Hoe werkt een windmolen? Van wind naar stopcontact
Een windturbine is een staaltje hightech engineering. Het principe is echter al eeuwenoud: bewegingsenergie (wind) wordt omgezet in bruikbare energie. Waar een oude molen graan maalt, drijft een moderne turbine een generator aan om elektriciteit te maken.
Op deze pagina leggen we in gewone taal uit:
- hoe een moderne windturbine precies werkt
- welke onderdelen belangrijk zijn
- hoe een kleine windmolen voor thuis werkt
- waarom windsnelheid en locatie zo veel uitmaken
- hoe veiligheid en remsystemen zijn geregeld
Voordelen en nadelen windmolens
Windmolens wekken windenergie op en zijn dus beter voor het milieu. Er zijn veel voordelen van windmolens en energie opwekken met windenergie, maar er zijn ook enkele windmolens nadelen. We zetten ze voor je op een rij.
Voordelen windmolens
- Er is altijd windenergie
- Stroom terugleveren mogelijk
- Minder CO2-uitstoot
- Besparen op energierekening
- Opwekken van groene energie
Nadelen windmolens
- Flinke investering
- Opbrengst afhankelijk van windkracht en vermogen
- Geen mooi uitzicht
Windmolen thuis? Bereken jouw prijs in 1 minuut!
Hoe werkt een kleine windturbine voor thuis?
Een complete installatie van een kleine windturbine voor thuis bestaat uit verschillende onderdelen:
- Kleine windturbine (met ingebouwde generator)
- Omvormer
- Bruto productiemeter
- Energiegebruik
- Netto productiemeter
- Groepenkast
- Elektriciteitsnet
De aansluiting van een miniturbine moet vaak door een erkende installateur worden uitgevoerd. De mini windturbine zet windenergie om in mechanische energie en vervolgens in elektriciteit.
De omvormer van de kleine windturbine zet de opgewekte stroom om naar wisselstroom, waardoor het gebruikt kan worden voor apparaten in huis en wordt een eventueel overschot teruggeleverd aan het net.
Wil je meer informatie over de werking windturbine? Ontvang advies van een windmolen monteur die werkt in jouw regio.
Hoe werken windmolens? De belangrijkste onderdelen
Een windmolen bestaat voornamelijk uit 3 onderdelen;
- Rotor
- Gondel
- Mast
1. Rotor van de windmolen
De rotorbladen van de windmolen vangt de wind op. Om de juiste richting van de gondel (ook wel nacelle genoemd) te bepalen, meet een windvaan boven op de windmolen voortdurend de windrichting. Een speciale kruimotor in de gondel zorgt ervoor dat de behuizing van de windmolen in de richting van de wind wordt gericht.
Vaak zijn de rotorbladen ook verstelbaar. Hierdoor kan de rotor aangepast worden aan de kracht van de wind en gaat de windturbine langer mee.
- De bladen hebben een vleugelprofiel, net als een vliegtuigvleugel. Daardoor ontstaat er bij wind een kracht die de rotor laat draaien.
- De bladen zijn zo gevormd dat ze bij verschillende windsnelheden zoveel mogelijk energie uit de wind halen zonder de constructie te zwaar te belasten.
- Aan de achterkant van de gondel zit vaak een windvaan en een aandrijving (het yaw-systeem) die de gondel zo draait dat de rotor recht in de wind staat.
2. Gondel van de windmolen
De gondel van de windmolen is de kern van de windmolen en hier zit dan ook de meeste apparatuur in, waaronder de dynamo met magneten. De tandwielkast en generator zorgen ervoor dat de draaiende beweging van de rotor omzet in wisselstroom. Vervolgens zorgt een transformator ervoor dat de stroom omgezet wordt en teruggeleverd kan worden aan het net.
- Hoofdas: verbonden met de rotor, brengt de draaiende beweging naar binnen.
- Tandwielkast (bij niet-direct-drive turbines): verhoogt het toerental van de as zodat de generator efficiënt kan draaien.
- Generator: zet de mechanische energie om in elektriciteit.
- Remsysteem: kan de rotor afremmen of stilzetten als dat nodig is.
- Elektronica en besturing: monitoren windsnelheid, toerental en belasting. Dit systeem stuurt pitch, yaw en remmen aan.
- Transformator of tussenstap naar transformator: past de spanning aan zodat de stroom geschikt is voor transport over kabels en aansluiting op het net.
3. Mast van de windmolen
Bij een grote windmolen lopen er door de mast hoogspanningskabels. Deze worden aangesloten op een verzamelpunt waar gekeken kan worden hoeveel energie de windmolens opgewekt hebben. Vervolgens gaan de kabels de grond in en komt de stroom bij jou thuis.
Belangrijke onderdelen:
- Fundering: vaak een grote betonnen voet, ontworpen om de krachten van wind en gewicht veilig in de bodem te dragen.
- Bekabeling: stroomkabels lopen via de mast naar beneden, naar een schakelkast of transformatorstation.
