Basisseminar KWEA mit WindyBoys - sma.de · American Wind EnergyAssociation Nennleistungbis zu 100 kW Einordnung Kleinwindenergieanlagen (AWEA) Private Anlagen 1 kW -10 kW Gewerbliche

Basisseminar KWEA mit Windy BoysBe a swes expert

Organisatorisches

> RettungswegeRettungswege > Sammelplatz bei Feueralarm > Nächster Sanitärbereich > Raucherbereich > Mobiltelefone bitte lautlos oder aus > Besucherausweise

> Kontaktdaten Solar Academy> Telefon: 0561-9522-4884 > E M il S l d @SMA d> Besucherausweise

> Kantinenbereich > E-Mail: [email protected]

> Downloadbereiche:> http://www.sma.de/handout> http://www.sma.de/de/produkte/windenergie-wechselrichter.html> http://www.sma.de/de/service/downloads.html

SMA Solar Technology AG 2M-P-WB-1-DE-de_DE-124910

1. Einordnung KWEA | 2. Netzeinbindung KWEA | 3. Windy Boy Produkte | 4. Anwendung und Installation | 5. Planung von KWEA | 6. Windenergiewandlung | 7. Parametrierung

> Einordnung Kleinwindenergieanlagen

Seminarinhalt

> Netzeinbindung von KWEA

> Die Windy Boy Produktfamilie

> Anwendung und Installation

> Pl KWEA> Planung von KWEA

> Windenergiewandlung

> Optimierung durch Parametrierung


VAWT „Tripala“ - Pramac


American Wind Energy Association Nennleistung bis zu 100 kW

Einordnung Kleinwindenergieanlagen

gy(AWEA)

g

Private Anlagen 1 kW - 10 kWGewerbliche Anlagen 21 kW - 100 kWg

British Wind Energy Association(BWEA)

Nennleistung bis zu 50 kW

Micro Wind Turbinen, vom Rotor überstrichene Fläche kleiner 3.5 m2

Kleine Windenergieanlagen, vom Rotor überstrichene Fläche größer als 3.5 m2

B d b d W d N l b 100 kWBundesverband Windenergie BWE)

Nennleistung bis zu 100 kW

Private Anlagen bis zu 30 kW

IEC 61400 - 2 vom Rotor überstrichene Fläche kleiner als 200 m2

IEC 61400 - 11 Nennleistung bis zu 150 kW, Nabenhöhe bis zu 30 m


Quelle: Kühn[1]


> Weltweiter Zuwachs an installierter

Marktüberblick Kleinwindenergieanlagen

Leistung in 2009 42.5 MW (Nennleistung bis zu 100 kW)

> 20700 Anlagen (W h 10% üb 2008)(Wachstum von 10% gegenüber 2008)

> 75% wurden in Off-Grid Systemen installiert

> 25% mit sehr geringer Leistung(Nennleistung von 5 kW und darunter)

Quelle: AWEA [2]

SMA Solar Technology AG 5M-P-WB-1-DE-de_DE-124910Quelle: AWEA [2]


> Weltweit über 260 Hersteller in 26

Marktüberblick Kleinwindenergieanlagen – Hersteller

Ländern

> Vielfach Kooperationen bei der Herstellung und beim Vertrieb(Rotoren Türme Generatoren und(Rotoren, Türme, Generatoren und Wechselrichter)

Quelle: AWEA [2]



> Mauris tristique tempor tellus quis tincidunt. Fusce aliquam sodales

Von der Windenergie zum netzkonformen Strom

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Von der Windenergie zu netzkonformem Strom

Wind



KWEA mit permanenterregten

Von der Windenergie zu netzkonformem Strom

Synchrongeneratoren> Kein Getriebe nötig = wartungsarm

> Drehzahlvariabler Betrieb möglich (A h i d d h hl )(Asynchrongeneratoren sind drehzahlstarr)= optimale Leistungsausbeute

