Gut erklärt!
Die Verlustleistung im Generator errechnet sich aus dem Quadrat des Stromflusses des Generators multipliziert mit dem Innenwiderstand.
Ein 24V Generator hat beispielsweise 1 Ohm Innenwiderstand. Bei 20 A Abgabeleistung des Generators an die Batterie haben wir im Generator Wärmeverluste von folglich 400 Watt ( 20Ax20Ax1Ohm).
Ein 48 V Generator hingegen braucht bei gleichem Platz für die Wicklung doppelt so viele Windungen um statt 24V eine Spannung von 48V zu generieren. Der Draht ist also doppelt so lang und hat somit auch den doppelten Widerstand ( 2 Ohm ). Nun muss ja aber auch noch der Querschnitt des Drahtes halbiert werden um die doppelte Länge auszugleichen. Dadurch verdoppelt sich der Widerstand erneut auf 4 Ohm.
Nun rechnen wir nochmal die Verlustleistung bei 20 Ampere Abgabestrom aus:
20A x 20A x 4 Ohm = 1600 Watt Verlustleistung. Im Generator ( wenn er es denn überhaupt hergibt) entsteht nun also eine Verlustleistung von 1600 Watt statt 400 Watt - er wird also thermisch vier mal mehr belastet. Entsprechend niedrig ist also auch der Wirkungsgrad bei weniger Wind.
Nehmen wir mal mittlere Windgeschwindigkeiten an bei denen nur 10 Ampere erreicht werden.
Beim 24V Modell: 10x10x1= 100 Watt Verlustleistung und 24V x 10 A Abgabeleistung = 240 Watt
beim 48V Modell an 24V Batterie: 10x10x4 = 400 Watt Verlustleistung bei 240 Watt Abgabeleistung
Nun ist der Rotor mit seiner Schnelllaufzahl aber ( hoffentlich - bei den Chinesen ist das immer so eine Sache) vernünftig auf den Generator und das verwendete Spannungssystem abgestimmt. Nehmen wir mal einfach an dass es so ist, dann haben wir im ersten Fall eine Gesamtleistung aus Verlustleistung und Abgabeleistung von 100 Watt Ladeleistung und 240 Watt Verlustleistung = 340 Watt.
Das ist auch das was der Repeller bei angenommener Windgeschwindigkeit x leisten kann.
Im zweiten Fall wäre die Gesamtleistung bei 400 Watt + 240 Watt = 640 Watt, also quasi das doppelte.
Das packt der Repeller natürlich nicht und wird deutlich stärker abgebremst - so weit bis seine Abgabeleistung wieder der Bezugsleistung aus Verlusten und Ladeleistung entspricht. Dafür dreht er dann bei noch immer gleicher Windgeschwindigkeit natürlich deutlich langsamer als er sollte. Entsprechend fällt sein Wirkungsgrad mächtig ab da die Profile dann nicht mehr im optimalen Winkel angeströmt werden. Repellerwirkunsgradverluste mit eingerechnet kann die Anlage dann nur mit etwa 6 Ampere laden statt mit 10. ( 6x6x4= 144 Watt Verlustleistung+ 6x24 = 144 Watt Wirkleistung = 288 Watt. Die Differenz zu den 340 Watt die vorher möglich waren verpufft im Wirkungsgradabbau des Repellers.
Ich hoffe ich habe das verständlich erklärt
Jetzt könnte man hinsichtlich (Sturm)Sicherheit noch weitere Aspekte beleuchten: Den Kurzschlussstrom bzw. die Kurzschlussleistung.
Die Richtige Auslegung und das Zusammenspiel von Rotor und Generator ist schon eine Wissenschaft für sich...
Die Kurzschlussleistung wird rein rechnerisch bestimmt und beschreibt das maximale Leistungsvermögen eines Generators. Man bestimmt sie aus der Leerlaufspannung und dem Innenwiderstand des Generators. Dabei vernachlässige ich jetzt mal der Einfachheit halber den Wechselstromwiderstand (Wurzel aus 3)...
Die Formel für die Kurzschlussleistung lautet P=UxU / R ------ U=Leerlaufspannung
Maximal 1/4 dieses Wertes ist das was der Generator maximal an eine Last abgeben kann, allerdings auch nur bei (höchstens! - aber wir rechnen mal damit...) 50% Wirkungsgrad - mehr geht nicht ( zumindest nicht ohne weitere Hilfsmittel wie MPP)
Nehmen wir wieder Zahlen an:
angenommen der 24V Generator erreicht eine Ladespannung von 24V bei 3 m/s mit seinem einem Ohm Innenwiderstand.
