Netzeinspeisung ohne Wechselrichter

 
dabro
***
Avatar
Geschlecht: keine Angabe
Beiträge: 48
Dabei seit: 01 / 2008
Betreff:

Netzeinspeisung ohne Wechselrichter

 · 
Gepostet: 25.09.2009 - 19:19 Uhr  ·  #1
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
XXLRay
Moderator
Avatar
Geschlecht: keine Angabe
Herkunft: Süd-Niedersachsen
Homepage: xxlray.bplaced.net
Beiträge: 6843
Dabei seit: 11 / 2007
Betreff:

Re: Netzeinspeisung ohne Wechselrichter

 · 
Gepostet: 28.09.2009 - 09:26 Uhr  ·  #2
Menelaos
Administrator
Avatar
Geschlecht:
Herkunft: Elsfleth
Alter: 39
Beiträge: 4929
Dabei seit: 04 / 2007
Betreff:

Re: Netzeinspeisung ohne Wechselrichter

 · 
Gepostet: 28.09.2009 - 10:58 Uhr  ·  #3
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
dabro
***
Avatar
Geschlecht: keine Angabe
Beiträge: 48
Dabei seit: 01 / 2008
Betreff:

Re: Netzeinspeisung ohne Wechselrichter

 · 
Gepostet: 28.09.2009 - 14:49 Uhr  ·  #4
Hallo XXLRay, hallo Menelaos,

danke für eure Antworten. Das es nicht ganz ohne Elektronik geht ist mir schon klar, mir geht es eher um den erreichbaren Wirkungsgrad in Abhängigkeit der Kosten. Das mit der Elektronik zur Netzabschaltung bekomme ich schon hin. Letztendlich sind gerade Asynchrongeneratoren ja extrem einfach aufgebaut und sie haben schon ganz gute Wirkungsgrade. Die Frage ist nur ob es einen so kleinen mit gutem Wirkungsgrad gibt. Prinzipiell speist ein Asynchronmotor prinzipbedingt nicht mehr ein wenn das Netz weg fällt. Leider habe ich jetzt gelesen, das das dem EVU nicht reicht, aber egal, damit kann ich leben. Ein Asynchrongenerator braucht keinerlei Synchronisierung mehr sobald die Drehzahl höher ist als die Netzfrequenz, dann kann man ihn einfach aufschalten. Da fallen dann alle anderen Synchronisierungseinrichtungen weg.

Das dadurch einiges an Regelungsaufwand auf mich zukommt und man eigentlich nicht mehr an einer Pitch-Regelung vorbei kommt ist mir klar, aber genau das will ich machen. Die Wirkungsgrade im Teillastbereich habe ich schon berechnet und komme damit klar.
Menelaos, du hast schon recht wenn du sagst warum einfach wenn es auch kompliziert geht... oder anders gesagt warum etwas neu erfinden was schon anders gelöst ist. Genau das ist aber das was ich will, ich möchte nicht irgendwas nachbauen, sondern mal schauen wie es sonst noch so geht und ob das nicht unter umständen doch effektiver und wirtschaftlicher sein kann. So ein Mastervolt oder Windyboy schlagen ja finanziell doch ganz schön zu Buche. auch ein Gleichstromgenerator mit vernünftigem Wirkungsgrad ist nicht gerade billig.
Was meinst du denn damit einen Drehstromgenerator verwenden und dann mit einem Wechselrichter einspeisen? Dann muss ich doch die Spannung noch Gleichrichten. Hast du das schon mal gemacht? Was hattest du da für Wirkungsgrade?

Soweit mal...

Grüße
Jan
XXLRay
Moderator
Avatar
Geschlecht: keine Angabe
Herkunft: Süd-Niedersachsen
Homepage: xxlray.bplaced.net
Beiträge: 6843
Dabei seit: 11 / 2007
Betreff:

Re: Netzeinspeisung ohne Wechselrichter

 · 
Gepostet: 28.09.2009 - 15:56 Uhr  ·  #5
Menelaos
Administrator
Avatar
Geschlecht:
Herkunft: Elsfleth
Alter: 39
Beiträge: 4929
Dabei seit: 04 / 2007
Betreff:

Re: Netzeinspeisung ohne Wechselrichter

 · 
Gepostet: 28.09.2009 - 16:24 Uhr  ·  #6
Also ich habe einen Scheibengenerator gebaut. Letztlich will ich das nun etwas größer wiederholen. ich bin plane gerade eine 6 m Durchmesser- Anlage wleche auch mit einem 20 poligen Selbstbaugenerator ausgestattet werden soll. Da ich den Innenwiderstand sehr klein halte, rechne ich mit Spitzenwerten im Wirkungsgrad des generators von etwa 95%. Der Bau des Generators dürfte mit etwa 700 Euro zu Buche schlagen. Dafür ist dann aber auch alles ohne Getriebe und rastmoment sowie äußerst gut im WIrkungsgrad. Spannungen sollen zwischen 200 und 600 V sein und damit auf den WIndyboy zugeschnitten. Der übernimmt dann die restliche Regelung, zusammen mit einer Stall-regelung der Rotorblätter. Letzteres ist gerade in Arbeit. Wenn ich die cAD Zeichnungen fertig haben stelle ich das hier mal vor.


Gruß
Max
dabro
***
Avatar
Geschlecht: keine Angabe
Beiträge: 48
Dabei seit: 01 / 2008
Betreff:

Re: Netzeinspeisung ohne Wechselrichter

 · 
Gepostet: 28.09.2009 - 18:59 Uhr  ·  #7
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
Menelaos
Administrator
Avatar
Geschlecht:
Herkunft: Elsfleth
Alter: 39
Beiträge: 4929
Dabei seit: 04 / 2007
Betreff:

Re: Netzeinspeisung ohne Wechselrichter

 · 
Gepostet: 28.09.2009 - 20:17 Uhr  ·  #8
Naja..noch bin ich ja nicht fertig!

Die angegebenen Wirkungsgrade sind natürlich bisher nur errechnet und ich denke dass sie im Teillastbereich eher als bei Nennleistung von rund 6 KW auftreten werden.
Für ANlagen von 2 bis 4 Metern im Durchmesser würde ich im Frühjahr gerne einen Workshop anbieten. Leider ist das Feedback sehr schlecht, bislang sind wir noch zu dritt, mir und Uwe inklusive :-(

Wenn man mehr leute wäre, könnte man viele Komponenten sehr günstig bestellen und jeder seine komplette Anlage zu sehr günstigen Preisen bauen, sei es nun für netzeinspeisung oder Batterieladung...

Aber täusche dich nicht, viel günstiger wirst du da auch nicht wegkommen nur weil du einen billigeren Generator verwendest. Auch wird dein WIndrad viel später anlaufen und auch vor allem im Teillastbereich wesentlich weniger leisten.

Aber das muss ja jeder selbst wissen.
Ich bin jedenfalls gespannt auf deine Ergebnisse

Gruß
Max
dabro
***
Avatar
Geschlecht: keine Angabe
Beiträge: 48
Dabei seit: 01 / 2008
Betreff:

Re: Netzeinspeisung ohne Wechselrichter

 · 
Gepostet: 01.10.2009 - 15:12 Uhr  ·  #9
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
Menelaos
Administrator
Avatar
Geschlecht:
Herkunft: Elsfleth
Alter: 39
Beiträge: 4929
Dabei seit: 04 / 2007
Betreff:

Re: Netzeinspeisung ohne Wechselrichter

 · 
Gepostet: 01.10.2009 - 16:29 Uhr  ·  #10
Das schlechte Teillastverhalten führe ich auf den sinkenden Wirkungsgrad des Rotors zurück, da dieser nicht mit optimaler SLZ laufen kann und daher weniger produziert als er es könnte. Wie sich das beim Generator verhält weiß ich nicht. Ein getriebe wirst du in jedem Fall benötigen, wohl mindestens 1:10 oder so schätze ich. Das bringt natürlich verluste und erschwert den Anlauf. dieses Problem werde ich nicht haben. Das aufwendigste und gleichzeitig die Lösung all dieser Probleme wäre bei dir eine Pitchregelung mit ANlaufhilfe, oder auch eine Stallregelung....aber das ist nicht so einfach zu machen, beschäftige mich auch gerade damit...

Gruß
Max
dabro
***
Avatar
Geschlecht: keine Angabe
Beiträge: 48
Dabei seit: 01 / 2008
Betreff:

Re: Netzeinspeisung ohne Wechselrichter

 · 
Gepostet: 01.10.2009 - 17:53 Uhr  ·  #11
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
Menelaos
Administrator
Avatar
Geschlecht:
Herkunft: Elsfleth
Alter: 39
Beiträge: 4929
Dabei seit: 04 / 2007
Betreff:

Re: Netzeinspeisung ohne Wechselrichter

 · 
Gepostet: 01.10.2009 - 18:53 Uhr  ·  #12
Moin Jan

Zitat
Stimmt, der Wirkungsgrad des Rotors sinkt im Teillastbereich, aber das habe ich berücksichtigt und das ist zum Teil auch gewollt.


