Beiträge von bkohl

Ich bin Freitag und Samstag dabei.

Viele Gruesse, Bernd

Hier folgt nun der Bericht zu meinem zweiten Prototypen. Was ist neu? Was wurde vom ersten Gerät übernommen?

Übernommen:
- Luftgekühlter Stromerzeuger als Basis
- Lamellen-Wärmetauscher zur Umluftkühlung
- Plattenwärmetauscher zur Abgaskühlung
- Wassereinspritzung im Motor ausgangsseitig zur Kühlung des Zylinderkopfes
- Box zur Akustik- und Wärmeisolation
- 12V-Zündung
- (kleine) 48V-Batterie als Puffer - nachgeschaltete Einspeisung möglich
- Billig-Konzept
- Open-Souce-Gedanke

Neu:
- ISG-1200 ECO von Güde mit 50ccm OHV-Motor
- (automatischer) Elektrostart
- automatisches Ölmanagement (Filtern, Nachfüllen)
- Niederdruckkonzept bei der Wassereinspritzung (100mbar)
- Filterüberwachung (Kondensatfilter,Motorölfilter)
- Wirkungsgrad 16% anstatt vorher 12%
- kein Umluftventilator mehr nötig
- Leistung ab 300W bis knapp 1000W je nach Drehzahl
- modularer Aufbau erleichtert Wartung/Tausch des Motors
- kompakte Kondensatwassereinheit
- 48V/20A Energiewandler zum Starten des Motors und Laden der Batterie
- bessere Nachbaufähigkeit aufgrund weniger Spezialteile

Hier zwei Videos. Die Fotos sind unten:

Das Projekt steht mit 10 Betriebsstunden am Beginn der Erprobung. Es wird sich zeigen, ob das ISG1200ECO, die Ölpumpe oder die Wasserpumpe tatsächlich langzeitstabil sind. Aufgrund der Modularität, kann jede Komponente gegen eine höherwertigere getauscht werden. Hier ein Optimum von Kosten und Nutzen zu finden ist Ziel der Entwicklung.

Wer an dem Projekt mitarbeiten möchte, möge sich bitte rechtzeitig bei mir melden. Die SiC-Transistoren für den Energiewandler haben momentan lange Lieferzeiten. Das müsste man also planen. Kostenmäßig sind bei mir in den letzen 9 Monaten 1100 Euro in den Prototypen eingegangen. Das heisst, dass man mit einem 2000-Euro-Budget recht weit kommt - natürlich als 0-Euro-Job.

Erste Ergebnisse:
nach 60min stellen sich folgende Temperaturen ein:
Box: 55 Zylinderkopf:105 Auspuff:95 Abgas:40 Vorlauf:42 Rücklauf:27
Der Gasverbrauch bei 2700rpm bzw. 500W beträgt 4.9l/min und Kondensat fällt 0.4l/h mit ph-Wert 5 an. Der Motor dreht laut Datenblatt bis 5200rpm. Kurze Tests ergaben für 4200rpm 780W DC-Leistung.

Detailbeschreibung:
Das folgende ist ausschließlich meine eigene Meinung zu technischen Problemlösungen als Nicht-Profi. Wer ohne fachkundige Kontrolle derartige Dinge nachbaut, tut dies auf eigene Gefahr. Ich übernehme keine Gewährleistung für die Richtigkeit meiner Meinung und somit auch keinerlei Haftung bei auftretenden Schäden.

1.Motor-Generator
Ich habe nur Invertergeräte in die Auswahl genommen, da sie bürstenlos arbeiten. Ein Ventilantrieb über Stößel sollte langlebiger sein, als Zahnriemen. Das ISG1200-ECO erfüllt beide Kriterien bei einem Preis von 180Euro. Bei Honda käme wohl das EU10 infrage.
Obwohl im 1.Prototypen teils noch enthalten, werden folgende Komponenten nicht gebraucht und können entfernt werden: Vergaser, Auspuff, Zündelektronik, Wechselrichter, Seilstarter, Benzinhahn, Teile der Verkleidung

