DIY Windrad 3,5m Durchmesser

 
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DIY Windrad 3,5m Durchmesser

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Gepostet: 10.08.2021 - 16:02 Uhr  ·  #1
Moin,

ich suche nach einer Lösung für meine Diy kleinwindkraftanlage mit 3,5m Durchmesser. Hab leider aufgrund meines Budgets nur 2 Servomotoren zur Verfügung beide benötigen aber mind. 250u/min um auf 14V Ladespannung zu kommen. Aktuell hab ich ein Getriebe mit einer Übersetzung von 0,11 bzw 110 Zähne am treibenden Rad und 12 am angetriebenen Rad. Funktioniert soweit bis zum Ladebeginn bei 3,5m/s gut nur bremst der Schrittmotor das Windrad ab, klar könnte ich jetzt nen 6m Windrad bauen will ich aber eigentlich nicht. Und ohne Getriebe komme ich ja nicht annähernd an die Drehzahl die ich brauche.

Meine Frage hat hier jemand erfahrungen mit Langsamlaufenden Generatoren die bei 30-50u/min schon ne gute Spannung von wenigstens 12V erzeugen. Ich hab schon mehrere Hersteller in china angeschrieben aber unter 1500€ komm ich da nicht und das ist mir zu teuer. Vieleicht hat auch jemand eine bessere Idee, hatte schon überlegt die Flügel kleiner zu machen um eine höhere Schnelllauftzahl zu bekommen aber damit büße ich ja auch Kraft ein.

Über eine Antwort würde ich mich sehr freuen :) Im Anhang hab ich mal zwei Bilder angehängt :)
Beste Grüße
Louis
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Re: DIY Windrad 3,5m Durchmesser

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Gepostet: 10.08.2021 - 23:27 Uhr  ·  #2
Moin,
wenn dein Schrittmotor zu sehr abbremst dann entnimmt er dem Windrad zu viel Leustung für den vorhandenen Wind. hiet muss eine Anpassung erfolgen, ein anderer Generator muss dafür aber nicht zwingend erforderlich sein.

Hast du ein paar nehr Daten zum Motor/Generator?

vg
max
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Re: DIY Windrad 3,5m Durchmesser

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Gepostet: 11.08.2021 - 09:30 Uhr  ·  #3
Danke für die schnelle Antwort!

Im Anhang häng ich mal das Typenschild an.

Im prinzip könnte ich statt dem 6m Windrad ja auch ein 6Flügler bauen um die Leistung zu erhöhen oder?
Dann könnte ich mir den bau der neuen Flügelform schonmal sparen :D

Grüße
Louis
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Re: DIY Windrad 3,5m Durchmesser

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Gepostet: 11.08.2021 - 10:45 Uhr  ·  #4
Ich komme auch auf ca. 200-250 Upm für den Ladebeginn - das entspricht in etwa einer Schnelllaufzahl von 5. Das ist ein wenig hoch aber noch okay.
Wie stark bremst denn dein Rotor ab ?- bleibt er regelrecht fast stehen?

Dass,ddr Rotor bei Einsetzen der Spannujgsgrenze belastet ujd simit etwas langsamer wird bzw. nur weniger schnell weiter beshleunigt ist ja erstmal normal...

Dein Generator verträgt nur 24 Ampere, also rund 300 Watt. Das ist generell natürlich etwas Schwach für eine Maschine die bei starkem Wind durchaus auch bis zu 2 Kw Leistung stellen kann.

es ist also potenziell schon ein anderer Generator notwendig, ich würde aber erstmal schauen bzw. überschlägig die Kenndaten des Rotors ermitteln, dann kann man gezielter auf die Suche gehen. Durch deine große Übersetzung kann der ygenerator ja relativ klein und somit kostengünstig ausfallen.

vg
max

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Re: DIY Windrad 3,5m Durchmesser

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Gepostet: 11.08.2021 - 11:08 Uhr  ·  #5
Also der Generator geht mit seinen 3 Phasen über 50meter Kabel zu einem China Charge Controller an den eine 100Ah 12V Batterie angeschlossen ist. Die leerlaufspannung vom Generator sieht eigentlich gut aus da hätte ich bei 3m/s schon 30V, hänge ich aber die Batterie also Last dran sackt die Spannung auf 6-8 Volt ab, heißt ich benötige mehr drehzahl die ich aber nicht bekomme da der Generator bei Ladebeginn das Windrad noch zu sehr bremst.

