H-Darrieus Eigenbau

H-Darrieus Eigenbau

Beitragvon Meffi » Mo 12. Nov 2018, 16:27

Moin liebes Forum!

Ich plane derzeit einen H-Darrieus im Eigenbau aufzustellen. Ziel des ganzen ist es die Technik der Windkraft zu verstehen und natürlich als unterstützende Energiequelle in der dunkleren Jahreszeit.

Mein Wissensstand:
Ich bin Elektrotechnikingenieur der sich auf Akustik spezialisiert hat. Daher würde ich sagen: ich habe zwar erstmal grundsätzlich keine Ahnung von Windrädern und auch mit der entsprechenden Elektronik habe ich mich seit dem Studium nicht auseinandergesetzt, aber ich wage mal zu behaupten das mein technisches Verständnis recht gut ist und ich bin lernwillig!

Derzeitiger Stand des Projekts:
- Gesetzliche Rahmenbedingungen zur Aufstellung sind bekannt, daher wird der höchste Punkt des Windrades 10 meter betragen. Bis dahin ist ein Windrad in Gewerbegebieten genehmigungsfrei.
- Der Ort der Aufstellung ist leider eher ungünstig, da es mitten im Wald ist. Daher erwarte ich keine großen Erträge. Im Folgeprojekt soll es dann natürlich höher als die Bäume werden. Es ist zwar mitten im Wald, aber auf einer recht großen Wiese.
- Bei der Rotorgröße bin ich noch unschlüssig, im zweifelsfall eher größer.
- Mit der Energie sollen ein paar Batterien mit 12 V geladen werden.
- Grundsätzlicher mechanischer Aufbau ist mir klar, es fehlen aber genaue Pläne. Diese werde ich später einstellen. Nur bei dem Rotorprofil bin ich noch unsicher.
- Der grundsätzliche elektrische Aufbau ist leider noch ein bisschen unklar, speziell die Generatorauswahl.

Daher habe ich derzeit zwei wichtige Fragen:
1. Das Rotorprofil.
Leider habe ich gerade eben festgestellt, dass mein bisher bevorzugtes Profil nicht mehr bei e-bay verfügbar ist. Es handelte sich dabei um dieses Angebot: https://www.ebay.de/itm/Windrad-Flugelp ... x-_VNvHNIQ
Nunja, es ist ja leider nicht mehr verfügbar... also was gibt es für Alternativen? Ich würde ein fertiges Profil aus Aluminium bevorzugen, bin aber auch offen für andere Techniken. Speziell GFK sieht auch sehr interessant aus, würde ich aber eigentlich lieber als Folgeprojekt versuchen, da ich dann höchstwahrscheinlich mehrere Windräder aufbauen will. Des weiteren liebäugele ich bereits mit einer Helix Variante, würde aber der Einfahheit halber beim ersten Windradprojekt auf die Helixform verzichten.
Genauer gesagt sind die Fragen:
1.1 Welches Rotorprofil ist empfehlenswert?
1.2 Wie groß sind die Unterschiede zwischen den Profilen?
1.3 Wie lang sollten die Profile sein? Bisher denke ich an mindestens 1 meter, eher 2 meter.
1.4 Wie kann ich das entsprechende Profil selber bauen oder wo kann ich es kaufen?
1.5 Wie hängt das Profil, die Länge des Profils und der Rotordurchmesser zusammen? Gibt es gewisse Leistungsmaxima bei der Auslegung?

2. Der Generator.
Hier kommt mir bisher der Eigenbau eines Scheibengenerators am sinnvollsten vor, lasse mich aber auch gerne vom Gegenteil überzeugen. Was mir am Generator noch nicht ganz klar ist, nach welchen Aspekten ich den auslegen soll. Er soll ja zum Windrad passen, aber wie kriege ich mathematisch heraus das es zueinander passt? Gibt es nicht eine verdammt große Schwankung aufgrund der unterschiedlichen Windstärken?
Genauer gesagt sind die Fragen:
2.1 Wie kann ich mathematisch bestimmen wie ich den Generator passend zum Windrad auslege?
2.2 Wie muss ich dann entsprechend einen mppt Laderegler dazu auswählen? Ich kann recht gut programmieren, von daher könnt ich mir auch vorstellen sowas mit einem Raspberry-Pi oder Arduino selbst zu bauen.
2.3 Gibt es auch gute Generatoren zu einem bezahlbaren Preis? Ich gebe gern etwas mehr Geld für gute Qualität aus, es sollte dann aber erheblich besser sein als ein Scheibengenerator im Eigenbau.

