Een kleine windmolen lijkt op papier ideaal om deels je eigen stroom op te wekken, al dan niet naast zonnepanelen, vooral omdat hij ook stroom kan opwekken als het bewolkt of donker is. Toch vallen de resultaten in de praktijk erg tegen. Enerzijds komt dat doordat een windmolen simpelweg meer stroom opwekt als hij groter is en hoger staat, en anderzijds doordat zelfbouwmodellen vaak niet vrij van problemen zijn.
Dit beknopte overzicht van gebruikservaringen van verschillende tweakers is een aanvulling op het artikel over kleine windmolens voor thuisgebruik. In het hoofdartikel bekijken we wat de voor- en nadelen van kleine windmolens zijn, hoe windenergie werkt, hoe verticale windmolens zich verhouden tot de traditionele horizontale, wat voor onderzoeken er zijn uitgevoerd en of de opbrengst van een thuismolen opweegt tegen de kosten. In dit aanvullende item bespreken we ervaringen van tweakers, zoals deels ook beschreven op het forum. Omdat het gaat om communitycontent, publiceren we dit los van het Plus-artikel.
Het principe
Een windmolen zet wind, oftewel de bewegingsenergie van de lucht, om in rotatie-energie via de rotorbladen. Die bladen zitten vast aan een turbine met een hoofdas waarbij de draaiende beweging wordt versneld in een tandwielkast. Daar drijft de rotatie-energie een generator aan die elektriciteit opwekt. Dat gebeurt door middel van magneten. Door de draaiende beweging gaan geladen deeltjes (spanning) bewegen (stroom).
Wat in het groot werkt, kan ook in het klein werken, zou je misschien denken. Toch is dat in de praktijk niet zo. Kleine windmolens, zowel horizontale als verticale turbines, hebben een exponentieel lagere opbrengst. Dat heeft zowel te maken met de vorm als met de omvang en positionering. De energieopbrengst van een windturbine is evenredig met het kwadraat van de rotordiameter en met de derde macht van de gemiddelde windsnelheid. Hoe groter een windmolen is, des te meer windenergie hij kan produceren. Een kleine windmolen heeft dus een veel kleiner potentieel om windenergie te vangen dan een grote windmolen, simpelweg doordat het oppervlak vele malen kleiner is.
Los van de omvang is ook de plaatsing van een windmolen van cruciaal belang voor de opbrengst. Daarvoor geldt: hoe hoger, hoe beter, want hoger waait het immers harder. Los van de hoogte is ook de geografische locatie van belang. Op het platteland waait het over het algemeen harder dan in een woonwijk. Een kleine windmolen heeft een gemiddelde windsterkte nodig van meer dan 5,5m/s. Alleen gebieden aan de kust halen dat.
Woudsehoeve: te veel herrie
Woudsehoeve vertelde in het Electriciteit opwekken met zonnepanelen (PV) deel 7-topic iets over een kleine windmolen die hij had aangeschaft, als aanvulling op zijn zonnepanelen. Mede op basis daarvan openden andere gebruikers een apart topic, omdat velen benieuwd waren naar zijn praktijkervaringen. Het ging om een miniwindmolen van Wish van 185 euro met een rotordiameter van 130cm en vijf wieken. Daarnaast heeft hij een grid tie-omvormer met dumpload van 200 euro via AliExpress gekocht: driefase-AC in en SP3S-stekker voor de registratie van de opwekking. Hij woont op het platteland én kan de hoogte in, wat wind betreft gunstiger dan in een woonwijk. We hebben een tijd geleden contact met hem gezocht, maar nog geen reactie ontvangen en dus ook geen vervolgvragen kunnen stellen.
