Netzeinspeisung ohne Wechselrichter

Hallo,

ich mache mir seit längerem Gedanken darüber ob es nicht möglich ist mit einem Synchron- oder Asynchrongenerator mit entsprechend vielen Poolpaaren (oder Getriebe) direkt ins Netz einzuspeisen. Das setzt natürlich voraus, das die Anlage drehzahlfest betrieben wird. Mich würde prinzipiell interessieren ob das möglich ist und ob das schon im kleinen Leistungsbereich (<1 kW) realisiert wurde.
Ist das gesetzlich zulässig? Gibt es bis auf die Netzerkennung irgend welche rechtlichen Hindernisse? Blindstromkompensation oder ähnliches?

Was für einen Wirkungsgrad haben denn die Synchron- oder Asynchron-Generatoren in diesem Leistungsbereich?

Wäre schön wenn jemand weiter helfen könnte.

Grüße
Jan

Prinzipiell ist es auch so dass es eine zertifizierte Steuerung geben muss die bei Netzausfall oder Wartungsarbeiten an den Leitungen automatisch das EInspeisen verhindert. Geräte wie WIndyboy oder der Mastervolt können und dürfen das. Wenn du nur ins eigene Hausnez einspeisen willst, ist es sicherlich einfacher, denn was keiner weiß...aber auch hier gibt es vieles zu beachten.

Außerdem ist es so dass du für eine Anlage mit konstanter Drehzahl viele mechanisch-bauliche aufwendungen haben wirst. So brauchst du eine Pitchregelung die nicht einfach zu bauen und berechnen ist. Auch wirst du im Teillastbereich einen nur sehr mäßigen Wirkungsgrad erhalten. Da durch die konstante EIngangsspannung und Frewuenz eine ANpassung der lastabnahme nur über die WIndgeschwindigkeit funktionieren kann, bedarf es auch hier einer aufwendigen Regelung.

WIeso willst du es dir so kompliziert machen?

Warum nicht einen Drehstromgenerator verwenden und einen EInspeisewechselrichter benutzen? Das ist wesentlich einfacher zu bauen und im Endeffekt sicherlich nicht mal mehr unbedingt teurer, zumindest dann wenn du unter deiner 1 KW Grenze bleibst.

Gruß
Max

Ungesteuerte Gleichrichter haben einen Wirkungsgrad von bis zu 95%.

Menelaos, dein Projekt klingt gut, aber schon ganz schön riesig. Was für einen Nennleistung, bei welcher Nenn-Windgeschwindigkeit planst du denn? Was für eine Gesamt-Effizienz soll dein System denn erreichen? Wenn ich mal so zusammen rechne, sagen wir mal mit 95% Generator-Wirkungsgrad, dann noch mal 97% für die Gleichrichtung und dann noch 93% für den Windyboy, dann bin ich bei 85% Gesamtwirkungsgrad und das sind ja wohl alles Maximalwirkungsgrade, im Teillastbereich bewegt sich das wohl deutlich darunter, oder?
Zu dem sind 700 € für den Generator + 1200 € für den Windyboy + Gleichrichter auch nicht gerade ein Pappenstiel. Das sind die Gründe warum ich mit einem Asynchrongenerator liebäugel...., auch wenn ich ein paar Prozentpunkte verlieren sollte. Bis jetzt ist es aber nur eine Idee und weit entfernt davon was du auf die Beine stellst, Respekt.

Grüße
Jan

Ich bin ja echt mal gespannt ob dein Generator wirklich den Wirkungsgrad erreicht der dir so vorschwebt. Schön wäre es.
Ich präferiere den Asyncron-Generator, da er billig ist, das stimmt, aber ich suche noch nach dem richtigen, der auch einen entsprechenden Wirkungsgrad hat. Irgendwie ist das gar nicht so leicht. Die ganzen Asynchron-Motoren, die so verbaut sind haben leider furchtbar schlechte Wirkungsgrade. Wie schließt man eigentlich von dem Wirkungsgrad eines Motors auf den Wirkungsgrad im Generatorbetrieb?
Wie kommst du eigentlich auf die Idee das das Windrad mit Asynchrongenerator später anlaufen wird? Warum meinst du das die Leistung im Teillastbereich so viel schlechter ist? Ein Asynchrongenerator hat prinzipiell ein ganz gutes Teillastverhalten. Das einzige Problem sehe ich da beim Blindstrom, aber ich denke das bekommt man in den Griff.

Ich werde demnächst mit einem Kollegen sprechen der am Elektrotechnischen Institut in Karlsruhe arbeitet. Vielleicht weiß ich dann mehr, studiere zwar eigentlich in diese Richtung, habe mich aber nicht auf Generatortechnik spezialisiert.

