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BE1031007B1 - Ensemble générateur d'électricité - Google Patents

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BE1031007B1
BE1031007B1 BE20235482A BE202305482A BE1031007B1 BE 1031007 B1 BE1031007 B1 BE 1031007B1 BE 20235482 A BE20235482 A BE 20235482A BE 202305482 A BE202305482 A BE 202305482A BE 1031007 B1 BE1031007 B1 BE 1031007B1
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electricity
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Eugène DECKERS
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Deckers Eugene
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Abstract

La présente invention concerne un ensemble générateur d’électricité à partir de plusieurs sources d’énergie renouvelable comportant une éolienne associée à au moins une machine tournante générant de l’électricité, éolienne qui à son tour comporte une roue à aubes (1) qui est montée sur un arbre de rotation (7) et qui est associée à un concentrateur de vent (20) au moins partiellement annulaire, éventuellement réglable en position, qui comporte des parois de guidage (25) éventuellement réglables agencées autour de ladite roue à aubes (1), entre deux plateaux annulaires opposés (31,33), essentiellement perpendiculairement à ceux-ci, et la surface intérieure (35) du plateau annulaire (31) exposée au soleil et/ou les surfaces exposées au soleil des parois de guidage (25) du concentrateur (20) étant au moins partiellement recouvertes de cellules photovoltaïques (36,26).

Description

1 BE2023/5482
Ensemble générateur d’électricité
[0001] La présente invention est relative à un ensemble générateur d’électricité à partir de diverses sources d’énergie renouvelable.
[0002] La génération d’énergie électrique à partir de sources d’énergies renouvelables est un domaine qui concentre énormément d'efforts ces dernières années. Dans le cadre des machines rotatives permettant de générer du courant électrique à l’aide du vent, on distingue les éoliennes à axe de rotation parallèle à la direction du vent et les éoliennes à axe de rotation transversale, de préférence essentiellement perpendiculaire , à la direction du vent qui l’anime. Si les premières sont de plus en plus grandes, peuvent de nos jours générer jusqu’à plus de 300 MW et sont parfois regroupées en champs de plusieurs dizaines de machines, notamment en haute mer, les deuxièmes ont connu un essor moins important mais ont néanmoins tout leur intérêt dans de plus petites installations.
[0003] Parmi les éoliennes à axe de rotation perpendiculaire à la direction du vent, on connaît notamment les roues à aubes. La roue à aubes peut être associée à un concentrateur de vent au moins partiellement annulaire, éventuellement réglable en position, qui comporte des parois de guidage éventuellement réglables agencées autour de la roue à aubes, entre deux plateaux annulaires et qui servent à guider et concentrer le vent avant qu’il n’impacte les aubes de la roue à aubes, et éventuellement à faciliter la sortie des vents après avoir entrainé la roue à aubes. On citera notamment WO2004/063565 ou WO2004/018872 ou encore WO2012/026879. Pour des roues à aubes associées à un concentrateur de vent, on se réfèrera aussi aux documents suivants :
US5380149, US2012/025870, WO2010/098656, FR3046817, WO2017/081496 et BE-1029739-B1.
[0004] On connaît aussi les panneaux photovoltaïques qui transforment l’énergie lumineuse en énergie électrique. De nombreuses surfaces de toitures en sont aujourd’hui pourvues.
[0005] La présente invention vise à fournir un ensemble générateur d’électricité à partir de plusieurs sources d’énergies renouvelables.
[0006] Selon l’invention, l’ensemble générateur d’électricité à partir de plusieurs sources d'énergie renouvelable comporte une éolienne qui à son tour comporte une roue à aubes qui est
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2 BE2023/5482 montée sur un arbre de rotation et qui est associée à un concentrateur de vent au moins partiellement annulaire, éventuellement réglable en position, qui comporte des parois de guidage éventuellement réglables agencées autour de ladite roue à aubes, entre deux plateaux annulaires opposés, essentiellement perpendiculairement à ceux-ci, et la surface intérieure du plateau annulaire exposée au soleil et/ou les surfaces exposées au soleil des parois de guidage du concentrateur étant au moins partiellement recouvertes de cellules photovoltaïques.
