Vertikale Windkraftanlage

Gesellenstück
 
Kati&Clara
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Vertikale Windkraftanlage

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Gepostet: 03.10.2012 - 12:01 Uhr  ·  #1
Hallo liebe Leser! 8-)

Dieses Forum ist wirklich eine gute Möglichkeit sich auszutauschen und genau das, was ich gerade gesucht habe.
Katrin (Maschinenbautechnikerin in Aubildung) und ich (Mechatronikerin in Ausbildung) möchten eine kleine, vertikale Windkraftanlage bauen. Komponenten wie Rotorblätter(Nenndrehzahl ca.300U/min), Generator (EScooter Motor, 36V 500W, Nenndrehzahl: 2800U/min), Gerüst stehen soweit fest.
Für das Getriebe, in unserem Fall ein Planetengetriebe(1:10), haben wir auch schon einen Anbieter gefunden.
Mit unserem erzeugten Strom möchten wir zwei 24V 7Ah Blockakkus laden und diese für eine Notstromeinrichtung verwenden. (Angelehnt an die Notstromversorgung bei PCs.)
Nun mein Part bei der ganzen Geschichte ist die Mechatronik bei der ich dringend Hilfe :fgrin: benötige, da ich noch nie etwas in diesem Gebiet gemacht habe und auch nicht wirklich weiß wie ich vorgehen muss. Ich weiß zwar, dass ich die entstandene Spannung vom Generator mit einem Spannungregler auf einen max. Wert 'trimmen' muss und eine Steuerungtechnik notwendig ist, jedoch fehlt mir leider das know-how wie ich das meistern kann.

Wir würden uns sehr über baldige Antworten, Tipps und Informationen freuen!
Danke im Voraus.
Kati&Clara
XXLRay
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Re: Vertikale Windkraftanlage

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Gepostet: 03.10.2012 - 15:58 Uhr  ·  #2
Kati&Clara
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Spannungsregler als Überspannungsschutz

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Gepostet: 03.10.2012 - 22:42 Uhr  ·  #3
Zitat geschrieben von XXLRay

Eigentlich brauchst du nur einen Überspannugnsschutz, der verhindert, dass die Akkuspannung zu hoch ansteigt. Hast du denn schon sichergestellt, dass euer Vertikalachser die notwendige Drehzahl für Ladespannung erreicht?


Mit Akkuspannung meinst Du, dass die Spannung mit der die Akkus gelanden werden zb. Nicht über Ca.27V ansteigt, oder? Dafür wäre der Spannungsregler gedacht. (Ist softwaretechnisch der Überspannungsschutz mit weniger Aufwände verbunden?)
Wir haben die rotorblätter noch nicht geliefert bekommen und das Gerüst ist auch noch nicht umgesetzt so können wir die Drehzahl noch nicht messen. Aber laut Recherchen beträgt die Ca. Wie angegeben 280U/min, das müsste reichen.
XXLRay
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Re: Vertikale Windkraftanlage

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Gepostet: 03.10.2012 - 23:29 Uhr  ·  #4
Kati&Clara
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Re: Vertikale Windkraftanlage

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Gepostet: 04.10.2012 - 21:17 Uhr  ·  #5
Es soll recht einfach aufgebaute Spannungsregler zum kaufen geben. (Wie bereits erwähnt soll mit diesem die Spannung relativ gleich bleiben, weil bei dauernden spannungsunterschieden die Akkus nicht lange mitspielen)
XXLRay
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Re: Vertikale Windkraftanlage

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Gepostet: 04.10.2012 - 22:50 Uhr  ·  #6
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Re: Vertikale Windkraftanlage

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Gepostet: 04.10.2012 - 23:03 Uhr  ·  #7
Ahja. Danke, dann werden wir in diese Richtung nochmal recherchieren.
Weißt Du denn wie das mit der Software gehandhabt wird? Ist das mit einem "normalen" microcontroller möglich?
XXLRay
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Re: Vertikale Windkraftanlage

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Gepostet: 05.10.2012 - 07:28 Uhr  ·  #8
Kati&Clara
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Re: Vertikale Windkraftanlage

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Gepostet: 09.10.2012 - 16:27 Uhr  ·  #9
Blöde Frage: Was ist MPPT? bzw für was brauche ich das?
Pulsweitenmudulation ist mir klar.. hatte letztes Jahr ein Projekt mit dem.
german mill
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Re: Vertikale Windkraftanlage

