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Hallo Leute

Es geht um das Projekt eines bewusst klein und einfach gehaltenen Miniwindrades.

Ich habe heute und gestern diverse Test mit einem 60cm Durchmesser messenden 3 Flügel Vertikalrotor
durchgeführt. Ich habe dazu an einen Shimano DH-3N71 Nabendynamo drei Tragarme montiert, an deren
Enden ich beliebige Rotorblätter platzieren kann. Unter anderen kam ich dabei zu der Erkenntnis
das es selbst bei dem dürftigen "Zimmerwind" aus 2 Tischventilatoren möglich ist einen 12V Akku
mit Hilfe dieses Rotors, der mit Cansteinflügelblättern bestückt war, zu laden. Ich hab das unter anderen
an einem 12V 7,2Ah Bleiakku ausprobiert. Der Ladestrom war allerdings zugegebener maßen sehr gering
aber immerhin war Ladestrom schon bei diesen geringen Windstärken messbar. In der Realität und kräftigeren
Wind sollte es also durchaus möglich sein damit auch 12V Akkus, wenn auch langsam, zu laden.
Es stellte sich bei meinen Tests auch heraus das, wie man es auch erwarten konnte, der Ladebeginn bei
einem Akku mit 6V oder 4,8V schon bei geringerer Windstärke einsetzt.



Was ich euch aber eigentlich berichten wollte ist, das ich heute einen Vergleichstest an diesem 60cm
Rotor zwischen einer Bestückung mit 3 Canteinrotorblättern und 3 Darrieusrotorblättern durchgeführt habe.
Die Darrieusrotorblätter sind CNC gefertigte NACA0018 Profile von bester Qualität mit einer Tiefe von 10cm die
mir freundlicherweise unser Forenmitglied Tobi für Versuchszwecke angefertigt hat.
Bei einem früheren Test an einem 50cm Rotor zeigten sich leider nur mässige Werte für die mechanische
Abgabeleistung des Darrieusrotors. Ein "Grundlagensammler" aus dem Kleinwindforum nannte mir dann auch seine
These warum die Leistung nur so mässig wäre, die Blätter wären nämlich zu gross für den 50cm messenden
Rotordurchmesser. Folglich müsste das Ergebnis an dem nun auf 60cm vergrösserten Rotordurchmesser ja
schon etwas besser ausfallen...



Ich hatte also die Cansteinrotorblätter gegen die Darrieusrotorblätter ausgetauscht. Als ich die Ventilatoren
anschaltete gab es wie erwartet keinen Selbststart des Darrieusrotors, auch nicht auf Ventilatorstufe 3. (Mit
Cansteinblättern startet der Rotor selbststätig bei Ventilatorstufe 1 ) Ich habe dem Rotor also einen Schubbs
gegeben aber er blieb Sekunden später wieder stehen. Dann habe ich den Rotor manuell bis auf zuletzt über
200 U/min beschleunigt und man soll es nicht glauben, nicht mal dann war der Rotor in der Lage die internen Verluste
des (relativ leicht laufenden und unbelasteten !!) Nabengenerators zu überwinden und von alleine weiter zu laufen,
geschweige denn elektrisch nutzbare Leistung zu erzeugen. Nach wenigen Sekunden bremste der Rotor immer
weiter ab und blieb letztendlich vollends stehen ! Was für eine Enttäuschung ist dieses Darrieusprinzip für mich !!

Der gleiche Rotor mit den Cansteinblättern bestückt drehte von alleine an (sogar wie gesagt bei Ventilatorstufe 1) und
beschleunigte zügig und gab bei dem schwachen Zimmerwind immerhin 0,46W an elektrischer Leistung ab. Den Rest
der Leistung "genehmigten" sich die Generatorverluste die bei geringen Windstärken/Rotationszahlen in einem ungünstigen
Verhältnis zur erzeugten Leistung stehen.

