Windrad für Afrika

Hallo liebe Windradfreunde,

nachdem ich durch Eure Hilfe mein erstes Windrad gebaut habe möchte ich nun meine Ergebnisse präsentieren:

ICh hab ein kleines Windrad nach der Vorlage von H.Piggott gebaut.

Der Durchmesser beträgt 1,2m und die maximale Leistung ist 350Watt. Hab im Moment noch etwas Probleme mit dem Messen der Leistung und der Windgeschwindigkeit, da ich nur ein kleines Handaneometer habe, das die Windgeschwindigkit in Bodennähe misst und außerdem wesentlich schneller als das Windrad reagiert. Aber meine Einschätzung ist, dass es etwa 60W bei ca. 5m/s bringt.

Nun zu meiner Konstruktion:

Die Flügel habe ich nach der Anleitung von Piggott gezimmert, wobei ich Eschenholz benutzt habe.
Leider ist mir bei der Umrechnung ein Fehler unterlaufen und die Blatttiefe ist geringer als vorgesehen. Dadurch ist der Blattanstellwinkel etwas flacher als vorgesehen. Außerdem habe ich keine kleinen Pyramiden in der Nähe der Nabe aufgesetzt.
Diese Fehler führen dazu, dass das Windrad schlecht anläuft.
Im Moment zimmer ich neue Flügel, die schneller anlaufen sollen.




Der Generator setzt sich aus einer Eisenscheibe mit 8 N40 NdFeB Magnete (2"x1"x0,5") besetzt und einem Stator mit 6 Kupferdrahtwicklungen in Sternschaltung zusammen. Die einzelnen Wicklungen haben 80 Windungen aus 1,2qmm Kupferdrahtlack.


Das Ganze ist auf einer Achse, die ich aus einem früheren Projekt habe gelagert. Allerdings sind die Lager langsam nicht mehr zu gebrauchen und sollen durch eine Autoradaufhängung ersetzt werden.



Die Gondel und die Windfahne sind nach dem Buch gebaut. Also eine leicht versetzte Windfahne mit Sturmsicherung. Die Windnachführung funktioniert ganz ordentlich, nachdem wir das Mastrohr ordentlich gefettet haben.



Das Kabel ist ein einfaches 5 adriges Starkstromkabel etwa 15m lang, wobei ich je 2 Adern zusammengelegt habe. Am Anfang hatte ich den Gleichrichter noch in der BAtterieLadestation am Fuß des Windrads.
(Siehe Foto)



Aufgrund von Verlusten habe ich die zwei Brückengleichrichter dann auf das Windrad montiert. Zur besseren Kühlung sitzen die Gleichtichter auf einen PC Kühlkörper.
Das Gerät auf dem Foto ist ein Leistungsmessgerät für Solaranlagen, damit die kumulierte Leitung gemessen wird.


Als nächstes sollen Die Lager ausgetauscht werden. Und diese Pyramiden zum besseren Anlaufverhalten aufgesetzt werden.


Das nächste Windrad ist auch schon in Konstruktion. Es hat diesmal 16 Hartferritmagnete (75mmx50mmx25mm) auf zwei Scheiben. Wieder 6 Wicklungen mit 1,5qmm Draht und größeren Flügeln mit 1,4m Durchmesser.


Was ich jetzt noch benötige ist ein anständiger Laderegler (hab das auch schon im Elektronik Forum gepostet).

Wie immer bin ich für jede Art der Anregung dankbar. z.B sollte ich die Wicklungen doppelt nehmen? Oder ist das Problem des schlechten Anlaufverhaltens nicht auf den Winkel der Flügel und das Fehlen der Pyramiden zurückzuführen?