2.Energiewandler
Grundsätzlich hat man es mit zwei Wandlungsvorgängen zu tun. Einen beim Startvorgang (Drehfelderzeugung) und einen zum Laden/Einspeisen.
Die Vorgänge Starten und Laden habe ich in einem Gerät vereint. Es handelt sich im Prinzip um einen bidirektionalen DC-DC-Wandler. (Wikipedia: Synchronwandler) Die Verbindung zum Generator stellen 3 Halbbrücken her, welche entweder gleichrichten oder beim Startvorgang kommutieren. Die Energiewandlung von 300V auf 48V gelang mir nur unter Verwendung verlustarmer SiC-Transistoren des Typs C3M0065090D. Leider sind sie zur Zeit aufgrund des E-Auto-Booms schwer zu bekommen. Alternativen sind zumindest deutlich teurer.
Einspeisen ist im Eigenbau schwer zu realisieren. Eine Kombination aus normalem PV-Wechselrichter und Eigenbau-DC-DC-Wandler auf Hochvolt-Ebene ist eher machbar.
Nimmt man höhere Verluste inkauf sind die Grid-Tie-Inverter mit Trafo (ebay) eine preiswerte Möglichkeit, bei voller Batterie die Überschüsse ins Netz zu schieben um den Netzbezug zu minimieren.

3. Erdgas-Anschluss
Pflicht ist definitiv ein DVGW zugelassenes Magnetventil mit Eingangs-Sieb, welches nur öffnet, wenn Gas fliessen soll. Ein Null-Druck-Regler erlaubt einen Gasfluss nur bei Unterdruck auf der Abnehmerseite - sprich drehendem Motor. Erzeugt wird dieser Unterdruck durch eine Venturi-Düse oder ein schlichtes Loch im Vergaser zwischen Drosselklappe und Luftfilter. Es funktionierte beides. Eine zusätzliche Absperrung über 12V-Ventil vor dem Motor erhöht die Sicherheit zusätzlich. Das ganze muss natürlich zugelassen werden. Wenn sich einer mit dem Procedere auskennt, bitte bei mir melden.

4. Heizungswasser
Vor und Rücklauf habe ich aus dem Gebäude geführt und mit eigener Heizungspumpe versehen. So ist ein alternativer Parallelbetrieb mit einer Gastherme (mit Rückschlagventil) möglich. Der Schaltkasten im Gebäude beinhaltet lediglich ein 12V/10A Netzteil, Sicherung und zwei Relais für Gasventil und Heizungspumpe. Die BHKW-Steuerung betreibt die Pumpe wahlweise im Dauerbetrieb oder Intervallmodus (Frostschutz).
Der Rücklauf durchströmt zuerst den Luft-Wasser-Wärmetauscher im Ansaugbereich der Kühlluft des Motors. Gut geeignet sind Kabinen-Wärmetauscher von Audi/VW 6R0810031. Die im Abgas enthaltene Wärme überführt ein Plattenwärmetauscher danach ins Heizungswasser.

5. Kondensatwassernutzung
Das reichlich anfallende Kondensat wird in einem HT-Formteil durch einen Schwamm gereinigt und teilweise mittels magnetgekoppelter Zentrifugalpumpe im Zylinderkopf nach dem Auslassventil bei 50mbar mit 50ml/min eingespritzt. Diese Art von Pumpen sind generell preiswert und langlebig, da sie ohne Dichtungen funktionieren.
Der entstehende Wassernebel absorbiert einen Großteil der Wärme, sodass der Auspuffbereich auf ca. 95°C geregelt werden kann. Durch die aktive Regelung der Pumpenleistung wird z.B. erkannt, wenn ein Filterwechsel nötig ist. Eine zusätzliche (z.B. 10%-ige) Einspritzung im Ansaugbereich reduziert sicherlich die NOx-Werte drastisch. Nur wenn letztlich die Abgaswerte eingehalten werden, ist an eine Zulassung des Geräts zu denken. Da ist unsere Regierung knallhart.

6. Motoröl-Management
Da die OHV-Motoren einen Ölverbrauch von ca. 1ml/h haben, ist ein Betrieb über 1000h nur mit automatischer Ölreinigung und Nachfüllung möglich. Der Benzintank bietet sich als Öltank förmlich an.
Platz finden die Öl-Komponenten Pumpe, Filter und Verschlauchung im Bereich des Orignal-Auspuffes auf einem Alu-Blech. Durch zyklisches Hoch- und Runterpumpen des Öls während des Betriebes erreicht man beides - die Filterung und die Niveauregulierung. Während des Hochpumpens wird der Filter durchströmt. Runterzu überbrücken zwei Rückschlagventile den Filter. Die gesamte Verschlauchung erfolgt im Pneumatik-Stecksystem mit 8mm-PA-Schlauch. Die NBR-Dichtungen scheinen mit Öl gut zurecht zu kommen. Die chinesische Zahnradpumpe cp001a3 von PMI funktioniert klaglos in beiden Richtungen - laut Datenblatt 700h. Aufgrund des Intervallbetriebes 1:60 theoretisch lebenslang.

