Teil 2: Auswahl des Generators

[MaRiJonas]

Hallo,

mein Ziel ist es mit einem etwa 1kW (bei 12m/s) Windkraftrad etwa 500 bis 1000 kWh zu erzeugen.

Als sinnvoller, kostengünstigen Wechselrichter mit breitem Eingangsspannungsbereich wähle ich den Power-One 3.0.
Der kann von 50 - 530V alles ab, wenn ich das richtig verstanden habe.

Die zweit schwierigste/teuerste Komponente ist ja der Generator, wenn ich das richtig beurteile. Hier habe ich ein interessantes Modell von Maurer Elekltromaschinen gefunden:

http://www.maurelma.ch/shop/index.php?cat=WG08&product=400009&sid3F88C60A238949AAA21F3C2BAAA683EF=0c1ad77809fa92522832efe6198bfc6c

Hier das Datenblatt:

http://www.maurelma.ch/Produkte/Generator/Manual_1800W_TDZG.pdf

Der Preis liegt bei etwa 1400 Euro.
Er leistet 1800 Watt bei etwa 520 U/min bei 350V Ausgangsspannung.
Die 1000 Watt erreicht der Generator bei 320 U/min und 210 Volt.
und erreicht die 50V Eingangsspannung bei etwa 60-70 U/min.
Die für den Wechselrichter nötige Einspeisespannung von 50 Volt bringt er ab etwa 60 U/min.

Jetzt Mal checken, was für ein Windrad dafür nötig wäre.

Ein Widerstandsläufer mit Vertikalachse mit einem Durchmesser von 1,5 Metern macht nach meinen Berechnungen, wenn er genau mit der Windgeschwindigkeit läuft bei 5 -15 m/s Windgeschwindigkeit 60-180 U/min. Wenn man davon ausgeht, dass er nur 60% der Geschwindigkeit erreicht, muss der Durchmesser auf 1m reduziert werden.

So gesehen ist der Generator, wenn auch schön, da bürstenlos, nicht ganz der passende und etwas teuer.

Gibt es noch langsamer drehende Generatoren, die etwas günstiger sind, vielleicht so um die 1000 Euro?

Vielen Dank

Richard

[Bernd]

Wie wäre es mit einem eisenlosen Generator mit Übersetzung ?
Da wüsste ich eine passende Kombination.

Generatoren für sehr langsame Drehzahlen sind leider meist sehr teuer und bei einem Widerstandsläufer
kommt man über 1m Durchmesser kaum mehr ohne Getriebe aus.,
Darrieusrotoren drehen schneller, benötigen aber am besten eisenlose Generatoren um leicht anlaufen zu können.

Grüsse

Bernd

[MaRiJonas]

Wie wäre es mit einem eisenlosen Generator mit Übersetzung ?
Da wüsste ich eine passende Kombination.

Welche Kombo wäre es denn? Ich bin für alle Vorschläge offen, auch wenn es mit Getriebe nicht ganz so elegant ist.

[Bernd]

Ich dachte an das mittlere Modell des Kleinwindanlagen Shops
Diesen Generator durfte ich schon selber ausprobieren und testen.
Es gibt dazu auch einen Beitrag hier im Forum.

Mit entsprechender Auslegung der Spulendrahtdicke und Windungszahl würde er z.B. 30 Volt bei 100 U/min
erzielen, das bei einem Innenwiderstand von ca. 2 Ohm.
Mit einem 1:5 Getriebe würden dann 60 Volt bei 40 U/min anstehen.
Das ist jetzt nur ein Beispiel für die mögliche Übersetzung.

Bei 200 Windradumdrehungen würde der Generator dann mit 1000 U/min rotieren, was ich bei entsprechender
Auswuchtung und Fixierung der Magnete noch für ok halten würde.
Bei 1000 U/min des Generators stehen dann ca. 300 Volt an. Das passt gut zum Aurora für Maximalleistung.

Der Generatorbausatz kostete zuletzt 400 Euro. Es ist ein eisenloser wodurch du bis auf die Schwergänigkeit
der Übersetzung einen guten Leichtlauf erzielen würdest.

http://kleinwindanlagen.de/Shop-KWK/index.php?a=74

Grüsse

Bernd

[MaRiJonas]

Vielen Dank für den Tipp!

Da steht in den Daten etwas von 300-400W Leistung?! Ist das verhandelbar?
Ansonsten eignet er sich ja eher für den Windmaster 500.

Gruß, Richard

[Bernd]

Die Leistungsangabe bezieht sich auf die Nutzung an einem Bleiakku.
Das ist die Nutzungsform bei der ein Generator naturgemäß die geringste Leistungsabgabe erreicht.
Der Grund ist das der Akku die Spannung festnagelt und eine Leistungserhöhung fast nur noch über
eine Stromerhöhung zustande kommen kann und genau das begrenzt die maximale Leistung und erhöht
die Verluste dramatisch.