Jetzt werdet Ihr Euch noch wundern warum ich den Titel "Windrad für Afrika" genannt habe. Der Grund ist folgender.
Zusammen mit Freunden habe ich einen Verein gegründet, der Nachhaltige Dorfentwicklung in Entwicklungsländern fördern soll. Unser erstes Projekt ist die partielle Elektrifizierung eines Dorfes in Kamerun. Dazu soll neben einer Wasserkraftanlage (Durchströmturbine mit dem selben Generator, wie die Windkraftanlage) auch dieses Windrad einen Beitrag leisten. Wichtig dabei ist es uns, dass wir die Leute vor Ort in den Bau solcher Anlagen schulen werden, damit sie sich ein eigenes Geschäft aufbauen können.
Da es alle Materialen vor Ort gibt, müssen wir nur die Magnete importieren. Von einer chinesischen Firma könnte ich günstiger Magnete bekommen. Allerdings ist unsere benötigte Menge ca. 300-500 Stck. Wer also Interesse hat Magnete zu bekommen kann sich gern bei mir melden.

Am Besten meldet Ihr Euch bei uns auf der Homepage

www.green-step.org über das Kontaktformular. Vielen Dank für Eure Unterstützung. Herti

Vielen DAnk für die schnelle Antwort.

Wenn ich eine Birne (40W) an das Windrad hänge und es per Hand drehe merke ich schon, dass der Widerstand zunimmt.

Aber wie Du bereits geschrieben hast speist das Windrad erst ab einer bestimmten Drehzahl in die Batterie.

bei meinem Windrad ist es so, dass es sehr schelcht anläuft. Wenn es sich aber mal dreht, kommt es relativ schnell auf Touren und beginnt etwas später in die Batterie einzuspeisen. Sobald die erforderliche Spannung erreicht ist merkt man aber nicht, dass sich die Drehzahl des Windrads verringert.
Bei einer Böe zum Beispiel erreicht es (wenn es sich schon mal dreht) einen hohen Ladestrom und läd die Batterie noch einige Zeit, obwohl die Windgeschwindigkeit bereits wieder stark abgenommen hat.

ICh denke, dass man das mehr als Indiz für ein schlechtes Flügelprofil, denn für eine zu hohe Spulenanzahl nehmen kann, oder?

Cogging kann ich gar nicht beobachten. Bei einer Drehung per Hand fühle ich nie einen nennenswerten Widerstand.

Die Windfahne ist bereits durch ein Flacheisen verstärkt. So hoffe ich, dass sie es möglichst lange machen wird. Den Vorteil dieser Kontruktion sehe ich in Ihrer Einfachheit.

Das Gleiche gilt auch für die Gondel-Führung. Wir haben auch schon eine Führung nach dem Buch von Uwe Hallenga ausprobiert. Da hat sich aber das Windrad ständig im Wind hin und herbewegt, ohne das es mal angelaufen ist.




Das Thema Hartferritmagnete scheint mir auch nicht sehr vielversprechend zu sein. Wenn ich die Anziehung von den Teilen mit einem 3mal kleineren NdFeB Magneten vergleiche, kommt mir das so vor, als ob es ein Spielzeug ist. Aber jetzt sind sie gekauft und es wird probier


Doppelte Wicklungen wäre dann für das nächste Projekt relevant. Verdoppel ich den Drahtdurchschnitt bei einer solchen Wicklung? ICh dachte, man macht quasie 2 Spuelen in einer Wicklung um den Platzbedarf zu verkleinern. Aber so wie es sich liest geht es dabei nur um die Verringerung des Widerstands.

Viele Grüße

Herti

Moin!habe noch 2 Ideen zum projekt;1) wenn das Windrad die ENERGIE zwischen den Boen speichern kann würde ich sagen; fummel an der AERODYNAMIK NICHT SO viel rum. Das schaut nach niedrigen Widerständen aus-bei hohem Ca in voller Rotation. Super!2) Probier doch mal einen 4. Flügel ,oder nimm im Wurzelbereich ein echtes Profil mit (Pyramiden) Turbulatoren! In dem Bereich kann es sonst sein; daß keine ausreichende Re Zahl erreicht wird:keine Leistung= kaum Drehmoment. Mfg. Cerco

N'abend! @ herti :ich dachte Du meinst die kleinen Dreiecke, die man im Wurzel Berech hinter die Vorderkante des Profils kleben Kann. Die SIND manchmal auch aus dicker Klebefolie:. Toi toi toi:cerco

GUten MOrgen

@ Cerco: ICh bin mir nicht ganz sicher, ob ich mit meinen Möglichkeiten solche Turbulatoren anbringen kann, die auch noch einen signifikanten Verbesserungseffekt haben.
Bei den Pyramiden handelt es sich ja schlicht um eine Vergrößerung der angeströmten Fläche im Nabenbereich des Windrads.

