Charges de Décharge et Charges de Diversion
Une Charge de Décharge, également connue sous le nom de charge de diversion ou charge fictive, est couramment utilisée dans les systèmes éoliens et les petits systèmes hydroélectriques pour “divertir” (d’où son nom) l’excès de puissance lorsque les batteries sont pleines dans un système autonome, car toute l’énergie électrique excédentaire générée n’a nulle part où aller.
La fonction de tout régulateur de charge solaire est de réguler et de contrôler la charge d’une batterie, ou de plusieurs batteries, afin d’empêcher une surcharge et d’endommager ces dernières. Le régulateur de charge doit déconnecter le flux de courant de charge provenant d’un dispositif de génération d’énergie solaire, éolienne ou hydraulique et détourner toute l’énergie excédentaire vers une charge secondaire connectée de manière externe, comme un élément de résistance ou de chauffage d’eau. En gros, une charge de décharge est l’endroit où l’excès d’énergie non désirée est envoyé.
Pourquoi une Charge de Décharge est-elle Nécessaire
Dans un système solaire photovoltaïque, lorsque les batteries de stockage sont complètement chargées, le régulateur de charge peut simplement déconnecter les panneaux photovoltaïques pour empêcher d’autres courants de charge d’endommager les batteries. Une autre raison de prêter attention à la tension à circuit ouvert, VOC, des panneaux photovoltaïques.
Cependant, les générateurs d’éoliennes (WTG), qu’ils soient verticaux ou horizontaux, sont conçus pour fonctionner sous certaines conditions de charge. Ainsi, pour un générateur éolien autonome hors réseau (ou un générateur hydroélectrique), il doit y avoir une méthode de contrôle de la vitesse de la machine électrique si les batteries sont pleines et que le vent continue de souffler. Une charge électriquement connectée maintient le générateur éolien dans sa plage de fonctionnement conçue.
Si un générateur d’éolienne (WTG) est autorisé à tourner dans le vent avec les batteries déconnectées, il commencera à tourner à des vitesses très élevées car il fonctionne sans aucune charge connectée pour servir de frein électrique. Cette condition de sur-vitesse peut causer des dommages mécaniques à l’éolienne, car elle pourrait potentiellement se détruire.
De plus, si le régulateur de charge décide alors de reconnecter l’éolienne aux batteries alors qu’elle tourne à grande vitesse, un choc mécanique pour l’éolienne peut survenir en raison de la diminution soudaine de la vitesse de rotation. Ainsi, les éoliennes sont conçues pour fonctionner sous des conditions de charge.
Il existe trois méthodes courantes pour contrôler la vitesse de rotation d’un générateur d’éolienne. (1) décharger mécaniquement le vent des pales en changeant leur angle de pas. (2) utiliser un frein mécanique pour arrêter la rotation des turbines à grande vitesse. Ou (3) utiliser un type de charge électrique sous la forme d’une charge de décharge pour agir comme un frein électrique. Il est clair que la troisième option est la moins coûteuse.
Pour un petit système de génération autonome, l’énergie générée dépend de la disponibilité de la source, que ce soit le vent ou l’eau. Ainsi, toute variation de la demande en électricité par l’utilisateur ou par les batteries doit être contrôlée par le régulateur de charge à l’aide d’une charge résistive. Une charge de décharge ou une charge de diversion n’est rien d’autre qu’un élément de résistance électrique correctement dimensionné pour gérer la pleine capacité de génération d’un système d’énergie éolienne (ou hydraulique).
Comment Fonctionne une Charge de Décharge
Comme indiqué précédemment, dans un système d’énergie éolienne, les générateurs d’éoliennes sont couramment utilisés pour charger des batteries ou réinjecter l’énergie électrique dans le réseau électrique. Le régulateur de charge de décharge est essentiellement un dispositif de détection de tension à état solide qui surveille constamment la tension aux bornes d’une batterie ou d’une banque de batteries connectée pour déterminer son niveau d’état de charge.
Pour une seule batterie de cycle profond de 12,7 volts, lorsque sa tension aux bornes atteint environ 14,4 volts, elle est considérée comme “pleinement chargée”, ainsi le régulateur de charge détecte ce niveau de tension et déconnecte l’éolienne pour empêcher une surcharge et des dommages. En même temps, le régulateur de charge redirige la puissance de sortie de l’éolienne vers la charge de décharge connectée, ce qui maintient le générateur éolien en rotation à une vitesse constante.
