Opgewekt vermogen meten windturbine

Op zaterdag 1 juni 2024 23:28:00 schreef [steven]:
Hallo allemaal,
Een aantal van mijn studenten (werktuigbouw) zijn bezig met het bouwen van een windturbine.
Hierbij willen ze het opgewekte vermogen van de turbine kunnen meten.

https://youtube.com/shorts/J5Xb2Q6uhOU?feature=share

Oorspronkelijk was het idee om dit met een reostaat te doen en hiermee bij een constant toerental en twee multimeters uit te vinden waar het maximale vermogen ligt.

Vertel eerst eens wat je bedoeld met een rheostaat. Ik ken het als een zeer ouderwetse naam voor wat nu een regelbare weerstand zou heten.

Nu kwam ik op het idee om in plaats hiervan een constant load aan te schaffen en die op de turbine aan te sluiten (de spanning die er vanaf komt is overigens DC). Het gaat hierom een Korad KEL103.

Die constant load is dus gewoon een kunstmatige belastingsweerstand. Ik gebruik het wel eens om voedingen te testen.Je kunt een voeding hiermee ook dynamisch testen door de belasting pulsvormig aan en uit te zetten.

Nu vroeg ik mij af wanneer ik deze constant load op constant vermogen zet en dan op maximaal vermogen instel, krijg ik dan simpelweg het maximale vermogen dat de turbine kan leveren?

Nee, dat krijg je pas als de turbine draait met een snelheid waarbij zowel de wieken en de dynamo op een snelheid draaien waarbij ze zo efficiënt mogelijk werken. En dat voor elkaar krijgen is een vrij lastige zaak. Want wat is dat maximale vermogen dan waarop je de belasting instelt.

Het klinkt mij namelijk te simpel dat dit zo makkelijk gaat gezien een MPPT dit ook doet maar veel complexer is. Al moet een MPPT weliswaar het opgewekte vermogen omzetten in een constante spanning voor het net/opladen batterij.

Als je die elektronische belasting dynamisch zou kunnen instellen of sturen kun je wel zorgen dat het maximale rendement geleverd wordt. Maar dan heb je eigenlijk een MPPT gebouwd.

Betekent dit ook dat het maximale vermogen uit bijvoorbeeld een zonnepaneel om deze manier gemeten kan worden?

[/quote]

Nee, een zonnepaneel heeft hetzelfde probleem. Het maximaal te leveren vermogen is afhankelijk van te veel onbekende variabelen. Je kunt daardoor niet gewoon uitrekenen wat de windmolen of paneel gaat leveren. Je kunt het alleen tijdens het leveren van energie uitproberen door af en toe wat met de belasting te spelen. Dat is ook wat een mppt regeling eigenlijk doet. Die belast de generator af en toe iets meer en af en toe wat minder en meet continu het geleverde vermogen en gaat dan zo goed mogelijk op de plek zitten waarbij het vermogen het grootst is. Afhankelijk van de windkracht of zonneinstraling zal die plek ook steeds verschuiven. Eigenlijk schommelt de mppt regeling steeds heen en weer rond de meest ideale positie.

En er spelen meer dingen. Een propeller of molen heeft een toerental waarbij er het meeste energie uit de wind wordt overgedragen op de as. Zit de molen niet op dat toerental dan neemt de efficiëntie af. Een goede windmolen kan ook door zijn vaanstand te wijzigen efficiënter werken. Het toerental bereik is dan groter.

Voor een dynamo of generator geld eenzelfde verhaal. Daarvoor wordt dan een tandwielkast(variomatic) ingezet.

Om het maximale piekvermogen te weten te komen moet je met een mppt regeling gedurende een langere tijd het vermogen gaan meten en vastleggen of je zet de handel in een windtunnel en voert dan de windsnelheid zover op dat het geleverde vermogen gewoon niet meer hoger wordt omdat de dynamo aan zijn max zit. Of de molen knalt uit elkaar.

