Grote windmolens

De prijs van de magneten (grondstoffen) is de laatste jaren sterk gestegen, waardoor deze alternatoren enkel nog gebruikt worden voor kleine tot middelgrote vermogens. Bij hogere vermogens gebruikt men dezelfde constructie als een alternator met bekrachtigingsgenerator. Deze windmolens hebben meestal een korte, bolle vorm.

Deze windmolens werken met een omzetter die al het vermogen dat opgewerkt wordt omzet naar de juiste spanning en frekwentie. Omdat de rotatiesnelheid redelijk vrij is hebben deze windmolens geen tandwielkast nodig. Windmolens met permanente magneten (PMSG: Permanent Magnet Synchronous Generator) hebben een minimale windsterkte nodig om te beginnen draaien, aangezien de magneten de neiging hebben de rotor vast te houden in een bepaalde positie. PMSG's worden het meest gebruikt bij kleine installaties.

Een type dat veel gebruikt wordt is het Double Fed Induction Motor. Een groot werkingsgebied is hier mogelijk. Een omzetter werkt een magnetisch veld op, maar die is niet vast maar kan draaiend zijn, om zo het verschil in rotatiesnelheid op te vangen. Deze windmolens worden vaak gebruikt in grote installaties aan land. Een tandwielkast is meestal nodig om de rotatiesnelheid van de windmolen aan te passen.

Het type dat gebaseerd is op een asynchrone motor om er een hypersynchrone generator van te maken wordt niet meer gebruikt in nieuwe installaties. Het werd gebruikt op plaatsen waar de wind redelijk constant blaast aangezien de slip ten opzichte van de synchrone snelheid relatief klein is. Het is een eenvoudige generator die weinig onderhoud nodig heeft (behalve de tandwielkast). Dit systeem werd vroeger veelvuldig op zee gebruikt.

De verschillende types asynchrone generatoren worden hier besproken.

De generator levert gewoonlijk 690V, waarbij de spanning dan opgetransformeerd wordt tot spanning van het distributienetwerk.

Vrijdraaiende windmolens en zonnepanelen worden aan het net gekoppeld door middel van een omvormer. Er bestaan ook omvormers die een lokaal electriciteitsnet van stroom kunnen voorzien (gridformer).

Kleine installaties thuis

De windmolen bestaat uit een driefasige alternator met permanente magneten die asynchroon draait (snelheid hangt af van de wind en de belasting). De spanning die geproduceerd wordt hangt af van de windsnelheid aangezien het magnetisch veld constant is. De spanning wordt gelijkgericht en naar een omvormer gestuurd die aan het net gekoppeld is. De meeste systemen zijn "on-grid" (netgekoppeld), maar er zijn ook systemen met batterijen die los van het net kunnen werken. Het systeem met omvormer is gelijk aan die van zonnepanelen, maar een omvormer voor zonnepanelen mag net gebruikt worden in de plaats van een omvormer voor windwmolens en omgekeerd.

Zo'n windmolen kan gemakkelijk op het dak geplaatst worden zodat die voldoende wind opvangt. De totale hoogte bedraagt 2m (mast en molen). Een zwaardere uitvoering (vermogen van 2kW) heeft een plat dak nodig.

Een windmolen kost ongeveer 1/5 van de prijs van een zonnepaneel (voor eenzelfde jaarlijks vermogen), maar het plaatsen van windmolens wordt vaak niet toegestaan, terwijl je overal van die lelijke zonnepanelen ziet. Een moderne windmolen is klein en je ziet die niet meer vanaf een afstand van 100 meter. Toch kunnen die buren de bouwvergunning weigeren, terwijl ze d'er totaal geen last van zullen hebben. Veel mensen associeren nog altijd windmolens met luidruchtige en grote machines, terwijl dit zeker niet het geval is.

Gridformer

Om gekeurd te worden mogen de zonnepanelen en de windmolens niet zelfstartend zijn: ze mogen geen vermogen leveren zolang er geen electriciteitsnet aanwezig is en moeten ogenblikkelijk uitschakelen mocht het electriciteitsnetwerk uitvallen. Dit is zo bepaald zodat er geen eilandbedrijf ontstaat (een zonnepaneel levert stroom aan de straat), want dit maakt het opnieuw aankoppelen aan het electriciteitsnet onmogelijk.

Een installatie die volledig autonoom moet werken heeft een zogenaamde gridformer nodig. Dit is meestal een omvormer die met batterijen werkt en een lokaal electriciteitsnet produceert, waarop de windmolens en/of de zonnepanelen zich kunnen synchroniseren. De batterijen zorgen ervoor dat de overproduktie opgeslagen kan worden, en dat een te lage produktie ondersteund wordt door de batterijen.

Men gebruikt hier meestal loodbatterijen van het type "solar" die sterk(er) ontladen kunnen worden. De minimale batterijcapaciteit moet twee dagen zonder produktie kunnen overbruggen, dan is men zeker dat de batterijen niet te zwaar ontladen worden.

Als gridformer kan men ook een stroomgroep gebruiken, men moet er dan wel voor zorgen dat het lokaal net de produktie van de windmolens en zonnepanelen kan gebruiken. Als er te weinig verbruik is, dan stijgt de spanning en worden de windmolens en/of de zonnepanelen automatisch uitgeschakeld.

Afbeelding hierboven: electriciteitsproduktie van een windmolen die zijn vermogen op het net kan steken (blauw) of gebruikt wordt om batterijen op te laden (rood). Als de batterijen volledig geladen zijn omdat er onvoldoende vraag is (dit gebeurt hier vooral 's nachts), dan wordt de windmolen uitgeschakeld.

Dankzij een beter MPPT algoritme kan de windmolen die batterijen oplaadt meer vermogen leveren (als de batterij nog niet vol is natuurlijk). MPPT: Maximum Power Point Tracking: de belasting van de windmolen wordt zodanig ingesteld dat die het maximaal vermogen uit de windenergie kan halen.

De electriciteitsproduktie van een windmolen vergeleken met een zonnepannel. De produktie van een windmolen is zeer variabel, maar redelijk constant over de ganse dag. Een zonnepaneel daartegenover heeft een meer constante produktie (als de zon schijnt), maar levert geen energie 's nachts, waardoor er zwaardere batterijen nodig zijn om de uren zonder produktie te kunnen overbruggen.