Nabendynamo Leistungsdaten?

[jb79]

Hallo!
Wie bereits im Thread mit dem Canstein-Testrotor von Bernd besprochen wäre es gut, Leistungsdaten bei einem konstanten Strom von 400mA zu haben.

Hintergrund: Im Leerlauf steigt die Spannung ja quasi linear, unter Belastung beginnt die Kurve bei ca. 400mA einzuknicken und da wollen wir ansetzen und das mit Elektronik hinbekommen.
Wir bräuchten also Meßwerte mit einem konstanten Strom von 400mA bei verschiedenen Drehzahlen, das bekommt man hin, indem man nach dem Gleichrichter eine Konstantstromquelle z.B. mit einem 7805-er Spannungsregler (vorletzte Schaltung) dranhängt. Näherungsweise kann man die Formel I=5V/Rx für den von der Schaltung erzeugten Strom nehmen, damit ist Rx dann 5V/0,4A=12,5Ohm.

Wäre schön, wenn jemand so eine Testreihe (konstanter Strom, unterschiedliche Drehzahlen) mal machen könnte und dabei die Spannung mißt, die vom Generator abgegeben wird.

[Cyclone]

Hallo,


hmm, klingt interessant. Vielleicht kannst du mir in etwa erklären, welche Idee dahinter
steckt ?

Vielen Dank,

gruss,
jj

[jb79]

Die Idee dahinter ist, daß die Generatoren eine irre hohe Leerlaufspannung haben und der Laststrom bis ca. 400mA praktisch linear ansteigt, dann aber schnell die Biege macht und nicht über 500mA zu bekommen ist, was konstruktionsbedingt so ist (die Magnetisierungsverluste bzw. die Sättigung des Eisenkreises im Generator ist dafür verantwortlich).

Bei herkömlicher Akkuladung schauen also kaum mehr als 400-450mA raus, egal wie schnell das Teil gedreht wird, weil ein Akku ja einen recht niedrigen Innenwiderstand hat und bei einer Spannungserhöhung von 1V nur der Akkuwiderstand entgegensteht der aber sehr sehr klein ist und darum einen extremen Stromanstieg fordern würde.
Anders ist es (so vermute ich), wenn man einen konstanten Strom (z.B. 400mA) aus dem Generator zieht (Achtung, hier braucht man die schon oben erwähnte Stromquellenschaltung), hier sollte der Strom (bei 400mA) konstant sein, die Spannung aber entsprechend der Drehzahl steigen können, womit in Summe auch die Leistung ansteigt. Zum Laden eines Akkus kann man dann einen Step-Down Wandler (Schaltregler) einsetzen der aus z.B. 30V 400mA eine Spannung von 10V bei knapp 1200mA liefern kann, einen entsprechenden Antrieb des Generators mal vorausgesetzt. Bei einer direkten Anschaltung wären ja nur 10V mit ca. 400-500mA zu holen, weil eben der Generator den Strom begrenzt. Man könnte die erzielbare Leistung gerade bei stärkerem Wind beträchtlich erhöhen (sofern ich nicht komplett am Holzweg bin).

[Bernd]

Du bist sicher nicht auf dem Holzweg, trotzdem folgendes:

Bei einer direkten Anschaltung wären ja nur 10V mit ca. 400-500mA zu holen

Bei direkter Anschaltung (per Gleichrichter an einen Akku) ist immer die Ladespannung mit
einem Strom bis 500mA zu erwarten. Das wären z.B. 6V und 500mA = 3 Watt, oder 12V und
500mA = 6 Watt, etc. etc. Ich glaube so meintest du das auch.