Toen hij vervolgens belast werd, dus stroom ging trekken, vertraagde de molen
In het oorspronkelijk topic had hij berekend dat het gaat om een potentiële jaaropbrengst van 800kWh, maar hij sprak al van te voren de verwachting uit dat het in de praktijk lager zou zijn. Twee maanden later meldde hij dat de windmolen op elf meter ashoogte op een paal stond, op een dijk vier meter boven de omringende weilanden. Op die hoogte waait het aanmerkelijk harder. Hier is een filmpje van de molen te zien. Als eerste viel hem op dat de molen behoorlijk wat herrie maakt. Woudsehoeve: "De opbrengst valt wel tegen. Hij draait als een gek, maar er komt 40W uit en slechts 16V spanning op de drie fasen. De omvormer werkt op 22,60V en is niet echt een match, want de windmolen is 24V. Misschien moet het harder waaien." Later vulde hij aan dat het erop leek dat de windmolen op toeren kwam en voldoende spanning gaf voor de omvormer. Toen hij echter vervolgens belast werd, dus stroom ging trekken, vertraagde de molen en leverde hij niet meer genoeg spanning voor de omvormer. Een paar maanden later meldde hij dat de windmolen is verwijderd en te koop is gezet, mede omdat hij te veel geluid maakt. De opbrengst was zo'n 25kWh in circa drie maanden tijd.
Ybos: molen uit China
Yoeri Bos (Ybos) vertelde in datzelfde topic dat hij een jaar of vijftien geleden een serieuze windmolen van 10.000 euro had geïnstalleerd. Hij liet ons weten dat hij in die tijd in de polder woonde waar de windcondities gunstig waren. Zonnepanelen waren toen nog stevig aan de prijs en een windmolen leek een goed alternatief. Hij vroeg een vergunning aan via de gemeente en dat was, na het doorsturen van een paar foto's, vlot geregeld. Hij pakte de voorbereiding goed aan; hij liet vier heipaaltjes slaan en heeft zelf de fundering gemaakt, met daarin oud ijzer. De fundering staat een meter boven het maaiveld en de paal was twaalf meter hoog. Hoe hoger, hoe meer wind, was zijn gedachte.
Yoeri importeerde de molen zelf uit China en had van te voren uitgebreid contact gehad met de verkoper over de technische specificaties en de specifieke eigenschappen van de molen. Zoals 'autofurl'-wieken, waardoor deze dankzij een vernuftige constructie nooit te hard konden gaan draaien. En mocht er onverhoopt toch een te hoog toerental ontstaan, dan zou de molen uit de wind wegdraaien. Geen van beide claims bleek in de praktijk te kloppen.
En ander probleem vormden de kabels, waaronder een voedingskabel en twee of drie stuurkabels. Deze hingen los in de mast en voorkomen moest worden dat ze door het draaien van de molen in de knoop zouden raken. De molen zou een sensor hebben die maximaal drie keer linksom of rechtsom toestaat en daarna de andere kant op gaat draaien, zodat de kabels vanzelf weer uit de knoop zouden gaan. Het windvaantje liep echter niet soepel genoeg en veerde bij een zuchtje wind soms niet terug naar zijn basispositie. Het regelsysteem dacht dan dat de wind ging draaien en draaide vrolijk mee om de windrichting te volgen. Er was helaas geen beveiliging waarmee de molen de wind niet langer zou volgen, hoewel die wel in de documentatie werd genoemd. Het werd een grote kabelspaghetti totdat de kabels letterlijk afgedraaid waren. Gelukkig waren er voldoende kabels meegeleverd, zodat dit gerepareerd kon worden. Omdat de wind 95 procent van de tijd uit één richting kwam, stelde Yoeri de regeling handmatig in.
De enige optie was de molen op een of andere manier handmatig stopzetten
Ook de vermogensbeperking werkte niet zoals geadverteerd. Als een generator overbelast wordt, moet het toerental gaan zakken, maar de generator was blijkbaar zo degelijk dat dit niet werkte. Bij harde wind nam de omvormer ongeveer 7kW af. De dumpload van 5kW schakelde bij, maar de 5kW-generator bleef gewoon op toeren.
Al met al was het een ramp-in-wording. Tijdens de eerste de beste storm vloog het teruggeleverde vermogen richting de 10kW met daarbij een dumpload van 5kW; de generator was stukken beter dan beloofd. Yoeri: "Toen ik elders aan het werk was, hoorde ik van verschillende mensen dat de molen als een malle tekeer ging. De mast stond aan de bovenkant en onderkant stil en in het midden ging hij zeker 5 tot 10cm op en neer. Als de wind zakte, daalde het toerental ook stevig, tot hij bij de volgende windvlaag weer begon te loeien. In de omvormer hoorde je condensatoren ploffen en daaronder lag de grond vol met soldeertin. De enige optie die ik zag, was de molen op een of andere manier handmatig stopzetten. Dat lukte uiteindelijk met veel moeite, maar pas nadat ik de molen uit de wind had gedraaid."