7. Steuerung
Ein Arduino mini Board mit dem ATMega328P erledigt die Überwachungs-, Kommunikations- und Regelaufgaben. Ein Attiny85 ist sowohl in dem Energiewandler, als auch in der Zündzeitpunktssteuerung verbaut.
Aktuelle Quelltexte und Schaltpläne schicke ich auf Wunsch zu. Ein vollautomatischer Betrieb (temperatur- oder batteriegeführt) ist möglich, aber in der Testphase noch nicht vorgesehen.
Die Kommunikation erfolgt über einen seriellen Port, wahlweise über USB oder ein Funkmodem HM-TRP.

8. Aufbau des Gesamtgeräts
Neben dem Einbau in eine gemauerte Box, fände ich die kompakte Montage auf einem Rollbrett anstrebenswert. Somit erhält man die Eigenschaft als mobiler Stromerzeuger mit optionaler Wärmenutzung. Die dürfen ja bekanntlich stinken und laut sein. Die Haube für den Schall- und Wärmeschutz würde ich aus geklebtem Isolierglas bauen - ein guter Kompromiss aus Gewicht und Dämm-Werten. So ein kompaktes Gerät sollte auch leichter durch den EMV-Test und die Gasprüfung zu bringen sein.

Welches Profil würdest Du der Anlage geben?

1. Gas oder Öl,
2. Inselanlage mit Batteriepuffer und Solar oder nur Überschusseinspeisung des Stromes
3. max. Rücklauftemperatur und Wärmeaufnahmeleistung des Hauses? (Fußbodenheizung, Pufferspeicher)
4. maximaler Preis für Gerät und ggf. Batteriespeicher und Solaranlage
5. Betriebsart: Notversorgung mit Strom und Wärme bei Stromausfall oder soll die Funktion der normalen Brennwertgeräte übernommen werden?
6. wieviel Zeit wärest Du bereit mit Bürokratie rund um ein BHKW zu verbringen? ( insb. bei Einspeisung)
7. wie zuverlässig muss so eine Anlage sein? (z.B. immer Gastherme als Backup bereit)

Gruss, Bernd

Wenn es nur an dem Preis liegt, kann ich Dir helfen. Da mein Haus instantan nur 6kW Wärme aufnehmen kann, ist mein Werner-Power mit 60A/48V zu stark.
Bei Interesse bitte melden. (0177/3457538) 500 Euro würden mir genügen. Er hat einen E-Starter und 0h Laufleistung.

Hast Du eine reine PV-Inselanlage? Die geht ggf. nur die Versicherung was an, falls der Blitz einschlägt. Oder sehe ich das falsch? Bürokratie entsteht, wenn die Rechter Dritter tangiert sind. Eine PV-Insel benimmt sich da nicht anders als ein Gemüsebeet. (Bei der Photosynthese der Pflanzen gibt es übrigens auch eine Ladungstrennung, d.h. es fliesst ein PV-Strom.)
Ohne Einspeisung und Nutzung von Subventionen sollte sich die Bürokratie in Grenzen halten. Du hast doch Batterien im Keller. Nutze das Ding nur als Ladegenerator und stelle ihn auf Räder. Dann ist er ein Mobilgerät und somit nichtmal Gegenstand der Betrachtungen des Schorni.
Die Nutzung der Abwärme sollte die rechtliche Lage sicherlich nicht sonderlich verschärfen.
Benzin/Diesel-Stromerzeuger gelten als nicht meldepflichtige Haushaltsgeräte, wie neuerdings auch Plug-In PV-Anlagen bis zu einer bestimmten Leistung - ich glaube 500W.
Ich schiebe das Thema Bürokratie nocht vor mir her, bis mein DIY-BHKW richtig gut läuft.

Über den Treibstoff habe ich nichts gesagt. Nur dass mit steigender Drehzahl die Leistung fast linear hochgeht. Der Koeffizient ist Strom/Frequenz. Der Gasverbrauch steigt linear mit der Leistung. Genaue Wirkungsgradmessungen von 2500-5000 Touren mache ich, wenn alles läuft.
Ich hätte es nicht gedacht, aber es scheint so, dass der kleine Motor bei Dauerbetrieb in der Lage ist ein neueres EFH zu heizen und noch 15kWh Strom zu erzeugen. Mal schauen wie lange er durchhält. Ölfilterung und Nachfüllung sollten sich positiv auswirken.