- Transformatorstation: verhoogt de spanning zodat de stroom efficiënt over grotere afstanden vervoerd kan worden via het openbare elektriciteitsnet.
Stap-voor-stap: van wind naar stroom
We zetten de werking van een windturbine nog één keer stap voor stap op een rij, van wind tot stopcontact.
1. De wind raakt de rotorbladen
Wind stroomt langs de rotorbladen en zorgt voor een druk- en snelheidsverschil aan de voor- en achterkant van het blad. Daardoor ontstaat er een kracht die de rotor laat draaien. Hoe hoger de windsnelheid (tot een bepaalde grens), hoe meer energie er beschikbaar is.
2. De turbine draait naar de wind toe
Het besturingssysteem meet continu waar de wind vandaan komt. Het yaw-systeem draait de gondel, zodat de rotor altijd zo goed mogelijk in de wind staat. Bij heel lichte wind kan de turbine soms even “wachten” tot het zinvol is om te draaien.
3. De draaiing gaat via de as naar de generator
De hoofdas brengt de mechanische energie naar binnen. Bij veel turbines gaat de as eerst door een tandwielkast, die het toerental verhoogt, zodat de generator efficiënter kan werken. Bij direct-drive turbines is er geen tandwielkast: de generator is dan groot en draait langzamer mee met de rotor.
4. De generator wekt elektriciteit op
In de generator wordt de mechanische energie omgezet in elektrische energie (wisselstroom). Elektronica regelt dat spanning en frequentie geschikt zijn voor het net en dat de turbine synchroon loopt met de rest van het elektriciteitssysteem.
5. Transformator en netaansluiting
De opgewekte stroom gaat via kabels naar een transformator, vaak aan de voet van de mast of in een apart station. Daar wordt de spanning verhoogd zodat de stroom efficiënt via het net vervoerd kan worden. Pas daarna komt de stroom via het elektriciteitsnet bij woningen en bedrijven terecht.
6. Veiligheid en noodsituaties
Bij te harde wind, storingen of onderhoud grijpt het besturingssysteem in. De rotorbladen worden dan uit de wind gedraaid en de remmen worden geactiveerd, zodat de turbine veilig stilstaat.
Van windmolen naar jouw meterkast
De stroom die bovenin de gondel wordt opgewekt, is nog niet klaar voor gebruik.
- Transformator: Vaak zit er onderin de mast een transformator die de spanning omhoog brengt (hoogspanning) voor efficiënt transport.
- Elektriciteitsnet: De kabels gaan de grond in naar een verdeelstation.
- Distributie: Via het landelijke net komt de groene stroom uiteindelijk uit jouw stopcontact.
Snelheid van de wind
Hoe hoger de windsnelheid, hoe meer energie er in de wind zit. Sterker nog: de hoeveelheid energie in de wind neemt ongeveer toe met de derde macht van de windsnelheid. Dat betekent: een beetje meer wind levert veel meer vermogen op.
Cut-in, nominaal vermogen en cut-out
Een windturbine werkt niet bij elke windsnelheid hetzelfde:
- Cut-in windsnelheid: bij lage windsnelheden (rond 3 à 4 m/s, windkracht 2–3) begint de turbine te draaien en stroom te leveren. Daaronder is de wind te zwak.
- Bereik met toenemend vermogen: tussen cut-in en de zogeheten nominale windsnelheid neemt het vermogen sterk toe.
- Nominale windsnelheid: ergens rond 11–13 m/s (windkracht 6–7) levert een turbine zijn maximale vermogen; harder laten werken heeft weinig zin.
- Cut-out windsnelheid: bij zeer harde wind, grofweg vanaf 20–25 m/s, schakelt de turbine zichzelf uit. De bladen worden uit de wind gedraaid en het remsysteem grijpt in, zodat schade wordt voorkomen.
De exacte waarden verschillen per type en merk, maar het principe is steeds hetzelfde: optimale energieopwekking binnen veilige grenzen.
Waarom locatie zo belangrijk is
Omdat de energie in de wind zo sterk meegroeit met de windsnelheid, is de locatie van een windturbine zeer belangrijk. Een paar voorbeelden:
- In een open polder of aan zee waait het meestal harder en gelijkmatiger dan in een stad.
- Op een hoog punt zonder obstakels (weinig gebouwen of bomen) is de wind veel gunstiger dan tussen gebouwen.
- Een dak in een dichtbebouwde wijk heeft vaak last van turbulentie: wisselende windrichtingen en -snelheden, waardoor opbrengst en geluid minder voorspelbaar zijn.
Dat verklaart ook waarom grote windturbines vaak in open gebieden of op zee staan, en waarom kleine windturbines in woonwijken meestal minder presteren dan mensen hopen.
Hoe worden windturbines aangesloten?
Miniturbines worden met een omvormer aangesloten op een aparte groep op de groepenkast, net als zonnepanelen en een laadpaal. Met de bruto productiemeter in de meterkast kan je opbrengt van de windturbine in de gaten houden.
