3,5kW Anlage aus KG Rohr, RoWiTool

Hallo Zusammen,

Ich bin neu hier im Forum erhoffe mir ein paar interessante Gedanken zu meinem Projekt.
Kurz zu mir, ich studiere Luft- und Raumfahrttechnik und träume schon lange davon, ein DIY Windrad in "anständiger" Leistungsklasse zu bauen. Ich bin schon immer bei Rohren als Flügelmaterial gewesen, aber schon durch zahlreiche Aufbauten und Größen durch, ich denke ich baue gerade sicher das 5. oder 6. Mal so ein Ding.
So, jetzt mal ans Interessante:
Der vorletzte Aufbau war wie folgt:
Flügel aus 400mm PVC-Rohr, Profil nicht nach RoWiTool sondern "aus dem Bauch raus", Hauptunterschied war, dass die Kanten jeweils gerade Schnitte waren und nicht einem Tangens folgend, wie im Tool (was natürlich viel sinnvoller ist). Angestrebte Leistung: 3kw, Rotordurchmesser, ca. 5m. Hat alles soweit gar nicht ganz schlecht funktioniert... . Die Flügel waren allerdings an Flachstähle geschraubt, die wiederum mit der Nabe verschraubt waren. Durch den Winddruck, der vor allem in Nabennähe im Flügel ein gigantisches Biegemoment verursacht und das damit verbundene ständige "Wabbeln" der Flügel, sind die Flügel mit der Zeit an ihrem Stahlhalter eingerissen. ...Eigentlich keine Überraschung und vor allem eigentlich ein blöder Denkfehler, gerade für einen angehenden Ingenieur.
(Ich hoffe das mit dem Bild funktioniert, habe es zur Sicherheit nochmal angehängt)
Naja, wieder was gelernt, deswegen dann Plan B:

Jetzt war ich damit beschäftigt, die Spannungen im PVC zu minimieren, denen es ja offensichtlich nicht standhält. Also das ein oder andere grob durchgerechnet, Lösung: Drei Lagen 400g/m² Glasfaser auf nochmal die gleichen Flügel, danach sind die steif wie sonst noch was, Biege- bzw. Spannungsproblem erstmal gelöst. War dann auch so. Auch nach dem nächsten Sturm (bis dahin keine Sturmsicherung). Bei dem Sturm hat es mir nur leider (auch ein blöder Auslegungsfehler) die Schrauben, die den Stahlhalter, der jeweiligen Flügel mit der Nabe verbunden hat, abgeschoren. Bei voller Drehzahl (gut 200 Upm) und mittlerweile ca. 5,20m Rotordurchmesser hat das natürlich gut geknallt und die Unwucht hat dann den Rest gemacht.
Ein kleiner Hinweis an der Stelle: Das Windrad steht sehr abgelegen, es war niemand in der Nähe und wenn ich es an dem Tag gewesen wäre, hätte ich es natürlich blockiert vor dem Sturm, also mit anderen Worten es wurde niemand direkt gefährdet.
Ich habe als ich das nächste mal da war die Flügel im Radius von ca. 35m wieder eingesammelt, ein Materialcontainer direkt unter dem 7m Masten hat eine richtige Delle abbekommen, die 8mm Stahlhalter an den Flügeln hat es verbogen, den Nachbarn in 50m Entfernung geweckt durch den Knall, die ganze Achse verbogen,... ABER: Die Flügel haben es fast unbeschadet überlebt. Immerhin! Glasfaser scheint seinen Zweck zu erfüllen.

Jetzt soll es daran gehen, nochmal neue Flügel zu machen. Auch den ganzen Antriebsstrang werde ich neu machen, deutlich solider, bessere Brems- und Sicherheitseinrichtungen und alles redundant mit mehreren Sensoren elektronisch überwacht.
Mit dem RoWiTool komme ich auf ganz gute Ergebnisse mit meinen 2,60m Blattlänge, 3x, ich bleibe bei dem 400er Rohr, Kontur übernehme ich (wenn ich auch noch nicht genau weiß wie) ebenfalls aus dem Tool.

