Als je elektriciteit wilt op wekken met een waterrad bij een watermolen is het van belang om in een vroeg stadium de juiste keuze te maken. Een generator is namelijk geschikt voor een bepaald toerental en vermogen. Kom je buiten de specificaties van de generator, dan loop je het risico op schade, vermogensverlies of de generator werkt helemaal niet.

Het vermogen van een waterrad in een watermolen is zodanig dat 24 of 48 VDC geen reëele optie is. Hogere DC-spanning zijn ronduit gevaarlijk. In dit kader bespreek ik daarom enkel 230-400 V generatoren.

De eerste vraag die beantwoord moet worden is of je netgekoppeld of in eilandbedrijf gaat werken. Werk je in eilandbedrijf dan is een asynchrone generator geen logische optie meer. Het noodzakelijk magnetische veld ontbreekt aangezien je geen net hebt, noch een voorziening in de generator om dat veld op te wekken.

In eilandbedrijf kom je dan uit op een synchrone generator. Hiervoor kan je een permanent magneet generator (PMG) gebruiken of een synchrone generator die een veldwikkeling heeft. Bij een PMG is de spanning en frequentie rechtstreeks afhankelijk van het toerental. Het toerental is dan weer een balans tussen de aandrijvende kracht van het waterrad en de belasting. Het is dus heel lastig om spanning en frequentie constant te houden aangezien dat een dynamisch evenwicht is tussen de hoeveelheid water op het waterrad en de belasting. Prima geschikt voor verwarming aangezien die niet gevoelig is voor de frequentie en binnen ruime marges voor spanning. Het rendement van een PM generator is hoog. Een synchrone generator met veldwikkeling moet een AVR aan boord hebben. Deze regelt de spanning en frequentie binnen redelijke marges en vrij snel. Het nadeel is een iets lager rendement, maar de elektriciteit is wel geschikt voor brede toepassingen.

Ben je netgekoppeld dan kom je uit op een asynchrone generator of een PMG in combinatie met een omvormer. Een asynchrone generator werkt alleen bij een 3 fase systeem (400V).Heb je dat niet dan kom je vrijwel automatisch uit op een PMG met omvormer. Een asynchrone generator is eenvoudig en goedkoop. Het rendement is gemiddeld en ik zou altijd voor een IE4 specificatie gaan. Het nadeel is dat de generator vrijwel synchroon met het net loopt (asynchroon refereert naar de slip van maximaal 5%). Het waterrad heeft dan ook een constant toerental. Prima als je altijd voldoende water hebt. Anders moet je genoegen nemen met wat minder rendement of de overbrenging iets aanpassen. Je hebt altijd een condensatorpakket nodig om de cos phi aan te passen.

Een PMG in combinatie met omvormer geeft de meeste flexibiliteit maar ook de hoogste kosten. Voor een enkelfase systeem (230 V) ontkom je er niet aan. De rendementen van zowel de PMG als de omvormer lijken hoog. Let er op dat deze hoge rendementen alleen bij vollast gelden. Deellast wordt vaak niet gespecificeerd, maar is over het algemeen veel lager. Bij minder dan 50% belasting gaat het rendement nog veel harder terug. Omvormers voor zonnepanelen zijn niet geschikt. Bij waterkracht wordt gebruik gemaakt van omvormers uit de windenergie.

Als laatste een opsomming van wat exoten, of exotische ideeën:

• Een PMG direct aan het net koppelen. In principe mogelijk maar het komt heel kritisch. Het magnetische veld is vast, dus ook de verhouding spanning en frequentie. Laat die nu normaal 230 V / 50 Hz zijn. Bij een PMG moet je afwachten. Enkel zelfbouwers van PM generatoren kunnen het aantal wikkelingen aanpassen en dus de spanning bij 50 Hz. Aandachtspunt is het reactief vermogen.
• Een asynchrone generator tot 4 maal het synchrone toerental laten draaien en dan met een omvormer er weer netjes 230-400 V van maken. Het rendement van de asynchrone generator neemt sterk toe bij een verhoogd toerental, maar de vraag is of dat opweegt tegen de extra verliezen in de tandwielkast. De prijs van een asynchrone generator is beduidend minder dan van een PMG, dus dat is winst. De omvormer blijft. Een Engels bedrijf claimt goede resultaten, maar persoonlijk heb ik er geen ervaring mee.

Heb je nog vragen of suggesties? Neem dan contact op.