@Günter

ICh habe die Flügel sorgfältig ausgewochtet, hoffe ich zumindest.

Das mit den Blechstreifen haben wir schon bei meinem ersten Testwindrad diskutiert. ICh habe mich aufgrund von der komplexen Konstruktion dagegen entschieden. Allerdings spiele ich im MOment mit dem Gedankene eine zweite Rotorscheibe anzubringen. Das wäre sehr interessant, und könnte evtl. die Leistung verdoppeln.
Allerdings befürchte ich, dass dadurch das Anlaufverhalten noch schlechter wird... Mal sehen, was dieses Wochenende bringt.

Grüße JOhannes

Es gibt wieder Neuigkeiten von meinem Windradprojekt:

Ich hab mir Eure Anregungen zu Herzen genommen und hab ein neues, größeres Windrad mit doppelten Magnetscheiben und neuen Flügeln konstruiert.

Magnetscheiben
Leider hatte ich schon vorher 16 riesige Ferritmagnete (75mm x 50mm x 25mm) erworben, die auch aber trotzdem nutzen wollte.
Diesmal diente ein Autoradlager als Generatorachse, wobei ich die Bremsscheiben durch 5mm Stahlsscheiben ersetzen musste, da die Magnete viel zu groß waren.
Mithilfe von M12 Gewindestangen habe ich die Magnetscheiben mit einem Luftspalt von ca. 7mm zum Stator befestigt.




Nach der üblichen Vorgehensweise habe ich je 8 Magnete auf den Scheiben positioniert und dann halb mit Polyesterharz eingegossen.

Stator
Den Stator musste ich dann natürlich an die Magnetgröße anpassen, so dass ich 3kg 1,5qmm Kupferlackdraht zu 6 Wicklungen á 100 Windungen gewickelt habe. Dies waren auch die Vorgaben aus der Anleitung, die ich von IDTG aus Peru hatte.


Nabe
Wegen der Größe der Generatorscheiben habe ich dann aus Metall eine Flügelfassung gemacht, da bei der üblichen Befestigung der Flügel, diese soweit an der Nabe gewesen wäre, dass fast 10% des Profils verdeckt gewesen wäre.



Flügel
Die Flügel habe ich nach der von mir bereits erwähnten Anleitung von Hugh Pigott hergestellt. Auch die Anlaufhilfen habe ich wieder benutzt. Diesmal habe ich allerdings ein Kiefernholz benutzt, dass sehr leicht und gut zu verarbeiten ist, aber nicht so stabil wie die Esche, die ich vorher benutzt hatte.
Dadurch konnte ich zwar alle drei Flügel mit einer Länge von je 1200mm an drei Tagen herstellen, aber die feinen Flügelspitzen sind immer wieder abgerissen. Außerdem hatte das Holz doch einige Äste, wodurch ich Probleme mit Unwucht bekommen habe, die ich zum Schluss mit Eisenplatten an der Flügelnabe ausgeglichen habe.
Als Lehre daraus ist zu ziehen, dass man beim Holz nicht sparen sollte!!!!




Gondel
Der Rest der Anlage war das Übliche. Allerdings ist sie immens schwer geworden. Die Gondel mit allem hatte ein Gewicht von 30kg, so dass ich ein Drucklager zur Windnachführung einbauen musste, da das hohe Gewicht der Magnete und der Metallscheiben, nur auf einer Seite wirkten und das Windrad nach „vorne“ kippte. So wäre das Mastrohr geklemmt gewesen und eine saubere Windnachführung nicht möglich gewesen.



Gleichrichter
Als Gleichrichter habe ich zwei Brückengleichrichter auf einen PC-Prozessor Kühlblock geschraubt und direkt hinter dem Generator angebracht. In Zukunft überlege ich, ob ich nicht aus Einpressdioden von KFZ Limas eine günstigere Alternative bauen kann.



