Projekt: Nachtlicht auf dem Balkon

Hallo Forengemeinde!

Dies ist mein erster Post hier, ich hoffe, dass ich das korrekte Unterforum gewählt habe.

Kurz zu mir:
Ich bin knappe 40 Jahre alt, Informatiker, Familienvater und enthusiastische Bastler in fast allen denkbaren Gebieten.
Beim Basteln reicht die Spannweite vom selbstgebauten Kettenhemd bis zu zahllosen elektronischen Spielereien.
Ich finde das Thema Windkraft schon seit längerem durchaus spannend, hatte aber bisher keine Gelegenheit mich mal "richtig" einzuarbeiten.

Nun steht bald ein Umzug in eine neue Wohnung an und da kam mir die Idee zu einer "kleinen" Bastelei:
Die Wohnung befindet sich an der Ecke eines relativ großen Mehrfamilienhauses (leider) im Erdgeschoss. Es gibt einen Balkon, ebenfalls direkt an der "Außenecke" des Gebäudes.
Ich möchte gern ein Windrad bauen mit dem über Tag ein kleiner Akku geladen werden kann (1.2V NiMh/NiCd oder falls machbar 3.7V LiIon) aus dem dann nach Einbruch der Dunkelheit ein paar LEDs als "Beleuchtung" auf dem Balkon versorgt werden sollen. Also quasi sowas wie die Solarleuchten aus dem Baumarkt, nur eben selbstgebaut und mit Windrad...

Einen ersten Versuch habe ich vor ein paar Tagen mit einem umgebauten PC-Lüfter und einem aus 2 CDs und einer 0.5er Bierdose zusammengewastelten Savoniusrotor unternommen.
Und ja, es reichte bei Wind gerade so aus um ein paar Kondensatoren auf 1V zu laden. Bläst man das Teil direkt mit einem Fön an reicht es sogar für eine 5mm LED.
Wirkungsgrad ist... Naja.
Problem war hier vor allem, dass der Motor relativ stark rastet und der doch recht kleine Rotor schon einiges an Wind braucht um den Widerstand der Anker zu überwinden.
Im Resultat habe ich nun aber Blut geleckt und möchte nun eine kleine Anlage zum o.g. Zweck bauen.


Bei der Dimensionierung bin ich nun aber gerade ein bissl am Schwitzen.
Wie fange ich an so eine Anlage auszulegen?

Am Ende würde mir ein paar wenige Watt denke ich locker ausreichen.
Wie gesagt: Ziel ist es, ein paar 5mm LEDs nachts möglichst lange leuchten zu lassen. Wenn mehr möglich ist dann gerne, aber das wäre das angestrebte Minimum.
Sagen wir mal: fünf LEDs bei jeweils 3.3V und 20mA sind ca. 300mW.
Im Winter sei es dann 16 Stunden "dunkel", dann komme ich auf gute 5Wh die gebraucht werden.

Mir ist bewusst, dass ich für das Geld, das der Bau von so einer "Anlage" verschlingen wird, für den Rest meines Lebens jede Nacht einen Satz Batterien für die 5 LEDs kaufen könnte - aber darum geht's hier nicht.
Ich möchte etwas bauen und die Prinzipien verstehen lernen.

Ich möchte das Windrad gern als Savonius-Rotor bauen da aus meiner Sicht folgende Punkte dafür sprechen:
- Einfacher zu konstruieren als andere Rotoren, lässt sich quasi aus zwei Holzscheiben und HT-Rohr bauen.
- Dreht bereits bei geringen Windgeschwindigkeiten an.
- Verursacht als "Langsamläufer" weniger Lärm als andere Konstruktionen. (???)
- Hohes Drehmoment, sollte also bei wenig Wind in der Lage sein verwertbare Energien zu liefern.
- Kann mit geringer Grundfläche und dafür mehr Höhe gebaut werden und sollte daher einfacher auf dem Balkon unterzubringen sein. (Lange Säule)
Falls einer der Punkte komplett falsch ist bitte ich euch freundlich um Korrektur. Ich gehe davon aus, dass ich das eine oder andere falsch verstanden haben könnte...


Den Generator möchte ich ebenfalls selbst wickeln/bauen. Wird sich vermutlich eh nicht vermeiden lassen da ich mit niedrigeren Spannungen als gewöhnlich arbeiten möchte. (1.2-3.7V statt 12/24/48V)
Der Generator müsste dann wohl ebenfalls eher auf niedrige bis extrem niedrige Drehzahlen ausgelegt werden, was dann wohl viele Spulen und noch mehr Magnete bedeutet, richtig?

Die Frage ist nun: Wie gehe ich weiter? Wie fange ich mit der Auslegung am Besten an?

Erst den Rotor? Erst den Generator? Oder ganz anders???
Und: Wie legt man sowas überhaupt aus?

