Windenergie und Solar als Energiemix?

Wie gut ist Dein Standort bzw Windenergie? An 95% aller Binnenlandstandorte kannst Du den Ertrag einer 1kW Windkraftanlage auf meinetwegen 10m Höhe (je nach Bauordnung?) leider vergessen...

Ich habe keinen aktuellen Gesamt-Überblick, aber nach meinen letzten Informationen gibt es kaum Fälle, in denen Klein-WKA vernünftig und dauerhaft in Betrieb gehen. Die Technik ist wenig ausgereift und Genehmigungsbedingungen sind oft unklar, jetzt mal abgesehen von kleinen Windrädern für die Landwirtschaft, die beispielsweise als Wasserpumpen auf Viehweiden dienen.

Kleinwindanlagen sind eine nette Spielerei. Ich hatte hier einen selbst gebauten Savonius mit einem Nabendynamo als Energiequelle am laufen. Hat eigentlich recht zuverlässig eine Moppedbatterie mit seinen 3W geladen und für Licht im Holzschuppen gesorgt. Aber das Ding lief auch beim kleinsten Windhauch an.

Handelsübliche Windgeneratoren brauchen da entschieden mehr Wind.

Door Miesegrau

Setzt nun auf Solar.....

Hallo Ben,

Du wirfst ein paar Begriffe in die Runde, die so erst mal wenig Aussagekraft haben:

- "PV-Anlage ca. 5kW":
Soll die Anlage 5kW liefern können oder sollen Module mit einer (theoretischen) Spitzenleistung von insgesamt 5kWp (peak) installiert sein. Welche Ausrichtung haben die Module? Süd mit +/-30° Neigung (gut im Sommer) oder Süd mit +/-60° Neigung (gut im Winter)? Oder gibt das Dach eine andere Ausrichtung und Neigung vor? Ein Ost-/West-Dach z.B. kann eigentlich nur 70% der von der Sonne eingestrahlten Leistung nutzen.

- "Sonnenbatterie Größe 4000Ah": Ah sind eine reine Kapazitätsangabe, die noch nichts über die gespeicherte Energiemenge aussagt, so lang man die Spannung nicht kennt, auf die sich die Ah beziehen. Bei stationären "Sonnenbatterien" gehe ich mal von einzelnen Blei-Akku-Zellen mit 2V Nennspannung aus. Dann bedeuten 4000Ah x 2V = 8000Wh oder 8kWh. Das ist nicht viel. Dann kommt hinzu, auf welche Entladungstiefe sich das bezieht. Sollen die Batterien ein paar Jahre lang durchhalten, darf man sie möglichst wenig entladen. Mehr als 30% Entladetiefe sollte man ihnen nicht zumuten. Schon bei 50% Entladung altern Blei-Akkus deutlich und machen das nur einige 100 mal mit (von Gel-Akkus abgesehen, die aber gut das 2-3fache kosten). Von den 8kWh im Werbeprospekt bleiben dann bei 30% Entladung gerade mal 2,4kWh nutzbare Kapazität übrig. Ein 4-Personen-Haushalt braucht in D typischerweise 3.000 - 4.000 kWh im Jahr, das sind im Schnitt 8 - 11 kWh pro Tag.

Um wenigstens eine Woche aus Batterien leben zu können, müsste ein normaler Haushalt mit o.g. Strombedarf entnehmbare 56kWh im Batteriespeicher (Blei-Akkus) haben... Bei Li-Akkus sieht es besser aus, was die zulässige Entladetiefe angeht (80%), aber dafür beträgt der Preis derzeit noch ein Vielfaches ggü. den Blei-Systemen.

- "durch einen Windgenerator ca. 1kW Strom produzieren": ähnlich wie bei der PV, ist die Angabe unklar: soll die Anlage 1kW liefern können, sobald Wind weht oder ist das die Maximalleistung des Windgenerators für die er ausgelegt ist? Dazu kommt wie Cephalotus' schon schrieb, das Problem des Standorts. In vielen dt. Bundesländern sind WKAs bis 10m Anlagenhöhe genehmigungsfrei. Das sieht im Vorgarten zwar schon beeindruckend aus, allerdings hat man in bebautem/bewaldetem/hügeligem Gelände in dieser Höhe extrem verwirbelte Luftströmungen, was zu einem unruhigen Lauf des Windrads führt, was speziell bei WKA mit horizontaler Achse zu erheblichen mechanischen Wechselbelastungen führt, die die Anlage laut und verschleissanfällig machen. Wenn man nicht gerade einen Standort auf einer kahlen Bergkuppe hat, kann man grössere Horizontalläufer in dieser Höhe eigentlich vergessen. Man sieht es auch an den derzeit gebauten "grossen" WKA: die Anlagen sind mittlerweile bei 200m Anlagenhöhe angekommen, wenn es um Binnenstandorte geht.
Für den heimischen Garten bleiben daher eigentlich nur Vertikalläufer wie Savoniusrotoren. Die tun sich leichter mit verwirbeltem Wind und man kann sie einigermassen robust lagern und hat nur eine Drehachse. Auch das Problem der Ableitung des elektrischen Stroms von dem bei Horizontalläufern drehbar gelagerten Generatorgondel ergibt sich bei Vertikalläufern nicht, das der Generator fest steht und sich nur seine Welle drehen muss.
Natürlich gibt es die hektisch surrenden Kleinwindanlagen a la AirBreeze, VistaBreeze etc. Das sind aber Spielzeuge im wenige 10W - sehr wenige 100W Bereich. Dort wird der Strom entweder über Schleifringe abgeleitet oder über das frei im Standrohr baumelnde Stromkabel, dessen Verdrillung bewusst in Kauf genommen wird, was aber irgendwann zu Kabelbruch führt.

