissance prédéterminée.
15. Assemblage de systèmes (102) comprenant une pluralité de systèmes (101) selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, dans lequel les courants électriques issus de chaque système (101) sont assemblés en parallèle, le courant électrique (iF) collecté pour chaque système étant extrait du système par au moins un câble électrique.
16. Assemblage selon la revendication 15 comprenant en outre un moyen de stockage (19) desdits courants électriques (iF) ainsi collectés, le moyen de stockage (19) étant relié à chaque système (101) par l'au moins un câble électrique, ledit moyen de stockage (19) étant adapté pour décharger lesdits courants collectés.
17. Assemblage selon la revendication 16, comprenant en outre un contrôleur de décharge (17), le contrôleur de décharge contrôlant la décharge du moyen de stockage de courant électrique (19).
18. Ensemble (100) comprenant une pluralité de systèmes selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, ou un assemblage de systèmes selon l'une quelconque des revendications 15 à 17, et comprenant, en outre, une armature (110) formant support pour les systèmes (101) .
19. Ensemble selon la revendication 18, dans lequel l'armature comprend une pluralité de structures creuses assemblées entre elles, et dans lequel des câbles électriques s'étendent à l'intérieur des structures creuses .
20. Ensemble selon l'une des revendications 18 à
19, dans lequel l'armature (110) comporte une pluralité de tubes creux centraux (111) s' étendant chacun selon une direction principale depuis une base, l'ensemble comprenant le même nombre de systèmes (101) que le nombre de tubes creux centraux (111), chaque tube creux central (111) ayant une extrémité supérieure opposée à la base, un système (101) étant positionné à ladite extrémité supérieure de chaque tube creux central (111), l'axe R d'extension étant sensiblement parallèle audit tube creux.
21. Ensemble selon la revendication 20 comprenant également, pour chaque tube creux central (111), une pluralité de tubes creux transversaux (112) répartis sur une périphérie dudit tube creux central (111), les tubes creux transversaux (112) ayant différentes positions le long du tube creux central (111), et s'étendant à partir dudit tube creux central (111) radialement vers l'extérieur, l'ensemble comprenant également une pluralité d' aérogénérateurs dépourvus de support plan (201), chaque aérogénérateur dépourvu de support plan étant fixé sur un tube creux transversal (112) de sorte que chaque tube creux transversal porte au plus un aérogénérateur dépourvu de support plan (201) qui s'étend selon la direction du tube creux central (111) qui le porte.
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