Ist die, von der Turbine SETUR DVE 120 für den Betrieb dieses Wochenendhauses gelieferte elektrische Leistung 100 W, ausreichend?


Die Installation des Wasserkraftwerkes DVE

(praktisches, vereinfachtes Verfahren)

Unser Ziel:  Eine ausreichende Menge an elektrischer Energie für den normalen Betrieb "unserer" Wohneinheit mit der Nutzung eines naheliegenden Gewässers zu sichern.


Für unsere Entscheidung um die beabsichtigte Installation des DVE ist es notwendig, folgende energetische Bilanz durchzuführen:
A)  Die Quellen der elektrischen Energie
B)  Der Verbrauch der elektrischen Energie

A) Die energetische Bilanz der Gewässer, für den Betrieb des Wasserkraftwerkes:

Bevor wir mit der Installation des DVE beginnen, ist es notwendig, alle eigentumsrechtlichen Beziehungen zu der Lokalität, einschließlich der wasserjuristischen Genehmigung und der Baugenehmigung (wenn es in dem gegebenen Ort nicht schon früher geregelt wurde) zu regeln.
Auf dem Terrain, wo "unsere" Wohneinheit aufgebaut ist, führen wir eine grobe Festsetzung des Potentials zur Produktion der Elektroenergie aus dem Gewässer, aus dem wir das DVE versorgen werden, durch. Wir setzen 2 der wichtigsten Daten fest:

1. Wassergefälle:  H [m]
Vereinfacht bemessen wir die Differenz zwischen dem oberen Wasserspiegel(die Stelle, wo der Eingang in die Rohrleitung installiert wird) und dem unteren Wasserspiegel (die Stelle, an der das DVE installiert wird).

In unserem Beispiel wurde gemessen: H = 5m

2. Wasserdurchfluß:   Q [l/s]
Der Wasserdurchfluß wird an der Stelle der Installation des DVE ermittelt. Es sollten jedoch mehrere Messungen durchgeführt werden. Beispiel: Man füllt einen Behälter (Faß) mit dem bekannten Volumen, während mit einer Stopuhr die benötigte Zeit für das Vollfüllen des Behälters gemessen wird.

In unserem Fall wurde gemessen:
Faß, Volumen 200 l; durchschnittliche Dauer der Befüllung:  25 s
Berechnung für den Wasserdurchfluß: Q=200/25=8 l/s
Q = 8 l/s

3. Festsetzung der dauerhaften Leistung der elektrischen Quelle
Vorausgesetzt, daß die gesamte Menge des Wassers (ohne Verlust) durch die Turbine fließt und so die Arbeit leistet, ermitteln wir die erwartete Leistung an den Ausgangsklemmen des Generators so:
GEGEBEN: mechanische Wirksamkeit der Turbine: hM = 0,7 (70%)
GEGEBEN: Wirksamkeit des Generators: hG = 0,5 (50%)
GEGEBEN: Koeffizient der hydraulischen Verluste der Zuführungsleitung: 0,765
Elektrische Leistung PEL:
PEL= g * Q * H * hM * hG * 0,765 =
PEL= 9,81 * 8 * 5 * 0,7 * 0,5 * 0,765 = 105W
PEL= 105 W

Ergebnis:
Unsere Wasserquelle ist in der Lage, ihr energetisches Potential durch den Betrieb des Generators in die elektrische Leistung von 105 W umzuwandeln. Die Turbine SETUR wird mit dem 3-Phasen-Synchrongenerator und folgenden Parametern ausgestattet:
Leistung: 120 W
Spannung: 3x24 V Wechselspannung

B) Die energetische Bilanz des Verbrauchs von Elektroenergie in "unserer" Wohneinheit

Basis für die Berechnung ist "unsere" zweckmäßige Verteilung der Verbrauchsgeräte nach ihren Leistungen oder ihrem Verbrauch, so, wie es aus dem Bild ersichtlich ist. Gleichzeitig legen wir auch die vorausgesetzte Zeit ihres Tagesbetriebes fest. Die Daten schreiben wir in die Tabelle und führen die Berechnung des Verbrauches durch. Angewandte schematische Bezeichnungen für die Orientierung führen wir an.








DVE Turbine und 3-Phasen-Synchrongeneratormit den permanenten Magneten
Anschlußkasten - abführen der Leistung aus dem Generator
Schalt-Übergangskasten mit dem installierten
Regulatorder Gleichstromspannung und dem Zerhacker der Spannung
Akkumulator (Batterie)
Sparsame Glühbirne (kompakte Leuchtstoffröhre)
Fernseher
Radioapparat
Ventilator
Kühlschrank
Wasserpumpe




Elementares Grob-Diagramm






Wärmeverbraucher
Verbraucher mit einem Motor
Leuchtstoffröhre
Zerhacker (Transformator)
(24V Gleichstromspannung
auf 230 V, 50 Hz Wechselstrom)
Gleichstromrichter mit dem Spannungsregler
für das sparsame Nachladen der Akkumulatoren
(Transformator)