Fazit: um Stromausfälle ohne massive Komforteinschränkungen durch Wind und Sonne auch nur annähernd zuverlässig für mehr als nur 1-2 Tage überbrücken zu können, braucht es sehr gross dimensionierte PV- und Windgeneratoren und sehr grosse und damit teure Akkus. Das Problem bei grossen Akkus ist dann wiederum, dass diese gepflegt werden müssen. Einen 25kWh-Akku kann man nicht mit einem 10A-Ladegerät beeindrucken, da müssen schon (Gesamt-)Ladeströme im 3stelligen Ampere-Bereich bereitgestellt werden. Das ist für viele Solar-Insulaner im Winterhalbjahr ein Problem, weil die Akkus nicht mehr ausreichend per Sonne geladen werden können. Man braucht also ein kräftiges Netzladegerät (was den Autarkie-Anspruch konterkariert) oder einen dieselbetriebenen Ladegenerator, den man ab und zu für ein paar Stunden laufen lässt, nur um die Akkus zu konditionieren.

Wer bei einem Stromausfall dringend auf Strom angewiesen ist, sollte sich Gedanken über die Anschaffung eines kleinen aber hochwertigen Inverter-Stromerzeugers (z.B. Honda Eu10i, Eu20i, Eu30is,...) machen und die erlaubte Höchstmenge an Benzin (20l in D) in Form von Alkylatbenzin (was 5 Jahre lagerfähig ist, z.B: Aspen 4T) einlagern. Dann hat man eine zuverlässige leistungsstarke Stromquelle, die man stundenweise nutzen kann.

Alternativ, wenn man bei Sonne und Wind bleiben will, bleibt nur ein vollkommen auf Minimalismus ausgelegtes Notstromkonzept, da kann man sich die Batterie-Stromversorgung in einem Wohnmobil oder einer Segelyacht zum Vorbild nehmen. Dann reichen für das mitteleuropäische Sommerhalbjahr z.B. 400Wp PV-Leistung flach auf dem Wagendach + 2kWh Speicher-Akku, um eine Kompressorkühlbox, ein paar LED-Lampen, ein Radio, ein zwei Wasserpumpen für Trinkwasser und WC autark zu betreiben. Aber die PV-Leistung reicht schon nicht mehr fürs Winterhalbjahr, da müsste sie mindestens verzehnfacht werden und die Akkubank ebenfalls.

Grüsse

Tom

Ben: ich hoffe, dass Du auf der Seite von http://www.klein-windkraftanlagen.com/technik/vertikale-windkraftanlagen/ noch zusätzliche Informationen zu dem sehr informativen Post von Tom findest. Du verfolgst einen interessanten Ansatz, der es wahrlich wert ist, von allen Seiten beleuchtet zu werden.

Wolfgang

Hallo SP-Mitglieder,

ich habe leider im SP kein Thema „Wasserrad“ gefunden und ein neues Thema konnte ich nicht eröffnen. Darum muss ich mein Anliegen nun hier platzieren.

Heute brauche ich einige „elektrische“ Tipps zum Bau eines Wasserrades, dass ich als Stromquelle nutzen möchte.
Der Hintergrund meines Anliegens:

Unsere Resort-Anlage befindet sich auf Koh Phangan. Das ist die Nachbarinsel von Koh Samui im Golf von Thailand. Die Anlage selbst mit Haupthaus, Gästezimmern usw. befindet sich direkt am Beach, jedoch mit einem Höhenunterschied von ca. 18 Meter, da die Anlage an einem sehr steilen Berg gebaut wurde.

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Das gesamte Regenwasser wird durch die Dachrinnen und dem riesigen, gefliesten Pool-Außenbereich in einem Wassertank abgeleitet, der 120.000 Liter Brauchwasser fasst und der die gesamte Anlage mit Brauchwasser versorgt.

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Da es in der Monsun-Zeit zu extrem schweren Regenfälle kommt, die zuweilen den ganzen Tag anhalten und die Gesamtfläche des Auffangbereichs für das Regenwasser ca. 1000 Quadratmeter beträgt, ist der Brauchwassertank in einem bis 2 Tagen restlos gefüllt.