Riesen Vorteil deiner Idee ist natürlich das einen 12V Akku dann nicht nur mit 500mA sondern,
eine entsprechende Drehzahl vorrausgesetzt, auch mit einem weitaus grösseren
Strom laden könnte, da der Step Down Wandler einem 1:1 Leistungswandler entspricht, aber
das hast du ja schon gesagt gehabt, nur nochmal für die mitlesenden. Bei hohen Drehzahlen
sind so z.B. 12V und 1A = 12 Watt (oder noch weit mehr) möglich.
Eine Verdopplung der Drehzahl entspricht dabei ca. einer Vervierfachung der Leistung, insofern
ist oberhalb von 8m/s (derzeitige ca. 400mA Grenze) ja noch einiges drinn. Theoretisch bei
(stürmischen) 16m/s also ca. 20 Watt (anstatt ca. 5 Watt bei 8m/s)

Was den scheinbaren Akkuinnenwiderstand anbelangt, der auf das "Ladegerät" wirkt, denken die
meisten das er ab Erreichen der Ladegrenze schlagartig niederohmig würde, das stimmt nicht !
Der Akkuinnenwiderstand der auf unseren Nabendynamo wirkt, reicht von unendlich hochohmig
(vor Erreichen der Ladegrenze) über sehr hochohmig (beim Erreichen der Ladegrenze und Strom
von 1mA sind es z.B. 12 KOhm) bis hin zu relativ niederohmig (bei 500mA sind es ca. 25Ohm) und ist
einzig und allein von der Höhe der Ladespannung, die den Strom treibt, abhängig.
Dieser gleitende Übergang spielt sich allerdings in einem sehr schmalen Spannungsbereich ab.

Grüsse

Bernd

[Menelaos]

Nur wann hat man mal mehr als 8 m/s Wind?
Ob der Aufwand lohnen mag? Vielleicht ist es da günstiger doch einen anderen generator zu finden als etwaige Schaltungen zu Bauen oder zu kaufen, mal ganz davon abgesehen dass wohl schon ordentliche Drehzahlen auftreten müssen...ich weiß ja nicht...

Gruß
Max

[Bernd]

Diese Schaltung wäre ja auch für andere Generatoren nutzbar, unser Windrad ist ja nur eine Testplattform.
Grundsätzlich finde ich Schaltungen gut, die die unterschiedlichen Leistungskurven von Generator
und Rotor angleichen können, denn Verdopplung der Windgeschwindigkeit = doppelte Drehzahl des
Rotors = vierfache Generatorleistung aber 8 fache Windleistung !! Genau das geht mir nicht mehr aus
dem Kopf.

Mehr als 8m hatte ich schon viele male, wenn derzeit auch nur in Böen. Es sind doch aber die wenigen hohen
Windgeschwindigkeiten die einem den grössten Teil des Jahresertrages bescheren. Wir wollen mal ehrlich sein,
aus energetischer Sicht sollte man ein Windrad auf die Nutzung von Wind oberhalb vielleicht 5 oder 6m auslegen.
Ab 3m zu ernten macht man ja nur "damit sich was dreht, mit dem Nachteil das die meisten Windräder dann ab
ca. 12-15m schon wieder abschalten müssen.
Die Profis unter den Winderntern sagen immer das man in ganz wenigen Tagen des Jahres 90% der Ernte macht,
nämlich in den Tagen in den es stürmt. Da drehen sich dann allerdings die meisten Horizontalen aus dem Wind,
oft schon bei unter 15m/s und verschenken dann das meiste. Den Grund habe ich nie verstanden, vermutlich
Leichtbau der mit den Drehzahlen nicht klar kommt.

Im Garten wird man aber, von Bäumen umsäumt, selten starken Wind haben, das ist schon richtig.
Was mir aber vorschwebt und was wir durch Jürgen sicher noch bekommen werden, ist eine Steuerung
die viel mehr bringt als sie selber an Strom verbraucht, indem die beiden Variablen Rotorkennlinie und
Generatorkennlinie optimaler gekoppelt werden. Das wichtigste ist den Rotor auf dem Gipfelpunkt seiner
zur jeweiligen Windgeschwindigkeit passenden Leistungskurve zu halten. Wenn man den Generator
einfach so an einen Akku klemmt ist das nicht möglich bzw. nur unzureichend möglich.

Grüsse

Bernd

[Menelaos]

Es sind doch aber die wenigen hohen
Windgeschwindigkeiten die einem den grössten Teil des Jahresertrages bescheren. Wir wollen mal ehrlich sein,
aus energetischer Sicht sollte man ein Windrad auf die Nutzung von Wind oberhalb vielleicht 5 oder 6m auslegen.
Ab 3m zu ernten macht man ja nur "damit sich was dreht, mit dem Nachteil das die meisten Windräder dann ab
ca. 12-15m schon wieder abschalten müssen.

