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Sturmschaden
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26.04.2013 19:26
Sandy 

Administrator

Sturmschaden

Wie bereits an anderer Stelle angedeutet, hat mein Black 300 den März nicht überstanden, seit dem 18. März dreht sich der Rotor nicht mehr. Eigentlich wollte ich den Black erst im Mai vom Mast nehmen, aber das gute Wetter in der vorigen Woche hat die Arbeiten beschleunigt.

Nun zu dem, was im März mit dem Generator passiert ist.
Am Abend des 17. März hatte ich die Wind-Vorhersage von Windfinder für Olpenitz aufgerufen. Die Prognose war für mich grenzwertig, aber noch in einem Bereich, wie eine Woche zuvor, als der Black 300 über 15,5 kWh (Über 16 kWh, wenn ich das Zeitfenster verschiebe) in drei Tagen produziert hatte. Was ich nicht wusste: Windfinder hatte offensichtlich seine Homepage umgebaut und wie ich am nächsten Tag feststellen konnte, mit einer Umleitung auf die Station Schönhagen. Ob die alte DWD Station Olpenitz schon längere Zeit nicht mehr betrieben wird, weiß ich nicht, aber Schönhagen hat nicht die gleichen Windbedingungen. Auf jeden Fall wurden aus der Vorhersage von 16 m/s über 19 m/s Mittelwind aus OSO, also die fast gleiche Grundbedingung wie beim Crash meines ersten Black 300 am 1. Dez. 2010. Dies Beispiel zeigt, dass ein Sturmschutz, basierend auf eine Windvorhersage, nicht wirklich funktioniert.
Aber alles wäre aber nicht so schlimm gewesen, wenn ich nicht einen fatalen Fehler gemacht hätte. Im letzten Jahr hatte ich nämlich meine Eigenbau Bremse etwas „lockerer“ eingestellt.

Dazu hier die Funktionsweise der Bremse:
Wird eine DC-Spannung von 80 V überschritten, beginnt die erste Bremsstufe über 2 SSR, die drei Außenleiter auf 3 NTC Widerstände zu schalten, genau gesagt ist es ein pulsierendes Aufschalten. Durch das Takten beginnt der Windgenerator zu pendeln. Dabei erfolgt kein vollständiger Strömungsabriss, aber die Leistung sinkt. Bleibt die Spannung allerdings bei zu starken Wind über 80 V hängen, erwärmen sich die NTCs sehr schnell und es werden über eine 2. Bremsstufe drei weitere NTCs aufgeschaltet, die den Generator sanft runterbremsen. Ab diesem Zeitpunkt werden die NTCs der ersten Bremsstufe von einem Ventilator auf 25 °C runtergekühlt, erst dann wird die Vollbremsung wieder gelöst. Sollten die Widerstände in einer vorprogrammierbaren Zeit nicht abgekühlt sein, wird die Generatorwicklung kurzgeschlossen (Reset ist dann nur noch von Hand möglich). Genau hier machte ich den Fehler, in dem ich die Rückkühlzeit von 40 s auf 1 Min. 15 s verlängerte.
Ein weiterer Knackpunkt war die niedrige Temperatur im Betriebsraum der Bremse. Sie lag bei 3 °C, was dann zusätzlich noch für eine sehr gute Kühlung der NTCs sorgte. Die 40 s hatte ich ursprünglich auf diese Umgebungstemperatur hin eingestellt.

Nachdem der Wind am Morgen des 18.März um kurz nach 3 Uhr richtig aufdrehte, ist es dann schließlich zur Überhitzung der Wicklung gekommen.. Dabei ist es die Konstanz des Windes, die eine zerstörerische Wirkung hat. Ihr müsst euch folgendes vor Augen halten: Mein Standort ist 5 km von der Ostsee entfernt. Aus Richtung OSO kommt der Wind über die Schleimündung ohne Hindernisse zu mir. Mein Standort liegt 23 m über Meereshöhe, plus 10 m Masthöhe (Rotorblattspitze, oben) ergibt dies so betrachtet eine Gesamthöhe von ca. 33 m.
Alle anderen Windrichtungen stellen kein Problem dar, weil die Rauhigkeit des Geländes im Normalfall keinen gleichmäßige starken Wind zulässt. Ausnahme sind starke Sturmböen, die schon mal mit 130 – 150 km/h hier durchbrettern. Mein PWG 400 hat drei Wochen nach Betriebsbeginn so einen Hammer schadlos überstanden, schlappe 133 km/h aus NW über einen Zeitraum von 7 – 10 s brachten den Generator klanglich auf das Geräusch einer startenden Cessna. 8 Tage später überlebte er den Sturm „Emma“.