Na das ist doch Quatsch, man will doch möglichst über einen großen Drehzahlbereich eine möglichst hohe Leistung erzielen...

Zitat
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 ist wahr. Die Beastung des Rotors durch WInddruck steht im direkten Verhältnis zur abgegebenen Leistung. Das Gefährliche dabei ist eigentlich mehr die Zugbelastung an der Nabe die durch die Fliehkräfte am Rotor entstehen. Diese sind um ein Vielfaches höher als die Kräfte durch WInddruck. Hier ist also Vorsicht gebeten. Die Auslegung auf eine kleine SLZ kann hier Abhilfe schaffen, vor allem dann wenn man ohnehin mit Getriebe baut hat man dadurch viel geringere statische Belastungen.

Zitat
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.


Du willst also quasi je nach benötigter Belastung Spulen zu oder abschalten?
Klingt in der Theorie ganz gut, praktisch wirst du da aber Probleme bekommen und um ein mechanisches Getriebe denoch nicht herumkommen denke ich.

Die Auslegung einer Pitchregelung ist nicht ganzn einfach. Da kann man viel verkehrt machen. Auch ich habe mich erst kürzlich angefangen mit dem thema zu beschäftigen, habe allerdings einen professionellen Hersteller von Windanlagen an der Hand der mit viele Tips und gute Ratschläge gegeben hat ohne welche ich wohl vieles Wichtige nicht beachtet hätte. Abhängig davon was für Rotorblätter du verwenden willst, kann es auch sinnvoller sein eine Stall-Regelung zu bauen, zum Beispiel bei der Verwendung der Crome Profile, da diese ohnehin dazu übergehen zu stallen (wegen ihres gleichförmigen Anstellwinkels). Auch braucht man hier kleinere Hebelwege und das System reagiert viel schneller.

Sorgen mache ich mir noch wegen der "kleinen " Rotorgröße die du planst. Hier machst du dir denke ich mehr Arbeit als nötig. Theoretisch bräuchte man hier noch keine Pitch oder Stallregelungen. Das Konzept welches du verfolgst kann meiner meinung nach nur ordentlich funktionieren wenn eine gewisse Massenträgheit vorhanden ist und der Rotor keinen starken Drehzahlschwankungen unterliegt. Da bewegst du dich meiner Meinung nach an der Grenze des Sinnvollen....

Ich würde mich aber dennoch freuen wenn du deine Fortschritte hier postest (denn abbringen lässt du dich ja ohnehin nicht ;-) )

Übrigens gibt es Asynchronmotoren/generatoren bei Ebay recht günstig, mit oder auch ohne Bürsten. Das Umwickeln wird aber ein Akt der geduld sein...

Gruß
Max
dabro
***
Avatar
Geschlecht: keine Angabe
Beiträge: 48
Dabei seit: 01 / 2008
Betreff:

Re: Netzeinspeisung ohne Wechselrichter

 · 
Gepostet: 01.10.2009 - 22:17 Uhr  ·  #13
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
Menelaos
Administrator
Avatar
Geschlecht:
Herkunft: Elsfleth
Alter: 39
Beiträge: 4929
Dabei seit: 04 / 2007
Betreff:

Re: Netzeinspeisung ohne Wechselrichter

 · 
Gepostet: 01.10.2009 - 23:25 Uhr  ·  #14
Hallo Jan!

Macht mir Spass diesen Threat mit dir zu führen ;-)

Zitat
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.


Das sehe ich ganz genauso, Prof. Chrome übrigens auch ;-)
Ich habe seine Software und acuh all seine Pläne. Die Software ist sehr funktional gehalten, ohne viel Schnickschack und auch schon etwas in die Jahre gekommen. Pitch oder sowas berücksichtigt sie nicht. Gerne rechne ich dir verschiedene Möglichkeiten nach deinen Maßgaben durch, solltest du mit den Profilen bauen wollen.

Zitat
Was meinst du mit den Zugbelastungen an der Nabe? Meinst du durch die Fliehkraft oder durch das Drehmoment.


