Les moteurs asynchrones à cage d'écureuil (qui sont les moteurs les plus utilisés) peuvent également fonctionner en générateur hypersynchrone tournant plus vite que la vitesse de synchronisme.

Déjà dans les années 1970 on parlait d'éoliennes...

La tension produite par le générateur est souvent de 690V triphasé, qui est transformé à la bonne tension du réseau moyenne tension. Les panneaux solaires sont par définition asynchrones puisqu'ils produisent du continu. Le courant doit nécessairement passer par un convertisseur qui en fait de l'alternatif à la bonne fréquence et tension. Les onduleurs utilisés pour les panneaux solaires, certaines éoliennes et batteries et les différents types de générateurs asynchrones sont décrits ici. Les éoliennes industrielles se trouvent ici.

Eoliennes

Générateur synchrone et convertisseur électronique

Ces éoliennes doivent nécessairement travailler avec un convertisseur électronique par où doit passer toute l'énergie pour transformer la fréquence très variable en fréquence du réseau. On les reconnait à leur forme assez trapue. Comme la vitesse de rotation est relativement libre, ces éoliennes n'ont pas besoin de changement de vitesse (on augmente le nombre de pôles pour avoir une vitesse de rotation compatible avec la vitesse moyenne des pales). Les générateurs avec aimant permanent ont besoin d'une vitesse de vent minimale pour démarrer, puisque les aimants ont tendance à bloquer le rotor dans une certaine position.

Les générateurs à aimants permanents sont décrits en détail ici.

Machine asynchrone à double alimentation

Générateur à cage d'écureuil

Eoliennes résidentielles typiques

L'éolienne se compose d'un alternateur triphasé à aimants permanents travaillant en mode asynchrone (déterminé par la vitesse du vent et la charge). La tension produite dépend de la vitesse du vent, puisque le champ magnétique est constant. La tension est redressée et alimente un convertisseur couplé au réseau électrique. Quand il y a du vent, le convertisseur injecte la puissance générée par l'éolienne dans le réseau. C'est le même système qu'avec les panneaux solaires, mais le convertisseur est différent.

Une telle éolienne peut facilement être placée sur un toit, la hauteur totale fait environ 2m (mat et hélice). Un modèle plus puissant de 2kW nécessite un toit plat. Une éolienne pour une puissance annuelle donnée est environ 5× moins chère qu'un panneau solaire, mais les demandes de permi de batir sont souvent refusées, même si l'éolienne est minuscule (elle ne se voit plus à 100m, alors que les voisins situés à une telle distance peuvent refuser le permi de batir. Il y a donc de nombreuses éoliennes non déclarées en fonction.

Pour les puissances plus élevées, on préfère utiliser les éoliennes classiques qui ont un meilleur rendement. Pour limiter la puissance en cas de vent très fort, on réduit le pas des pales pour les modèles les plus puissants (pitch variable). Pour les petites puissances, on utilise le repliement de la génératrice (furling). En fonctionnement normal, le safran maintient l'hélice en plein dans le vent. Quand la puissance du vent augmente, l'axe portant le rotor se replie sur le coté et la surface exposée au vent diminue. Quand le vent diminue, un ressort de rappel tire à nouveau le rotor dans le vent.

Pour éviter un emballement de l'éolienne en cas de tempëte, il faut cours-circuiter directement les fils de l'alternateur. Cette procédure doit être appliquée quand les mesures de réduction de la puissance ne suffisent plus (furling). Le générateur est freiné énergiquement, mais ne produit pas de puissance utile.

Cogénération

Gridformer

Pour pouvoir être certifiés, les panneaux solaires et les éoliennes ne peuvent pas démarrer automatiquement sans la présence d'un réseau existant et doivent immédiatement se déclencher en cas de coupure du réseau de distribution. Il ne peut pas se former d'îlots de production (un habitant fournit grâce à ses panneaux solaires du courant à toute la rue) car cela empècherait la reconnection au réseau électrique.

Un réseau local (ou micro-réseau) a besoin d'un générateur de réseau (gridformer). Il s'agit génératement d'un convertisseur alimenté par batteries et qui produit un réseau électrique, auquel peuvent se synchroniser les producteurs locaux (panneaux solaires, éoliennes et moulins à eau). Les batteries permettent d'absorber les pics de production et fournissent du courant quand la production locale est insuffisante pour couvrir les besoins.

On utilise généralement des batteries acide-plomb de type "solaire" qui permettent une décharge plus poussée. La capacité minimale des batteries doit être suffisante pour couvrir deux jours sans apport extérieur. On est ainsi sûr que les batteries ne seront pas déchargées trop fort.

Comme générateur de réseau, on peut également utiliser un groupe électrogène, mais il faut que la production locale des éoliennes et des panneaux solaires puisse être absorbée par les consommateurs. Si la consommation est trop faible, la tension du réseau augmente et les éoliennes et panneeux solaires sont automatiquement mises hors service.

Image ci-dessus: production d'une éolienne de 3.5kW qui est connectée au réseau de distribution (bleu) ou fournit son énergie à des batteries (rouge). Quand les batteries sont totalement chargées, l'éolienne est mise hors service. Cela se produit principalement de nuit.

L'algoritme MPPT de l'éolienne chargeant des batteries est meilleur que celui de l'éolienne connectée au réseau et la première éolienne permet de tirer un meilleur parti du vent (pour autant que les batteries ne sont pas totalement chargées). MPPT: Maximum Power Point Tracking: le générateur est chargé de telle façon qu'il tire le plus d'énergie possible du vent instantané.

Production éolienne comparée à la production par panneaux solaires. La production éolienne est très variable, mais assez constante pendant toutes les heures de la journée (moyenne horaire). Les panneaux solaires ont une production plus constante (quand il y a du soleil), mais ne produisent pas la nuit. Les panneaux solaires seuls nécessitent des batteries plus puissantes pour pouvoir fournir un minimum d'énergie pendant la nuit.