Nun zurück zum Morgen des 18. März 2013 und dazu hier mal das Diagramm der Leistungsspitzen meines Black 300:



Äußerlich hat der Generator die 2 Jahre und 2 ½ Monate gut überstanden.



Durch die Hintertür geht’s beim Black ins Innere



Nachfolgende Bilder zeigen die Zerstörungen an der Wicklung. Im Gespräch mit dem Hersteller auf der Husum New Energy hatte man mir das mögliche Szenario bereits beschrieben und ich muss sagen, die Beschreibung wurde jetzt voll bestätigt.
So wie es aussieht, ist die Wicklung so heiß geworden, dass der Kunststoffkörper, in dem die Wicklung sitzt, weich wurde, sich ausdehnte und dann Kontakt zu den Magneten bekam. Der Rotor hat sich dann quasi selbst abgebremst, bis er zum Stillstand kam.
Hier die Bilder von den Zerstörungen:













Der Abbrand lässt sich gut von den Magneten entfernen.



Die Magneten blieben unbeschädigt, was den Totalschaden verhindert hat. Das vordere Kugellager muss ich austauschen, es ist offensichtlich so heiß geworden, dass es ausgelaufen ist.
So wie es aussieht, lässt sich der Generator reparieren, wobei ich wieder auf die 12 V Variante zurückkehren werde. Die Erfahrungen mit dem Black 300 - 48 V möchte ich nicht missen, aber jetzt will ich zurück zu den Wurzeln, schließlich ist die autarke Stromversorgung mein eigentliches Ziel.
Übrigens hat unser Hermann eine gebrauchte Wicklung für mich, die zwar schon einige Stürme über sich ergehen lassen musste, aber ich denke, sie ist nicht so schwarz wie die von meinem Black.

Am vergangenen Wochenende habe ich dann noch den PWG 400 auf den großen Mast vom Black gebaut, mal schauen, wie sich die Erträge entwickeln. Infolgedessen kommt der Black 300 nach erfolgter Reparatur logischerweise auf den kürzeren Mast (8,90 m) vom PWG 400.
Erwähnen möchte ich außerdem, dass ich den Black, nur mit der BR 3 Bremse betrieben, höchstwahrscheinlich nicht verloren hätte. Allerdings wären dann die Erträge insgesamt nicht so hoch gewesen, entsprechende Tests im Januar/Februar 2011 hatten dies ergeben. Eines meiner Ziele in den vergangenen Jahren war es festzustellen, was ich mit einer Kleinstwindanlage an Energie ernten kann. Dazu war es aus meiner Sicht notwendig, bis an gewisse Grenzen zu gehen, auch wenn es dabei mal zu Materialschäden gekommen ist. Mein selbst gestecktes Ziel, mit dem Black 300 die 1000 Volllaststunden zu erreichen, hat leider nicht geklappt. Trotzdem sind die Erträge in den letzten Jahren sehr gut gewesen. Die knapp 194 kWh erzeugte elektrische Arbeit im Jahr 2012 waren schon eine tolle Leistung für einen 300 W Generator.

Was die Sturmsicherung angeht, so plane ich eine aktive Überwachung über einen separaten Windmesser, der dann die Bremsung der Generatoren auslösen soll. Nach meinen Erkenntnissen ist es bei meinem Black nicht zum Überdrehen gegen die Bremse gekommen, es war schlicht und einfach eine Überlastung.

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Grüße von
Rainer
(Sandy)
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P.S.
Den Schutz vor Überspannung hatte die BR 3 seit über einem Jahr übernommen, meine eigene Schutzeinrichtung hatte ich abgeklemmt. Am 18. März hätten beide Einrichtungen nix genützt, meine 1. Bremsstufe hat keine Überspannung zugelassen.