Fliehkraft....wenn du deine ANlage ohne Übersetzung bauen willst, wirst du eine äußerst hohe SLZ brauchen. Damit werden dann auch die Fliehkräfte recht hoch werden. Ich spreche das an, da es für die Auslegung eine Rotorblattverstellung welcher Art auch immer sehr entschiedend ist diese Werte genau zu kennen. Es ist nicht ganz einfach die Lagerung der Rotorblätter entsprechend stabil zu gestalten. Das schafft man nicht mit (Kugel)Lagern.

Überhaupt verstehe ich nicht ganz wie das mit dem Pitch/Stall bei dir funktionieren soll wenn du mit konstanter Drehzahl arbeitest. Das ganze funktioniert ja Fliehkraftgesteuert und ist damit auf eine variable Drehzahl angewiesen, was ja bei dir so wie ich es verstanden habe nicht der Fall sein wird.
So wie ich das sehe ist die Drezahl des Generators ja durch die Netzfrequenz vorgegeben, eine Leistungsregelung kann also nur über Drehmomentsteigerung erfolgen. Wenn also der Rotor das Bedürfnis hat den Generator über die Netzfrequenz hinaus zu beschleunigen, so wird hier durch Erhöhung des Drehmomentes mehr Leistung erzeugt. Gleichzeitig wird dein Generator aber auch zum Motor wenn der Wind abflaut oder böig ist. Hier wird es bei dir besonders schwer wenn du einen sehr kleinen und damit empfindlichen Rotor verwendest.

Ich würde dir daher empfehlen, dir ein Rotorprofil mit einer kleinen Raynoldszahl zu besorgen. Soll heißen es erzeugt zwar weniger Auftrieb und hat somit ggf. einen geringeren Wirkungsgrad, kann jedoch über einen größren Anströmwinkel Auftrieb erzeugen. Das ist bei dir absolut unerlässlich.

Anderenfalls bleibt dir nur eine aktive Rotorblattverstellung die je nach WIndgeschwindigkeit den Anstellwinkel verändert- seeehr aufwendig und teuer...


Zitat
ch 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 %.


Wie stellst du dir das denn vor ohne Getriebe?

Die gebräuchlichen Modelle arbeiten Mit Drehzahlen zwischen etwa 750 und 3000 UPM, wobei erstere auch schon sehr selten sind. Rechne dir mal aus was für Drehzahlen dein Rotor bei welcher SLZ und welchen WIndgeschwindigkeiten haben wird- das passt vorne und hinten nicht wenn das nicht irgendwie übersetzt wird...

Das was du vorhast, wird mittlerweile nicht mal mehr bei den Großanlagen eingesetzt bzw. noch gebaut. Selbst diese großen und damit recht Drehzahlstabil laufenden Anlagen setzen nun auf drehzahlvariablen Betrieb. Das liegt zum einen an den starken Belastungen der Rotorblätter bei hohen Windgeschwindigkeiten und natürlich auch an den schlechten WIrkungsgraden im Teillastbereich. Zudem musst du mit starken Laufgeräuschen rechnen, da deine Profile je nach leistungsabnahme bei konst. Drehzahl falsch angeströmt werden und dadurch Krach machen.

Um den WIrkungsgrad des Systems zu erhöhen, würde ich dir dringlichst empfehlen, einen extremen Langsamläufer mit SLZ kleier oder gleich 3 zu bauen, einen Vielflügler der dir viel Drehmoment geben kann und nicht den Großteil seiner leistung aus Auftrieb erzielt. Dann das ganze mit Getriebe versehen- das Anlaufdrehmoment hast du dann ja auch zur Verfügung. Gleichzeitig hast du geringe Materialbelastungen und das Syste ist unkritischer bei böigen Winden sowie wesentlich leiser.

Gruß
Max
dabro
***
Avatar
Geschlecht: keine Angabe
Beiträge: 48
Dabei seit: 01 / 2008
Betreff:

Re: Netzeinspeisung ohne Wechselrichter

 · 
Gepostet: 02.10.2009 - 00:04 Uhr  ·  #15
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...

Zitat
Fliehkraft....wenn du deine ANlage ohne Übersetzung bauen willst, wirst du eine äußerst hohe SLZ brauchen. Damit werden dann auch die Fliehkräfte recht hoch werden. Ich spreche das an, da es für die Auslegung eine Rotorblattverstellung welcher Art auch immer sehr entschiedend ist diese Werte genau zu kennen. Es ist nicht ganz einfach die Lagerung der Rotorblätter entsprechend stabil zu gestalten. Das schafft man nicht mit (Kugel)Lagern.

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.

