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H-Rotor - Selbstbau

Eine Kombination aus Savonius-Rotor und Darrieus-Rotor ist effizienter als der H-Rotor und verringert sehr viele aerodynamischen Problemen. Der Darrieus -Rotor ist robust für eine bessere Windausbeute, der Savonius Rotor ermöglicht die Windernte bei schwächeren Winden. Wichtig für einen guten Energieertrag sind lange Stativstangen, um möglichst weit vom Boden weg zu produzieren. Mit einer optimalen Anpassung des Stromgenerators an den kombinierten Rotor glückt eine hochwertige eigenständige Stromversorgung. Wird die maximale Rotorgeschwindigkeit gedrosselt, ist der kombinierte Rotor leise und für Wohn- und Industriegebiete sehr sehr gut geeignet.

Spezifikationen, Skizze, Beispiel eines bewährten Konzepts aus Taiwan und Windkarte Deutschland
Spezifikationen, Skizze, Beispiel eines bewährten Konzepts aus Taiwan und Windkarte Deutschland

Was Sie benötigen:

  • Boden- und Deckelplatte, wetterfestes Holz oder Kunststoff reicht.
  • Ein PVC-Rohr zum Teilen für die Flügel des Savonius-Rotors
  • Befestigungsmaterial
  • Stromgenerator
  • Material für den Adapter auf die Achse des Stromgenerators
  • 3 oder 4 Leisten für den Darrieus-Rotor und Befestigungsmaterial z. B. Schraubklemmen
  • Stativstange(n) und Material für eine stabile Aufstellung und Befestigung
  • Wechselrichter
  • Sockelmaterial für eine stabile Aufstellung

Der H-Rotor ist eine Vertikalachswindturbine

Das H ist die äußere Form des Rotors. Es ist eine Bauform, die den Drag, Winddruck zum Boden hin, nutzt. Dies ist keine gute aerodynamische Methode, obwohl die Belastung symmetrisch auf den H-Balken entlastend wirkt. Das dauerhafte zusätzlich zur Fallwindorientierung auftretende Abwärtsdrücken führt neben dem nicht nutzbaren Lift bringt mit Torkeln Verluste ein. Diese Probleme machen Ihnen eine flexible Drehmomentanpassung durch andere Wahl der Länge des H-Balken zunichte. Besser ist der Darrieus-Rotor, der den H-Balken verzichtet und durch eigene Wölbung und vertikale Achse befestigt ist. Der Darrieus-Rotor vereinfacht das H zu einen zwiebelförmigen O. Der Savonius-Rotor vereinfacht das H zu einem un und bietet eine einfachere und langlebigere Bauform ohne die mittendurch gehende Energie eingeschränkt zu nutzen. Ihr grundlegender Vorteil einer vertikalen Turbinenachse ist die Unabhängigkeit von der Windrichtung. Dies und die große Angriffsfläche machen Ihren Savonius-Rotor als einfachen H-Rotor attraktiver, weniger unfallträchtig und preisgünstig. Das Bild zeigt Ihnen einen kombinierten Savonius-Rotor und Darrieus-Rotor, der alle Schwächen des H-Rotors vermeidet und zuverlässig Strom liefert sofern über einer geringen Geschwindigkeit Wind weht. Taiwan hat ähnliche Windverhältnisse wie Deutschland. Taiwanesen bevorzugen auch industriell diese bauliche Lösung seit Jahrzehnten.

