Hallo,

ich stehe vor der Konzeption einer Kleinwindkraftanlage und wäre sehr an einem Meinungsaustauch interessiert. Etwaige Erkenntnisse sollen in die Projektierung mit einfließen.

Grunddaten:
Höhe: 6 m
Rotorhöhe: 4 m
Rotordurchmesser: 40 cm
Zu erzielende Generatorleistung: 5 - 6 Kw
Speisung: Netz

Illustrationen seht ihr hier:







Ich bin gespannt auf eure Meinungen...

Sonnige Grüße neoh

Hast du mal die Materialkosten mit denen eines herkömmlichen Horizontalachsers mit vergleichbarer Leistung verglichen?

Für welche Windgeschwindigkeit hast du deine Nennleistung vorgesehen?

Ich bin in der Findungsphase und unterhalte mich erst morgen mit einem Konstrukteur. Innerhalb der anschließenden Planungsphase sollten dann auch die zu verwendenden Materialien feststehen und im Anschluss auch die Fertigungspreise... So der Plan...

Ganz sicher liegt der Materialpreis dieser Anlage über den herkömmlichen Horizontalachsern. Jedoch würde ich mir keinen Horizontalachser in meinen kleinen Vorgarten stellen, ebensowenig wie ein 15 bis 20 Meter Mast. Ich möchte in gewisser Weise neue Wege gehen und eine Anlage konzipieren, welche sich stylistisch in die jeweilige Wohn- und Gewerbeumgebung integriert und nicht als Fremdkörper wahrgenommen wird, sowohl von der Geräuschentwicklung als auch vom Aussehen her.

Schick ist das Teil auf jeden Fall. Allerdings hast du meine Frage nach der Zielwindgeschwindigkeit noch nicht beantwortet.

Sorry....

Erste Gespräche mit einem Kontrukteurbüro haben ergeben, dass die Rotoren auf Grund des geringen Durchmessers Schnellläufer sein werden. Was das genau heißt, werde ich hoffentlich in der weiteren Planungsphase erfahren. Eine genaue Auskunft über die Zielwindgeschwindigkeit kann ich dir daher noch nicht geben.

Was schätzt du, wäre bei dieser Anlagenform eine "glaubwürdige" Zielwindgeschwindigkeit?

Die Formel zur Leistungsberrechnugn findest du im Grundlagenbereich. Ich tippe auf ca. Drittewurzel(Leistung[W] / (0,5 * Luftdichte[kg/m³] * Durchströmte Fläche[m²] * Wirkungsgrad)) = Drittewurzel(5.000 / (0,5 * 1,2 * 4 * 0,4 * 0,2) = Drittewurzel(26042) = 29,6m/s = 106.56 km/h. Das ist Windstärke 11 (orkanartiger Sturm).

Als Schnelläufer werden in der Regel Anlagen bezeichnet, die das Liftmoment ausnutzen. Dein Savonius-ähnlicher Aufbau mit relativ vielen Flügeln lässt aber eigentlich nur einen Widerstands- also Langsamläufer zu. Mir ist nicht ganz klar, was das Konstruktuerbüro damit meint. Vielleicht wollten die nur aussagen, dass sich der Rotor schnell drehen wird. Das ist bei geringem Durchmesser tatsächlich der Fall.

Das Wort "Widerstandsläufer" habe ich von den Konstrukteuren auch gehört. Die Illustration hat 8 Blätter pro Rotor, ob die Anlage tatsächlich mit 8 oder eher mit 4 Blättern umgesetzt wird, entscheidet sich in der weiteren Projektierung.

Die Formel habe ich mir im Grundlagenbereich mal angesehen. Ist sie bei dieser Anlage tatsächlich so anwendbar? Die Anlage ist ähnlich dem eines Savonius-Rotors. Jedoch gebe ich zu bedenken, dass die "rückläufigen" Flügelseiten der zwei Rotoren nicht gegen den Wind arbeiten müssen.

Es gibt hier im Forum einen Beitrag bei dem die rückläufigen Rotorblätter auch gegen den Wind angeschirmt wurden und eine nicht zu verachtende Leistungssteigerung dokumentiert wurde.

Hier der Link: Leistungssteigerung C-Rotor

Ich hab mit 20% Wirkungsgrad relativ konventionell geschätzt. Du kannst ja selber mal ausrechnen, wie es für einen Wirkungsgrad mit 30% oder 40% aussieht.

Du wirst vermutlich Probleme bekommen, die Luft auch wieder abzuführen. Schließlich fördern die Flügel auch Luft in den abgeschirmten Bereich, die dort für Staueffekte sorgt. In dem von dir genannten Beitrag konnte diese Luft frei abfließen. Vielleicht schaust du dir die anlagen von eightwind / agewind mal an. Ich glaube, das ist in etwa das, was du bauen möchtest. Ich halte persönlich zwar nicht sehr viel von den Modellen, aber die Diskussionen zu dem Design hier im Forum helfen dir hoffentlich weiter.

