Bericht zu billig Eigenbau 800W Gas BHKW

    Zitat von bkohl

    idemen Ich betrachte alles Wissen und Pläne darüber als frei verfügbar (open source). Ich helfe gerne bei der Umsetzung.

    Moin Herr Kohl,

    zunächst auch von mir vielen vielen Dank für die tollen Iden und Anregungen. Hut ab! Insbesondere bereichernd ist auch die Beschreibung des Weges zur heutigen Lösung, sodass man ggf. nicht jeden Irrweg selbst gehen muss.

    Eine Frage meinerseits: Wie waren die Wicklungen des Synchrongenerators im Original verdrahtet und wie sind diese jetzt für 60V verdrahtet? Kann man das kurz skizzieren oder mit Worten beschreiben?

    Beste Grüße,

    Chris

    Hallo Chris,
    der Generator ist 3-phasig und original als 3 x 6 Teilspulen in Reihe gewickelt. Nach Durchtrennung der Zwischenverbindungen kann man mit etwas Geschick, die Teilspulen parallel verbinden. So wird aus 300V -> 50V.

    Der Kupferlack ist farblos - man muss ihn an den Enden also sehr sorgfältig entfernen, damit die Lötstellen sicher sind.

    VG, Bernd

    Alle wichtigen Teile des BHKW habe ich jetzt in FreeCAD gezeichnet und auf Git veröffentlicht. Dort stehen auch weitere Kommentare. Eine neue Version des Elektronik-Boards mit aufgestecktem Raspberry Zero ist bald in der Testphase. Damit wäre das BHKW WLAN-fähig. Die Bauelemente-Knappheit schlägt aber auch hier zu. Schaltplan und Software schicke ich auf Anfrage.

    DIY-800W-BHKW, Citroen C-Zero, 35qm PV, 7kWh LiFePo (15x250Ah), PIP-4048MS, 4kW Daikin comfora Heiz-Kühl-Klimaanlage

    Einmal editiert, zuletzt von bkohl () aus folgendem Grund: Ein Beitrag von bkohl mit diesem Beitrag zusammengefügt.

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    Es ist wieder Zeit für ein Update:
    Die Zielvorgaben im Sinne von Pel=800W bei >18% Wirkungsgrad habe ich jetzt erst geknackt.
    Der Verhinderungsgrund bisher war ein Verhalten, welches man von kommerziellen BHKWs so extrem nicht kennt: Sedimentbildung durch Verbrennungsreste des Motorenöls

    100W Leistungsreduzierung, nur 16% Wirkungsgrad und leichte Überhitzung ist die Folge. Was auch immer die genaue Ursache dafür ist, weiss ich nicht mit Sicherheit. (verdrecktes Ausgangsventil, Ablagerungen im Abgasbereich ...)
    Glücklicherweise tritt aber durch Benetzung mit flüssigem Wasser ein Selbstreinigungseffekt ein.
    Nach Abschaltung des Motors muss folgende Sequenz gefahren werden, damit das klappt:

    • nach 1h - automatischer Ölwechsel (50°C)
    • nach 3h - 1s Wassereinspritzung (40°C)
    • nach 6h - 20s mit 1000rpm bewirkt Ausblasen des Wassers zur Verhinderung von Korrosion

    Der Neustart ist zwar bereits nach 1h möglich - ab und zu sollte aber gereinigt werden. Der sofortiges Anlassen funktioniert aus unbekanntem Grund nicht mehr. Über 60°C spinnt die sensorlose Kommutierung - deshalb die 1h Wartezeit.

    Wie man auf dem Bild erkennen kann, ist das BHKW jetzt auch über eine Webseite steuerbar. Ein ESP-01S für 3€ agiert als RS232/Web-Brücke. Anschalten geht aber nur über eine geheime Webseite. :)


    Als Brot-und-Butter-Gerät, würde ich es jetzt so belassen und schauen, ob noch Langzeitprobleme auftreten sowie die Dokumentation auf github aktuell halten.


    Parallel dazu erwarte ich von meinem Zweitgerät noch Anwort auf folgende Fragen:

    • Dreieck- statt Sternschaltung erhöht Drehzahl von 2600rpm/700W auf 4500rpm/1.5kW?
    • ist dazwischen eine Modulation durch elektonische Gleichrichtung (Active Power Factor Control) mgl.?
    • was bringt ein leichtes Abfräsen des Zylinderkopfes bzgl. des Wirkungsgrades?
    • was bringen größere Generatoren, bezüglich des Wirkungsgrades?
    Zitat von bkohl

    Dreieck- statt Sternschaltung erhöht Drehzahl von 2600rpm/700W auf 4500rpm/1.5kW?

