sinnvoller Ladebeginn

Moin moin,

Ich möchte hier gerne mal eine kleine Diskussion zum sinnvollen Ladebegin einer Kleinwindanlage anstoße und hoffe auf viele Meinungen.
Vorab meine Überlegungen dazu, die sich hauptsächlich auf die AUslegug von Scheibengeneratoren beziehen:

Gerne wird immer wieder, auch von mir, bei der Planung einer WIndanlage versucht, mit möglichst kleinen WIndgeschwindigkeiten schon Leistung zu erzeugen. 3 m/s wird, da in Deutschland an vielen Standorten recht wenig Wind vorhanden ist, schon oft als kritisch angesehen. Manche Hersteller gehen gezielt darauf ein und entwickeln WIndräder speziell für die Schwachwindtauglichkeit (die Blackanlage beispielsweise). Es scheint sich diesbezüglich schon fast ein kleiner Kampf der Wettbewerber zu entwickeln.

Ist ein so niedrig angesetzter Ladegebinn aber eigetlich überhaupt sinnvoll, gerade was den Selbstbau angeht?

Auch ich habe bei der Planung meiner Netzgeführten 6m Anlage einen Ladebeginn von um die 2 m/s angezielt, komme nun aber selbst etwas ins Grübeln. Ich habe mich in letzter Zeit verschärft mit den Verteilungen der WIndgeschwindigkeiten an verschiedenen Standorten Deutschlands befasst. Dabei betrachtete ich vor allem die Häufigkeit der einzelnen Windstärken (Weibullverteilung).

Nach vielen Recherchen kam ich zu dem Ergebnis, dass selbst an Standorten mit niedrigem Jahresdurchschnitt (bis 3 m/s) nur etwa maximal 1/3 der Jahresproduktion auch durch diese kleinen WIndgeschwindigkeiten erzeugt wird.
DENN
Verdoppelt sich die Windgeschwindigkeit, so verachtfacht sich die Leistung die das WIndrad liefern kann.

Letztlich (und das erstaunt mich selbst etwas) kam ich zu dem Schluss, dass Windgeschwindigkeiten (zumindest für den Selbstbauer) unter 3 m/s als Auslegung für den Ladebeginn eigentlich unnötig sind, wobei man noch zwischen den Varianten der Netzeinspeisung und Batterieladung unterscheiden müsste.

ich habe kürzlich einen Scheibengenerator für eine 48 V Batterieladung geplant. Den Ladebeginn setzte ich bei 2 m/s an, die SLZ auf 6. Es handelt sich um eine 6 m Anlage.

Nun hat man nach Abzug aller Verluste ( Lagerreibung, Verluste im Stator, Gleichrichterverluste usw.) bei 2 m/s von dieser 6m!!! Anlage etwa 30-50 Watt zu erwarten. Der Bau (nur des) Generators würde hierbei etwa 1700 Euro kosten.

Bei 3 m/s wären etwa 150 Watt an Leistung zu erwarten.
Nun ist es so, dass wenn man den Ladebeginn des WIndrades von Anfag an auf etwa 3 m/s auslegt, der Generator (durch weniger Kupfer und Magnete sowie kleinere Laserteile) etwa 300 euro billiger werden könnte. Gleichzeitig würde sich zudem noch der Innenwiderstand deutlich verringern.
Letzteres bedeutet wiederum deutlich kleinere Wärmeverluste im Stator wenn es mal ordentlich weht. Wenn man es durchrechnet, und dabei die Weibullverteilungen der WIndgeschwindigkeiten bis sagen wir mal 10 m/s berücksichtigt, hat man schon alleine durch die verminderten Verluste des Generators bei WIndgeschwindigkeiten ab 5 m/s die nicht vorhandene Produktion unterhalb von 3 m/s dicke eingeholt.
Bei Batterieladung kommt noch verschärfned hinzu, dass ANlagen mit einem sehr frühen ladebeginn bei mittleren und großen WIndgeschwindigkeiten oft in "Stall" gehen. Gerade bei stark entladenen Batterien fordert der Generator dann oft mehr Leistug ab als sie der Rotor liefern kann was zur Folge hat dass er mit kleinerer SLZ läuft und an WIrkungsgrad verliert ( das Problem gibts bei Netzeinspeisung nicht!)
Dieses Problem wird auch oft im Amiforum bei Fieldlines.com beschrieben. Letztlich kann man hier nur durch einen späteren Ladebeginn Abhilfe schaffen....wenn man das denn will.