Grüße
Jan

Stimmt, der Wirkungsgrad des Rotors sinkt im Teillastbereich, aber das habe ich berücksichtigt und das ist zum Teil auch gewollt. Es sinkt nämlich gerade bei hohen Windgeschwindigkeiten dadurch nicht nur der Wirkungsgrad, sondern auch die Belastung der Anlage im Verhältnis. Bzw. die Belastung steigt nicht so sehr an.
Das mit dem Getriebe stimmt prinzipiell auch, aber da bevorzuge ich die Variante mit "elektrischem Getriebe", besser gesagt, ich stelle mir einen Asynchrongenerator mit einer entsprechenden Anzahl von Polpaaren vor.
Auch das mit der Pitch-Regelung sehe ich genau so und das war eigentlich mein Ausgangspunkt. Ich möchte das mit Pitch-Regelung machen, sonst hätte das ganze in der Tat keinen Sinn, da die Wirkungsgrade zu sehr abfallen würden wenn die Schnelllaufzahl nicht stimmt, aber mit Pitch-Regelung passt das durchaus. Die Anlaufhilfe ist bei mir zwar auch gegeben, das halte ich aber für nicht so wichtig, da die Belastung durch den Generator bei einem Asynchrongenerator bis zur Nennleistung quasi nicht gegeben ist (keine Magnetisierung).
Bisher ist noch alles graue Theorie. Meiner Vorstellung zufolge möchte ich einen herkömmlichen Asynchrongenerator nehmen und den Käfig dafür mit der entsprechenden Anzahl an Polpaaren versehen, muss mich aber da noch mehr in die Theorie einarbeiten.
Edit: Natürlich muss ich die Polpaare auch im Stator anpassen, sonst wird das nichts


Grüße
Jan

Nein, Quatsch ist das nicht, das ist eine Kosten - Nutzen - Rechnung. Du baust ja auch eine Anlage, die "erst" bei 2,5 m/s anfängt zu laufen und ja wohl auch bewusst. Darunter würden die Kosten steigen und der Ertrag übers Jahr in diesem Bereich ist nahezu 0. Genau deshalb nehme ich bewusst Verluste in kauf und komme daher günstiger weg. Man muss halt das Optimum suchen und ich denke nicht das das Optimum ist über einen möglichst großen Drehzahlbereich eine hohe Leistung zu erzielen, sondern in denen Bereichen in denen über das Jahr integriert die Meiste Energie auftritt das Optimum zu suchen, oder heruntergebrochen auf die Kosten zu schauen welche Anlage die günstigsten Kosten pro kWh hat.

Was meinst du mit den Zugbelastungen an der Nabe? Meinst du durch die Fliehkraft oder durch das Drehmoment. Die Fliehkraft halte ich durch den Drehzahlfesten betrieb immer konstant, das Drehmoment wird durch die Pitchregelung ab Nennleistung begrenzt. Ich habe keinesfalls vor mit Getriebe zu bauen.

Ich habe nicht vor irgend welche Spulen zu oder abzuschalten. Die Spulen sind immer alle aktiv. Die Anlage wird quasi drehzahlfest betrieben. Die Spannung wird durch den Schlupf konstant gehalten, also wenn du so willst schwankt die Drehzahl um 1 - 2 %.

Stimmt, die Auslegung der Pitch-Regelung ist ein heißes Eisen, da bin ich auch noch ein gutes Stück von Entfernt. Ich möchte aber vorher mein komplettes Konzept durchplanen, ich bin eher der Theorie-Typ, der erst mal alles analysiert und Wissen aufbaut und nicht gleich anfängt zu bauen.
An Herrn Crome habe ich schon mal geschrieben, auch wegen seiner Software, mich hat interessiert ob man damit auch Pitch-Systeme Auslegen kann und ob verdrehte Flügelprofile berücksichtigt werden, leider habe ich nie eine Antwort bekommen. Aber es ist sehr interessant was er so macht. Zwar nicht das was ich mir vorstelle, aber sehr interessant.

Mein System ist im übrigen noch nicht auf eine genaue Rotorgröße fixiert. Aber du sprichst was wichtiges an. Ich denke eine Pitch-Regelung für eine kleine Anlage ist was komplett anderes als für eine große. Das fängt an bei den Trägheiten über die Drehzahl, die Massen, die Regelgeschwindigkeit und natürlich wieder bis hin zu den Kosten.
Hmm, so langsam dämmerts mir, das du wohl den Asynchrongenerator und den Synchrongenerator verwechselt hat. Ein Asynchrongenerator hat eigentlich nie Bürsten (außer vielleicht Sonderbauformen) Leider haben die Asynchrongeneratoren die es so günstig gibt einen Wirkungsgrad jenseits von gut und böse. Ich habe mich da noch nicht ganz reingelesen, aber soviel ich momentan weiß hat das viel mit dem Luftspalt zwischen Stator und Rotor zu tun. Der sollte wohl deutlich kleiner als 1mm sein, das wird noch so ein Projekt....