Hier der Controller:
https://de.aliexpress.com/item…4c4dfvmJ0B

Das Windrad hät nicht an wird aber so langsam bis die Spannung wieder unter dem Ladebeginn liegt.
Kommst du ohne Getriebe auf die Drehzahl von 200-250upm?
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Re: DIY Windrad 3,5m Durchmesser

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Gepostet: 11.08.2021 - 11:13 Uhr  ·  #6
Ich hsbe meinen Post nochmal überarbeitet während du geantwortet hast. Check nochmal ob du alles gelesen hast.

Eigentlich sollte die Spannung nicht unter Akkuspannung sinken können wenn sie im Leerlauf vorher um die 30V [automatisch zensiert] da ja erst bei Übergangsschwelle zur Akkuspannung Leistung enzogen wird. Hast du da richtig gemessen?
vg
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Re: DIY Windrad 3,5m Durchmesser

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Gepostet: 11.08.2021 - 11:23 Uhr  ·  #7
Bin mir eigentlich sicher das ich da richtig messe, hab nen 3 Phasigen schalter davor wenn ich den ausmache, läuft das windrad schneller und die spannung geht wieder in richtung 25-30V, gemessen mit AC Multimeter. Schließe ich den schalter sinkt die spannung auf unter 10V ab, vermutlich zieht der Controller schon Leistung obwohl er die Batterie noch nicht lädt.

Meinst du mit Kenndaten Schnelllaufzahl, Drehzahl, Leistung und Drehmoment?
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Re: DIY Windrad 3,5m Durchmesser

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Gepostet: 11.08.2021 - 11:54 Uhr  ·  #8
dann ware da aber was nicht ganz richtig, so viel kann der eigentlich nicht ziehen. Die Gleicherichtete Spannung ist aber auch etwas höher als die AC phasenspannung, so dass bei 8V phasenspannung schon knapp 12V anliegen und somit Ladung einsetzen kann. Wenn dein Windrad dan so stark abgebremst wird dass es nicht mehr vernünftig arbeitet, dann ist der Einstieg beim Cutin zu hart, dein Generator zieht also zu viel Anfangsleistung bzw. steigt im unteren Bereich seine Leistungskurve zu steil an. Das jedenfalls wäre meine derzeitige Vermutung aus deinen Angaben und Beobachtungen. Dein Rotor wird also quasi abgewügrt und kommt dann nicht auf Rouren weil die Schnelllaufzahl runtergezogen wird znd somit auch sein Wirkzngsgrad.

Um das zu testen könntest du "Künstlich" Widerstände zwischen Laderegler und Akku setzen. Das sollte ddn Ladebsginn etwas nach obdn ziehen und ihn,sanfter machen. Zum testen ist das ganz gut, dann wissen wir mehr.

vg
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Re: DIY Windrad 3,5m Durchmesser

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Gepostet: 11.08.2021 - 13:22 Uhr  ·  #9
Ich hab das Windrad gerade eh unten da ich nebenbei nen großen Scheibengenerator teste.
Hab jetzt nochmal gemessen und probiert, wenn ich mit der Hand drehe fängt der also sofort an zu Laden ich hab also doch keinen so großen Spannungsabfall, aber das ist wirklich ein ganzschönes Drehmoment was da bewegt werden muss wenn der Generator bei 10A ist kein wunder das es den Rotor abwürgt. Dann bleibt mir ja nur eine kleinere Übersetzung oder ein anderer Generator übrig.
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Re: DIY Windrad 3,5m Durchmesser

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Gepostet: 11.08.2021 - 18:44 Uhr  ·  #10
Wenn du ohnehin über einen Scheibengenerator nachdenkst- der kann aufgrubd der großen Übersetzung natürlich sehr klein und kompakt ausfallen - somit auch nicht sehr teuer. Zudem macht der Bau viel Spaß.
vg
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Re: DIY Windrad 3,5m Durchmesser

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Gepostet: 26.10.2021 - 18:57 Uhr  ·  #11
Hallo,

ich konnte leider noch nichts erreichen und wollte jetzt mal ein paar sachen rechnen. Ich kenne mein Nenndrehmoment für einen 1kw 200Rpm Generator, kann mir jemand helfen das Drehmoment auszurechnen was meine wea bei einer bestimmten Windgeschwindigkeit an der welle erzeugt? Lässt sich sicher eh nur grob ausrechnen da ich sonst mein blattprofil exakt ausmessen müsste. Geht das überhaupt so einfach?

