L'enercan, brique productrice d'énergie - Projet Open source Energy : Différence entre versions

Version du 12 février 2013 à 12:23

L’Enercan

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Module générateur, ayant pour mission d’assurer la transformation de l’énergie mécanique issue d’activités humaines (musculaire) ou environnementales (éolien, hydraulique…) en une énergie électrique viable et adaptable. Module standard dont les caractéristiques et les performances sont connues pour permettre la mise au point de systèmes connectés. Un boitier permet la génération du signal électrique et un second boitier permet sa transformation, son stockage et sa diffusion.

Caractéristiques et performances.

Boitiers modulables et réplicables

- tube PVC de diamètre 140 et 160 mm - contre-plaqué 5 et 18 mm - tige filetée 6mm - prise 220 standard - colliers plastique

Prise secteur AC 230V (Max 100 Watts), prise allume cigare DC 12V et port USB.

Batterie au plomb 12V 7Ah / Indicateur de charge LED

Entrées/Sorties

Sortie AC de courant: 220V / 100 Watts max

Sortie DC: 4.5V ou 12V (par sélecteur)

Sortie USB

Evolutions souhaitées

Remplacement des éléments issus du rétro-engineering par des composants séparés, intégrés au sein de systèmes open-source (Arduino, impression 3D des pièces mécaniques…).

Vers L’ENERCAN V2

Cahier des charges

Lignes directrices

- Facilement reproductible

- Pouvant être facilement sourcé (Encourager au maximum la réutilisation d’éléments préexistants dans la mesure du possible.)

- Simplicité et facilité d’utilisation.

- Robustesse (cf. conception de matériel militaire)

- Abordable au regard des services rendus.

Caractéristiques

2 signaux de sortie : 12V / USB

- USB - Sortie 12V standard - La sortie 220V standard, un temps envisagée a été mise de coté pour le moment pour des questions de pertes, de normes et de sécurité. Elle pourra être réintégrée dans les versions ultérieures en fonction des besoins.

1 élément de stockage (à définir): Batterie Plomb ou Li-Poly

- Possibilité de brancher une batterie supplémentaire ou un autre module de stockage.

- Possibilité de brancher trois modules générateurs sur le module de stockage avec un sélecteur (1,2, 3 + tous) afin de multiplier les sources d’énergie. Éléments de transformation (à définir): Mix de composants analogiques (Facilement identifiables et récupérables) et électroniques (arduino/micro-controller) 1 Générateur (à définir) :

Moteur pas à pas d’imprimante / Moteur DC (modélisme) /génératrice asynchrone ?

Etude préliminaire (10/01/2013)

Une première étude des différents modules de l’Enercan a été effectuée jeudi 10 janvier au fablab. Voici les données récoltées.

Générateur (action à manivelle) :

- 15,45V en sortie (indépendamment de la vitesse de rotation – max 5 tour de manivelle par seconde).

- 1 Ampère maximum – moyenne de 0,5 Ampère.

- Courant continu

Batterie :

- Sortie : 12,5 V (mesuré) et 2 Ampères maximum (caractéristiques de la batterie)

Module de branchements :

- 1 sortie 12V (mesurée)

- 1 sortie USB informatique fonctionnelle (non mesurée)

- 1 sortie 220V (non fonctionnelle)

Pistes de développement :

Le concept de base de l’Enercan est la connexion de différents modules assurant chacun une tache précise (transformation, acquisition, stockage…).

Premiers tests de générateurs (01/02/2013) :

Après le recadrage du cahier des charges, il faut bien commencer par un bout. Le plus pertinent est de définir quel(s) élément(s) permet(tent) de fournir les 12V demandés avec le minimum d’effort.

Nous commençons donc par le module générateur et plus précisément le générateur à l’intérieur. Le reste du module sera conçu en fonction de ses caractéristiques.

