Windkraft (Minigenerator)
Dies ist eine Sammlung von Ideen, wie man Experimente für erneuerbare Energien in möglichst alle Schularten bringen kann. Jeder ist willkommen, Ideen einzubringen Fehlversuche/ Irrwege unbedingt auch dokumentieren
Minigeneratoren mit verschiedenen Rotoren und Föns
Beim Amazon findet man dieses SntieerSet 6 Minimoteren das im Test mit alternativen Solarmotoren die größte Leistungsaufnahme zeigte. Ergänzt man das Set mit weiteren Rotoren von Optiec, z.B. Rotor zum Selbst mit 2 oder 3 Rotoren, roter Rotor
Hinweis von Michael Blinzler:
Für aussagekräftige Kurven bräuchtest du aber auch hochwertigere und homogenere Elektromotoren / Generatoren an der Windradseite. Einer von meinen 6 ist beim Testen als Elektromotor mit 3 V immer langsamer und unrunder gelaufen, stehen geblieben und hat dann auch als Generator keine Spannung mehr erzeugt.
Beim Test von 6 neu gelieferten, die als Motor betrieben wurden, haben sie Drehzahlunterschiede von bis zu 150 %. Folglich werden sie als Generator betrieben ebenfalls deutlich unterschiedliche Wirkungsgrade besitzen.
Aktivität 1
Die Schüler sollen messen, welcher Rotor die meiste Leistung bewirkt bei gleicher Windstärke. Dazu wird ein Fön oder eine Windmaschine mit festem Abstand gehaltert und dann die Spannung über einem Lämpchen oder die Leistung gemessen. Überraschend ist, dass die Werte massiv abweichen und die Form der Rotorblätter und nicht deren Anzahl entscheidend ist.
Aktivität 2
Nun wird ein fester Rotor gewählt und stattdessen die Stärke des Föns und die Winkel unter dem der Wind einströmt variiert. Man kann hier auch gut digitale Messsysteme einsetzen und sieht schön die Änderungen der Verläufe. Hier ist ein Leistungsmessgerät der Spannungsmessung eindeutig überlegen.
Aktivität 3
Hält man zwischen Generator und Fön einen weiteren Generator mit Rotor so sieht man deutlich, wie die Leistung des ursprünglichen Generators abnimmt, selbst wenn der zweite Rotor nur ganz am Rand den Luftstrom stört und sich weiterhin beide Rotoren drehen.
Weitere eher zeitaufwändige Aktivität
Passend zur Abschätzung des gesamten Windpotentials kann man experimentell bestätigen, dass die Leistung ungefähr kubisch mit der Geschwindigkeit wächst.
Dazu misst man die Geschwindigkeit bei den beiden Fönstufen am Ort des Windrads mit einem Windmesser und anschließend die Leistung des Generators durch ein passendes Messgerät oder durch Messung von U und I.
Es zeigt sich tatsächlich, dass bei einer Steigerung der Windgeschwindigkeit von 1,1-1,3 die Leistung verdoppelt, d.h. einen linearen oder quadratischen Anstieg kann man klar ausschließen. Genauere Untersuchung würden aber eine präzise Messung der Windgeschwindigkeit erfordern und das ist mit einem Fön als Windquelle und einem günstigen Windmesser sehr schwierig. vgl. auch LexSolar unten
leXsolar Hydropower Experimentierkasten
Dies ist für die Berufsschulbildung hergestellter Kasten für 1400 EUR. Er enthält einen Winderzeuger in einem Plastikgehäuse. Das Windradmodell entspricht nach ersten Tests den oben beschriebenen Generatoren mit Aufsteckrotoren, man hat sogar den Nachteil das man mehr Kleinteile hat im Unterricht und die Halterung Fingerspitzengefühl erfordert.
Produktvideo zu LeXsolar Wind professionell
Der Winderzeuger lässt sich zwar von 0-12V regeln, aber die Rotoren der Windräder (auch der zum Kasten gehörige) laufen erst bei ca. 9V an. Deshalb hat man auch damit nicht wirklich bessere Voraussetzungen um zu zeigen, wie Windgeschwindigkeit und Leistung zusammenhängen. Man kann zwar mehr Messungen durchführen, als bei einem 2 Stufenfön, aber die Messwerte sind so eng beieinader, dass der Fön wahrscheinlich im Bereich der weiterführenden Schule ausreicht.
Ein wirklicher Vorteil des Windgenerators besteht in der deutlich größeren Fläche und darin, dass keine Wärme produziert wird.
Ideensammlung zu Winderzeugern
Neben Föns und den größeren Windmaschinen könnte man auch wie bei LexSolar einen Computerlüfter in ein passendes Gehäuse einbauen und so einen regelbaren Winderzeuger bauen. Ideen und Erfahrungen sind sehr willkommen
Folgender Lüfter sieht sehr gut aus, wurde aber noch nie probiert. Und es fehlt das Gehäuse.
Warnung beim experimnetieren mit offenen Computerlüftern muss man diese sehr gut haltern und sichern. Die Berührung eines laufenden Lüfters kann tiefe Schnittwunden erzeugen.