Befinde ich mich auf einem kompletten Holzweg?

Ich freue mich auf eure Antworten und bedanke mich im Voraus...


Beste Grüße,

Christian

Hallo Aloys,

danke für Deine Antwort.
Ist wohl wirklich am geschicktesten, das Pferd von der anderen Seite aufzuzäumen und mit dem Windrad anzufangen.

Über den elektronischen Teil mache ich mir weniger Sorgen, das kriege ich hin (LEDs aussuchen und beschalten...).
Die Spannung hoch- oder runterzuregeln ist ja auch kein Hexenwerk und geht mit modernen ICs auch mit Wirkungsgraden deutlich über 90%.

Anyway, ich gehe dann mal an die (gedankliche) Konstruktion des Windrads.

Meinst Du, ein langer, schmaler Savonius (ca. 100-150cm hoch und 20-30 im Durchmesser) könnte funktionieren?

Grüße,

Christian

Ich weiß nicht, ob Du Französische verstehst. Allerdings sprechen viele Bilder dieses Videos für sich selbst. Es geht um ein Projekt, das sehr viel Ähnlichkeit mit dem Deinen hat...

https://www.youtube.com/watch?v=Kc_2704jFPE

Dieter

Hallo Christian,

es ist nicht weiter tragisch wenn der Zufall es so wollte, auf dem richtigen Weg bist Du!
Lass Dir nur Zeit mit Deinem Projekt, niemand treibt Dich.

Rotoren wie der Savonius haben eine niedrige Schnelllaufzahl weshalb es nicht immer leicht ist, einen passenden Generator zu finden, der bei niedrigen Drehzahlen die nötige Ladespannung erreichen kann.

Daher ist der Ansatz - durch kleinen Rotor-Durchmesser auf höhere Drehzahl zu kommen - richtig. Da ein kleiner Durchmesser nunmal weniger Drehmoment erzielt baut man deshalb notgedrungen in die Länge um das wieder auszugleichen.

Ein Zufall, dass Du das von vorne herein richtig machen willst wäre es schon weil es nur wenige Anwender gibt, die sich überhaupt mit diesem Schnelllauf-Drehmoment-Rotor-Durchmesser-Zusammenhang befasst haben.

Gruß, Carl

Alois (FamZim) wird Dir mit dem Generator sicherlich weiterhelfen?

Wenn Du Glück hast und Dein Balkon liegt entlang einer längeren Gebäudefläche - lässt sich diese als Strömung - verstärkende Leitfläche nutzen!

Im Idealfall steht die Windrichtung um 30° ab zur Wand. Dann ist bei richtiger Stellung des Rotors mit bis zu dreifacher Leistung relativ zum Normal - Wind zu rechnen! 300% mehr Beute! Nicht etwa, dass so der Wirkungsgrad des Savonius auf wunder barer Weise auf einmal mit CP 0,45 (also dreifach) zu beziffern wäre, es ist lediglich die Strömungs-Geschwindigkeit die sich bei einer normalen Wandfläche mit einiger Länge maximal bis auf etwa diesen Wert steigern kann und so dann auch mehr Energie auf seine Pfanne bringt!

Der Savonius selber bleibt dabei treu und brav bei seinen üblichen CP 0,15 bis CP 0,2 Leistungsbeiwerten.

Mit der richtigen Stellung des Rotors ist nicht etwa nur der Abstand zur Wand sondern auch die Drehrichtung (links rechts) gemeint. Die offene Schaufelhälfte, die in die Windrichtung zeigt und mit ihr mitläuft, sollte offen an der Wandseite vorbeilaufen. Dann ist es optimal !

Diese Drehrichtung und Wind - mitlaufende - Positionierung zur Wand erreichst Du, wenn Du den Savonius entweder auf den Kopf stellst oder anders herum, je nach dem ob links oder rechts herum laufend gewünscht ist.

Gruß, Carel

Und - falls Dir das mit den Spulen zu viel "Latein" ist - mir wurde der TD63AB2 als der leichtgängiste "Reifenquäler" aller Zeiten empfohlen. Den gibt es für Linksmontage am Fahrrad momentan bedeutend günstiger als für rechts in der Bucht (ebay).

https://www.ebay.de/itm/TUNG-L…VlMnYG8Efw

Ich gehe davon aus, dass ein schmaler - also schnell drehender - Savonius genug Drehzahlen bringt um Deine vorgegebenen Zwecke zu erfüllen. Ich gehe geschätzt davon aus, dass 10 cm Rotordurchmesser mit ( vorsichtshalber satter) 1 m Rotorhöhe locker geht. So bei 3 m/sec Wind etwa, also bei noch Schwachwind. Deinen 3,7V Lipo kannst Du damit laden.

