Thema wurde schon einige-male und recht kontrovers diskutiert ganz ist
mir die Problematik aber noch nicht klar.
Ich weiß schon bzgl Effizienz brauchen wir nicht diskutieren aber
angenommen jemand kein ein Windrad für 1kWp "gratis" bauen. Warum nicht
auch diese Energie nutzen und seihen es nur ein paar kWh im Jahr. Es
gibt dafür aber anscheinend keinen Anbieter der einem eine
All-in-Wonder-Box verkauft. Windrad +1kW 230/400V Asynchron Maschine
hätte ich aber dann wird es haarig.. Netzsynchrone Wind-Umrichter für
den Normalanwender gibt es nicht. Der windy boy von SMA wurde
eingestellt (Einzelstücke abgesehen und war auf LMBasis) und Batterie
oder Inselsysteme fallen bei mir durch. Einspeisezähler von PV wäre
vorhanden. Bremsen müsste er halt auch können.
Dave
Dazu benötigst Du im Prinzip einen vierquadranten Frequenzumformer. Die
Rekuperationsenergie statt zu verheizen, muss dann auch in das Netz
eingespeist werden. Es muss dann die Drehzahl gemessen werden und die
Frequenz aus dem FU muss entsprechend der Bremswirkung niedriger sein.
Interessant vieleicht auch zum Lesen:
Leroy Sommer, Universal-Frequenzumrichter, Unidrive
4.6 Typischer Eingangsstrom
Niedervolt-Gleichsspannungsversorgung
Der Umrichter kann mit den Anschlussspannungen 24 V
Gleichspannung (Steuerspannung) und 48 V Gleichspannung (Leistung)
betrieben werden. Der Niederspannungsmodus dient zum Betreiben des
Motors in Notsituationen nach einem Netzausfall, z.B. in Aufzügen; bzw.
zur Drehzahlbegrenzung bei Servomotoren während der
Inbetriebnahme/des Anlaufs von Anlagen, z. B. einer Robotereinheit.
Arbeitsspannungsbereich der Niederspannungsversorgung:
(https://acim.nidec.com/de-de/motors/leroy-somer/products/dc-drives/mentormp)
Hmm man könnte mit der Energie aus dem Windrad ein Solarmodul
nachbilden, ggf. mit großen Supercaps als Stützkondensatoren, damit mehr
Zeit zum Ausregeln ist.
Man muß nur verhindern, daß der Solarwechselrichter wegen zu wenig
Leistung abschaltet, also evtl. ein paar Watt aus dem Netz mit auf auf
den Eingang schicken, der ihn gerade so am Laufen hält wenn der Wind mal
eine kurze Pause macht.
Übrigens ist eine Klein-WKA, die zuverlässig 1kW Leistung ohne
Hurrikan-Wallcloud schafft, schon ein verdammt großer Aufbau. Hatte ich
letztens mal irgendwo hier ausgerechnet, das waren einige Meter
Rotordurchmesser. Viel Spaß beim Bau!
Hallo Ben B.
hast du über die Klein-WKA mal ein paar Info´s ?
Bin auch gerade an dem Thema.
will selbst mal ein Radial 3-Flügelrad mit 5 Meter Durchmesser und ca.
50 cm Höhe testen, bei verschiedenen Windgeschwindigkeiten.
Als Generator vielleicht einen 8-poligen Asynchrongenerator,
Transformierung und Gleichrichtung.
Mit besten Grüßen
Sorry, das mußt Du Dir selbst raussuchen wo ich das berechnet hatte. In
jüngster Vergangenheit hat irgendein AnonyMod hier so viele Beiträge von
mir gelöscht, daß ich nicht mal weiß, ob dieser noch existiert und ich
habe keine Lust nach Dingen zu suchen, die es gar nicht mehr gibt. Dafür
ist mir meine Zeit zu schade, auch ums nochmal zu berechnen damit's
wieder jemand löscht.
Aber im Grunde steht alles was Du für die Berechnung wissen mußt im
allwissenden Internet-Mülleimer (Wikipedia). Du mußt Dir halt Gedanken
machen bei welcher Windstärke Du welche Leistung haben möchtest und
welchen Wirkungsgrad Du beim Flügelrad erwartest, dazu Wirkungsgrad des
Generators, damit lässt sich die erforderliche Kreisfläche und der
Durchmesser des Windrades errechnen.
