Eingenbau einer Windkraftanlage für die Garage mit hilfe von 3D Druckern

 
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Eingenbau einer Windkraftanlage für die Garage mit hilfe von 3D Druckern

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Gepostet: 23.10.2016 - 10:11 Uhr  ·  #1
Hallo zusammen,

zunächst möchte ich mich kurz vorstellen. Ich bin Stefan 29 aus dem Rheinland und möchte für unsere Garage eine Windkraftanlage bauen. Ich habe bereits zwei mit einer kleinen Anleitung gebaut, leider ist die Leistung des Generators so niedrig, das nur bei Sturm Ladeleistung erzeugt wird. Was einfach nie der fall ist.

Ein gewisses Grundwissen habe ich meiner meinung nach schon, nur wenn es in die Tiefe geht, wird es etwas holperig. Daher erhoffe ich mir von der gesammelten Kompetenz hier im Forum hilfe für mein Projekt zu finden. Ich habe mir hier schon den ein oder anderen Beitrag vorgenommen, aber manchmal verstehe ich einfach nur Bahnhof, aber das liegt wahrscheinlich daran das ich nicht soooo tief in der Materie drin bin wie Ihr.

Also was habe ich konkret vor?

Ich habe solide Kenntnisse im CAD Bereich und zwei 3D Drucker, die das unterstreichen. Damit stehen mir wirklich viele Möglichkeiten offen, Bauteile aus stabilen wetterfesten ABS Kunststoff herzustellen. Zunächst würde ich mit eurer Hilfe die nötigen Parameter klären und dann danach vorab eine Windkraftanlage step by step am Computer entwickeln.

Zur Fertigung stehen mir neben den 3D Druckern noch eine größere Drehbank, Standbohrmaschine und einige weitere Geräte zur Verfügung. (Einer der 3D Drucker ist auch ein Eigenbauprojekt, noch bevor ich auf die Idee gekommen bin, unsere Garge im "Öko-Modus" zu betreiben)

Zur Dimension des Generators. Ich habe bereits eine Solarbatterie für den Camping bereich die auf 12V läuft und 280A hat. Sie wird bereits durch ein 12V 100Watt Solarpanel geladen. Meine erste Windkraftanlage die hier noch installiert ist, liefert keine Leistung, so das mein Panel alles alleine läd. Das soll sich bald ändern. Zu diesem Panel wird noch ein weiteres 12V 100Watt Panel dazu kommen. Die Windkraftanlage soll so dimensioniert sein, das sie auch bei wenig Wind schon Ladeleistung bringt.

Was könnt ihr mir hier schon empfehlen? Welche Bauform eigent sich besonders gut? Mein Hauptproblem ist das fehlende Know How über die Anzahl der Wicklungen, Drahtdicke etc.

Ich würde später alles als Bilder/Video Tagebuch veröffentlichen.


Danke vorab für eure Unterstützung.

Stefan.
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Re: Eingenbau einer Windkraftanlage für die Garage mit hilfe von 3D Druckern

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Gepostet: 23.10.2016 - 16:28 Uhr  ·  #2
Welche Ladeleistung schwebt Dir denn bei welcher Windgeschwindigkeit (m/s) so vor?
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Re: Eingenbau einer Windkraftanlage für die Garage mit hilfe von 3D Druckern

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Gepostet: 24.10.2016 - 18:08 Uhr  ·  #3
abgesehen von Deiner erhofften Leistung bei einer bestimmten Windgeschwindigkeit wäre es gut vorab zu wissen, ob Du mit dem Thema schon so weit fortgeschriiten bist, dass Dein jetziges Windrad auch zu Deinen Standortbedingungen passt.