Gruss, Bernd

Hallo Bernhard,
kurze Antwort: ja es gibt ein Maximum zwischen 3000 und 4000 Touren.
lange Antwort:
der Motor läuft, wenn ich nicht über den Choke extra drossle immer mit offener Drosselklappe. Die Drehzahl wird durch die Batteriespannung selbst begrenzt.
Das ist ählich, wie wenn du einen Gleichstrommotor als Generator direkt mit einer Batterie verbindest. Im Endeffekt kann ich auf elektronische Art und Weise - sprich das Tastverhältnis der Halb-Brücke des Synchron-Wandlers - die Drehzahl definieren. (Wikipedia:Synchronwandler)
Heraus kommt folgendes Verhalten, bei 48V-Batteriespannung. Der Koeffizient korreliert mit dem Wirkungsgrad, der bei 16%el liegt.
Drehzahl Strom koeff Leistung
34Hz 7.25 0.213 A/Hz 350W
43Hz 10.1 0.235 A/Hz 500W
51Hz 12.25 0.240 A/Hz 600W

Stand der Entwicklung ist folgender:
ein 1h-Test ergab folgende Veränderung gegenüber dem 200ccm-Motor: 1) Elektrostart OK 2) alle Temperaturen auch ohne Umluftventilator im Rahmen. 3) Geräusche niedriger 4) Gewicht niedriger 5) kleinere Abmessungen (720x360x460 ohne Isolation) 6) ABER etwas Metallabrieb im Öl 7) geringere Leistung

Bin jetzt dabei die Steuerung/Überwachung zu bauen. Der Ölfilterkreislauf und Ölfüllstandskontrolle fehlen auch noch. Ist alles fertig, ist der automatische Betrieb möglich. (Timergesteuert, Temperaturgeführt, Batteriestandsgeführt). Über die Maximal-Leistung kann ich noch nicht viel sagen. Das teste ich zum Schluss.

Gruss, Bernd

Auf meinen - einer der ersten PIP-MS 4048 von 2014 - trifft es zu, was du sagst. Er ist ein reiner Insel-WR. Die Neuen können zumindest nach den Specs deutlich mehr. Das "Hybrid" sagt, dass sie auch einspeisen können. Die machen das über den gleichen HF-Trafo. Deshalb sind sie so leicht. Der Lärmfaktor ist nach dem Software-Update völlig in Ordnung. Ich habe die Kommunikation auf der RS232 decodiert und den Befehl herausgefunden, mit welchem der WR auf Netz umschaltet. Das BMS muss eigentlich nur ein "low battery" -Signal bereitstellen, welches in diesen Befehl umgewandelt wird. Die Software stelle ich gerne zur Verfügung.

hab gute Erfahrung mit mppsolar gemacht. Aktuell gibt es für mit Hochvolt-PV:
https://www.mppsolar.com/v3/mpi-hybrid-series-2/
oder etwas älter für 60V-PV-Systeme:
https://www.mppsolar.com/v3/hybrid-v-series/

Die sollten direkt mit allen Arten von Blei-Akkus arbeiten. (z.B. Stapler-Batterien)

Interfaces für Lithium BMS gibt es wohl vorerst nicht. (Muss man selbst bauen)

In der Neuauflage meines 1kW-Billig-Gas-BHKWs möchte ich einige Verbesserungen einbauen.
Eine betrifft das Motorenöl. Die kleinen OHV-Motoren verbrauchen naturgemäß ca. 1ml Öl pro Stunde um die Ventile zu schmieren und das Luftfilter ölig zu halten. Das Öl gelangt in den Abgastrakt und somit ins Kondensat. Normales Öl hat die Wassergefährdungsklasse 3 - also sehr schlecht. Zum fast gleichen Preis bekommt man aber auch sog. biogenes Öl http://www.handelshaus-runkel.…oroel-plantomat-5w-40.htm mit der geringsten Wassergefährung. Hat jemand Erfahrung mit diesen Schmierstoffen?
Mein Plan wäre eine Nebenstromfilterung (mit normalen Ölfiltern) und kontinuierliches hinzudosieren von etwas mehr Frischöl als nötig. Steigt der Ölstand zu weit an, verbraucht der Motor meiner Erfahrung nach einfach mehr Öl.
Da das Öl aber unbedenklich ist - kein Problem, wenn hinten mehr rauskommt. Das erspart mir den Ölwechsel und Kosten für die Niveauregelung etc. Ein ganzer Teil des Überschuss-Öls wird im Kondensatbehälter in emulgierter Form im Filterschwamm aufgefangen. Der Rest geht in die Kanalisation.