Dieser Beitrag erscheint in leicht modifizierter Form auch im Kleinwindanlagenforum

Zuletzt bearbeitet am 26.04.13 20:43

26.04.2013 22:09
Guido 
Re: Sturmschaden

Uhhh Das sieht ja boese aus. Ich hoffe du bekommst das wieder hin. Ach was schreibe ich, wer läßt sich davon unterkriegen... Von solchen Winden kann ich nur täumen in meinem windstillen Wohntal... Ich könnte auf meinem Dach ein Federbett entleeren und am nächsten Morgen würde keine Feder fehlen Nö aber sie drehen und das sieht gut aus, da ich auch nicht so viel bezahlt habe ist das ok. Ich habe festgestellt ,dass mein Grillplatz ziehmlich windig ist , es scheint eine Windschneise zu sein und ich würde da gerne mal einen 300er Black reintun. Deshalb habe ich ein Auge bei Ebay immer offen wenn da mal so etwas angeboten wird. Wenn es soweit ist werde ich meine Erfahrungen gerne weitergeben.

mfG
Guido

28.04.2013 19:43
Sandy 

Administrator

Re: Sturmschaden

Nöö Guido, so schnell geben wir doch nicht auf, allerdings hätte ich bei einer Beschädigung der Magneten den Burschen verschrottet

Thema Wind: Der Wind kann dir hier auch ganz schön auf den Geist gehen. Z.B. war der März der windreichste Monat seit Jahren, die großen Windkraftanlagen dürften reichlich Energie eingefahren haben. Dieser ständige, konstante Ostwind ging selbst alten Schleswig-Holsteinern auf den Keks. Der wenige Schnee, der hier an der Küste lag, wurde vom Wind weggetragen, so dass die Felder quasi schneefrei waren. Die Geschichte mit dem Federbett entleeren würde hier nur selten funktionieren, wirkliche Windstille erleben wir nur selten.

Seit Juli 2008 besitze ich Generatoren vom Typ Black 300, aber es verging kein Tag, bei dem am Ende Null Ertrag zu Buche stand. Nur ein Defekt konnte die Maschinen stoppen.

Windschneise: Bei so einer Sache ist zu bedenken, dass es auch in so einer vermeintlichen Windschneise Verwirbelungen geben kann. Trotzdem finde ich es interessant und dein Erfahrungsbericht ist auf jeden Fall willkommen

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Grüße von
Rainer
(Sandy)
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12.05.2013 20:06
Sandy 

Administrator

Re: Sturmschaden

Nachdem Hermann so freundlich war und mir eine 12 V Spule für meinen Black 300 überließ, ist der Generator wieder bereit zum Hochziehen auf den Mast.



Deutlich zu sehen ist, dass ich die schwarzen Rotorblätter (Ein Kumpel nennt sie Briketts) angebaut habe, die weißen hatten in den vergangenen Jahren ganz schön gelitten. Außerdem hatte ein Rotorblatt einen kleinen Riss in der Rundung unter dem Spinner.
Wenn alles klappt, sollte der Black Ende Mai wieder in Betrieb gehen. Die Steuerung wird im Prinzip vom 48 V Black übernommen, ich muss nur noch einige Veränderungen vornehmen. Z.B. müssen kleinere NTC Widerstände eingesetzt und die Spannungswerte angepasst werden. Dabei habe ich auch noch eine neue Idee zur Ansteuerung der ersten Bremsstufe, mal schauen, ob’s funktioniert.

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Grüße von
Rainer
(Sandy)
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Zuletzt bearbeitet am 12.05.13 21:08

14.05.2013 19:46
Guido 
Re: Sturmschaden

Hi
Das ist doch sehr erfreulich, da wird mein Licht bald wieder heller flackern... Inzwischen habe ich eine tolle Steckverbindung bekommen , die durch den Gummidämpfer passt und auch wasserdicht ist. Es ist eine Steckverbindung aus dem Bootsbereich und scheint mir für die Aufgabe recht passend zu sein.
Gibts bei Ebay für um 10 Euro pro Steckverbindung. Wird demnächst bei mir eingebaut. Eine Zugentlastung wird aber dennoch notwendig sein, aber das bekomme ich schon hin.
Gruß
Guido

14.05.2013 21:16
Sandy 

Administrator

Re: Sturmschaden

Guido:
Das ist doch sehr erfreulich, da wird mein Licht bald wieder heller
flackern...