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Gepostet: 09.10.2012 - 21:08 Uhr  ·  #10
Hallo,
blöde Fragen gibt es eigentlich nicht. MPPT= Maximum Power Point Tracking
Bedeutet so viel, dass das Windrad bei jeder Windgeschwindigkeit mit der optimalen Drehzahl läuft, was dann optimale Leistungsentnahme bedeutet. Bei Google gibt es dann auch noch tolle Kurven dazu. Habt Ihr schon bei "DasWindrad" nachgelesen, dort gibt es ebenfalls sehr viele Infos und Anregungen zum Bau von Vertikalwindrädern.
GM
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Re: Vertikale Windkraftanlage

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Gepostet: 09.10.2012 - 22:45 Uhr  ·  #11
german mill
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Re: Vertikale Windkraftanlage

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Gepostet: 10.10.2012 - 08:09 Uhr  ·  #12
Hallo,
toller Link, finde ich ja gut, dass Sie ihre Diplomarbeit öffentlich gemacht haben. GM
Kati&Clara
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Re: Vertikale Windkraftanlage

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Gepostet: 10.10.2012 - 12:11 Uhr  ·  #13
Zitat geschrieben von german mill

Hallo,
blöde Fragen gibt es eigentlich nicht. MPPT= Maximum Power Point Tracking
Bedeutet so viel, dass das Windrad bei jeder Windgeschwindigkeit mit der optimalen Drehzahl läuft, was dann optimale Leistungsentnahme bedeutet. .. "DasWindrad"...


Vielen Dank für die gute kurz Beschreibung und für den Link, wirklich super Infos!




Danke! Werd mir ein paar Stündlein zeit nehmen und das durchstöbern.
sfrankone
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Re: Vertikale Windkraftanlage

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Gepostet: 10.10.2012 - 13:52 Uhr  ·  #14
Hallo,

ganz so einfach ist das mit dem MPPT nicht, denn dieser versucht ja immer die höchst möglichste Leistung (Volt * Ampere) aus dem Generator zu holen. Damit würde er den Generator und damit Deine WKA früher oder später abwürgen. Vor allem die Trägheit der MPPT-Regelung spielt hier eine große Rolle. Insgesamt muss man das System so einstellen das die Elektronik immer etwas weniger vom Generator 'fordert' als er aktuell leisten kann. Eine Programmierung per Mikrocontroller ist zwar möglich, aber für jemanden der neu anfängt einfach ne Nummer zu hoch... :-)

Nehmt doch erstmal ne einfache Ladereglung. Die hat zwar den Nachteil das sie bei zu geringen Spannungen bzw. Drehzahlen keine Ladung der Batterien bewirkt und bei zu hohen Spannungen unnötige Verluste auftreten, aber das reicht erstmal um Euer Vorhaben zu testen und auszubauen.

Interessant sollte für Euch sein, bei welcher Drehzahl schafft Euer Geni ca. 30 Volt DC (Gleichspannung). Diese Spannung braucht Ihr um Eure Ladereglung ausreichend zu versorgen und das an den Batterien noch etwa 29 Volt anliegen. Erst dann fließt auch der Strom in die Batterie und diese werden voll geladen werden können. :-)

Wie groß soll den der Rotor werden? Schafft er es überhaupt den Geni in Verbindung mit dem Getriebe anzutreiben?

Liebe Grüße
Silvio
Kati&Clara
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Re: Vertikale Windkraftanlage

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Gepostet: 10.10.2012 - 15:05 Uhr  ·  #15
Zitat geschrieben von sfrankone

Hallo,

ganz so einfach ist das mit dem MPPT nicht, denn dieser versucht ja immer die höchst möglichste Leistung (Volt * Ampere) aus dem Generator zu holen. Damit würde er den Generator und damit Deine WKA früher oder später abwürgen. Vor allem die Trägheit der MPPT-Regelung spielt hier eine große Rolle. Insgesamt muss man das System so einstellen das die Elektronik immer etwas weniger vom Generator 'fordert' als er aktuell leisten kann. Eine Programmierung per Mikrocontroller ist zwar möglich, aber für jemanden der neu anfängt einfach ne Nummer zu hoch... :-)

Nehmt doch erstmal ne einfache Ladereglung. Die hat zwar den Nachteil das sie bei zu geringen Spannungen bzw. Drehzahlen keine Ladung der Batterien bewirkt und bei zu hohen Spannungen unnötige Verluste auftreten, aber das reicht erstmal um Euer Vorhaben zu testen und auszubauen.