Hast Du sauberen Wind ohne Turbulenzen, steht es frei angeströmt etwas höher auf einem Mast, stören keine Häuser oder sonstige landschaftliche oder natürliche Hindernisse den Wind? Und auch - bewegt sich die mittlere Jahres-Windgeschwindigkeit in einem vernünftigen Rahmen - mindestens 3 m/sec und besser darüber denn 3 m/sec bringt bei einem kleinen Windrad noch sehr sehr wenig...
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Re: Eingenbau einer Windkraftanlage für die Garage mit hilfe von 3D Druckern

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Gepostet: 29.10.2016 - 18:40 Uhr  ·  #4
Hallo, also die Ladeleistung sollte 500 Watt nicht übersteigen. Windgeschwindigkeit ist ne gute frage ich denke so ab 10-15 kmh wäre schon gut ladestrom zu haben.

Mein Windrad hängt etwa 1 meter über der Garage. Wie ich finde etwas zu niedrig. Leider hat mein Nachbar störende Bäume. Über genaue Windgeschwindigkeiten am Standort habe ich kaum Infos weil ich nicht weiß wie und womit ich das messen könnte. Unser Windrad drehte sich öfters relativ schnell, doch unser Generator erreichte nur grade mal so 12V also kaum am Ladeanfang. Und bei Strum, hatte ich das Gefühl das die Flügel Geschwindigkeitsmäßig auch an Ihre Grenzen kamen. ich schätze das liegt einfach an den Wicklungen und an der Dicke vom Draht. Gern darf das Windrad auch was langsamer drehen wenn die Leistung stimmt... Tipps hierzu?
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Re: Eingenbau einer Windkraftanlage für die Garage mit hilfe von 3D Druckern

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Gepostet: 30.10.2016 - 00:54 Uhr  ·  #5
Das Bäume des Nachbarn stören - das wäre eine schlechte Nachricht für einen Horizontalläufer, erst recht, wenn es einer mit hoher Schnelllaufzahl, also einer mit auf hohe Effizienz entwickelten Blattprofilen ist.

Es ist auch schwer einen Tip zu geben, wenn man die mittlere Windgeschwindigkeit nicht kennt. Jedenfalls kann ein Windrad mit vertikal stehender Drehachse und für Turbulenzen geignete Rotorbauweise auch nicht zaubern. An die Leistungsbeiwerte eines guten Horizontalläufers unter idealer sauberer Anströmung kommt es nicht heran.

Die geeigneten Bautypen für turbulenten Wind sind bei Vertikalläufern entweder der Savonius-Rotor oder der C-Rotor. Das Funktionsprinzip beider ist einfach, der Bau auch - wenn man etwas Ahnung von den Belastungen durch Fliehkraft, Lastwechsel und konstruktiven Maßnahmen, diese in den Griff zu bekommen, hat.

Gruß, Carl
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Re: Eingenbau einer Windkraftanlage für die Garage mit hilfe von 3D Druckern

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Gepostet: 30.10.2016 - 08:10 Uhr  ·  #6
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Re: Eingenbau einer Windkraftanlage für die Garage mit hilfe von 3D Druckern

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Gepostet: 01.11.2016 - 12:37 Uhr  ·  #7
OK mach ich die Tage mal. Umwickeln geht nicht, nur neu bauen. Aber ich kann dennoch mal ein paar Fotos zeigen.
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Re: Eingenbau einer Windkraftanlage für die Garage mit hilfe von 3D Druckern

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Gepostet: 11.11.2016 - 20:27 Uhr  ·  #8
Also sorry habe momentan viel um die Ohren und das Projekt läuft eben derzeit erst langsam wieder an. Aber hier ein paar Fotos um euch schonmal einen Überblick zu verschaffen vielleicht kann man darauf schon das ein oder andere sehen wo Ihr direkt sagt dies oder jeses könnte besser sein... Von der Umgebung muss ich auch nochmal Fotos machen son bisschen kann man erkennen.
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Re: Eingenbau einer Windkraftanlage für die Garage mit hilfe von 3D Druckern

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Gepostet: 12.11.2016 - 08:03 Uhr  ·  #9
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Re: Eingenbau einer Windkraftanlage für die Garage mit hilfe von 3D Druckern

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Gepostet: 12.11.2016 - 15:18 Uhr  ·  #10
Sieht toll aus, professionell.

