Forum: Haus & Smart Home 400VAC Wasserkraft zu 48VDC LiFePO4


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von Johannes B. (basstscho)


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Hallo zusammen,

ich habe eine Solaranlage mit einem 48V LiFePo4 Speicher. 
Erfreulicherweise ist in dem selben Nebengebäude noch eine alte 
Francis-Wasserkraftturbine, die seinerzeit mit 7 kW Netzsynchron 
eingespeist hat. Die Einspeisung ist seit einigen Jahren außer Betrieb. 
Heute habe ich die Turbine testweise wieder manuell in Betrieb genommen 
(ohne Netzkopplung und ohne Steuerung) -> sie dreht, ist regelbar und es 
kommt aus dem bestehenden Generator 3-Phasig 400V Spannung im Leerlauf 
(ohne Last am Generator). Auf Grund aktueller baulichen Bedingungen gehe 
ich davon aus, dass die Anlage bei gutem Wasserstand max. 1,5 kW 
Leistung bringt. Im Sommer eher 800W. Damit ist sie natürlich dennoch 
eine ideale Ergänzung zur PV-Anlage.

Nun das Problem: Wie bekomme ich die 400VAC 3-Phasig in meine 48V 
LiFePo4? Ich könnte natürlich einfach nach dem Generator einen B6 
Brückengleichrichter verbauen und hätte schonmal eine (wenn auch sehr 
hohe) Gleichspannung. Übliche MPPT-Solarladeregler sind i.d.R. nur mit 
etwa 150-250V Eingangsspannung verfügbar. Ganz zu schweigen, ob es 
technisch mit der Regelung und den Solar spezifischen Eigenschaften 
überhaupt sinnvoll funktioniert (ich hätte aber einen übrig und könnte 
es damit testen). Windkraftladeregler habe ich ebenfalls nicht im 
entsprechenden Spannungs- und Leistungsbereich gefunden.
Einen DC-Generator möchte ich aus Kostengründen eigentlich nicht 
verbauen.
Bleibt aktuell die Variante: Generator -> Brückengleichrichter -> 
DC/DC-Wandler -> Laderegler (wsl. testweise zunächst für Solar).

Daher die Frage an euch: Habt ihr eine gute Idee für das Problem, bzw. 
kennt ihr zufällig passende Komponenten, die ich bei meiner Suche nicht 
gefunden habe.

Danke und Grüße,
Johannes

von Sean G. (atmega318)


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Hat der Generator einen Sternpunkt? Wenn ja könntest du die Phasen ja 
einzeln gleichrichten, damit sollte ein normales Schaltnetzteil dann 
klar kommen.

Ansonsten, wenn du MPPT willst könntest du vielleicht einen Trafo 
vorschalten? Also einen Eisenklotz, kein Schaltnetzteil.

von Johannes B. (basstscho)


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Das mit dem Trafo ist ne super Idee! Ich war irgendwie darauf fixiert 
das Thema auf der DC-Seite anzugehen und hab den guten alten Trafo ganz 
außer Acht gelassen.
Bei einem B6 Brückengleichrichter ergibt sich die Ausgangsspannung doch 
als 1,35 * Strangspannung = 540VDC
Somit müsste ich für 250VDC (für den MPPT) irgendwo bei einem Trafo 
3x400V -> 3x185V landen.

von Roland E. (roland0815)


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Warum nicht das WK wieder in Betrieb nehmen? Keine Wasserrechte mehr?

von Johannes B. (basstscho)


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Doch, die Wasserrechte sind da, aber auf Grund von einigen baulichen 
Bedingungen am Triebwerkskanal und der Elektro-Installation lohnt sich 
die  Instandsetzung (aktuell) nicht. Daher ist es meiner Sicht einfacher 
die paar Watt für den Eigenbedarf über die bestehende 
Wechselrichter-Infrastruktur zu verbrauchen.

von Stephan (Gast)


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Funktioniert die alte Regelung denn im Inselbetrieb?

