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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Suche jemand mit Interesse an Windradgeneratoren


Autor: Fiedje E. (Firma: gibts nicht) (fiedje)
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Hallo alle,

ich bin dabei, mir für ein Boot ein vertikales Windrad mit Generator zu 
bauen. Windräder haben ein natürliches Problem bei der Nutzung der 
erzeugten Energie. Die Spannung folgt dem Hohen Drehzahlunterschieden 
(wenig Wind, viel Wind). Meine Idee ist, Beim Generator pro Phase je 8 
Spulen zu bauen, die dann über eine Microprozessorsteuerung stufenweise 
bei Erhöhung der Drehzahl von seriel zu parallel geschaltet werden 
sollen. Die PhotoMOS-Bausteine sollen über etwas ähnliches wie dem 
C-Control gesteuert werden.
Als Erschwernis soll der Strom so begrenzt werden, dass das Anlaufen bei 
leichtem Wind nicht gleich durch den Versuch, vollen Strom für die 
Ladung de Batterien zu ziehen, wieder gebremst wird.
Nun sind meine Kenntnisse im Elektronikbereich nur unwesentlich über 
Transistorschaltungen hinausgekommen. Ich kann zwar ein grundsätzliches 
Schaltbild zeichnen, aber die tatsächliche Umsetzung in professioneller 
Art und Weise würde einen langen Lernpfad für mich bedeuten.
Da das ganze Projekt sowieso schon viel Aufwand bedeutet, suche ich nun 
jemand mit Spass an solchen Basteleien. Ruhm, Ehre und Geld kann ich 
nicht bieten. Die Materialkosten werden selbstverständlich von mir 
getragen.
Das Ganze wird dann im Windradforum und parallel hier veröffentlicht.

Gruss Fiedje

Autor: Lehrmann Michael (ubimbo)
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Fiedje E. schrieb:
> Die Spannung folgt dem Hohen Drehzahlunterschieden
> (wenig Wind, viel Wind). Meine Idee ist, Beim Generator pro Phase je 8
> Spulen zu bauen, die dann über eine Microprozessorsteuerung stufenweise
> bei Erhöhung der Drehzahl von seriel zu parallel geschaltet werden
> sollen.

Du musst ja so und so gleichrichten. Da ist es relativ egal mit welcher 
Frequenz der Strom ankommt. Entscheidend ist ein guter Spannungwandler 
und ein gutes Ladegerät welches den Akku lädt.

Fiedje E. schrieb:
> Die PhotoMOS-Bausteine sollen über etwas ähnliches wie dem
> C-Control gesteuert werden.

Schwachsinn. PhotoMOS sind für solche Ströme nicht bezahlbar. C-Control 
ist Murks. Ich würde an deiner Stelle einen AVR nehmen und das AVR 
Tutorial hier lesen. Alternativ: PIC Microncontroller + Relais mit 
Treibertransistor. Siehe Tutorial.

Fiedje E. schrieb:
> Als Erschwernis soll der Strom so begrenzt werden, dass das Anlaufen bei
> leichtem Wind nicht gleich durch den Versuch, vollen Strom für die
> Ladung de Batterien zu ziehen, wieder gebremst wird.

eine interessante Idee nur leider völlig sinnlos ...

Fiedje E. schrieb:
> Nun sind meine Kenntnisse im Elektronikbereich nur unwesentlich über
> Transistorschaltungen hinausgekommen. Ich kann zwar ein grundsätzliches
> Schaltbild zeichnen, aber die tatsächliche Umsetzung in professioneller
> Art und Weise würde einen langen Lernpfad für mich bedeuten.

Darum das AVR Tutorial.

Fiedje E. schrieb:
> Da das ganze Projekt sowieso schon viel Aufwand bedeutet, suche ich nun
> jemand mit Spass an solchen Basteleien. Ruhm, Ehre und Geld kann ich
> nicht bieten. Die Materialkosten werden selbstverständlich von mir
> getragen.

Ich find die Idee prinzipiell gut. In meinen Ohren klingt es aber eher 
so: 'Suche Doofen der mir kostenlos eine passende Schaltung entwickelt 
die ich dann weiterverarbeite'. Sei mir nicht böse aber kostenlose 
Entwicklungsarbeit gibt's selten. Wenn du zumindest etwas Ahnung von der 
Materie hättest könnte man noch sagen ja okay aber es klingt eher so als 
ob du nicht die Lust verspüren würdest selbst in diese Richtung zu 
entwickeln.