Abschliessend zusammen gefasst kann man sagen das mit dem Darrieusprinzip bei geringen Baugrössen und geringen
Windgeschwindigkeiten nicht allzuviel bis gar nichts anzufangen ist. Der 60cm Darrieus Versuchsrotor brachte ein
wirklich miserables Ergebnis, nämlich weniger als nichts, er musste angeschoben werden und dreht selbst dann nicht von alleine weiter.
Evtl. würde sich das Ergebnis des Darrieus verbessern wenn man sehr starken Wind zur Verfügung hätte, aber wann hat man
das schonmal ? Mit einem extrem leichtgängigen (eisenlosen) Generator könnte das Ergebnis des Darrieus auch besser aussehen.

Der selber 60cm Rotor mit den Cansteinblätten bestückt konnte aus genau dem gleichen "Versuchswind" soviel Leistung ernten,
das damit nicht nur die Verluste des einfachen Dynamogenerators ausgeglichen werden konnten, zusätzlich war
auch schon ein bisschen elektrische Abgabeleistung verfügbar.

Beste Grüsse

Bernd

Hi Bernd,

Mir brichts jedesmal das Herz wenn ich immer wieder mit ansehen muß
das die 3 Flügel nur für Negativbeispiele taugen. Schluchts.
Ich denke aber einfach auch das wohl der Darrieus mehr als oft beschrieben
auf verwirbelungsfreie Luft angewiesen ist. Versuchs doch mal draussen,
wenigstens noch einmal, für mich! Heul!

Gruß
Tobias

lool... Tobi für dich tue ich alles. Wenn wieder genug Wind draussen da ist für einen Test
dann probier ich es, aber ich kann Dir auch jetzt schon sagen wie das Ergebnis vermutlich aussehen
wird..

Mir liegt auch keineswegs daran das Darrieusprinzip in Frage zu stellen, immerhin wollte ich so einen
Rotor in meiner Anfangsphase der Windradbgeisterung mal bauen, aber es müssten sich auch mal
langsam positive Merkmale zeigen. Ich zähle nur Tatsachenberichte auf und füge weder etwas
hinzu noch lasse ich Erkenntnisse weg oder schöne etwas zu Gunsten des C- Rotors.
Das was ich schrieb ist bittere Realität. Langsam glaube ich nicht mehr an die tollen Wirkgungsgrade
die uns die Windbranche für das Darrieusprizip nennt....

Ich werde aber für dich das Ding nochmal in den "Sturm" stellen sobald mal wieder etwas mehr Wind
draussen weht. Du vermutest ja das es am turbulenten Wind aus den Ventilatoren liegt, das heisst
ich müsste nur auf Wind von 3 oder 4 m/s warten um zu sehen ob "Echtwind" bessere Ergebnisse am
Darrieus Prüfrotor hervorbringt.

Ich glaube aber das es vielleicht die Tatsache ist, das der Darrieus nur ein sehr kleines Drehmoment
erzeugt, was nicht gut zu dem Leerlaufmoment des Nabendynamos passt. Im Grunde scheinen Darrieus
Rotoren fast zwingend eisenlose Generatoren zu benötigen, besondern wenn sie von alleine starten sollen.

Grüsse

Bernd

Bernd: Unter anderen kam ich dabei zu der Erkenntnis
das es selbst bei dem dürftigen "Zimmerwind" aus 2 Tischventilatoren möglich ist einen 12V Akku
mit Hilfe dieses Rotors, der mit Cansteinflügelblättern bestückt war, zu laden. Ich hab das unter anderen
an einem 12V 7,2Ah Bleiakku ausprobiert. Der Ladestrom war allerdings zugegebener maßen sehr gering

Welche Gleichrichterschaltung hast Du verwendet ?
Einfach (z.B. Schottky Graetz-Brücke), oder mit Spannungsverdopplung ?

http://www.jogis-roehrenbude.de/Bastels ... askade.htm
Würd mich interessieren, ob es einen Unterschied ausmacht..

Knuffi meine bisherigen "Erkenntnisse" entstammen der Gleichrichtung durch einen klassischen,
selbstgebauten Brückengleichrichter aus Schottky "die Hoden" mit einem 4700µF Kondensator am
Ausgang des "gleich riecht er`s ".
Ich finde deine Nachfrage aber sehr gut. Ich wollte sowieso schon die simple Verdopplerschaltung
ausprobieren die Carl schon im real live auf cran Canaria nutze.
Meine Einschätzung ist aber, das der Generator bei meinem "Zimmerwind" auch durch diese
Verdopplerschaltung nicht viel mehr Leistung in den Akku "drücken" kann. Ich hoffe aber das
dadurch der Ladebeginn in geringere Drehzahlen verlagert werden kann.