Find ich interessant, aber ehrlich gesagt keine Ahnung davon…
Wie lief das ursprünglich? Ans Netz gekoppelt, Erregerspannung wird 
geregelt, wenn kein Strom eingespeist wird Erregerspannung aus?

Ich vermute die Regelung sollte für den Inselbetrieb ganz anders sein 
als bei direkter Einspeisung.
Also nicht unbedingt steif auf 400v geregelt.
Klassischer Trafo könnte gehen. Oder Laderegler je nach Frequenz/ 
Spannung drosseln.

von Oliver S. (oliverso)


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Trafo 3*230V (400V) auf 1*230V, dahinter ein handelsübliches 
LiFePo-Ladegerät, am besten mit Weitbereichseingang.

Oliver

von Johannes B. (basstscho)


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Da die Anlage schon etliche Jahre nicht mehr in Betrieb war, wandert die 
alte Regelung komplett in den Müll: Korrosion, Sensoren defekt und die 
Regelung ist durch die Netzparallelität recht komplex -> sie würde also 
nicht für den Inselbetrieb funktionieren.

Ich möchte das System komplett neu aufbauen und für meine Bedürfnisse 
nicht auf maximale Leistung, sondern auf den robusten Betrieb auslegen. 
Das beinhaltet z.B. auch die Tatsache, dass ich den Kanal nicht voll 
aufstauen werde, sondern im "Notfall" (=viel Wasser und nichts läuft 
über die Turbine) der hydraulische Überlauf funktioniert und keine 
elektrischen Schieber zum Vermeiden einer Überschwemmung nötig sind. Zur 
Info: Die Schieber sind aktuell verbaut, ich werde diese ggf. auch für 
später verkabeln, aber da ist mir aktuell die Betriebssicherheit 
wichtiger.

Meine Erfahrung mit Francis-Turbinen beschränkt sich auf den Testlauf 
gestern Nachmittag ;) Dort hat es sich für mich als sinnvoll ergeben, 
dass ich Stellung der Flügel auf den Wasserstandpegel (=Druck) über der 
Turbine regle. Im Gegensatz zur gekoppelten Anlage ist mir die Frequenz 
auf Grund des Gleichrichters (bis auf die technischen Grenzen) egal. Die 
Leistung ergibt sich also recht einfach durch: Druck & Volumenstrom. Der 
Zufluss-Volumenstrom ist Witterungsabhängig, den Ablfuss kann ich über 
die Flügelstellung beeinflussen und somit die Wassersäule (=Druck) über 
der Turbine. Aber diese These muss ich natürlich erstmal unter Last 
verifizieren. Somit habe ich nun zunächst mal einen Brückengleichrichter 
bestellt und werde diesen über eine elektronische Last belasten.

Falls jemand mehr Erfahrung mit Wasserkraftanlagen hat: Für Tipps bin 
ich dankbar ;)

von H. H. (Gast)


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Regel den Generator einfach auf eine sinnvolle Spannung runter, das 
spart dir den Trafo. Die ursprünglichen 7kW willst du ja eh nicht 
nutzen.

von mppt (Gast)


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Ich habe hier einen Nachbarn mit einer alten Mühle. Bei dem ist aber ein 
Asynchron-Generator verbaut. Der kann zwar wunderschön ins Netz 
einspeisen aber ohne Netz wird es schwierig dem Energie zu entnehmen. 
Die simpelste Art sind ein paar fette Kondensatoren, alles andere ist 
deutlich komplizierter. Von stabiler Spannung kann bei der 
Simpelvariante natürlich nicht die Rede sein.
Deshalb, die spannende Frage ob du dir 100% sicher bist, dass du einen 
Synchron-Generator hast?