Und nun komme ich zum eigentlichen Thema:

Das überschüssige Regenwasser fliest mit rasanter Geschwindigkeit durch ein 20 cm großes Rohr das extreme Gefälle hinunter und schießt an der Beach-Mauer direkt ins Meer. Ich habe mal versucht, die „Wasserkanone“ am Ausgang mit beiden Händen zu verschließen,… es war unmöglich! Da drücken Hunderte von Kilos dagegen….

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Diese extreme Wassergewalt könnte man durchaus nutzen, um mittels eines Wasserrades einen umgepolten Auto- bzw. LKW-Anlasser/Lichtmaschine anzutreiben, um somit Strom für die Beleuchtung, Ventilatoren, Computer usw. im Haus zu verwenden.

Über die Technik der Installation (Verbindung Wasserrad mit Motor) bin ich mir im Klaren, da es dazu zig Videos bei YouTube gibt.

Meine drei Fragen an die SP-Mitglieder wären nun folgende:

• Welcher Anlasser oder welche Lichtmaschine eines Auto bzw. LKW wäre für mein Vorhaben am besten geeignet?
  

• Wie muss ich den Antriebsmoter umpolen, damit er Strom erzeugt und nicht Strom benötigt?

• Worauf habe ich des Weiteren in elektrischer Hinsicht zu achten, z.B. Überspannung usw.?

Ich würde mich freuen, wenn ich einige hilfreiche Tipps bekommen könnte!

Liebe Grüße von Koh Phangan sagt der Jörg

Ein Wasserrad bei dem Druck? Wäre da eine Turbine nicht besser geeignet? Du hast vor Gleichstrom 12V zu erzeugen?:ehm: Turbinen erreichen höhere Drehzahlen als Wasserräder.

Wenn du eine Lichtmaschine zu Stromproduktion verwenden möchtest, solltest du bedenken das du sehr hohe Umdrehungszahlen brauchst, um da eine verwertbare Ausbeute zu erzielen. Erreichst du ca. 1500 - 2000 U/min.? Ein Scheibengenerator aus dem Windenergiebereich benötigt da deutlich weniger.

Zitat von Miesegrau;299567

Ein Wasserrad bei dem Druck? Wäre da eine Turbine nicht besser geeignet? Du hast vor Gleichstrom 12V zu erzeugen?:ehm: Turbinen erreichen höhere Drehzahlen als Wasserräder.

Wenn du eine Lichtmaschine zu Stromproduktion verwenden möchtest, solltest du bedenken das du sehr hohe Umdrehungszahlen brauchst, um da eine verwertbare Ausbeute zu erzielen. Erreichst du ca. 1500 - 2000 U/min.? Ein Scheibengenerator aus dem Windenergiebereich benötigt da deutlich weniger.

Hallo Miesegrau,

eine Turbine mit Gehäuse bekomme ich hier auf der Insel nicht zu kaufen. Ich muss und will HIER mit dem zurecht kommen, was ich erhalten kann. Darin liegt für mich auch der Reiz des Survival-Daseins! Natürlich könnte ich auch einen ultra-hochwertigen Stromgenerator oder supermoderne Sonnenkollektoren in Bangkok bestellen, aber genau das möchte ich ja nicht.

Zur technischen Umsetzung:

Die hohen Umdrehungszahlen könnte ich mittels einer Übersetzung bzw, mit einem Motorranggetriebe erreichen. Ich würde mich da an die Leistungen und Umdrehungen der handelsüblichen kleinen Stromgeneratoren orientieren.

Gruß Jörg

Das ist mir schon klar das du selbst bauen möchtest. Nur mal als Beispiel wie ich mir das vorstellen könnte, hier ein Filmchen von YouTube dazu.

https://www.youtube.com/watch?v=9ltp5wFipW4

Man müsste halt guggen was da an Umdrehungen rauskommt. Dementsprechend dann den Motor auswählen unter dem Aspekt "Man nehme so man hat".:-)

Das könnte unter Umständen halt eine Lichtmaschine, ein Anlasser oder ein Waschmaschinenmotor sein.

Ps.: Blöder Gedanke jetzt. Man leite das Wasser durch einen Turbolader, die Drehzahl dürfte erstaunlich hoch sein....:ehm:

Ps.: Blöder Gedanke jetzt. Man leite das Wasser durch einen Turbolader, die Drehzahl dürfte erstaunlich hoch sein....:ehm: Von Miesegrau

Hallo Miesegrau,

ein Turbolader wäre für ein Wasserrad-Antriebssystem unbrauchbar. Unabhängig der Schaufelform, Francis- Pelton usw.) oder des Turbinen-Gehäuses.

Der Grund besteht darin, dass ein Turbolader mittels Abgasstrom eines Verbrennungsmotor (Auspuffgase) reine Luft verdichtet, mit hohem Druck in den Verbrennungszylinder presst und so eine extrem hohe Sauerstoff/Brennstoff-Explosivmischung erzielt.

Hier habe ich eine Animation, die das genau erklärt:

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Liebe Gruesse aus dem fernen Thailand

Jörg