Mein erstes Windrad mit Bremsscheiben-Generator

 
anpoky
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Re: Mein erstes Windrad mit Bremsscheiben-Generator

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Gepostet: 11.01.2011 - 10:24 Uhr  ·  #41
Moin,

Danke für die Erläuterung.

Ich nehmen an, dass das Berechnungstool von Parallelschaltung ausgeht. Nur komisch, dass sich an den Leistungswerten nichts ändert, wenn doch der Strom sich verdoppeln könnte.
Hmm, da ich keine großen Leistungen (über 150 Watt) erwarte, muss der Draht auch nicht zu dick sein (1mm sollte wohl reichen) und ich habe keine Probleme mit der Wicklungen. D.h. ich muss nicht mit zwei Drähten wickeln.

Dafür könnte ich die Anzahll der Magneten reduzieren, mehr Wicklungen, so dass die Ladespannung bei weniger Umdrehungen erreicht wird, oder die Drahtdicke erhöhen, um einen ewas höhren Wirkungsgrad zu bekommen. Da muss ich wohl wieder noch mehr rumprobieren.

Gruß

Andreas
Mark
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Re: Mein erstes Windrad mit Bremsscheiben-Generator

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Gepostet: 11.01.2011 - 10:34 Uhr  ·  #42
Eine Verdoppelung der Kupfermenge sollte schon irgendein resultat bringen.
Das ganze wird schon jemand aufklären, warten wir mal ab
Erdorf
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Re: Mein erstes Windrad mit Bremsscheiben-Generator

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Gepostet: 11.01.2011 - 20:50 Uhr  ·  #43
Hallo Friedhelm,

ich hätte da noch eine Verständnis Frage:

Ich habe verstanden dass man die Möglichkeit hat,
mit Verschaltung Stern, Dreieck, Reihe Parallel die Spannung zu beeinflussen.

Wäre es dann nicht sinnvoll das bei einem Generator per Schalter oder Klemmleiste einstellbar zu machen?
Könnte man das nicht z.B. für Schachwind nutzen?

Vermutlich ist das nicht sinnvoll, sonst würde man das ja öfters sehen,
aber warum ist das nicht sinnvoll?

Gruß Frank
XXLRay
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Re: Mein erstes Windrad mit Bremsscheiben-Generator

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Gepostet: 11.01.2011 - 20:54 Uhr  ·  #44
Erdorf
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Re: Mein erstes Windrad mit Bremsscheiben-Generator

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Gepostet: 11.01.2011 - 21:41 Uhr  ·  #45
Hallo XXLRay,

Zitat
natürlich eine zusätzliche Regelung


und warum nicht per Klemmleiste die Spule statisch so verschalten dass man immer mehr Spannung hat?
z.B. Wenn man feststellt das man zu wenig Wind hat,
und lieber den wenigen Wind nutzen möchte als gar keinen.
Funktioniert das?
Wäre doch besser als nachgeschaltete Spannungverdoppler und
nicht all zu viel Mehraufwand oder lohnt das nicht?

Danke Gruß Frank
fiedje
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Re: Mein erstes Windrad mit Bremsscheiben-Generator

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Gepostet: 11.01.2011 - 21:55 Uhr  ·  #46
Hallo Frank,

natürlich hat XXLRay Deine Frage beantwortet.

Der Grund dafür, dass es fast niemand macht ist, dass es sich nicht rechnet.
Wenn Du die Leistung der Windräder bei wenig Wind nachrechnest, dann wirst Du feststellen, dass da kaum was ist, was Strom erzeugen kann.
Natürlich gibts auch Verrückte wie mich, die ähnlich dran gegangen sind, wie Du.
Ich gehe sogar noch einen Schritt weiter, ich werde alle 8 Spulen einer Phase schaltbar machen..
Der Aufwand steht auch hierfür in keinem Verhältnis. Aber auf Grosser Tour mit dem Segelboot ist man für jedes Watt dankbar.
Ich gehe sogar noch einen Schritt weiter und werde das Windrad skalierbar machen, so dass ich bei wenig Wind mehr Fläche habe.
Beim Vertikalwindrad ist das kein grosses Problem.

Die Schaltung zeigt eine stufenweise Umschaltung von in Reihe geschaltet bis zu kompletten Parallelschaltung aller Spulen.
Anbei eine Animation, die einmal die Schaltung im Scheibengenerator am Beispiel einer Phase zeigt. (Man braucht das also 3 x)
Unten drunter ist es als normales Schaltbild abgebildet. Zum Schalten sollen elektronischen Bauteile verwendet werden.
Um es überschaubar zu halten, habe ich die Bauteile einfach als Kontakt abgebildet. Es fehlt die Steuerungselektronik.

Die blau gestrichelte Linie zeigt den Stromverlauf bis zu den umlaufenden Sammelschienen.

Gruss Friedhelm

Grad eben noch Deine weitere Frage gelesen.
Statt eines Spannungsverdopplers (der nicht mehr Leistung erzeugt, sondern die Spannung zu Lasten des Stromes erhöht)
könntest Du gleich die Spulen anders auslegen.

ich weiss nicht, ob Andreas das will, dass wir das in seinem Thread behandeln. Solche Fragen sollten wir vielleicht in einem gesonderten Thema behandeln.
anpoky
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Re: Mein erstes Windrad mit Bremsscheiben-Generator

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Gepostet: 13.01.2011 - 19:34 Uhr  ·  #47
Moin Moin,

Nachdem ich jetzt verstanden habe, was es mit den "Drähten in Hand" auf sicht hat, hier ein Update meiner Pläne:

Generator


Der Generator soll schon bei 120 U/min ausreichend Spannung erzeugen, um die Batterie laden zu können.
Würdet ihr sagen, dass der Generator zu einem 1,2m Durchmesser Windrad passt?
Ich denke, dass Windrad hat genug Kraft, um die schweren Bremsscheiben in Bewegung zu setzen.