Ich finde nämlich keine hilfreichen Infos im Netz, bis jetzt mur Tangentialkraft und wenn ich damit versuche das Drehmoment auszurechen bekomme ich völlig unrealistische Werte raus.
Über eine Antwort würde ich mich sehr freuen :)

Mit freundlichen Grüßen
Louis
Che
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Re: DIY Windrad 3,5m Durchmesser

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Gepostet: 26.10.2021 - 19:27 Uhr  ·  #12
Zitat
kann mir jemand helfen das Drehmoment auszurechnen was meine wea bei einer bestimmten Windgeschwindigkeit an der welle erzeugt?
Ja das kann ich, sogar für verschiedene Windgeschwindigkeiten. Müsste nur wissen, was für ein Rotor.
Und das ziemlich genau.
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Re: DIY Windrad 3,5m Durchmesser

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Gepostet: 26.10.2021 - 21:13 Uhr  ·  #13
Also mal zum Rotor der hat 3meter Durchmesser, Horizontaler 3Flügler mit einer Schnelllaufzahl von 4,72 wenn ich das richtig berechnet habe.

Hab tatsächlich was gefunden zur Drehmomentberechnung. Mit der Formel:
M=P/w
P hat bei 6m/s 1466Watt Windleistung (laut einen Online Rechnertool)
w komme ich auf 12,8m/s Winkelgeschwindigkeit an den spitzen.
Dann komme ich auf 114,5Nm, klingt eigentlich relativ realistisch. Oder ist die formel zu oberflächlich?


Genaue flügelmaße zum Profil kann ich dir am Wochenende sagen, die hab ich eher nach gefühl und nicht nach Zahlen gebaut :D

Danke für die schnelle Antwort.
Che
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Re: DIY Windrad 3,5m Durchmesser

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Gepostet: 27.10.2021 - 13:25 Uhr  ·  #14
Ein Blatt gedanklich in ca. 10 Schnitte unterteilen. Für jeden Profilschnitt, das Profil, dessen Länge und den Winkel zur Drehebene.
Unter dem wird es nicht gehen.
Dazu hier ein Bildlink. Also Profil, Einbauwinkel und tr
Und das dann bitte per PN.
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Re: DIY Windrad 3,5m Durchmesser

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Gepostet: 28.10.2021 - 11:05 Uhr  ·  #15
....oder auch gerne hier im Forum posten damit alle was davon haben...!
Che
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Re: DIY Windrad 3,5m Durchmesser

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Gepostet: 28.10.2021 - 12:39 Uhr  ·  #16
Aber leider auch Leute meinen, mitreden zu müssen, welche keine Ahnung davon haben.....
Da poste ich doch lieber am Schluss die Ergebnisse und den Werdegang.
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Re: DIY Windrad 3,5m Durchmesser

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Gepostet: 28.10.2021 - 15:42 Uhr  ·  #17
Hallo

Wie Ich oben gelesen habe ist der Regler ein Mppt Regler, der immer das max heraus holen will.
Das ist am Windrad aber der Generator, der solange mit Strom beaufschlagt wird bis keine grössere Leistung (Spannung mal Strom ) heraus kommt .
Da ist die Spannung dann leider im Keller und es wird nicht die Leistung des Windrades bei besserer Spannungslage beachtet.
Der ist nur für Solar geeignet bei Abschattung und Bypassdioden.
Also einen Regler mit Leistungskurve dafür nehmen.

Gruß Aloys.
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Re: DIY Windrad 3,5m Durchmesser

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Gepostet: 28.10.2021 - 23:11 Uhr  ·  #18
Zitat geschrieben von FamZim

Hallo

Wie Ich oben gelesen habe ist der Regler ein Mppt Regler, der immer das max heraus holen will.
Das ist am Windrad aber der Generator, der solange mit Strom beaufschlagt wird bis keine grössere Leistung (Spannung mal Strom ) heraus kommt .
Da ist die Spannung dann leider im Keller und es wird nicht die Leistung des Windrades bei besserer Spannungslage beachtet.
Der ist nur für Solar geeignet bei Abschattung und Bypassdioden.
Also einen Regler mit Leistungskurve dafür nehmen.

Gruß Aloys.


Hallo,

Ich dachte am anfang noch das das gerade gut wäre, danke für die Info. Ich habe gelesen diese Midnite regler sollen gut sein, dafür habe ich aber gerade keine Mittel mehr.
Ich bin nämlich armer Meisterschüler 🤣

Ich baue und probiere jetzt seit gut einem Jahr und merke aktuell das ich eigentlich doch noch garkeine Ahnung von der Materie habe gerade was die Generatorauslegung und Berechnung angeht.
Ich spiele zurzeit schon immermal mit dem Scheibengenerator tool rum. Bin mir da aber noch etwas unsicher was gut ist und was nicht.
Ich zweifle auch noch ob ich das Getriebe behalten soll, das entzieht dem Windrad ja doch einiges an Energie wenn der Generator einschaltet. Kann man so generell sagen was mehr sinn macht bei einem 3m Windrad?
Ich habe bei mir hier meist so 3-5m/s windgeschwindigkeit.