Ich glaube morgen teste ich das mal.

Grüsse

Bernd

Die Leistung die du in den Akku bekommst kann logischerweise nicht höher werden bei der Verwendung des Spannungsverdopplers, der Ladebeginn und damit die erreichbare Ladung des Akkus wird aber früher möglich sein, weil die verdoppelte Spannung des Generators ja schon früher die Akkuspannung übersteigt.
Im Prinzip ist der Spannungsverdoppler wie ein kleines Getriebe mit einer Übersetzung von 1:2. Doppelte Spannung, allerdings nur halber Strom.
Sehr gut in dem Zusammenhang (hab ich glaub ich damals schon beim entsprechenden Thread gesagt) ist daß nur 1 Diode pro Halbwelle im Stromfluß liegt. Dadurch bleibt z.B. von 6V am Generator bei einer Schottky Diode etwa 5,5V übrig und das mal * 2 sind schon 11V.
Ein Brückengleichrichter mit 2 Dioden hat hingegen nur noch 5V und verliert damit in der Energiebilanz, weil auch die doppelte Verlustleistung am Gleichrichter anfällt (2 Dioden im Stromfluß), bei 1A macht das schon 1W Verluste gegenüber 0,5W beim Verdoppler. Auch wenn die Kondensatoren beim Verdoppler noch kleine Verluste bedeuten denke ich daß in Summe der Brückengleichrichter mehr Energie verheizt.

Den Ladekondensator kann man sich beim Brückengleichrichter eigentlich sparen, solange keine echte Ladeschaltung zum Einsatz kommt, weil der Akku auch wie ein Kondensator wirkt. Im Gegenteil, bei höheren Frequenzen = starkem Wind erhöhen sich die Verluste am Kondensator wegen des Serienwiderstandes, wer auf Nummer sicher gehen will verwendet also mehrere kleinere Kondensatoren oder Low-ESR Typen.

Bei der Verdopplerschaltung gilt natürlich das gleiche, allerdings können die Kondensatoren umso kleiner ausfallen je mehr Wind im Durchschnitt da ist.

Welche Frequenz hat eigentlich der Wechselstrom aus dem Nabengenerator bzw. wieviele Impulse hat man pro Umdrehung?

Die Leistung die du in den Akku bekommst kann logischerweise nicht
höher werden bei der Verwendung des Spannungsverdopplers

Jein. Das ist vielleicht etwas zu einfach gedacht, denn durch die doppelte Spannung sollte der
Ladebeginn früher einsetzen und damit der Generator, je nach anliegender Windgeschwindigkeit,
evtl. in einem energetisch optimaleren Drehzahlbereich arbeiten können, was am Ende dann
doch etwas mehr Leistung bedeuten kann, plus die eingesparten Diodenverluste.

Man mus bei einem durch Wind angetriebenen Generator auch den Umstand berücksichtigen,
das selbst bei konstanter Windgeschwindigkeit die Spannung je nach Strombelastung
des Generators schwankt. Man muss sich den Generator (auf eine bestimmte Windgeschwindigkeit
bezogen) eher als eine "Konstantleistungsquelle" vorstellen, bei der das Produkt aus variablem Strom
und variabler Spannung je nach Belastung immer in etwa die gleiche Leistung ergibt. Stimmt zwar
nicht ganz weil der Innenwiderstand des Generators immer gleich bleibt, aber den lasse ich mal
bewusst unberücksichigt.

Der von mir eingesetze Shimano Nabendynamo erzeugt 14Hz pro Umdrehung, also 28 Rastungen
an denen jeweils eine positive oder ein negative Halbwelle entsteht.

Grüsse

Bernd

Ist natürlich logisch, hab ich auch so geschrieben, ist aber irgendwie nicht optimal rübergekommen.
14Hz/Umdrehung, das bedeutet schon 1,4kHz bei 100 Umdrehungen. In dem Bereich fängts schon an, daß man wie erwähnt auf den ESR des Kondensators achten sollte.
Andererseits: Je höher die Frequenz, desto kleiner kann der Kondensator sein, weil er sich in der Zeit, in der der andere Kondensator geladen wird nicht so start entlädt wie bei einer niedrigeren Frequenz.

