Darrieus-Rotor - elektrische Auslegung

Hallo an alle,

ich bin der Neue hier .

Wir sind gerade dabei einen Darrieus Rotor zu bauen. Das ganze wird eine 3-flüglige Konstruktion mit einer Flügellänge von ca 2,5m.
Für den Teil bin ich aber nicht zuständig, sondern für den Elektronisch-/elektrischen.

Ich lese jetzt schon eine ganze Weile hier mit und auch kreuz und quer im www, aber einige Fragen bleiben offen und ich hoffe hier ein paar Antworten zu erhalten.

Auf den Gebiet der Elektronik bin ich nicht der neueste Neuling, aber mit Stromerzeugung via Generator hatte ich bis jetzt noch nicht viel am Hut.

Der Darrieus Rotor kann bei 20m/s maximal ca 8kW liefern, bei 10m/s sind es 1,5kW. Über 20m/s wollen wir ihn abschalten (Scheibenbremse)
Bei 10m/s haben wir ca 300 UPM an der Welle die von Rotor nach unten geht. Geladen werden soll ein 12V Blei-Säure Akku (oder auch mehrere)

Meine bisherigen Recherchen zur Generatorwahl brachten folgendes hervor:

- In dieser Leistungsklasse bietet sich ein 3-phasiger Drehstrommotor an, bei ebay und co als "Servomotor" zu finden
- Der Motor sollte eine möglicht hohe Nenn-Drehzahl haben, damit er schon bei geringer Geschwindigkeit eine ausreichende Spannung produziert

Aber welche Leistung muss der Motor den nun haben? Logischerweise ja mindestens 8kW. Aber ein 8kW Motor dürfte sich ja bei 3-4 m/s noch nicht wirklich drehen oder?

Eine andere Überlegung war, einen kleineren Motor mit ca 1,5kW - 2kW zu nehmen und dafür zu sorgen, dass das Windrad nie schneller als 10m/s dreht. Aber wie realisiert man sowas? Eine Scheibenbremse würde uns ja früher oder später heiß laufen, wenn sie immer nur etwas schleift.
Geht sowas elektrisch UND bezahlbar?



Eine andere Frage wäre die Regelung.

Ich lese immer wieder vom MPP Tracker. Habe mir das ganze auch mal angesehen, wie sowas funktioniert. Schönes System! Aber 98% des Marktes sind voll mit Systemen für PV Anlagen, die bei erreichen des Zustands "Akku voll" einfach die module kurzschließen oder von System trennen --> ungeeignet fürs Windrad.

Es muss also eine Ersatzlast her. In der Regel meist eine Heizpatrone oder ähnliches.
Gibt es da keine andere Möglichkeit? Muss wirklich die schöne, mühsam erzeugte Energie in Wärme umgesetzt werden? Zumal wir nichtmal einen Wassertank haben, den wir erwärmen könnten. Ich bezweifele auch, dass diese Heizpatronen an Luft funktionieren. Zumindest nicht länger als 4min .

Was unterscheidet denn eine Windradtaugliche MPP Regelung von der für PV Anlagen?

- es wird nicht kurzgeschlossen oder weggeschaltet wenn der Akku voll ist, sonder auf Ersatzlast umgeschaltet?

noch mehr?


Was beinhaltet denn so ein MPP Laderegler alles?
- eine µC zum messen/steuern/regeln
- einen Step-Down Regler


Wie schnell läuft denn die Regelung?

Ich messe U und I, errechne daraus P.
P vergleiche ich mit P_alt.
Je nach dem was dabei rauskommt Regel ich die Spannung am Step-Down rauf oder runter?


Wie viel Zeit sollte denn zwischen den Messungen liegen?
100ms, 1s? Oder doch eher 10s, 20s, 30s, eventuell mit gleitender Mittelwertbildung?
(Das ätzen von Platinen und das programmieren vom µC (AVR) ist nicht das Problem, aber ich weiß leider nicht was im Programm alles zu berücksichtigen ist)

Den Bauplan dieses MPP Trackers würde ich dann natürlich online Stellen, damit alle hier im Forum davon profitieren können. Was der Markt zu bieten hat ist ja mehr als mau. Wobei ein 8kW Step-up schon ein mächtiges Gerät wird. Das erfordert dann schon ordentlich Leisungselektronik, aber das lässt sich in den Griff kriegen.

Das wars erstmal von meiner Seite, falls ich noch die ein oder andere Kenngröße vergessen haben sollte, einfach laut schreien.
Ich hoffe ihr könnt etwas Licht ins Dunkle bringen.

Viele Grüße und schonmal danke an diejenigen, die sich wenigstens bis hierhin durch den Text gelesen haben
Paul

Servomotore und Drehstrommotore sind zwar zwei paar Schuhe, aber "Servomotor" ist schonmal kein ganz schlechter Suchbegriff.
Eine weitere Idee wäre, selbst nen Scheibengennerator zu bauen.


Das ist einfach die Entscheidung, die man bei der Auslegung treffen muss. Will man auf Starkwind oder Schwachwind optimieren? Beides geht selten. Ist ein bischen, als wenn du ein Auto bauen willst, das Formel 1-Rennen gewinnt und praktisch im Stadtverkehr ist.


Kann man z.B. über ne Wirbelstrombremse oder Ersatzlast machen. Die Idee ist, über die Ersatzlast den Rotor so auszubremsen, dass der Wirkungsgrad einbricht und die Drehzahl so nicht mehr ansteigt.
Fliehkraftgesteuerte Bremsklappen wären auch eine Idee.