Dit is wel een vrij zinloze actie omdat deze pieken als het goed never nooit gehaald worden. Een meting gedurende langere tijd waarbij je de gemiddelde opbrengst bepaald en de pieken er uit filtert is zinniger.

Op zaterdag 1 juni 2024 23:28:00 schreef [steven]:
Nu vroeg ik mij af wanneer ik deze constant load op constant vermogen zet en dan op maximaal vermogen instel, krijg ik dan simpelweg het maximale vermogen dat de turbine kan leveren?

Dat lijkt me idd correct.

Je moet uiteraard binnen de specificaties van de generator blijven. Vergelijk het met het maximale vermogen dat je uit een bron kan halen. Dit punt ligt steeds op de plaats waar de weerstand van de belasting gelijk is aan de inwendige weerstand van de bron. Dit is echter zelden een wenselijke situatie omdat op dat punt de bron uiteraard net zo veel energie verstookt als de belasting.

Oorspronkelijk was het idee om dit met een reostaat te doen en hiermee bij een constant toerental en twee multimeters uit te vinden waar het maximale vermogen ligt.

Eenvoudiger is deze rheostaat samen met een wattmeter, hoef je immers niet constant zitten te rekenen als je aan die rheostaat draait, doet die wattmeter immers voor je.

Op zondag 2 juni 2024 02:05:37 schreef Ex-fietser: Ik ken het als een zeer ouderwetse naam voor wat nu een regelbare weerstand zou heten

Nu ga je toch zeker niet beweren dat ik heel oud ben .

Denk dat eerder een term is die vooral in het onderwijs wordt gebruikt.

Ik ken en gebruik rheostaat als term voor regelbare weerstanden waarbij een relevante stroom door de loper mag lopen. Het te dissiperen vermogen is hier een relevante parameter en wordt opgegeven.
Dit is bij een potentiometer niet het geval. Dit onderscheid tussen "straalkacheltjes" en de rest is wat mij betreft wel praktisch.

[edit] Opmerking over MPTT weg gehaald. Ex-Fietser dekt het al af.

Een weerstand als load zou mijn voorkeur hebben omdat er dan het meest directe inzicht geeft in wat er gebeurd.
Let op meet-uitdagingen als de turbine AC levert. Mogelijk is een scope dan een beter idee.

[Bericht gewijzigd door Aart op zondag 2 juni 2024 08:32:54 (14%)

Zie ik in dat filmpje twee sets bladen die tegen elkaar in draaien ?
Ik vraag me af of dat meer energie oplevert dan één set bladen.
Tweede set krijg zeer turbulente lucht. Misschien wat voor een CFD pakket ?
Of gewoon een keer meten.

Ik kan me indenken dat het rendement verhoogd wordt door die ongekeerde draairichting. De turbulentie, als het een vortex is, kon wel eens zodanig van richting zijn dat de energie, die het eerste blad verloor, de vortex gunstig maakt voor het tweede. Maar nadelig is het verlies aan energie in de lucht. Volgens mij kun je dit met een mechanisch simulatiemodel (Comsol etc, duur grapje) wel berekenen.

De dynamo kun je los testen door hem met een bekende DC motor aan te drijven, koppel en toerental bekend. En dan elektrisch te belasten met een dynamic load. Noteer bij verschillende toerentallen en elektrische belasting het afgegeven vermogen. Dan heb je een model van de dynamo dat je kunt gebruiken in Simulink (duur), Octave (gratis), Excel etc.

Omdat je doel het hoogst haalbare vermogen is, is dat wat je moet meten. Zelf zou ik gaan voor een dynamic load met constante stroom. Maar dat kun je met weerstanden of zelfs gloeilampen ook doen. Je noteert gewoon de spanning en stroom (ik gebruik Excel) en maak een grafiek van de dynamo én de bekende motor. Dan zie je bij welke belasting je het optimale vermogen afneemt. Doe dit dan bij verschillende toerentallen en dan zie je waar het optimale punt ligt. Maar lees verder want ik denk dat het niet van belang is, je bladen gaan een grotere rol spelen.

