Leistungs / Generatorberechnung

Guten Morgen,

wir haben vor, bzw. sind dabei einen Savoniusrotor zu bauen.

Jetzt suchen wir einen geeigneten Generator dafür, wissen nur leider nicht was sich am besten eignet.

Der Savonius soll bei 2-3m/s anlaufen, er ist 1,25m hoch, hat 0,8m Durchmesser, wird 6 Flügel halbrund bekommen, und hat pro Flügel etwa 0,5m² Fläche.

Kann mir jemand sagen, wie groß ich in etwa den Generator auslegen muss? Vielleicht kann mir ja sogar jemand gleich einen (Klingt doof) eBay link mit einem Vorschlag posten.

Der Umfang wäre somit ja, 2,512m und ich hätte bei 5m/s ca. 2 U/s = 120 U/min.

Vielen Dank im Voraus.

Hallo und danke erstmal für die Antwort.

Was würde denn eigentlich dagegen sprechen, z.B. einen Drehstrommotor zu nehmen.

Sagen wir mal einen mit 8. Polen, 750 U/min, 230/400 V, 4,18 A.

Schafft der Rotor die Kraft zum Anlaufen des Generators nicht?

Im Generatorenbereich findest du einige Beiträge, die sich damit beschäftigen, Motore als Generatoren zu nutzen. Schau sie dir doch einmal an.

Prinzipiell lässt sich jeder Motor auch als Generator verwenden. Dein Motor ist vermutlich nicht mit Permanentmagneten bestückt (das hast du zwar nicht verraten, meist ist das aber so). Du musst also deine Erregerwicklung mit Energie versorgen. Das sind Verluste, die dir an deinem Verbraucher nicht zur Verfügung stehen.

Die Leistung liegt geschätzt bei vielleicht 800W bei 700 Upm (ohne die Energie für die Erregerwicklung). Also über den Daumen 80W bei 70 Upm. Jetzt kannst du mit den Formeln aus dem Grundlagenbereich selbst ausrechnen, ob dein Windrad das bei 3m/s schafft.

Du kannst natürlich überlegen, ob du den Motor auf Permanentmagnete umrüstest. Dann ist es aber sinnvoll gleich noch die Wicklungen anzupassen. Aufwand und Kosten sind dann aber so hoch, dass man doch lieber selbst nen Scheibengenerator baut.

Rechne doch zunächst mal eine Leistungskurve deines Windrades aus. Auf der X-Achse trägst du die Drehzahl auf und auf der Y-Achse die Leistung. Fülle folgende Tabelle aus:



Die Formeln zur Leistungs- und Drehzahlberechnung findest du im Grundlagenbereich. Zuerst berrechnest du die Windgeschwindigkeit bei einer Drehzahl (Rechne mit TSR=0,7). Danach berechnest du aus der Windgeschwindigkeit die Leistung (Rechne mit einem Wirkungsgrad von 0,15). Das machst du einzeln für jede Drehzahl aus der Tabelle.


Was für eine Nenndrehzahl hat der?


Ein Bild von deinem Windrad wäre ganz hilfreich, um das zu beurteilen.

Wäre es so wie im Besipiel oben, dann würde der Generator noch 8 Watt bei 7 U/min erbringen.
Die Leistung verläuft aber nicht proportional zur Drehzahl sondern im Quadrat.
Doppelte Drehzahl = doppelte Spannung.
Doppelte Spannung = vierfache Leistung, eine lineare Last vorausgesetzt.



Hmm... hast du dafür eine Begründung oder ist es mehr ein Gefühl ?
Egal ob grosser oder kleiner Generator, beide liefern ja bei doppelter Drehzahl die doppelte Spannung.
Im Leerlauf sind sie also zunächst mal elektrisch gleich.

