Vindkraft Anton Repetto 9b 21/5-2010 1

Vindkraft Anton Repetto 9b 21/5-2010 1

Vindkraft...1 Inledning...3 Bakgrund...4 Frågeställning...5 Metod...5 Slutsats...7 Felkällor...8 Avslutning...8 2

Inledning Fördjupningsveckan i skolan har som tema, miljö och energi. Energikällor, hållbar utveckling och miljö är mycket aktuella ämne i dagens samhälle. Mitt mål var att göra fördjupningsarbete inom något roligt och intressant ämne. Jag tycker om att hålla på med arbete som innehåller även praktiska moment särskild inom teknik inriktning. Bland de olika projekten fanns ett om vindkraft. Detta tyckte jag vara mycket intressant och aktuellt. Därför tog jag tillfället att fördjupa mig inom detta genom att konstruera ett eget kraftverk i detta skolprojekt. 3

Bakgrund Solen värmer upp jorden, mindre vid polerna, och uppvärmningen ökar desto närmre man kommer ekvatorn pga. olika infallsvinklar. Jorden blir snabbare kallare än vattnet. Olika temperaturer skapar tunnare eller tjockare luft och som konsekvens bildas högtryck och lågtrycksområden. Vinden rör sig från högtryck till lågtryck. Luftens tryckskillnad mellan bladens sidor på en flygplansvinge skapar dragkraft, som i sin tur ger upphov till ett vridande moment på rotoraxeln som får en generator att rotera och producera elektrisk energi. Verkningsgraden för vindkraftverk har ökat under de senaste åren med moderna generatorer och nya bladformer, inspirerade av flygbranschen. Alltså vindkraftverket omvandlar den kinetiska energin (rörelseenergi) i vinden till elektricitet. Egentligen har vi alltid använt oss av vindkraften. För ungefär 5000 år sedan började människan att använda vinden för att driva segelbåtar och på detta sätt transportera varor och kolonisera nya länder. Nästa steg var att bygga väderkvarnar som pumpade vatten för att få bättre skörd och mala säd till mjöl. Charles F. Brush kunde i USA 1891 tack vare ett patent från Skottland bygga det första elkraftverket som försörjde sitt hus och labb med el och värme under vintern. Utvecklingen har ökat sen dess även som konsekvens av en kontinuerlig fördyrning av energikällor som olja och på grund av ett ökat miljömedvetande. Miljömedvetandet har drivit fram en snabbare utveckling omkring så kallade förnybara energikällor som sol och vind. Vinden och solen tar aldrig slut. Det är därför de kallas för förnybara energikällor. Ett mer och mer energikrävande samhälle kan inte bara vara beroende av olja, kol eller kärnkraft. Det är därför frågeställningen jag har valt är mycket aktuell och kan besvaras utav en undersökning. Desto färre blad ett vindkraftverk har desto mer buller, eftersom bladen snurrar snabbare. Ett trebladigt vindkraftverk kostar mer än de med mindre antal blad. En nackdel är att ett vindkraftverk inte producerar så mycket energi om man jämför med kärn,kol eller oljekraftverk. Andra negativa aspekter är buller från rotorbladen som snurrar och landskapsförändringen som många klagar på. Det kan även vara intressant nämna att under 2006 har 1300 rovfåglar dött pga. rotorbladen när de jagar. Ett vindkraftverk kan försörja ungefär 300 hushåll. Sveriges el produceras idag till ungefär 50 % av kärnkraft och till 45 procent vattenkraft. Vindkraften står för 1,7 %. 4

