dynamo's opschalen en snelheidsbeveiliging

• 

  Anton

  21-03-2011 11:29

  Hallo!

  Ik ben bezig met het zelf bouwen van een windmolen. Uitgangspunten hierbij zijn: hoog rendement, zo simpel mogelijk, onderhoudsvrij, goedkoop (binnen vijf jaar terug te verdienen) en eenvoudig schaalbaar.

  Dit dacht ik in te vullen door:

  - gebruik van VAWT;

  - gebruik van meerdere autodynamo's;

  - snelheidsbeveiliging en geleidelijk opschalen d.m.v. van deze dynamo's door spanning op de kern te zetten afhankelijk van de windsnelheid / rotatiesnelheid van de rotor;

  - opladen van een accu en vervolgens dmv een omvormer koppelen aan het net en daarmee terugleveren mogelijk te maken.

  Heeft iemand antwoorden op de volgende vragen:

  1. Is er een beter (goedkoop) alternatief (zelfbouw is prima) voor de autodynamo's, waarmee de snelheidsbeveiliging en schaalbaarheid ook te realiseren is zonder ingewikkelde electronica?

  2. Is er een schakelaar op de markt verkrijgbaar die afhankelijk van de rotatiesnelheid meerdere schakelaars kan aansturen (die spanning op de kernen van de verschillenden autodynamo's kan zetten)?

  Vast bedankt,

  Anton
• 

  Adriaan Kragten

  21-03-2011 22:57

  Beste Anton

  Er zijn drie klassen van vertikale-as-wind-turbines of VAWT's. Molens die werken op lift, op weerstand of op een combinatie van beiden. Ik ben van geen enkel type VAWT een voorstander en heb rapporten geschreven waarin staat waarom niet. Deze rapporten zijn te downloaden van mijn pagina van de website van Bidnetwork: www.bidnetwork.org/person-42169-en.html. Rapport KD 215 gaat over Darrieus rotoren die werken op lift. Rapport KD 416 gaat over weerstandsmachines zoals bijvoorbeeld de cup-anemometer. Dit zijn werkelijk ondingen, o.a. omdat ze een zeer lage Cp hebben.

  Op de site staat ook de notitie “Measurements Savonius rotors on Internet.doc” waarin wat over dit type vermeld wordt dat op weerstand en lift werkt en waarin verwezen wordt naar openbare rapporten over metingen die op het Internet te vinden zijn. Je moet deze rapporten maar eens doorlezen. Ik weet niet of je al een keuze gemaakt hebt maar aan elk type kleven een heleboel bezwaren. Als je er ondanks mijn rapporten toch aan wilt beginnen is dat je goed recht maar je weet dan in ieder geval wat voor soort problemen je zult tegenkomen. Ik heb geen zin om over VAWT's op dit forum te discussiëren omdat ik dat zonde van mijn tijd vind.

  Jammer genoeg moet ik je ook het gebruik van autodynamo's afraden. In mijn rapport KD 341 dat gaat over de PM-generatoren die in mijn VIRYA-windmolens gebruikt worden, staat ook een hoofdstuk over autodynamo's en over de nadelen die daaraan kleven. Dit rapport staat ook op mijn pagina op de site van Bidnetwork. Lees dat hoofdstuk ook maar eens door.

  Stel nu eens dat je VAWT wilt gaan bouwen die afgeleid is van een Darrieus rotor. Eén van de nadelen van een Darrieus rotor is dat deze een negatief startkoppel heeft bij lage snellopendheden. Daardoor is een dergelijke molen niet zelfstartend en moet je hem aanzwengelen. Hiervoor is het nodig dat de generator ook als motor kan werken. In dit geval is het het handigst om een PM-gelijkstroommotor te gebruiken. Een PM-driefasenwisselstroomgenerator kan ook als motor werken maar daarvoor heb je een dure driefaseninverter nodig die met een frequentie van 0 Hz kan beginnen en daar zou ik niet aan beginnen. Een Savonius rotor heeft wel een positief startkoppel mits er twee rotoren gebruikt worden die 90° t.o.v. elkaar verdraaid zijn maar in Savonius rotoren gaat erg veel materiaal zitten en de Cp is niet hoger dan 0,2.

  Naar mijn mening is een horizontale-as-wind-turbine het enige type dat economisch rendabel kan zijn en dan alleen nog als het gebruikt wordt op plaatsen waar veel wind is en als het goedkoop gefabriceerd kan worden. Grote windturbines zijn al rendabel of worden het binnenkort omdat zij vanwege de grote ashoogte bij hoge windsnelheden draaien en omdat de rendementen veel hoger liggen. Voor kleine windmolens is nog heel wat ontwikkeling nodig voordat deze in Nederland rendabel zijn. Als je de molen zelf bouwt, over een goed ontwerp beschikt en je eigen arbeid niet meetelt in de kosten dan is het misschien nog wel te doen maar ik twijfel of je de kosten er in vijf jaar uithaalt. Er is een testveld van kleine windmolens in Zeeland en de eerste meetresultaten van de meeste molens die daar getest worden zijn niet bepaald hoopgevend.
• 

  Anton

  22-03-2011 09:52

  Adriaan,

  Bedankt voor je antwoord.