Bei der Höhe ist so hoch wie möglich am besten, also die erlaubten 10
Meter oder was der Mast ohne größeren Aufwand (Baugenehmigung) in Deiner
Gegend haben darf voll ausschöpfen.
Wind ist so n Thema ... Solarwechselrichter mit MPPT kann man vergessen,
hab ich schon hinter mir, die überbremsen die WKA auf Niedrigstdrehzahl,
der Rotor kommt nicht ins Gleiten, Strömungsabriss, kaum Leistung.
Das Problem, die Rotordrehzahl, bei starr angebrachten Rotorblättern,
muss Sich ändern mit der Anströmgeschwindigkeit, sprich die Belastung
des Generators muß spannungsabhängig nachgefühlt werden per
Belastungskennlinie.
Ginlong baut welche, hatte ich einen, der war aber technisch Müll,
Aurora hab ich jetzt, ist von der Konfiguration her Mist, aber tut was
er soll
PS: 5m Durchmesser ist ne Hausnummer
Auch nicht vergessen Du brauchst ne Lösung für Ersatzlast, Dummyload,
damit Dir, sollte der WR aussteigen oder das Netz ausfällt die WKA sich
nicht zerlegt, die darf NIE frei unbelastet drehen. <!>
Elektrische Bremse kann man bei Klein-WKA vergessen, weil die Windräder
bei Sturm dazu tendieren, den eher schwach dimensionierten Generator zu
überlasten. Also für ein paar Böen reicht 'ne Kurzschlußbremsung oder
sowas, aber für 'nen Tag lang steifen Wind oder wenn man den
Generatorausfall (bzw. Lastausfall generell durch sowas wie Riemenriss)
ansich absichern möchte, reicht das nicht mehr.
Gibt aber andere Lösungen, z.B. das Rad 90° zum Wind ausrichten oder
eine mechanische Bremse vom Auto ginge auch, Rotoren mit passiver
Stallregelung sind von Hause aus sicher gegen Überdrehzahl.
Wichtig ist keine Bremse verwenden, die ruckartig blockiert. Sonst baut
der Schwung des schnell drehenden Rotors die Gondel oder
Gondel-Mast-Verbindung auseinander oder er wird selbst beschädigt.
Das sind schon interessante Info´s.
Als Drehzahlbegrenzung könnte eine Fliehkraftbremse dienen.
Bisher hatte ich übrigens auch einfach den Anschluss an den MPPT-R. im
Auge.
Mehr im Fokus war mir aber die Wahl des Generators. Neben
KFZ-Lichtmaschinen tendire ich nun mehr zu langsam laufenden
Drehstrommaschinen. die könnten bei steigender Last mehr Gegenkraft
entwickeln. Außerdem lässt sich Wechselspannung auf gewünschte
Spannungen transformieren, je nach Weiterverarbeitung.
Meine Idee war ein liegendes WR mit ca. max. 700 U/min ziemlich direkt
mit dem G. gekoppelt, z.B. über eine Hardyscheibe. Das liegt quasi auf
dem Dach, Antriebswelle durch das Dach, der Rest dann innen. Das WR ist
mit einem Käfig eingehaust und der Wind kann von allen Richtungen
wirken.
eldorado schrieb:> hast du über die Klein-WKA mal ein paar Info´s ?
Wenn es dir um die Theorie geht, schau mal hier:
https://www.engineeringtoolbox.com/wind-power-d_1214.html
Der Nutzungsgrad kann physikalisch nicht größer als 16/27 (~59%) werden
(Betzsches Gesetz) und ist bei realen großen Anlagen meist unter 50%.
Kleine Anlagen sind meist schlechter und haben zudem noch weniger Wind,
weil bodennäher.
Ein paar Hausnummern findet man auch bei www.wind-turbine-models.com -
wobei ich gegenüber den Angaben bei kleinen Anlagen für Privatanwender
eher skeptisch bin. Erst ab rund 10m Rotordurchmesser oder so würde ich
die Leistungsangaben und Leistungskurven für halbwegs realistisch
halten...
MfG, Arno
Ben B. schrieb:> gleich 'nen Wetterhahn
Und noch einen Fuchs dazu um ihn rotieren zu lassen.
Die Herausforderung ist der große Dynamikbereich des Windes und der
Umrichter natürlich auch.