[0007] Les éléments ou plateaux annulaires peuvent présenter diverses formes. Ils peuvent être plans ou l’un au moins présenter une paroi ou surface intérieure s’écartant du plan de symétrie de la roue à aubes en s’éloignant de l'axe de symétrie de l’élément ou plateau annulaire. Cet agencement permet d’augmenter la concentration du vent entrant ou, exprimé différemment, d'augmenter la vitesse du vent en direction des aubes de la roue à aubes, et ainsi d’augmenter la puissance et d'améliorer les performances de celle-ci dans la production électrique.
[0008] Selon une forme d’exécution, ladite surface intérieure d’un plateau annulaire est essentiellement plane. Dans ce cas, elle forme une surface tronconique sur le pourtour de la roue à aubes. Selon une autre forme d’exécution, elle peut être courbe, à la manière d’un pavillon de trompette. Dans les deux cas, on crée sur le pourtour de la roue à aubes des cellules ayant une section de captage de vent significativement accrue par rapport à la section de passage du vent dans la roue aubes. La section de captage est aussi accrue par rapport à la section de captage d’un concentrateur connu ayant des surfaces externes essentiellement ou approximativement dans le plan des surfaces externes de la roue à aubes.
[0009] La combinaison de la génération électrique par la machine tournante et de la génération électrique par cellules photoélectriques selon l’invention permet d’accroître la production électrique d’une machine donnée. L’agencement selon l’invention est efficace puisqu'il s’approvisionne de deux sources énergétiques renouvelables, le vent et le soleil. On sait que la plupart du temps l’une des deux sources est opérationnelle lorsque l’autre ne l’est pas ou moins et, de ce fait, la période de fonctionnement ou de génération d’énergie électrique de l’ensemble générateur d’électricité de l'invention est accrue.
[0010] La roue à aubes peut être agencée horizontalement (l’axe étant essentiellement vertical) ou verticalement (l’axe étant essentiellement horizontal). Dans les deux cas, l’axe ou arbre de rotation est avantageusement essentiellement perpendiculaire à la direction du vent.
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3 BE2023/5482
[0011] La roue à aubes peut avantageusement être associée à au moins une machine tournante génératrice de courant électrique. Selon une forme d’exécution avantageuse, ladite au moins une machine génératrice électrique est montée sur l’arbre de la roue à aubes.
[0012] Selon une autre forme d’exécution avantageuse, une machine tournante génératrice électrique est montée sur l’arbre de la roue à aubes de chaque côté de celle-ci. Cet agencement permet d’équilibrer au mieux les charges et/ou sollicitations agissant sur l’arbre de la roue à aubes et ainsi de réduire l’usure des paliers et roulements entrainant des frictions et réduisant ainsi le rendement de la machine.
[0013] Selon une forme d’exécution avantageuse, plusieurs roues à aubes sont montées sur un même arbre de rotation et une machine tournante génératrice d'électricité est montée à chacune des deux extrémités de l’arbre de rotation et éventuellement entre deux roues à aubes. Un tel ensemble générateur d’électricité permet de regrouper avantageusement plusieurs roues à aubes sur un même axe de rotation de façon bien équilibrée et de produire du courant électrique avec de bons rendements.
[0014] Un tel ensemble générateur d’électricité peut être agencé dans une structure de support surmontée d’une toiture. Cette dernière peut être formée par ou couverte de panneaux photovoltaïques. Cet ensemble générateur d’électricité est particulièrement efficace.
[0015] Il est bien entendu que dans le cadre de la présente invention, les termes « vertical » et « horizontal » au singulier et au pluriel ont la signification habituelle, l’objet étant en position normale de montage et/ou d'utilisation. De façon similaire, lorsqu’on parle de surface exposée au soleil, on entend les surfaces exposées au soleil lorsque l’objet est en position normale d'utilisation.
[0016] Si l’objet de l'invention est bien tel que décrit ci-dessus, il ne concerne pas les parois de guidage ou aubes, ni leur position, ni leur forme, ni leur constitution. L'homme de l’art est certes en mesure de sélectionner les aubes de la roue à aubes ainsi que les parois de guidage du concentrateur de vent, selon les besoins de l’installation à construire.