Windfahne
Die Windfahne wird 1,2m lang und muss 3 kg schwer sein (bei 20 Grad Winkelauslegerachse und ca 12cm Turbinen offset) damit sich das Windrad bei 11 m/s aus dem Wind dreht.

Kosten
Ich habe in Baumärkten Schraubenpreise etc verglichen und bin im Moment bei ca 120 EUR ohne Repeller.

Windverhältnisse
Ich habe mir auch nochmal die Windverhältnisse bei meinem Standort angeschaut (ich weiß, ich hätte das früher machen sollen). Hier die Daten von einer privaten Wetterstation ca 1km von meinem Kleingarten entfernt:
http://www.wetterstation-luebeck.de/Aktuell/2010/j2010.htm
http://www.wetterstation-luebe…ax2010.htm
Interessant sind die Daten:
Verteilung Windstärke
8 Bft 0,00 %
7 Bft 0,03 %
6 Bft 0,43 %
5 Bft 3,34 %
4 Bft 12,38 % <-- relevant
3 Bft 25,90 % <-- relevant
2 Bft 28,79 % <-- relevant
1 Bft 10,45 %
0 Bft 18,69 %

Nicht so gut sieht es bei der Windrichtung (Durchschnitt W-NW) aus, da bei mir W-NW in 100m Entfernung hohe Bäume stehen.

Grundlagenfrage
Einen Link oder eine kurze Erläuterung wäre gut, da ich im Moment irgendwie eine Blockade bei etwas grundsätzlichem habe.
Ein Generator bringt grundsätzlich mehr Leistung je mehr Umdrehungen pro Minute. Erstmal auch unabhängig vom Repeller.
Ein Repeller dreht sich schneller je kleiner er ist und je größer ein Repeller desto mehr mechanische Leistung kann er erbringen.
Aber irgendwie kann ich im Moment die Repellerleistung mit der Generatorleistung nicht zusammenbringen, da eine längerer Repeller den Generator ja nicht schneller drehen läst, sondern sogar eher langsamer. Wenn ich im Berechnungstool z.B. für den gleichen Generator einfach nur den Durchmesser erhöhe, habe ich weniger Umdrehungen pro Minute, dafür aber mehr Gesamtleistung, ohne Spulen oder Magneten zu ändern.
Wo ist mein Gedankenfehler?
Das Heft 2 von Kuhtz sagt dazu nur: "Vergrößern wir den Repeller-Durchmesser, steigt zwar die Leistung, aber auch der Umfang, daher sinkt die Drehzahl.
Man könnte auch einne schnellläufigeren Repeller wählen, doch handelt man sich damit Probleme ein. Über ca Lamda=8 macht sich jeder Widerstand am Repellerprofil so störend bemerkbar, dass der Wirkkungsgrad deutlich sink, und ab ca 60 m/s Flügelspitzengeschwindigkeit wird der Repeller zwangsläufig laut."
Ein Abschnitt weiter, heißt es nur, dass der Generator "mehr Kraft" fordert usw. Mir ist das irgendwie noch nicht klar.
Meine Bremsscheiben werden doch vom 3m wie auch von 1,2m großen Windrad in Bewegung gebracht..?


Und noch eine Frage.
Ich habe hier im Forum schon öffters gelesen, dass es keinen Sinn macht ein Generator zu bauen, dass schon bei unter 3 m/s Windgeschwindigkeit anfängt zu laden. Die Begründung ist, dass in diesen Wind kaum Energie steckt. Aber wenn diese Energie meiner Batterie viele Stunden zugeführt wird, dann habe ich doch schon einiges (z.B. 24h lang 100mA sind 2,4 Ah und das ist doch nicht wenig). Und mein Generator soll auch schon bei sehr wenigen Umdrehungen anfangen zu laden und trotzdem ist der Wirkungsgrad bei hohen Windgeschwindigkeiten noch gut. Welche Information fehlt mir noch, dass ich es komplett verstehe? :-)


@Friedhelm
Nein, die Diskussion stört mich nicht, da ich es auch sehr interesant finde.

Friedhelm hatte mich noch nach dem Mast gefragt. Der Antennenmast ist 2m lang und wird noch um ca 1,5 m verlängert und hier soll das Windrad später hin (mit Blick nach Osten):


Ja, ich habe schon eine Solaranlage auf dem Laubendach. :-)
Das Windrad ist als Ergänzung zum Solarstrom und als "Kleingärtnerprojekt" gedacht.

Viele Grüße

Andreas
XXLRay
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Re: Mein erstes Windrad mit Bremsscheiben-Generator

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Gepostet: 13.01.2011 - 22:35 Uhr  ·  #48
Zitat geschrieben von anpoky

Ich habe hier im Forum schon öffters gelesen, dass es keinen Sinn macht ein Generator zu bauen, dass schon bei unter 3 m/s Windgeschwindigkeit anfängt zu laden. Die Begründung ist, dass in diesen Wind kaum Energie steckt. Aber wenn diese Energie meiner Batterie viele Stunden zugeführt wird, dann habe ich doch schon einiges (z.B. 24h lang 100mA sind 2,4 Ah und das ist doch nicht wenig). Und mein Generator soll auch schon bei sehr wenigen Umdrehungen anfangen zu laden und trotzdem ist der Wirkungsgrad bei hohen Windgeschwindigkeiten noch gut. Welche Information fehlt mir noch, dass ich es komplett verstehe? :-)