Die Vorteile für den Selbstbauer liegen somit für mich eigentlich recht klar auf der Hand:
etwas späterer Ladebeginn bedeutet unterm Strich MEHR Ertrag und deutlich geringere Baukosten, sowie durch den kleineren Innenwiderstand des Generators größere Maximalleistung bei Starkwind und bessere Anpassung von Rotor und Generator bei mittleren WIndgeschwindigkeiten (5....X m/s)

Dem gegenüber stehen nun auch einige möglche Nachteile. Ein sehr niedrig angesetzter Ladebeginn bietet nun auf der anderen Seite natürlich auch wiederum eine relativ durchgehende Voersorgung. Bei WInden unter 3 m/s kommt hier immer noch was an der Batterie an, nicht viel aber stetig. Somit kann natürlich die Größe der Batteriebank deutlich reduziert werden, ohne (bei richtiger Auslegung der Anlagengröße) den gewohnten Verbrauch auch bei relativer " Flaute" abändern zu müssen.

Es kommt eben dauerhaft ABER STETIG wenig Leistung rein. Dafür muss man ei größeren WIndgeschwindigkeiten mit schlechterem Wirkungsgrad rechnen, kann durch die kleineren Batteriebank weniger "Vorrat" anlegen und muss das WIndrad (zum Schutz des Generators wegen des höheren Innenwiderstandes) früher (wie auch immer) abregeln und verzichtet somit auf Spiztenleistungen selbst wenn es dann mal ordentlich windet.

NUn stellt sich aber natürlich die Frage ob sich ein WIndrad an solchen Stellen überhaupt "lohnt", zumal der Bau des Generators doch um einiges teurer wird.

Bei Netzeinspeisung sieht das alles nicht ganz so dramatisch aus. Hier stören auch größere Innewiderstände des generators durch die mitansteigende Spannung icht ganz so doll und auch der angesprochene Stall bei mehr Wind kann durch eine Gute Anpassung der leistungskurven von Generator und Rotor im Wechselrichter vermieden werden.

Die meisten Leute werden jedoch eher auf Batterieladesysteme abzielen...

Welchen Ladebegin haltet ihr für sinnvoll...und mit welchen Argumenten...?

Nun bin ich gespannt auf eure Meinungen zum Thema und hoff auf rege Teilnahme

Gruß
Max

Ich halte 2,5 -3 meter für gut da hier zwar wenig leistung anfällt aber dafür für die vielfache Zeitdauer wie bei 5-6 Meter.
Wohne selbst in Schwachwindgebiet wo zwar fast jeden zweiten tag 3 m/s wehen aber sehr selten mehr als 6.

Außerdem gibts den psychologischen aspekt, ein Windrad das die meiste zeit läuft und produziert macht mehr freunde wie eins wo man drauf warten muss das es mal vernünftig anläuft. Gibt auch mehr ansehen wenn man es laien zeigt
Unter 2,5 meter lohnt es kaum (zuwenig energie im Wind) aber wenns da schon laufen würd wär das ein feiner optischer aspekt.
Gruß hans

Hallo Max,

ich finde Du hast alle Aspekte und Argumente wunderschön herausgeschrieben - daraus ergibt sich meine Meinung aber der Schluss, dass es auf Deine Frage keine Pauschalantwort gibt. Man muss auf jeden Fall sehr differenziert rangehen, und ganu Deine Argumente von Fall zu Fall gegeneinander abwägen.