> Keine zusätzliche Erregung nötig = einfache Verkabelung und einfaches gGeneratorverhalten(Drehzahl und Spannung proportional)


HAWT „Antaris“ – Braun Windturbinen


> Verbindung der MPP* sorgt für

Verhältnis Windgeschwindigkeit zu nutzbarer Leistung

Betrieb mit maximal möglicher Leistung

Wind

> Dieser Betrieb wird erreicht durch programmierbare Lastkurve

12 m/s

programmierbare Lastkurve Betriebsart: Turbine

7 m/s> (MPP Tracking nicht dynamisch genug)

3 / (Wi d hwi dí k it)5 m/s

7 /s

Drehzahl der KWEA

3 m/s (Windgeschwindígkeit)

Ausgangsspannung der KWEA*Maximum Power Point = Punkte maximaler Leistung


g


> Minimale DC Spannung der KWEA unter Last

Auslegung: welcher Windy Boy passt zur KWEA

(bei Anlaufgeschwindigkeit)?

> Maximale DC Spannung der KWEA unter Last (bei Nennwindgeschwindigkeit)?

> Nennleistung der KWEA?

> Maximale Leerlaufspannung der KWEA?(wichtig für Überspannungsschutz) g p g

SMA Solar Technology AG

Siehe Bundle Liste11M-P-WB-1-DE-de_DE-124910

HAWT „R9000 “ – Evance



Windy Boy Produktfamilie








> Umfassende Produktpalette, von 1,2 kW bis zu 9 kW

> Integrierte Netzmanagementfunktionen und Blindleistungsbereitstellung

> Weltweiter Einsatz durch SMA Grid Guard

SMA Solar Technology AG M-P-WB-1-DE-de_DE-124910 13



> Weiter Eingangsspannungsbereich (80…550 V) neuer

> Windy Boy 3000TL-21 bis 5000TL-21

> Hoher Eingangsspannungsbereich > 250 600 V i h h L i> 250 – 600 V mit hoher Leistung

Windy Boy 6000A (X*6 kW)

> Dreiphasige Einspeisung bis 9 kWmit integrierter WebconnectPortalkommunikation

SMA Solar Technology AG SMA Solar Technology AG 14M-P-WB-1-DE-de_DE-124910


> Empfohlene Generatorleistung bei 2500/5000

Windy Boy 1200/1700

Volllaststunden im Jahr: WB 1200: 1050 W / 1000 W WB 1700 1400 W / 1300 WWB 1700: 1400 W / 1300 W

> Max. Eingangsspannung: 400 V> DC Nennspannung: 120 V / 180 V> DC Nennspannung: 120 V / 180 V> Min. Leerlaufspannung zur Aktivierung „Turbine

Mode“: 120 V / 150 V/> Spannungsbereich „Turbine Mode“:

100 V – 400 V / 139 – 400 V




Windy Boy 2500/3000


> Max. Eingangsspannung: 600 V> DC Nennspannung: 300 V / 350 V> DC Nennspannung: 300 V / 350 V> Min. Leerlaufspannung zur Aktivierung „Turbine

Mode“: 250 V / 290 V/> Spannungsbereich „Turbine Mode“:

224 V – 600 V / 268 – 600 V




Windy Boy 3300/3800


> Max. Eingangsspannung: 500 V> DC Nennspannung: 200 V> DC Nennspannung: 200 V> Min. Leerlaufspannung zur Aktivierung „Turbine

Mode“: 200> Spannungsbereich „Turbine Mode“:

200 V – 500 V




Windy Boy 5000A/6000A

Volllaststunden im Jahr: WB 5000A: 4600 W / 4200 W WB 6000A 5500 W / 5100 WWB 6000A: 5500 W / 5100 W

> Max. Eingangsspannung: 600 V> DC Nennspannung: 270 V> DC Nennspannung: 270 V> Min. Leerlaufspannung zur Aktivierung „Turbine

Mode“: 300> Spannungsbereich „Turbine Mode“:

246 V – 600 V



> Integrierte Netzmanagementfunktionen und

Windy Boy 3000/3600/4000/5000TL-21

Blindleistungsbereitstellung > Max. Eingangsspannung: 550 V> DC Nennspannung: 400 V> Min. Leerlaufspannung zur Aktivierung „Turbine

Mode“: 125 VMode : 125 V> Spannungsbereich „Turbine Mode“: 80 V – 500 V> LüfterlosLüfterlos> Nicht parallelschaltbar



> Dreiphasige Einspeisung

Windy Tripower 5000/6000/7000/8000/9000TL-20

> Integrierte Netzmanagementfunktionen und Blindleistungsbereitstellung

> Max. Eingangsspannung: 1000 V> DC Nennspannung: 600 V> Mi L l f Ak i i T bi> Min. Leerlaufspannung zur Aktivierung „Turbine

Mode“: 188 V> Spannungsbereich „Turbine Mode“: 150 V – 800 VSpannungsbereich „Turbine Mode : 150 V 800 V> SMA Webconnect Portalkommunikation> Multifunktionsrelais serienmäßigg> Nicht parallelschaltbar




Anwendung und Installation







Indirekte Einspeisung/Überschusseinspeisung


Verbraucher

Windy Boy

Verbraucher

E i ählÖffentliches NetzEnergiezähler Netz



Direkte Einspeisung (Vergütung)


Verbraucher Verbrauchszähler

Windy Boy

Verbraucher Verbrauchszähler Öffentliches Netz

Einspeisezähler



Einspeisung in ein Inselnetz (OFF-Grid Einstellung beachten!)


Windy Boy Sunny Island Sunny Boy

VerbraucherVerbraucher



Windy Boy Wechselrichter in verschiedenen Anwendungen



Funktionsbeschreibung WBP-Box

Windy Boy Protection Box

Gleichrichter

Windy Boy (DC)

Spannungs-begrenzung

Windy Boy (DC)

Turbine (AC)

> Gleichrichten der Turbinenausgangsspannung

g gLastwiderstand (DC)

g g p g> Parallelschaltung des Lastwiderstands zur Spannungsbegrenzung bei:

Netzausfall, Leerlauf, Überdrehzahl, ...



Gleichrichter


> Passive Gleichrichterbrücke B6> Anschluss von Permanentmagnet

Generatoren> 1 d 3 h i> 1- und 3-phasig> Umgehungsmöglichkeit durch direkten

DC-AnschlussDC Anschluss



Überspannungsschutz


UDC

Kritisches DC-Spannungsniveau

Ausgangspannung Windy Boy Protection Box

t

Ausgangspannung Windy Boy Protection Box

t



Lastwiderstand


> Für Dauerlast bis 7000 W ausgelegt> Ein Widerstand für „ALLE“ Protection

Boxen> Spezifikation:

> A l fü 600 V> Ausgelegt für 600 VDC

> 42 Ω @ 25 °C (max. 54 Ω)> 100 % Überlast für 1 min> 100 % Überlast für 1 min



Leistungsaufnahme des Lastwiderstands:


U²P RP

WBP Box Schaltspannung [V] Leistungsaufnahme [kW] Zu verwenden mit:WBP-Box Modell

Schaltspannung [V] Leistungsaufnahme [kW] Zu verwenden mit:

400 350-360 ≈ 3 WB1200, WB1700WB1700

500 450-460 ≈ 4,8 WB3300, WB3800, WB3600TL, WB5000TL

600 550-560 ≈ 7 WB5000A, ,WB6000A, WB2500, WB3000



> Netzparallel Betrieb KWEA


> KWEA 6 kW Turbine, WB 6000A, WBP-Box 600> Netzspannung Vorhanden> Windstärke schwach bis stark


Gl i h i ht 6 kWGleichrichter

Überspannungs-

6 kW

schutz





> KWEA 6 kW Turbine, WB 6000A, WBP-Box 600> Netzspannung Vorhanden> Windstärke Sturm (daher Lastwiderstand parallelgeschaltet)