Möglich ist viel. Man kann natürlich auch nen Weihnachtsbaum beleuchten oder Wasserstoff herstellen.


Die soltle man schon besser in nen Wassereimer stecken.


Er regelt schneller und schaltet auf ne Ersatzlast um.


Ersatzlast-Anschluss und manche haben auch nen Step-Up-Wandler.


Das ist unterschiedlich aber für Windräder ist alle 10 Sekunden wohl absolutes Maximum. Alle zwei Sekunden wäre meiner Meinung nach ein guter Wert.


Ja, im Prinzipe genau so. Es gibt alternative Heuristiken, aber da wäre so schon ein gangbarer Weg.


s.o.

Mit der nächsten Wetterstation ist schonmal n Ansatz, es gibt auch vom DWD ne Karte mit Mittelwerten, http://www.dwd.de/windkarten .

Allerdings kann es am Aufstellungsort noch erheblich differieren je nach umliegender Bebauung, Geländerelief, Bepflanzung. Also ne Messung vorab würde ich schonmal empfehlen.

Ideal aus meiner Sicht wäre n unabhängiges Anemometer zu Sollwertvorgabe

Danke für den Link. Die Windmessung vor Ort werden wir auf jeden Fall durchführen.




OK, ich werde mal drüber nachdenken und weiter nach passenden Möglichkeiten suchen.




Das klingt vernünftig. Ich denke mal drüber nach, wie sich sowas am besten realisieren lässt.




Es muss natürlich keine 12V Anlage sein. Meine Überlegung war nur dahin gehend, dann ich lieber aus viel Volt wenig mache, statt aus wenig Volt viel. 12V erzeugen die meisten Generatoren schon bei relativ humanden Drehzahlen, deswegen fiel "die Wahl" auf 12V.
Gibt es einen Generator, der bei 300-400 RPM schon 48V unter Last liefert? Also ja, den gibt es sicherlich, aber woran erkenne ich ihn, sofern er nicht vor mir steht und ich messen kann.




Könntest du das bitte genauer erklären?
Wie muss ich mir das denn vorstellen?
Ich habe einen Generator, der irgendwas zwischen 0V und sagen wir mal 70V unter Last erzeugen kann.
Wenn ich jetzt meine Batterien direkt an den Generator klemme, dann würde diese ja zerstört werden.
Was macht denn dieser "herkömmliche Regler"?
Misst er die Spannung und wenn diese über 13,8 ist, schaltet er auf Ersatzlast um? Dann würde ja immer wieder hin und hergeschaltet?
Also zwischen Batterie und Ersatzlast, damit immer 13,8V gehalten werden, oder wie funktioniert das System?

Habe grade mal danach "gegoogelt". Also ähnliche wie beim MPP Regler, wird alles was zu viel ist verheizt.
Soweit ist das klar.

Aber was ich nicht verstehe ist, ob man nun die Batterie und den Generaor wirklich direkt verbinden kann/soll?.

Sagen wir mal wir haben eine Autobatterie mit 11,5V. Daran klemme ich den Generator.
Mit einem µC messe ich die Spannung. Ist diese über der Ladeschlussspannung (LSS), schalte ich auf Ersatzlast, sonst ist die Batterie angeklemmt.

Ich stelle mir das dann so vor: Generator dreht los und bringt ca 24V, µC schaltet auf Ersatzlast um. In welchem Zeitraum wird dann meine Batterie geladen? Doch nur in den paar Sekunden in denen ich unter der LSS bin. Oder habe ich da einen Denkfehler und die Batterie gelastet den Generator so stark, dass die Spannung recht langsam steigt und ich nach 1h oder so die LSS erreiche?

Viele Grüße
Paul

N Generator direkt an der Batterie ist eher suboptimal. Der Generator hat je nach Wind nen unterschiedlichen optimalen Arbeitspunkt, wo eben die Leistung maximal ist. Wenn Du nun den Generator direkt anklemmst kann der nur auf der Batteriespannung laufen, also drehzahlmäßig quasi fix.

Bei wenig Wind kann der Generator evtl. nicht einspeisen, weil die Drehzahl nicht erreicht werden kann, ist richtig Wind kann der Generator nicht auf die maximale Leistung kommen, weil der Rotor überbelastet wird.

Ja, wenn Du die Spannung fix hältst und damit die Drehzahl, dann würde bei unterschiedlichem Drehmoment und dem daraus resultierenden Stromfluss die Kennlinie gerade sein.
Allerdings hast Du ja auch noch ne Aerodynamik der Rotorblätter und die in der dritten Potenz abhängigen potentiellen Energie des Windes zur Windgeschwindigkeit.
Bin da bei meinem WR gerade dabei die Kennlinie auszuknobeln, eine Gerade ist es aber sichernlich nicht.

Jedoch werden wohl geschaetzte ueber 90% aller Batterie ladenden Turbinen genauso betrieben , halt den Generator via Brueckengleichtichter direkt an die Batterie ...das is Standart leider

In der E-Technik unterscheidet man Stromanpassung, Spannungsanpassung und Leistungsanpassung. Die großen Kraftwerksgeneratoren laufen meines Wissens nach unter Stromanpassung und Ladegeräte für Akku ebenso. Ne WKA läuft optimal, wenn der Wirkungsgrad des Rotors eben maximal ist, also quasi in Leistungsanpassung ... das dann zusammen zu bekommen ist schon ne Nuss zum knacken.