Mast und Kabel
Der Mast war ein ausrangierter Telefonmast, der einen Adapter für das WKA übergestülpt bekommen hat. Als Stromkabel diente ein 8 adriges (je 1,25qmm) Starkstromkabel.



Leistung
Überraschenderweise läuft das Windrad schon bei 2m/s an und produziert bei 2,5m/s genügend Spannung um eine halbvolle Autobatterie zu laden. Dies hat mich doch sehr überrascht und hat mich bestärkt, da wir in Afrika wahrscheinlich mit einem extremen SCHWACHWIND PROBLEM kämpfen werden.

Wir hatten das Glück, dass zu dieser Zeit auch noch die Herbststürme über Deutschland fegten und das Windrad seine erste Feuertaufe erleben durfte.
Die Spitzenwindgeschwindigkeit lag bei 15m/s wobei das Windrad eine Leistung von 250Watt lieferte. Dieser niedrige Wert ist damit zu erklären, dass sich das Windrad bereits bei einer Windgeschwindigkeit von 10m/s aus dem Wind dreht und dabei auch eine Leistung von 220 Watt lieferte.
Es ist natürlich schade, dass dieses Potential ungenutzt bleibt. Aber auf der anderen Seite ist es vielleicht gar nicht schlimm, wenn das Windrad dann schon schwenkt, da aufgrund der Wicklungen und des Drahtes der Widerstand so groß wird, dass die Spulen evtl. verbrennen würden. Was meint ihr dazu…

Insgesamt bin ich mit der Leistung sehr zufrieden. Gekostet hat mich die Turbine 350€, wobei ich durch die Verarbeitung von Neodymmagnete noch mal 2/3 an Kupfer sparen könnte und wahrscheinlich eine höhere Leistung bekommen würde. Der frühe Ladebeginn entschädigt mich mehr als die niedrige Endleistung der Turbine…


Nun zu der Zukunft:
Ich werde ein neues Windrad bauen. Leistungsmäßig soll es sich im selben Bereich wie dieses befinden, aber noch früher mit dem Laden beginnen.
Wie werde ich das erreichen?????

Meine Überlegungen:

Die Alternative:

Ich würde gerne einmal ein Westernwindrad bauen, da einmal der Aufwand des Flügelbaus einfacher und besser standardisiert werden kann und zum anderen solche Windräder bereits ab 0,2m/s anlaufen. Die Frage ist nun, wie ich Windraddurchmesser, Flügelanzahl, Getriebe und Generator so anpassen soll, damit ich ab ca. 1m/s eine Ladespannung und evtl. eine Leistung von 20 Watt haben werde. Es sollte natürlich auch möglichst wenig Material für den Generator verbaut werden, da dies bisher ca. 40% der Kosten dargestellt hat.
Ich bin mir bewusst, dass das Windrad derart überdimensioniert sein wird, dass der Generator bei höheren Windgeschwindigkeiten nicht die optimale Leistung erbringen wird. Aber wie ich oben schön erwähnte kämpfe ich mit sehr niedrigen durchschnittlichen Windgeschwindigkeiten und mir ist es wichtiger oft eine relative niedrige Leistung zu erhalten, denn nur selten eine optimal hohe.
Da die Gondel ähnlich konstruiert sein sollte, wie die der bisherigen Windräder frage ich mich, ob es möglich ist, Die Sturmregelung mit einer Eklipsenregelung auszustatten. Alle mir bekannten Westernwindräder haben eine kleine Seitenfahne, die aber mit einem höheren Materialaufwand verbunden sind.

Ich freue mich über Anregungen und Kommentare bezüglich meiner Pläne und möchte mich für die Tipps, die ich bisher im Forum erhalten habe recht herzlich bedanken.

ops: .gemeint war natürlich: eine bei kleiner Wind geschw. früh einsetzende LADESPANNUNG DES GENERATORS.*MFG CERCO

Vielen Dank für die Antworten:

Ich denke optimieren ist sicherlich sinnvoll, aber da ich ja einen Ladebeginn bei ca. 1m/s anstrebe, wird dies kaum mit dem Windrad möglich sein, da es ja erst ab 2m/s anläuft….