Z.B: in meinen Fall sind Wind über 5m/s selten, und habe 7 Stunden am Tag zwischen 2m/s und 5m/s , also ist es klar, dass ich mit einem Ladebeginn von 3,5m/s einfach nicht viel davon habe...ich mus schon sehen, dass ich bei ca. 2,5m/s zu laden anfange. Da nützt mir Materialeinsparen auch nichts.

Mein Repeller wird 2,4 meter haben, ich hätte also bei ca. 3,5m/s im Mittel ca. 35-45 Watt Leistung , das bedeutet ca. 300 Wh täglich die ich mit höherem Ladebeginn einfach nicht hinbekommen würde.

Hallo Daniel,

Nun bin ich ja auch ganz gut informiert wie es bei dir windtechnisch aussieht und was du auch an Solar installiert hast.
Bei dir gibt es ja nun eigentlich fast nur 2 Extreme, entweder fast gar kein Wind oder richtig viel.

3,5 m/s im MIttel ist doch eigentlich nun auch wieder nicht so schlecht. Mit einem Ladebeginn bei 3 m/s käme also auch an einem Durchschnittstag gut was zusammen, etwas weniger vielleicht als bei 2,5 m/s Beginn aber immerhin.
Wenn es bei dir aber sehr windet, und das sind dann ja nach deinen Berichten auch genau die Tage an denen von Sonnen gar nichts zu sehen ist, würdest du duetlich mehr produzieren können. Du hast ja eine recht große Batteriebank diue du auch noch aufstocken willst. Ich sehe also nicht unbedingt dass du die dann auftretenden Energiemengen nicht " wegstecken" könntest, zumla dann die Solaranlage kaum Ertrag bringt. Es wäre dann doch eigentlich eine prima Ergänzung beider Energieerzeuger. Du hast doch an durchschnittlichen " Schönwettertagen" schon alleine durch deine Solaranlage etwa 3 Kwh am Tag mit Durchschnittsleistungen zwischen 200 und 400 Watt. Was machen denn da noch 20 Watt vom WIndrad aus...?!!!

Wenn bei dir allerdings schlechtes Wetter ist und deine Solaranlage mit 50 Watt umherdümpelt, es dafür aber kräftig weht, ist einem doch viel mehr geholfen wenn dann dafür das WIndrad nun beispielsweise 600 statt nur 300 Watt abgeben kann- und so extrem sind die Relationen!

Das von Mathias aufgezeigte Argument der sehr großen Batteribank sehe ich bei dir nicht, ich denke nicht dass an den wenigen sehr windigen Tagen viel im Shunt verschwinden wird. 3 Kwh muss man erstmal sammeln und deine Akkus sind ja in der Regel nach spätestens 2 Tagen entleert.

3,5 m/s als Ladebeginn halte allerdings auch ich für etwas spät. 3 m/s finde ich eigentlich recht ideal...was meinst du dazu?

Gruß
Max

Hallo Max,

Wenn man nur die Energiebeträge betrachtet,
verstehe ich schon worauf du hinaus willst.

Aber je höher die man die zu nutzende Windgeschwindigkeit legt,
desto höher ist die Streuung wann diese Windgeschwindigkeit auftritt.
Das bedeutet für eine Insel auch z.B. viel Wind zu haben wenn die Akkus voll sind
und keinen Wind zu haben wenn man ihn braucht ...

Anderherum:
Je kleiner die zu nutzende Windgeschwindigkeit liegt,
desto verläßlicher ist dieser Wind, weil er häufiger und dadurch kalkulierbarer Eintritt.
Das ist insbesondere für eine Insel wichtig, weil man dann einen verläßlichen mindest Ertrag hat.
Diesen kann man dann auch tatsächlich einplanen und z.B. ein Solarpanel dafür weglassen.
Je nach Akkukappazität muss man diesen min. Ertrag im Mittel von 1 - vieleicht 7 Tage haben.
Hat man keinen solchen mindest Ertrag, kann man den Strom vom Wind nur schlecht / zufällig verwenden.