Überspannungs-

6 kW

1 7 kWschutz 1 ... 7 kW





> KWEA 6 kW Turbine, WB 6000A, WBP-Box 600> Netzspannung Ausfall (daher Lastwiderstand parallelgeschaltet)> Windstärke schwach bis stark


Gl i h i htGleichrichter

Überspannungs- 1 7 kWschutz 1 ... 7 kW





> KWEA 6 kW Turbine, WB 6000A, WBP-Box 600> Netzspannung Sunny Island> Windstärke Starker Wind / hoher Verbrauch



Überspannungs-

6 kW

schutz





> KWEA 6 kW Turbine, WB 6000A, WBP-Box 600> Netzspannung Sunny Island> Windstärke Starker Wind / geringer Verbrauch



Überspannungs- 5 kW

1 kW

schutz 5 kW



Anschluss 1 x WBP-Box 1-phasig

Installation der Windy Boy Protection Box

Lastwiderstand Eigenverbrauch

Windgenerator Windy Boy Protection Box Windy Boy Öffentliches Netz

KWEA Leistung bis 7 kW





Lastwiderstand Eigenverbrauch

Windgenerator Windy Boy Protection Box Windy Boy Öffentliches Netz






EigenverbrauchL t id t d gLastwiderstand

Öffentliches NetzWindy BoyWindy Boy Protection BoxWindgeneratorAC-Verteiler-BoxAC-Verteiler-Box




Windy Boy Protection Box mit Lastwiderstand



Planung von Kleinwindenergieanlagen



Ressourcenanalyse Mittlere Windgeschwindigkeit, Hauptwindrichtung,

Planung von Kleinwindenergieanlagen – Aufgaben

Ressourcenanalyse Mittlere Windgeschwindigkeit, Hauptwindrichtung,Turbulenzen

Standort Standort der Turbine, Einflüsse von Hindernissen, , ,Geländebeschaffenheit

Turbinentechnologie Rotorbauart, Generator, Wechselrichterg

Betrieb Lärm, Wartung und Reparatur (Zugänglichkeit), Sicherheit

Gesetze und Verordnungen Bundes- und Landesbaurecht, Immissionsrecht (Lärm)



> Vorbereitende Begutachtung: Überprüfung der Windgeschwindigkeit für den

Planung von Kleinwindenergieanlagen – Standort

gewählten Standort mit öffentlich verfügbaren Quellen (z.B. Wind Atlanten, NASA [5])



> Häufigkeitsverteilung der Windgeschwindigkeiten, mathematische Annäherung möglich (Weibull Funktion)


> Windgeschwindigkeit in Nabenhöhe (abhängig von der Rauigkeit der Oberfläche am Standort, beschrieben durch die Rauigkeitslänge z0)

Geländeoberflächentypen z0 [m] RauigkeitsklasseWasserflächen 0 0001 0Wasserflächen 0.0001 0Sandflächen 0.0003 0.1Schneeflächen 0.004 0.2Glatte Erde 0.005 0.4Wiese 0.008 0.7Flugplätze, Startbahnen 0.01 0.8Flugplätze mit Gebäuden und Bäumen 0.02 1Landwirtschaftliche Flächen mit wenig

b d dGebäuden und Bäumen 0.03 1Offene landwirtschaftliche Flächen

0.05 1.5Geschlossene landwirtschaftlicheFlächen 0 1 2Flächen 0.1 2Viele Bäumen und Büsche 0.2 2.5Geringe Bebauung 0.3 3Vorstädte 0.5 3Wald 0.8 >3


Quelle: Hau [3]WStädte 1 >3


> Windgeschwindigkeitsmessung am geplanten Standort (mindestens


für ein Jahr)> Darstellung der Messergebnisse für Klassen (Bíns) hier für

Wi d h i di k i d Wi d i hWindgeschwindigkeit und Windrichtung

Bin Start Ende Summe N NNO ONO O OSO SSO S SSW WSW W WNW NNWMW 7,05 6,44 5,67 4,81 5,01 5,53 6,78 7,5 6,86 6,55 7,53 8,29 9,34