Frågeställning Hur mycket el kan mitt modellvindkraftverk producera? Metod Jag började med att bygga ett torn med hjälp av två 1,50 m höga plankor som hade en bredd på 14 cm. Sedan skruvade jag fast plankorna i varandra. När jag gjort tornet använde jag mig av en 40x40 cm platta för att göra mitt vindkraftverk stabilare. Efter det målade jag tornet i grön och vit färg. När detta var klart inspirerades jag av Olles (min lärare) mall för att kunna konstruera mina blad men i en annan form och längd. Sedan ritade jag min mall på två A2 papper så att båda rotorbladen fick plats. Därefter klippte jag ut mallen och satte den i ett 11 cm (diameter) PVC-rör, så att bladen blev böjda år olika håll, för att kunna fånga vinden. Bladen får sin böjning eftersom jag har mätt ut en mittlinje. Jag valde ett vindkraftverk med två blad eftersom det ger 10 % energi mer är 1 bladigt, men 5 % energi mindre än trebladigt. Detta gjorde det lättare att konstruera bladen. När jag hade sågat ut bladen från PVC-röret så började jag med att borra i bladets mittpunkt. Efter det använde jag mig av en gängad metallstång för att fästa propellrarna på. Sedan satte jag in metallstången i ett mässingsrör, som jag hade fäst ovanför tornet. För att den skulle snurra bättre smörjde jag insidan av röret med fett. Därefter spändes metallstången fast i röret, med två lösa bultar så att den kunde snurra fritt. Bild på hur jag fäst metallstången i tornet. För att kunna fästa en dynamo på ett lämpligt ställe så använde jag mig av en växellåda med växling 1:1. Växellådan bestod av två trähjul, ett hjul placerades på dynamons huvud och den andra vid metallstången. Slutligen användes ett snöre som rem. 5

När jag satt fast hjulen använde jag mig av snöret som kedja för att få hjulen att snurra när vinden möter bladen framifrån. När jag testade mitt vindkraftverk så drogs dynamon uppåt och därför använde jag mig av ett snöre som drog tillbaka dynamon. För att ge ytterligare stöd till dynamon, skruvade jag fast en platta så att dynamon inte vinklades inåt mot mitten av mitt vindkraftverk. Jag märkte att snöret ville ut från hjulen och därför fäste jag en plywoodplatta för att undvika att snöret lossnar. Nu är vindkraftverket klart för testning och därför tog jag upp det på taket för att mäta. Under mätningen mätte jag både vind och spänning och det gav följande resultat Resultat: Under hastigheten 1,6 m/s var det svårt att mäta eftersom då stannar bladen. Mätning 1-2 m/s Vindhastighet (m/s) 1,6 1,7 Mätning 2-3 m/s Vindhastighet (m/s) Spänning (V) 0,121 0,189 Spänning (V) 6

2 2,2 2,3 2,5 2,6 Första mätning 0,199 0,231 0,223 0,246 0,381 Andra mätning 0,238 0,239 0,242 0,267 0,278 Mätning 3+ m/s Vindhastighet (m/s) 3,0 3,4 4,0 Tredje mätning 0,227 - Spänning (V) 0,416 0,361 0,428 Material till att undersöka: multimeter/spänningsmätare, anemometer(vindhastighetsmätare) Multimetern åt vänster och anemometern åt höger. Slutsats Man kan tyda från mätningarna i tabellen att spänningen från modellvindkraftverket ökar med ungefär 0,115 V då vindens hastighet ökar med 1 m/s. Vi hade ingen last som kan förbruka energi (som t.ex. en lampa där energin förbrukar i ljus och spillvärme). Därför kunde vi inte mäta någon producerad effekt. Effekten som ett vindkraftverk producerar beror på rotorns hastighet som i sin tur beror på vindens hastighet och arean som de roterande bladen åstadkommer. Bladens radie är 0,468 m som ger arean 0,69 m2. Detta är en väldigt liten area om man jämför med ett riktigt vindkraftverk, så troligen hade det inte varit möjligt att t.ex. tända en lampa. Det har visat sig ändå att det var fullt möjligt att med enkla medel tillverka ett fullfungerande mini vindkraftverk. Mitt modellvindkraftverk börjar producera el före ett vindkraftverk. Ett normalt vindkraftverk börjar producera el vid 3 m/s och mitt vid 1,6 m/s. 7

Felkällor En växellåda har använts för att kunna montera dynamon. Detta har tillfört en viss energiförlust. Det var inte lätt att utföra flera mätningar på samma vindhastighet pga. att den varierar snabbt. Avslutning Om jag hade haft mer tid, hade jag kunnat testa med ett mindre hjul vid dynamon för att öka varvtalet och kunna kanske kunna skapa mer spänning, men det skulle vara trögare för vinden att få igång vindkraftverket och därför krävs troligen större och längre blad. Detta hade gett möjlighet att kunna driva en lampa och på detta sätt kunna mäta strömmen och räkna den producerade effekten. Anton Repetto 9b 8