Einreichung. Name, Klasse und Adresse der HTL TGM Wien, 5BHETR, Wexstraße Wien. Namen der Einreichenden

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1 Einreichung Name, Klasse und Adresse der HTL TGM Wien, 5BHETR, Wexstraße Wien Namen der Einreichenden Daniel Erbert, Daniel Mayer, Wendelin Zitko Name des betreuenden Professors DI Erwin Wagner Einreichendes Fachgebiet (Industrietechnik, Kraftfahrzeugtechnik oder Gebrauchsgüter & Gebäudetechnik) Gebrauchsgüter & Gebäudetechnik Thema der Projektarbeit Windsackkraftwerk - Windverstärker 1

2 Eidesstattliche Erklärung Ich erkläre eidesstattlich, dass ich die Arbeit selbständig angefertigt, keine anderen Hilfsmittel als die angegebenen Hilfsmittel benutzt und alle aus ungedruckten Quellen, gedruckter Literatur oder aus dem Internet im Wortlaut oder im wesentlichen Inhalt übernommenen Formulierungen und Konzepte gemäß den Richtlinien wissenschaftlicher Arbeiten zitiert, durch Fußnoten gekennzeichnet bzw. mit genauer Quellenangabe kenntlich gemacht habe. Durch meine Signatur berechtige ich die Bosch Gruppe, die Einreichung zeitlich und räumlich unbeschränkt entweder selbst oder durch von ihr beauftragte Dritte unter Nennung der Urheber in Druckwerken, Internet, auf elektronischen Datenträgern sowie in der darauf bezogenen Werbung zu veröffentlichen Datum Unterschrift der/des Schülerin/s 4

3 Projekt Kurzbeschreibung Windkonzentratoren sind meist eine teure Variante die Turbinenleistung zu erhöhen. Unser Projekt stellt nun eine kostengünstige aber effiziente Alternative vor: Den Windsack Das eigentliche Kraftwerk wird als Rohrturbine ausgeführt, die neben dem Laufrad noch über ein Leitrad verfügt, wodurch zu jeder Zeit die optimale Anströmung gegeben ist. Durch die speziell angepasste Form des Windsacks erreichen wir eine Verdoppelung der Windgeschwindigkeit innerhalb der Turbine. Der Generator ist mit etwa 800W klein und soll zunächst im Inselbetrieb gefahren werden. 5

4 Inhaltsverzeichnis 1. Zielsetzung 2. Allgemeines 3. Aufbau 3.1. Das Leitsystem 3.2. Der Generator 3.3. Der Rotor 3.4. Der Windsack 4. Programmierung 5. Verwendete Entwicklungstools 6. Zusammenfassung 7. Literaturverzeichnis 6

5 Zielsetzung Herkömmliche Windkraftanlagen beziehen ihre Leistung aus dem Drehmoment und nicht aus der Drehzahl, weshalb sie immer größer gebaut werden müssen. Dies führt zu einer Verunstaltung des Landschaftsbildes. Das Windsackkraftwerk hingegen arbeitet mit der Drehzahl und kann somit kleiner gebaut werden. Deshalb ist es nicht nur aus technischer Sicht umweltfreundlich, sondern auch aus ökonomischer Sicht 7

6 Allgemeines Das Windsackkraftwerk besteht aus einer Turbine (Durchmesser 1000mm;Länge 700mm) und einem aerodynamischen konzipierten Windsack. Dieser wirkt als Diffusor und ermöglicht eine Verdoppelung der Windgeschwindigkeit innerhalb der Turbine. 8

7 Aufbau 9

8 Das Leitsystem Das Leitsystem hat die Aufgabe die Windströmungen so zu lenken, dass diese optimal auf den nachfolgenden Rotor treffen und besteht aus 8 Leitblättern. Der Gedanke der Blattverstellung wurde durch ein Kegelradgetriebe realisiert, welches über einen Stellmotor angetrieben wird. Die Regelung erfolgt über einen Mikrocontroller, welcher die Windgeschwindigkeit, den Differenzdruck und die Rotordrehzahl erfasst. Mit diesen Werten werden die Leitblätter optimal an die Windverhältnisse angepasst. 10

9 Der Generator Als Generator dient eine fremderregte Synchronmaschine eine Lichtmaschine. Da diese erst bei hohen Drehzahlen ihre Nennleistung erreicht, regeln wir die Erregung über einen Hoch/- Tiefsetzsteller. Damit erhalten wir eine konstante Leistung von 800W. Für die Lichtmaschine wurde ein speziell angefertigtes Gehäuse gebaut, um den Generator exakt in der Turbine zu zentrieren. 11

10 Der Rotor Der Rotor ist der bewegliche Teil in der Turbine und ist für die Stromerzeugung verantwortlich. Er sitzt direkt auf der Welle des Generators und besteht aus 3 Rotorblätter, die auf einer gemeinsamen Rotornabe fixiert sind. Durch Backen-Klemmen lassen sich die Rotorblätter im richtigen Anstellwinkel ausrichten und anschließend festklemmen. 12

11 Der Windsack Durch etliche Modelle sind wir zu einem optimalen Schnitt gekommen, der dem Windsack seine Aerodynamik auferlegt. Da ein Gerüst viel zu schwer gewesen wäre, designten wir ihn so, dass er sich im Wind selbstständig aufbläst. Druckausgleichkammern sorgen für ein konstantes Aufblasen. 13

12 Programmierung Die Regelung erfolgt über eine zentrale Steuereinheit dem Mikrocontroller. Dieser wurde in der Programmiersprache C geschrieben. Hier ein schematischer Überblick: 14

13 Verwendete Entwicklungstools AVR Studio 4 Programmierung des Mikrocontrollers Auto CAD 2010 Grafische Konstruktionszeichnungen MATLAB SIMULINK 2007 Simulieren von Funktionen 15

14 Zusammenfassung Heutzutage wird der Großteil der Energie aus schmutzigen Energiequellen bezogen (z.b. Kohle, Erdöl, etc.) Mit unserem Projekt wollen wir einen Schritt in die Richtung der CO 2 -neutralen Energiegewinnung machen. Es ist zwar nur ein kleiner Schritt in die richtige Richtung, allerdings ergeben auch einige kleine Schritte einen großen. 16

15 Literarisches Verzeichnis Hau, Erich: Windkraftanlagen, Grundlagen, Technik, Einsatz, Wirtschaftlichkeit Oertel, Herbert: Strömungsmechanik, Grundlagen- Grundgleichungen- Lösungsmethoden- Softwarebeispiele