Das Problem bei der Dynamik wird mit der Höhe weniger, aber Du hast
natürlich das Problem, daß es sich im Vergleich zu Solarzellen um eine
doppelte Energiewandlung handelt. Bei Solarzellen geht Licht rein und
entsprechend der Stärke kommt Strom raus. Beim Windrad wird zunächst der
Rotor beschleunigt und ich kann mir Strom holen indem ich den bremse.
Ohne passenden Umrichter muß man eine Anpass-Stufe bauen und die
Drehzahl des Rotors der Windgeschwindigkeit anpassen wenn man eine
möglichst hohe Effizienz haben möchte.
Dieses Problem hatten die ersten Großwindanlagen auch. Die Generatoren
konnten anfangs nur mit einer festen Drehzahl laufen, dann kamen
polumgeschalbare Generatoren mit zwei Drehzahlen, dann doppelt gespeiste
Asynchrongeneratoren mit stufenlos regelbarer Drehzahl und inzwischen
sinds direktgekuppelte Generatoren, vermutlich auch doppelt gespeist.
Bis zu 8MW über einen Umrichter ist evtl. doch etwas unpraktisch.
Man braucht aber in jedem Fall irgendeine Steuerung, die vorgibt wie
schnell der Rotor drehen soll, wieviel Drehmoment anliegt (und zur
Stromgewinnung verwertet werden kann) und wann evtl. die Leistung
begrenzt werden muß.
Solarwechselrichter kommen mit starken Schwankungen klar (wechselnde
Bewölkung kann Lastsprünge von 90% in 2..3 Sekunden bewirken), aber
nicht mit der Lastanpassung an einen drehenden Generator.
Ben B. schrieb:> Man braucht aber in jedem Fall irgendeine Steuerung, die vorgibt wie> schnell der Rotor drehen soll, wieviel Drehmoment anliegt (und zur> Stromgewinnung verwertet werden kann) und wann evtl. die Leistung> begrenzt werden muß.
Ist das wirklich so komplex? Da reicht ja schon der mechanische Aufbau
als Herausforderung völlig aus, dann auch noch den Generator-Teil so
kompliziert?
Einfach einen Dreh-Strom-Generator mit max. Leistung an das Windrad
direkt angekoppelt und den Rest macht man dann am Ausgang des Generators
elektrisch?
Genauso wie bei einem Solar-WR ....
Lastabnahme und Bremsung geht ja alles rein elektrisch zu regeln, also
ohne großen mechanischen Aufwand. Bis auf die Kühlung von der
Brems-Leistungsaufnahme, aber da kann man ja in einen Akku reinschieben
oder per elektrischer Verbraucher > E-Heizung entsprechend belasten?
Ganz so einfach ist es nicht. Der Regler muss auch noch so intelligent
sein, dass störende Resonanzen übersprungen werden. Beim ICE hört man
das als Jaulen beim Hochfahren der Geschwindigkeit beim Beschleunigen.
Quark. Was man beim ICE hört ist die Chopper-Steuerung zur
Leistungsbegrenzung beim Anfahren bzw. später einfach die Kommutierung.
Die Antriebe von sowas liegen im Bereich von 1,6MW (pro Motor) mit 1200V
Betriebsspannung... Das ist geringfügig mehr als eine Klein-WKA.
Als reine (Not)Bremsmaßnahme mag das Aufschalten einer Heizung auf den
Generator funktionieren, aber ob sich das als regulärer Einsatzzweck des
Stromes lohnt muß jeder selbst entscheiden. Ich denke die Leistung ist
dafür meistens zu gering.
Solarzellen haben einen ziemlich festen optimalen Betriebspunkt, der
sich (konstante Beleuchtung vorausgesetzt) rein elektrisch einfach
ausmessen lässt und sich über den ganze Leistungsbereich kaum ändert.
Die Regelung ist auch sehr einfach (Ausregelung auf eine bestimmte
Solarmodulspannung reicht).
Das hat ein Windrad so nicht, das hat einen von der
Windgeschwindigkeit abhängigen optimalen Betriebspunkt. Wenn die Anlage
bspw. viel zu langsam dreht, kommt auch bei Sturm kaum Leistung heraus.