Der Black 300 wird wieder in meine Inselanlage Energie schieben, er hat nun eine 12 V Spule erhalten und so werde ich auch keine Glühlampen mehr zum Platzen bringen
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Grüße von
Rainer
(Sandy)
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22.05.2013 20:21
Sandy 

Administrator

Re: Sturmschaden

Inzwischen stellte sich heraus, dass die 12 V Wicklung von Hermann defekt ist. Auf den ersten Blick und nach einer Widerstandsmessung schien alles gut zu sein, aber nach dem Hochziehen kam der Black nicht auf Touren, selbst wenn ich die Strippen abgeklemmt hatte.
Also alles noch mal runtergefahren und getestet, wobei mir alte Messwerte bei der Beurteilung halfen.
Messaufbau: Multimeter mit Frequenzmessbereich und ein Multimeter zur Spannungsmessung. Als Antrieb für den Generator nahm ich einen Akkuschrauber, es war der gleiche wie bei meinen Messungen im Juli 2008.

Der Rotor wurde mit dem Akkuschrauber auf Drehzahl gebracht, bei 31 Hz (Entspricht 465 1/min) war Schluss. Dabei wurden die Leerlaufspannungen zwischen den Außenleitern festgestellt:

L1 -> L2 = 7,95 V
L1 -> L3 = 8,06 V
L2 -> L3 = 10,5 V

Meine alten Aufzeichnungen hatten ganz andere Werte erbracht, so gab es seinerzeit z.B. mit 8,71 V bei 18 Hz (270 1/min) einen verhältnismäßig höheren Wert. Normalerweise hätte ich also bei 31 Hz etwa 15 V messen müssen. Nach meiner Vermutung hat die Wicklung einige Windungsschlüsse, die für eine Bremsung des Rotors sorgen. Dazu muss ich erwähnen, dass die Wicklung eine sehr dunkle Färbung hat, die auf eine erhebliche Wärmebelastung während des früheren Betriebs hindeutet.
Nun habe ich eine neue 12 V Wicklung bestellt, schauen wir mal, wie es weitergeht.

Hier noch ein kleiner Film, den ich heute Nachmittag aufgenommen habe. Der Gen steht unter meinem Hinterhofdach und bekommt etwas Wind von der Rückseite auf die Rotorblätter. Trotzdem dreht er sich sehr leicht und gleichmäßig im Zeitlupentempo. Die Filmqualität ist nicht so besonders, aber denke fürs wesentliche reicht es:

http://sandy.mahnecke.de/2013_05_22_Black300_Film.MPG

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Grüße von
Rainer
(Sandy)
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24.05.2013 20:58
Sandy 

Administrator

Re: Sturmschaden

Zeit, dass sich was dreht ...
Nachdem Prevent die neue (Gebrauchte) 12 V Wicklung schnell auf den Weg gebracht hat, ist der Black 300 wieder auf dem Mast.



Nun dreht sich der Rotor so, wie ich es gewohnt bin, zwischen den Außenleitern konnte ich jeweils 10,50 V messen. Die ausgebaute, gebrauchte Wicklung, die mir Hermann geschenkt hatte, besaß mindestens einen Windungsschluss. Offensichtlich lag der Kurzschluss zwischen zwei Außenleitern, der Generator drehte sich sehr widerspenstig und mit max. 150 1/min.
Übrigens waren die von mir angegebenen Werte, 18 Hz und 8,71 V, so nicht richtig, ich hatte seinerzeit den DC Wert notiert.
Nun beginnt die Testphase der Steuerung und obwohl bewährt, musste ich, wie bereits erwähnt, die Spannungswerte anpassen.
Eigentlich wollte ich noch ein Experiment wagen, habe es aber schließlich sein lassen. Das vordere Kugellager 6203 mit metallischer Dichtung wollte ich zunächst gegen ein Lager mit Kunststoffdichtung (FAG 6203-2RS) auswechseln. Diese Kugellager sind besser in der Abdichtung, allerdings laufen sie nicht so leicht wie die mit Blechabdeckung.

Die Kabelführung für den Direktanschluss habe ich etwas modifiziert. Mit Hilfe der Edelstahlhaube von einem Deckenfluter – Fuß will ich ein Verfangen des Kabels am Mastkopf verhindern.