Na dit incident was de omvormer kapot. Yoeri heeft nog wel een nieuwe besteld, maar die heeft nooit goed gefunctioneerd; hij was niet geprogrammeerd. Deze is geretourneerd, maar werd weer teruggestuurd. China gaf ondertussen niet meer thuis, ook niet na dreiging met een rechtszaak. Al met al werden de vele beloftes niet waargemaakt. Het familiebedrijf van Yoeri had zo'n 15.000 euro geïnvesteerd en de molen heeft slechts 100kWh opgeleverd.
Databeestje: 3d-printen
Ook Seth Mos (databeestje) was gecharmeerd van een kleine windmolen en vooral om deze helemaal zelf te bouwen. Hij wilde daarmee een stukje energiegebruik afdekken en dan vooral om circa 100W achtergrondverbruik te kunnen dekken. Seth: "Voor dat doel heb ik in 2012 een 3d-printer aangeschaft, omdat er toen nog weinig verticale windmolens op de markt waren. Ik woon in Julianadorp aan de kust, dus de locatie met relatief gunstige wind is er wel, echter midden in een woonwijk. De enige bruikbare locatie was op het dak, op circa acht meter hoogte."
Na wat testjes tekende hij zelf een groter model op basis van het Lenz2-profiel (thingiverse). Aanvankelijk wilde hij een direct-drivewasmachinemotor gebruiken, maar hij realiseerde zich al snel dat een molen met deze hoogte en doorsnede bij lange na niet sterk genoeg was om deze fatsoenlijk in de rondte te krijgen.Voor latere modellen heeft hij gebruikgemaakt van stepper- en borstelloze motoren met een zeer lage kV-rating, in de orde van ~70kV. De hoeveelheid energie die hier uit te halen valt, is beperkt tot circa 15W, uitgaande representatieve omstandigheden, dus geen storm. Zie deze video.
Volgens Seth was het zoeken naar een passende generator voor verticale windmolens een uitdaging. Deze draaien ergens tussen de 50 en 150 toeren per minuut, dus voor een werkbare spanning in combinatie met direct drive heb je dan snel 5 tot 10kV om op een werkbare 50 tot 100V uit te komen. Seth: "Zodoende kwam ik uit op een 3:1-overbrenging. Eigenlijk is alleen een snaar geschikt; de rest maakt veel te veel geluid. Zelfs een kleine borstelloze motor maakt meer geluid dan je zou denken. Ik raad mensen aan om minimaal 48V-generatoren te nemen. De commerciële molens gaan vrijwel allemaal veel hoger, want dan kun je dunnere kabels gebruiken en is er minder verlies, maar het is ook risicovoller."
Zelfs een kleine borstelloze motor maakt meer geluid dan je zou denken
Het pla-filament voor de 3d-printer kostte Seth zo'n 120 euro. Verder nog een aantal tientjes voor ijzerwaren, buismateriaal en nog wat tientjes voor lagers in verschillende maten. Daar bovenop kwam nog een omvormer van AliExpress van zo'n 100 euro. Seth merkt op dat het vinden van een goede omvormer een uitdaging is. "Vrijwel alle Chinese omvormers zijn bedoeld voor zonnepanelen. De PV-curve is niet geschikt voor wind, wat vaak leidt tot schade. Er is een tijdje een 500W-variant geweest van Mastervolt Soladin met een aangepaste mppt-curve, toegespitst op windturbines, maar die is niet meer te vinden."
Al met al is het kostenplaatje niet gering. Los van de windmolen en alle bijbehorende apparatuur en kabels, moet je ook nog een mast met bliksemafleiding hebben. Seth besloot uiteindelijk dat het niet haalbaar was om zijn windmolenontwerp te laten renderen. Seth: "Wie het toch wil proberen, zou ik adviseren een kant-en-klare, horizontale windmolen te kopen van 500 tot 1000 euro, zoals deze (48V-1000W met on-gridomvormer). Met een knappe mast voor aan een huis kom je dan uit op zo'n 1500 euro aan onderdelen."
Ook kant-en-klare kleine windmolens lijken niet echt overtuigend, zoals blijkt uit het hoofdartikel en bijvoorbeeld dit draadje op Twitter. Meer ervaringen kun je lezen in het genoemde topic. Nieuwe ervaringen zijn daar ook welkom.