Wirtschaftlichkeitsberechnung

Wirtschaftlichkeitsberechnung

Beitragvon Wilfried » Fr 1. Jan 2010, 19:42

Hallo Forum,

bisher las ich nur wage Vermutungen zur Wirtschaftlichkeit von Kleinwindanlagen, zumeist waren diese sehr düster.

Ich habe darum mal eine Kalkulationstabelle gebastelt, welche etwas Licht in die Sache bringen kann.
Die Daten kann sich jeder selbst verändern, aber möglichst nur in den grünen Zellen - in anderen Zellen könnten Formeln sein.

Die derzeitigen Werte stellen meine Anlage dar, jedoch mit verkleinertem Flügel. Theoretisch wären damit 1 kW möglich, aber so lange dazu kein vernünftiger Generator zu finden ist, kalkuliere ich mit zwei Nabenmotoren á 250 W. Diese 0,5 kW sind sehr preiswert, gut ausgelastet und daher wirtschaftlich.

Der amortisierende Energiepreis ergibt sich mit 0,35 €/kWh. Ich denke für ein Inselsystem ist das eine akzeptable Größe und liegt günstiger als Solarenergie - jedenfalls in Deutschland...
Das eingesetzte Kapital soll sich mit 8 % verzinsen. Wem sein Geld auf dem Sparbuch verschimmelt, der kann dort auch weniger einsetzen :mrgreen:

Ein beachtlicher Kostenfaktor ist die Energiespeicherung. Hier habe ich eine Batteriegruppe aus 12V-Batterien mit insgesamt 500 Ah kalkuliert. Selbstverständlich sollte die Systemspannung min. 24 V sein (durch Reihenschaltung).

Verbessern möchte ich die Berechnung demnächst noch, in dem ein Faktor durchschnittliche Windgeschwindigkeit eingeführt wird. So könnten für den Energiepreis auch standortbedingte Einflüsse dargestellt werden.

Tja, ansonsten einfach mal mit den Werten spielen und schauen, wie sich Veränderungen bei der Wirtschaftlichkeit bemerkbar machen. Viel Spaß!
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Re: Wirtschaftlichkeitsberechnung

Beitragvon CAD&Co » Fr 1. Jan 2010, 20:13

Gute Aufstellung Wilfried,

die Akkus sollten bei einer Amortisation über 10Jahre in manchen Fällen
mit höheren Kosten veranschlagt werden, da bei guter Pflege der Akku
nach 5000-6000 Zyklen seinen Dienst getan hat.
Für "ab und zu" Wind sollte ein Akkusatz reichen.

Wie kommst du auf die Rotorkosten?

Gruß

Norbert
der mit dem CAD konstruiert...
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Re: Wirtschaftlichkeitsberechnung

Beitragvon Wilfried » Fr 1. Jan 2010, 21:44

Hallo Norbert,

die Batterien werden selten in vollen Zyklen genutzt, sondern eher puffern. Ich habe mich da mit den Instandhaltungskosten an solaren Inselsystemen orientiert. Ein großer Vorteil von Wind gegenüber der Solarenergie ist dabei ja noch, dass der Wind auch nachts weht. Trotzdem, man muss auch schauen, dass die Energie möglichst schnell eingesetzt wird, denn Speichern ist nun mal teuer. Im Winter kann man die Überschüsse leicht in Heizenergie umsetzen. In meinem Lager warten auch schon fünf Kolbenpumpen, die man direkt antreiben könnte.

Die Rotorkosten http://www.daswindrad.de/forum/download/file.php?id=924 sind meine eigene Kalkulation, dafür könnte ich den gut liefern, den Rest übrigens auch ;)

Beste Grüße
Wilfried
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Re: Wirtschaftlichkeitsberechnung

Beitragvon Mark » Fr 1. Jan 2010, 21:51

Deine 5Kwh scheinen mir sehr optimistisch.
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Re: Wirtschaftlichkeitsberechnung

Beitragvon Bernd » Fr 1. Jan 2010, 22:08

Hallo Wilfried und danke für die Excel Tabelle !

...kalkuliere ich mit zwei Nabenmotoren á 250 W. Diese 0,5 kW sind sehr preiswert,...

Dazu ist folgendes zu sagen, 250 Watt bringen die Nabenmotoren als Motor, meist bei 36 Volt.
250 Watt ist die maximal dauerhaft zulässige Aufnahmeleistung im Motorbetrieb.

Setzen wir diesen 36 Volt 250 Watt Motor als Generator ein müssen wir umrechnen.
36 Volt und 250 Watt (im Motorbetrieb) ergeben einen dabei fliessenden Strom von 6,94 A.
Dieser Strom darf auch beim Betrieb als Generator nicht längerfristig überschritten werden, denn
nur die Höhe des Stromes ist für die Verlustleistung in den Spulen verantwortlich !!

Das bedeutet das man im 12 Volt (besser 14Volt) Generatorbetrieb auch nur diese knapp 7A fliessen lassen
darf wenn man den Generator nicht zu heiss werden lassen will.
14 Volt und 7 A ergeben dann unsere neue maximale Dauerleistung die wir dem Generator entnehmen können.
Da die Leistung (P) U mal I ist, ergibt sich 14 mal 7 = 98 Watt
Bei 12 Volt Akkuladung kann man dem Nabenmotor dauerhaft also nicht mehr als ca. 100 Watt entnehmen.