von ●DesIntegrator ●. (Firma: FULL PALATINSK) (desinfector) Benutzerseite


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schade, bei mir in der Gegend ist kaum Wasserkraft möglich.
Hier nimmt man eher eine Turbine (Kaplan, also Schiffschraube im Rohr)
 und treibt diese an, damit die das Wasser aus der Marsch pumpt.

z.B. so:

https://www.haseldorfer-marsch.de/haselau/schoepfwerkaltendeich/index.html

von Johannes B. (basstscho)


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An den Motorsicherungen im Schaltschrank konnte ich gestern ~400V als 
Spannung messen, mehr hab ich aber auch nicht geprüft. In dem 
Schaltschrank sind ein paar Kondensatoren verbaut, ich hab aber nicht 
geprüft wofür die sind. Auf den ersten Blick waren diese nicht irgendwo 
parallel zum Motor.
Verbaut ist ein Siemens 1LA7163-6AA60
https://mall.industry.siemens.com/mall/en/uk/Catalog/Product/1LA71636AA60

Könnt ihr erkennen ob das ein Synchron oder Asynchron-Generator ist. Die 
Drehzahl ist mit 960 U/min recht unüblich.

von Martin H. (horo)


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1
****spare part**** SIMOTICS GP only EX and PM version! low-voltage motor, squirrel-cage rotor, IP55 6-pole *size 160M* temperature class 155(F) IE1* aluminum enclosure 3 AC 50 Hz 400 VD/690 VY * 7.5 kW 3 AC 60 Hz 460 VD * 8.6 kW 380-420/660-725 (50); 440-480 (60) IM B3, IM B6, IM B 7, IM B 8, IM V 5 without canopy, IM V 6

squirrel-cage rotor -> auf Deutsch „Käfigläufer“ oder auch 
„Kurzschlussläufer“ -> Asynchron

> Die Drehzahl ist mit 960 U/min recht unüblich.

6polig -> 3000 U/min / 3 = 1000 U/min abzüglich 4% Schlupf.

: Bearbeitet durch User
von Helge (Gast)


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Ein Wasserkraftwerk ist doch eine Geldmaschine. Ich würde alles 
daransetzen, das Ding zum laufen zu bringen.

Für deinen provisorischen Akkuladebetrieb gingen z.B. 2-3 Stück 
Gleichrichtergerät 400V -> 24V. Primär parallel, sekundär in Reihe. 
Beispiel 
https://www.ebay.at/itm/Trafo-Eingang-Ac-400V-Ausgang-Dc-24V-125A-Gleichrichter-Thyristor-/302416772561

von ●DesIntegrator ●. (Firma: FULL PALATINSK) (desinfector) Benutzerseite


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Helge schrieb:
> Ein Wasserkraftwerk ist doch eine Geldmaschine. Ich würde alles
> daransetzen, das Ding zum laufen zu bringen.

darauf basierend evtl auch ein Gewerbe anmelden

von Helge (Gast)


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Übrigens wenn der Akku groß genug ist: Strom aus dem Generator über die 
Schieber regeln dürfte ausreichen. Spart einen extra Laderegler.

von Oliver S. (oliverso)


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Helge schrieb:
> Ein Wasserkraftwerk ist doch eine Geldmaschine.

Wenn man den Strom möglichst komplett selber verbrauchen kann, dann ja, 
sonst nicht. Die noch existierende Einspeisevergütung soll 2023 
entfallen.

Oliver

von mppt (Gast)


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aha, ein ganz normaler Drehstrommotor also.

