Das open-energy-lab…

…begann mit dem tower-power-Projekt 2012/13: im Rahmen verschiedener Lehrveranstaltungen der Hochschule für Technik und Wirtschaft (HTW) Berlin wurde ein Kleinwindsystem mit neuartigem Windradturm geplant und Ende 2013 neben dem Living Equia Plusenergiehaus installiert. Daraufhin ist schnell und viel passiert: der tower-power ist zur Hybrid-Insel geworden und versteht sich seitdem als weiter gefasstes open-energy-lab.

Das lab entwickelt sich im Wesentlichen durch selbstorganisierte Lehrveranstaltungen und Praxisprojekte des Studiengangs Regenerative Energien weiter. Dabei versteht es sich als formal unabhängig von der Hochschule.

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Windrad Tempelhofer Feld

Am Samstag, den 10. September 2016 ist ein baugleicher Windradturm auf dem Tempelhofer Feld eingeweiht worden. Die Kleinwindanlage versorgt die Radwerkstatt vor Ort mit Strom.Es handelt sich um ein Kooperationsprojekt der gemeinnützigen Vereine Kitrad, der Taschengeldfirma und dem Energieseminar der Technischen Universität Berlin.

Viel mehr Infos zum Projekt hier.

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Strommessung

Windstrom, besonders von Kleinwindanlagen an turbulenten Standorten, ist meistens stark schwankend. Deshalb kann Windenergie qualitativ als vergleichsweise niederwertiger, verlustbehafteter Strom angesehen werden. Das Speichersystem muss zu jeder Zeit (im Millisekundenbereich) in der Lage sein, einen Ausgleich zu schaffen, damit konstante Nutzenergie bereit gestellt werden kann.

Im diesem Kurzvideo (29 sec) ist eine typische Strommessung am 22.12.2014 nachmittags bei stürmischem Wind zu beobachten. Zu sehen sind die Ampere (A), die momentan durch die DC-Leitung fließen, also dem Windstrom, der tatsächlich bei den Akkus ankommt. Das System hat zum Zeitpunkt der Messung eine DC-Spannung von ca. 26 Volt (V), so dass die Stromwerte mit 26 multipliziert den Leistungsoutput der Anlage ergeben (10 A bspw. entsprechen ca. 260 Watt).

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Der zu beobachtende starke Stromabfall von 15 – 20 A auf fast Null A in kurzer Zeit lassen auf die Funktion der mechanischen Sturmsicherung (Eklipsenregelung) schließen (siehe letzter Eintrag). Der Rotor drückt sich bei hohen Windgeschwindigkeiten gegen die Windfahne aus dem Wind, die Umdrehungszahl geht stark zurück, so dass er prompt wieder zurück in die Windströmung hinein fällt, etc. Die Anlage tänzelt.

In unserem Fall wäre erst bei knapp 30 A die Nennleistung der Anlage von ca. 700 W erreicht. Es liegt folglich der Verdacht nahe, dass die Eklipsenregelung zu früh einsetzt. Die Analyse der Daten der Messeinrichtung, die als Phase 7 des Projekts aktuell installiert wird (coming up soon), sollte diesen Verdacht bald bestätigen (oder entkräften).

Bis dahin…

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Die Sturmsicherung

Das Hybridsystem ist nun endlich wieder am Laufen. In letzter Zeit mussten verschiedene elektronische Komponenten ausgewechselt bzw. repariert werden, weshalb es leider außer Betrieb war.

In den folgenden beiden Kurzvideos ist die Kleinwindanlage zu sehen:

1.) in action (Dauer: 15 sec.)

2.) bei einsetzender Sturmsicherung (Dauer: 27 sec)

video_symbolDie Anlage verfügt über die mechanische Eklipsenregelung. Rotor und Generator drehen sich bei höheren Windgeschwindigkeiten (ca. 10 m/s) langsam aus dem Wind. Dieser Prozess wird auch als „furling“, also zusammenklappen bezeichnet: Rotor und Generator drücken sich dabei gegen deren eigene Gewichtskraft in einem Winkel von ca. 20° nach oben in Richtung Windfahne, bis sie fast parallel zu ihr stehen. Auf diese Art wird der Rotor zum eigenen Schutz abgebremst, und fällt bei abnehmender Schubkraft automatisch wieder in den Wind zurück, ganz ohne elektronische Regelung.

In echt sieht es so aus, als würde die Gondel „tänzeln“ (und sich alsbald vom Turm verabschieden).

Das Prinzip der Eklipsenregelung kann anhand der folgenden Zeichnungen von Hugh Piggott recht gut nachvollzogen werden.

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Laborwindanlage

Eine zum tower-power Windrad (fast) identische, selbstgebaute Kleinwindanlage steht nun als Anschauungsobjekt im Labor Solare Energiewandlung der HTW-Berlin (G307).

Laboranlage

Das Design der Laborwindanlage folgt der alten Bauanleitung von Hugh Piggott und unterscheidet sich vom neuen Design (siehe tower-power) in folgenden Aspekten:

– Die Holzflügel besitzen ein flächenvergrößerndes, zusätzliches Holzstück an der Wurzel.

– Die Spulen des Generators sind als 5-Phasensystem (statt 3-phasig) miteinander verbunden.

– Die Windfahne hat eine andere Form.

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Hybrid-Insel

Wind und Sonne sind stark fluktuierende Energieträger, welche sich aber miteinander kombinieren lassen: tendenziell gibt’s bei Sonne wenig Wind und umgekehrt.

Im Rahmen eines Praxisprojekt (PRO) des Master- Studiengangs Regenerative Energien wurde im Sommersemester 2014 das Kleinwindsystem tower-power durch eine PV-Anlage erweitert.

Mittlerweile produziert die Hybrid-Insel den Strom für einen Kühlschrank und Geräte niedrigen Stromverbrauchs im LivingEquia Haus.

Mehr zum Thema.

Hybrid-InselPV-Anlage (vorne) in Kombination mit Kleinwindsystem (hinten)
Quelle: Projektpräsentation “Die Hybrid-Insel”, HTW-Berlin, SoSe14

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Die Turm- Dokumentation

Die Dokumentation zum Turm ist nun fertig. Hier wird etwas genauer erklärt, was hinter dem Projekt steht: 1.) Turmauslegung & Statik 2.) Material & Aufbau 3.) Prüfstatik & Genehmigung.

Leseaufwand ca. 30 min…die sich lohnen!

Download hier

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HTW Initiative: Image anklicken