Zitat
Überhaupt verstehe ich nicht ganz wie das mit dem Pitch/Stall bei dir funktionieren soll wenn du mit konstanter Drehzahl arbeitest. Das ganze funktioniert ja Fliehkraftgesteuert und ist damit auf eine variable Drehzahl angewiesen, was ja bei dir so wie ich es verstanden habe nicht der Fall sein wird.

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 :-)

Zitat
So wie ich das sehe ist die Drezahl des Generators ja durch die Netzfrequenz vorgegeben, eine Leistungsregelung kann also nur über Drehmomentsteigerung erfolgen. Wenn also der Rotor das Bedürfnis hat den Generator über die Netzfrequenz hinaus zu beschleunigen, so wird hier durch Erhöhung des Drehmomentes mehr Leistung erzeugt. Gleichzeitig wird dein Generator aber auch zum Motor wenn der Wind abflaut oder böig ist. Hier wird es bei dir besonders schwer wenn du einen sehr kleinen und damit empfindlichen Rotor verwendest.

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.

Zitat
Das was du vorhast, wird mittlerweile nicht mal mehr bei den Großanlagen eingesetzt bzw. noch gebaut. Selbst diese großen und damit recht Drehzahlstabil laufenden Anlagen setzen nun auf drehzahlvariablen Betrieb. Das liegt zum einen an den starken Belastungen der Rotorblätter bei hohen Windgeschwindigkeiten und natürlich auch an den schlechten WIrkungsgraden im Teillastbereich. Zudem musst du mit starken Laufgeräuschen rechnen, da deine Profile je nach leistungsabnahme bei konst. Drehzahl falsch angeströmt werden und dadurch Krach machen.

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
Menelaos
Administrator
Avatar
Geschlecht:
Herkunft: Elsfleth
Alter: 39
Beiträge: 4929
Dabei seit: 04 / 2007
Betreff:

Re: Netzeinspeisung ohne Wechselrichter

 · 
Gepostet: 02.10.2009 - 01:04 Uhr  ·  #16
Hm...Ok

Zitat
Also meine Schnelllaufzahl soll sich so zwischen 6 und 7 bewegen, die Nennleistung wird bereits bei 5 m/s erreicht.


Beides halte ich nicht für sinnvoll:

Bei mir ist es so, dass ich die SLZ ziemlich hoch ansetze um beim Bau des Generators Kosten und Baugröße einzusparen.
Bei dir ist es denke ich besser die SLZ geringer anzusetzen, da du bei deiner Art des Antriebes gerade im Teillastbereich hohe Verluste haben wirst und zwar mit steigender SLZ meiner Meinung nach verhältnismäßig zunehmend mehr. Das hängt wohl auch vom verwendeten Profil ab.

Die nennleistung auf 5 m/s anzusetzen steht eigentlich dem Vorteil der Netzeinspeisung komplett entgegen.
Wenn es um batterieladung ginge, würde ich das noch als halbwegs sinnvoll betrachten, da man dann in der Regel den optimalen Arbeitspunkt auf das lokale WIndmittel abstimmt. Dies tut man jedoch auch vorwiegend deshalb, da man die Größe der batteriebank so auslegt, dass man sie auch mit kleinen WIndgeschwindigkeiten füllen kann. Bei Sturm oder Starkwind hat man hier eben Überschuss den man anderswie verbraten muss da es die batteriebank nicht mehr aufnehmen kann.

Bei Netzeinspeisung sieht es anders aus. Hier gibt es kein Kapazitätslimit. Man mag gar nicht vermuten, wieviel Energie in selbst kurzen Stürmen geerntet werden kann. Hier wäre es sehr tragisch diesen Ertrag nicht mehr voll ausschöpfen zu können...und das ist wirklich viel. Schau dir mal Jahresdiagramme mit den Verteilungen der Windgeschwindigkeiten an. Man sollte hier nicht den Fehler machen und daraus einen Durchschnitt bilden sondern es mussen die einzelnen WIndgeschwindigkeiten mit den in ihnen enthaltenen Leistungen nach der Methode des gewichteten Mittels aufgerechnet werden. Dann wird man sehen dass mindestens die hälfte der Energie in vielleicht 10% des Jahres erreicht würden: und zwar durch eben diese hohen WIndgeschwindigkeiten. Vielleicht drücke ich mich etwas umständlich aus und es wird nicht ganz klar was ich meine...


Zitat
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.