Maintenant, une fois que la tension de la banque de batteries tombe sous 12 volts (environ 50 % de capacité), le régulateur de charge le détecte également et reconnecte l’alimentation provenant du générateur d’éolienne pour charger la batterie. Ce cycle de connexion et de déconnexion des batteries et de la charge de décharge est répété au besoin pour éviter la surcharge de la batterie et maintenir le générateur turbine toujours en fonctionnement sous charge.
Notez que les systèmes sans batterie raccordés au réseau (éolien ou hydraulique) utiliseront le réseau électrique connecté comme leur charge de décharge, renvoyant toute l’énergie excédentaire dans le réseau de l’utilitaire. Pour les turbines hydrauliques ou micro-hydrauliques hors réseau, elles auront toujours besoin d’un moyen de décharger l’énergie excédentaire lorsque les batteries sont pleines ou lorsque les charges domestiques sont réduites.
Calcul de la Valeur Résistive
Maintenant que nous savons qu’une charge de décharge ou de diversion résistive est utilisée pour convertir l’énergie électrique excédentaire en une forme d’énergie plus utile, communément la chaleur, examinons le calcul de la valeur résistive requise pour une résistance de charge de décharge, ou un élément heating équivalent.
Supposons pour notre exemple simple que nous souhaitons acheter le Générateur d’éolienne YeaMarine sur Amazon pour charger plusieurs batteries connectées ensemble afin de créer une banque de batteries de 12 volts. Quelle valeur de charge de décharge nous faudra-t-il pour cette turbine ?
La loi d’Ohm nous dit que la puissance électrique est égale à la tension multipliée par l’intensité. C’est-à-dire : P = V x I. Les spécifications de la turbine éolienne sélectionnée chez YeaMarine indiquent qu’elle possède un générateur de 400 watts et 12 volts. Cela serait idéal pour charger notre banque de batteries de 12 volts à 14.4 volts.
La charge de décharge doit être capable de décharger la puissance maximale disponible de la turbine éolienne. La tension maximale de notre banque de batteries est à peu près celle d’une batterie de 12 volts complètement chargée, soit 14.4 volts. Les ampères constituent le courant électrique produit par la Turbine YeaMarine à pleine vitesse :
Amps = Puissance/Tension = P/V = 400/14.4 = 27.8 Ampères
Ensuite, la charge de décharge résistive doit être suffisamment grande pour supporter le courant de sortie complet de 27.8 ampères de la turbine, mais pas si grande qu’elle dépasse la capacité de courant de la turbine générateur ou du régulateur de charge.
Pour cet exemple, nous allons utiliser une Résistance tubulaire Uxcell 2 Ohm, encore de chez Amazon, comme notre résistance de charge de décharge sélectionnée. Cette résistance à valeur fixe a une puissance nominale de 100 watts et une valeur de résistance de 2.0 ohms. En utilisant à nouveau la loi d’Ohm, nous pouvons calculer combien de courant cette résistance passera en toute sécurité.
Amps = Voltages/Resistance = V/R = 14.4/2 = 7.2 Ampères
Par conséquent, 7.2 ampères circuleront à travers l’une de ces résistances de charge de décharge. Cependant, notre système de charge de décharge doit être capable de supporter 27.8 ampères, donc nous devons câbler ou connecter ces résistances de 100 Watts ensemble en parallèle afin que le courant de décharge soit cumulatif.
Le courant total que nos résistances de charge de décharge connectées en parallèle doivent consommer est égal à : 27.8/7.2 = 3.9 résistances. Par conséquent, nous devons câbler quatre de ces résistances Uxcell 2.0 Ohm à fil enroulé en parallèle pour nous donner la capacité de 400 Watts requise pour la charge de décharge.
Circuit de Charge de Décharge
Juste pour confirmer, quatre résistances de 2.0 Ohm en parallèle donneront une résistance combinée de : 1/(2-1 + 2-1 + 2-1 + 2-1) = 0.5 Ohms. Comme la puissance électrique est égale à I2*R, alors 27.82 x 0.5 = 386 watts, et dans notre limite de 400 watts. Ensuite, le même processus de calcul du nombre d’éléments résistifs requis peut être utilisé pour tout système de turbine éolienne et de banque de batteries.
