Hallo zusammen,
es wird ja oft betont, wie wichtig die richtige Abstimmung von Generator und Windrad ist um eine gute Leistungsausbeute zu erreichen. Allgemein heißt es, die Generatorkennlinie sollte dicht unterhalb der des Windrades liegen. Unterhalb deshalb, um den Rotor nicht vorzeitig abzuwürgen und Drehmoment für eine weitere Beschleunigung übrig zu haben. Wie weit unterhalb ideal bzw. noch sinnvoll ist, möchte ich gerne einmal näher beleuchten und anhand einer kleinen Skizze verdeutlichen:
Im oberen Diagramm sind zunächst die verschiedenen Leistungskurven eines Windrads, eines 'idealen' Generators und eines schwachen Generators in Abhängigkeit der Drehzahl zu sehen.
Die Kurven im unteren Diagramm beschreiben die entsprechenden Leistungsenetnahmen während einer kurzen Böe.
Dabei zeigt die blaue Linie quasi den Verlauf der Böe bzw. die theoretisch entnehmbare Leistung des Windes über einen Generator. Aufgrund der Massenträgheit des Windrades und der bremsenden Energieentnahme, ergeben sich in der Realität jedoch abweichende Kurvenverläufe:
Zunächst zur roten Linie - " idealer Generator":
Bei konstanten Wind (zu Beginn der Böe) entspricht die reale Leistung nahezu der theoretischen Leistung und läuft im optimalen Betriebspunkt. Sobald nun der Wind zunimmt, beschleunigt der Rotor durch sein relativ hohes Bremsmoment nur langsam und erreicht sein Maximum erst nachdem der Wind schon wieder nachgelassen hat. Durch diese Verzögerung bleibt das reale Maximum immer unterhalb des theoretisch Möglichen. Nachdem der Schwung durch die Massenträgheit aufgebraucht ist, fällt die Kurve relativ steil ab und nähert sich wieder dem optimalen Betriebspunkt.
zur grünen Linie - "zu schwacher Generator":
Die Leistungsaufnahme dieses Generators liegt beispielsweise um die Hälfte unterhalb der Leistung des Windrades. Dadurch wird bei konstantem Wind aber nicht halb so viel Energie umgesetzt als im oberen Fall, sondern das Windrad wird soweit überdrehen, bis der Energieüberschuss des Windrades durch die nun höhere Leistungsumsetzung des Generators (höhere Drehzahl) sowie durch strömungsseite Verluste an den Flügeln aufgenommen wird. Insofern wird durch das Überdrehen der Verlust zum Teil wieder gut gemacht und könnte sich auf 1/4 statt der Hälfte reduzieren. Vielleicht sogar noch weniger, wenn die windseitigen Verluste beim Überdrehen quadratisch (?) mit der Drehzahl zunehmen und dadurch die Bremswirkung durch die Luft erst sehr spät wirksam wird. Bei konstanten Wind also ein klarer Nachteil, der jedoch noch überschaubar bleibt.
Steigt nun aber die Windgeschwindigkeit, beschleunigt der schwächer belastete Rotor entsprechend schneller und erreicht somit früher einen höheren Maximalwert als das beim "idealen" Generator der Fall ist. Durch die zusätzlich höhere Drehzahl, ist auch der Drehimpuls (Schwung) größer und somit verläuft beim Abflauen der Böe die Leistungkurve flacher als im oberen Fall, bis sie wieder auf das um 1/4 oder 1/6 tiefere Anfangsniveau absinkt. Somit könnte während einer Böe die Leistungsausbeute hier sogar ein wenig höher sein, als das beim "idealen" Generator der Fall ist.
So wie es für mich aussieht, verhält sich das System insgesamt also ziemlich tolerant und ausgleichend, so dass auch etwas zu schwache Generatoren noch durchaus gute Ergebnisse bringen können.
