Wie eine Ladespannung von 120 bis 12 Volt regeln?

[coelestin]

Hallo,

ich habe mir eine Kleinwindkraftanlage gebaut. Besteht aus einem Vertikalrotor und natürlich dem Generator (Gleichstrom). Bei mäßigem Wind habe ich eine Spannung zum Laden der Batterie und z.Zt. noch über einen Solarladeregler gehend von: 12 - 20 Volt. Alles noch im Testaufbau.
Jetzt mein Problem: Was mache ich aber bei stärkerem Wind, wo auch mal Umdrehungszahlen über 1500 U/min entstehen können? Bei 3000 U/min liegt eine Spannung von 120 Volt - an, bei 1500 U/min ca. 60 Volt -.
1. Möglichkeit wäre ein Drehzahlbegrenzer für den Rotor, aber ich habe keine geeignete Lösung im Web gefunden die klein genug wäre.
2. Möglichkeit wäre ein Laderegler der auch höhere Spannungen verträgt, allerdings muß dieser ab ca. 12 Volt den Ladevorgang beginnen und bei ca. 20 Volt wieder abschalten, alles was über 20 Volt entsteht muß dann irgendwie gepuffert werden bzw. sollte irgendwie verbraucht werden. Gibt es eine zusätzliche Schaltung um den eigentlich Regler vor dieser, in dem Moment, Überspannung zu schützen? Vorher muß ich mir auch keinen Gedanken machen über einen richtigen Windanlagen-
laderegler.
Mein Kenntnisse reichen für das Löten und einfache Schaltungstechnik für Haushalt und Kfz aus, aber selbst entwickeln von Schaltungen das habe ich das letzte mal vor 20 Jahren beim Studium getan und seit dem nicht mehr.
Könnt ihr mir ein paar Tipps, Links, Bezugsquellen usw. nennen?

Danke!

[...]

es gibt schaltregler die direkt spannungen bis 60V vertragen und auf eine Spannung von (1.25 - eingangsspanung) regeln können. Die bezeichnung wuste ich auch schon mal, werde ich mal suchen. Selber gebaut habe ich schon Akku Laderegler mit 325 Volt eingangsspannung, ist grundsätzlich alles kein problem. Da ich zur zeit nur im Unzug stecke komme ich nicht an meine aufzeichnungen

[Menelaos]

Wenn du deinen Laeregler an die Batterie anschließt, hast du ohnehin kein Problem mehr. Der niedrige Innenwiederstand deiner Batterie sorgt dafür, dass die Spannung zusammenbricht und es gibt kein Problem. Nur wenn sie voll ist, muss man mir der überschüssigen Energie irgendwohin aber das Problem haben alle WIndkraftanlagen. Du könntest eine 12 V Batterie auch mit 400 Volt laden...

Das Problem ist nur, dass du bei Generatoren die auf eine höhere Spannung ausgelegt sind warscheinlich einen sehr hohen Innenwiederstand hast, der dir eine Menge Verlustleistung erzeugt die dann im Generator in Wärme gewandelt wird und nicht zum Laden der batterie, ansonsten kannst du das so lassen.

Besorge dir einen Laderegler mit Shuntausgang, der den Überschuss dann an eine 2. Batterie oder einen Verbraucher abführt, Solarladeregler eignen sich für solche Zwecke nicht.

Wenn du magst...ich habe hier noch Laderegler mit Shuntausgang liegen. An diese kann man auch noch Solarmodule hängen und einen vom Regler automatisch gesteuerten Lüfter anschließen der bei hohen Temperaturen zuschaltet. Kann maximal 22 A ab das DIng.

Gruß
Max

[arcobär]

Für einen nicht versierten Elektroniker ist das nicht so einfach. Im Prinzip muss man nur eine Spannungswandlung, die wegen dem Wirkungsgrad als Schaltregler ausgeführt werden muss, machen, die über eine Strombegrenzung verfügen sollte.
Im Prinzip könnte man einen getakteten Stromregler für Gleichstrommotore verwenden. Der Motor wird durch die Batterie und eine in Reihe geschaltete Drossel ersetzt.