[0017] L'invention est décrite plus en détails dans l’exemple ci-dessous, à l’appui des figures dans lesquelles : - La Figure 1 est une vue schématique en coupe transversale d’un ensemble générateur d'électricité selon l’invention, perpendiculairement à l’axe de rotation de la roue à aubes ; et
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4 BE2023/5482 - La Figure 2 est une vue explosée d’un ensemble générateur d'électricité selon l'invention; et - La Figure 3 est une vue en perspective d’une variante d'exécution avantageuse d’un ensemble générateur d'électricité selon l’invention comportant plusieurs roues à aubes.
[0018] Dans les figures, les mêmes repères de référence se rapportent à des éléments identiques ou similaires. Il est bien entendu que les figures sont schématiques et servent uniquement à la bonne compréhension et à illustrer la présente description sans pour autant servir à limiter la portée de l’invention.
[0019] La représentation schématique de la figure 1 montre clairement une roue à aubes 1 classique comportant des aubes 3 réparties uniformément angulairement autour de l’axe de rotation 5. En référence à la figure 2, il apparaît clairement que la roue à aubes 1 est montée sur un arbre 7 qui matérialise l’axe de rotation 5. On peut prévoir plusieurs, notamment deux génératrices électriques 11 et 13 sur ce même arbre 7. Sur le pourtours de la roue à aubes 1 est agencé un concentrateur de vent 20. Dans l’exemple représenté, ledit concentrateur de vent 20 est fixe et comporte des parois de guidage 25. Selon l’exemple, celles-ci sont fixes également, toutes orientées de la même manière et uniformément réparties sur la périphérie de la roue à aubes 1, donc angulairement autour de l’axe de symétrie 5 du concentrateur de vent 20. On peut néanmoins prévoir des parois de guidage orientables en fonction de la direction du vent impactant, par exemple.
En variante, on peut prévoir que le concentrateur de vent 20 soit orientable. Comme on peut le voir à la figue 2, les parois de guidage 25 du concentrateur de vent 20 sont agencées entre deux éléments annulaires ou plateaux annulaires opposées 31 et 33, essentiellement perpendiculairement à ceux-ci, deux plateaux annulaires 31,33 qui présentent une surface intérieure 35,37 respectivement, qui s’écartent du plan de symétrie 43 de la roue à aubes 1 en s’éloignant de l’axe de symétrie 5 dudit plateau annulaire 31,33. Les surfaces ou parties de surface intérieure 35 exposées au soleil du plateau annulaire inférieur 31 peuvent être équipées ou revêtues au moins partiellement de cellules photovoltaïques 36. De même les surfaces exposées au soleil des parois de guidage 25 peuvent être équipées ou revêtues au moins partiellement de cellules photovoltaïques 26. Il est bien entendu que l’homme du métier choisira les surfaces exposées au soleil en fonction de l’orientation de l’ensemble par rapport au soleil.
[0020] L’agencement selon l'invention permet de concentrer le vent entrant en direction des aubes, notamment d'augmenter la vitesse du vent à l’entrée de la roue à aubes, et ainsi d’augmenter la puissance et d’améliorer les performances de celle-ci, pour une plus grande production électrique.
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Selon les conditions climatiques et de lumière, la fourniture d’électricité produite par la partie éolienne est complétée ou remplacée par la fourniture d'électricité générée par les cellules photovoltaïques. 5 [0021] On notera que dans les représentations, notamment des figures 1 et 2, l’axe de rotation 5 de la roue à aubes 1 est vertical. Il est bien entendu et clair pour l’homme du métier qu’elle peut aussi être horizontale ou présenter toute autre orientation. De toute manière, cet axe 5 reste essentiellement perpendiculaire à la direction du vent 50.
[0022] Dans la forme d’exécution représentée, ladite surface intérieure 35,37 d’un plateau annulaire 31,33 est essentiellement plane. Elle forme donc une surface tronconique sur le pourtour de la roue à aubes 1. En variante, elle peut être courbe, à la manière d’un pavillon de trompette.
Dans les deux cas, on crée sur le pourtour de la roue à aubes des cellules ayant une section de captage de vent significativement accrue par rapport à la section de passage du vent dans la roue à aubes et on concentre ainsi le vent sur les aubes de la roue à aubes 1.