Het probleem is dat als je de een windmolen belast hij langzamer gaat draaien. Bij stilstand heb je nul vermogen, bij onbelast draaien ook. Daartussen ligt een optimaal punt wat je zoekt.

Maak een model of formule waarin je terugrekent via het vermogen dat je van de dynamo afneemt wat het geleverde vermogen van de wind is. Omdat je de dynamo hebt gekarakteriseerd weet je dat. Ik verwacht dat je optimale punt daar gaat liggen waar je overdracht van de lucht op de bladen optimaal rond 50% is, de dynamo gaat een veel hoger rendement (80 tot 95%) hebben.

Volgens mij lijkt het wel op matching van de impedantie van de lucht naar de bladen aan de impedantie (weerstand) die de dynamo geeft dmv energieafname. Gevoelsmatig roep ik dan meteen: 50%.

Die Korad ken ik, heb ik ook een. Die zou je kunnen gebruiken maar let wel op: Hij heeft een maximale stroom van 30A en spanning van 120V. Maar dat zegt niet dat beide tegelijk kunnen. Want hij is ook 300W, dus bij 120V is de maximale stroom nog maar 300/120=2,5A! Reken je niet rijk.

Op zondag 2 juni 2024 08:28:33 schreef Aart:
Ik ken en gebruik rheostaat als term voor regelbare weerstanden waarbij een relevante stroom door de loper mag lopen.

De kasten in het labo op school stonden vroeger vol met die dingen. Wordt dat dan nu niet meer gebruikt?

ALs je een windturbine hebt met een redelijke generator, dan zal de belasting van de generator de snelheid van de bladen beinvloeden.

Dus belast je de generator niet, dan draaien de bladen vrij en zal de invalshoek zodanig omlaag gaan dat er nauwelijks lift wordt gegenereerd dus ook weinig vermogen uit de wind wordt gehaald.

Belast je de generator zwaar, dan remmen de bladen zodanig dat de bladen vrijwel stil komen te staan in de wind en er een veel te hoge invalshoek optreed om efficient energie uit de wind te halen.

Het ding heeft inderdaad een maximum power punt, en het gemene is dat als je in dat punt zit je best even meer vermogen kan opnemen: Je zet dan kinetische energie van de wieken om in elektrische energie. Een MPPT controller voor een windturbine is dus lastiger om te maken dan eentje voor een zonnepaneel waarbij dat niet kan.

Samenvattend: Met een weerstand: is lastig. Met een instelbare belasting: zeer lastig.

Stel je de belasting in op "constant power" dan zal die bij <weinig volt> de maximum stroom willen opnemen en de molen kan dan geen toeren maken.

Stel je de belasting in op "constant R" dan kan de molen toeren maken en zal op een bepaald moment stabiliseren. Je kan dan de ingestelde R iets veranderen en kijken of je dan meer of minder vermogen overhoudt.

Op zondag 2 juni 2024 09:27:31 schreef rew:
Samenvattend: Met een weerstand: is lastig. Met een instelbare belasting: zeer lastig.

Waarom is dat lastig?

Het lijkt mij net een eenvoudige manier om dat punt te bepalen. DC wattmeter in serie met die rheostaat en belasting opvoeren tot je het punt hebt?

Op zondag 2 juni 2024 09:15:45 schreef New Beetle:
[...]De kasten in het labo op school stonden vroeger vol met die dingen. Wordt dat dan nu niet meer gebruikt?