Falls Du wegen zu starken Turbulenzen Probleme bekommst, kannst Du mit kleinen Vorflügelkappen nach dem C-Profil System, die Du an den Flügelwurzeln aufsteckst noch einiges herausholen. In Nabennähe stören sie nicht sonderlich und der Aufwand ist sehr gering. C-Profil kennt man allgemein nur an Vertikalläufern, es funktioniert - wie ich schon gemacht habe - auch beim Horizontalläufer, bei Dir z.B. als Anfahrhilfe.

Meine uneingeschränkte Hochachtung für Deine Arbeit,

Gruß, Carl
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Re: Eingenbau einer Windkraftanlage für die Garage mit hilfe von 3D Druckern

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Gepostet: 13.11.2016 - 00:57 Uhr  ·  #11
Also ich habe auch Erfahrung mit 3D Drucken da ich Teile in ABS damit herstellen lasse und vertreibe.
Doch ob diese gedruckten Blätter selbst mit ABS Material für Repellerflügel mit mehr als 25 cm taugen weis ich nicht bezweifle ich aber sehr stark..
Die wirds dir vermutlich bei Sturm zerlegen.
Besser, einfacher und stabiler wäre es die Repeller aus Kanalrohr zu schneiden (mit Rowi Tool berechnen), da sind auch Druchmesser bis 1,5 Meter in Kürze fertig.
Das kostet kaum was, 15 Minuten Arbeit und hält Jahre.

Gruß Hans
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Re: Eingenbau einer Windkraftanlage für die Garage mit hilfe von 3D Druckern

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Gepostet: 13.11.2016 - 08:31 Uhr  ·  #12
Danke zunächst für eure Beiträge.

Sturmsicherungen sind vorhanden, zum einen schaltet der Laderegler bei Überlastung auf Kurzschluss, das ist Sicherung Nr 1 die Zweite ist durch Stall.

Die Flügel sind aus Alu-Gebogen und laufen dafür ganz gut. Habe jedoch auch die Befürchtung das ist nicht unbedingt optimal für die Höchstdrehzahl. Die KG Rohr variante ist mir bekannt, wäre auch einfach für mich zu verarbeiten, ich bekomme aber leider keine verlässliche Berechnung mit dem RowiTool hin.

Mit den Werten etwas rumspielen, da sieht man ja was sich wie verändert, ändert aber nichts daran, da ich nicht weiß welche vorliegenden Parameter dafür optimal sind. Sprich es fängt schon bei Form, Anzahl der Wicklungen und der Drahtstärke an. Da gibts ja das Tool für Scheibengeneratoren. Das habe ich hier auch schon gefunden und ausprobiert, leider gibt es weder für das RowiTool noch für das Generator Tool eine Doku, was es etwas schwer macht damit richtig zu arbeiten wenn Ihr versteht was ich meine.

Zunächst müsste ich mal Windgeschwindigkeiten am Standort messen. Dafür muss wohl eine Messeinheit her.

Hierfür gibts bei Amazon eine Wetterstation für rund 55 Euro. Ich denke das ist gut investiertes Geld. Was sagt Ihr?

https://www.amazon.de/Froggit-…ger%C3%A4t
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Re: Eingenbau einer Windkraftanlage für die Garage mit hilfe von 3D Druckern

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Gepostet: 14.11.2016 - 00:45 Uhr  ·  #13
Das das Geld für die Wetterstation rein für Messzwecke gut investiert ist glaube ich nicht so.
Üblicherweise aktualisieren die nur alle 5-10 Sekunden die Windgeschwindigkeit und Windmessung macht erst bei grösseren Anlagen nach einem Jahr wo ausgewertet wird Sinn.
Aber zumindest einen groben Überblick hast du damit.
Bei kleineren Anlagen wo die Stromerträge einen Gegenwert von 15-25€ im Jahr haben sind Windmessungen eher vernachlässigbar.
Besser das Geld in einen 2-4 Meter höheren Mast inverstieren damit sie gut läuft.
Ansonsten sieht deine WKA sehr gut aus und gefällt mir, bloss der Mast ist zu kurz für guten Betrieb
Gruß Hans
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Re: Eingenbau einer Windkraftanlage für die Garage mit hilfe von 3D Druckern

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Gepostet: 14.11.2016 - 18:13 Uhr  ·  #14
Danke für die Blumen,

Ja Mast höher machen ist so eine Sache, gibt eine Nachbarin die stört es schön das sich da irgendwas dreht. Auch wenn das Ding nichtmal krach macht oder so. Keine Ahnung was die sich einfallen lässt wenn ich das noch höher mache. Wie hoch darf man überhaupt?

