Wie schon anderswo erwähnt haben wir schon seit längerer Zeit ein kleines Winrad in Betrieb.
Allerdings nur als Experiment. Es speiste in meine 12V Bleibatterieanlage ein. Die Leistung war eher sehr marginal, was am Aufstellungsort lag. Es wurde geduldet im Rahmen meiner Amateufunkanlage.... So richtig erlaubt war das nicht, verboten aber auch nicht.... halt Grau-Zone
Dem Druck des Wählers wurde dann irgendwann nachgegeben, und hier vor Ort sind jetzt KWAs zur Versorgung von Häusern bis 15m Gesamthöhe im Rahmen der allgemeinen Bauvorschriften genehmigungsfrei. In meinen Falle heißt das, weil Gewerbemischgebiet mit landwirschaftlicher Prägung, bis maximale Höhe gleich vierfacher Abstand zu Grundstücksgrenze, mit Mindestabstand 3m. Vorversuche mit der Kleinen ergaben nur einen möglichen Platz dafür.
Im Rahmen der Vorversuche ergab sich, daß nur für Wind aus Südwest bis Südsüdost gute Beindgungen bieten. Bescheidene Ergebnisse noch aus Nordnordost. Beim Kartenstudium zeigte sich, daß aus diese Richtungen ausgerechnet unsere Hauptwindergie herkommt.
Das regte mein Phantasie und Forscherdrang an....
Das Literaturstudium zeigte schnell, daß auf die Schnelle keine Erkenntnisse zu erzielen waren, ganz anders als bei PV oder Thermie.! Die simple Formel mittlere Windgeschwindigkeit ergibt mittlere elektrische Leistung, das mal 8600 Stunden den Ertrag im Jahr, geht garantiert in die Hose.!!!
Mit dem Versuch einer fundierten Planung setzt sich mein Beitrag hier auseinander.
Demnächst also mehr. LG Jörg
Ich weiß ja nicht, wie groß die Windmühle ist, aber wenn man die Physik bemüht, dann kann z.B. eine kleine 2 m Durchmesser Anlage in Bodennähe gerade mal die Leistung eine alten Glühbirne abliefern. Kleine Vergleichsrechnung:
Eine Vestas 162 mit ca. 120 m Nabenhöhe hat eine Nennleistung bei 12 m/s Windgeschwindigkeit von 6 MW.
Der Durchmesser geht in der 2. Potenz in die Leistungsberechnung ein.
Die Windgeschwindigkeit in der 3. Potenz,
Die Windgeschwindigkeit nimmt an gleichem Ort logarithmisch mit Höhe ab, abgeschätzt hier um ca. 2 fach.
Damit wird dann im Vergleich zu einer erwachsenen, modernen Großanlage mit 6 MW:
(2/162)² * (1/2)³ = 1,9 x 10^-5 oder ca. 114 Watt oder weniger.
Dann gibt es noch die Raleigh- oder Weibull-Verteilung für die lokale Häufigkeitsverteilung der Windgeschwindigkeit. Die setzt der Sache noch weiter zu und reduziert die Volllaststunden pro Jahr. Wahrscheinlich kommen da nicht mehr als 1.300 h/a zusammen.
Mithin kann optimistisch geerntet werden: 0,114 kW x 1.300 h/a = 148 kWh. Jedes Balkonkraftwerk bringt mehr und ist um Größenordnungen kostengünstiger. Aber nichts für ungut - jedem sein Plaisierchen.
Genau darauf will ich hinaus.! Das ist auch bei mir Hobby....
Halbwegs berechnen läßt PV, schon Solar-Termie ist seeehr viel schwieriger, aber Wind ist "äußerst individuell".
Also vorab: mein Standort funzt nur, weil die Bebauung Lücken hat, und genau für die Haupt-Energierichtung offen ist. Dazu kann ich den Staudruck von drei großen Eichen zusammen mit der Leewalze einer Lößsteilwand nutzen. Nur dadurch habe ich hier für Wind aus Südwest bis Südsüdost die Windgeschwindigkeit aus dem Wetterbericht zwischen den Eichen an einer kleinen Stelle. Quasi als Windkanal. Das ist alles reiner Zufall im Bereich der Basteleien entdeckt.