Dazu kommt noch das Problem, daß der Generator erst ab einer bestimmten
Drehzahl eine brauchbare Ausgangsspannung erreicht. Diesen Nachteil
haben Solarmodule ebenfalls nicht, der MPP-Spannungsbereich wird schon
bei schwacher Beleuchtung erreicht.
Ben B. schrieb:> Quark. Was man beim ICE hört ist die Chopper-Steuerung zur> Leistungsbegrenzung beim Anfahren bzw. später einfach die Kommutierung.
Nicht ohne etwas zu wissen, sollte man gleich behaupten das sei Quark.
Bei einem Besuch, dort wo die ersten ICE gebaut wurden, wurde das
unserer Besuchsgruppe vom zuständigen Leiter für die elektrische
Konstruktion der Antriebe so erklärt.
Die Massen sind zwar fest, aber die Schwingungsfeder deren
Federkonstante ist abhängig vom Moment. Diese Singularitäten werden
einfach umfahren durch gehen auf ein höheres oder niedrigeres Moment
genau an den Geschwindigkeitspunkten. Und damit die Oberwellen nicht
auch so was treffen, wird an der Spannung (Zwischenkreis),
Taktverhältnis und Frequenz auch gedreht. Hochinteressant, und wer damit
zu tun hat, hat auch Zugang zu den entsprechenden Doktorarbeiten. Dieses
regelungstechnische Grundwissen ist kein Geheimnis und läßt sich in
Fachbüchern finden.
Irgendwie finde ich, daß man keine Doktorarbeit braucht um zu wissen,
daß man bei so leistungsstarken Antrieben nicht lange im Resonanzbereich
bleiben sollte bzw. diesen möglichst schnell durchfahren sollte. Bei der
BR103 sind dadurch sogar Schäden entstanden wenn die Loks in Diensten
eingesetzt wurden, wo sie keine weiten Strecken mit konstant hoher
Geschwindigkeit fahren konnten.
Für das was Du hörst sind diese Umschaltpunkte aber unerheblich, bzw.
sie liegen halt da, wo sie liegen. Und daß man mit der Chopperfrequenz
auch Spielchen machen kann, sieht man an der BR182 (Siemens ES64U2).
Bei Klein-WKA glaube ich nicht recht, daß solche Effekte zu Problemen
führen, schon gar nicht wenn man die Generatorspannung sowieso
gleichrichtet. Dafür ist die Leistung einfach nicht groß genug. Groß-WKA
dürften generell so gebaut werden, daß Resonanzbereiche außerhalb des
normalen Betriebsbereichs liegen.
Ben B. schrieb:> Bei Klein-WKA glaube ich nicht recht, daß solche Effekte zu Problemen> führen
Die Wahrscheinlichkeit ist geringer, da die Frequenzen bei Kleinanlagen
relativ hoch liegen im Vergleich zum ICE. Bei Kleinanlagen ist ein
permamenterrregter Generator verbaut und dahinter ein Gleichrichter.
Somit sind nur die "Ruckler" durch die Rastmomente und die Peaks der
Gleichrichterströme zu berücksichtigen. Das ist hier recht
übersichtlich.
Niemand schrieb:> Ben B. schrieb:>> Man braucht aber in jedem Fall irgendeine Steuerung, die vorgibt wie>> schnell der Rotor drehen soll, wieviel Drehmoment anliegt (und zur>> Stromgewinnung verwertet werden kann) und wann evtl. die Leistung>> begrenzt werden muß.>> Ist das wirklich so komplex? Da reicht ja schon der mechanische Aufbau> als Herausforderung völlig aus, dann auch noch den Generator-Teil so> kompliziert?>> Einfach einen Dreh-Strom-Generator mit max. Leistung an das Windrad> direkt angekoppelt und den Rest macht man dann am Ausgang des Generators> elektrisch?
Das kann man schon alles elektrisch machen (bei Klein-WKA - bei großen
wird man ohne aktive Blatt-Verstellung und aktive Rotor-Ausrichtung - im
Fachbegriff Pitch und Yaw - nicht finanziell sinnvoll hinkommen) aber
trotzdem braucht man eine Steuerung. Einen Regel-Algorithmus, wenn du so
willst. Und eine Energie-Senke, wenn das Netz keine Energie aufnehmen
kann, Lastwiderstand oder (dann nicht elektrisch) Scheibenbremse, sonst
geht die Anlage bei stärkerem Wind durch.
MfG, Arno
