Vaak zie je windmolens met drie wieken. Zo ook onze boerenerfmolens. Maar je hebt ze ook met twee of minder wieken. Waarom hebben niet alle molens hetzelfde aantal wieken? En waarom hebben wij drie wieken gekozen voor onze erfmolen? We leggen het uit in dit blog, en we beginnen bij het begin.
Laten we daar eerst mee beginnen. Een windmolen gebruikt zijn wieken om stroom op te wekken. Met de wieken vangt hij wind, waardoor de rotor gaat draaien en de generator energie kan omzetten naar elektriciteit.
Daarbij is het zo dat hoe meer wieken een windturbine heeft, hoe hoger de efficiëntie. Al zit er wel een maximum aan hoeveel energie er uit de wind gehaald kan worden. Het theoretische maximum dat je met een oneindig aantal wieken uit de wind kan halen is 59.3%. Dit wordt de Betz limiet genoemd. Zou je meer dan 60% energie uit de wind halen, dan vertraagt deze en veroorzaakt een blokkade achter de molen. Hierdoor neemt de aanvoer van wind naar de windmolen af.
Niet voor niets wordt het een theoretisch maximum genoemd, want in de praktijk wordt de 59.3% van Betz niet gehaald. Er treedt namelijk altijd energieverlies op door wrijving bij de elektrische energieomzetting. Bij grote windmolens met drie wieken zien we een efficiëntie van ongeveer 48%. Bij twee wieken blijft de efficiëntie steken op ongeveer 45%. Bij één wiek is dit ongeveer 42%. Het is goed om te weten dat kleine windmolens meer last van hebben wrijving. Onze EAZ windmolen heeft een efficiëntie van ongeveer 40%, wat zeer goed is voor dit formaat.
Een andere belangrijke factor in de efficiëntie van windmolens is de tip speed ratio. Je kijkt dan naar de draaisnelheid van het uiteinde van de wiek. Als de draaisnelheid van het uiteinde precies gelijk is aan de snelheid van de wind is de ratio 1. Een windmolen heeft een ideale tip speed ratio, waarbij hij optimaal opwekt. Voor een windmolen met drie wieken is dat 7. Bij twee wieken is de ideale ratio 10. En bij één wiek is dit 15. Een windmolen met drie wieken bereikt dus eerder de ideale tip speed ratio en daarmee eerder de ideale opwek.
Het kiezen van het aantal wieken is uiteindelijk een totaalplaatje. Dat wij voor drie wieken kiezen, betekent niet dat een windmolen met minder wieken slecht is. Maar met het boerenlandschap en -bedrijf in het achterhoofd kiezen wij voor een model, waarbij ook bij lagere windsnelheden al een goede opwek wordt behaald. Doordat onze molen een variërend toerental kan draaien, kan op meerdere windsnelheden de optimale tip speed ratio bereikt worden.