So und jetzt - endlich - zu der eigentlichen Frage: Ich habe mehrfach gelesen, dass bei solch großen Flügeln auch eine Bearbeitung der Kontur der Trailing Edge sinnvoll ist (so scheint es mir mit meinem bisher beschränkten Verständnis der Aerodynamik dieser Flügel auch). Nur ist das Problem, dass das RoWiTool das bekanntermaßen nicht kann... . Ich habe etwas in Richtung ellipsenförmige Kontur an der trailing edge gelesen, aber das ist natürlich ein bisschen ungenau. Das ist schon ganz schön teuer solche großen Flügel zu bauen und da würde ich mich einfach freuen, wenn das nicht ganz daneben ist. Es könnte natürlich auch sein, dass das nicht so viel ausmacht, dann kann man es auch einfach so lassen mit der geraden Kante... . Naja, sorry für das lange Gelaber, ich bin mal gespannt auf eure Ideen zu dem ganzen.

Anbei auch noch ein Screenshot von den aktuellen Werten vom RoWiTool, das gefällt mir ganz gut so...


Noch eine kleine Sache: Ja, ich weiß dass das mittlerweile ein großes (und auch teures Projekt ist), aber ich würde das gerne hinbekommen, ist mir dann eigentlich auch nicht mehr so wichtig, wann oder ob es sich genau lohnt oder so... . Ich will einfach sehen wie es geht - mehr oder weniger - ich bin sicher, viele von euch können das gut nachvollziehen.

Gruß und vielen Dank schonmal,
Benji

@ Benji:
1. So wie der 1. Segelschein auf einer eher kleinen Jolle gemacht wird wäre es angebracht, sich in Demut vor der Materie als Erstlingswerk ein kleineres Windrad vor zu nehmen.

2. Die Verschraubung in Nabennähe hält die Belastung durch die Fliehkräfte auf Dauer wohl nicht aus.
Forum/cf3/topic.php?t=3509 Ist auch von mir.

3. Da KG Rohr eben Kanalgrundrohr heißt, ist das Material nicht UV-fest. Zumindest war das bei PVC so.

4. Das Profil der gewölbten Platte ist leidlich brauchbar, wenn es sich in Relation zur Profillänge um dünne gewölbte Platten handelt. Dazu Angabe im Anhang.
Das wird bei KG-Rohr insbes. in Richtung der Blattspitze weit überschritten.

In Blattspitzennähe sollte das Profil fast techisch scharf enden. Ist die Hinterkante (warum englisch, wenn es doch dafür ein schönes dt. Wort gibt?) wesentlich breiter, so kann das auf die Geräuschentwicklung desaströse Auswirkungen haben.

Ich würde alternativ überlegen, ob vielleicht ne Lösung nach Piggott die bessere ist, z.B. https://pureselfmade.com/de/windrad-selbst-bauen/ Allerdings mit Ferrit-Magneten anstatt Neodym, da bin ich skeptisch. Gibt noch andere Anleitungen.

Immer vorher überlegen, was denn mit dem gewonnenen Strom passieren soll! Also in eine Batterie und dann? Welche Systemspannung?
Oder mittels Einspeise-WR ins Netz unter Abzug des Selbstverbrauches.

Frage also nach dem Gesamtkonzept. Dazu muss der Generator passen.

Zu guter Letzt: Was herrscht denn am Standort für Jahresmittelwind und wie frei sind die Anströmungen, zumindest aus den Hauptwindrichtungen?

Rechtliche Aspekte sind auch zu beachten. https://bundesverband-kleinwindanlagen.de/recht/

.... Eigentlich müssten ja 2-3 Rohr -Radien ineinander passen , zumindest auf den 1. Dittel der Flügellänge an der Verschraubung zur Nabe .

Also wie ein Sandwich laminiert , notfals die Rohr- radien etwas heiss machen und dann verkleben und vernieten und ellegant abschmirkeln

Bei 45° Endkante gebrochen kann die Strömung aber nicht folgen. Man sagt, dass das bis höchstens 7° gelingt.
Immer ansatzweise weiter führend. Das würde aber dann viel Feilarbeit, oder gleich scharf lassen.

Zu der Frage Kurve hinten schau Dir ein Beispiel aus der Natur an. Der Condor und der Adler - Geier übrigens auch segeln mit am Flügelende gespreizten Federn stundenlang ohne Flügelschlag, man könnte fast sagen die Flügel werden als "Repeller" genutzt wie man die "Propeller" der Windräder ja nennt.