Das Problem dabei ist, dass dein Generator dann für einen frühen Ladebeginn optimiert werden muss. Entsprechend schlecht ist dann aber der Wirkungsgrad bei höheren Windgeschwindifgkeiten, in denen wirklich Energie steckt. Siehe auch: Forum/cf3/topic.php?t=2982
anpoky
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Re: Mein erstes Windrad mit Bremsscheiben-Generator

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Gepostet: 14.01.2011 - 22:13 Uhr  ·  #49
Moin,

:-/
Nachdem es bei mir jetzt klick gemacht hat, finde ich meine Frage doch eher peinlich. Also, bitte nicht mehr beantworten oder noch besser: garnicht lesen.... :(

@XXLRay

Ja, den beintrag habe ich schon gelesen.
Auch ist dieser Thread sehr interessant und meine Frage passt da auch gut rein:
Forum/cf3/topic.php?t=2976


So, die Planung ist soweit fertig. Der Generator ist zwar mit 124 Watt (bei 8m/s) für 4x0,6m Rohrflügel (88 Watt) etwas größer ausgelegt, später will ich aber drei Holzflügel bauen, die mir im Optimum 140 Watt (laut Windkraft Tool und 8m/s) geben werden.

Da
* der Generator sowieso schon etwas größer ist
* ich mehr Material brauche (Baukosten sind eher da)
* für ggf. zukünftiges Upgrade auch 16 Magneten nutzen möchte
* nicht optimalen Standort habe (Ich möchte auch schon kleine Winde abernten)
* der Gesamtinnenwiderstand immernoch unter 0,3 Ohm liegt
* mit 120 EUR noch im Rahmen liege
habe ich den Ladebegin schon bei 1,5 m/s (119 U/min) angesetzt.


Vielen Dank für Eure Unterstüzung und schöne Grüße

Andreas
Menelaos
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Re: Mein erstes Windrad mit Bremsscheiben-Generator

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Gepostet: 15.01.2011 - 12:37 Uhr  ·  #50
Der Ladebeginn ist zu niedrig, wenn du ioihn so tief ansetzt, wird der Rotor bei etwas höheren winden schon in Stall gehen nund einen Bruchteil der Leistung erbringen die er abgeben könnte.
Damit hast du bei quasi NULL wind vielleicht 1 oder 2 Watt aber bei 5 oder 6 m/s hast du dann nur die Hälfte von dem was du ernten könntest.
Ich denke man sollte den LAdebeginn nicht unter 3 m/s ansetzen. In der Praxis wird er dennoch etwas tiefer leigen da der Rotor kein kleinen LAsetne eine etwas höhere SLZ hat.

1,5 m/s ist wirklich zu wenig, du wirst dich später über die magere AUbeute ärgern.

Gruß
Max
anpoky
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Re: Mein erstes Windrad mit Bremsscheiben-Generator

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Gepostet: 15.01.2011 - 22:56 Uhr  ·  #51
Hi Max,

Mein Grundlagenwissen ist echt schäbig und deswegen müsste ich jetzt doch mal fragen: Warum? Warum verlangt der Generator bei stärkeren Winden (5 oder 6 m/s) aufeinmal mehr Leistung vom Rotor als der Rotor abgeben kann, wenn ich die Wicklungsanzahl erhöhe, um einen früheren Ladebeginn zu ermöglichen?

Auch wenn ich es im Moment nicht verstehe, werde Ich Deinem Rat folgen.

Danke und Gruß

Andreas
Menelaos
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Re: Mein erstes Windrad mit Bremsscheiben-Generator

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Gepostet: 15.01.2011 - 23:14 Uhr  ·  #52
Ich kann es dir auch nochmal ausführlich erklären, erstmal kannnst du aber das hier durchackern...zumindest im ersten teil gehts genau darum:

http://fieldlines.com/board/in…c=143242.0

Schau dir mal das an was flux geschrieben hat :-)
Wenn du nicht alles verstehst, gehe ich gerne nochmal darauf ein,

Gruß
Max
anpoky
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Re: Mein erstes Windrad mit Bremsscheiben-Generator

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Gepostet: 16.01.2011 - 15:30 Uhr  ·  #53
Moin Max,

Ich hab mir auch noch das durchgelesen:
http://fieldlines.com/board/index.php/topic,127288.0.html

Da ich kein Elektrotechniker bin, ist alles nicht soo einfach. Ich versuches es mal mit meinen Worten:
Die Kennlinie in einem W/ m/s Diagramm eines Generators ist am Anfang linear (Spannung und Strom steigt mir mehr Umdrehungen) mit einer recht holen Steigung. Die Kennlinie eines Rottors dagegen eine Parabell. Ist der Ladebegin des Generators, also wenn er eine Leistung vom Rotor erwartet, über der Kennlinie des Rottors, so würgt er den Rotor ab, da der Rotor diese Leistung nicht hat. Ist der Ladebegin aber später, verschieb sich die Kennlinie des Generators nach rechts auf der X Achse und sie liegt immer unter dem Rotor. Richtig?

Ok, wenn dem so ist. Verständnisfrage:
Wie wird die Kennlinie für die erwartet Leistungsaufnahme des Generators berechnet?
Im Berechnungstool ist die erwartet Leistung des Generators berechnet anhand des Repellers und nicht Anhand der Spulen und Magneten. D.h. mann erkennt nicht, ob der Generator mit den angegeben Spulen und Magneten für den ggb. Repeller zu stark ist.

Steigt die Spannung und Strom des Generators mit steigendem UPMs proportional? Oder steigt ab Ladebeginn nur noch der Strom? Wie wird der Strom berechnet bzw. wovon hängt der ab?

Sorry für die Anfängerfragen, aber ich hab einige Grundlagen noch nicht ganz durchdrungen. Vor allem macht mir noch die SLZ Kennzahl Probleme.