Ik heb een stuk of 30 van die dingen. Nog nooit aangeraakt sinds ik op die school werk (E: geen beroepsonderwijs/technisch onderwijs, gewoon een middelbare)
Volgens mij worden die niet meer gebruikt sinds we lompe domme regelbare voedingen hebben (Impo) die 6a (en wel meer, gedurende korte tijd) kunnen leveren. Dat zijn nagenoeg onverwoestbare dingen die bestaan uit een scheidingstrafo, een laagspannings variac en een gelijkrichter met elco. Ik kan in ca. 20 jaar administratie maar één of twee reparatiebonnen vinden van zo'n ding en er zwerven er een stuk of 25 rond

Ik zie die rheostaten wel in de oudste practicumboeken staan die ik nog heb, jaren 60-70. Maar ik zou eigenlijk niet weten wat ik er nu nog mee zou moeten. Ze staan niet echt in de weg, dus ik laat ze voorlopig lekker staan. Wie weet heb ik ooit een keer een flinke loadbank nodig. 30 stuks, 30 ohm en 3 ampere.

Op zondag 2 juni 2024 09:43:33 schreef Ledlover:
[...]

Ik heb een stuk of 30 van die dingen. Nog nooit aangeraakt sinds ik op die school werk.
Volgens mij worden die niet meer gebruikt sinds we lompe domme regelbare voedingen hebben (Impo) die 6a (en wel meer, gedurende korte tijd) kunnen leveren. Dat zijn nagenoeg onverwoestbare dingen die bestaan uit een scheidingstrafo, een laagspannings variac en een gelijkrichter met elco. Ik kan in ca. 20 jaar administratie maar één of twee reparatiebonnen vinden van zo'n ding en er zwerven er een stuk of 25 rond

Wij gebruikten dat vroeger op school
- Om generatoren en alternatoren te belasten
- Veldstroom van DC motoren in te stellen
- Asymmetrische driefasen belastingen te creëren
-….

Dus precies de toepassing van de TS. Ik word echt wel oud precies Hoog tijd dat ik een keer een opendeurdag van een technische school doe, als die inmiddels niet allemaal gesloten zijn.

[offtopic]
Ik gebruik ze op werk nog steeds veel bij het testen van DC-DC converters. Zowel als belasting als als simulatie van Ri van de bron, bij ons batterijen.
Dit in combinatie met een door mij ontwikkelde LabVIEW opstelling die de spanningen en stromen meet, logt etc.

We hebben bij het opzetten hiervan gedacht over een elektronische load of zelfs SMU's, maar het echte grote voordeel ontbrak voor onze toepassing.
Dan is de eenvoudigste oplossing wat mij betreft het meest aantrekkelijk.
Het komt voor dat er bijvoorbeeld met een constante load getest moet worden, wat niet gaat met een weerstand. Maar die is dan ook voorhanden in de vorm van de downstream step-down met (alsnog) een weerstand als load, en hoeft dan niet gesimuleerd te worden.
Daar komt bij dat het (opstart-) gedrag van een echte converter bij onderspanning / grote Ri lastig foutloos te simuleren is. En dan zou je nog net niet weten wat je moet weten. Dan liever de echte situatie

Met deze opstelling heb ik in tien minuutjes een nette grafiek load tegen rendement (of welke parameter wat ook) in Excel staan. Dat is goed genoeg, als dat met een druk op de knop zou kunnen versneld dat de gehele klus niet relevant.

[Bericht gewijzigd door Aart op zondag 2 juni 2024 11:53:42 (11%)

Deze dingen zijn inderdaad echt oud. Op school hadden we deze dingen vroeger ook. En bij mij op het werk zwerven deze dingen ook nog rond. Ze staan in vitrines met andere oude zooi en als decoratie op vensterbanken.

Een rheostat is een beetje een tijdgenoot van dit soort meters:

Ook deze zijn helemaal niet slecht maar worden niet meer gebruikt omdat er tegenwoordig handigere alternatieven zijn.