Die Idee mit 24Volt ist nicht schlecht. Bekomme ich denn da wirklich die doppelte Leistung aus dem Windrad?

Der Luftspalt ist in der Tat ein bisschen kleiner, hatte mir das nur in der Dokumentation vermerkt und einfach rüberkopiert. Er dürfte so etwa 4mm haben. Kleiner will ich ihn nicht machen, da ja die Statorscheibe wirklich riesig ist, und wenn die sich nur etwas verzieht, schleifen die Magnete die Scheibe kaputt.

Die Helikopterstellung zu realisieren ist zuviel Aufwand und benötigt zuviel Material an das schwer heran zu kommen ist. (Immer mit dem Hintergrund, dass es in Afrika gebaut werden soll!!)

@Günter

In der Tat sieht es so aus als wäre die Scheibe aus Alu. Aber es sind tatsächlich 2 Eisenscheiben.

Wie stelle ich denn am besten das Furlingsystem ein? Ein Gewicht auf die Stange, oder die Windfahne flächenmäßig verkleinern???

Das komplizierte Schweißen übernimmt im Moment noch mein Vater, aber ich bin im Moment bei ihm in „Lehre“ und das nächste werde ich wohl schon selbst schweißen können.

Du hattest Recht mit den Magneten.  auch der Tipp mit den Audischeiben sit sehr gut. Bin schon die ganze Zeit auf der Suche nach großen Scheiben.
Also ist es sinnvoll, wenn ich statt 16 Magnete 24 nehme, um einen früheren Ladestart zu bekommen???


Viele Grüße

Johannes

Hallo Herti,

also so wie ich das sehe, benötigt die Windfahne eine bestimmte
Größe um in Windrichtung gehalten zu werden, wenn bei Starkwind der
kpl. Rotor um die Mastachse seitlich aus dem Wind gedreht wird.

Dieses seitliche aus dem Winddrehen des Rotors wird erschwert, durch
die schräg angebrachte Drehachse (tail angel pivot) für die Fahne. Der
kpl. Aufbau(die ganze Gondel) schwenkt herum, dieses Herumdrehen
zwingt also über die schräg angeschweißte Pivot Halterung die Windfahne
in die Höhe gegen die Schwerkraft der Fahne. Je stärker der Sturm um
soweiter wird die Gondel herumgeschwenkt und um so höher wird die
Fahne gegen ihre Schwerkraft angehoben. Sie bleibt aber im Wind, die
Gondel muß herumschwenken.

Je leichter die Fahne, desto weniger Kraft steht der Drehbewegung
entgegen, also um so eher dreht die Furling Sicherung aus dem Wind.

Da Du die Gondeldrehung aber erschweren willst, Du willst sie ja später
aus dem Wind nehmen, mußt Du der Gondel-Drehbewegung mehr Kraft
entgegensetzen, Du mußt die Schwerkraft der Fahne verstärken, damit
mehr Windkraft erforderlich ist , die Fahne anzuheben durch das seitliche
aus dem Winddrehen. Ich denke Du solltest etwas Gewicht (justierbar)
am längsten Hebel der Fahne anbringen( Du kannst natürlich auch die
Fahne vergrößern, bringt ja auch mehr Gewicht). Den Zeitpunkt des aus
dem Winddrehens kannst Du dann nach und nach wie gewünscht durch
Zugabe von Gewicht verschieben.

Zu Deiner Polzahlfrage:
Es ist richtig, daß du durch eine größere Anzahl Magnete mehr Leistung
bei gleicher Drehzahl erzeugen könntest.
Die Leistung muß Dir dann aber auch über die Flügel reingebracht werden.
Dies bedeutet bei Langsamläufern mehr und breitere, oder größere Flügel.
Die Anpassung Flügelleistung - Generatorleistung muß stimmen.
Ansonsten kommen Deine Flügel nicht richtig auf Touren (Auch abhängig
vom Verbraucher).

Gruß
Günter
Westerwald

http://24volt.eu/vind_energi.php
na hoffentlich geht dieser link nun