Das sind erstmal die beiden wichtigsten Fragenbereiche für das vorankommen des Projekts. Über die Sturmsicherung hab ich mir noch wenig Gedanken gemacht, sehe das aber auch als nicht so schwierig an. Zum einen den Generator in den Kurzschluss, zum anderen eine elektronisch gesteuerte, mechanische Bremse. Ist das Windrad einmal im Stillstand, sind die Kräfte vermutlich überschaubar.

Vielen Dank fürs lesen! Ich freue mich sehr auf eure antworten :)
Meffi
 
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Re: H-Darrieus Eigenbau

Beitragvon herbk » Mo 12. Nov 2018, 19:59

Hi Meffi,
erst mal ein herzliches Willkommen im Forum.

Vor gut 5 Jahren hatte ich mir auch mal vorgenommen mich etwas intensiver mit dem H-Darrius zu beschäftigen und auch eine ganze Zeiit lang getan. Das interesse ist dann etwas abhanden gekommen, weil die windbedingten Wartepausen zwischen den möglichen Messungen meine Geduld überfordert haben... Ich habe mich dann mehr dem C-Rotor hingegeben. :)

Deshalb als erstes mal eine Gegenfrage: wie Windig ist es bei Dir? Der Darrius ist diesbezüglich ein Sensibelchen. Viele Deiner Fragen haben wir schon intensiv diskutiert und einiges, z.B. die Profilfrage, ist auch mit Messwerten dokumentiert, weshalb ich auf ein paar Beiträge verweise die für Dich aufschlussreich sein könnten:

http://www.daswindrad.de/forum/viewtopic.php?f=3&t=579
http://www.daswindrad.de/forum/viewtopic.php?f=3&t=2171
http://www.daswindrad.de/forum/viewtopic.php?f=3&t=2007


1.3 Wie lang sollten die Profile sein? Bisher denke ich an mindestens 1 meter, eher 2 meter.


Ich denke mal Du meinst "wie lange sollte der Flügel sein"... Windmühlen egal welcher Bauart haben Flügel. Ein Flügel hat Länge, Tiefe und Dicke. Ich mach noch ein Bild mit der Zuordnung, bitte daran halten, damit wir jeweils vom Gleichen reden. ;)
Grundsätzlich kann ich der Aussage zur Flügellänge aber nur Zustimmen: länger ist besser. Jeder Flügel hat an seinem Ende einen Bereich der keinen Auftrieb mehr bringt. Bei einem 2m Flügel wirken vielleicht nur 1,6m tatsächlich. Wie gross der Randwirbelbereich genau ist, hängt aber von etlichen Faktoren ab, insbesondere vom Längen / Tiefen / Dickenverhältnisses sowie der Flügelendengestaltung.


1.4 Wie kann ich das entsprechende Profil selber bauen oder wo kann ich es kaufen?

Zu Kaufen gibt es da nichts wirklich vernünftiges so viel ich weiß. Zum Selberbauen müsstest Du uns wissen lassen wo Deine Handwerklichen Fähigkeiten so liegen... ;)


Auch zum Generator möchte ich Dir empfehlen einige Beiträge im entsprechenden Forum zu lesen denn auch hier sind die meisten Deiner Fragen schon beantwortet oder zumindest angesprochen.

Das wichtigste ist aber auch beim Generator: wie viel Wind weht üblicherweise dort wo das Windrad steht? selbst gemessen, nicht aus irgend einer Karte. ;)

Ohne spezielle Regelung wirst Du mit einem Darrius nicht glücklich, da bin ich überzeugt von.

Ich kann recht gut programmieren, von daher könnt ich mir auch vorstellen sowas mit einem Raspberry-Pi oder Arduino selbst zu bauen.


Ich habe mir immer gewünscht dass das mal wer hier schreibt.. :D :D
Der H-Rotor lässt sich recht leicht durch etwas zu viel Leistungsentnahme so stark abbremsen dass der Rotor (fast) stehen bleibt. Ich hatte mir mal eine einfache Regelung für den Arduino programmiert, welche die Spannung misst und entsprechend dem unterschied zweier aufeinander folgenden Messwerte die mögliche Stromentnahme senkt oder anhebt.


