Windturbine

Deze instructable laat zien hoe je een windturbine (met horizontale draai-as) kan bouwen waarmee het opgewekte elektrische vermogen met behulp van een LED-lampjes kan worden aangetoond. Het aangeleverde vermogen van de wind kan in een rotatie van de turbine worden omgezet. De hieruit opgewekte kinetische energie kan met behulp van een zelf gebouwde dynamo uiteindelijk lampjes laten branden. Doordat de rotatie van de turbine gaat een schijf met magneten draaien, waardoor een wisselend magnetisch veld word opgewekt. Dit induceert een stroom. Met deze opstelling kan worden laten zien dat dit vermogen afhankelijk is van de aangeleverde windsnelheid. Hoe harder de turbine dan gaat draaien, hoe meer lampjes laten branden.

Je hebt deze materialen nodig:

• Moer, binnendiameter 8mm, 3 Stuks 
• Borgmoer, binnendiameter 8mm, 2 Stuks 
• Kogellager 123 inkt (Binnendiameter 8mm, Buitendiameter 22 mm) 2 Stuks 
• Pvc-buis , Diameter 5 cm, 15 Centimeter  
• Metalen staaf (draadeind verzinkt) , diameter 8 mm, 10 Centimeter  
• Schijfmagneten 20 x 10 mm, 1T , 2 Stuks   
• buis uit plastic, diameter 20mm, dikte 15mm) 
• 1 seconde lijm   
• Plastic Savonius windturbine (3D print) en  Plastic HAWT-windturbine 3 wieken (3D print)   
• Spoel, ongeveer 1500 windingen, 2 Stuks  of alternatief: wikkel de spoelen zelf met :
• houten houdertjes, 2 Stuks
• pvc buis, diameter 8mm, 2cm lang
• Houten kist  
• Ventilator of föhn

Electronica:

• Arduino, bijvoorbeeld: https://store.arduino.cc/products/arduino-uno-rev3
• Breadboard
• Ledlampjes (4 Stuks)
• Weerstand 220 ohm (4 Stuks)
• breadboard kabels (korte en 1 lange)
• usb-c kabel en Laptop

Je hebt deze gereedschap nodig:

• 3D-printer
• soldeer-gereedschap
• kabelsnijder
• metaalzaag
• zaag (voor plastic)
• grote boormachine
• ringsteeksleutel

Indien je de spoelen zelf wikkelt:

• spoelwikkelmachine
• Lasersnijder

De turbine kan met een 3D printer worden geprint. Met tinkercad kan de turbine worden ontworpen. Dit is de link voor ons ontwerp:

https://www.tinkercad.com/things/jRJv3Di8xtb?sharecode=lke90XNPfjpJMd3j2SmZam3d0rc5dhwZIEbVvONmFVA

Het ontwerp bestaat uit drie wieken, een rond koppelstuk en een cylinder waarmee de turbine aan de dynamo kan worden gekoppeld.

Vervolgens kunnen de wieken in het ronde koppelstuk worden geschoven. De cylinder kan met (1 seconde) lijm aan het ronde koppelstuk worden vastgemaakt.

Nu ga je de dynamo in elkaar te zetten.

Snij de dikke PVC-buis met de zaag in de gewilde lengte (ongeveer 15 cm). Boor met een grote boormachine twee gaten in de buis. De diameter van de gaten moet zo groot zijn als de buitendiameter van de lagers (22mm). Let er op dat ze op de zelfde hoogte zitten en precies tegenover elkaar zitten.

Druk nu de lagers in de gaten zodat ze goed vast zitten.

Lijm nu de twee schijfmagneten op een kleine ronde plastic buis (met dezelfde diameter van de magneten, bij ons 20 mm en een dikte van ongeveer 15mm) Boor door het midden van deze buis een gat met de diameter van de as.

Draai nu de as door de lagers en de buis met magneten, zodat de magneet aan de binnenkant van de PVC-buis zit (zie foto). Zet de magneet aan de binnenkant van de grote PVC-buis vast met twee moeren, zodat de magneet met de as mee draait.

Draai nu twee borgmoeren aan de buitenkant van de PVC-buis op de as zodat de as niet heen en weer gaat schuiven.

Als je de spoel zelf wilt wikkelen kun je een houten houdertje bouwen: Deze bestaat ieder uit twee ronde houten schijven (diameter ongeveer 5 cm) met een gat van ongeveer 8mm (diameter) die je kan lasersnijden. Met een spoel-wikkelmachine kan je twee spoelen (van bijvoorbeeld 1600 windingen) wikkelen. Alternatief kun je ook twee al gewikkelde spoelen van ongeveer 1600 windingen gebruiken. Let er op dat de spoel niet te breed is (dus liever hoog gewikkeld), zodat het veranderende magneetveld de spoel maximaal beïnvloedt en dus zo veel mogelijk stroom wordt geïnduceerd.

Twee uiteindes van de kabels van de twee spoelen kan je aan elkaar solderen. Haal daarvoor het isolerend materiaal van de kabels met schuurpapier eraf. Let er op dat de wikkelrichting van de spoelen in tegengestelde richting staan, zodat zich de geïnduceerde stroom versterkt wordt en de spoelen elkaar niet gaan tegenwerken.

Soldeer de andere uiteindes van de kabels ieder aan een lange door midden gesneden breadboard-kabel. Ook hier moet je uiteraard de isolatie om de kabel af halen. Let er op dat de verbinding lang genoeg is om de Arduino te bereiken.

Vervolgens kun je de Arduino zo programmeren dat de opgewekte stroom van de dynamo in een signaal op de Arduino kan worden omgezet. Afhankelijk van de input-stroom gaan lampjes op de Arduino branden.

Zie fotos voor de door ons gebruikte code.

Verbind nu de Arduino met het breadboard, zie de schets voor deze verbinding en het bouwen van het circuit.

In de laatste stap moeten alle onderdelen - de turbine, de dynamo met de spoelen en de Arduino met het breadboard - in elkaar worden gezet.

De turbine kan met behulp van een moer aan de draaias vast worden gedraaid, leg daarvoor een moer in het gaatje van de cylinder van de turbine en zorg ervoor dat de moer hierin niet kan draaien. Draai vervolgens de as door deze moer (zie foto).

De spoelen worden op de zijkant van de PVC-buis gelijmd, ter hoogte van de schijfmagneten.

De twee vrije uiteindes van de spoelen worden aangesloten aan de Arduino. Verbind hiervoor een uiteinde met AC0 en het andere met de ground van de Arduino. Verbind de Arduino met je met een usb-c- kabel met je laptop.

De hele opstelling wordt op de houten kist gelijmd, waardoor het stabiel staat en de turbine vrij kan draaien.

Dan ben je klaar en kun je met een ventilator of föhn de turbine laten draaien en stroom opwekken, zodat m.b.v. de Arduino lampjes gaan branden.