Danke für eure Nachrichten und die Mühe mir helfen zu wollen. :)
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Re: DIY Windrad 3,5m Durchmesser

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Gepostet: 29.10.2021 - 01:45 Uhr  ·  #19
Gerade bei Schwachwind (mittlere Windgeschwindigkeit so um 3 m/sec ist ein Getriebe schlecht nicht nur weil es durch Reibungsverluste den Ertrag schmälert.

Auch der Anlauf setzt dann erst später ein und kann zur Folge haben kann dass das Windrad bei den üblichen kleineren periodischen Windgeschwindigkeits Wechseln zwischen Abflauen und Ansteigen nicht auf die Touren kommt die es bei gleichbleibend Wind normal erreichen könnte.

Max (Menelaus) wird vielleicht mit seiner Erfahrung mit eisenlosen und Scheibengeneratoren eine Lösung für Dein Windrad wissen.
Che
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Tatsächlich Drehmoment-Ermittlung

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Gepostet: 30.10.2021 - 16:07 Uhr  ·  #20
Das Beste zuerst: Mit dem Profil NACA 9312 hat der Lois einen richtig guten Griff getan.
Der Rest ist nicht so heldentümlich. Kritik ist das nicht, denn gute Blattentwicklung ist eine Wissenschaft.
Da zahlt man einiges Lehrgeld. Aber im Einzelnen:

Profilsimulation mit QBLade, XFoil implementiert:

 


Profilpolaren. Gibt noch mehr, aber das sind die wichtigsten
Profil brauchbar lt. Simulation ab RE-Zahl 150.000. Da und bei 200.000 noch im Anstellwinkel eingeschränkt. Aber das ist typisch und geht i.O. Bereits ein Niedrig-Re Profil, wobei die Spitze des Blattes bei 7 m/s schon 340.000 hat. Bei 3,5 m/s also 170.000.

QBlade beginnt seine Blatt- und Rotor Simulation bei 7 m/s. Also die Polare für 350.000 her genommen, und daraus eine 360° Polare machen lassen. Diese und das Profil braucht man, um den Flügel ein zu pflegen:

 


Blatteingabe nach Lois seinen Angaben. Man beachte die Spalte Twist! Da ist der Wurm drin. Bei einem Flügel mit Auslegung nach Schmitz oder nach der BEM hat man an der Blattwurzel bei TSR 5 um 38° und nicht 18. Und an der Blattspitze um 3,5°, mit Anstellwinkel-Modifizierung um 7,5°, aber nicht 23°.
Aber trotzdem mal simulieren lassen:

 


Rotorsimulation (3 Blatt)
Cp entsprechend lausig, Nenn-TSR ungewöhnlich niedrig und rechts unten sieht man das Dilemma.
Bei 0,3m vom Drehzentrum Alpha von ca. 21°, obwohl die Profile ab 15° beginnen mit dem Strömungsabriss.
Bei 1m Alpha 0°, an der Blattspitze gar -6°. Auftriebs-Nullpunkt hat das Proil etwa bei -2°, darunter wird der Auftrieb negativ. Das heißt, es wird Wind erzeugt, nicht geerntet.

Da es bei QBlade einfach ist, den Flügel zu drehen (Pitch), habe ich dies bezüglich 12° eigegeben:

 


Rotor mit um 12° gedrehten Flügeln
An der Blattspitze nicht mehr 23° sondern nur noch 11°. Trotzdem: Als ob die Winkel von Blattspitze und Blattwurzel vertauscht wurden.

Nach Simulation:

 


Simulation mit um 12° gedrehten Blättern
Im Cp-Verlauf schon besser. Wohl gerade nochmal Glück gehabt.
Anstellwinkel-Verlauf über die Blattlänge, rechts unten, immer noch problematisch, aber entschärfter.
Fast wie ein Crome-Flügel, nur lässt der das Blatt zur Nabe hin dort enden, wo die Anstellwinkel zu groß werden würden.

Man beachte: 26 Nm, bei 7 m/s und TSR 5.

Die Werte in mein EXCEL-Schema eingetragen ergibt etwa folgende Erwartungsdaten:

 


Erwartungsdaten
Da dort der Md-Wert bei 7 m/s gut übereinstimmt mit der Simulation, habe ich es dabei belassen.
Ermittelt jeweils mit Md=P_eaer/(2*Pi*fn)

Das wars.

Wer immer noch meint, mir öffentlich hilfreich zur Seite hätte stehen können, trete vor!
Ersatzweise wäre das der Zeitpunkt für ein Wenig Anerkennung.
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