Tabelle des Verbrauchs der Elektroenergie - Bilanz des Betriebs

Aufteilung des
Verbrauchs
ArtLeistung [W]Betrieb
[h/Tag]
Tagesverbrauch
[Wh/Tag]
SouterrainGlühbirne9*1= 9
Glühbirne11*2= 22
VerandaGlühbirne9*2= 18
Glühbirne9*2= 18
WohnzimmerGlühbirne9*1,5= 13,5
Glühbirne9*1,5= 13,5
Glühbirne20*4= 80
Fernseher50*5= 250
Radio15*10= 150
SchlafzimmerGlühbirne13*2,5= 32,5
Glühbirne9*2= 18
Glühbirne9*2= 18
KücheGlühbirne11*2= 22
Glühbirne13*1,5= 19,5
Ventilator25*1,5= 37,5
Kühlschrank(55)*(12)= 660
WCGlühbirne11*1,5= 16,5
Ventilator25*1= 25
BadezimmerGlühbirne11*3= 33
BrunnenPumpe180*1,5= 270
Gesamt 1726
Verluste der Regulation,
Transformatoren und
Reserve
10% (ausgewählt)=173
Der erwartete Tagesverbrauch Ad= 1899 Wh


Nach Festsetzung des täglichen Verbrauchs (siehe Tabelle) wählen wir eine Systemspannung der Akkumulatoren (12 V oder 24 V Gleichstromspannung). Hinsichtlich der Verluste in der Leitung wählen wir eine höhere Spannung: USYST=24 V

- anschließend berechnen wir die elementare Kapazität der Akkumulator- Batterie CA [Ah]:

CA = Der erwartete Tagesverbrauch = Ad = 1899 = 79,125 Ah



SystemspannungUSYST24


Die so berechnete Kapazität des Akkumulators (Batterie) entspricht dem permanenten Arbeitsregime des DVE, und zwar ohne Kapazitätsreserve und auch ohne Rücksicht auf die Menge der elektrischen Entladung.
Sicherheitshalber werden wir über eine tägliche Stillegung des DVE max. 0,5 Stunde nachdenken. Anschließend bestimmen wir den Koeffizienten für den Zuwachs der Kapazität des Akkumulators:
kA= 24 / (24 - 0,5) = 1,021

Für einen sparsamen Betrieb des Akkumulators darf die Menge seiner elektrischen Entladung nicht mehr als 50%betragen.
Koeffizient der Menge der elektrischen Entladung:
hV = 0,5

- anschließend berechnen wir die optimale Kapazität des Akkumulators für den Betrieb unserer Geräte:

C = CA* kA / hV = 79,125 * 1,021 / 0,5 = 161,617 Ah

Aus einer Auswahl von handelsüblichen Akkumulatoren wählen wir eine Kombination von 2 Akkumulatoren, mit einer Nominalkapazität von 80 Ah und der Spannung von 12V, in Serienschaltung:

C=160 Ah, Die Ausgangsspannung beider Akkumulatoren  U = 24 V (entspricht USYST)

Um die energetisch sehr anspruchsvollen Geräte auch gleichzeitig betreiben zu können, ist es notwendig, einen geeigneten Zerhacker mit der erforderlichen Leistung für das eigene Netz 1~ 230V, 50 Hz, in "unserer" Wohneinheit zu installieren.

Aus den Geräten wählen wir aus:

Kühlschrank:  55 W
Pumpe:180 W
Fernseher:  50 W
Licht:  13 W
Insgesamt:298 W


Aus den genannten Tatsachen wird ersichtlich, daß nur Zerhacker mit einer Minimalleistung:
Pstø. = 300 W, bei der Systemspannung von 24V, verwendet werden soll.

Die Stromabnahme wird zum Teil aus den Akkumulatoren und zum Teil aus der Leistung des DVE, die als Quelle dient, gedeckt. Der Strom an der Gleichstromspannung Seite des Zerhackers wird:
Istø. = PM / USYST = 300 / 24 = 12,5 A

- im Hinblick auf die große Menge an Strom in der Zuleitung des Zerhackers es ist notwendig, auch die Leitung richtig zu dimensionieren.
In unserem Fall empfiehlt es sich, für die vorausgesetzten Verluste von 3% in der Leitung für beide Zuleitungsstromleiter (+,-) in den Zerhacker, einen Mindestdurchschnitt von 6mm2, bei einer Länge von maximal 8m (vom Akkumulator in den Zerhacker), bei einer Stromdichte von 2,5 A/mm2 anzuwenden.

Damit ist unsere Energiebilanz des Verbrauchs, das Konzept der Kapazität des Akkumulators und die Festsetzung der Leistung des Zerhackers abgeschlossen.
Für die eigene Sicherheit überprüfen wir die Möglichkeiten der Quelle (DVE) bei einer reduzierten Tagesleistung für einen Zeitabschnitt von 600 - 2400, d.h. für 18 Stunden.
Ad = 1899 Wh / den = 24 Stunden
Adr = 1899 Wh / 18 Stunden -> wir legen eine dauerhaft reduzierte Leistung bei dem Betrieb "unserer" Wohneinheit fest:
P18 = Ad / 18 = 1899 / 18 = 105,5 W
Das DVE erbringt nach unseren einleitenden Berechnungen eine dauerhafte Leistung von PEL= 105 W



Der Ausgang::
Verglichen mit den Berechnungen und den Angaben aus den Abschnitten "A" und "B" sind wir zu der Schlußfolgerung gekommen, daß die Leistung der Quelle der Elektroenergie unserem betrieblichen Bedarf entspricht. Für den Fall, daß die ausgerechnete Angabe P18 > PEL größer (mehr als 5%) ist, ist es notwendig, die Darstellung von der Betreibung "unserer" Wohneinheit mit geeigneten Abänderungen in der Tabelle nochmals zu überprüfen.

Zu der genannten Problematik bieten wir Ihnen bei Bedarf gerne weitere Einzelheiten an, insbesondere zur Möglichkeit der Realisierung der gesamten energetischen Kette.