An einer Last die die Spannung gleitend nutzt, wie einem Wechselrichter, sind weit höhere Leistungen möglich.
Zusätzlich steigert eine höhere Drehzahl die Leistung abermals.

In meinem Beispiel mit 2 Ohm Innenwiderstand, 1000 U/min und 300 Volt entstehen bei der Entnahme von
1,5 kW im Generator nur 1/4 der Verluste wie beim Laden eines Bleiakkus bei 200 U/min mit 300 Watt !!!
Nur 1/4 !!

Die ohmschen Verluste bei 1,5 kW Entnahme (300 Volt und 5 Ampere) errechnen sich zu:
P = I² * R
P = 5² * 2
P = 50 Watt

Den 1500 abgegebenen Watt stehen nur 50 Watt ohmsche Verluste in den Spulen gegenüber.
Ich weiss das klingt ungalublich, ist aber dennoch wahr.
Es bedeutet auch das bei 1500 Watt längst noch nicht Schluss sein muss.
Einzig die Drahtdicke begrenzt dann den möglichen Strom.

Grüsse

Bernd

[MaRiJonas]

Hallo Bernd,

vielen Dank für Deine tollen Erklärungen. Das ist sehr gut nachzuvollziehen. hab ich ja hier im Forum schon öfters gelesen.
Jetzt weiß ich auch warum. Ja, das ist bei mir auch schon etwas länger her, als ich das alles Mal gelernt und verstanden habe.
Das ist dann wohl auch der Grund warum Generatoren einen verhältnismäßig schlechten Wirkungsgrad (um die 80%) haben.

Also Spannung hoch heißt die Devise!!! Und möglichst Drehzahl hoch.

Ab welcher Geschwindigkeit geht denn so ein Darrieus ab? Ist der TSR (was heißt das eigentlich ausgeschrieben?) eigentlich konstant? Der Auftrieb steigt doch sicherlich nicht linear.
Gibt es dazu Messungen, Diagramme?

Gruß

Richard

[Bernd]

Hallo Richard,
das TSR ist das "Tip speed ratio" oder zu gut deutsch die Schnellaufzahl bzw. das Verhältnis aus Umfangsgeschwindigkeit
des Rotors zur Windgeschwindigkeit.

Bei meinem Tests zum Beschleunigungsverhalten von Darrieusprofilen sieht man deutlich einen Knick in der Kurve ab
der das Profil anfängt " zu fliegen ". Erst ab dieser Drehzahl arbeitet es wirklich als Auftriebsläufer.

Grüsse

Bernd

[MaRiJonas]

Es gibt ja auch Elektrofahrräder, die einen interessanten Motor haben. In der Regel 250 Watt. In der Schweiz erhältlich gibt es auch ein 500 Watt Modell.

Die haben ein relativ geringes Anlaufmoment, eine langsame Umdrehungseschwindigkeitund sind vielleicht ideal geeignet um sie auch als windgenerator zu verwenden.

Was meint ihr dazu? Spricht etwas dagegen?

Wenn ich das richtig verstanden habe, kann man dem dann ja vermutlich bei einer höheren Ausgangsspannung auch eine erheblich höhere Ausgangsleistung abverlangen.

Was diese einzeln kosten, habe ich noch nicht heraus gefunden.

Gruß

Richard

[Bernd]

Hallo Richard, ja tatsächlich eignen sich Nabenmotoren gut als Generator. Ich selber besitze einige davon.
Der einzige Nachteil den ich sehe ist das man das Gehäuse drehen muss und die Achse, aus der auch die
Kabel austreten, wird fest montiert.
Leider ist die Achse, wie es eben beim Fahrrad der Fall ist, recht klein mit ca. 10mm.

Wer sich da etwas überlegt wie er die recht schwache Verbindung stabil gekommt nennt einen sehr günstigen
Generator für geringe Drehzahlen sein eigen.
Bitte keine "Bafang" Modelle kaufen, die haben ein internes Getriebe mit Plastikzahnrädern.
Auch einige andere Modelle haben ein Getriebe und sind deswegen etwas lauter und störanfälliger.
Es gibt auch Modelle mit Gleichstrommotor und Getriebe, z.B. von "Heinzmann".
Die geben zwar Gleichstrom aus, besitzen aber Kohlebürsten und jaulen durch die starke Übersetzung recht laut.

Die meisten flachen Nabenmotoren sind direkt angetriebene Modelle ohne Getriebe und ohne Bürsten und
damit perfekt geeignet.

Tip:
Falls möglich die Version für 28 Zoll Räder wählen denn die gibt mehr Spannung pro Umdrehung ab.

Hier ein Thread wo ich einen meiner Nabenmotoren vorgestellt hatte: viewtopic.php?f=8&t=156&hilit=nabenmotor

Was die Idee "schneller Drehen ergibt mehr Spannung/Leistung" anbelangt so muss man sagen das es sich hier um eiserne
Generatoren handelt unter Umständen nur in begrenzten Maße zutrifft.

Grüsse

Bernd