Schauen wir mal, ob die Dinge, die ich mir ausgedacht habe, auch funktionieren ... wir werden es erleben

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Grüße von
Rainer
(Sandy)
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10.06.2013 21:08
Sandy 

Administrator

Re: Sturmschaden

Nach der Wiederinbetriebnahme des Black 300 am 24. Mai habe ich noch etwas experimentiert. Die Schwachwindschaltung wurde optimiert und die Rotorblätter hatte ich zwischenzeitlich getauscht.
Dabei hat sich gezeigt, dass die weißen Rotorblätter leiser sind, aber sie sind von der Verarbeitungsqualität nicht annähernd so gut wie die schwarzen. Wenn ich den Rotor während der Drehung seitlich beobachtete konnte ich deutlich den unterschiedlichen Lauf sehen, die einzelnen Rotorblätter liefen nicht auf einer Linie. Da nützt auch kein Auswuchten, die Schwingungen sind nicht in den Griff zu kriegen.
Seit Freitagabend sind die schwarzen Rotorblätter wieder montiert, die Testphase ist beendet und nun muss sich zeigen, was der Black 300 am neuen Standort leistet. Eigentlich habe ich mit einer insgesamt geringeren Leistungsausbeute gerechnet. Nun zeichnet sich aber eine Entwicklung ab, die doch etwas überraschend ist.
Zur Erinnerung: Der PWG 400 befindet sich auf dem Mast, auf dem zuvor der Black 300 von Mai 2009 bis März 2013 montiert war. Der Black 300 sitzt seit Mai auf dem alten PWG Mast, den ich letztes Jahr an einen neuen Standort versetzt hatte. Klartext: Der PWG befindet sich nun an einem besseren, der Black an einem schlechteren Standort. Nun haben erste Berechnungen mit Einbeziehung der Windrichtung und Windgeschwindigkeit eine fast gleiche Gesamtleistung unter dem Strich ergeben. Der Black 300 leistet also am alten PWG Standort deutlich mehr als dieser. Damit hatte ich zwar gerechnet, allerdings überrascht mich die Höhe des Mehrertrags. Ob sich diese Entwicklung fortsetzt, werden wir sehen ...

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Grüße von
Rainer
(Sandy)
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22.06.2013 20:32
Sandy 

Administrator

Re: Sturmschaden

Am Anfang dieses Thread hatte ich die Sturmsicherung mit einem separaten Windmesser erwähnt, inzwischen sind die Pläne konkret geworden und die Bauteile bestellt bzw. eingetroffen.
Grundlage meiner Steuerung sind Teile, wie sie für die Sturmsicherung von Markisen verwendet werden:

Eltako Sensorrelais LRW12D-UC

Eltako Windsensor WS

Eltako MFZ 12 DDX-UC

So soll es funktionieren:
Der Windsensor sendet seine Impulse an das Sensorrelais, das die Daten auswertet und bei Überschreitung eines vordefinierten Wind Maximalwerts eine Spannung auf den Steuerausgang gibt. Anstelle des Auswertgeräts werde ich hier das Universal-Zeitrelais einsetzen. Mit diesem Relais kann ich bei Überschreitung der max. Windgeschwindigkeit ein Zeitfenster der Verzögerung für den folgenden Stoppbefehl festlegen. Nach meiner ersten Idee werde ich mit 15 - 20 s beginnen, d.h. die Windgeschwindigkeitsüberschreitung muss so lange andauern.

Nachdem der Schaltausgang vom Universalrelais durchgeschaltet wurde, werden beide Generatoren sofort gestoppt. Nun hat das Universalrelais noch den Vorteil, dass ich die Zeitdauer der Durchschaltung (Bremsung) ebenfalls eingeben kann. Hier werde ich mit einem Zeitrahmen von 2 Stunden testen, d.h. die Generatoren werden erst nach Ablauf dieser Zeit entweder automatisch oder per Hand freigegeben. Dabei wird jede erneute Auslösung des Sensorrelais die Bremszeit verlängern. Erst wenn die eingestellte Spitzenwindgeschwindigkeit innerhalb von 2 Stunden nicht mehr überschritten wird, erfolgt die automatische Freigabe.
Mehr Infos und den Schaltungsaufbau bekommt ihr nach der Fertigstellung der Steuerung.


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Grüße von
Rainer
(Sandy)
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