C-G-2800 von Obi: 2100 Bh = 2000kWh/500€ erzeugter Strom
offenbar werden bei den Billig-Motoren die Ventile nicht gedreht. Dadurch haben sich nach 500Bh 50µm dicke Ablagerungen gebildet, wodurch die Kompression weg war. das Drehen der Ventile mit einer Zange von oben her schleift sie wieder soweit ein, dass alles wieder läuft -> gehört also in Zukunft zum Wartungsprogramm

ISG 1200 ECO: 1Bh
Die billigen Motoren besitzen alle eine Hochspannungs-Kondensator-Zündung (HKZ). Das funktioniert bei Benzin-Nebel recht gut. Um auf Erdgas zu starten reicht es nicht (warum auch immer). Hab deshalb einen "Zündverstärker" gebaut, den man mit dem originalen Kerzenstecker triggert. Der Funken selbst wird über eine 12-Zündspule mit dem Zündmodul 0 227 100 124 von Bosch erzeugt. Der Vorteil ist, dass keine Umbauten der Zündung am Originalgerät nötig sind. Der Ein/AUS-Schalter und die Öl-Mangelschaltung funktionieren somit auch noch.

Professionelle Backup-Systeme gibts z.B. bei Generac .

Honda hat Notstromer, die batteriegepuffert sind. Damit lassen sich solche Einschalt-Spitzen viel besser puffern als wenn nur die Schwungmasse der Kurbelwelle puffern kann.
Allen gemein sind Kosten oberhalb 2000 Euro.
Wenns billig sein soll tuts vielleicht auch ein ISG 1200 ECO für 200Euro . Der hat einen Inverter-Ausgang für sensible Geräte.
Normale Kühlschränke kann er aber nicht versorgen. Die 1000W Anlaufleistung (manchmal auch über 10s - bis der Thermoschalter unterbricht) überfordern ihn dann doch. Dafür kann er ganz gut die Grundlast 300-700W erbringen.

Bei der Kondensatwasserpumpe ist der Ölanteil das Problem. Er lässt den Gummi der Ventile (NBR) quellen. Eine SP 570 EC-HR-L mit FKM-Ventilen von Schwarzer.com sollte das Problem lösen. Sind mit 140Euro aber 10x teurer als die süßen Rotations-Membranpumpen. (ähnlich zur 27 RO-L bei Schwarzer)
Verbrauch bei 500W ca. 4.2l/min Erdgas. Das ergibt dann 16% Wirkungsgrad. Die Venturidüse hat das Lauf- und Startverhalten nicht verbessert. Bei Erdgas braucht man wohl wirklich mehr Zündenergie und für mehr Power eine Entdrosselung des Ansaugtraktes. Habe mit einer klassischen 12V Zündspule bei dem alten BHKW die Probleme beseitigt.

Hab mittlerweile zwei BHKW-Projekte. Das alte mit dem OBI-2.8kW Aggregat heizt seit September wieder mein Haus und hat 12% El. Wirkungsgrad.
Hier sind die Probleme vorallen die wenig standfeste Wasserpumpe (200Bh) und das Altern des Silikongummi-Krümmers. Beides hängt zusammen, weil eine zu geringe Wassereinspritzung vor dem Krümmer die Abgastemperaturen erhöht.
Das zweite BHKW-Projekt auf Basis des ISG 1200 ECO läuft jetzt auf Erdgas mit 16% Wirkungsgrad bei 500W. Hier habe ich einen 1kW- bidirektionalen DC-DC-Wandler gebaut, der den Motor elektrisch anlassen kann (da permanent erregter Generator) und sobald der Motor läuft als Laderegler fungiert.
Hoffe durch eine bessere Gemischbildung mittels Venturidüse (anstatt bisher einem einfachen Rohrstück im Vergaser) sowohl das Startverhalten zu verbessern, als auch eine höhere Leistung und einen besseren Wirkungsgrad zu erreichen.

Gruss, Bernd