Vindgenerator - gleder og bekymringer.
Min erfaring med vindgeneratorer strekker seg tilbake til årsskiftet 1996/97 da jeg kjøpte en rekke små vindmøller av type AIR 303 direkte fra USA. De fleste ble overtatt av venner og bekjente og noen ble solgt via avisannonser. Etter forberedelser med tilpasning av kabler, laderegulator og mast, ble mitt eget eksemplar satt i drift i august 1997. Interesserte kan nedenfor lese om mine erfaringer.
Som mast valgte jeg et 5 m langt innvendig galvanisert vannrør i stål, utvendig diameter 61 mm. En bekjent som overtok en av møllene er verktøymaker og han dreiet en overgang i aluminium der den ene enden går ned i masterøret og den andre enden inni festekraven på AIR 303. Aluminiumsadapteret er skrudd fast til masten med en maskinskrue. Mot bakken er det på masten sveiset på en fotplate som gjør at hele masten kan felles ned. Fotplaten er festet til bolter satt ned i fjell inni et plastrør fylt med litt betong. Tre barduner i rustfri 3mm vaier er festet ca 4 m opp i masten og er i bakkenivå via rustfrie strekkfisker eller vanteskruer festet til ekspansjonsbolter og øyeskruer i fjell og store steiner. Kablene til generatoren går inni masten, sammen med kabler fra et 55W solcellepanel som er festet langs masten under vindmøllen og som er vendt sydover. Masten står noen meter syd for hytta på en liten haug og generatoren står ubetydelig høyere enn omkringstående bjerketrær der nærmeste tre i vest og nord, som er fremherskende vindretning, er 10 m unna. Ikke ideell plassering, masten burde være høyere og nærmeste tre lenger unna, men jeg ønsker ikke å hugge ned for mange trær.
Kablene er trukket inn under hytta i en 32mm svart vannledning av plast. Totalt er det ca. 20 m fra vindgeneratoren til batteriene som står innendørs i en bod, der temperaturen om vinteren alltid er lavere enn i hytta forøvrig. Batteribanken er 4 stk. 12V Sønnak solstrømbatterier, 115Ah i hvert, koblet i parallell. Hele banken er følgelig på 460Ah. For å kunne kjøre solcellepanel og vindmølle på en felles regulator, valgte jeg en ekstern regulator av type Trace C40 og anvender den som en dumplastregulator. Den interne regulator i AIR 303 ble koblet ut, dvs. regulert til max. spenning. På denne måten reguleres sol- og vindstrøm sammen og når batteriene er fulle går overskuddsladingen inn i dumplasten som består av to lavohmige parallellkoblede, høyeffekt motstander, hver på 300W, en på 1,0 Ohm og en på 0,5 Ohm. En annen årsak til at jeg valgte å koble ut den interne regulatoren i AIR, er at den ikke har temperaturkompensert lading. Muligens er jeg litt opphengt i dette med temperaturkompensasjon. (OBS: Problemet kan også løses med TO regulatorer, den ene AIRs innebygde som kan stilles til å kutte ut ved "sommerstilling" på f.eks. 14,1V uansett sommer eller vinter og en (mindre) regulator nr. 2 som lader fra solcellepanelet alene og som har temperaturkompensert lading for å "toppe" batteripakken, spesielt om vinteren.) I tillegg til dette monterte jeg en 50A sikring (kjøpt hos Biltema) på plussledningen nær batteriet og en 50A stoppbryter på kablene fra vindmøllen før batteribanken.
Pr. mars 2005 ser det ut til at batteribanken takker for seg etter 8 års drift. Jeg har derfcor anskaffet 6 stk Trojan 6V T 105 batterier fra Nordic Battery. De skal kobles to og to i serie og så 3 strenger i parallell. Ialt blir det en 12V batteribank på 675Ah.Vekten blir nesten 170 kg, så platen batteriene står på skal utstyres med iallefall 9 små rullehjul.