0 0,49 912 311 149 18 154 64 17 136 20 12 10 11 101 0,5 1,49 611 82 48 48 44 50 51 56 43 40 54 45 502 1,5 2,49 1336 155 123 135 120 112 128 116 96 103 57 92 993 2,5 3,49 2208 224 238 208 209 209 208 198 177 150 121 114 1524 3,5 4,49 3152 308 292 262 345 281 306 291 247 193 184 200 2435 4,5 5,49 3621 352 284 247 319 348 350 376 313 253 211 260 3085 4,5 5,49 3621 352 284 247 319 348 350 376 313 253 211 260 3086 5,5 6,49 4434 423 288 225 279 422 479 458 458 344 303 347 4087 6,5 7,49 4387 393 232 137 192 417 493 492 556 412 337 367 4598 7,5 8,49 3898 295 150 75 112 170 449 556 480 409 353 372 4779 8,5 9,49 3333 288 115 37 62 102 360 525 342 271 361 393 477

10 9,5 10,49 2433 195 87 13 45 53 252 421 175 142 291 334 42511 10 5 11 49 1593 126 53 12 13 31 123 276 136 54 198 224 34711 10,5 11,49 1593 126 53 12 13 31 123 276 136 54 198 224 34712 11,5 12,49 1079 108 41 3 8 16 70 180 68 16 105 159 30513 12,5 13,49 714 80 32 3 4 14 33 101 39 10 40 117 24114 13,5 14,49 489 59 28 0 4 2 20 65 21 3 24 70 19315 14,5 15,49 304 35 11 1 3 1 11 46 4 2 7 41 142



> Turbulenz ist die Standardabweichung der


Windgeschwindigkeit (horizontal, bzw. vertikal) und der Windrichtung vom jeweiligen Mittelwert

Windrichtung

h2 h

3 h

20 h



Planung von Kleinwindenergieanlagen – Softwarelösungen

Alwin BLADED Greenius RETscreen SWT YieldE ti t

WAsP WindFarm WindFarmer WindProEstimator

Lizenz Freeware Kommerziell Kommerziell Freeware Freeware Kommerziell Kommerziell Kommerziell Kommerziell

Ertragsprognose x o x x x x x x xSt kt llStrukturelle Belastungen o x o o o o o o o

Windanalyse x o x o x x x x x

Lärmberechnung o o o o o o x x xgWirtschaftlichkeitsbe-rechnung o o x x o o o x o

Quelle: Quaschning [4]



> Turbinen mit vertikaler Achse

Planung von Kleinwindenergieanlagen – Turbinentechnologie

> Savonius Turbine> Darrieus Turbine> H-Turbine

> T bi it h i t l A h> Turbinen mit horizontaler Achse



> Widerstandsläufer


> A ft i b lä fAuftriebskraft

niedriger Druck> Auftriebsläufer

Widerstandkraft

niedriger Druck

Blattsehne

h h D k

AngriffswinkelWindgeschwindigkeit


hoher Druck


> Leistungsregelung durch Blattverstellung


> P i L i t l d h St ll h> Passive Leistungsregelung durch Stall ohne Blattverstellung



> Internationale Norm für Kleinwindkraftanlagen – IEC 61400 –XX

Planung von Kleinwindenergieanlagen – Normen - Zertifizierungen

> Zertifizierungsorganisationen:> Kooperation von Zertifizierungsorganisationen mit einheitlichen Messungen und

Auswertungen: MEASNET >> www.measnet.org

> Microgeneration Certification Scheme> www microgenerationcertification org> www.microgenerationcertification.org

> Small wind certification organisation: Zertifizierungen gemäß der AWEA Small Wind Turbine Performance and Safety Normywww.smallwindcertification.org