Eine Frage noch:
Ich habe mit der Leistungsformel (Leistung[W] = 0,5 * Luftdichte[kg/m³] * (Windgeschwindigkeit[m/s])³ * Durchströmte Fläche[m²] * Wirkungsgrad ) die Leistung meines Windrades (1,2m Durchmesser) berechnet (125 Watt bei 8m/s). Mein Generator ist auch für 125 Watt ausgelegt. Jetzt möchte ich als Repeller die Rohrflügel verwenden und rechnet mir dementsprechend den optimalen Zuschnitt aus. Als mech. Leistung wird aber nur 88 Watt (bei 8m/s) angegeben. Jetzt bin ich etwas verwirrt, kann ich den jetzt die Rohrflügel (Radius Repeller 0,6m) verwenden oder nicht?

Gruß

Andreas


PS: Ahhh, ich sehe gerade XXLRay hat den von mir gerade gelesenen Flux Text im Grundlagenteil übersetzt. Ich lese den jetzt auch nochmal.
Menelaos
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Re: Mein erstes Windrad mit Bremsscheiben-Generator

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Gepostet: 16.01.2011 - 17:07 Uhr  ·  #54
Hallo Andreas,

Im Prinzip hast du fast alles richtig verstanden. Die Auslegung einer Batterieladeanlage hat immer irgendwie etwas von schwarzer Magie. ENtweder es klappt, oder es klappt nicht richtig oder es klappt sogar ganz prima...

Vieles ist hier jedoch nicht wirklich berechenbar und selbst wenne s das irgendiwe wäre würde die Praxis hundertprozentig anders aussehen.
Du hast es richtig erkannt, die Leistungskurve des Rotors ist eine Parabel, die des Generators quasi linear, also eine Gerade. Die Rotorleistungskurve die man dabei betrachtet ist dargestellt als Optimalkurve. Das Heißt sie spiegelt die Leistung dar, die der Rotor bei seinem Wirkungsgradoptimum hat. Dieses Optimum ist dann erreicht, wenn dem Rotor genau die Menge an Leistung abgenommen wird die er aus dem vorhandenen Wind auch liefern kann. Dabei hat er dann auch eine optimale Drehzahl bei der die Rotorblätter genau richtig angeströmt werden. Dieses Verhältnis von Rotordrehzahl zur aktuellen Geschwindigkeit des Windes ist die Schnelllaufzahl. Ist der Rotor also beispielsweise auf eine SLZ von 7 ausgelegt, so bewegen sich die Flügelspitzen mit der 7 fachen Geschwindigkeit wie der Wind und haben dabei ihren amximalen Auftrieb /Wirkungsgrad.

Soweit so gut. Mit Netzwechselrichtern kann man dieses Verhältnis nun sehr gut steuern. Man kann ihnen Kennlinien vorgeben so dass sie bei einer bestimmten Spannung (welche ja immer linear zur Drehzahl ist) dem Rotor eine ganz bestimmte Leistung abfordern, so dass dieser immer optimal belastet und angeströmt wird, so dass der Rotor immer bei optimaler Auslegungsschnelllaufzahl und somit mit optimalem Wirkungsgrad läuft. Zusätzlich kann zudem die Spannung mit ansteigen so dass die Verluste bei Netzeinspeisung wesentlich kleiner sind denn diese errechnen sich aus dem Produkt vom Quadrat des Stromes und dem WIderstand des Generators.

Bei Batterieladung ist es nun anders. Die Batteriespannung schwankt nur recht wenig, Bei eiuner 12 V batterie beispielsweise zwiwchen 11 und 14 V. Nehmen wir diese Spannung also einfach mal als konstant an. EIn Leistungsanstieg kann somit also nur über den Anstieg des Stromes erfolgen. Daraus ergeben sich zum einen sehr viel höhere Wärmeverluste im Generator, weshalb Batterieladesysteme einen kleineren Widerstand haben müssen, zum anderen ist es aber auch kaum möglich, Generatorleistung und Rotorleistung anzupassen.....

...kommen wir zurück zu der Leistungskurve die du auch im Amiforum gesehen hast:

ich mache mal eine einfach Skizze, ist nur per Hand in Painbt und daher etwas krickelig aber ich denke zum Verständnis reicht es hoffentlich



Wie steil die Gerade Leistungslinie des Generators ist, hängt davon ab wie groß sein Widerstand ist. Hat der Generator quasi keinen WIderstand, so würde sich eine Vertikale Linie ergeben, ist er unendlich groß, wäre die Linie Horizontal. Bei uns ergibt sich irgendwas dazwischen.

Wenn man nun keine hochintelligente LAdeelektronik entwickelt, ergeben sich 3 mögliche Zustände.

Fall 1: (linker graph)

Der Ladebeginn wird sehr früh angesetzt, beispielsweise auf 2 m/s im Tool.
Erstmal freuen wir uns denn unser WIndrad beginnt schon sehr früh mit dem Laden und das sogar noch unter dem berechneten Wert denn bevor der Generator die Batteriespannung erreicht, wird dem Rotor noch keine Leistung abgenommen und er dreht quasi im Leerlauf. Das bedeutet dass er sich wesentlich schneller dreht als unter Last. Seine Schnelllaufzahl steigt also an. Abhängig von der Profilform ist dieses Verhalten untershciedlich ausgeprägt. EIn Profil Goe222 beispielsweise mit AuslegungsSLZ 6 dreht im Leerlauf mit etwa SLZ 9-10. Unser Ladebeginn rutscht also runter auf etwa 1 m/s. Nachdem nun der erste STrom an die Batterie fließt und der Rotor belkastet wird, sinkt die SLZ nun wieder relativ schnell ab, hat bei kleinen Lasten dann vielleicht nur noch 7 und letztlich gibt es einen Punkt an dem sie wieder an ihrem Auslegungswert ist. Das ist in der Zeichnung der Schnittpunkt von Generatorkennlinie und Rotorkennlinie. Diesen Punkt haben wir ja nun imaginär auf 2 m/s festgelegt. Das ist auch der Wert mit dem das Generatortool rechnet. Den optimalen Wirkungsgrad der ANlage haben wir also dann bei vielleicht 2-2,5 m/s. Bei mehr Wind passiert nun folgendes:

Die SLZ des Rotors sinkt relativ schnell ab da der Generator ihm mehr Leistung abfordert als er liefern kann. >Dadurch sinkt sein Wirkungsgrad schnell ab, wodurch er noch mehr überfordert wird. Irgendwann kommt es zu einem Punkt, an dem die Profile des Rotors so falsch angeströmt werden dass die Strömung komplett abreißt. Das nennt sich dann STALL. EIn weiterer Anstieg der Windgeschwindigkeit hat nun keine Leistungssteigerung mehr zur Folge. Das kann je nach Profil und UAlegung ggf. schon bei 6-7 m/s der Fall sein und man wird sich wundern warum das tolle WIndrad mit dem niedrigen LAdebeginn oben rum nichts bringt.....

Fall 3: (ganz rechts)

Auch dies ist keine gute Wahl. Die Generatorkennlinie liegt permanent unter der Rotorkennlinie. Der Rotor dreht also dauerhaft schneller als er es eigentlich soll und zwar immer stärker mit zunehmendem Wind. Das Resultat ist wie auch bei Fall 1 sehr schlöechte Ausbeute. Zusätzlich macht der bRotor viel Kraft und dreht sehr viel schenller als er es sollte, so dass Furlingsicherungen versagen (durch Kreiselkräfte) und auch der Ladebeginn sehr spät einsetzt.

Wir versuchen daher irgendwie in Richtung Fall 2 zu kommen : (Mitte)

Wir legen den Ladebeginn beispielsweise auf 3,7 m/s fest. Das klingt erstmal sehr viel, ist es aber nicht wirklcih denn:

Der Rotor wird vorerst im Leerlauf drehen bis der erste Strom an die Batterie fließt. Die SLZ des Rotors wird dann von etwa 10 auf vielleicht 8 absinken. Hier wird nun auch wirklcih die erste Leistung in die Batterie geschoben. Haben wir also im Tool mit 3,7 m/s und der Auslegungs SLZ von 6 gerechnet, so stellt sich in der Praxis der reale Ladebegihn bei etwa 2,7 m/s ein. Das klingt doch schonmalk ganz anders. Zwar haben wir hier aufgrund der etwas zu hohen SLZ einen geringeren Wirkungsgrad des Rotors aber wen stört das schon. Ob meine ANlage von 2 m Durchmesser bei 2,7- 3 m/s nun 5 Watt oder 3 Watt liefert....es ist quasi nichts!!!

Der optimale Betriebspunkt der ANlage, bei dem die SLZ des Rotor durch die steil steigende Generatorkennlinie auf das optimum absinkt, liegt nun vielleicht im Bereich zwischen 4 und 6 m/s.
In diesem windgeschwindigkeitsbereich ist nun auch schon Leistung im WInd vorhanden. Das Bissl was man bei sehr kleinen WIndgewschwindigkleiten verliert holt man nhier nun dicke wieder heraus.
Auch der Bereich des Stalls verschiebt sich nun deutlich nach oben. Zwar wird auch in diesem Fall die SLZ ab dem UAlegungspunkt abfallen, der eigentlich Stall tritt aber vielleicht erst bei 10 m/s auf, wenn überhaupt so deutlich denn die Leistung des WIndes nimmt ja stark zu so dass er auch wieder abnehmen kann so dass es zu einem zweiten schnuitt in der Kennlinie kommt wie man es in Zeichnung 1 sieht.
Das wollen wir aber vermeiden. Wir wollen keine gute ANpassung bei Sturm. Wir wollen dass die STurmsicherung dann einsetzt, wenn der Rotor noch im Stallbereich ist und nicht wenn er beriets wieder schneller dreht als er soll und davonrennt und die ANlage unkontrollierbar und unbremsbar macht.

Mit der Auslegung auf eine etwas höhere WIndgeschwindigkeit errerichen wir also dennoch einen relativ niedrigen Ladebeginn, haben bei sehr wenig Wnd einen kleineren WIrkungsgrad was nichts ausmacht da doirt eh kaum was zu holen ist. Im Mittleren WIndfeld haben wir dann sehr guten WIrkungsgrad und können viel Leistungsplus herausholen. Bei mäßigem bis viel WInd ist der Rotor noch nicht im Stall und wir können auch diese WIndgeschwindigkeiten gut nutzen und hohe Spitzenleistungen erreichen. Zudem läuft die ANlage sicherer, leiser und ist auch durch die noch funktioneirende Sturmsicheung beherschbar!

NUn ist es nicht ganz leicht, heir ein Gleichgewicht zu finden. Dasnist der Punkt an dem man sich auf Erfahrungswerte beziehen muss. Deshalb finde ich die Leistungsberechnung im Tool auch irreführend und verwende sie nie da die Praxis ohnehin was anderes erbringt und Faktoren wie Stall nicht mit einbezogen werden- das wäre auch zu kompley.

Weiterhin hängt das Verhalten des Rotors vom Verwendeten Profil ab- da gibt bes deutlich Unterschiede- auch wieder Erfahrungssache.
Letztlich spilen auch Ladezustand der Batterie und die Größe Der Akkubank eine Rolle, ebenso wie Länge und Querschnitt der Leitungen vom Generator zur Batterie.

Ich will das jetzt icht zu sehr verwirrend machen....
EIn Punkt ist jedoch der Widerstand des Generators, darauf möchte ich kurz noch eingehen.