[0023] La figure 3 montre qu'il est avantageux d’assembler plusieurs ensembles générateurs électriques décrits ci-dessus sur un même arbre 7 afin de former un ensemble générateur d'électricité comportant deux, trois ou plus de roues à aubes 1 associées à une ou plusieurs machines tournantes génératrices électriques 11. A la figure 3, on a représenté une génératrice électrique à chaque extrémité de l’arbre 7 et deux génératrices entre deux roues à aubes 1. Selon une forme d'exécution avantageuse, on peut prévoir une seule génératrice électrique entre deux roues à aubes.
Cet type d’agencement permet de construire un ensemble générateur d’électricité efficace et compacte, d’autant plus que l’on peut loger les génératrices électriques 11,13 dans l’espace créé par la forme donnée aux plateaux annulaires supérieur 33 et inférieur 31 du concentrateur de vent 20.
[0024] Comme on peut encore le distinguer dans les figures 2 et 3, ledit ensemble générateur d'électricité peut être agencé dans une structure de support 60, éventuellement surmontée d’une toiture 61. Il est bien entendu que l’arbre et d’autres éléments de l’ensemble demandent à être sécurisés d’une manière ou d’une autre. Ladite toiture 61 est avantageusement formée ou couverte par des panneaux photovoltaïques 63. La structure de support peut fixer les plateaux ou éléments annulaires 31,33 et éventuellement les parois de guidage 25.
[0025] En plus de l’avantage susmentionné, la structure de support permet de rigidifier l’ensemble et, de ce fait, d’accepter des vents à haute vitesse, contrairement aux éoliennes à axe
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6 BE2023/5482 parallèle à la direction du vent qu’il y a lieu d’arrêter à partir d’une vitesse de vent de l’ordre de 90 km/h.
[0026] Par ailleurs, la structure de support 60 permet de superposer ou juxtaposer plusieurs ensembles, comme montré à la figure 3.
[0027] A titre d’exemple, un ensemble à une seule roue à aubes, selon l’invention, ayant un diamètre d’env. 20 m peut offrir env. 1000 m? de cellules photovoltaïques et comporter deux génératrices. En variante, une tour de 30 m de diamètre comportant trois étages, donc trois ensembles, telle que représentée à la figure 3, peut offrir env. 2500 m° de cellules photovoltaïques et comporter jusqu’à 6 génératrices.
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Claims (10)

7 BE2023/5482 Revendications
1. Ensemble générateur d'électricité comportant une éolienne associée à au moins une machine tournante générant de l’électricité (11,13), éolienne qui à son tour comporte une roue à aubes (1) qui est montée sur un arbre de rotation (7) et qui est associée à un concentrateur de vent (20) au moins partiellement annulaire, éventuellement réglable en position, qui comporte des parois de guidage (25) éventuellement réglables agencées autour de ladite roue à aubes (1), entre deux plateaux annulaires opposés (31,33), essentiellement perpendiculairement à ceux-ci, et la surface intérieure du plateau annulaire (35) exposée au soleil et/ou les surfaces exposées au soleil des parois de guidage (25) du concentrateur de vent (20) étant au moins partiellement recouvertes de cellules photovoltaïques (26,36).
2. Ensemble générateur d’électricité selon la revendication 1 caractérisé en ce que la surface intérieure (35,37) d’un plateau annulaire (31,33) est essentiellement plane.
3. Ensemble générateur d’électricité selon la revendication 1 caractérisé en ce que la surface intérieure (35,37) d’un plateau annulaire (31,33) est courbe, à la manière d’un pavillon de trompette.
4. Ensemble générateur d’électricité selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite au moins une machine tournante génératrice d’électricité (13) est montée sur l’arbre (7) de la roue à aubes (1).
5. Ensemble générateur d’électricité selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’une machine tournante génératrice d’électricité (13) est montée sur l’arbre de la roue à aubes (1) de chaque côté de celle-ci.
6. Ensemble générateur d’électricité selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la roue à aubes (1) est agencée horizontalement.
7. Ensemble générateur d’électricité selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la roue à aubes (1) est agencée verticalement. Deckers 02
8 BE2023/5482
8. Ensemble générateur d’électricité selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs éoliennes montées sur un même arbre (7) ou axe de rotation (5).
9. Ensemble générateur d’électricité selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est surmonté d’un toit (61), de préférence recouvert de panneaux photovoltaïques (63).
10. Ensemble générateur d'électricité selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est agencé dans une structure de support (60). Deckers 02
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