Elektro

Teil 3

Die Vorgeschichte des Projekts @ tower-power.

Phase 5: Die Elektro- Komponenten des akku-betriebenen Inselsystems

Diese Phase des Projekts entwickelte sich als Teil des Master- Praxisprojekts Windradturm (Phase 4).

Eine qualitativ hochwertige, robuste und zuverlässige Elektronikinstallation ist besonders für Kleinwindanlagen unabdingbar, da man sich nur schwer vorstellen kann, welcher Belastung das System in Extremsituationen (Stürme, Böen etc) ausgesetzt ist. Die kinetische Leistung des Windes steigt kubisch mit der Windgeschwindigkeit an: Wind ist mit Vorsicht zu genießen!

Versagt die Elektronik, kann es passieren, dass der Rotor in den Leerlauf versetzt wird oder einzelen Komponneten Durchbrennen oder gar Feuer fangen. Die entstehenden Fliehkräfte am Rotor können schnell zur Beschädigung der Anlage führen. Im Extremfall verabschieden sich Einzelteile von der Gondel (Flügel, Fahne) oder der komplette Turm fällt um.

Schaltplan Elektroschrank

Rechts: Der Wandschrank mit den Elektro-Komponenten

Der Schaltplan des Wind- Inselsystems besteht aus:

  • AC/DC/AC- Wandlung: Die Windanlage erzeugt Drehstrom (AC, 3-phasig), der mittels einfachen Brückengleichrichtern in Gleichspannung (DC, 24 V) umgewandelt wird, damit eine Akkuladung möglich ist. Die Gleichspannung der Akkus wird in einem weiteren Schritt zur standardmäßige Gleichspannung (AC, 2-phasig, 230V, 50 Hz) gemacht.

  • Auf die maximal möglichen elektrischen Belastungen (Strom) sollte für alle Bauteile ein großzügiger Sicherheitsfaktor angewendet werden, bspw. SF = 1,5.

  • Laderegler: Anders als bei PV- Inselsystemen darf der Laderegler die Anlage nicht von der Last (Akkus) trennen. Zum Schutz der Akkus vor Überladung wird Leistung in einem Keramik- Heizstab (dump load) verbrannt um die Akkuspannung zu drücken bzw. zu regeln.

  • Wechselrichter: Bei einer Unterschreitung der minimalen Akkuspannung (Batterien sind leer oder zu stark belastet) sorgt der Wechselrichter für einen Lastabwurf. Sämtlicher Verbrauch wird abgeschalten.

  • Manuelle Schalter: AC-seitig ist unbedingt eine manuelle Kurzschlussbremse (robuste Schalter) zu integrieren. So kann die Anlage im Notfall oder zu Wartungszwecken abgebremst werden, indem ein Schalter umgelegt wird. Erst dannach können die Akkus per Notausschalter vom Netz getrennt werden, da es sonst wegen kurzzeitiger Überspannung zu einer Beschädigung von Laderegler und Wechselrichter kommen kann (Sicherungen!). Erst jetzt sind Wartungs- oder Reparaturarbeiten ratsam.

  • Das ca. 40 m lange, dreiphasige Drehstromkabel von der Anlage bis zu den Gleichrichtern hat je einen Querschnitt von erst 6 mm² dann 10 mm². Laut neueren Erkenntnissen von Hugh Piggott hätten hier (trotz Kabelverlusten) auch 4 mm² ausgereicht.

Die Ergebnisse der Laborversuche aus Phase 2 zeigen, dass in der AC/DC- Wandlung durch die Brückengleichrichter starke Verluste entstehen. Diese Verluste äußern sich dabei nicht nur als Wärmeverluste aufgrund des Innenwiderstands der Gleichrichter, sondern zu einem wichtigen Teil durch Verzerrungsblindleistung, d.h. Oberwellenbildung. Hier besteht Verbesserungsbedarf des Inselsystems, bspw. durch Glättungsglieder.

Weiter mit Phase 6: die Hybrid-Insel

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