Wie genau du dir das vorstellst ist mir noch nicht ganz klar. Du kannst doch nicht einfach die Anzahl der Pole erhöhen. Das muss in einem bestimmten Verhältnis zur Spulenzahl und Breite stehen, sonst entstehen gegeneinandergerichtete Ströme die sich aufheben- ich halte das so nicht für umsetzbar... Auch bzw. alternativ müsstest du die Wicklungen rausreißen und durch dünneren Draht höherer WIndungszahl ersetzen. Dadurch würde sich der Innenwiderstand deutlich erhöhen und somit auch die Leistung bzw. den Wirkungsgrad deutlich mindern.

Aber vielleicht kannst du mich da ja auch eines besseren belehren. Geh doch bite mal näher darauf ein was du genau mit dem Generator vorhast und wie du ihn bearbeiten willst.

Zitat
Ich halte eine Pitchregelung mittels Fliehkraft nicht für Sinnvoll, da das meiner Meinung nach nicht die richtige Regelgröße ist.


Dann bleibt ja eigentlich nur noch die Möglichkeit, das ganze Windgeschwindigkeitsgesteuert umzusetzen. Dafür braucht es also wieder Elektronik und warscheinlich softwaregesteuerte Schrittmotoren oder sowas...denke ich ;-) ...

Zitat
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.


Das sehe ich auch so. Nachdem was du mir geschildert hast, kommt Stall für dich nicht in Frage, da du ja auch während des Regelbetriebes deine Rotorblätter verstellen musst/willst. Hier macht es natürlich nur Sinn den Anstellwinkel bei zunehmenden Winden zu "vergrößern" um bei gleicher Drehzahl mehr Drehoment erzeugen zu können.

Wenn diese Verstellung jedoch nciht Fliehkraft-gesteuert ist, musst du dir unbedingt noch was in Sachen Sturmsicherung überlegen damit bei Ausfall von elektronischen Komponenten der Rotor nicht unkontrolliert hochdrehen kann...

Gruß
Max
dabro
***
Avatar
Geschlecht: keine Angabe
Beiträge: 48
Dabei seit: 01 / 2008
Betreff:

Re: Netzeinspeisung ohne Wechselrichter

 · 
Gepostet: 02.10.2009 - 11:34 Uhr  ·  #17
Zitat
Beides halte ich nicht für sinnvoll:

Bei mir ist es so, dass ich die SLZ ziemlich hoch ansetze um beim Bau des Generators Kosten und Baugröße einzusparen.
Bei dir ist es denke ich besser die SLZ geringer anzusetzen, da du bei deiner Art des Antriebes gerade im Teillastbereich hohe Verluste haben wirst und zwar mit steigender SLZ meiner Meinung nach verhältnismäßig zunehmend mehr. Das hängt wohl auch vom verwendeten Profil ab.


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.
Zitat
Die nennleistung auf 5 m/s anzusetzen steht eigentlich dem Vorteil der Netzeinspeisung komplett entgegen.
Wenn es um batterieladung ginge, würde ich das noch als halbwegs sinnvoll betrachten, da man dann in der Regel den optimalen Arbeitspunkt auf das lokale WIndmittel abstimmt. Dies tut man jedoch auch vorwiegend deshalb, da man die Größe der batteriebank so auslegt, dass man sie auch mit kleinen WIndgeschwindigkeiten füllen kann. Bei Sturm oder Starkwind hat man hier eben Überschuss den man anderswie verbraten muss da es die batteriebank nicht mehr aufnehmen kann.....

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.

Zitat
Wie genau du dir das vorstellst ist mir noch nicht ganz klar. Du kannst doch nicht einfach die Anzahl der Pole erhöhen. Das muss in einem bestimmten Verhältnis zur Spulenzahl und Breite stehen, sonst entstehen gegeneinandergerichtete Ströme die sich aufheben- ich halte das so nicht für umsetzbar... Auch bzw. alternativ müsstest du die Wicklungen rausreißen und durch dünneren Draht höherer WIndungszahl ersetzen. Dadurch würde sich der Innenwiderstand deutlich erhöhen und somit auch die Leistung bzw. den Wirkungsgrad deutlich mindern.

Aber vielleicht kannst du mich da ja auch eines besseren belehren. Geh doch bite mal näher darauf ein was du genau mit dem Generator vorhast und wie du ihn bearbeiten willst.

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
Zitat
Dann bleibt ja eigentlich nur noch die Möglichkeit, das ganze Windgeschwindigkeitsgesteuert umzusetzen. Dafür braucht es also wieder Elektronik und warscheinlich softwaregesteuerte Schrittmotoren oder sowas...denke ich ...

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
Gewählte Zitate für Mehrfachzitierung:   0