> The European Wind Energy Association

Planung von Kleinwindenergieanlagen – Verbände

> www.ewea.org

> RenewableUK, früher British Wind Energy Association> www.bwea.com/small/index.html

> American Wind Energy Association>> www.awea.org

> Bundesverband Windenergie> Bundesverband Windenergie> www.wind-energie.de/



Windenergiewandlung



> Windenergie ist die kinetische Energie einer Luftmasse m, die sich mit der

Windenergiewandlung – Bewegungstheorie

Geschwindigkeit v bewegt:

> Die Masse m der sich bewegenden Luftmasse zu einem Zeitpunkt t kann

2mv21

kinE

> Die Masse m der sich bewegenden Luftmasse zu einem Zeitpunkt t kann beschrieben werden als:

mtm2vmt1E

> Der Massenstrom der sich bewegenden Luftmasse mit der Luftdichte ρ, der durch eine Fläche A mit der Geschwindigkeit v hindurchtritt, ist: ρAvm

Ekin: kinetische Energie [Nm]

vmt2E

m: Luftmasse [kg]v: Geschwindigkeit [m/s]

: Massenstrom [kg/s]

m

3ρAv2tE

> Mit folgt 3ρAv21P

: Massenstrom [kg/s]P: Leistung [Nm/s=W]ρ: Luftdichte [ kg/m3]

m

tEP


A: Fläche [m2]


> Eine Energieentnahme aus dem Wind ist nur durch eine Reduzierung der Windgeschwindigkeit

Windenergiewandlung – Leistungsbeiwert

möglich. Da die Luftmasse unverändert bleibt, vergrößert sich die vom Wind durchströmte Fläche> Das Verhältnis zwischen der entnommenen Leistung und der Leistung des nicht gestörten Luftstroms ist

der Leistungsbeiwert cpg p

> Der Leistungsbeiwert cp erreicht sein Maximum, wenn das Verhältnis zwischen der Geschwindigkeit v1 vor und der Geschwindigkeit v2 nach der Turbine ungefähr 1/3 beträgt

> cpmax = 0.593

31 3vRρA21

pcP

G h i di k it [ / ]v: Geschwindigkeit [m/s]P: Leistung [Nm/s=W]ρ: Luftdichte[kg/m3]AR: vom Rotor überstrichene Fläche [m2] Source: Hau [2]


R: vo o o übe s c e e äc e [ ]


> Durch die Drehbewegung des Rotors wird der Strömung ein der Rotordrehung

Windenergiewandlung – Schnelllaufzahl

entgegengesetztes Drehmoment eingeprägt, das die entnehmbare Leistung beeinflusst

> Der Leistungsbeiwert cp hängt von dem Verhältnis zwischen der Tangentialgeschwindigkeit der Rotorblätter und der Geschwindigkeit der ungestörten Luftströmung ab. Dies Verhältnis wird Schnelllaufzahl λ (tip speed ratio) genanntwird Schnelllaufzahl λ (tip speed ratio) genannt


Source: Hau [2]


Windenergiewandlung – Schnelllaufzahl

3vRρA21

pcP

v: Geschwindigkeit [m/s]P: Leistung [Nm/s=W]ρ: Luftdichte [kg/m3]AR: vom Rotor überstrichene Fläche[m2]cp : Leistungsbeiwert

eBlattspitzder it chwindigkeUmfangsgesλfzahlSchnelllau


indigkeitWindgeschwλfzahlSchnelllau


Verhältnis der Windgeschwindigkeit zur Leistung des Windes

3vRρA21

pcP

v: Geschwindigkeit [m/s]P: Leistung [Nm/s=W]ρ: Luftdichte [kg/m3]ρ gAR: vom Rotor überstrichene Fläche[m2]cp: Leistungsbeiwert

Windgeschwindigkeit [v]

> Doppelte Windgeschwindigkeit bedeutet achtfache dem Wind entnehmbare Leistung



Verhältnis der Windgeschwindigkeit zur Leistung des Windes (Beispiel)

