Maximaler Leistungsbeiwert in Abhängigkeit vom Rotorradius

 
opossumteil
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Maximaler Leistungsbeiwert in Abhängigkeit vom Rotorradius

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Gepostet: 27.11.2008 - 11:19 Uhr  ·  #1
Hallo,

mit Erstaunen habe ich festgestellt, dass es ein Forum für Kleinwindkraftanlagen gibt, in dem dazu sogar noch was los ist (Foren wo nix los ist gibses ja genug).

Ich bin Elektrotechniker, habe deshalb vom elektrischen System der Windkraftanlage Ahnung, jedoch nicht so richtig von der Mechanik.

Zu meiner Frage. Mir ist bekannt, dass nach Betz der maximale Leistungsbeiwert bei Abminderung der Strömungsgeschwindigkeit auf 1/3 liegt und den Wert 0.59 hat. Je nach verwendeter Art des Rotors wird dieser Maximalwert mehr oder weniger erreicht. Nun habe ich mal so hypothetisch eine Kleinwindkraftanlage für 370 Watt berechnet(Maschine hat 370 Watt mechanische Nennleistung). Ich weiß, dass man wirtschaftlichkeit dabei nicht berücksichtigen sollte.

Die Frage ist, da ich von Rotorblätter keine Ahnung habe, welche nimmt man. Ich habe da eine Seite gefunden(www.heyde-windtechnik.de), wo es verschiedene gibt. Nach meinen Berechnungen bräuchte ich einen Rotorradius von etwa 0.5 m. Es wird dort eins angeboten mit 0.58 m Radius. Rechnet man die Leistung anhand der angegeben Daten wie Nennwindgeschwindigkeit, Radius aus, so stellt man fest, dass der Leistungbeiwert unter 0.2 liegt. Sehr schlecht, dann kann ich auch Mülltonnen als Widerstandläufer nehmen.

Weiß jemand, ob es grundsätzlich so ist, dass der maximale Leitsungbeiwert umso schlechter ist, je kleiner der Rotorradius, oder ob dies ein Problem bei sehr kleinen Radien ist?

Welcher maximale Leistungbeiwert ist für 0.5 m Radius realistisch?

danke für alle Antworten.

Opossum
radixdelta
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Re: Maximaler Leistungsbeiwert in Abhängigkeit vom Rotorradius

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Gepostet: 27.11.2008 - 18:20 Uhr  ·  #2
Es gibt mehrere Gründe warum kleine Rotoren einen geringeren Wirkungsgrad haben.

1. In der Aerodynamik kann man nicht beliebig verkleinern. Die Blätter werden automatisch breiter (im Verhältnis zur Länge). Das erhöht den Luftwiderstand und der Rotor wird relativ schwerer. Beides führt zu mehr Verlusten.

2. Kleine Rotoren haben bei gleicher Schnellaufzahl höhere Drehzahlen. Das ist einer der Gründe, warum die Lagerreibung relativ zur Leistung größer wird, also Prozentual mehr Lagerverluste zu verzeichnen sind.

3. Die Naben sind relativ dick, zum einen sicherlich aufgrund der relativ schweren Rotorblätter, aber auch weil man die Generatoren und die Mechanik nicht beliebig verkleinern kann, es muß ja noch Sturmfest sein.

4. Kleinere Ungenauigkeiten in der Fertigung und der Montage machen sich stärker bemerkbar. Wenn man bedenkt das der Wirkungsgrad von Großanlagen schon aufgrund von schmutzigen Rotorblättern spürbar sinkt, genug um die Rotoren von Zeit zu Zeit zu waschen. Was machen dann die relativ großen Fugen, Grate... die auch bei sorgfältiger Verarbeitung entstehen?

Eigentlich gilt fast überall der Satz: Je größer man bauen kann, desto besser wird der Wirkungsgrad. Erst ab einer gewissen Größe gibt es Gegentendenzen, die aber vor allem vom Stand der (Material-)Forschung anhängig sind.

Große Anlagen sind beim Rotorwirkungsgrad schon sehr sehr nah am Optimum, da bleibt nicht mehr viel zu verbessern. Bei kleinen Anlagen sieht das IMHO anders aus.
Thomas_A
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Re: Maximaler Leistungsbeiwert in Abhängigkeit vom Rotorradius

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Gepostet: 15.09.2011 - 22:39 Uhr  ·  #3
Diese Fragenstellung ist sehr interessant.

Es würde mich auch interessieren wie und ob die Gesetztmäßigkeiten der großen Windkraftanlagen auf die kleinen Rotoren übertragbar sind.

Gibt es bestimmte Gesetzmäßigkeiten, unter welchen Bedingungen (Rotordurchmesser, Windgeschwindigkeit) welche Rotorbauart verwednet werden sollte, um maximale Leistungsbeiwerte zu erzielen?
Wann ist ein 3-Blatt-Rotor sinnvoll, wann ein Mehrblatt-Rotor. Wie breit und wie geformt sollten Rotorblätter für eine maximale Energieausbeute bei gegebenem Durchmesser sein?
Warum verwendet man bspw. für die Energiegewinnung in Kraftwerken Turbinen (mit vielen speziell geformten Turbinenschaufeln), wobei dort doch auch ein gasförmiges Medium (Wasserdampf) durch den Rotor strömt, anstatt einen 3-Blatt-Rotor ?
XXLRay
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Re: Maximaler Leistungsbeiwert in Abhängigkeit vom Rotorradius

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Gepostet: 16.09.2011 - 09:06 Uhr  ·  #4
Zitat geschrieben von Thomas_A
Gibt es bestimmte Gesetzmäßigkeiten, unter welchen Bedingungen (Rotordurchmesser, Windgeschwindigkeit) welche Rotorbauart verwednet werden sollte, um maximale Leistungsbeiwerte zu erzielen?

Klar, um die herauszufinden sind aber in der Regel Berechnungen mit (teuren) Computerprogrammen notwendig.

Zitat geschrieben von Thomas_A
Wann ist ein 3-Blatt-Rotor sinnvoll, wann ein Mehrblattt-Rotor.

Mehr als drei Flügel verwendet man eigentlich nur für Schwachwindgebiete oder für Generatoren, die ein hohes Drehmoment benötigen.

Zitat geschrieben von Thomas_A
Wie breit und wie geformt sollten Rotorblätter für eine maximale Energieausbeute bei gegebenem Durchmesser sein?

Das hängt eigentlich eher von deinem Windprofil ab.

Zitat geschrieben von Thomas_A
Warum verwendet man bspw. für die Energiegewinnung in Kraftwerken Turbinen (mit vielen speziell geformten Turbinenschaufeln), wobei dort doch auch ein gasförmiges Medium (Wasserdampf) durch den Rotor strömt, anstatt einen 3-Blatt-Rotor ?

Dort wird normalerweise mir Drücken gearbeitet, die du in freier Natur nicht erreichst.
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