For å overvåke det hele har jeg senere satt inn en TriMetric TM 1B batterimonitor, samt analoge amperemetere i serie med plussledningen fra vindgeneratoren og solcellepanelet. Ikke akkurat påkrevet, men morsomt for en ”gadget lover”. Der hvor strømstyrken kunne bli høy, brukte jeg 25-35 mm2 tykk kobberkabel kjøpt hos en lokal skraphandler og loddet sammen til passende lengder. Fra Eltema/ELFAkjøpte jeg egnede kabelsko for lodding, samt passende krympestrømper for at det skulle se litt proft ut. For kortere kabelstrekk oppdaget jeg senere at Biltema selger tykk, myk og flott kobberkabel i 15-25 mm2 tverrsnitt for en ikke urimelig pris, fint for å koble batteriene sammen eller mellom batteribank og regulator, men alt for dyrt for lange kabelstrekk. På forbrukssiden satte jeg en hovedbryter (bilrekvisita - hovedstrømbryter med vrinøkkel) og en 30A sikring samt et amperemeter for å avlese hvor mye strøm som går ut av batteribanken. Jeg la opp til å trekke maksimalt 50% fra den, etter hvert har jeg iflg. andres erfaring tatt ut inntil 70-80% ut av batteripakken, i mitt tilfelle altså forbrukt maks 360 Ah før jeg ville ha stengt forbruket ned. Det har dessverre skjedd. Det viser seg at det er vanskelig å få batteriene fulladet til nyttår dersom de var delvis utladet i oktober. Ett solcellepanel er nok for lite når det ikke blåser noe særlig. Bare det å holde egenforbruket i sjakk kan være en utfordring når vindmølle, regulator og batterimonitor forbruker 50-60 mA, altså 1,4Ah pr døgn. Det er mye når selv full sol i desember ikke gir mer enn 2-4Ah/døgn fra mitt 55W panel. Om vinteren, særlig i desember og januar har jeg prøvet å begrense forbruket til 60-80Ah i døgnet. Alt lys er i form av halogenpærer (G4 sokkel), 5-10W i sengelamper, 10-20W i stue, kjøkken og som overlys i gang eller vaskerom. Et radio-CD anlegg for 12V drar 0,8A, fargeTV-apparat ca. 4A, bærbar PC fort opp til 5-6A.
Nedenfor ser du hvordan aluminiumsadapteret er laget og tilpasset vindmøllen i den ene og stålmasten i den andre enden. Til høyre klembøylen og gummibåndet.
Tidlige - og senere erfaringer.
En natt samme høsten vindmøllen var satt i drift, våknet jeg av et infernalsk spetakkel og trodde i halvsøvne at noen "tok ut" en svær motorsykkel på maksimalt turtall i 1. gear. Med dette hadde jeg lært min AIR 303 å kjenne, iallefall dens minst sympatiske trekk - støy. Riktignok kom bråket ved høyt turtall i mye vind og ved mye lading, ladestrøm over 15-20A såvidt jeg husker. Senere brukte jeg stoppbryteren til å kortslutte vindmøllen som da selvfølgelig heller ikke ladet og bare gikk såvidt rundt, men den bråkte ikke. I normal vind inntil kuling eller sterk kuling var lyden fra AIR 303 til å leve med. Men når de som produserer AIR og forhandler den påstår at den er stillegående er dette en latterlig og usann påstand. AIR 303 VAR stillegående i svak vind, men da ladet den heller ikke stort. (Her skal sies at modifiserte blader til AIR 303 reduserte støyen betraktelig og den nyeste modellen AIR 403 støyer vesentlig mindre i sterk vind.) Når det blåste skikkelig ladet den så det syntes, opp til 30A viste monitoren. Jeg lot den stå og gå kontinuerlig - sommer som vinter. Det straffet seg. Vinteren 