Stimmt schon, abbringen von meinem Vorhaben lasse ich mich nicht, aber überzeugen von besseren Lösungen lasse ich mich schon, wenn die Argumente stimmen.
Bis jetzt bin ich noch überzeugt das im Bereich Asynchronmotor noch einiges möglich ist...

Grüße
Jan


Grüße
Jan

Hallo Max,
danke das kann ich nur zurückgeben, macht mir auch viel Spaß und vor allem bringt es mich weiter

Danke für das Angebot, für die Berechnungen komme ich vielleicht noch mal darauf zurück, aber wie gesagt, ich muss mich erst noch mehr um die Theorie kümmern...


Hmm, irgendwie reden wir an dem Punkt noch aneinander vorbei. Ich rede am besten mal von konkreten Zahlen. Also meine Schnelllaufzahl soll sich so zwischen 6 und 7 bewegen, die Nennleistung wird bereits bei 5 m/s erreicht. Die Schnelllaufzahl ist durch den Drehzahlfesten Betrieb natürlich im Teillastverhalten deutlich höher; bei 2,5 m/s also bei 12-14. Das senkt natürlich den Wirkungsgrad am Anfang erheblich, jedoch kann man mit entsprechender Pitch-Regelung theoretisch noch im Bereich von 30% sein, mal sehen ob das so hinhaut.
Das mit der Übersetzung wird wie gesagt über die Polpaare gelöst, ich stelle mir 12-14 Polpaare vor und somit eine Entsprechende Untersetzung auf 220-250 1/min.


Hier kommt der nächste Punkt wo wir aneinander vorbei reden. Ich rede von einer Pitch-Regelung, richtig, aber nicht von einer Fliehkraftregelung. Ich halte eine Pitchregelung mittels Fliehkraft nicht für Sinnvoll, da das meiner Meinung nach nicht die richtige Regelgröße ist. Hier möchte ich auf meine Variante aber momentan nicht näher eingehen, da ich mir hier was in Richtung Patentierung verspreche


Stimmt genau, hier an der Stelle muss natürlich eine Elektronik dafür sorgen, das der Generator sofort vom Netz getrennt wird wenn er untersynchron laufen sollte.

Mit der Raynoldszahl und dem genauen Rotorprofil bin ich noch überfragt, habe da schon einiges gelesen, aber da bin ich noch nicht so fit das ich schon eine Auswahl treffen könnte, aber danke schon mal für den Tipp, ich werde mir das genau anschauen.


Ja, bei den großen Anlagen wird nicht mehr drehzahlfest gefahren, das weiß ich, aber es ist ja ein riesen Unterschied ob man eine kleine oder eine große Anlage baut. Die Kostenstrukturen sind ja komplett anders. Die ganze Regelungstechnik kostet bei den großen Anlagen ein paar Prozent der Gesamtinvestition, bei einer kleinen Anlage mache eine Regelelektronik unter Umständen die Anlage doppelt so teuer, daher denke ich muss man auf jeden Fall Kompromisse eingehen.
Das mit dem Krach ist echt ne wichtige Sache, darüber mache ich mir auch Gedanken, hab hier auch ein Buch liegen: "Wind Turbine Noise", ich denke aber (kann es noch nicht belegen) das wenn ich in Richtung Fahnenstellung pitche, kann ich die Geräuschentwicklung niedrig halten. Aber das ist auf jeden Fall ein Punkt den ich in der Theorie auch noch weiter betrachten muss. Wobei ich dazu sagen muss, das eine Stall-geregelte Anlage ja ab dem Moment in dem die Strömung abreist, auch nicht mehr richtig angeströmt wird. Meiner Meinung nach bekommt man die Geräuschentwicklung bei einer Pitch-geregelten Anlage gut in den Griff. Dies will ich aber noch mit Theorie untermauern.

Grüße
Jan

Hmm, eigentlich will ich nicht von der SLZ abweichen, aber prinzipiell lasse ich mich gerne eines besseren belehren. Ich will dir mal meine Gründe dafür nennen.
Angenommen ich würde mit der SLZ nach unten gehen, dann habe ich vielleicht an der Blattspitze einen noch einigermaßen vernünftigen Wirkungsgrad, aber man muss ja immer das gesamte Rotorblatt betrachten. Schon wenn ich nun 20 cm nach innen gehe, ist meine SLZ an diesem Punkt so niedrig, das der Wirkungsgrad dort einfach sehr schlecht ist....
Hmm, je mehr ich darüber nachdenke, gerade im Teillastbereich, desto mehr sehe ich das es schon Sinn macht was du sagst. Vielleicht gehe ich wirklich noch etwas runter mit der SLZ, nicht viel, aber etwas, vielleicht so in Richtung 5... Ich werde das Optimum mal versuchen rechnerisch zu bestimmen.

