Eigenbau einer Kleinwindenergieanlage

Für das nächste Jahr haben wir es uns als Ziel gesetzt, Kleinwindenergieanlagen im Rahmen von Workshops zu bauen. Dabei sollen die Grundlagen der Windenergietechnik vermittelt und handwerkliche Kenntnisse ausgetauscht werden.

Um das realisieren zu können, ist es für uns erforderlich, zuerst selber einen Prototyp zu konzipieren und zu bauen. An dieser Anlage, die von Studierenden des Masterstudienganges Windenergie-Ingenieurwesen entwickelt und dann auf dem Dach der Lehrwerkstatt in der Fössestraße 103 errichtet wird, werden wir in Zukunft unterschiedliche technische Ansätze erproben, um so die resultierenden Messergebnisse mit den errechneten Daten zu vergleichen. Beispielsweise lässt sich prüfen, inwieweit die tatsächlichen Werte bei realen Windbedingungen von der berechnete Leistungskennlinie abweichen. Aus diesem Grund werden bereits im Rahmen einer Masterarbeit die Windverhältnisse am Standort gemessen. Zudem planen wir verschiedene Varianten von Rotoren an der Kleinwindanlage zu testen, um deren jeweiliges aerodynamisches Verhalten untersuchen und vergleichen zu können. 

 

Für den Bau des Prototyps, der im August dieses Jahres starten soll, werden noch Unterstützer gesucht. Sowohl mit Sachspenden in Form von Werkzeug, durch helfende Hände bei der Umsetzung, als auch mit finanziellen Mitteln kann der Fortschritt der Umsetzung vorangetrieben werden. Für weitere Informationen, wie du das Projekt unterstützen kannst, klicke hier. Die folgenden Kennwerte, Diagramme und Zeichnungen geben den momentanen Zwischenstand bei der Entwicklung unserer Kleinwindanlage wider:

Rotorbauform

Rotorbauform H-Darrieus
Rotorblattprofil NACA0015
Anzahl Rotorblätter 3
Gesamthöhe (maximal) 10 m
Rotordurchmesser 1 m
Rotorhöhe 1,2 m

Lagerung

Lagerart Zweipunktlagerung
Oberes Loslager *6310-2RS1
Unteres Festlager 7309 BE-2RZP

Kenndaten

Nennleistung (bei ca.9,5m/s) 250 W
Nenndrehzahl

380 U/min

Design-Schnelllaufzahl

2,1

Einschaltwindgeschwindigkeit (cut-in)

3 m/s

Abschaltwindgeschwindigkeit (cut-out)

15 m/s

Jahresstromproduktion (3m/s)

119 kWh

Bei einer jährlichen mittleren Windgeschwindigkeit von 3 m/s ergibt sich ein jährlicher Energieertrag von 119 kWh. Diese Energie reicht aus um ca 1000 Liter Wasser zum Kochen zu bringen. Also etwa drei Liter pro Tag. Der tägliche Kaffeebedarf in der Werkstatt wäre damit auf jeden Fall gedeckt.
Alternativ kann mit der gleichen Energie eine Werkstattbeleuchtung mit 200 LED (je 0,07 W) über 8500 Stunden betrieben werden. Sie könnte also fast durchgehend über das ganze Jahr brennen. Verluste durch Speicherung und Umwandlung wurden hier aber noch nicht berücksichtigt.


Weiterentwicklung

Um die schlechten Anlaufeigenschaften des H-Darrieus Rotors auszugleichen, werden unterschiedliche Ansätze verfolgt:

Eine Pitchregelung, die den Stellwinkel jedes einzelnen Rotorblattes verändert, kann zu besseren Ergebnissen führen. Dies wird derzeit in einer studentischen Arbeit untersucht.

Ebenso ist eine Kombination mit einem Savonius-Rotor möglich, wie in dem linken Bild zu sehen. Dieser funktioniert als Widerstandsläufer und erzeugt bei kleineren Windgeschwindigkeiten bereits ein ausreichend großes Moment.

Auch eine Verdrehung des Rotors zu einer Helix-Form bringt verbesserte Eigenschaften beim Anlauf. Das mittlere Bild zeigt  einen entsprechenden Aufbau. Vereinfacht kann dieser Effekt auch durch einen mehrstöckigen Aufbau des Rotors mit geraden Blattelementen, wie im rechten Bild dargestellt, erreicht werden.