Dat wil niet zeggen zeggen dat ze slecht zijn of zo. In tegendeel ze zijn zelfs heel goed. Maar omdat ze niet automatisch dynamisch instelbaar zijn, kun je er niet de maximale opbrengst van een zonnepaneel of windmolen mee bepalen. En bij een windmolen heb je dan nog twee dingen die wat maximale opbrengst betreft niet matchen. De wieken de de dynamo zijn flink verschillend in de condities waarbij ze hun maximale opbrengst leveren.

Je de wiek en de dynamo moet je dus eigenlijk apart meten en ze daarna matchen met een tandwielkast. Anders heb je altijd 1 van de twee die minder goed presteert. Meestal zullen beide dus niet optimaal presteren.

Eigenlijk een beetje wat REW ook verteld.

Wij hadden toch al de laatste versie van die AVO. Die zag er al wat moderner uit.

Heb trouwens ooit iets gelijkaardigs willen doen met een Chinese verticale windturbine en SMA Windyboy 1100LV omvormer gekocht in Duitsland, maar dat ding heeft geen Synergrid conformiteitsattest en mag je in BE niet aan het net aansluiten. Einde verhaal.

@ [steven],

Kan je iets vertellen over het type generator dat in jullie molen toegepast is?

Op zondag 2 juni 2024 09:32:37 schreef New Beetle:
[...]Waarom is dat lastig?

Omdat het altijd zo is dat je "tijdelijk" meer vermogen er uit kan halem omdat je dan kinetische energie uit de wieken gaat opsnoepen.

Stel dat het MPP bij 100 RPM en 100W zit. Als je dan nu bij 90 RPM zit en de belasting verlaagt moet eerst het toerental oplopen naar 100 RPM voordat je het hogere vermogen tot z'n recht komt.

En zit je op 100RPM en je verzwaart de belasting, dan zie je altijd een verhoging van het vermogen, zolang het toerental nog niet merkbaar gedaald is.

Je moet dus heel langzaam dingen veranderen voordat je conclusies trekt uit "of dit beter is dan voorheen of niet". En als de wind dan ook nog eens niet helemaal constant is, wordt het helemaal lastig.

Op zaterdag 1 juni 2024 23:28:00 schreef [steven]:
Hallo allemaal,

Oorspronkelijk was het idee om dit met een reostaat te doen en hiermee bij een constant toerental en twee multimeters uit te vinden waar het maximale vermogen ligt.

een rheostaat is een prima ding voor zulke testen, als ie het vermogen aankan. Ik zou vooral de twee meters vervangen door één wattmeter, dan zie je de piek veel makkelijker, zonder dat je moet rekenen (dat doet de wattmeter voor je)

Bedankt voor de reacties allemaal, ik ga het doorgeven aan de studenten.

Op maandag 3 juni 2024 11:43:07 schreef m.bouwer:
@ [steven],

Kan je iets vertellen over het type generator dat in jullie molen toegepast is?

Ik ga het navragen

Wat mij nog niet helemaal duidelijk is is wat de definitie voor een rheostaat precies is. Is het een regelbare weerstand met maar twee aansluitingen (dus kan niet als spanningsdeler gebruikt worden) of is het een grote regelbare draadgewonden weerstand die een groot vermogen aankan (dus wat in dit topic als plaatje al een paar keer voorbij kwam). Deze hebben namelijk vaak wel 3 aansluitingen en kunnen als spanningsdeler gebruikt worden .

Daarover is hierboven inderdaad uitvoerig gediscuteerd, om niet te zeggen "uitputtend". Het is een zuivere woordenkwestie, het woord "rheostaat" is ingevoerd ergens halfweg de 19de eeuw, toen stromen nog niet in microamperes werden gemeten of uitgedrukt, en alles wat men toen deed valt vandaag onder de vermogenselektronica.

Neem het maar als een regelbare weerstand, meestal van fors vermogen; maar harde grenzen of definities zijn er niet. Kijken wat men koopt, dus.