Systèmes de régulation
Les aérogénérateurs fonctionnent de façon satisfaisante dans les zones où les vitesses normales de vent sont comprises entre 8 et 40 km/h. Dans certaines de ces régions, la vitesse du vent peut occasionnellement atteindre 160 à 190 km/h. Puisque la puissance disponible est proportionnelle au cube de la vitesse du vent, ces périodes de pointe pourraient fournir une énergie considérable. Toutefois les aérogénérateurs prévus pour fonctionner par vents forts sont encombrants et inefficaces pour des vitesses normales de vent. L'aérogénérateur usuel est prévu pour fournir un rendement maximal pour des vitesses de vent comprises entre 16 et 40 km/h ; c'est avec des vents de 40 à 65 km/h que les aérogénérateurs son les plus malmenés. Les fabricants et ingénieurs ont tenté de nombreuses méthodes pour limiter la puissance et pour diminuer les efforts mais les niveaux de contraintes élevés n'ont été étudiés que récemment.
Par exemple les freins aérodynamiques sont courants pour les éoliennes de diamètre inférieur ou égal à 6 mètres ; des volets de freinage augmentant la traînée sont utilisés pour limiter la vitesse. Cette méthode diminue les efforts dus aux forces centrifuges mais ne les élimine pas.
Également la rotation de l'axe de l'hélice est utilisée seulement pour les petites éoliennes ; cette méthode de limitation de la puissance fait tourner le plan du rotor. Mais les deux principes majeurs qui se « disputent » le marché pour la régulation des éoliennes de moyenne et grande puissance sont le décrochage et le contrôle de pas.
La régulation par décrochage a l'avantage d'utiliser les propriétés naturelles de la conception du rotor sans avoir besoin de rajouter de systèmes ou mécanismes supplémentaires.
L'écoulement de l'air autour d'un profil est en effet plus rapide sur l'extrados (le dessus) que sur l'intrados (le dessous) du profil. La dépression qui en résulte à l'extrados crée la portance. Lorsque la vitesse du vent arrivant sur les pales de l'éolienne est trop importante, l'écoulement de l'air au dessus de la pale arrête soudainement de suivre de façon régulière la surface de l'extrados : l'air commence à tournoyer dans un tourbillon irrégulier, l'écoulement devient alors turbulent. La portance résultant de la dépression à l'extrados disparaît, c'est le phénomène de décrochage aérodynamique.
Ainsi quand le vent frappe la pale à partir d'un angle incident trop vif, le profil décroche progressivement tout au long d'une partie de la pale provoquant une perte d'efficacité du rotor. L'inconvénient principal provient d'une répartition de profil qui est figée à la conception pour permettre le décrochage et qui peut donc entraîner une diminution de l'efficacité du rotor sur l'ensemble de la plage de vitesse utile.
La régulation par contrôle de pas est de ce fait un principe plus simple. C'est de loin la manière la plus courante pour limiter la vitesse de rotation et la puissance fournie. En général, la force centrifuge déclenche un système mécanique (ressort) qui modifie l'angle d'incidence des pales. L'angle d'incidence est diminué et la portance annulée. Dans d'autres cas la mise en drapeau correspond à une augmentation de l'angle d'incidence jusqu'à la perte de vitesse. L'inconvénient principal provient alors de la nécessité d'avoir un dispositif de mise en pas des pales et un système de contrôle associé, d'où une complexité et un coût supplémentaire.