Gruß Uli

[Bernd]

Uli hat es ja schon gesagt und Max hat auch darauf hingewiesen, einen Generator
der ohne Last deutlich mehr als 12V abgibt direkt an einem 12V Akku zu betreiben
erzeugt, abhängig von der erzeugten Leistung und vom Innenwiderstand, irre
hohe Verluste die nur hinnehmbar sind wenn es sich um sehr kleine Leistungen oder
Experimentalwindräder handelt. Für eine "Nutzung" im eigentlichen Sinne, also
nutzbringend, sollte man tatsächlich Schaltungen verwenden die den Generator NICHT
bei 12V abwürgen sondern ihn so arbeiten lassen wie es seine Konstruktion vor sieht,
nämlich mit höherer Drehzahl auch mehr Spannung abzugeben, welche widerum durch
diesen "intelligenten Regler" wieder auf die nötige Ladespannung herunter transfomiert wird.
Das ergibt, trotz Verluste in dieser "Umformerschaltung", viel weniger Gesamtverluste wie
die Variante mit dem Generator direkt am Akku. Die Steigerung des Effizienz ist gerade
bei höheren Leistungen wirklich enorm.

Vielleicht sollten wir als erstes Forum diesen vermutlich kaum bekannten Umstand immer
wieder nennen und auch Lösungen ausarbeiten, also ganz konkrete Dinge, sprich ganz
konkrete, womöglich nachbaubare Schaltungen mit Bauplan oder wo man so etwas vielleicht
auch fertig erwerben kann.
Vielleicht hat jemand der mitlesenden Lust dazu das mal genauer zu konkretisieren.

Grüsse

Betrnd

[jb79]

Also ein Schaltregler ist wie von euch schon erkannt bei einem so großen Spannungsbereich die benötigte Elektronik.
Ich würde hier zu einem galvanisch getrennten Wandler greifen, damit kann man die Drossel wie einen Trafo bauen und hier schon eine gewisse Spannungsübersetzung erreichen. Der Rest wird dann über das Taktverhältnis geregelt.

[Menelaos]

Klingt nicht gerade so als wäre das für jeden Nicht-Elektronik-Freak einfach zu realisieren...

[Bernd]

Mich würde ja mal interessieren ob es so eine "Ladeschaltung" mit Spannung-Strom Übersetzung
nicht sogar schon zu kaufen gibt. Wir werden ja nicht die ersten sein die feststellen das ein
Generator direkt am Akku "nicht so richtig ideal" ist.

Grüsse

Bernd

[Menelaos]

Ich meine das ist das was man bei Solarmodulen MPPT nennt. das gibt es auch für WIndanlagen z.B. im Mastervolt integriert. Damit das aber ordentlich klappt, muss eine Leistungskurve eingegeben werden, sonst kann das nicht hinhauen.

Gruß
Max

[jb79]

Das MPP Prinzip benötigt eigentlich keine hinterlegte Kennlinie.
Das Ganze beruht auf einer Messung der Eingangs - und Ausgangsgrößen, also Strom und Spannung, sowie der Festlegung einer maximalen Akkuspannung.
Es werden kontinuierlich die Eingangs- und Ausgangsleistung ermittelt und dann das Tastverhältnis minimal verstellt. Dadurch steigt z.B. die Spannung am Akku und damit auch der Strom. Das hat natürlich auch ein Steigen des Eingangsstroms und ein leichtes Absinken der Eingangsspannung zur Folge. Nun werden wieder die Leistungen gemessen, ist die Eingangsleistung nun größer als bei der letzten Messung, so wird nochmal der Ausgangsstrom erhöht, bis mal eine Messung ein kleineres Ergebnis bringt.
An diesem Punkt fährt man den Strom wieder etwas zurück bis die Leistung wieder ansteigt.
So pendelt das Ganze immer um den Idealpunkt herum. Wenn jetzt der Wind nachläßt regelt das System natürlich automatisch nach.