Wie kommst du überhaupt zum Bau von Kleinwindanlagen? Hast du schon Erfahrungen mit entsprechenden (klassischen) Anlagen?

Ich habe bisher keine Erfahrungen mit Kleinwindanlagen. Mein Antrieb ist einfach mein Verlangen nach einer nachhaltigen und eigenproduzierten Energieversorgung, die ich mir persönlich und unter Umständen auch Andere in den Garten oder aufs Flachdach stellen würde. Eine Propelleranlage, egal ob horizontal oder vertikal, käme für mich schon aus rein ästhetischen Gründen nicht in Betracht. Sollte diese Anlage einmal funktionieren, hoffe ich, dass sich viele Interessenten vom Design der Anlage angesprochen fühlen und für ihre eigene Stromversorgung sorgen, egal ob mitten in der Stadt (auf Hausdächern) oder auf dem platten Land.

Fotos der Anlagen von eightwind und agewind habe ich gesehen. Diese Anlagen arbeiten jedoch nur mit einem Rotor, außerdem habe ich etwas von Konzentrator gelesen und dem Verdichten der anströmenden Luft. Diese Prinzip setze ich mit meiner Anlage nicht um. Das Einzige, was wir gemein haben, ist die Abdeckung der Rotorseite, welche der Windrichtung entgegenarbeitet.

Die Form der Rotorblätter (Walzen, Schaufeln oder etwas ganz anderes) ist noch nicht bis ins Detail geklärt. Ich glaube jedoch, dass sich der Staueffekt nicht vollends unterdrücken lässt, jedoch hoffe ich, dass die Konstrukteure im ersten Step auch ohne Windkanal zu einem passablen Ergebnis kommen.

Keiner kann bisher sagen, ob sich diese Anlage überhaupt drehen wird, ob sie überhaupt die angedachte Menge an Energie produzieren wird und ob sie auch zu einem annehmbaren Preis produziert werden kann. Alles in den Kinderschuhen sozusagen...

Nachdem du die Illustrationen der Anlage gesehen hast, könntest du dir vorstellen, diese Anlage bei dir oder einem Bekannten aufzustellen? Und was für eine Leistung müsste sie mindestens erbringen, damit es für dich attraktiv wäre?

Das geht recht einfach , nur auf Wind alleine sich zu verlassen eher schwierig

Damit ich mir so ein Windrad aufstelle, müsste es definitv mehr Leistung bringen, als ein 300W Black oder FD-Windrad. Die sind mit einem Durchmesser von 1,2m bzw 1,5m sogar schmaler als dein Design und vermutlich deutlich günstiger.

Da selbst diese guten Anlagen nur schwer rentabel zu betreiben sind, müsstest du bei dir entweder auf der Kosten- oder auf der Ertragsseite deutlich besser sein.

Im Grunde arbeitest du ja schon mir einem Konzentrator. In der Frontansicht ist deutlich zu sehen, dass du die Luft von der Mitte auf die Rotorblätter leitest. Mein Tipp wäre, die Rotoren an der Rückseite nicht zu verkleiden oder zumindest Abluftkanäle vorzusehen. Dadurch kannst du den Staueffekt verringern. Evtl kannst du so auch einen Diffusoreffekt erzeugen. Das ist zwar keine Wunderwaffe, wie häufig behauptet wird, dürfte sich aber zumindest auf das vorhandene Design positiv auswirken.

Mein ernst gemeinter Rat ist, dass du dein Design weiterhin verfeinerst, die aber zunächst mal die Grundlagen an existierenden Anlagen aneignest. Nur so verstehst du, warum bestimmte Sachen funktionieren und andere nicht.

Natürlich werd ich mich nicht allein auf den Wind verlassen. Die Windanlage soll Strom produzieren, den ich selbst verbrauchen oder einspeisen möchte. Weht kein Wind zieh ich mir meinen Strom aus dem Netz, welches hoffentlich in naher Zukunft mit regenerativen Energie gespeist werden wird...

@xxlray
Schon jetzt danke ich dir für deine Hinweise. Heute Abend treffe ich mich wieder mit dem Konstrukteur. Mal schau'n was ich für Ansätze dort mitnehme. Ich habe gestern ein paar Berechnungen anhand deiner Formel (falls sie überhaupt auf diese Anlage anwendbar ist) angestellt, kann es sein, dass die Anlage knapp 350 Watt Windenergie bei 7 m/s aufnimmt?

Du machst es mir ungleich leichter, dir zu helfen, wenn du deine Berechnungen gleich mitlieferst und mir nicht nur das Ergebnis vor die Nase knallst.

Entscheident für die Berechnungsgrundlage der Fläche ist deine Frontansicht. Du hast zwei Rotoren jeweils mit den Maßen 0,4m x 4m. Dazwischen scheint mir nicht viel Platz zu sein. Streng genommen müsste man den Windleitenden Kram oberhalb und unterhalb auch einrechenen, aber das lass ich jetzt mal als "Deko" weg. Du hast also eine durchströmte Fläche von 2 x 0,4 x 4m = 3,2m².