Interessant sollte für Euch sein, bei welcher Drehzahl schafft Euer Geni ca. 30 Volt DC (Gleichspannung). Diese Spannung braucht Ihr um Eure Ladereglung ausreichend zu versorgen und das an den Batterien noch etwa 29 Volt anliegen. Erst dann fließt auch der Strom in die Batterie und diese werden voll geladen werden können. :-)

Wie groß soll den der Rotor werden? Schafft er es überhaupt den Geni in Verbindung mit dem Getriebe abzutreiben?

Liebe Grüße
Silvio


Hallo Silvio!

Nun einfach wird das ganze natürlich nicht, aber danke, dass Du uns vor einem zu holprigen Weg (der allerdings doch sehr verlockend ist) bewahrst
und "..der neu anfängt" trifft wohl sehr auf uns zu. ;-)

"Ne einfach Ladereglung", was verstehst Du darunter? ist das auch machbar mit einem Mikrocontroller, dieser würde uns nämlich bereits zu Verfügung stehen (vom vorigen Ausbildungsjahr). Der neben Faktor, dass dann bei zu wenig Wind nicht genügend Spannung anliegen würde bzw. bei zu viel die Leistung sinnlose Verluste auftreten, ist eigentlich bereits bedacht worden von uns und stellt kein grobes Problem da. Soll ja einfach funktionieren und Leistung erzeugen das Ding. Nach dem Pflichtteil (der Gesellenprüfung) können wir eh alles abändern und einen besseren Wirkungsgrad erzielen.

Die Nenndrehzahl vom Generator steht noch nicht fest. Ursprünglich war ein es EScooter Motor (26V 500W, 2800U/min), so wäre ein Getriebe (Planetengetreibe) mit einer Übersetzung von 1:10 nötig gewesen, welches aber leider nicht zu vernünftigen Preisen auffindbar ist. Also sind wir erneut auf der Suche. Diesmal nach einem EBike Motor welcher ca 300U/min + 500W hat und somit keine Übersetzung nötig ist. Sollte wer einen Anbieter wissen, her damit! ;-)

Die Nenndrehzahl vom Rotor ist ca. 280U/min. Laut Anbieter sollte er ca. 500W erzeugen können. Das mit dem Getriebe hab ich eh bereits erwähnt, dass wir jtz versuchen das ganze ohne Getriebe zu meistern.

Vielen Danke schon mal!
sfrankone
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Re: Vertikale Windkraftanlage

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Gepostet: 10.10.2012 - 20:58 Uhr  ·  #16
Hallo ihr zwei,

also habt Ihr einen fertigen Rotor. Und der ist mit 500W angegeben... Bei welcher Windgeschwindigkeit? Welche Größe hat der Rotor? Was ist es genau für ein Rotor. Das wäre erstmal wichtig. Vielleicht habt Ihr auch ein Bild was Ihr uns mal zeigen könnt...

Einen Generator mit 300 U/min bei Nennleistung werdet Ihr wohl nur schwer finden. Vielleicht der Scheibengenerator hier im Shop.

Die Ladereglung würde ich im ersten Stepp nicht mit nem Mikrocontroller machen. Da findet man sicher irgend eine Ladereglung die ganz simpel funktioniert. Wenn Ihr dann später einen MPPT 'programmieren' wollt kann man das immer noch machen. Dann habt Ihr auch schon genaue Werte was die Drehzahlen etc. angeht...

Als Laderregler könnte sowas funktionieren.
Shop-KWK/index.php?a=58
Vorausgesetzt ihr findet einen Geni mit 3Phasen...

Also dann... Viel Spaß noch bei grübeln... :-)

Liebe Grüße
Silvio
Kati&Clara
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Re: Vertikale Windkraftanlage

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Gepostet: 17.10.2012 - 08:11 Uhr  ·  #17
Hallo Silvio, 8-)

Bei welcher Geschwindigkeit die 500W erzeugt werden wissen wir leider (noch) nicht.
d=1260mm, Foto haben wir leider noch keines, weil wir den Rotor noch nicht aufgebaut haben. Der Rotor besteht aus 3 Rotorblättern welche ja 100mm lang sind.