Les charges de décharge ou de diversion sont un moyen pratique de détourner ou de dériver l’énergie électrique excédentaire qui pourrait autrement endommager un système d’énergie renouvelable une fois que les batteries sont pleines. Alors, tout ce qui a un élément résistif est idéal comme charge de décharge, car il peut supporter une grande quantité de puissance électrique. Mais, en plus des résistances à forte puissance, les éléments d’immersion dans les chauffe-eaux font également d’excellentes charges de décharge.
Élément de Chauffage d’Eau en Charge de Diversion
Les charges de décharge résistives sont simples et faciles à concevoir, mais sont également quelque peu gaspilleuses car elles prennent l’électricité excédentaire et la convertissent en chaleur qui est ensuite dissipée dans l’air environnant. Une autre option plus utile consiste à utiliser l’électricité excédentaire pour chauffer l’eau.
En utilisant un chauffe-eau électrique ordinaire, l’élément chauffant à courant alternatif régulier peut être remplacé par un élément chauffant à courant continu (CC) spécial. L’énergie excédentaire déviée par le régulateur de charge chauffe l’eau dans le réservoir, réduisant ainsi la puissance utilisée du réseau à courant alternatif.
Élément de Chauffage d’Eau
Le chauffage d’eau en CC est une idée relativement nouvelle comme moyen hors réseau de chauffer l’eau à l’aide de puissance hydraulique ou éolienne. Des réservoirs d’eau isolés et de vieux radiateurs à stockage électrique peuvent être utilisés comme réservoirs de préchauffage avec des éléments à 12, 24 ou 48 volts CC en tant que charges de décharge jusqu’à plusieurs kilowatts de puissance.
Cependant, tout chauffe-eau à résistance électrique utilisé comme charge de décharge doit être électriquement dimensionné pour gérer la pleine capacité de génération de la turbine éolienne ou micro-hydraulique pour garder la turbine entièrement chargée en permanence et maintenir la charge combinée constante.
Après tout, moins il y a de charges électriques allumées dans la maison, plus la charge de décharge sera “ON”, car toute variation de la demande en électricité est contrôlée par l’élément de charge de décharge résistif qui la dissipe sous forme de chaleur. Après tout, qui n’a pas parfois besoin d’eau chaude.
Résumé du Tutoriel sur les Charges de Décharge
Nous avons vu ici dans ce tutoriel que les charges de décharge ou de diversion offrent un endroit pour que l’excès d’énergie électrique soit déversé ou détourné une fois que les batteries sont complètement chargées dans un système hors réseau. Les charges de décharge telles que les résistances, les chauffe-eaux électriques ou les chauffages à air chaud dissipent toute l’énergie excédentaire générée par les générateurs d’éoliennes ou d’hydraulique, sans quoi elle n’a nulle part où aller.
Dans un système raccordé au réseau ou sans batteries, la charge est le réseau public, donc toujours connecté. Mais pour un système solaire basé sur des batteries, des régulateurs de charge sont nécessaires pour réguler la charge des batteries de stockage. Lorsque un panneau photovoltaïque ou un ensemble est déconnecté d’une banque de batteries ou d’une charge, il reste simplement là au soleil sans générer de puissance. Cependant, pour les turbines éoliennes ou micro-hydrauliques, leur vitesse de rotation peut augmenter au point qu’elles se détruisent ou causent des conditions de surtension.
Les charges de décharge ou de diversion peuvent empêcher un générateur éolien ou hydraulique de tourner trop vite une fois que les batteries sont complètement chargées en raison du régulateur de charge déconnectant le générateur électrique de la charge attachée. Le contrôle de la charge de décharge ou de diversion par le régulateur de charge maintient toujours la turbine de génération chargée électriquement, ce qui, à son tour, contrôle la vitesse de rotation de la turbine.
Pour en savoir plus sur la façon dont les Charges de Décharge sont utilisées avec les générateurs d’éoliennes ou si vous vous êtes déjà demandé comment fonctionnent les éoliennes et pourquoi elles ont cette forme. Ou êtes-vous intéressé à ajouter l’énergie éolienne à votre système électrique autonome existant. Ou peut-être voulez-vous juste explorer les avantages et les inconvénients de l’énergie éolienne et de l’énergie éolienne et comment vous pourriez l’utiliser pour alimenter votre maison, alors Cliquez ici pour obtenir votre exemplaire de l’un des meilleurs “Guide Pratique pour Exploiter l’Énergie Éolienne” directement sur Amazon aujourd’hui.