Prinzipiell möchte man den Generatorwiderstand so klein wie möglich halten um die Wärmeverluste in ihm möglichst klein 7zu halten denn diese errechnen sich aus STrom zum Quadraht mal Innenwiderstand.
Es gibt eine Grenze wieviel ein Stator bestimmter Größe abkann- auch das sind wieder Erfahrungswerte...

Ein Generator mit mehr widerstand kann mit dünnerem Draht und platzsparender gebaut werden (bei gleicher Windungszahl). Allerdings muss man dann auch die STurmsicherung früher einstellen um ihn nicht zu überhitzen. Bei kleinen Leistungen ergibt sich kaum ein Unterschied. EIn geringer Widerstand ist also prinzipiell gut für den Generator und den Wirkungsgrad.
Ich erwähnte bereits dass ein sehr nbiedriger Widerstand aber den ANtieg der Generatorleistungskurve beieinflusst, diese also steiler macht.

Es kann daher vorkommen, dass der Rotor dadurch zu früh in Stall geht.
Dem kann man nun entgegenwirken indem man an anderer Stelle zusätzlichen WIderstand schafft. EIne Möglichkeit ist es, einen kleinen Widerstand in die Zuleitung zur Batterie zu legen oder eben einfach das Kabel selbst im Querschnitt etwas dünner zu wählen. Dadurch verlagert man dann die Hitzeentwicklung an einen anderen Ort, weg vom Generator der dann auch sehr große Leistungen abgeben kann.

Damit und über die Regulierung des Luftspaltes bei einem Scheibengenerator kann man auch nachträglich das Laufverhalten der Anlage beeinflussen wenn man feststellt dass sie zu früh stallt.


Mit etwas Erfahrung im Bau von Generatoren kann man das ganze aber auch schon im Vorfeld recht geschickt auslegen so dass Nachbesserungen unwarscheinlicher sind. Hier fängt die eigentliche Kunst an :-)
Und das geht dann wirklich nur über Erfahrungswerte!

Ich habe viele Erfahrungen auf dem gebiet gesammelt und gestalte daher nach bestem Wissen und Gewissen Bausätze zum nachbauen bei denen ich mir sicher bin dass sie gut laufen.

Wer nur auf den kleinsten Ladebeginn auch bei käuflichen Anlagen achtet, sollte stets im Hinterkopf behalten was das bedeutet und wo demnach die Schwachstellen liegen.
Es gibt keine Alleskönnerbatterieladeanlage. Wer unten rum stark ist, ist im Mittelfeld mäßig und bei Starkwind grauenvoll, Anlagen für Starkwind haben bei Starkwind ihre Vorteile und solche die ab 3 m/s effektiv laden sind Allrounder wie ich sie auslege und beschrieben habe.

Wer nun der Meinung ist er müsse sich freuen dass seine ANlage schon bei 1,5 m/s das erste bedeutungslose Watt in die Batterie drückt darf sich dann auch nicht ärgern wenn es bei 5 m/s nur 100 statt 250 Watt sind...

Wer aber nur WInde unter 3 m/s hat, der muss einfach auch einsehen dass Windkraft in seiner Gegend eben ungeeignet ist und lieber auf Solar umsteigen effektiver wäre...oder sich eben über die paar Watt freuen und bei Starkwind über den egringen Ertrag ärgern und das doofe DIng verluchen.

Aber das ist wie gesagt alles bezogen auf batterieladewindräder, bei Netzeispeisung ergibt sich ein ganz anderes Bild. Dort kann man auch für sehr wenig WInd schon sinnvoll auslegen und dennoch über einen weiten Bereich sehr gute Wirkungsgrade erzielen....


Ich hoffe das hat so einige Sachen klarstellen können Andreas...

Falls nicht, dann frage einfach nochmalk gezielt nach :-)

Gruß
Max
anpoky
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Re: Mein erstes Windrad mit Bremsscheiben-Generator

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Gepostet: 16.01.2011 - 22:01 Uhr  ·  #55
Moin Max,

Wow, vielen Dank für die ausführliche Antwort. Dein Beitrag ist eine sehr gute Ergänzung zu deinem Thread im Grundlagenbereich. Echt super!

Mir sind jetzt einige Sachen klarer. Danke.
Jetzt verstehe ich auch, was es bedeutet und warum es wichtig den Repeller für eine bestimmte SLZ auszulegen.
Den Ladebegin habe ich jetzt bei 3m/s, auch wenn ich mir schwer vorstellen kann, das bei dem jetztigen Wind draußen ( ca 5 m/s laut der privaten Wetterstation) ein 1,2m großes Windrad fast 400 Upm erreicht.

Frage
Zitat
Deshalb finde ich die Leistungsberechnung im Tool auch irreführend und verwende sie nie da die Praxis ohnehin was anderes erbringt und Faktoren wie Stall nicht mit einbezogen werden- das wäre auch zu kompley.


Ok, das Tool ist für die Generatorauslegung für Spulenwicklung etc recht gut, nur weiß ich am Ende leider immernoch nicht, wie die benötigte Leistungskurve des Generators (also die abverlangte Leistung vom Repeller) aussieht. Wie berechnest du sie denn? Oder machst du es einfach aus Deiner Erfahrungschatz d.h. aus dem Bauch heraus?


Planungsstatus
Bei meinem Windrad habe ich jetzt beim Ladebeginn bei 3m/s ein Luxusproblem, da mein Stator, wegen den großen Innenkreis, recht groß sein muss.
Ich habe die Magnet und Spulenanzahl verringert. Der Stator und die Spulen sind jetzt ca 4mm dick (es gibt ja auch 4mm dicke Spanplatten) und der Gesamtinnenwiderstand wird bei etwa 0,15 Ohm liegen. Somit wäre die Generator Kennlinie recht steil und ich werde wohl den Widerstand wo anders einbauen.
Das Spuleninnenloch muss etwas größer als der Magnet sein.