Die letzte Feder im Flügel hat für sich am deutlichsten die Stellung eines Flügels am Windrad.

Vielleicht hast Du eine größere Feder zur Hand, das kann eine gefundene vom größeren Wildvogel sein oder eine große Flügelfeder einer Gans z.B.

Wenn Du damit ein wenig "die Luft umrührst" merkst Du schnell wie hoch der Auftrieb ist den die sinusförmige Profilform generieren kann.

Die Luftströmung wie alle Strömungen nimmt auch eine wellenförmige Sinusform an nicht nur in der Wirbelschleppe hinter einem umströmten Objekt sondern auch im Ablauf an der Feder die von der Natur anscheinend so evolutioniert geschaffen wurde um der Strömung den leichtesten Weg zu bieten, Kraft zu sparen beim Fliegen usw.

Das Spreizen der Federn am Flügelende hat etwas mit optimiertem Ablauf der Strömung mit kleinen Wirbeltunneln an jeder Feder zu tun die zusätzlichen Vortrieb generieren.

Dazu kannst Du googeln, z.B. " Ingo Rechenberg Bionik" oder noch kürzer "BERWIAN"

@ Benji:
Das sind ja alles Dinge, die ich nicht wissen konnte.
Zur Reduzierung des Anstellwinkels hast Du tatsächlich mit der Hinterkante die richtige bestimmt.
Nur nicht so extrem.
Habe das mal mit einem grünen Strich in Deine Skizze eingezeichnet:



So etwa kann man an der Blattspitze den Anstellwinkel gegen Null gehen lassen.

Einfach auf einen Heizwiderstand die Energie leiten geht höchstens an 2 Punkten der Anlagenkurve exakt. Daneben ist die Last immer unangepasst.
Schams Solar hatte dafür mal ein preiswertes Steuergerät. gibts aber nicht mehr. Bitte betrachte aber die Übertragungskurve!
Da kann man getrost eine Heizlast für 230V dran hängen.

Was wird der Braun-Generator für Spannungen haben, zwischen 3 und 12 m/s?
Ich frage, weil man evtl. 2 recht preiswerte China-WR SUN-2000-WAL parallel schalten könnte.

Ist Dir sicher klar, dennoch erwähne ich es:
Windrad höchstens bis ca. 6 m/s im Leerlauf laufen lassen! Das hat dann nämlich höchstens die Betriebsdrehzahl von 12 m/s, welche noch sicher ausgehalten werden dürfte.

Geräusche aber im Leerlauf wesentlich höher!

Grüße, Che

Es ist eben so:
Wenn Du bei max. Arbeitswindstärke anpasst, sagen wir mal der Generator hat dann 400V 3 AC, bei z.B. 12 m/s.
Dann hast Du bei halber Windstärke idealerweise halbe Spannung und damit 1/4 elektrische Leistung, welche verbraten wird.
Das Windrad liefert aber nur 1/8 Leistung. Wird also abgewürgt, bzw. kommt nie bei den 400V an.

Wie das ist, wenn Du auf 6 m/s optimierst kannst Du Dir selber ausrechnen.

Braun hatte mal was mit Relaisumschaltung, bezüglich Spannung 3 Schaltstufen.
Inzwischen bieten sie den WR Smart!wind (SW) ersatzweise an, der auch auf reinen Heizbetrieb parametriert werden kann.
Der kleinste SW 5.5 kostet aber um 5.500 EUR. https://smart-power-electronics.de/smartwind/

Was hast Du als Sturmsicherung? Ein Furl-System? Ist in den Fotos nicht genau aus zu machen.

Ich denke mal das ist dann die kluge Entscheidung nach der Testphase , ABB oder Firmer kommen ja eher von dem allteigessesenem Wechselrichter Hersteller "Power-One" , diese waren sehr beliebt wei Wind und Wasserkraft Betreibern

Ob die heutigen Modelle aber noch so umgestellt werden können , weiss ich nicht

https://s1.solacity.com/docs/A…ctions.pdf

Was will ich mit diesem gebastelten Quatsch ?

Achso

Und die gehen dann das gesamte Spektrum des Generators mit ?

Aber klar Du bist ja exclusive Berater bis 90 Volt