    "Da werden Sie geholfen" :)

    Allerdings muss man etwas mehr über den Generator wissen. Wie wird der "erregt" und wie wird die Spannung geregelt?

    Spekulation: Die Erregung findet über einen (oder mehrere) Festmagnete statt. richtig?

    Die Spannung wird über die Ausgangsspannung nach einem Gleichrichter geregelt? richtig?

    Zitat von bkohl

    ist dazwischen eine Modulation durch elektonische Gleichrichtung (Active Power Factor Control) mgl.?

    Was willst Du denn erreichen? Willst Du die Arbeitsdrehzahl anpassen?



    p.s. ist das ein Außenläufer?

    Lesen gefährdet die Dummheit! Denken gefährdet Vorurteile!
    Der geistige Horizont mancher Menschen hat einen Radius von NULL. Das nennen sie dann Standpunkt.

    Einmal editiert, zuletzt von bluwi () aus folgendem Grund: p.s.

    bluwi : Außen rotieren Permanentmagneten um einen Stator mit 21 Segmenten von denen 18 bewickelt sind.
    Eine Regelung findet nicht statt. Eine Spitzengleichrichtung macht aus AC dann DC
    Die Drehzahl stellt sich automatisch an dem Arbeitspunkt ein wo produzierte Leistung der abgegebenen entspricht. Die Drehzahl ist proportional zur Batteriespannung. Der Ladestrom ist mittel Drosselklappe einstellbar. Mit Originalspulen in Sternschaltung landet man bei 50V Ub bei 2600rpm und 16A. Ohne Drosselung sind sicherlich 20A bei dann ca. 2700rpm möglich. Will ich mehr Leistung muss die Drehzahl angehoben werden, damit der Zylinderkopf mehr Wärme los wird. Der goldene Weg zu mehr Leistung führt über eine Anhebung der Effizienz. Das schöne an der DC-Kopplung ist, dass ich nicht Frequenz und Phase synchronisieren muss. Der Traum mit der Active-PFC als Gleichrichter ist recht anspruchsvoll. Vermutlich rechtfertigt der Aufwand nicht den Nutzen. Eine Passive-PFC über einen 200µH-Induktor zur Vergrößerung des Stromwinkels ist naheliegender und einfach zu realisieren. Das Ergebnis sieht man dann sofort am Wirkungsgrad.

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    Irgendwie verstehe ich Dein Anliegen noch nicht richtig.

    Ich sehe da diverse Feststellungen, aber die Fragen erscheinen mir wenig konkret, weil mir nicht klar ist, was Dein Ziel ist. Erwartest Du hier Unterstützung oder willst Du uns nur auf dem Laufenden halten?


    Zitat von bkohl

    Will ich mehr Leistung muss die Drehzahl angehoben werden, damit der Zylinderkopf mehr Wärme los wird.

    Z. B. diesen Zusammenhang verstehe ich nicht. Hast Du einen direkten Zusammenhang zwischen Drehzahl und Wärmeabfuhr?

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    Hallo Bluwi,

    ich schätze die Fach- und Anwenderexpertise von Leuten wie dir hier im Forum. Das Feedback ist hilfreich, bei Richtungsentscheidungen an diesem Projekt. Anderseits hat es Berichts-Charakter, was ich schreibe.


    Das primäre Projektziel ist erreicht: >5000h, 800W, >18% eta, einfach zu bauen, luftgekühlt, ca. 2000 Euro
    Jetzt muss die leichte Nachbau- und Zulassungsfähigkeit erreicht werden.


    Dazu muss ich dem Gerät die letzten Fehler austreiben. Wenn darüber hinaus Leistung, eta oder Flexilität verbessert werden ist das natürlich nice to have. Nur darum ging es mir bei den Aspekten rund um Generator und Gleichrichtung. - nichts existentielles -


    PS: momentan mache ich aus 4300W Erdgasenergie mittels BHKW und Klimaanlage ca. 7000W Wärme bei 4000€ Investition. Anders gesagt mit solcher low-tech Technik spare ich 40% Erdgas, gegnüber der Therme

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    Einmal editiert, zuletzt von bkohl ()

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    Zitat von bkohl

    Nur darum ging es mir bei den Aspekten rund um Generator und Gleichrichtung

    Ein größerer Generator hat einen geringeren Innenwiderstand und wird bei einer gewissen Überdimensionierung einen besseren Wirkungsgrad haben, insbesondere wenn im oberen Bereich Leistung abgerufen wird. Das Optimum wird (aus dem Bauch heraus) irgendwo bei der 2-3 fachen Nennleistung liegen. Weiter drüber werden irgendwann die Leerlaufverluste einer größeren Maschine überwiegen.