Gruß

Andreas
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Re: Mein erstes Windrad mit Bremsscheiben-Generator

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Gepostet: 16.01.2011 - 22:22 Uhr  ·  #56
Hallo Andreas,

In der Tat lege ich die generatoren anch Gefühl und Erfahrung aus. An der ANzahl der Windungen kann ich nicht viel drehen, da richte ich mich nach dem was mir das Tool ausspuckt plus ein paar WIndungen extra als Korrektur (ebenfalls Erfahrung). In der Regel lege ich auf mindestens 3,5 m/s aus. Ladebeginnb ist dann um die 2,6-2,7 m/s effektiv.
Anzahl der Spulen und Widerstand richten sich nach der Größe des Generators, danach wieviel Leistung das WIndrad als maximale Dauerleistung umsetzen können soll und eben danach wieviel verlustleistung welche Größe an Stator abkann, was auch wiederum Erfahrungswerte sind und auf verschiedenen Tests aufbauen.

Öetztlich ist dien Widerstand von 0,15 Ohm schon sehr niedrig für solch ein kleines WIndrad. 0,5 Ohhm hätten es wohl auch getan aber das ist ja nun nichts schlechtes. Wenn du nun feststellst, dass dein IWndrad zu früh in Stall geht, kannst du immer noch den Luftspalt zwischen den Magneten vergrößern und den Ladebeginn somit etwas nach hinten verschieben und ggf. einbe bessere Anpassung erzielen. das mit den Widerständen ist nicht so einfach und sollte die letzte Lösung sein.

Einen 4mm dicken Stator zu fertigen halte ich für fraglich. das ist doch schon sehr sehr dünn und ggf ebenso fragil und schwer zu verarbeiten. Warum machst du ihn nicht etwas dicker und dafür den ganzen Generator im Durchmesser etwas kleiner?
Wenn du ihn aber so dünn hi nbekommst, ist das natürlich in Ordnung aber bedenke dass du ja auch noch alles im Stator verdrahten musst und dass das Platz braucht...


Gruß
Max
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Re: Mein erstes Windrad mit Bremsscheiben-Generator

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Gepostet: 16.01.2011 - 23:40 Uhr  ·  #57
Zitat
nur weiß ich am Ende leider immernoch nicht, wie die benötigte Leistungskurve des Generators (also die abverlangte Leistung vom Repeller) aussieht. Wie berechnest du sie denn?


Die Leistung bei Batterieladung errechnet sich wie folgt:

P = U²/R

P = (U-Generator minus U-Batterie minus U-Gleichrichter)² durch (R-Generator + R-Leitungen + R-Batterie)

Der Widerstand einer grossen Bleibatterie ist verschwindend gering und beträgt nur wenige Milliohm.
Das heisst relevant ist nur der Widerstand des Generators und ggf. der Zuleitungen bis zum Akku.
Den Akkuwiderstand kann man vernachlässigen.

Rechnen wir mal ein Praxisbeispiel mit einem Generatorwiderstand von 0,5 Ohm
Wenn die Generatorspannung (hinter dem Gleichrichter mit 1,4 Volt Verlust) 1 Volt über der aktuellen Batteriespannung
von 12 Volt liegt und die Zuleitung zum Akku 0,1 Ohm hat, dann beträgt die derzeitige Leistung:

P = (U-Generator minus U-Batterie minus U-Gleichrichter)² durch (R-Generator + R-Leitungen + R-Batterie)
P = ( 14,4V minus 12V minus 1,4V)² durch (0,5 Ohm + 0,1 Ohm) = 1,66 Watt

Erhöhen wir nun die Generatorspannung um nur ein einziges Volt, dann erhalten wir:
P = ( 15,4V minus 12V minus 1,4V)² durch (0,5 Ohm + 0,1 Ohm) = 6,66 Watt

Erhöhen wir die Generatorspannung ein weiteres mal um nur ein einziges Volt, dann erhalten wir:
P = ( 16,4V minus 12V minus 1,4V)² durch (0,5 Ohm + 0,1 Ohm) = 15 Watt

Und noch einmal erhöhen wir um nur ein einziges Volt:
P = ( 17,4V minus 12V minus 1,4V)² durch (0,5 Ohm + 0,1 Ohm) = 26,66 Watt

Wir haben in unserem Beispiel die ursprüngliche Generatorspannung von 14,4 Volt ( 1,66 Watt )
auf 17,4 Volt ( 26,66 Watt) gesteigert.
Die Spannung stieg um 22%, die Leistung jedoch um 1600 % !!!
Ich will damit sagen das die Leistung die der Generator abgibt und die der Repeller logischerweise zuführen
muss, bei direkter Batterieladung extrem schnell ansteigt, weit steiler als es in den meisten Abbildungen
dargestellt ist.
Ladebeginn und maximale Leistung des Generators trennt oft nicht mal eine Verdopplung der Drehzahl !!
Das ist für ein gutes Zusammenspiel mit der zugeführten Windenergie viel zu wenig.

Würden wir bei unserem Beispielgenerator die Drehzahl, bei der er 1,66 Watt in die Batterie beförderte,
lediglich verdoppeln, so würde er stattliche 395 Watt in den Akku befördern (wollen).
Eine Verdoppelung der Windgeschwindigkeit, aus der die Verdoppelung der Repeller/Generatordrehzahl
resultieren würde, hätte aber lediglich einen ca. 8 fachen Leistungsanstieg der Windenergie zur Folge.