  Ik heb je rapporten gelezen. Ik blijf van de autodynamo's af :-).

  Begrijp ik het goed dat de PMG's uit je rapport meer genereren afhankelijk van de windsnelheid? Door kortsluiting te maken kunnen ze ook als rem fungeren begrijp ik. Ik zie ook dat je een mechanische rem hebt ingebouwd in je windmolens bij te harde wind (in de staart). Zelf heb ik daar ook wel ideeen voor in mijn ontwerp.

  Ik heb een manier heb gevonden om bij een VAWT het verticale blad, dat tegen de wind in draait, te laten inklappen. Hij snijdt als het ware als een mes door de wind. Op deze manier heb je dus een veel hogere Cp. Kun je dan berekenen hoe hoog het rendement dan wordt? Wordt het rendement dan niet hoger dan een HAWT? Of zeg je eigenlijk dat je kan berekenen dat het rendement van een VAWT nooit hoger kan worden dan een HAWT ook al verdwijnt het tegenwindse blad in het niets? Als dat het geval is dan zul je mij er niet meer horen over VAWT's :-).

  Indien het rendement wel hoger kan zijn, kun jij me dan vertellen hoe de generator eruit moet zien bij de volgende gegevens: blad afmeting (cm) 100 x 25 en buitenkant blad staat 50 cm uit de as (binnenkant dus 25 cm van de as af). Of heb jij toevallig een generator liggen die ik kan overnemen die hier in de buurt komt?

  Vast bedankt,

  Anton
• 

  Adriaan Kragten

  22-03-2011 17:22

  Een voordeel van een PM-generator is dat er geen veldvermogen nodig is. Het rendement is daardoor bij lage vermogens aanzienlijk hoger dan een veldbekrachtigde generator. Mijn windmolens hebben geen mechanische rem op de generator as maar het opgewekte vermogen wordt begrensd doordat de rotor boven een bepaalde windsnelheid geleidelijk uit de wind draait.

  Er zijn een aantal manieren om een VAWT die op lift werkt zelfstartend te maken.

  Het oudste systeem is dat van de panemoon dat al voor Christus door de Chinezen gebruikt werd. Hierbij draaien er een aantal zeilen rond die op zich ook weer kunnen draaien om een as maar waarvan de stand door een touw begrensd wordt. Dit lijkt erg op het grootzeil van een zeilboot. Het nadeel is alleen dat het zeil op een gegeven moment gijpt en dan in één beweging van de ene naar de andere uiterste stand draait wat grote stootkrachten geeft. Hier zou ik niet aan beginnen.

  Een Darrieus rotor kan zelfstartend gemaakt worden als elk blad een pendelende beweging maakt die door een excentriek gestuurd kan worden. Het nadeel is wel dat de molen dan op de wind gericht moet worden. Een vergelijkbaar systeem wordt op sleepboten gebruikt om in elke richting te kunnen varen en wordt dan een Voith Schneider genoemd. Een erg leuke simulatie van een Voith Schneider is te vinden op: www.voithturbo.de/545950.htm

  Er bestaat ook een systeem waarbij het blad een halve omwenteling draait als de rotor een hele omwenteling draait. Het blad dat met de wind mee gaat staat dan haaks op de wind. Het blad dat tegen de wind in gaat staat in de richting van de wind en heeft daardoor bijna geen weerstand. De eerste molen die ik ooit meer dan 40 jaar geleden gebouwd heb werkte volgens dit principe. Het prototype heeft een paar jaar op het dak van De Kleine Aarde in Boxtel gestaan. Er staat een foto van in Het Windwerkboek van Chris Westra op blz 210. Ongeveer twee jaar geleden heb ik dit systeem nog een keer beschreven in rapport KD 417. De titel is: The rotating blade, vertical axis wind turbine. Het is geen openbaar rapport maar als dit het is waar je mee bezig bent, dan wil ik je wel een kopie sturen.

  Als hij onbelast draait dan blijken de bladen precies evenwijdig aan het blad aangestroomd te worden. Als hij iets afgeremd wordt dan ontstaat er een kleine instelhoek waardoor het blad bijna overal op lift werkt. Daardoor zou een dergelijke rotor een Cp moeten kunnen hebben die vergelijkbaar is met een HAWT. Het nadeel is echter dat er een tamelijk complexe constructie nodig is om de bladen aan te drijven en dat de rotor in de wind gericht moet worden.

  Ik heb nog een prototype van een nieuwe kleine PM-generator liggen die je tegen minder dan de kostprijs kunt overnemen. Hij is gemaakt van een kortsluitankermotor bouwgrootte 90 (met een as van 20 mm en een konisch aseinde). De prijs is 250 Euro. Deze generator is niet doorgemeten maar ik heb wel metingen van een generator met eenzelfde bouwgrootte maar met een verlengd anker. Of deze generator bruikbaar is zul je zelf moeten uitzoeken.