    Wichtig wäre auch ein "sparsamer" Gleichrichter, da doch recht hohe Ströme im Spiel sind. Am besten mal messen. Evtl. selber aus Schottky-Dioden zusammensetzen. Oder mit etwas Mehraufwand mit FETs aufbauen.


    APF müsste 3-phasig aufgebaut sein. Nach dem Geichrichter bringt das natürlich nichts mehr. Aber mit einem größeren Generator wirst Du davon ohnehin das meiste rausholen, was geht.


    Zitat von bkohl

    momentan mache ich aus 4300W Erdgasenergie mittels BHKW und Klimaanlage ca. 7000W Wärme

    D. h. der Strom geht dann in eine WP?

    Lesen gefährdet die Dummheit! Denken gefährdet Vorurteile!
    Der geistige Horizont mancher Menschen hat einen Radius von NULL. Das nennen sie dann Standpunkt.

    Hallo in die Runde,


    auch ich habe diesen spannenden Blog mit Interesse - und auch auf einen Rutsch gelesen, weil ich erst heute darauf gestoßen bin.

    Vielen Dank für die vielen Erfahrungen, die Sie mit uns teilen.


    Zum Thema Generator kann ich vielleicht ein paar Gedanken beitragen.


    Wenn ich es richtig verstanden habe, erwägen Sie ihren Motor nun ggf. eine höhere Leistung abzuverlangen als es ursprünglich angedacht war. Dazu wollen bzw. müssen Sie die Drehzahl des Verbrenners erhöhen, weil die Leistungssteigerung nicht nur durch ein höheres Drehmoment erzeugt werden soll bzw. kann.


    Bei der bisherigen Auslegung nutzen Sie den Zufall, den Generator, der eigentlich auf 300V gewickelt bzw. verdrahtet war durch einen relativ überschaubaren Eingriff zu einer Maschine mit ca. 50V Betriebsspannung umzugestalten und dadurch mit einem sehr einfachen Gleichrichter Ihre 48V-Batterie laden zu können(?) - das war schon mal sehr schlau!


    Nun würde bei der höheren Drehzahl jedoch diese Spannung proportional ansteigen und um dem entgegen zu wirken, haben Sie sich überlegt die jetzige Sternschaltung zu einer Dreieckschaltung erneut um zu verdrahten (was die Generator-Spannung wiederum um Wurzel drei verkleinern würde und Sie somit wieder ungefähr bei Faktor 1 wären) - dieser Ansatz ist grundsätzlich richtig - hat aber zwei entscheidende Nachteile, die ich Ihnen gerne erläutern möchte: Es sind die überproportionalen Verluste im Generator, die Ihnen hier einen Wermutstropfen einschenken.


    Erstens steigt der Strom in den Wicklungen um Faktor zwei, was sofort vierfache ohmsche Verluste verursacht und zweitens steigen die sogenannten Schleppverluste i.d.R. exponentiell mit der Drehzahl und werden zu einer weiteren Aufheizung des Generators führen.


    Als erste praktische Abschätzung würde ich Ihnen den Versuch empfehlen die Wicklungs-Temperatur des Generators bei jetziger Konfiguration grob zu ermitteln. Diese ermittelte Temperatur nutzen Sie jetzt und bilden die Differenz zum Umfeld des Generators. Dadurch erhalten Sie einen Wert, der bei aktueller Verlustleistung etwas über die Wärmeableitung Ihres Generators aussagt (erwarten tue ich hier 8 bis 15 Grad bzw. Kelvin).


    Um nun abzuschätzen, wie viel wärmer Ihr Generator würde, multiplizieren Sie diesen Wert mit Faktor 6 bis 8. Es ist also nicht ausgeschlossen, dass es noch geht, aber es knirscht aus meiner Sicht schon sehr laut.


    In der Hoffnung, meine Überlegungen haben Ihnen Freude gemacht suche und erörtere ich auch gerne Alternativen.


    Mit besten Grüßen

    Onkel Martin

    OnkelMartin : (weiteren Austausch bitte über den Chat)
    Danke für die Hinweise. Der Testlauf gestern am Zweitmotor mit dem doppelt so großen Generator hat bewiesen, dass er nicht besser ist. Der Wirkungsgrad blieb mit 19% praktisch gleich. Der ungedrosselte Betrieb mit 1kW und kleinem Generator hat da mit 19.5% etwas mehr gebracht. Es ist aber von Vorteil bei 800W zu bleiben, weil er dann deutlich leiser läuft. Als nächstes werde ich die passive PFC mit Induktor auf ihren Einfluss auf den Wirkungsgrad testen und den Sensorlosen-BLDC-Start heissstartfähig machen. Das ist ein hartnäckiges Softwareproblem.