Was unterscheidet nun elektrisch einen kleinen von einem grossen Generator wenn beide auch noch
die gleiche Spannung bei gleicher Drehzahl erzeugen ? Wieso kann der "Grosse" mehr Leistung abgeben ??
Kann er das überhaupt bei gleicher Drehzahl ??

Da gibt es im Grunde nur zwei mögliche Begründungen.
Erstens seine Impedanz wäre viel geringer, sprich sein innerer Widerstand.
Dadurch kann er bei gleicher Spannung höhere Ströme abgeben, vorausgesetzt die Last lässt das zu.
Beim Ladebeginn ist aber z.B. ein Akku noch recht hochohmig. Da fällt ein möglicher geringerer Innenwiderstand
eines grösseren Generators noch nicht ins Gewicht. Der Generator aus dem Bausatz hat ca. 0,5 Ohm pro Phase.
Als Beispiel hat ein Radnabenmotor ähnliche Werte, obwohl er bei 12V weniger Leistung erzeugen kann.

Im Umkehrschluss bedeutet es aber das man einfach dem "grossen" nötigenfalls einen Widerstand in Reihe schalten
könnte um ihn von der Leistungsabgabe her einem kleineren, womöglich hochohmigeren, Modell gleichzusetzen.
Ob man das überhaupt muss möchte ich mal in Frage stellen.

Der zweite Grund warum ein grosser Generator mehr Leistung erzeugen kann ist das er mehr Verlustwärme
und mehr Strom in Ampere verkraftet als ein kleiner. Hierzu muss er aber auch eine höhere Spannung erzeugen
damit auch ein höherer Stromfluss zustande kommen kann, aber das wollen wir ja gar nicht.
Der Grosse würde ja nur die gleiche Spannung erzeugen wie ein kleineres Modell und nicht mehr.

Für mich heisst das, das man einen so grossen Generator wie man möchte einsetzen kann, vorausgesetzt der "Riese"
läuft mechanisch leicht genug und erzeugt die gleiche Spannung bei gleicher Drehzahl wie ein vergleichbares kleineres,
vermeindlich "passenderes" Modell.
Wieviel Leistung heraus kommt, bei gleicher Spannung, kann man zur Not über eine künstliche Erhöhung des
Innenwiderstandes regeln. Nichts anderes macht ein kleinerer "passenderer" Generator notgedrungen.
Deshalb finde ich den schicken, leicht laufenden Bausatzscheibengenerator gut passend.


Das würde ohne Getriebe nicht klappen, denn ein 24 V Radnabenmotor würde 24 Volt erst oberhalb der typischen
Nenndrehzahl dieser Motore von ca. 200 U/min abgeben, geschätzt bei ca. 250 U/min.
Meine Werte weiter oben bezogen sich auch auf ein 36V Modell. Übrigens haben alle Motoren/Generatoren die
unterhalb ihrer Nennspannung betrieben werden auch nicht mehr die aufgedruckte Nennleistung sondern eine
geringere die aus der maximalen Strombelastbarkeit der Wicklung resultiert.
Ganz krass wird das bei Servomotoren deutlich, die oft bei Ebay für 12V Anwendungen angeboten werden.
Tatsächlich sind die meisten für 200 oder 300Volt ausgelegt und liefern bei 12Volt nur einen winzigen Bruchteil
der aufgedruckten Nennleistung.

Aus einem 36 Volt Radnabenmotor mit 250 Watt Nennleistung könnte man bei Nutzung direkt zum Laden einer
12Volt Batterie (ohne Converter) nur noch etwa 100 Watt entnehmen. Bei einem 500 Watt Modell entsprechend
dann ca. 200 Watt.

Eugen

Guten Morgen,
vielen Dank für die zahlreichen und ausfühlichen Antworten.

Ich habe jetzt mal die Rechnung durchgeführt. Irgendwie sieht as komisch aus, müsste aber passen.

