Principe de fonctionnement

Notre batterie gravitationnelle HELIOS fonctionne selon un principe simple mais efficace:

1. Phase de charge: Lorsque la demande d’électricité est faible (et qu’il y a un surplus d’énergie disponible), le système utilise cette énergie excédentaire pour élever une masse lourde à une certaine hauteur
2. Stockage: L’énergie est alors stockée sous forme d’énergie potentielle gravitationnelle
3. Phase de décharge: Lorsque la demande d’électricité augmente, la masse est relâchée et descend lentement, entraînant un système qui convertit ce mouvement en électricité

Composants principaux

La structure

Notre prototype comprend:

• Un cadre métallique robuste
• Une tête en bois qui supporte les composants mécaniques
• Une charge (poids) de 26 livres dans notre prototype final
• Un système de roulements à billes pour réduire la friction

Le système de conversion d’énergie

L’alternateur (générateur)

L’alternateur est le cœur du système qui produit l’électricité. Il est composé de:

• Rotors: Deux disques équipés d’aimants alternant les polarités Nord-Sud
• Stator: Une structure fixe entourée de huit bobines, chacune comprenant 310 tours de fil de cuivre

Lorsque les rotors tournent autour du stator, ils créent un champ magnétique variable qui induit un courant électrique dans les bobines. Ce phénomène produit un courant alternatif (AC).

ROTORS

STATOR

Le pont de Graetz

Ce composant convertit le courant alternatif en courant continu (DC) qui peut être utilisé pour alimenter divers appareils électriques.

Inspiration

Nous avons utilisé ce guide pour l’alternateur: Building a Generator - Tim Station

Lien Youtube Lien des pièces 3D

La boîte à ratio (gearbox)

Notre système utilise une boîte à ratio planétaire (planetary gearbox) qui permet de multiplier le nombre de tours:

• Un ratio de 3:1 avec une seule boîte
• Un ratio de 9:1 en combinant deux boîtes
• Un ratio de 27:1 en combinant trois boîtes

Cette multiplication est essentielle car elle permet:

• D’augmenter la vitesse de rotation de l’alternateur, maximisant ainsi la production d’électricité
• De choisir entre vitesse et force selon les besoins

Inspiration

Nous avons utilisé ce guide pour la boîte à ratio (gearbox): 3D Printed Stackable PLANETARY GEARBOX - Unlimited Gear Ratio - Let’s Print

Lien Youtube Lien des pièces 3D

Notions d’électricité importantes

Pour comprendre pleinement le fonctionnement de notre batterie, quelques notions d’électricité sont essentielles:

• Volts: Mesure de la tension (comparable à la pression de l’eau dans un tuyau)
• Ampères: Mesure du courant (comparable au débit d’eau)
• Watts: Mesure de la puissance (volts × ampères)
• Joules: Mesure de l’énergie totale (watts × temps)
• Ohms: Mesure de la résistance (comparable à une restriction dans un tuyau)

Notre prototype actuel produit 31,39 joules avec une hauteur de 83 cm et une masse de 5 livres, ce qui démontre l’efficacité du concept même à petite échelle.

Calculs et dimensionnement

Nous avons calculé qu’une version à l’échelle d’une maison nécessiterait:

• Une masse en béton de la taille d’une petite voiture de type Fiat 500 (en volume cubique)
• Une hauteur équivalente à deux étages de maison (environ 7,5 fois la hauteur de notre prototype)
• Cette installation pourrait être en grande partie enterrée dans le sol pour minimiser son impact visuel

Ces dimensions permettraient de stocker suffisamment d’énergie pour alimenter une maison moyenne québécoise (avec chauffage électrique mais sans piscine) pendant une heure.

Voir notre page détaillée sur le calcul du dimensionnement pour comprendre la méthodologie et les implications de ces résultats.