Interessant wäre auch der Bau eines aktiven Gleichrichters (mit Mosfet Transistoren), so könnte man die Flußspannung und damit Spannungs- und Leistungsverluste noch weiter minimieren.
Werd mich mal in der Richtung schlau machen.

14Hz/Umdrehung, das bedeutet schon 1,4kHz bei 100 Umdrehungen.

100 Umdrehungen in der Sekunde, ich hoffe da kommen wir nie hin Jürgen.
Du hast dich glaube ich mit den Maßeinheiten vertan. Du meintest sicher 100 U/min
des Rotors und da wären es dann erst 23 Hz.

Ich habe gerade einen Vergleichstest zwischen einen Brückengleichrichter aus Schottkydioden und
einer so genannten "Verdoppler- oder auch Diodensparschaltung" durchgeführt. Es wurden jeweils
10 Stück Mignonakkus gleichzeitig geladen. Bei der Diodensparschaltung waren die Akkus in zwei
Gruppen a 5 Akkus aufgeteilt, die gleichzeitig geladen wurden.

Ladewerte mit Brückengleichrichter und Diodensparschaltung:

Ventialtorstufe 3 Ladestrom bei beiden Gleichrichtervarianten identisch.
Ventialtorstufe 2 Ladestrom mit Verdopplerschaltung 1,3 mal höher als mit Brückengleichrichter.
Ventialtorstufe 1 Ladestrom mit Verdopplerschaltung 14 mal (!) höher als mit Brückengleichrichter.

So wie wir es erwartet haben, sinkt die Ladebeginndrehzahl des Rotors kräftig nach unten ab.
Das heisst das auch schon bei wenig Wind die 2 x 6V Akkus geladen werden. Es steigt nicht
die Leistung an, aber der Ladebeginn setzt früher ein. In Summe landet dann bei Durchschnittswind
doch wieder mehr Energie im Akku. Es sei dazu gesagt das bei geringer Windstärke trotz frühen
Ladebeginns nicht sehr viel Leistung in den Akku hinein kommt, das liegt einfach
daran der der Wind nur wenig Energie anliefert. Aber Kleinvieh macht auch Mist. Gerade für
unser geplantes, einfaches Projekt ist das schon vorteilhaft.

Fazit:
Bei kräftigen Wind gleiche Ergebnisse, bei geringen bis mittleren Wind geht die Siegerkrone
ganz klar an die Verdopplerschaltung.

Hier eine Abbildung aus Wikipedia wie so eine Verdopplerschaltung aufgebaut ist:
Statt der eingezeichneten Kondensatoren muss man sich die beiden Akkuhälften vorstellen.



Grüsse

Bernd

Und noch einen hinterher geschoben, weils so schön war .

Ich habe nochmal mit 10 entladenen Mignonakkus getestet.
Der Ladebeginn mit der Verdopplerschaltung liegt nun bei (und man staune) lediglich
ca. 30 U/min des Rotors. Allerdings fliessen dabei erst wenige mA im einstelligen Bereich.
Bei "Stufe 3 des Zimmerwindes" sind es dann 49 U/min und ca. 0,75W Abgabeleistung in
den Akku. Mehr ist dann nur unter Realbedinungen zu holen.

Mich freut auf jeden Fall sehr, das sich das alles bei so geringen Drehzahlen abspielt, denn
dann hat man die wenigsten Probleme mit Fliehkräften etc. Mit Brückengleichrichter waren
es statt der 49 U/min bei der Verdopplerschaltung, dann 71 U/min. Man sieht also sehr schön
das mit Brückengleichrichter ein stärkerer Wind blasen muss.

Kann mir jemand einen Nachteil der Anwendung der Verdopplerschaltung für unsere Windrad
Akkuladung gegenüber dem Brückengleichrichter nennen ? Ich sehe im Augenblick nämlich
keinen und es kommt mir fast zu schön vor.

Grüsse

Bernd