Es gibt im Übrigen im www einige gute Projekte die das schon umgesetzt 
haben und die z.T. ihre Generatoren selbst bauen (wickeln, etc). Es wäre 
sicher sinnvoll sich mit sowas zu beschäftigen um sich dann zu 
überlegen, ob die Ideen die einem im Kopf umherschwirren auch 
realisierbar sind und ob sie Sinn ergeben.


Gruß

http://www.mikrocontroller.net/articles/AVR-GCC-Tutorial

Autor: Günther N. (guenti)
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Fiedje E. schrieb:
> ich bin dabei, mir für ein Boot ein vertikales Windrad mit Generator zu
> bauen.

Savonius-Rotor ? Die Idee ist ganz gut.Der Savonius-Rotor läuft auch bei 
niedrigen Windgeschwindigkeiten an und ist unabhängig von der 
Windrichtung.Allerdings sollte man immer daran denken das die Natur auch 
extreme Kräfte aufbringen kann.

Autor: avion23 (Gast)
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Das ganze nennt sich MPPT. Muss aber etwas langsamer als bei Solarzellen 
realisiert werden, weil sonst die träge rotierende Masse "maximiert" 
wird. Ist die Schaltung korrekt dimensioniert wird dein Energiespeicher 
optimal geladen.

Idee:
Generatorspannung gleichrichten, kleiner Kondensator zum puffern.
Mit AVR o.ä. auf der Eingangsseite U, I und f messen.
Für f: Eine der Generatoradern, z.B. auf den analog comparator legen und 
Nulldurchgang erkennen. Oder auf einen timer legen, der incrementiert 
bei Flanke.
Für U: Spannungsteiler am Eingang
für I: Shunt in die Masseleitung. Mit AVR differentiell messen, 200x 
Verstärkung. Genaue größe des Shunts ist unwichtig, kann auch ein Kabel 
sein.

Mit dem avr dann einen Schaltwandler aufbauen:
OCRx[A,B] - Pegelwandler 0-12V - Mosfettreiber - {mosfet, spule, Diode}.
Die Anordnung der letzten drei ergibt den wandler deiner Wahl, z.B. 
boost, step down, buck-boost. Der Massebezug ist dabei nicht wichtig, 
d.h. wenn man beim Treiber sparen möchte kann man Masse schalten und 
Plus ist gemeinsam mit dem Verbraucher (Akku).

Die Akkuspannung kann man ebenfalls per Spannungsteiler messen.

Gespeichert werden f, U*I und DutyCycle. Aus den werten eine lineare, 
oder stückweise lineare Funktion für den Dutycycle errechnen. Damit hat 
man dann schon einen guten MPPT für Windräder. Verfeinern kann man das 
mit einer Regelung, die auch Alterungserscheinungen o.ä. vorbeugt.

Einen weiteren Pin des AVRs sollte man für eine (oder mehrere) dump 
Lasten steuern. Diese können auch sinnvoll sein, z.B. eine Heizung auf 
dem Boot. Oder ein Teekocher. Oder eine Glühbirne.
Da dies der einzige wirklich wichtige Teil der Schaltung ist sollte man 
ihn auch noch einmal diskret ausführen, z.B. mit Z-Diode und BJT.


PS: Savonius Rotoren bzw. ihre Generatoren sind aufgrund der geringen 
Drehzahlen unwirtschaftlich. Außerdem ist P ~ r, dagegen ist bei HAWT P 
~ r².

Autor: Fiedje E. (Firma: gibts nicht) (fiedje)
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Lehrmann Michael schrieb:
.....
> Fiedje E. schrieb:
>> Die PhotoMOS-Bausteine sollen über etwas ähnliches wie dem
>> C-Control gesteuert werden.
>
> Schwachsinn. PhotoMOS sind für solche Ströme nicht bezahlbar. C-Control
> ist Murks. Ich würde an deiner Stelle einen AVR nehmen und das AVR
> Tutorial hier lesen. Alternativ: PIC Microncontroller + Relais mit
> Treibertransistor. Siehe Tutorial.
>
> Fiedje E. schrieb:
>> Als Erschwernis soll der Strom so begrenzt werden, dass das Anlaufen bei
>> leichtem Wind nicht gleich durch den Versuch, vollen Strom für die
>> Ladung de Batterien zu ziehen, wieder gebremst wird.
>
> eine interessante Idee nur leider völlig sinnlos ...