3︶ sm12 π ︵22m ︶︵32

1,225kg 0.5937887W

3vRρA21

pcP

s32mv: Geschwindigkeit [m/s]P: Leistung [Nm/s=W]ρ: Luftdichte [kg/m3]

3︶sm6 π ︵22m ︶︵32m

1,225kg 0.593986W

ρ gAR: vom Rotor überstrichene Fläche [m2]cp: Leistungsbeiwert

³kg1,225ρ (Luftdichte)m³

Windgeschwindigkeit [v]



> Zusammenfassung:

Verhältnis Windgeschwindigkeit zu nutzbarer Leistung

> Die Schnelllaufzahl ist das Verhältnis zwischen Umfangsgeschwindigkeit der Rotor-Blattspitze und der momentanen Windgeschwindigkeit

> Sorgen wir dafür dass der Rotor unserer Kleinwindenergieanlage sich immer mit> Sorgen wir dafür, dass der Rotor unserer Kleinwindenergieanlage sich immer mit optimaler Schnelllaufzahl (z.B. etwa 7-fache bei Dreiblatt-Horizontalläufer) dreht, so sichern wir den Betrieb bei höchstem Leistungsbeiwert

> Wie aber können wir das bei wechselnder Windgeschwindigkeit erreichen?



> Testaufbau im Windkanal mit

Bestimmung der Turbinenkurve – Windkanal

passendem Windy Boy

> Einstellung des Betriebszustand „Konstantspannung“ beim WindyBoyBoy



> Messen der Ausgangsleistung für

Bestimmung der Turbinenkurve – Windkanal

verschiedene Spannungen bei konstanter Windgeschwindigkeit

> Bestimmung des MPP für verschiedene WindgeschwindigkeitenWindgeschwindigkeiten

7 m/s


Ausgangsspannung der KWEA


> Durchführung von Messkampagnen

Bestimmung der Turbinenkurve – Messkampagne

(Windgeschwindigkeit, Ausgangsleistung der KWEA) mit verschiedenen Turbinenkurven undverschiedenen Turbinenkurven und Vergleich der Leistung

Windgeschwindigkeit



> Bestimmung der besten

Bestimmung der Turbinenkurve – Messkampagne

Turbinenkurve für verschiedene Windgeschwindigkeiten

12 m/s

7 m/s

3 / (Wi d hwi di k it)5 m/s

7 /s

Ausgangsspannung der KWEA

3 m/s (Windgeschwindigkeit)



> Berechnung der Rotorfläche und des Umfangs aus der Blattlänge

Bestimmung der Turbinenkurve – Berechnung

> Wahl der optimalen Schnelllaufzahl λ für den Rotortyp (z.B. λ = 7 für Dreiblatt-Horizontalläufer)> Berechnung der Umdrehung des Rotors aus der Umfangsgeschwindigkeit (Windgeschwindigkeit

multipliziert mit der Schnelllaufzahl) dividiert durch den Umfangmultipliziert mit der Schnelllaufzahl) dividiert durch den Umfang> Multiplikation mit 60 um Umdrehungen pro Minute zu erhalten> Die AC-Spannung des Generators ergibt sich aus der Multiplikation des Generatorverhältnisses

mit der Umdrehung des Rotors> Bei dreiphasigen Generatoren Angabe der Spannung zwischen zwei Phasen, deshalb

Berechnung der WR-Eingangsspannung aus dem Produkt der Generatorspannung und Wurzel 2g g g p g p g> Berechnung der Leistung durch Einsetzen der berechneten Größen in die Gleichung:

31 v: Windgeschwindigkeit [m/s]3vRρA2pcP P: Leistung [Nm/s=W]

ρ: Luftdichte [kg/m3]AR: vom Rotor überstrichene Fläche[m2]

L i b i


cp: Leistungsbeiwert


Bestimmung der Turbinenkurve – Berechnungsbeispiel

> Blattlänge: 2,5 m> Schnelllaufzahl: 7> Leistungsbeiwert: 0,32> Luftdichte: 1,22 kg/m3