Ich schlage vor wenn ich eine durchschnittliche Windgeschwindigkeit am Standort habe, melde ich mich wieder und dann wäre super wenn mir jemand bei den weiteren Schritten zum Setup etwas helfen kann.
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Re: Eingenbau einer Windkraftanlage für die Garage mit hilfe von 3D Druckern

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Gepostet: 14.11.2016 - 20:15 Uhr  ·  #15
Hast ja auch professionell gebaut ;-) Die durchschnitts Windgeschwindigkeit gibt aber leider keine Verwirbelungen wieder.
Windmessern ist das egal da sie keine exakte Anströhmung benötigen oder Trägheit haben.
Diese Wirbel sind in Bodennähe teils sehr stark und können die Wka so runterziehen wie wenn sie nur halben Wind oder weniger hätte.
Würde deine Nachbarn mit Schiebemast reinlegen
Paralell Stange dazuschrauben und alle 3-4 Tage 5 cm höher schieben bis das Nennmaß nach einger Zeit erreicht ist wo die Wka gut dreht :-)
So gewöhnt man sich drann und merkt es nicht ;-)
Gruß Hans
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Re: Eingenbau einer Windkraftanlage für die Garage mit hilfe von 3D Druckern

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Gepostet: 20.11.2016 - 08:29 Uhr  ·  #16
^^ Gute idee. Vielleicht mach ich das. Ich habe mal meine Wetterstation installiert und ich ermittel jetzt den langzeit durchschnitts Wind. Was ist mit dem Vorflügelkappen nach dem C-Profil System wie Karl es beschrieben hat? Könnte das später helfen Turbolenzen auszuweichen?

Irgendwie muss ich mich ja auf meinen neuen Generator vorbereiten... Aber ich merke schon so richtige konkrete Angaben kann da wohl keiner machen. Naja mal gucken was bei meiner Windmessung so raus kommt.

Anbei habe ich ein Foto von der Umgebung meines Windgenerators. Ich habe Ihn derzeit abmontiert um meine Wetterstation dort messen zu lassen.
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Re: Eingenbau einer Windkraftanlage für die Garage mit hilfe von 3D Druckern

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Gepostet: 20.11.2016 - 11:14 Uhr  ·  #17
Das jemand Bewegung in seiner näheren Umgebung als störend empfindet ist kein Einzelfall auch wenn es eher die Ausnahme für Beschwerden ist.

Ich würde versuchen, der Nachbarin die Vorteile (für sie) nahezulegen: ortsfremde Eindringlinge und Einbrecher - es kommt öfter vor, dass motorisierte Banden auf Suche nach Gelegenheiten die Gegenden durchziehen - fahren meistz weiter wenn sich an einem Standort etwas bewegt.

Diese (langjährige) Erfahrung habe ich bereits gemacht, bevor ich bei mir Windräder aufgestellt hatte kam schon mal was vor, seitdem nicht mehr.

Mein Vorschlag: sag das der Nachbarin und frage sie freundlich, falls sie nicht generell zu sauer auf Dich ist nach ihrer Lieblingsfarbe um damit "malerisch" den Effekt Deines Windrades etwas zu neutralisieren.