> Fiedje E. schrieb:
>> Da das ganze Projekt sowieso schon viel Aufwand bedeutet, suche ich nun
>> jemand mit Spass an solchen Basteleien. Ruhm, Ehre und Geld kann ich
>> nicht bieten. Die Materialkosten werden selbstverständlich von mir
>> getragen.
>
> Ich find die Idee prinzipiell gut. In meinen Ohren klingt es aber eher
> so: 'Suche Doofen der mir kostenlos eine passende Schaltung entwickelt
> die ich dann weiterverarbeite'. Sei mir nicht böse aber kostenlose
> Entwicklungsarbeit gibt's selten. Wenn du zumindest etwas Ahnung von der
> Materie hättest könnte man noch sagen ja okay aber es klingt eher so als
> ob du nicht die Lust verspüren würdest selbst in diese Richtung zu
> entwickeln.
>
> Es gibt im Übrigen im www einige gute Projekte die das schon umgesetzt
> haben und die z.T. ihre Generatoren selbst bauen (wickeln, etc). Es wäre
> sicher sinnvoll sich mit sowas zu beschäftigen um sich dann zu
> überlegen, ob die Ideen die einem im Kopf umherschwirren auch
> realisierbar sind und ob sie Sinn ergeben.
>
>
> Gruß
>
> http://www.mikrocontroller.net/articles/AVR-GCC-Tutorial
Nach einer Analyse meiner Beweggründe habe ich nicht gefragt.
Aber zu Deiner Beruhigung:
1. baue ich das komplette Windrad selbst incl. des Generators
2. auch die Spulen für den Windgenerator werde ich selbst wickeln
3. da ich das veröffentliche, geht dein Ansastz, dass ich das dann 
weiterverarbeite ins Leere, es steht allen, die es danach verwenden 
mögen, zu verfügung, incl. der Konstruktionspläne.
Weil ich mich mit der Materie beschäftigt habe, kam ich zu dem Ansatz, 
dass Step-Up-/Step-Down-Wandler keinen guten Wirkungsgrad haben, 
geschweige denn in dem Bereich, der nötig ist, verfügbar sind.
Interessant finde ich, dass Du Bauteile als unbrauchbar ablehnst, bevor 
Du die Dimension des Windrades kennst.

Gruss Fiedje

Autor: Fiedje E. (Firma: gibts nicht) (fiedje)
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Hallo,

den anderen danke ich für die Beiträge.
Mit diesen Themen habe ich schon länger beschäftigt.
Danke für die Hinweise auf die bessere Alternativen.
Ich werde mich erst mal damit beschäftigen und mich ggf. wieder melden.

Gruss Fiedje

Autor: Knut Ballhause (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite
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Fiedje E. schrieb:
> Weil ich mich mit der Materie beschäftigt habe, kam ich zu dem Ansatz,
> dass Step-Up-/Step-Down-Wandler keinen guten Wirkungsgrad haben,
> geschweige denn in dem Bereich, der nötig ist, verfügbar sind.

Das ist schlichtweg Unsinn. Entschuldige.

Autor: Düsendieb (Gast)
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Knut Ballhause schrieb:
>> Weil ich mich mit der Materie beschäftigt habe, kam ich zu dem Ansatz,
>
>> dass Step-Up-/Step-Down-Wandler keinen guten Wirkungsgrad haben,
>
>> geschweige denn in dem Bereich, der nötig ist, verfügbar sind.
> Das ist schlichtweg Unsinn. Entschuldige.

Na, Ja. So heftig würde ich es nicht sagen. Wenn man den Wirkungsgrad 
von zwei Relaiskontakten mit dem Wirkungsgrad eines 
Step-Up-/Step-Down-Wandler vergleicht ist der Wirkungsgrad des Wandlers 
natürlich schlecht.

Die Frage ist vieleicht eher, ob man durch die Umschaltung auf den 
Wandler ganz verzichten kann, oder ob man den am Ende doch wieder 
braucht.

Axel

Autor: Düsendieb (Gast)
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Fiedje E. schrieb:
> bevor Du die Dimension des Windrades kennst.

Wie sind denn nun die Dimensionen?
Für ein Boot, da würde ich mal auf 100W Bereich tippen.

Wie sieht die Spannungskennlinie aus?
Welche Leistung kann das Windrad, was kann der Generator?




Axel

Autor: MaWin (Gast)
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> PS: Savonius Rotoren bzw. ihre Generatoren sind aufgrund der geringen
> Drehzahlen unwirtschaftlich.

Youtube-Video "ein windrad dreht sich bei knock (nähe emden)"
Youtube-Video "Wind Turbine Vertical"

Autor: tex (Gast)
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Hast Du bei der Idee die gyroskopischen Kräfte und die Wasserbewegung 
berücksichtigt?