Exkurs: Deshalb gibt es weltweit auch nur eine bekannte Scheunen-Windmühle mitten in einem Ort gibt, selbst die Besitzer-Familie hatte vergessen was das ist, obwohl seit Jahrhunderten im Familienbesitz. Niemand lebendes konnte sich an den Zweck der Anlage erinnern oder gar Betrieb. War ein Zufallsfund bei der Planung des Abrisses. Man hat es dann begeistert erhalten und die neue Nutzung integriert. Die Anlage war voll funktionstüchtig und hat wohl sehr lange den Eigenbedarf des Bauernhofes gedeckt...
Ich brüte seit Jahren an einer Lösung für die 3 Wintermonate. Die Not und die Freude am experimentieren war der Antrieb. Reich wird man hiermit nicht.!
Mit obiger Erkenntnis, welcher Wind überhaupt nutzbar ist, bin ich auf die Suche nach geeigneten Daten gegangen. und auf folgende z.B. Website gestoßen
Zunächst sieht das niederschmetternd aus. Aus der Erkenntnis das die Haupt-Energierichtung der Windkraft nicht mit diesen Daten ermittelbar ist, habe ich weitergesucht.
Damit sind wir dann in der Lage fast die ganze verfügbare Energie mitzunehmen.
Mit diesen Daten bin ich dann in die Statistiken fur die Windgeschwindigkeiten gegangen.
Uns interessiert eigentlich nur der Winter, denn nur da haben wir noch ungedeckten Bedarf an Strom.
Dann ist der Wind auch am stärksten im ganzen Jahresverlauf.
Aus dem vg Dokument von "Weatherspark" habe ich aufgrund der Diagramme für die Windrichtung und der mittleren Windstärke eine untere Abschätzung der Ertragslage gemacht. Diese krankt allerdings an der unbekannten Leistung bez. auf die Windgeschwindigkeit. Ich habe nur die Leistungsdaten für einen dreiblättrigen Rotor. Ich habe den mit fünf Blättern. Es wird allgemein von einem 60% höheren Ertrag ausgegangen. Dieses Thema ist stark umstritten.
Die Tabelle wurde mit den allgemeinen Weibull-Parametern für Niedersachsen errechnet.
Inwiefern die hier zutreffen,steht in den Sternen. Zum Errechnen des Ertrages habe ich einen auf einer Website verwendet, die Ergebnisse und der Link sind leider bei einem Computercrash verloren gegangen. Die Tabelle gilt für drei Rotorblätter, ohne Weibull-Korrektur.
Die Weibull-Korrektur mit dem fünfblättrigen Rotor bringt etwa den Faktor 3,5 in den Ertrag.
Damit wäre man bei ganz grob bei 4 bis 5kWh am Tag im Winter, also die Hälfte unseres Grundbedarfs am Tag. Damit wäre die Anlage in Eigenhilfe wirtschaftlich sinnvoll.
Solar bleibt günstiger als Wind, soviel ist sicher, wenn man Sonne hat.
An unserem Standort ist das im Winter nicht wirklich gegeben.
Nur so macht das Experiment überhaupt Sinn.
Die meisten sind total gescheitert, weil der Standort ungeeignet war.
Die Erfolgreichen sagen, daß meine Überlegungen zu pessimistische sind, weil sie schlechtere Bedingungen haben und bessere Ergebnisse erzielen.
Es bleibt spannend.!
Soviel zur Ertragswahrsagerei....
Demnächst Überlegungen zur Technik und warum genau diese Anlage gewählt wurde.
Ich vermute die Leistung von 2200 W bei 15 m/s und Durchmesser 2,2 m sind Herstellerangaben.
Habe mir erlaubt, das mit einer erwachsenen 162 m Durchmesser Vestas Anlage zu vergleichen. Die Wirkungsgradrechnung ergibt gleiche Werte. Und das ist, was ich mir beim besten Willen nicht vorstellen kann. Mir scheint die 2200 W Angabe deutlich zu optimistisch, mit Verlaub.
Meine direkte Leistungsrechnung (vgl. meine vorige EInlassung) kommt bei dem etwas größeren Rotordurchmesser auf ca. 140 W und im Jahr auf 191 kWh. Aber sei es drum, ob das nun 258 oder 191 kWh/a sind, ist vermutlich von der Wirtschaftlichkeit völlig egal.