Bei gleichmäßigem Wind ist der ideale Generator klar im Vorteil, in Wohgebieten usw. könnten jedoch schwächere Generatoren durchaus sinnvoll sein. Was meint ihr?
es wird ja oft betont, wie wichtig die richtige Abstimmung von Generator und Windrad ist um eine gute Leistungsausbeute zu erreichen. Allgemein heißt es, die Generatorkennlinie sollte dicht unterhalb der des Windrades liegen. Unterhalb deshalb, um den Rotor nicht vorzeitig abzuwürgen und Drehmoment für eine weitere Beschleunigung übrig zu haben. Wie weit unterhalb ideal bzw. noch sinnvoll ist, möchte ich gerne einmal näher beleuchten und anhand einer kleinen Skizze verdeutlichen:
Im oberen Diagramm sind zunächst die verschiedenen Leistungskurven eines Windrads, eines 'idealen' Generators und eines schwachen Generators in Abhängigkeit der Drehzahl zu sehen.
Die Kurven im unteren Diagramm beschreiben die entsprechenden Leistungsenetnahmen während einer kurzen Böe.
Dabei zeigt die blaue Linie quasi den Verlauf der Böe bzw. die theoretisch entnehmbare Leistung des Windes über einen Generator. Aufgrund der Massenträgheit des Windrades und der bremsenden Energieentnahme, ergeben sich in der Realität jedoch abweichende Kurvenverläufe:
Zunächst zur roten Linie - " idealer Generator":
Bei konstanten Wind (zu Beginn der Böe) entspricht die reale Leistung nahezu der theoretischen Leistung und läuft im optimalen Betriebspunkt. Sobald nun der Wind zunimmt, beschleunigt der Rotor durch sein relativ hohes Bremsmoment nur langsam und erreicht sein Maximum erst nachdem der Wind schon wieder nachgelassen hat. Durch diese Verzögerung bleibt das reale Maximum immer unterhalb des theoretisch Möglichen. Nachdem der Schwung durch die Massenträgheit aufgebraucht ist, fällt die Kurve relativ steil ab und nähert sich wieder dem optimalen Betriebspunkt.
zur grünen Linie - "zu schwacher Generator":
Die Leistungsaufnahme dieses Generators liegt beispielsweise um die Hälfte unterhalb der Leistung des Windrades. Dadurch wird bei konstantem Wind aber nicht halb so viel Energie umgesetzt als im oberen Fall, sondern das Windrad wird soweit überdrehen, bis der Energieüberschuss des Windrades durch die nun höhere Leistungsumsetzung des Generators (höhere Drehzahl) sowie durch strömungsseite Verluste an den Flügeln aufgenommen wird. Insofern wird durch das Überdrehen der Verlust zum Teil wieder gut gemacht und könnte sich auf 1/4 statt der Hälfte reduzieren. Vielleicht sogar noch weniger, wenn die windseitigen Verluste beim Überdrehen quadratisch (?) mit der Drehzahl zunehmen und dadurch die Bremswirkung durch die Luft erst sehr spät wirksam wird. Bei konstanten Wind also ein klarer Nachteil, der jedoch noch überschaubar bleibt.
Steigt nun aber die Windgeschwindigkeit, beschleunigt der schwächer belastete Rotor entsprechend schneller und erreicht somit früher einen höheren Maximalwert als das beim "idealen" Generator der Fall ist. Durch die zusätzlich höhere Drehzahl, ist auch der Drehimpuls (Schwung) größer und somit verläuft beim Abflauen der Böe die Leistungkurve flacher als im oberen Fall, bis sie wieder auf das um 1/4 oder 1/6 tiefere Anfangsniveau absinkt. Somit könnte während einer Böe die Leistungsausbeute hier sogar ein wenig höher sein, als das beim "idealen" Generator der Fall ist.
So wie es für mich aussieht, verhält sich das System insgesamt also ziemlich tolerant und ausgleichend, so dass auch etwas zu schwache Generatoren noch durchaus gute Ergebnisse bringen können.
Bei gleichmäßigem Wind ist der ideale Generator klar im Vorteil, in Wohgebieten usw. könnten jedoch schwächere Generatoren durchaus sinnvoll sein. Was meint ihr?