Bei 12 m/s ist dann die Leerlaufspannung etwa 4 mal so hoch wie bei Ladebeginn - also rund 100 Volt.
Die Kurzschlussleistung liegt dann bei rund 100V x 100V / 1 Ohm= 9200 Watt.
1/4 davon kann abgegeben werden - also 2300 Watt. Das sind dann rund 90A.
Beim 48 V Geni sähe es so aus: er erreicht bereits bei 1,5 m/s die 24V. Also knapp 200 Volt bei 12 m/s
Die Kurzschlussleistung ist also die selbe, rund 9200 Watt - muss ja auch! Allerings ist der entsprechende maximale Abgabestrom dann nur halb so groß ( 9200 Watt / 200 Volt).
Bedeutet also dass die angenommene Windanlage mit den angenommenen Werten "nur" maximal 45 Ampere - sprich 1,1 KW an Leistung abgeben kann und dabei einen Wirkungsgrad von 50% hat. Eine mechanische Leistung von 2,2 KW darf also nicht überschritten werden, sonst gibt es kein steigerndes Bremsmoment mehr und der Rotor dreht durch!
beim 24 Volt Geni wäre die maximal aufnehmbare mech. Leistung doppelt so hoch, also 4,4 KW.
Das ist also linear zur Drehzahl - die Leistung des Windes nimmt aber kubisch zu. Bei doppelter Drehzahl des Rotors haben wir also die Achtfache (!!!) Leistung. Alles was darüber hinausgeht beschleunigt den Rotor also ins "unendliche" weiter hoch
Es macht jetzt wenig Sinn ohne konkretes Beispiel weiterzurechen, was ich aber damit sagen möchte ist, dass es zwar Richtig ist dass der 48V Generator am 24 V Netz den Rotor bei starkem Wind stärker abbremst als die 24 V Variante, allerdings auch nur bis zu einem bestimmtem Punkt. Wo er bis zu einem bestimmten Wind noch "unterfordert" läuft, nähert er sich durch die Kubische Leistung des Windes bei Starkwind dann doch schnell seiner Auslegung SLZ an - der Repellerwirkungsgrad nimmt zu. Die mechanische maximale Abbremsfähigkeit des Generators allerdings hat sich halbiert.
Genau das ist es was einem erstmal klar werden muss - bei Sturm ist nicht etwa der 48er sicherer sondern der 24V Generator der eine deutlich höhere Spitzenleistung abfangen kann. Zudem hat der 48er aber auch schon deutlich vorher so hohe Verlustleistungen dass er verglüht. Es kommt also auf explizite Werte an - und die Chinesen sind oft recht sparsam mit Kupfer und die Widerstände der Generatoren somit oft recht grenzwertig hoch. Ggf. niedrig genug für die Anwendung nach Auslegung aber für den hier besprochenen fall dann vielleicht auch nicht.
Wird hier nicht die mechanische Sturmsicherung angepasst gibts bei richtig Krawall kein Sicherheitspolster mehr.
Das ganze Gedöns mit der Kurzschlussleistung beruht nun auch noch auf der Grundlagenannahme dass Generator und Verbraucher den selben Widerstand haben. In der Praxis bei Akkuladung ist dem natürlich nicht so. Die maximale Kurzschlussleistung sinkt somit nochmal deutlich ab - und zwar entsprechend den Widerstandsverteilungen.
Wenn wir vom Fragesteller konkrete Werte bekommen dann kann man das ganze ja mal durchspielen und rechnerisch schauen wie es sich darstellt
Um all das Blabla nochmal zusammenzufassen:
Die Möglichkeit besteht, dass die 48er Anlage am 24 V System eben NICHT sturmsicherer ist denn:
1. ist die Verlustleistung im Generator sehr hoch und es besteht die Gefahr eines durchbrennen
2. Ist die maximal mögliche Leistung die dem Rotor entgegengestellt werden kann um die Hälfte niedriger so dass auch ein unkontrolliertes Durchdrehen des Generators wahrscheinlicher ist als bei der 48V Version. Es ist daher sinnvoll, die Sturmsicherung anzupassen.
VG
Max