Windkraftanlagen können nur Energie aus dem Wind ernten bis zum einem Betz-Maximum von 16/27 = 59%. (Reduzierung der Windgeschwindigkeit auf 1/3 hinter dem Rotor). Dabei spielt es erstmal keine Rolle, wieviel Rotorblätter eine Anlage hat. Allerdings erhöht sich mit der Zahl der Rotorblätter und der größeren Versperrung die Ausbeute bei Leichtwind etwas, gleichzeitig geht aber insgesamt Wirkungsgrad verloren (mehr umströmte Rotorfläche). Der wesentliche Unterschied der alten "Western"-Anlagen im vergleich zu den modernen Windrädern besteht aus der Reduzierung der Umfangsgeschwindigkeit, damit der Drehzahl. Einfacher ausgedrückt: eine 3-Blatt Anlage würde einfach nur schneller laufen und mehr quietschen
Was ist denn der nutzbare Anteil in der Tabelle? Soll das die Weibull-Verteilung enthalten?
Die erwachsenen Anlagen haben übrigens eine "Cut-In" Windgeschwindigkeit. Liegt üblicherweise bei ca. 3 m/s. Darunter drehen die gar nicht erst. Für 5 blättrige Anlagen sollte das bei etwa 2 m/s liegen. Da gilt zwar auch Weibull, aber wird nicht genutzt, geht aber in die Ermittlung der Jahres-Volllaststunden ein.
Um einen Vergleich in Bezug auf Vollaststunden anzustellen, muß erstmal auf 12 m/s normiert werden. Dann bringt die Mühle noch 1.126 W bei 12 m/s. Die 257,9 kWh aus der Tabelle würden dann auf 257.900 / 1.126 = 230 h/a Volllaststunden schließen. Scheint mir für eine Kleinanlage erstmal nicht abwegig, ist aber nur ca. 10% einer großen Anlage. Deshalb fasst auch niemand die kleinen Anlagen wirklich an. Wie sagte die Indianeroma: "Wenn Du merkst, dass das Pferd tot ist, nimm ein anderes Pferd". Setze auf PV mit einem Speicher, der ca. 120% des Tagesbedarfs abdeckt. Just saying...
ich habe inzwischen keinen Platz mehr, und kriege hier zusätzlich noch maximal ca. 4kWp flach unter... "Das rettet uns hier den Arsch auch nicht"
Wir haben so nahe am Polarkreis die Sonne im ungünstigsten Fall 14° über Horizont und wir wohnen am Fuß einer Lößsteilwand. Das heist mit 7h Tageslicht nix gutes für PV.!!
Daher die Verzweiflungstat Winter-Windturbine....
Der pfeift hier schön kalt...
Ich habe Windkanal-Messungen bauähnlicher Turbinen vorliegen.
Der Wirkungsgrad ist im Optimum bei 0,3 und bei Nennlast 0,2 mit drei Rotor-Blättern.
Mein Rotor ist identisch, der Generator ist für höhere Spannungen gewickelt.
Man kann das schon umrechnen. Ein Problem ist mein 5-blättriger Rotor.
Das ist nicht so einfach umrechenbar. Da spielen Schnelllaufzahl, Endwirbel uvm. dominate Rollen.
Genauso ist das mit großen Windkraft-Anlagen, die in laminaren Strömungen arbeiten. Sie sind mit dem Betrieb in den Turbulenzen in Bodennähe nicht vergleichbar.! Diese Milchmädchenrechnungen helfen hier nicht weiter.
Hier zeigt sich klar wo der Hund begraben ist. Ein fünfblättriger Rotor hat mehr Moment bei kleinerer Drehzahl, ober auch mehr Verluste bei starkem Wind.
Also in einer bebauten Zone, mit leicht hügeligen Gelände und hohen Bäumen ist in 10 bis 15m Höhe über Grund ist alles, nur keine "Laminare Strömung" zu finden. Und genau deshalb können Hummeln fliegen.... Sie nutzen Wirbel und Turbulenzen.! Also laßt es uns auch so machen und wir vergessen mal die Großen.
Aktuell sollte ich hier laut Kachelmann bis Windfinder 6m/s Windgeschwindigeit aus SSW in 10m Höhe laut Wetterbericht haben, und meine Turbine sollte ca. 300W bringen. Leider hat man vergessen das dem Wind und Turbine zu sagen....
Die Hummel fliegt, meine Turbine nicht. Erkenne den Fehler.!!