Dann noch eine zweite Sache. Die Wirtschaftlichkeitsberechnung steht und fällt natürlich mit dem Wert
für den Ertrag, den man derzeit nur schätzen kann.
Du hast einen durchschnittlichen Ertrag von 5 Kwh pro Tag angenommen.
Das ergibt pro Jahr dann 1825 Kwh.
Nach meiner Einschätzung, die auf Vergleichen mit anderen Windrädern und deren veröffentlichen Erträgen beruht,
ist das deutlich zu viel. Es fällt mir schwer eine Prognose zu stellen, aber ganz grob ca. 1/3 davon kommt
vielleicht an die obere Kante eines realistischen Bereiches, es könnte aber auch noch viel weniger werden,
je nach Standort.

Ich komme mir schon bescheuert und als Spielverderber vor, aber so sind die Dinge leider...

Grüsse

Bernd
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Re: Wirtschaftlichkeitsberechnung

Beitragvon Wilfried » Fr 1. Jan 2010, 22:27

Hallo Bernd,

ich freue mich über jede Kritik. Bei den Generatoren gehe ich von 24V -Batterien aus, wo dann die Lade-Endspannung bei 28V liegt. So käme man mit 7A auf knapp 200 Watt pro Generator, gesamt also 0,4 kW.

Bei der Jahresleistung spielt sicher der Standort eine große Rolle. Es ist aber auch zu berücksichtigen, dass der Rotor im Verhältnis zur Generatorleistung überdimensioniert ist. Bei 2 m² Rotorfläche braucht es nicht viel Wind, um die 0,4 kW zu erzeugen.

Gruß
Wilfried
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Re: Wirtschaftlichkeitsberechnung

Beitragvon Bernd » Fr 1. Jan 2010, 22:47

Naja Kritik soll es nicht sein, eher Darlegung von Dingen an die man nicht sofort denkt
bzw. von deren Existenz noch nichts weiss. :)

Bei der Nutzung von 24 Volt Batterien (auch schon bei 12 Volt) musst du ein Getriebe
vorsehen, denn 24 Volt liefern diese Nabenmotoren erst bei ca. 150 - 200 U/min.
Das heisst das Getriebe müsste den Unterschied der Rotordrehzahl bei sagen wir 2,5m/s
(ca. 15/min) und 150U/min ausgleichen um bei ca. 2,5m/s den Ladebeginn zu ermöglichen,
also ein Getriebe von ca. 1/10.

Bei 2 m² Rotorfläche braucht es nicht viel Wind, um die 0,4 kW zu erzeugen.

Ich nehme mal an du meinst 4m². :)
Bei einem angenommenen Rotorwirkungsgrad von 20 % und einem Generatorwirkungsrad von 80%
müsste der Wind bei 4m² mit ca. 10,5 m/s blasen um 400 Watt Abgabeleistung zu erzeugen.
Das ist schon ne Menge und wird eher selten und auch dann nicht lange anliegen.

Grüsse

Bernd
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Re: Wirtschaftlichkeitsberechnung

Beitragvon Wilfried » Fr 1. Jan 2010, 23:52

Ja klar, 2x2=4 m² - vor lauter Euphorie vergesse ich schon meine Rotormaße, gut dass Du da manchmal auf die Bremse trittst :lol:

Meinst Du nicht, dass bei wenig Laststrom die Generatorspannung höher liegt, im Leerlauf sogar über 36 Volt, auch bei niedrigen Drehzahlen?

Gruß
Wilfried
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Re: Wirtschaftlichkeitsberechnung

Beitragvon Bernd » Sa 2. Jan 2010, 00:42

Nein ganz im Gegenteil, die Spannungen die ich nenne beziehen sich immer auf den Leerlauf ohne Last.
Mein Nabenmotor ist genau so ein typischer mit 36 Volt und 250 Watt, Direktläufer bürstenlos
ohne Getriebe (alles andere würde ich nicht in Erwägung ziehen für längerfristigen Einsatz.)

Also mein Nabenmotor erzeugt ca. 1,4 Volt Leerlaufspannug pro 10 U/min.
28 Volt würden also bei 200 U/min anliegen, ohne Last versteht sich !

Man kann meistens von der Faustformel ausgehen das ein Permanentmagnetmotor als Generator
eingesetzt nur 2/3 der ausgewiesen Nennspannung bei Nenndrehzahl erzeugt.
Bei meinem Generator kommt das sehr gut hin, der hat als Motor bei 36 Volt eine Nenndrehzahl
von 170 U/min.
Als Generator eingesetzt erzeugt er bei 170 U/min ca. 23,8 Volt Leerlaufspannung und das ist
für einen günstigen "Windradgenerator" mit 0,5 Ohm Phasenwiderstand schon extrem viel.
Es gibt keinen günstigeren Generator (mit so geringen Innenwiderstand) der bei so geringen Drehzahlen
schon so hohe Spannungen liefert und selbst das reicht hier noch vorn und hinten nicht ohne Getriebe.

Falls du daran denkst ohne Getriebe auszukommen bleibt nur der Selbstbau eines grossen Generators
mit einem Teilepreis etwa um die 1000 Euro. Das würde ich für unangemessen halten und dann doch
lieber auf ein Getriebe setzen.

Hier noch was zum Nachlesen: viewtopic.php?f=8&t=156

Grüsse

Bernd
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Re: Wirtschaftlichkeitsberechnung

Beitragvon CAD&Co » Sa 2. Jan 2010, 09:39

Hallo Wilfried,

die Kosten für den Rotor sollten wir bei einer Überarbeitung der Konstruktion in hinsicht auf eine kleine Serie bestimmt senken können.
Ich habe Kontakte zu Aluprofil-Fertigern, die könnten für den Vorderteil des Flügels für unter 1000€ ein Extrusionswerkzeug bauen.
Dann kommt der Flügel als Meterware günstig aus Alu. Der Rest sollte in hinsicht auf günstige Fertigungsmethoden beleuchtet werden.
Wenn dazu Interesse besteht könnten wir uns mal zusammensetzen.

Gruß

Norbert
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