> Generatorverhältnis: 0,5 V/min-1




Optimierung durch Parametrierung







Betriebsart: Turbine

Wi d t Wi d B P t ti BWindgenerator Windy Boy Protection Box



3-Punkt-Kennlinie

Einstellung der Lastkennlinie

> Gute Annäherung

> Optimale Regelung



Polynomkennlinie


> Reales Verhalten

> parametrierbar(nicht nur eine Annäherung)

> Höherer Energieertrag

> minimiert mechanische Belastung



Parametrierung


> UPVStart Start der Netzüberwachung Start der Netzüberwachung

> UDCWindStart Start der Lastkennlinie

> Wind a0 bis Wind a3> Wind_a0 bis Wind_a3 Verstärkung der Polynomgrade

3DC2DCDCDCAC UWind_a3UWind_a2UWind_a1Wind_a0)(UP



> Auslegung der Lastkennlinie


(auch ohne Wechselrichter)

> Anpassung des WR an die KWEA> Anpassung des WR an die KWEA

> Einfaches Hilfsprogramm.Alles was man braucht in einem Fenster

http://www.SMA.de/de/service/downloads.html (Reiter „Software“)



> Einfaches Hoch- und Runterladen der

Einstellung der Lastkennlinie – USB-Service Interface

Windy Boy Einstellungen

> Kommunikation über USB Service> Kommunikation über USB-Service Interface, Windparameter werden direkt übertragenAktueller Treiber unter Reiter „Solarwechselrichter“ herunterladbar

> Optimale Einstellungen speicher- und wiederverwendbar (für mehrere Anlagen)



> Direktkommunikation mit dem Windy

Einstellung der Lastkennlinie – Bluetooth®

Boy durch Bluetooth®-Verbindung

> Eintragung der Windparameter aus dem Windy Boy Setup Tooldem Windy Boy Setup Tool

> Wind_a0=Konstante Abweichung der Leistungsberechnung> Wind_a1=Vorfaktor der Leistungsberechnung nach Udc> Wind_a2=Vorfaktor der Leistungsberechnung nach Udc^2> Wind_a3=Vorfaktor der Leistungsberechnung nach Udc^3



Auszug aus WB Setup Tool Bedienungsanleitung Kapitel 5.4.1



> 1. Kühn, Paul: Introduction to small wind turbines, www.iset.uni-kassel.de

Anhang – Referenzen

(abgerufen 2010-10-31)> 2. American Wind Energy Association (AWEA): 2010 AWEA Small Wind Turbine Global

Market Study, www.awea.org(abgerufen 2011-02-16)

> 3 H E i h Wi d T bi 2006> 3. Hau, Erich: Wind Turbines, 2006> 4. Quaschning, Volker: www.volker-quaschning.de,

(abgerufen 2011 02 21) ergänzt durch SWT Yield Estimator(abgerufen 2011-02-21), ergänzt durch SWT Yield Estimator> 5. NASA, Surface meteorology and Solar Energy:

http://eosweb.larc.nasa.gov/sse/RETScreen/p g


> Alwin: http://www.ammonit.com/en/support/downloads/214-software

Anhang – Softwarelösungen

> BLADED: http://www.gl-garradhassan.com/en/software/GHBladed.php> Greenius: http://www.f1.fhtw-berlin.de/studiengang/ut/downloads/greenius/index.html> RETscreen: http://www.retscreen.net/ang/home.php> SWT Yield Estimator: http://www.renknow.net/, Suche nach „small wind turbine yield

i “estimator“> WAsP: http://www.wasp.dk/Download/Index.htm> WindFarm: http://www resoft co uk/English/index htm> WindFarm: http://www.resoft.co.uk/English/index.htm> WindFarmer: http://www.gl-garradhassan.com/en/software/GHWindFarmer.php> WindPro: http://www.emd.dk/WindPRO/FrontpageWindPro: http://www.emd.dk/WindPRO/Frontpage


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