Der Zusammenbau des Rotors ist leicht

Alle Bauteile, die Sie beschaffen, haben eine verbreitet erhältliche Basisform und können in wetterfesten Kunststoff oder Metall beschafft werden, was für eine langlebige Lösung steht. Das Rohr für die Flügel können Sie mit einem großen Durchmesser als Meterware kaufen und bestimmen Siw mit dem Durchmesser und seiner Länge die erreichbare Leistung. Aluminium Alloy oder wetterfester Kunststoff sind sehr gut geeignet. Der Rotor darf insgesamt leicht sein, was zu schneller Drehung und geringerer statischer Last führt. Die flexiblen Leistenprofile für Ihren Darrieus-Rotor vergrößern das wirksame Profil des Rotors noch einmal. Es genügen Teppichniederhalteleisten, die Sie günstig erwerben können. Die Profilform ist nicht wichtig. Für den Bastelbedarf gibt es günstige wetterfeste Profilleisten recht preiswert. Mit je zwei Schraubschalenzwingen oben und unten befestigen Sie die Leisten am Rohr. Das Einhalten der Form oben und unten an der Achse linear weglaufend können Sie durch zugesägte Kunststoffblöcke erreichen, die zusammen mit der Profilleiste festgeklemmt werden. Die Profile sollten gut Abstand zum Savonius-Rotor haben. Maße können aus der Skizze im Bild entnommen werden.

Optimierung Stromgenerator - die Alles oder Wenig - Optimierung

Es kann sinnvoll sein, den Stromgenerator am Fuß der Vertikalachswindkraftanlage zu platzieren. Eine Achsverlängerung können Sie mittels Kupplungen innerhalb des tragenden Rohrs einbauen. Je höher das Stativrohr, um so besser wird der Windertrag sein, weil in moderaten Höhen stabile Winde wehen. Die Vertikalachswindkraftanlage sollte den stärksten Winden standhalten, deshalb sollte sie stabil aufgestellt werden und abbaubar sein, falls Orkane aufziehen. Den Schwerpunkt sollten Sie tief liegen und durch Beschwerung unten erhöhen.

Der Stromgenerator ist das größte zu beschaffende Bauteil der Vertikalachswindkraftanlage. Eine Vertikalachswindkraftanlage hat eine senkrechte Achse, die sich dreht. Die Achse muss besonders stabil sein, wenn heftige Winde erwartet werden. Stromgenerator kosten je nach Leistung, die mit ihnen erzielt werden soll. Für 400 W bis 600 W Stromgeneratoren fallen für Sie € 400 bis € 700 an. Einige Hersteller bieten Stromgeneratoren speziell für die Windernte an. Diese sind meist ausgerüstet mit Wechselrichter und Leistungsmessgeräten. Ein guter Stromgenerator kann die Vertikalachswindkraftanlage erheblich verbessern.

Wichtigste Verbesserung sind reibungsarme Lager für die Drehachse aus hochhartem glattem Metall oder in der Wirkfläche Keramik.
Die Achse sollte wenig wackeln dürfen. Ein elektronisch drehzahlgeregelter Stromgenerator vermeidet die hohen Überleistungen bei starken Winden und verringert die Geräusche.
Ein rastfrei anlaufender permanentmagneterregter Synchrongenerator ist die geeignetste Lösung.
Starke Magneten erzeugen mehr Strom, belasten aber den Anlauf, brauchen mehr Drehmoment und können die Anlaufgeschwindigkeit erhöhen.


Überschlagrechnung für den Erfolg

Die Abmaße Durchmesser und Höhe des Savonius-Rotors gehen linear als Produkt in die erzielbare Leistung ein. Sie ist kubisch von der Windgeschwindigkeit abhängig. Ein aerodynamischer Effizienzfaktor, ein Effizienzfaktor für die Kopplung an den Stromgenerator, für den Stromgenerator und einer für dessen Anschluss ans Stromnetz ergeben einen Wert für die erzielbare Leistung. Dabei können Sie überschlägig die mittlere kubische durchschnittliche Windgeschwindigkeit eingesetzten und mit einem insgesamt Faktor von 0,16 v^3 W bei H*D etwa 1 Quadratmeter rechnen. Die Leistung können Sie bei Wind ab 2,5 m/s erzielen. Mehrere kleine Windkraftanlagen mit 500 W sind eine technisch machbare Lösung, um zu einer kompletten Versorgung mit Windenergie in Kombination mit Erdwärme zu kommen.

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