Direkte Batterieladung kann daher bei guten Generatoren mit geringen Innenwiderständen sehr
problematisch werden weil die Leistungskurve des Generators viel schneller ansteigt als die des Repellers.
Perverserweise können (durch fehlendes Abwürgen des Repellers) schlechte Generatoren oder längere
Leitungen im Endresultat bei einfacher, direkter Batterieladung zu einem besseren Ergebnis führen.
Es gibt Beispiele dafür das sich Leute zusätzliche Widerstände in Reihe schalteten um den Repeller
in einem besseren Drehzahlbereich halten zu können.

Ich würde dann aber eher zu intelligeren Ladelösungen raten, Stichwort MPPT.

Eugen
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Re: Mein erstes Windrad mit Bremsscheiben-Generator

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Gepostet: 17.01.2011 - 14:46 Uhr  ·  #58
Moin,

Super, vielen dank. Es ist alles recht interessant und ich beginne noch mehr Spaß daran zu haben. :-)

@Max
Kleinere Durchmesser geht nicht, da ich ja schon die 2 Bremsscheiben plus Radaufhängung habe und der Statorinnenkreis recht groß ist. Nur wenn ich das Radlager nicht besser sauber und leichgängiger bekomme, werde ich mir etwas neues ohne Bremsscheiben bzw Autoradaufhängung (vielleicht mit Flanchlager, alten Sägescheiben oder so) überlegen.

Ja, 4mm habe ich auch gedacht, dass es recht wenig ist. Mal schauen ob ich durch rumprobieren mit Magneten und Spulenaufbau auch auf 6mm kommen könnte. 6mm wären optimal. Ich denke aber, dass das Gießen schwierig aber machbar und später das trockene Expyd auch in 4mm dicke stabil genug ist.

@Eugen
Vielen Dank für die Formel und die Beispiele. Klasse.
Müsste ich denn ein MPPT selber bauen oder kann man die fertig kaufen? In Elektrotechnik bin ich einfach zu schwach.

Eine Frage noch:
Ich weiß, dass die Spannung eines Generators von der Anzahl der Wincklungen und der Umdrehungen abhängt. Wenn der Ladebegin erreicht ist (also Spannung und Umdrehungen), steigt dann die Spannung und der Strom mit mehr Umdrehungen proportional? Steigt die Spannung überhaupt noch?
Gibt es dazu auch eine Formel?
Aus deiner Formel könnte ich den Strom ja durch P = U * I errechnen, nur weiß ich leider nicht, ob die Spannung bei mehr Umdrehungen noch steigt. Anhand deinen Beispielen könnte man drauf kommen.

Ich fange an, die ganze Geschichte zu durchblicken und finde es echt interessant.

Danke und Gruß

Andreas
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Re: Mein erstes Windrad mit Bremsscheiben-Generator

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Gepostet: 17.01.2011 - 15:50 Uhr  ·  #59
Zitat
Wenn der Ladebegin erreicht ist (also Spannung und Umdrehungen), steigt dann die Spannung und der Strom mit
mehr Umdrehungen proportional? Steigt die Spannung überhaupt noch?

Ja der Spannungsverlauf ist genau proportional zur Drehzahl.
Wenn ein Generator bei 100 U/min 12 Volt erzeugt, dann erzeugt er bei 200 U/min 24 Volt.

Wie es mit dem Strom bei steigender Drehzahl aussieht ist von der Last abhängig.
Schliesse ich einen ohmschen Widerstand an (der nicht sehr warm wird) dann verhält
sich der Strom ebenfalls proportional zur Drehzahl bzw. zur steigenden Spannung.
Schliesse ich eine Glühlampe an, dann knickt die Strom/Drehzahlkurve ab wenn sich der
Glühfaden erwärmt und zu glühen beginnt.
Schliesse ich einen Akku an, dann kann man den Strom anhand meiner Formel nach den
jeweiligen Gegenbenheiten berechnen.

Anbieter von MPPT Ladereglern für Windräder sind leider noch sehr rar.
In jedem Einspeisewechselrichter ist quasi automatisch einer drinnen. Deshalb ist Einspeisung
meist deutlich effektiver als Akku laden, aber leider auch viel teurer.. :(
Google mal nach der Firma Schams, das ist ne deutsche Schmiede für MPPT Regler für Windräder.
Ganz billig sind die aber nicht, scheinen aber auch recht gut zu sein.


Eugen
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Re: Mein erstes Windrad mit Bremsscheiben-Generator

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Gepostet: 17.01.2011 - 22:33 Uhr  ·  #60
Moin,

Ich habe Eugens Formen in das Berechnungstool eingetragen.

Rückberechnung der Spannung anhand der Spulenwicklungen und Umdrehungen. Spulenwicklungen sind konstant, es ändert sich die Windgeschwindigkeit, daraus ändern sich die Umdrehungen und es ergibt die Spannung.
Bei meinem 1,2m Windrad mit 0,15 Ohm Gesamtinnenwiderstand sieht die vom Generator erwartet Leistung (grüne Kurve) mit der Formel von Eugen dann so aus:

Das sieht echt schlecht aus. Ich müsste den Widerstand sehr stark erhöhen, damit die Kurve abflacht oder den Ladebegin bei ca 7 oder 8 m/s ansetzen... :-(

Bei 3,8 Ohm (alle anderen Parameter bleiben gleich) und super schlechtem Wirkunsgrad des Generators sieht die Kurve bezüglich dem Stalling optimal aus:


Hätte ich gleich ein 2,5m Windrad bauen wollen, dann würde das in etwa so aussehen:


Ich bin mit meinem kleinem Windrad also eher in einem Dilema: Entweder Stalling oder kleiner Wirkungsgrad oder teuren MPP Laderegler (ab 140 EUR). :-(

Gruß

Andreas
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