Das sehe ich aber ganz krass anders. Schau dir mal z.B. die Verteilung der WIndgeschwindigkeiten verschiedenster Quellen an (z.B. Wetterduienste)

Der Durchschnitt liegt im Jahresmittel eigentlich nie höher als 3 bis 5 m/s, also ist es wichtig gerade bei diesen WIndgeschwindigkeiten schon Erträge zu bringen. Alles andere wäre auch unpraktisch. Was bringt es denn wenn ich im Jahr 10 Tage STurm habe und richtig viel Energie produziere die auch aber gar nihct speichern kann weil die Akkukapazität die nicht hergibt und dann Verbrauche ich diesen Strom und es kommt nichts nach weil die Anlage bei kleinen Windgeschwindigkeiten aufgrund ihrer Abstimmung kaum was produziert.
90% des Jahres haben wir kleine WIndgeschwindigkeiten und deren Leistung summiert sich ganz gewaltig. Das darf man nicht unterschätzen. Schau dir mal den PWG WIndgenerator an, ein feines Ding mit guter leistung bei hohen WIndgeschwindigkeiten...und wird nur ausgemeckert weil er im Sommer wenns nicht so windet kaum was produziert...
Das Thema wurde auch im Kleinwindanlagenforum ausführlich diskutiert. Ein früher ANlauf und Ladebeginn ist wesentlich effektiver als eine Optimierung auf hohe Windgeschwindigkeiten, es sei denn man wohnt in wirklich sehr windreichen Gebieten oder auf einer bohrinsel mitten in der Nordsee...

Gruß
Max

[Cyclone]

Hallo,

ich versuche das Problem mit den max. 400 mA Output zusammen zu fassen.
Bitte um korrektur falls ich da was falsch verstanden hatte.

Das Nabendynamo ist so aufgebaut, dass unter der typischen
Belastung durch Vorder- und Rücklich max. 3 Watt liefert -
und das schon bei niedrigen Drehzahlen.

Durch die Sättigung des Magnetkreises sind zumindest bei dem DH-3N71
nicht mehr als diese 400 mA zu errreichen. Die typische Belastung beträg
bei einem Fahrrad 12 Ohm.

Da U = R * I ist, bedeutet, dass bei 400mA und 12 Ohm Balastung ca. 4.8 V
fleisst. Das macht ja auch Sinn, denn diese 4.8 V werden schon bei ca.
5 Km/h erreicht.

Da aber die Spannung Leerlaufkenlinie beinahe linear zu der U/min steigt
ist es evtl. möglich durch das anpassen des Belastung durch einen Widerstand
mehr Energie (Watt) zu erhalten.

Da R = U/I ist, kommen folgende Werte zustande :

U/min/U(V)/I(A)/R(Ohm)/P(Watt)
==============================

40/5/0.4/12.5/2
64/8/0.4/20/3.2
80/10/0.4/25/4
120/15/0.4/37.5/6
160/20/0.4/40/8
200/25/0.4/62.5/10
240/30/0.4/75/12
280/35/0.4/87.5/14
320/40/0.4/100/16
360/45/0.4/112.5/18

D.h. an müsste eine Schaltung entwerfen, die abhängig von U/min den Nabendynamo
mit einen Widerstand von 10 - 120 Ohm belastet, in etwa so :

Nabendynamo->AC/DC->10-120 Ohm Last -> Verbraucher


Man müsste wohl den Widerstand vom Verbraucher mit in die Rechnung einbeziehen.


Grüsse,
Cyclone

[Bernd]

@ Max

Der Durchschnitt liegt im Jahresmittel eigentlich nie höher als 3 bis 5 m/s, also ist es wichtig
gerade bei diesen WIndgeschwindigkeiten schon Erträge zu bringen.

Ja und nein. Die Häufigkeit einer Windgeschwindigkeit hat im Grunde nur wenig mit dem zu
erwartenden Ertrag zu tun. In der Rechnung fehlt die Gewichtung der enthaltenen Energiemenge.