Schön, bei 53°09´N haben wir meistens Windstille bis leichte Brise. Da kommen selten die postulierten Windgeschwindigkeiten zusammen, auch in exponierteren Lagen nicht wirklich. Das merkt natürlich die Windkraftanlage und verhält sich eben nicht wie eine Hummel, die fliegen kann.
Das Thema ist einfach die Rauhigkeit der bodennahen Umgebung. Eine glatte Wasseroberfläche wird sehr wenig Widerstand zur Absenkung der effektiven Windgeschwindigkeit bieten. Eine städtische Umgebung dafür um so mehr. Interessierte können das hier nachlesen: EnArgus
Problematisch wird die Sache mit den KWA, weil auf alibaba et al für ein paar 100 Euro Anlagen mit mit mehreren kW Nennleistung angeboten werden. Die wahren Leistungen und Energieernten sind aber soweit weg von den Hochglanzkatalogen, das die Käufer immer nur enttäuscht sind.
Genaui so ist das!. Heute war hier an der Küste "Drachenfest" mit 2 bis 6Bft am Strand.
Dann sind das im Marschland 1Bft weniger und bei uns hier 2Bft.!!!
Will heißen, an meiner 2,2 Turbine kommen 0 bis 4Bft an. Und genau dass habe auch gesehen.!
Diese Rauhigkeit führt zu Haftluft, analog Windchill-Effekt beim Wandern oder Übernachten ohne Zelt. im Südwesten von uns ist eine "Hochebene" mit relativ wenig Hindernissen an der die Luft "festklebt". Erst ab 3Bft aus der Richtung löst die schlagartig ab, und erst dann kommt Bodenwind auf. Auf genau diesen Bodenwind ist eine KWA unter 15m dringend angewiesen.!!
Ich habe eine Solchene hier liegen. Mit der haben ich die Test gemacht.
Die Prospekte strotzen vor Halbwahrheiten, Übersetzungsfehlern, verwechselten Einheiten uvm. Bei Lichte besehen macht sie genau was die Physik vorgibt. Nicht mehr und nicht weniger.! Leider sind deutsche Lieferanten nicht ehrlicher....
Zurück zu meinen heutigen Beobachtungen.:
Die meiste Zeit war Haftluft mit so 1-2Bft angesagt. Wenn diese durch Böen von 3 - 4Bft gelöst wurde, kam es zu den im Prospekt genannten "Leistungsexplosionen" bis über 300W, wenn die Böe lang genug dauert, denn das ist eine Turbine mit Turboloch.
Also alles so wie ich es nach meinen Vorstudien erwartet hatte. Soweit alles im "Grünen Bereich" für mich, und exakt so wie es in der Dokumentation und in dem telefonischen Beratungsgespräch benannt wurde.
Fazit
Bis jetzt ist alles so wie ich es geplant habe.
Und warten wir auf den Herbst mit ohne Haftluft mit Durchschnittlich 4Bft +.
Eine KWA an meinem Standort ist eine Nischenlösung, die nur durch äußerst seltene Umstände überhaupt sinnvoll erscheint. Nur durch Eigen- und Nachbarschaftshilfe kommen wir hier auf den gewünschten Effekt.
Die Anlage wird nur in den windreichen Monaten, speziell im Kernwinter überhaupt nennenswerte Strommengen liefern. Dann ist mit max. ca. 300W mittlerer Leistung zu rechnen, also ist sie mit etwas Glück in 11Jahren amortisiert. Das reißt niemanden vom Hocker, denn die Wartung und die Eigenleistung sind da nicht drinn.!! Grob geschätzt kostet uns 1kWh Windstrom ca. 20€Ct, ein kWh PV-Strom 4€Ct, ein KWh aus der Batterie
10€Ct.
Motivation
Es ist eine einfache, machbare Möglichkeit die PV-Anlage und damit unser Inselnetz im Winter zu ergänzen, weil wir keine weitern Möglichkeiten für Panels haben.
Und natürlich Spaß an Forschung und Technik, also Hobby.!
Macht Spaß, Deine Berichte zum Thema zu lesen. Auch wenn es bei uns hier (Bremen, Reihenmittelhaus) völlig sinnfrei ist, würde es mich trotzdem mal einfach von der Technik her reizen mich bischen mit zu beschäftigen. Kennst Du ggf. Jonathans Webseite? Windrad Workshops - PureSelfMade Dieses Jahr ist mein Kalender leider zu voll, aber ich will mich mal nächstes Jahr für einen Workshop anmelden.