2000, etter 2 1/2 år "in service", trolig i februar, var det storm i fjellet. Da vi kom opp til hytta etter noen ukers fravær etter jul var ulykken skjedd. I toppen av masten hang AIR som en død kråke og dinglet etter sine tre kabler. Alle propellbladene var brukket sentralt, isolasjonen på kablene var gnaget over. Heldigvis hadde jeg montert sikring på batteriet, 50A, og den var som forutsatt brent over. Viktig for alle, hadde jeg IKKE montert sikring på batterikabelen, kunne det gått riktig ille. Kortslutning av 4 batterier i parallell er ikke noen spøk, brann, eksplosjon, syresøl for å nevne noe. Hvordan dette kunne skje aner jeg ikke, produsenten var heller ikke meddelsom. Jeg tror havariet skyldes at et propellblad i en voldsom kastevind hadde slått inn i masten med brekkasje og ubalanse til følge. Møllen har deretter vibrert seg av masten og i den forbindelse slått av de to andre bladene. En gedigen konstruksjonstabbe spør du meg. Kombinasjon av myke propellblader og for liten avstand mellom mast og propellblader må under ekstreme værforhold ha ført til kollisjon, hvilket ikke burde være mulig. Nå ja, masten måtte ned og det var ingen spøk i februar. Dyp sne, isete vanteskruer og utrivelige forhold gjorde sitt. Generatoren var ikke skadet, men jeg måtte få nye blader, festeplate og nesekopp fra USA. Etter noen uker var møllen oppe igjen og ladet som før. Min skepsis var imidlertid vekket, så sommeren 2000 byttet jeg 303 ut med en splitter ny AIR 403 og deretter sendte jeg den gamle 303 til fabrikken for oppgradering der den fikk ny kropp og elektronikk, for mange $, forsendelse og moms på toppen forstår seg. Den nye 403 har vinklet festet mot kroppen litt annerledes enn 303, slik at avstanden mellom spissen av propellbladene og masten blir større, nå ca. 11 cm. Kollisjon med masten bør derfor nå være umulig. Propellbladene er omkonstruert og de støyer mindre (de passer forøvrig også til 303.) Festeplaten for propellbladene er betydelig forsterket. Laderegulatorener forbedret. Effekten er øket med ca. 25% (jeg har observert at 403 lader med opp til 51A !) En ting å nevne, enten man anvender den innebygde regulatoren i AIR eller bruker en ekstern regulator, vil AIRs elektronikk forbruke ca 17mA, dvs. ca. 0,4 Ah pr døgn, verdt å huske på. Sammen med selvutlading av batteriene og forbruk i evt. batterimonitor blir dette såpass i de mørkeste vintermånedene (på Østlandet) at batteriene stadig lades ut hvis det ikke blåser. Til gjengjeld tilfører fort et blåsende døgn batteriene 100 Ah eller mer. Min AIR 303 var ikke den eneste som havarerte, iallefall 2 til av de øvrige som ble anskaffet før jul 1996 har brutt sammen, mer eller mindre skadet. Én trolig som følge av propellblad-i-masten, som min(?), og en brant totalt opp inni, på tross av at den var avskrudd med stoppbryter. Det siste skulle heller ikke kunne skje, men en avskrudd generator har iallefall ingen direkte kontakt med batteriene, så eventuelt tilkoblede solcellepaneler jobber videre uavhengig av et eventuelt vindmøllehavari.
Siden ovenstående avsnitt ble skrevet i 2002 har jeg gjort flere observasjoner som kanskje kan være til nytte. Spesielt gjelder det spørsmålet:
Bør jeg kjøpe en vindgenerator?