Falls bei Dir der Wind etwas kräftiger weht mach ihn nicht so hoch, bei durchschnittlich 4 m/sec sollten 40 - 60 cm Höhe schon reichen. Je kleiner ein Rotor desto besser ist das Stabilitätsverhältniss, geht bei Sturm nicht so schnell über die Kante...

Gruß, Carl

Hallo

Das so etwas nicht geht kann man doch vorher ausrechnen
Bei einer Geschwindigkeit von 10 kmh dreht der am Fahrrad schon über 2 000 U/min, und hat noch keine 6 V !!
Da ist nur die Rechnung Kacke gewesen

Gruß Aloys.

Hallo Carl

Ein Nabendynamo dreht sich beim Fahrradschieben für einen Weg von ~ 2,5 Meter nur ein mal um die Achse.
Einer am Reifen angetriebener, mit ~ 2,5 cm Durchmesser Gumirad aber zirka 32 mal um die Achse.-
Daraus erkennt man doch schon den Unterschied denke ich, da brauche Ich keine anderen Werte, das kann nicht gehen.

Zur Elektrokarre , sind das Gleichtrommotore mit Bürsten ?
Dann geht es mit normalen Schaltern für vorwärts und rückwerts.
Die müssen nur den Motorstrom vertragen, und nicht gleichzeitig einschaltbar sein, also am besten ein "Schalter mit Mittelstellung" für Stop , und je eine Stellung vorwärts und rückwärts.
Alles muß 2 Polig sein da Pluß und Minus gewechselt werden muß.
Mit BL Motoren wirt es komplizierter.

Gruß Aloys.

Hallo Alois,

danke für die schnelle Antwort. Die Motoren konnte ich nicht aufkriegen ohne kaputtmachen, da kommen nur je 2 Kabellitzen raus, direkt am Akku angeschlossen funkt das immer ziemlich so das ich mich frage ob ein KFZ Schalter das lange abkann z.B. einer für Fensterheber. Mit 250 Watt pro Motor ist das zwar nicht extrem viel aber der Akku ist stark.

Also die Motore kommen aus einem nachgebauten billigen chinesischen Pseudo Segway (die komischen amerikanischen selbstbalancierenden Stehroller mit 2 Rädern nebeneinander). Die funktionieren bei den Chinesen mit zwei zusätzlichen Stützrädern damit der Roller nicht umfällt. Keine Kreisel - Balance wie bei den Amerikanern.

Ob die Motore jetzt Bürsten haben bzw. wie die mit der DC Spannung zurechtkommen, (eigentlich funktionieren sie mit 24 V, geht aber langsamer auch mit 12 V) - leider keine Ahnung. Ja, in Reihe laufen sie bei mir auch nicht, sondern parallel wie ursprünglich am Stehroller. Ziemlich sicher kann ich nur sagen, von Durchmesser der Trommel und Gewicht her sind es Direktläufer, also ohne Getriebe in der Radnabe.

KFZ Taster mit Mittelstellung null hab ich, 4 Pins, denke aber schon an 1 - 0 - 1 Schalter mit 6 Pins, also zum umpolen für den Rückwärtsgang. Die Karre ist so ähnlich gebaut wie ein Einachser mit Hänger. Was mir etwas Sorge macht ist der stromstarke Akku 12V 90 AH 6 parallel geschaltete 15 AH LIFEPO. Den kann ich nicht mehr stückeln, ich hab ein Akkupack damit verlötet. Etwa 1 KW Spüeicherpower. Das knistert ganz schön beim Anfahren mit provisorisch zusammengeführten plus - minus - Pol Litzenenden . (zum Testen ob die Kiste läuft und das tut sie z.Z. bei mir im Wohnzimmer) Deshalb auch meine Frage ob das ratsam ist mit normalem KFZ Wipp-Schalter oder Taster oder ob ein Relais ratsamer zum Schalten wäre. Ich hätte welche mit 200 A Belastbarkeit. Ich selber weiss aber nicht ob ein Relais was besser macht, schliesslich muss auch das Relais beim Schalten mit dem Strom zurecht kommen.

Gruß, Carl

Danke Jörg,

dann werden die 200 A Relais wohl reichen, weil ich zum Vor-Rücklaufen umpolen müsste und dafür je nach gewünschter Drehrichtung 2 der 4 Zuleitungen auf 0 geschaltet und die anderen beiden auf 1 brauche ich wohl 4 Stück davon, so ähnlich wie ein Brückengleichrichter der 4 Dioden braucht um Wechselstrom optimal in Gleichstrom zu wandeln. Und eben auch den 1 - 0 - 1 Schalter mit 6 Pins um die Relais anzusteuern. So wie ich mir das vorstelle gäbe es sonst Kurzschluss.

Gruß, Carl