Hab ich fast vermutet. Leider ist es einer mit 400/690V. Eine einfache 
Gleichrichtung mit 3 Dioden scheidet damit aus(wenn der in der 
Dreieckschaltumng verbleiben soll). Hinter einem 6-Dioden 
Brückengleichrichter mit 3x400V kommen Gleichspannungen raus mit denen 
du sicher nicht spielen willst (935V). Wäre der Motor(Generator) 
230/400V gewesen, würde eien 3-Dioden Brücke immer noch 468V in 
Sternschaltung ergeben, was auch nicht einfach zu händeln sei dürfte.
Am einfachsten ist hier wirklich ein Trafo. Vorrausgesetzt die Erregung 
mit den 3 Kondensatoren wird durch den Trafo nicht versaut.
So etwas zum Beispiel:
https://www.ebay.de/itm/393233331731
aus den 3x85V würden dann ca. 200V DC rauskommen. Das wäre mit einem 
Victrom MPPT250/x noch händelbar.
Trafos mit 3x400V Eingang gibt es wie Sand am Meer bei eBay und co, da 
musst du nur sebst eienn Kompromiss für dich finden.

von Johannes B. (basstscho)


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Die neuste Unsicherheit ist wohl aus der Diskussion heraus der 
Asynchronmotor. Bekommt man das aus eurer Sicht in der Konstellation 
AC->DC vernünftig mit Kondensatoren und den unterschiedlichen Drehzahlen 
zum laufen (hab ich noch nie gemacht) oder sollte ich hier tatsächlich 
früher ansetzen und ggf. direkt auf einen DC-Motor wechseln?

von Johannes B. (basstscho)


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Ich hab nen permanenterregten 3-Phasen 48V AC Motor aus ner Windanlage 
gefunden : 
https://www.ebay.de/itm/124204290408?hash=item1ceb271168:g:0XwAAOSwEJNhnhkr
Der Motor ist über den Drehtahlbereich ab 400 U/min recht linear.
Danach nen 6B Brückengleichrichter und in nen Victron MPPT 150/x.

von H. H. (Gast)


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Johannes B. schrieb:
> Bekommt man das aus eurer Sicht in der Konstellation
> AC->DC vernünftig mit Kondensatoren und den unterschiedlichen Drehzahlen
> zum laufen (hab ich noch nie gemacht)

Das ist einfach keine gute Idee.


> oder sollte ich hier tatsächlich
> früher ansetzen und ggf. direkt auf einen DC-Motor wechseln?

Auf einen Synchrommotor, und besser fremderregt.

von mmmmhh (Gast)


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Hast du mal ein paar Fotos?

Wie wird den der Leitapparat verstellt? elektrischer Aktor oder 
Hydraulisch?

Grundsätzlich brauchst du ein Drehzahlregler. Die Turbine sollte 
möglichst genau bei Nenndrehzahl laufen, ansonsten kann die Mechanik 
Schaden nehmen. Zumindest bei den "richtigen" Maschinen, mit denen ich 
es zutun habe.

ebInselbetrieb bei Wasserturbinen wird normalerweise mit leicht erhöhter 
Nenndrehzahl (+1..2%) gemacht, damit beim belasten die Drehzahl nicht zu 
Stark einbricht.

Den Asynchronmotor würde ich behalten, macht das Synchronisieren mit dem 
Netz wesentlich einfacher, bzw. durch den Schlupf muss es nicht ganz so 
schön synchron sein beim Synchronisieren wie bei einem Synchron Geno.

von H. H. (Gast)


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mmmmhh schrieb:
> Den Asynchronmotor würde ich behalten, macht das Synchronisieren mit dem
> Netz wesentlich einfacher,

Er will eben nicht auf das Netz synchronisieren, sondern DC zum Akkus 
laden machen.

von Trafo (Gast)


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Wie wäre es mit sowas:
https://de.rs-online.com/web/p/din-schienen-netzteile/1927571

Wenn Du netzsynchron einspeisen willst, würde ich einen Solarinverter 
(für Strangspannung 800V und entsprechenden Eingangsstrom) nehmem. Statt 
der Solarmodule die gleichgerichtete AC, eventuell noch einen 
Siebkondensator drauf.

von Johannes B. (basstscho)


Angehängte Dateien:

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Hallo zusammen,

kurzes Update zum Projekt: Ich habe das System aus "Resten" aufgebaut - 
bestehender Schaltschrank, irgendwelche gebrauchten 
Automatisierungskomponenten und einem Synchrongenerator aus Übersee mit 
3x 96V AC (der hatte lange Lieferzeiten und daher hats ich alles etwas 
gezogen).
Die Regelung der Turbine funktioniert soweit (Regelziel ist ein 
Wasserpegel über der Turbine) und es wird Leistung erzeugt und über den 
bestehenden MPPT-Regler (habe ich sowieso von meiner Solaranlage) in die 
Batterien eingespeist. Auf den Bildern ist eine erste Version des 
Schaltschranks zu sehen. Die alten Komponenten in der Türe habe ich 
verbaut gelassen, um keine Löcher zu haben. Aber zusammengefasst: Erstes 
Ziel ist erreicht :)

Dummerweise scheint der MPPT aber einen Arbeitspunkt zu wählen, der aus 
meiner Sicht für den Generator nicht optimal ist. Er "drosselt" ihn auf 
etwa 70V DC herunter, was in etwa 200 U/min entspricht. Von meinen 
Vorversuchen bekomme ich mehr Leistung, wenn ich im Drehzahlbereich von 
etwa 450 U/min (500 U/min max des Generators) bin. Dort liegt dann auch 
der ideale Arbeitspunkt der Turbine (Übersetzung und Motordrehzahl habe 
ich entsprechend gewählt).
Jetzt stellt sich für mich die Frage, wie ich den Generator in diesen 
Drehzahlbereich bekomme. Eigentlich müsste ich dazu die Kennlinie des 
MPPT einstellen können, die Möglichkeit gibt es aber nicht.
Wie kann ich das Alternativ regeln? Einen Leistungstransistor mit PWM, 
über den ich Eingangsseitig auf 160 VDC (=450 U/min) regeln lasse und 
Nachgang einen DC/DC-Wandler/Laderegler für die Ladung in die Batterie?
Es kommt mir falsch vor, dass man sowas selber basteln muss. Kennt 
jemand von euch einen fertigen Laderegler dazu? Oder denke ich zu 
kompliziert?

Danke und Grüße,
Johannes

von Sven L. (sven_rvbg)


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Manche WR lassen sich auf eine fixe Eingangsspannug umstellen.

Glättest Du die Spannung aus dem Gleichrichter nicht?

Eventuell wirkt auch ein großer Kondenstator und eine Drossel dem 
Verhalten entgegen.

von Johannes B. (basstscho)


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Vor dem Laderegler sind 9.200 µF zum Glätten verbaut (waren bei dem Bild 
noch nicht im Schaltschrank angeklemmt).
Aus meiner Sicht brauche ich tatsächlich eine Regelung, die auf eine 
feste Eingangsspannung (=Drehzahl) regelt. Bisher hab ich aber bei 
meiner Recherche keinen Laderegler (da ich gerne eine LiFePo laden 
möchte; zur Not auch Wechselrichter) gefunden, bei dem man das so 
einstellen kann. Ein Tipp wäre daher klasse. Sonst bleibt mir ja fast 
nur übrig das das über einen IGBT mit nem PWM selber zu bauen.

von mppt (Gast)


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Johannes B. schrieb:
> Vor dem Laderegler sind 9.200 µF zum Glätten verbaut

Damit solltest du aber vorsichtig sein. Käufliche MPPT Laderegler für PV 
haben diverse Schutzmechanismen eingebaut. Dazu könnte auch das 
kurzschließen des Eingangs gehören, wenn irgendwo Überspannungen 
detektiert werden. Die Victrons machen das meiner Meinung nach so. Bei 
Solarmodulen ist das kein Problem, da das Stromquellen sind. Mit 9200µF 
rechnte aber keiner. Da dieser Schutz normalerweise nicht anspricht, ist 
das auch kein Problem. Aber wehe wenn...

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