Das ist etwas was ich mir sehr genau überlegt habe und da bin ich mal gespannt ob du mich davon noch abbringen kannst Du hast schon recht, ich nutze natürlich einen Sturm nicht wirklich. Aber das habe ich berechnet. Ich habe eine Rayleightverteilung bei einer Durchschnittlichen Windgeschwindigkeit von 3,5 m/s und einem Formfaktor von 2 angenommen (entspricht einem typischen Standort) Daraus habe ich den theoretischen Energieertrag meiner Anlage über das Jahr berechnet. (Die Wirkungsgradkurve muss ich dort noch einbeziehen, momentan rechne ich mit einem festen Wirkungsgrad, aber das passt natürlich nicht)
Das Ergebnis ist, das ich ca. 25% weniger Energieertrag habe, als wie wenn ich auf 10 m/s auslege. Das nehme ich aber in Kauf, denn man muss ja berücksichtigen, das ich bei doppelter Nennleistung 1. einen 8x so großen Generator brauche und 2. die Belastungen auf meine Anlage ebenfalls 8x so hoch ausfallen! Naja, gut vermutlich ist es bei der Belastung etwas weniger, da ich es nicht ganz schaffe sie ab 5 m/s konstant zu halten, aber die Belastungen auf die Anlage sind deutlich höher. Da baue ich lieber etwas größer, bleibe aber bei dieser Nennleistung. Ein 3. Punkt ist noch, das ich durch die Auslegung aus so eine Niedrige Nenngeschwindigkeit mein Rotorprofil vermutlich deutlich besser auslegen kann, da es ja nur in einem sehr geringen Windgeschwindigkeitsbereich einen guten Wirkungsgrad haben muss, damit muss ich mich aber noch näher beschäftigen.


Hmm, du hast schon recht, ich habe mich da schlecht ausgedrückt, natürlich muss ich die Anzahl der Spulen erhöhen (in diesem Fall ist Zahl der Polpaare = Zahl der Spulen) Die Zahl der "Käfige" im Stator ist beim Asynchronmotor quasi beliebig. Stimmt, ich müsste quasi was neues bauen und das ist auch noch eine riesen Baustelle. Beim Generator bin ich mir noch überhaupt nicht sicher, da lese ich mich momentan ein. Ein Getriebe schließe ich auch nicht mehr aus (beispielsweise ein Zahnriemengetriebe) dann könnte ich einen einfachen Synchrongenerator (vielleicht auch mit Permanentmagneten) verwenden, der hätte noch eine höheren Wirkungsgrad, allerdings braucht der wieder mehr Elektronik, wobei man hierfür vermutlich wieder was einfaches fertiges bekommen kann.... Du siehst schon, hier ist noch nicht aller Tage Abend.
Ich verfolge auch mit Spannung den Bau der verschiedenen Scheibengeneratoren. Auch im Cansteinforum tut sich da ja so einiges (momentan ist irgendwie Funkstille...) Ich finde das auch super und denke so lassen sich die höchsten Gesamtwirkungsgrade erreichen, aber die Kosten... Der Wechselrichter macht alles zunichte finde ich. Ich möchte eine Möglichkeit direkt ins Netz einzuspeisen und ich finde durch einen drehzahlfesten betrieb rückt das in greifbare Nähe

So, hier an dieser Stelle unterstelle ich dir bei, all deiner Kreativität die du bisher so eindrucksvoll hier im Forum gezeigt hast, Voreingenommenheit! Du orientierst dich zu sehr an dem Pitch-Regelungen die es bisher schon gibt.
Tut mir Leid ich kann momentan echt nicht näher auf die Pitchregelung eingehen, nur soviel, sie ist nicht elektronisch und als kleinen Denkanstoß: Eine Windkraftanlage liefert einen Menge mehr mögliche Regelparameter als Drehzahl und Windgeschwindigkeit... (die Windgeschwindigkeit ist ja sowieso eine indirekte Messgröße)

An eine Sturmsicherung habe ich natürlich gedacht und nach meinen Ideen regelt die Anlage sich die Anlage selbst ohne Generator...

Danke im übrigen für deine vielen kritischen Fragen, das hilft echt weiter...

Grüße
Jan