Autor: Fiedje E. (Firma: gibts nicht) (fiedje)
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Düsendieb schrieb:
> Fiedje E. schrieb:
>> bevor Du die Dimension des Windrades kennst.
>
> Wie sind denn nun die Dimensionen?
> Für ein Boot, da würde ich mal auf 100W Bereich tippen.
Es ist ein Lenz 2 Windrad 80cm x 80cm, die berechnete mechanische 
Leistung geht von 5 m/s mit 16 W bis 20 m/s mit 500W mit reduziertem 
Rotor (stufenweise verkleinerbar)
>
> Wie sieht die Spannungskennlinie aus?
> Welche Leistung kann das Windrad, was kann der Generator?
Der Generator soll nur bis zu einer noch festzulegenden Leistung genutzt 
werden. Theoreisch soll er aber den o.g. Leistungsbereich abdecken.
>
> Axel
Gruss Fiedje

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Aha. Und fuer allenfalls staerkeren Wind kommt eine hydraulische Bremse 
zum Zuge ?

Autor: Fiedje E. (Firma: gibts nicht) (fiedje)
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tex schrieb:
> Hast Du bei der Idee die gyroskopischen Kräfte und die Wasserbewegung
> berücksichtigt?
Hallo,

ja, habe ich berücksichtigt. Um die Adition von Wind und 
Wasserkräften(Bewegung des Bootes) berechenbar zu halten, achte ich auf 
niedrigstes Gewicht (Carbon). Zusätzlich gibt es 2 Stufen, die trennbar 
werden. Beide Stufen werden nur bei beaufsichtigem Betrieb genutzt.

Autor: Knut Ballhause (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite
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Fiedje E. schrieb:
> 500W

Wie war das noch gleich mit den PhotoMOS Relais...

Autor: Fiedje E. (Firma: gibts nicht) (fiedje)
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Knut Ballhause schrieb:
> Fiedje E. schrieb:
>> 500W
>
> Wie war das noch gleich mit den PhotoMOS Relais...
Deswegen die Anmerkung: der tatsächlich genutze Leistungsbereich muss 
noch festgelegt werden. Diese Windstärken zu nutzen sind nicht mein 
Ziel.

Autor: Fiedje E. (Firma: gibts nicht) (fiedje)
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A...aha Soooo. schrieb:
> Aha. Und fuer allenfalls staerkeren Wind kommt eine hydraulische Bremse
> zum Zuge ?
Nun, Erfahrungen mit Lenz-Windrädern gibt es durchaus. Dabei stellte 
sich bisher heraus, dass bei entsprechender Auslegungen die entstehenden 
Verwirbelungen als Sturmsicherung reichen.
Natürlich würde ich das Windrad erst mal an einer sicheren, möglichst 
windreichen Stelle, ohne die Möglichkeit jemand zu gefährden, ein Jahr 
stehen(drehen) lassen.

Gruss Fiedje

Autor: Fiedje E. (Firma: gibts nicht) (fiedje)
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Fiedje E. schrieb:
> Knut Ballhause schrieb:
>> Fiedje E. schrieb:
>>> 500W
>>
>> Wie war das noch gleich mit den PhotoMOS Relais...
> Deswegen die Anmerkung: der tatsächlich genutze Leistungsbereich muss
> noch festgelegt werden. Diese Windstärken zu nutzen sind nicht mein
> Ziel.
... und noch vergessen zu erwähnen: verteilt auf 3 Phasen
Gruss Fiedje

Autor: Knut Ballhause (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite
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Wie viele Spulen gedenkst Du denn bei dem Langsamläufer zu verwenden?

Autor: Fiedje E. (Firma: gibts nicht) (fiedje)
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Knut Ballhause schrieb:
> Wie viele Spulen gedenkst Du denn bei dem Langsamläufer zu verwenden?
8 pro Phase

Autor: Knut Ballhause (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite
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Fiedje E. schrieb:
> 8 pro Phase

Und das soll reichen? Hmmm...

Autor: Fiedje E. (Firma: gibts nicht) (fiedje)
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Knut Ballhause schrieb:
> Fiedje E. schrieb:
>> 8 pro Phase
>
> Und das soll reichen? Hmmm...
ja, bei 60 U/Min gibt das in Reihe genug Spannung (>16V)
und ideal für 4 Schaltstufen...+
Die verschiedenen Schaltzustände sind untereinander aufgeführt.
Der Einfachheit halber als Relaiskontakte.. soll natürlich elektronisch 
geregelt werden.

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