Damit und mit dem Vorschlag von Hans könntest Du Erfolg haben.
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Re: Eingenbau einer Windkraftanlage für die Garage mit hilfe von 3D Druckern

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Gepostet: 23.11.2016 - 07:37 Uhr  ·  #18
Also Du Photographierst von nem höheren Gebäude aus,
rund herum Gebäude, Bäume und hohe Sträucher ... versprich Dir von der WKA nicht zu viel.
Sorry wenn ich das sage, aber 2-3 aufgeständerte PV-Module würden vermutlich effektiver und günstiger sein ... sorry
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Re: Eingenbau einer Windkraftanlage für die Garage mit hilfe von 3D Druckern

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Gepostet: 23.11.2016 - 08:30 Uhr  ·  #19
Vorflügelkappen fangen Turbulenzen ein, sie weichen ihnen nicht aus!

Du kannst Dir das so vorstellen: Der Teil des Flügels in Nabennähe wo ein C-förmiges Vorflügelteil (eine C-Vorflügel-Wanne) mit einem kleinen Abstand so, dass die Hauptflügelnase ein kleines Stück mittig in die Wanne hineinragt sitzen soll, wirkt dann wie eine Leitfläche.

Die Form der Wanne kann kreisförmig rund sein, leicht eiförmig vorgewölbt wird sie stromlinieförmiger und bringt so etwas bessere Ergebnisse. In Deinem Fall wäre es wahrscheinlich auch sehr vorteilhaft den Wannenrand auf der dem Wind zugewandten Seite etwas offener, verkürzter zu halten so dass von vorne aus der Windrichtung mehr Strömung ungehindert durch solche Abdeckung eintreten kann.

Vom Hauptflügel wird dann die Strömung in verstärkter Form wie durch eine Leitfläche in diese Wanne eingeleitet in der sie ihre Bewegungsenergie grossenteils als Vortriebsimpuls abgeben wird bevor sie auf der anderen Innenseite der Wanne in die Wirbelschleppe hinter dem Windrad überläuft!

Dabei ist es Wichtig, oben und unten die Vorwanne mit einer Kappe vor Randverlusten zu schützen. Solche Kappen - wie Spannten - dienen gleichzeitig als konstruktives Verbindungsteil Flügel zur C-Kappe.

Ich würde in Deinem Fall nicht mehr als 1/3 der Flügellänge damit abdecken weil Du Schnelllaufprofile hast. In Nabennähe befindet sich nur ein kleiner Teil der Rotor-Gesamtfläche und dort sind auch die Umlaufgeschwindigkeiten weit niedriger als an den Flügelspitzen.

Dort plaziert bremsen die C-Kappen also nicht relevant das Schnelllaufverhalten Deines Windrades, sind also als Anlaufhilfe und Überbrückung turbulenter Anströmung bei aerodynamisch ausgebildeten Blattprofilen nur in Nabennähe sinnvoll.

Was nicht heißt, dass man C-Flügel nicht auch über die ganze Blattlänge einsetzen kann. Dies kann man z.B. bei ganz ekelhaft turbulenten Standortbedingungen machen wenn dort ansonsten der Wind genug Energieinhalt hat oder wenn man ohne Windnachführung nur eine Hauptwindrichtung nutzen will.

Ein normal ausgebildetes C-Profil mit symmetrischem Vorflügelteil kann bei bis zu 45° Abweichung der Windrichtung (links,rechts, oben oder unten, ganz egal von wo) aus der Frontalen zur Blattebene noch signifikant Leistung abgeben, bei 45° noch die Hälfte bis 2/3 des maximal möglichen, was also an bestimmten Aufstellungsorten mit sehr starken Turbulenzen noch Möglichkeiten bietet.
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Re: Eingenbau einer Windkraftanlage für die Garage mit hilfe von 3D Druckern

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Gepostet: 27.11.2016 - 21:19 Uhr  ·  #20
Also nachdem ich meine Wetterstation jetzt etwa 1 Woche in Betrieb habe, kann ich wohl sagen das sich generell ein Generator dort nicht lohnen wird. Vielleicht liegts auch am November, aber ich habe dort in der Regel viel zu wenig wind. Manchmal vielleicht bis 15 kmh aber das sind schon spitzen Werte. Ein paar Tage überhaupt nichts... Naja ich lass die Wetterstation einfach erstmal installiert und warte mal eine Messung über mehrere Monate ab. Danach werde ich nochmal ein Feedback geben ob es weiter geht.
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