Svaret er avhengig av HVOR vindmøllen plasseres. På snaufjellet og ved sjøen der det er viktig å ha energi i den kalde årstid er svaret etter mitt syn JA. Ellers stort sett NEI. Min hytte ligger i Buskerud på 900 m.o.h. i bjerkeskog rett under tregrensen. Jeg synes at det ofte blåser der, men sporadiske målinger viser stort sett under 8 m/sek. I februar 2005 blåste det såpass at det var utrivelig å gå på ski inne på fjellet, ved hytta blåste det også, men det ble ikke mer enn 8Ah i batteriene i løpet av et døgn. Fra oktober 2004 til ultimo januar 2005 gikk det 180 Ah inn i batteribanken – ikke mye med andre ord. Hvis det virkelig blåser ekstremt, gir en vindmølle mye strøm, men det er i alle fall hos meg svært sjelden at det skjer. Hvis du vil sette opp en vindgenerator, pass på følgende: 1) Sett den høyest mulig opp, over tretoppene på alle tær i nærheten. Oftest vil dette si en mast på 7 meter eller mer. Barduner masten skikkelig. 2) Monter ALDRI vindgeneratoren på en mast direkte forbundet med bygning der mennesker oppholder seg. 3) Plasser vindgeneratoren slik at støyen fra den ved den fremherskende vindretning blåser vekk fra og ikke inn mot hytta. 4) Pass på tykke (nok) kabler mellom vindgenerator og batterier. 5) Husk at en vindgenerator i motsetning til solcellepaneler trenger tilsyn og et visst vedlikehold. 6) Før du går til innkjøp, lån eller lei en vindmåler og logg vinden i noen måneder for å se hvor mye det egentlig blåser. Jeg tror dette er et viktig poeng fordi de som vil selge deg en vindgenerator tenderer til å overvurdere effekten den vil gi der du ønsker å montere den. Muligens vil du selv også tro at det blåser mer enn det faktisk gjør. Vær klar over at vindhastighet under 5 m/sek. knapt gir effektiv lading, selv om propellen roterer. Med andre ord, det blåser trolig mindre enn selgeren og du tror!
Vindhastigheten er den viktigste enkeltfaktor som avgjør hvor mye effekt en vindgenerator kan levere. Effekten øker med vindhastigheten i 3. potens, altså vil en dobling av vindhastigheten gi 8 ganger mer effekt. Formelen for beregning av effekten er:
P=W=0,5 x (lufttetthet) x (propellareal) x (vindhastighet)3
Ved ca 900 meter over havet er vindtettheten ca. 1,12 kg/m3 luft og AIRX har propellareal 1,14 m2 og vindhastigheten er for eksempel 4 m/s så blir dette:
P= 0,5 x 1,12 kg/m3 x 1,14 m2 x 64 m3/s3
P= 41 m2kgs-3, altså 41 W.
AIR X kan utnytte ca 30% av dette, altså lader generatoren ca 12 W, slik at usle 1 A går inn i batteriene. Blåser det konstant 4 m/s i ett døgn, får batteriene tilført 24 Ah. Til sammenligning gir et 55 W solcellepanel kanskje 14 Ah på en solfylt dag i sommerhalvåret.
Siden P øker med vindhastigheten i 3. potens, vil derimot en vindhastighet på 8 m/sek gi nesten 100 W, ca. 8 A ladestrøm.
Når vindhastighet på 4 m/sek føles ”blåsete”, for ikke å snakke om hvordan 8 m/sek føles, ser man lett hvor lite en liten vindgenerator lader under vanlige vindforhold i Sør Norge, unntatt ved kysten og i snaufjellet.
Gode nyheter hva støy angår.
En videreutvikling av AIR kom i salg i USA i mars 2002 til omtrent samme pris som AIR 403. Som til 403 er det også produsert en marineutgave med hvit korrosjonsbestandig lakk, og marineutgaven koster knapt 40% mer enn land-utgaven. Ganske mye mer når innmaten er den samme og kroppen er i samme aluminium. Støyen fra propellbladene skal være eliminert. Det vil bli spennende å se. Den nye utgaven kalles AIR-X. I begynnelsen av juli 2002 kom min nye AIR X fra USA. I løpet av 2003 hadde jeg tenkt å erstatte den nåværende 403 fra 2000 med en AIR X, men 403 fungerer så bra at jeg pr. mars 2005 ikke har gjort det, selv om kunne være spennende å prøve siste versjon.