Der Scheibengenerator hier ist nicht so wirklich in unserem Budget (im Vergleich zu einem ursprünglich geplanten EScooter Motor).
Wie bereits erwähnt wäre ein EBike Motor von der Drehzahl und der Leistung genau passend. Leider haben wir bis heute noch keinen gefunden. ;(

Den Laderegler muss ich selber bauen. (Vorgabe vom Prüfungskomitee) Sollte jemand eine Anleitung oder eine passende Webseite hierfür kennen, lasst es uns bitte wissen.
Wir sind uns ziemlich einig, dass wir nach der Prüfung das ganze optimieren und z.B.: dann MTTP anwenden. (jetzt würde es auch zu viel Zeit in Anspruch nehmen, sich in die Thematik richtig einzulesen)

Danke für Deine sehr hilfreichen Vorschläge und Tipps!
doelle4
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Re: Vertikale Windkraftanlage

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Gepostet: 17.10.2012 - 15:35 Uhr  ·  #18
Also bei soviel Frauenpower staun ich ;-)
Aber um eure Erwartungen zu relativieren.
Mit einem Vertikalachser mit ca 1,25 m2 Windfläche werdens wohl keine 500 Watt werden höchstens 100-150 , der Scootermotor und das Getreibe reissen die Bilanz dann nochmal um sicher 50 % runter.
Oder handelt es sich um einen Vertikalachser ? Klingt zumindest so.
Dann siehst besser aus als Grundlage für Stromerzeugung...
Gruß Hans
Kati&Clara
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Re: Vertikale Windkraftanlage

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Gepostet: 17.10.2012 - 16:43 Uhr  ·  #19
Die Power ist zwar enorm aber leider die Grundsteine schwer aufzubauen. ;)
Habe heute wieder einiges recherchiert und bin auch anhand vielen Beispielen auf das Resultat gekommen, dass 500W sehr hoch gegriffen sein muss. :S
Weil der Scootermoter nur im Zusammenhang mit einem Getriebe anwendbar ist suchen wir nach einer anderen Lösung. (Bis jetzt leider noch Erfolglos)
Fehlt bei deiner Frage eventuell ein 'kein'?
Also es handelt sich um einen Vertikalachser, weil wir nicht die Möglichkeit haben in die Höhe zu bauen.

Danke für deinen Beitrag!
doelle4
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Re: Vertikale Windkraftanlage

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Gepostet: 17.10.2012 - 19:16 Uhr  ·  #20
Ja es fehlte ein "kein"
Die Leistung wird bei 1,25m2 dann wohl zumeist eher um die 10 -50 Watt betragen, auch durch durch die Bodennähe bedingt.
Dies nur als als Info.
Unter diesen Umständen und der einfachheit halber wäre der Einsatz von 2 Shimano Dynamos erwägenwert, die Ausbeute ist zwar mager (max 15 Watt), aber ohne Getriebe ist Ladestrom auch bei schwachen Wind möglich und 40 € für wetterfeste Generatoren die dann auch laufen sind nicht die Welt. Einer bringt ca 5 -6 Volt bei einer Umdrehung/Sekunde.
Ist zwar sehr ernüchternd da wenig Leistung aber dafür dauerhaft..

Den Scootermotor könnet ihr probieren wenn ihr ihn schon habt, es sind sehr günstig Ketten und Zahnräder für verschiedene Übersetzungen am Markt und in der Regel unter 10 Euro pro Teil. Nachteil - hohe Drehzahl um Nennvolt zu bekommen was Kraft frißt. Der bringt zwar mehr Ampere aber an der Spannung harperts bei niedriger Drehzahl.

Also Abwägen - Nabendynamolösung mit Ladespannung auch bei geringen Wind oder Scootermotor der mehr bringt aber warscheinlich nur bei starken Wind überhaupt auf Ladespannung kommt.

Oder Scheibengenerator bauen was am besten wär...oder weitersuchen...
Denke ihr nehmt den letzten Punkt ;-)

* HABE JETZT ERST GESEHEN: "Mit unserem erzeugten Strom möchten wir zwei 24V 7Ah laden" unter diesen Umständen tuts ein Generator wie der Nabendynamo da die Akkus schnell voll sind aber auch schnell leer sind und daher regelmäßig mit kleinerem Strom versorgt werden sollte und nicht die halbe woche gar nicht und dann bekommt er kurz massig Ampere die er nicht mehr speichern kann.

Der Vernunft und Zufriedenheit halber tendiere ich zu 2 kleinen Solarmodulen (Akkuanschluß nur mit Diode) in Kombination mit einem kleinen Selbstbau Scheibengenerator oder Nabengenerator mit ev Spannungsstepup Schaltung. Das ist eine gute lauffähige Kombination die lange hält und die Akkus werden sich auch drüber freuen und es mit langem Leben danken.
So hättet ihr wirklich eine Freude drann und was für die "Ewigkeit"
Gruß Hans
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