Bei 7m/s Windgeschwindigkeit ergibt das eine Leistung von 0,6 x 7³ x 3,2 x 0,2 x W = 132W. Ich bekomm also ein anderes Ergebnis.

Recht hast du.

Ich habe also gestern mit Änderung der verschiedensten Parameter hin und her gerechnet. Im Kopf blieb mir folgender Wert:

343 Watt Windleistung bei folgender Berechnung:

0,5 * 1,25 (Luftdichte) * 7^3 (Windgeschwindigkeit) * 4 (m² durchströmte Fläche) * 0,4 (Wirkungsgrad)

Wie gesagt, wenn man die Berechnung auf diese Konstruktion anwenden kann, da die Anlage ja auf Grund der Rotorendurchmesser ja eigentlich schneller dreht als herkömmliche Savonius-Rotoren. Wie du sicher festgestellt hast, habe ich auch mit der Rotorfläche etwas experimentiert...

Wäre die Berechnung in deinen Augen richtig?

Ja, mit den Werten komme ich auf das gleiche Ergebnis. 40% Wirkungsgrad sind meiner Meinung nach aber mehr als nur optimistisch. Bei den Rotoren würde ich statt der Schaufeln tatsächlich auf ein durchströmtes Savoniusdesign setzten. Am besten mit Benesh- oder sogar Rahai-Profil.

Ich habe aber die Befürchtung, dass wenn ich durchströmende Savonius-Schaufeln nehme, Wind dorthin kommt, wo ich keinen Wind haben möchte. Nämlich auf der Lee-Seite zwischen den beiden Rotoren. An gekrümmte oder angewinkelten Schaufeln habe ich aber auch schon gedacht.

40 % Wirkungsgrad ist vielleicht zu optimistisch, aber 30 % oder sogar 20 % sind mir doch ein bisschen zu wenig, da die Anlage die Schaufeln, welche gegen den Wind arbeiten müssen, komplett abschirmt. Und dass ist ja sicher die Hauptursache für die Verringerung des Wirkungsgrades. Mal schau'n auf welche Werte der Konstrukteur kommt.

Das versteh ich nicht. Warum soll da kein Wind hin???


Die Physik lässt sich nunmal nicht bestechen. Du darfst dir das gerne schönreden soviel du möchtest. Von mir wirst du nur möglichst realistische Abschätzungen erhalten.


Nein, die Hauptursache liegt (meiner Meinung nach) darin, dass du nahezu kein Liftmoment ausnutzen kannst. Der maximaleWirkungsgrad eines durchströmten Savonius liegt bei maximal ca. 28%. Mit einer Abdeckung kannst du das vielleicht auf 30% steigern. Mit Benesh- oder Rahi-Profil lassen sich evtl noch ein oder zwei Prozent rausholen. Das war es dann aber schon. Dazu kommen dann noch Reibungsverluste in den Lagern, dem Generator, sowie Leitungs- und Elektronikverluste.

Die Rotorblätter, welche sich auf der Leeseite befinden, sollen sich soweit wie möglich im windleeren Raum befinden, somit verschiebt sich ein Großteil des Drehmoments auf die Rotorblätter, welche gerade im Wind stehen. Der Wind, der durch die Verwirbelung auf der Leeseite entstehen, müssen ja auch ersteinmal durch "Arbeit" wieder beseitigt werden. Außerdem glaube ich, dass sich durch die Schnelllaufeigenschaften meines Rotors eine Luftstromumkehr wie bei einem Savonius-Profil kaum herstellen läßt. Bei langsam drehenden Rotoren sehe ich da ein Vorteil, jedoch nicht bei schnelldrehenden.



Du hast Recht, ein Liftmoment läßt sich bei dem geringen Durchmesser der Rotoren sicher nicht aufbauen.

Wie hoch schätzt du denn den Wirkungsgrad von H-Rotoren, welche ja auf das Prinzip des Liftmomentes aufbauen? Drehen diese Rotoren aufgrund ihrer Konstruktion schneller als der gerade anliegende Wind? Wenn ja, um welchen Faktor?

Die Abluft muss ohnehin irgendwo hin. Momentan fängst du sie ein.


Dein Rotor ist (so) konstriktionsbedingt kein Schnelläufer sondern wird eine SLZ unter 1 haben.


Das liegt nicht am Durchmesser sondern an der Bauart. Deine Rotoren können nur schneller als der Wind drehen, wenn sie ein Liftmoment entwickeln. Dein Rotor arbeitet wie ein Blatt Papier, das vom Wind getrieben wird. Das kann den Wind auch nicht überholen.


Also bitte, das ist jetzt aber billigste Suchmaschinenarbeit. Wirkungsgrad um die 35%, SLZ 3-6.