Sicher kennst du den Begriff Weibull Verteilung. Sie gibt an wie häufig im Jahremittel eine
bestimmte Windgeschwindigkeit anzutreffen ist. Ich bin mal so frei und verlinke eine Grafik
aus dem Kleinwindforum, die der dortige Moderator "Windfried" erstellt hat.
Hier zunächst der Link zu dem Beitrag von Windfried. Hier der Link zu dem Beitrag von Windfried : http://www.kleinwindanlagen.de/Forum/ph ... php?t=2205
Die erste Grafik zeigt ein Beispiel für so eine Weibull-Verteilungskurve, die die Häufigkeit des Auftretens
verschiedener Windgeschwindigkeiten zeigt:



Unschwer zu erkennen das die häufigsten Windgeschwindigkeiten eher im unteren Bereich liegen.
Das ist mehr oder minder an jedem Standort so, da könnte man auch noch viele andere heran ziehen.
In der nächsten Grafik hat Windfried den Ernergiegehalt unter Berücksichtung der Häufigkeiten
dargestellt, und man sieht sehr schön das sich eine völlig andere Situation darstellt. Sehr gut zu erkennen
das die Ernte der häufigsten Windgeschwindigkeiten längst nicht den grössten Jahresertrag bringt.
Die grösste Erntemenge ergibt sich bei der Ausnutzung weit höherer Windgeschwindigkeiten.



Ich finde diese Gegenüberstellung von Windfried ausserordentlich hilfreich zum Verständnis wie
sich die dritte Potenz der Leistung bei der Nutzung von Windenergie real in Erntemenge auswirkt.
Ohne diese Grafiken wäre mir das nie so bewusst geworden.
Mich wundert das niemand im Kleinwindforum darauf reagierte.

Ich will jetzt nicht sagen das man daher das Windrad zwecks Lagerschonung bis 4 oder 5m/s still stehen
lassen soll, wie es manche tatsächlich propagieren, aber ich denke diese Gegenübertellung ernüchtert
doch etwas was den Energiegehalt der "Dauerernte" von geringen Windgeschwindigkeiten angeht.

Trotzdem bin ich auch ein Verfechter von Windrädern die bei wenig Wind schon etwas produzieren,
alleine schon deswegen damit man wenigstens einigermassen kontinuierlich Energie zur Verfügung hat,
denn die Nutzung der grossen Erntemengen wird schwierig und ist mit Akkus alleine kaum zu bewältigen.

P.S. Eine äusserst interessante Geschichte ist auch das übereinander legen von der Leistungskurve
eines Generators ( doppelte Windgeschwindigkeit = doppelte Drehzahl = vierfache Leistung) und der
Kurve der Windleistung ( doppelte Windgeschwindigkeit = achtfache Leistung ) Auch hier muss ich
Windfried loben. Er hat auch dafür eine Grafik erstellt. Genau diese Problematik ist es die bei vielen
Windrädern zu einem grossen Leistungsverlust führen dürfte.
doppelte Windgeschwindigkeit = doppelte Drehzahl = vierfache Leistung

Grüsse

Bernd

[Bernd]

Hallo Cyclone

Ich glaube du hast es zu 100% kapiert worum es geht, Respekt !

Der Nabendynamo kann aus genau den Gründen die du nanntest nur ca. 500mA liefern,
danach geraten die Eisenanteile im Generator in die Sättigung und mehr geht nicht durch.
Im Grunde sollte er immer bei ca. 500mA abknicken, egal ob bei Nutzung von 6V oder 12V oder
noch mehr Volt. Warum er anscheinend bei 12V etwas früher "sättigt" ist mir noch unklar.

Deine Tabelle geht vereinfachend davon aus, das die gemessene Leerlaufspannung unter
Last nicht absinkt, das stimmt nicht ganz, aber im Grunde hast du es richtig beschrieben.
Man kann also die 500mA auch bei höheren Spannungen entnehmen und erhält damit
eine weit höhere Leistung als bei 6V. Die höhere Leistung resultiert dabei aus der höheren
Drehzahl und der damit verbundenen höheren Spannung (bei gleichem Strom).

Grüsse

Bernd