Edit: ach ja vergessen: in den Grundlagen gibt es auch Tabellen Berechnung möglicher Leistung von Rotoren und Generatoren.
Dateianhänge
fluegel.jpg
fluegel.jpg (61.6 KiB) 941-mal betrachtet
Zuletzt geändert von herbk am Di 13. Nov 2018, 19:10, insgesamt 2-mal geändert.
Gruß Herbert
herbk
 
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Re: H-Darrieus Eigenbau

Beitragvon Ekofun » Di 13. Nov 2018, 13:52

Guten Tag Meffi,

auch von mir,willkommen ins unsere Forum!

Meffi hat geschrieben:2.3 Gibt es auch gute Generatoren zu einem bezahlbaren Preis? Ich gebe gern etwas mehr Geld für gute Qualität aus, es sollte dann aber erheblich besser sein als ein Scheibengenerator im Eigenbau.


Bessere Generator als Dualscheibengenerator nach meine Wissen gibt es nicht,weill er keine Rastung hat,leuft sehr leicht an.Bei Eisengeniss gibt es Rastung und Anlauf ist schwirig,Windrad muss diese Rastung überwinden.
Dualscheibengenis sind sehr gut,sind aber teurerer weill sie brauchen viel Magneten,Eisengenis deutlich weniger weill sie haben überlapende Wicklung.
Zur Zeit mache eine Geni aus Waschmaschiene Motor,er ist günstig weill er hat 48 Nuten so braucht weniger Drehzahl,hat 8 Pole pro Fase.Und braucht nur 16 Magneten.Aber Rastung wird dabei,werde messen wenn er fertig ist.
Wenn man ohne Übersezung auskommen will soll Stator viele Nuten haben um viele Pole bekommen ,bei Scheibengeni viele Spulen pro Fase.Je mehr Spulen iet erforderliche Drehzah für bestimmte Spanung kleiner.Leider erhöht sich auch Magnetzahl .Und Magneten sind teuersste Teil eines Geni.
Also Geni soll möglichsst viele Spulen haben und Drahtquerschnit soll größer sein um Innenwiederstand sehr klein zu haben,wenn man Akkus laden will.
Mathematisch kann man das hinbekommen,auch Windrad und Geni aufeinander anzupassen.Man braucht gewünschte Leistung und Drehzah bei dem diese Leistung erreicht wird.Natürlich auch Windgeschwindikeit bei dem diese Leistung ereicht wird.
Mit Flügelprofilen bin nicht gut,mache Flügel nach Zeichnungen aus Buch,meistenss mache Savoniusrotoren.

Grüße,Ekofun
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Re: H-Darrieus Eigenbau

Beitragvon Bernd » Di 13. Nov 2018, 19:18

Hallo Meffi,
als Profil würde ich niemals ein extrem asymetrisches nehmen, wie du es mit dem GOE bislang favorisiert hast.
"Erfahrungswerte" die man horizontalen Windrädern gewonnen hat kann man nämlich nicht 1:1 auf einen Darrieus übertragen.
Ein Profil das recht gut an horizontalen funktioniert muss das am Darrieus nicht zwagsläufig ebenso machen.
Ich würde ein fast symetrisches Profil einsetzen, wie z.B. das Delfter Profil das extra für Darrieusanwendungen entwickelt wurde und
bei diversen Tests durch Forenmitglieder sehr gut funktioniert hat.
Dabei die "Auftriebsseite" zum Rotorinneren hin montieren.

Für die Auslegung des Generators würde ich den Flächeninhalt des Windrades (vom Wind aus gesehen, also Höhe mal Breite) nehmen und
dann mit einem Wirkungsgrad von ca. 20 - 30% rechnen.
Nicht zuviel denn hohe Wirkungsgrade sind zumeist Wunschdenken und selten zu realisieren.
Dann musst du Dir noch eine maximale Windgeschwindigkeit überlegen bis zu der dein Windrad Energie liefern soll.
Bei höheren Windgeschwindigkeiten sollte das Windrad dann kontrolliert gebremst werden um Beschädigungen durch die auftretenden
Fliehkräfte und Überspannungen zu vermeiden.

Ich möchte deine Euphorie aber etwas bremsen, denn ich befürchte das aus deinem genannten Standort nur sehr wenig an
Windernte heraus zu holen sein wird. Man muss sich ehrlich eingestehen das zwischen einem guten und einem schlechten Standort
sicher mal locker die Erntemenge um den Faktor 10 wenn nicht mehr schwanken kann.

Das wichtigste beim Darrieus ist ein leichter Anlauf und eine gute Steuerung der Lastentnahme damit Überbremsen verhindert wird.
Genauso wichtig ist die Verhinderung von Überdrehzahlen.


Grüße

Bernd
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