Im Detail ist die "Insel" eine schwierige Sache und man ist zum überdimensionieren
und reagieren auf das Stromangebot (Strom Sparen, Strom verheizen, ...) gezwungen.


Gruß Frank

hi, ich nochmal.
Ich finde ihr habt einen Punkt vergessen, den gesamtaufwandsfaktor einer windanlage.
Ein Tag mit 10 m/s bringt soviel wie 80 tage mit 3 m/s. Mag sein ich habe mehrere 80 Tage mit 3m/s, aber keinen einzigen komletten mit 10/s durchgehend...
Aber zum Punkt. Windräder die auf starke winde ausgelegt sind vezeihen weniger baufehler und erfordern extaktes Flügelprofil
Schwachwindläufer sind einfacher zu fertigen, nicht so hohe drehzahlen/ Unwuchtfehler und es können sich auch mehr drübertrauen und z.b. mit KG Rohren Repeller fertigen.
Kurzum um generell auf höheren Windlevel Wind zu ernten ist technisch heikler wie bei niedrigen/mittleren lohnt sich das wenn durch nicht exakte ausführung die nicht jeder beherscht schwachwind verlorengeht und starkwind durch profilfehler nur abstrichen genutzt werden kann?
Ansonsten finde ich das das gesagte ziemlich alles auf den punkt bringt und sich eine vernünftige mitte gebildet hat

Hallo,

ich will und kann mich nicht über genaue Windgeschwindigkeiten zum Ladebeginn auslassen. Bei kleinen Windgeschwindigkeiten wünscht man sich einen riesigen Generator mit vielen Windungen. Bei hohen Windgeschwindigkeiten reicht ein kleiner Generator mit wenigen Windungen. Es ist unmöglich Generatoren zu zoomen. Man kann aber einen zweiten Generator für Schwachwind und niedrige Drehzahl und kleine Leistung mit ankoppeln. Das müsste man diskutieren. Die andere Lösung ist, die zu niedrige Ladespannung mit einem DC/DC Wandler zu erhöhen. Bei genügend Leistung wird er umgangen. Der Wirkungsgrad ist nicht so toll, aber besser als nix?! Was unterscheidet eine Inselanlage von Netzeinspeisung? Es ist nur die Stromart. Ziemlich feste DC-Spannung zu fester AC-Spannung. Netzeinspeise-Inverter besitzen immer einen MPP-Tracker. Wenn der so vorteilhaft ist, sollte man ihn auch zur Batterieladung einsetzen. Den Generator würde man dann auf etwa 200-500V bei maximaler Leistung dimensionieren. Das spart Verluste bei der Leitung ein, und macht die Umwandlung noch nicht schwierig.
Gundsätzlich stimme ich überein, daß die Nutzung sehr niedriger Windgeschwindigkeit zu unvernünftigen Maschinen und Kosten führt. Trotzdem schön, wenn es sich dreht. Das Auge isst mit...Den Spaß muß man allerdings mit Lagerverschleiß bezahlen.

Hallo,
Lutz hats sehr gut ausgedrückt und genau das richtige Beispiel gezeigt ! Das ist es was ich auch vorher meinte, man muss auf jeden Fall seinen Standort analysieren und man kann hier nichts pauschalisieren, es ergeben sich also 3 Hauptfälle:

1- Eindeutiges Schwachwindgebiet - leicht zu realiseren: niedriger Ladebeginn, man verzichtet auf höhere Geschwindigkeiten (Fall von aventa)
2- Eindeutiges Starkwindgebiet - leich zu realisieren: später Ladebeginn, man verzichtet auf niedrige Geschwindigkeiten
3- Mischwindgebiet wo man Schwach und Starkwinde beide möglichst viel nutzen will - schwer zu realisieren: Entweder man sucht sich einen guten Mittelwert, so dass man von beiden Windarten möglichst viel mitnimmt (so wie Max das hier vorschlägt), oder aber man regelt die Anlage nach, entweder meschanisch oder elektrisch, das gibt es zahlreiche Mögichkeiten, wobei keine perfekt ist