Detaljene for AIR X er som følger:
AIR X - A breakthrough in small wind turbines
This introduces the latest evolution in small wind turbines, the
NEW AIR X. The AIR X combines
what has made AIR the world’s number one selling small wind
turbine with new technology
previously found only in today’s state-of-the-art
mega-watt-class wind turbines.
All of these features are primarily found within the body of the
turbine. The new microprocessor
based speed control results in increased performance, improved
battery charging capability and
the elimination of “flutter” noise from the machine.
The controller allows for peak-power tracking
of the wind by optimizing the alternators output on all points of
the cubic curve and then
efficiently delivers the energy to the battery. The
turbine’s smart controller allows it to actually
control blade rotation speed thus eliminating the buzzing noise
commonly found with the AIR
403 and 303 in high winds. Furthermore, a new series of
carbon-reinforced blades with a
modified pitch angle further increases power production.
The new electronics are a considerable improvement over the
previous AIR-403 controller that
consisted of diode-rectification and a simple on/off voltage
switch. To the customer this means:
1) Much Lower Noise: Previous AIR wind modules relied on their
aero-elastic blade design for
protection in high winds, causing loud flutter noise in winds
above 35 mph (16 m/s). AIR X’s
circuit monitors the wind speed and slows the blades as it
reaches its rated output preventing it
from ever going into flutter. The result is a much quieter wind
turbine. In high winds, the AIR X
will continue to produce power at a reduced level until the wind
decreases, at which point
maximum output will resume. Additionally, when the battery has
reached its charged state, the
AIR X will slow to an almost complete stop. Only when the battery
has dropped below its
voltage set point will it startup and resume charging.
2) Improved battery charging: Previous AIR designs required
300-400 amp hour battery banks
so the trickle charge of the wind turbine could be adequately
absorbed. The AIR X’s charge
controller periodically stops charging, reads the battery
voltage, compares it to the voltage
setting and if the battery is charged, it completely shuts off
all current going to the battery. This
function is performed within a few milliseconds. The closer the
battery is reaching its full state of
charge, the more often the AIR X’s circuit repeats this
action. This means any size battery from
25 to 25,000 a/h or higher can be charged safely.
3) Lower stress design: AIR X limits power on the input side of
the electronics by controlling
the torque from the blades. The power no longer has to be
dissipated by the electronics resulting
in lower stress on the circuit, bearings and other materials.
Furthermore, stress on wind turbines
occurs primarily in high winds. Under these conditions, the
electronic stall design reduces the
speed to 600 rpm, thereby significantly reducing turbine and
tower loading.
Thousands of hours of research and testing have gone into the
design. We are confident you will
love the improvements the AIR X has to offer.
Hva koster utstyret og hvor kjøper du det (rimeligst) pr. 2005?
AIR 403 varierer litt i pris i Norge, opp til ca. kr 12500 inkl mva, tilbud nærmere 10000 eller noe under det, hvis du er velstående nok til å kjøpe i Norge fra Vera og deres forhandlere, ellers rundt eller mindre enn kr. 7500 direkte fra USA, varierende med kursen på $
Kabler, sikringer, rustfri vaier, vanteskruer, kauser og sjakler fra BILTEMA, se under bilstereo og båtutstyr. Eller mye dyrere fra tradisjonelle forretninger for båtutstyr. Hos BILTEMA finner du også bra loddepenner for gass for en rimelig penge.
Clas Ohlson har også endel utstyr for 12V.
Dumplaster (200W, 1Ohm), kabelsko for lodding/crimping, krympestrømper for kabel fra ELFA (tidl. ELTEMA), butikk i Oslo.
oppdatert 23. mars 2005