TSR=0,7; Wirkungsgrad=0,15; Durchströmte Fläche=0,5; Luftdichte=1,25; Umfang=2,5136



Die Nenndrezhal steht bei dem 500 Radnarbenmotor leider nicht dabei, ich denke aber mal, das er ähnlich denen von goldenmotor.com ist.
Alternativ würden wir uns sonst sogar dort einen bestellen. Wenn ich es richtig sehe ist die Nenndrehzahl dort etwa bei 300rpm.

Um nochmal auf die Tabelle zurück zu kommen. Ich habe dort ja jetzt eine Kennlinie für den Rotor ausgerechnet, doch was genau sagt die mir jetzt? Die Leistung kann ich doch eigentlich nur abhängig vom Generator machen oder nicht? Bei einem Rotor könnte ich doch höchstens berechnen welche Kraft dieser bei welcher Windstärke hat, und wie viele Umdrehungen eben selbiger schafft.

Desweiteren eine TSL von 0,7 - Wie verhällt sich die TSL in Abhängigkeit zu den Rotorblättern? Sprich wenn ich dem Rotor mehr Schaufeln einsetze, bekomme ich dann eine bessere TSL?

Danke für die Antworten im Voraus.

Paule wenn es ohne Getriebe abgehen soll oder muss, dann ist ein Radnabenmotor mit einer Nenndrehzahl von 300 U/min
völlig ungeeignet. Dieser würde bei deinem Windrad und knapp 3m/s erst ca. 1/6 seiner Nennspannung abgeben.
Grob geschätzt wären es bei einem 24 Volt Motor dann ca. 4Volt und bei einem 36Volt Motor ca. 6 Volt.

300 U/min Nenndrehzahl wären für einen Radnabenmotor aber auch schon ne ganze Menge.
Die meisten die ich ich bisher sah hatten zwischen 170 und ca. 200 U/min Nenndrehzahl.
Je höher die Nenndrehzahl desto unpassender (ohne Getriebe) für dein Windrad.


Die zeigt Dir einen Überblick mit welchen mechanischen Leistungen du an der Windradrotorwelle bei welchen
Windgeschwindigkeiten rechnen kannst. Mehr als diese Leistung kann am Ende nicht aus dem Generator
heraus kommen, bzw. genauer gesagt sogar noch weniger, da der Generator auch Verluste hat.

Wie XXLRay schon schrieb musst du die ermittelten Werte noch verdoppeln da du mit der halben
überstrichenen Fläche gerechnet hast.


Eugen

Ich hatte ja geschrieben, dass es sich nur um eine grobe Abschäzung handelt. Wenn du genauere Werte bieten kannst dann nur zu. Nur kommen wir hier nicht weiter, ohne wenigstens eine grobe Abschätzung zu haben.

Nabend,
ich danke euch auf jeden Fall für eure sehr ausführlichen Beiträge, die mir auch schon eine Menge gebracht haben.

Ich denke ich werde dann jetzt erstmal ein wenig verweilen bis das Windrad steht. Sobald es steht, wird es dann auch die besagte Tabelle geben mit wie viel Umdrehungen ich bei welcher Windgeschwindigkeit wirklich rechnen kann.

Gibt es eigentlich irgendwo eine Art "Workshop" ? Ich scheue es nicht das Geld für das Set auszugeben und auch nicht die Mühe, allerdings, falls jemand vor hat einen zu Bauen, packe ich lieber meine Sachen, laß einen Kuchen backen und schneie bei demjenigen rein

Mit dem Spulen wickeln, usw. ... das ist mir trotz 100 Anleitungen irgendwie noch nicht geheuer

Wenn ich die Tabelle habe, und ihr wisst, das ich gerne am Ende einen Windmaster 500 haben möchte. Wäre es dann möglich relativ präzise zu sagen wie viele Wicklungen usw. ?
Mein Vater hat wie gesagt auch eine Metallfirma, falls also die Metallteile größer oder kleiner ausfallen sollen, wäre das sicher auch machbar.

Vielen Dank noch einmal, und eine gute Nacht