Ook kiezen veel mensen er voor om naast de productiemeter een slimme thermostaat op te hangen om de opbrengst van de windmolen en het energieverbruik in huis inzichtelijker te maken.
Veiligheid: Wat gebeurt er bij storm?
Waait het te hard (vaak boven windkracht 10)? Dan moet de molen zichzelf beschermen om niet kapot te gaan. Dit gebeurt via het zogenoemde pitch-systeem.
Elk rotorblad kan afzonderlijk om zijn eigen as draaien. Bij storm worden de bladen 'uit de wind' gedraaid (met de zijkant in de wind). De lift valt weg, de rotor remt af en de molen komt veilig tot stilstand.
Windturbine, windmolen en windwokkel: wat is het verschil?
In het dagelijks taalgebruik lopen de termen door elkaar:
- Windturbine gebruiken we meestal voor moderne, stroomopwekkende installaties met slanke mast en rotorbladen.
- Windmolen wordt gebruikt voor zowel moderne turbines als klassieke molens die water uit polders pompen of graan malen.
- Windwokkel is een term die vaak wordt gebruikt voor compacte, verticale-as-turbines (de rotor draait om een verticale as) die je bijvoorbeeld op een dak of paal ziet.
Windturbine kopen en plaatsen door vakman?
Wil je ook een windmolen kopen en laten plaatsen? Vraag gratis windturbine offertes aan via Slimster om slim te vergelijken. Je komt in contact met maximaal 3 bedrijven en beslist zelf welk bedrijf de windmolen mag plaatsen. Hierdoor vind je makkelijk de beste windturbine deal.
- Zelf stroom opwekken zelfs in de winter als de zon niet schijnt.
- Vergelijk experts uit jouw regio op prijs, kwaliteit en reviews.
- Bespaar op de totale kosten van een windmolen bij jou thuis.
Direct gratis windturbine offertes vergelijken?
- Vraag binnen 1 minuut aan
- Ontvang vrijblijvende offertes
- Kies de beste deal
Veelgestelde vragen over de werking van een windmolen
Het is vaak mogelijk om een windturbine op een zonnepanelen omvormer aan te sluiten, maar zorg dan wel dat er een laadregelaar tussen wordt geplaatst. Het kan echter zijn dat de omvormer van de zonnepanelen niet werkt met de windturbine.
Wil je zeker weten of de omvormer werkt met zonnepanelen én de windturbine? Laat dan de windturbine en zonnepanelen beide plaatsen door een erkende installateur.
Er is weinig verschil tussen een grote windmolen en een kleine windturbine. Ze werken namelijk hetzelfde. Echter wekt een grote windmolen veel meer energie op dan een kleine windturbine. Meer informatie? Bekijk de opbrengst van een windmolen.
Een windmolen zet de bewegingsenergie van wind om in elektriciteit via aerodynamische lift. De wind blaast langs de wieken, waardoor de rotor gaat draaien. Deze draaiende beweging drijft via een hoofdas en vaak een tandwielkast een generator aan in de gondel. Deze generator werkt als een grote dynamo en produceert bruikbare groene stroom.
Drie wieken zorgen voor de optimale balans tussen stabiliteit, rendement en kosten. Bij twee wieken ontstaat er een hinderlijke trilling wanneer een wiek verticaal langs de mast passeert. Een driebladige rotor draait veel soepeler en rustiger, wat slijtage aan de mechanische onderdelen in de gondel vermindert en de levensduur aanzienlijk verlengt.
Hoewel de rotoras zelf slechts tien tot twintig keer per minuut ronddraait, bereiken de uiteinden van de wieken enorme snelheden door de grote diameter. Bij grote moderne windturbines kunnen de tipsnelheden oplopen tot wel driehonderd kilometer per uur. De tandwielkast versnelt de trage rotatie van de as om de generator efficiënt aan te drijven.
Een windturbine gebruikt een geautomatiseerd kruimechanisme om altijd recht in de wind te staan voor maximale opbrengst. Sensoren bovenop de gondel meten continu de actuele windrichting. Zodra de wind draait, sturen sterke elektromotoren de hele gondel automatisch bij zodat de wieken de wind weer frontaal kunnen opvangen.
Een moderne windturbine bestaat uit rotorbladen, een gondel met as, tandwielkast of direct drive, generator, remsysteem en besturing, plus een hoge mast met fundering en kabels. Samen zorgen deze onderdelen dat de turbine veilig kan draaien, stroom opwekt en die energie naar het elektriciteitsnet doorstuurt.
Op grotere hoogte waait het gemiddeld harder en gelijkmatiger. Door een hoge mast vangen de rotorbladen meer bruikbare wind en kan de turbine veel meer energie opwekken. Tegelijk helpt hoogte om turbulentie van gebouwen en bomen te vermijden, wat rendement en levensduur ten goede komt.