Voici les pistes envisagées ainsi que leurs avantages et leurs inconvénients :

Type Avantages Inconvénients Moteur CC (imprimante) Prix – couple faible – encombrement Vitesse de rotation élevée – ampérage très faible – difficile à identifier (absence de marquage)

Moteur CC (modélisme) Couple faible – encombrement Prix – Vitesse de rotation élevée – ampérage très faible – voltage faible (6 -12V)

Moteur CC (visseuse sans fil) Prix (récup) – voltage 12V ou plus Vitesse de rotation élevée – ampérage très faible – difficile à identifier (absence de marquage)

Moteur brushless CC (modelisme) Usure minimale Prix – Vitesse de rotation élevée – sortie triphasée à redresser

Moteur pas à pas (imprimante/reprap (nema)) Vitesse de rotation basse – prix (si récup) Sortie triphasée à redresser

Générateur coaxial à aimant permanents (type Piggot) Modularité – conception totalement ouverte – vitesse de rotation basse – puissance – couple faible Fabrication longue – Prix (aimants néodymes) – sortie à redresser

Dynamo (cc) pour vélo (6 ou 12V) Approvisionnement facile - Vitesse élevée (V en fonction de la vitesse de rotation) / puissance très faible

Alternateur 12V (auto ou moto) Prix (casse auto) – fort ampérage Vitesse de rotation élevée – couple élevé

Une première cession de test a été réalisée avec une sélection de moteurs CC de 6 à 14V. Deux types d’entrainement ont été choisis : un banc d’essai à manivelle (environ 3600 tr/min) et une visseuse sans fil (environ 1500 tr/min).

Résultats des tests :

Moteur / Entrainement / Vitesse de rotation / Voltage / Ampérage / Courant

CC 6V (visseuse Black et Decker – 1987) Banc à manivelle ~3600 tr/min 2V 0,1 Amp continu

Moteur CC – 14,4V (Visseuse Bosch) Visseuse ~1500tr/min 0,5V 0,1 Amp continu

Moteur imprimante (R35445PA14233R – TD375824 – 00FM-S29 – diam 3cm) Visseuse ~1500tr/min 8,6V 1,5 Amp continu

Moteur imprimante (diam sup à 4cm) Visseuse ~1500tr/min 6,5V 4,3 Amp continu

Moteur imprimante (diam 2,7 cm) Visseuse ~1500tr/min 2,2V 2 Amp continu

Moteur imprimante (diam 3,6 cm) Visseuse ~1500tr/min 6,2V 2 Amp continu

Moteur imprimante (diam 3,1 cm) Visseuse ~1500tr/min 7,7V 1,25 Amp continu

Visseuse Bosch 14,4V + réduction (train d’engrenage) – gros effort à fournir (couple important) visseuse ~1500tr/min 15,5V ?? aucune sortie mesurable continu

Interprétation :

Les moteurs CC de visseuses ne donnent pas satisfaction car ils sont prévus pour tourner à des vitesses très élevées. Les moteurs CC issus des imprimantes (entrainement des feuilles et de la tête d’impression) ont des rendus biens plus intéressants. Pour le moment les 12V ne sont pas atteints mais la piste est intéressante. L’étape suivante sera de tester les moteurs pas à pas. L’alternateur auto/moto est pour le moment écarté à cause du couple trop important. Le générateur type Piggot est mis de coté pour le moment du fait du coût élevé de construction.

Une question se pose alors : Comment atteindre les 12V recherchés ?

- Augmenter la vitesse de rotation = démultiplication importante => pertes et encombrement.

- Doubler le moteur = Est-il possible d’additionner la tension de deux moteurs montés en générateur.

- Utiliser un système pour augmenter artificiellement la tension = > le convertisseur BOOST

Un convertisseur Boost (ou Step-Up en anglais), ou hacheur parallèle, est une alimentation à découpage qui convertit une tension continue en une autre tension continue de plus forte valeur.

Pistes pour la conception du module générateur :

Afin d’atteindre la vitesse de rotation du moteur/générateur il faudra avoir recours à une démultiplication simple limitant les pertes.

- Pas d’engrenages : pertes importantes et difficulté de fabrication

- Système d’entrainement par galet (comme pour le Solex) sur une roue de type roller ou trottinette

- Insertion d’un volant d’inertie pour lisser la vitesse de rotation et emmagasiner l’énergie cinétique.

- Système d’entrainement à roue libre (ébauche de plan à venir):

Roulement anti-recul pour ski à roulettes – (Prix élevé (20 euros) et non open-source mais encombrement réduit)

Roue à rochets simplifiée (cout réduit à la fabrication mais encombrement important)

A venir :

- Test des moteurs pas à pas (imprimantes (récup) et moteurs pour reprap (NEMA 14 ou 17)

- Sélection des solutions électroniques possibles pour obtenir le signal désiré (redressement, doublage de la tension, multiplication des moteurs).

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