Sechs Windgeneratoren im Test

TECHNIK & AUSRÜSTUNG
TECHNIK & AUSRÜSTUNG
Sechs Windgeneratoren im Test
A
ls alternative Stromerzeuger an Bord haben neben
Solaranlagen und Brennstoffzellen
insbesondere Windgeneratoren eine
lange Tradition. Seit mehr als 30 Jahren nutzen Fahrtensegler in aller Welt
die Windkraftanlagen, um auf langen
Blauwassertörns und in einsamen Ankerbuchten die Spannung in den Batteriebänken wieder ein wenig nach oben
zu regulieren, ohne den stinkenden und
kraftstoffschluckenden Diesel zu bemü-
64 www.segelnmagazin.de 6/2009
hen. Mittlerweile haben sich die Generatoren zu echten Kraftwerken entwickelt,
die Spitzenleistungen bis zu 400 Watt
produzieren sollen. Soweit klingt also
alles nach perfekter und umweltfreundlicher Stromerzeugung an Bord, doch
ein Makel haftet den Geräten an wie das
Pech an der Hand: die Lärmentwicklung
der rotierenden Flügel. Wenn die messerscharfen Blätter mit hohen Geschwindigkeiten durch die Luft schneiden, entsteht
ein lautes Geräusch, zusätzlich erzeugen
die Generatoren brummigen Lärm.
Doch wieviel Strom können die Kraftwerke tatsächlich liefern? Sind wirklich
alle Anlagen gleich laut oder gibt es deutliche Unterschiede? Diese Fragen trieben
uns auf den Teststand (siehe Infokasten
rechts), wo wir fünf aktuelle Anlagen zwischen 200 und 400 Watt auf die tatsächlichen Leistungswerte bei verschiedenen
Windgeschwindigkeiten hin überprüften
und gleichzeitig die Lärmentwicklung
(siehe Seite 67) aufzeichneten. Für den
Test haben wir die neueste Entwicklung
auf dem Markt, den Superwind 350, den
Fotos: Michael Bohman, Gerald Sinschek
Windgeneratoren sind im Prinzip die ultimativen Stromproduzenten: Sie liefern schon bei
lauer Brise immer und überall Strom. Welche Leistungswerte sie tatsächlich bringen und mit
wieviel Lärm sie die Crew dabei behelligen, haben wir nachgemessen Text und Fotos: Gerald Sinschek
Aero6Gen von LVM, den D400 (Eclectic
Energy), sowie den AirXMarine und den
neuen AirBreeze von Southwest-Windpower in den Windkanal geschraubt. Der
ebenfalls verbreitete Ampair 300 Pacific
war zum Testzeitpunkt leider nicht in der
12-Volt-Version verfügbar, da der interne Regler momentan überarbeitet wird.
Wenn das neue Modell auf dem Markt ist,
werden wir uns bemühen, einen Nachtest
durchzuführen.
Zum Vergleich musste außerdem ein
kleiner Rutland 503 mit den potenten Generatoren um die Wette rotieren, obwohl
dieses Modell mit einer maximalen Leistungsabgabe von 60 Watt im Prinzip nur
für die Spannungserhaltung von geladenen Batterien taugt.
Vor dem Test stand ein wahrer AufbauMarathon. Dutzende Einzelteile wollten
miteinander verschraubt werden, Adapter für die Maststütze mussten angepasst
und Kabel mit den unterschiedlichsten
Querschnitten miteinander verbunden
werden. Die Unterschiede in der Handhabung waren groß: Müssen etwa bei dem
AirBreeze in wenigen Minuten insgesamt
nur acht Schrauben festgezogen werden, bis der Generator fest auf dem Mast
thront, ist bei dem D400 eine wesentlich
längere Montage-Prozedur erforderlich.
Das liegt aber auch an der Tatsache, dass
die Anleitung für den D400 nur in englischer Sprache vorliegt und die Bebilderung alles andere als eindeutig ist. Eine
deutsche Anleitung sollte auf jeden Fall
Standard sein.
Zwar wird die Montage in der Regel nur
einmal gemacht, aber gegen viel Komfort
und eine exakte Anleitung bei den Arbeitsschritten hat wohl niemand etwas
einzuwenden. Vorbildlich war neben den
Air-Modellen noch das Manual vom Superwind; die Anleitung vom Aero6Gen
war zwar verständlich, aber ebenfalls nur
in englischer Sprache vorhanden.
Von den in der Anleitung beschriebenen Arbeitsschritten hin zur praktischen
Umsetzung bestanden teilweise große
Diskrepanzen: Die wichtigsten Punkte
bei der Montage sind, neben einer sicheren Befestigung der Nabe am Generator
und des Generators auf dem Mast, die ³
So haben wir getestet
Wieder war der Windkanal der TU
Hamburg-Harburg Austragungsort
für einen aufwändigen Ausrüstungstest. Der in dem Windkanal
Göttinger Bauart absolut gleichmäßig verlaufende, laminare
Luftstrom bietet perfekte Voraussetzungen für reproduzierbare
Testbedingungen. In der Mitte
des Kanals haben wir einen
zweifach verstagten, etwa einen
Meter langen Edelstahlmast
montiert, den uns der EdelstahlAusrüster Dipa (www.dipa-ship.
de) freundlicherweise zur Verfügung gestellt hat. Darauf haben wir die Generatoren
so montiert, dass die Nabe möglichst mittig in dem zwei Meter hohen Kanal platziert
war. Dann haben wir die Steuerelektronik der Anlage langsam von 2 m/s (untere
zwei Windstärken) bis auf 16 m/s (obere sieben Windstärken) hochgefahren. In den
einzelnen Stufen haben die Windgeneratoren jeweils etwa zwei Minuten gearbeitet, damit sie sicher ihre Höchstdrehzahl erreichen und maximale Leistung liefern
können. Alle Generatoren waren – soweit erforderlich
– über einen zwischengeschalteten Spannungsregler
mit der Messapparatur verbunden (siehe Kasten S.
68). Durch reichlich dimensionierte Kabelquerschnitte
lieferten die Windkraftanlagen den produzierten Strom
über Shunts und ein spezielles Elektronikbauteil, das
Messwerte direkt in das Notebook einspielte, über
eine 160 Ah Batterie an einen Wechselrichter. Von
dort zogen während des Tests zwei 500-Watt-Lampen
so viel Strom aus der Batterie, dass deren Spannung
S
permanent um 12 Volt lag. Dank an Mastervolt für
diese Anlage (www.mastervolt.com)
6/2009 www.segelnmagazin.de 65
TECHNIK & AUSRÜSTUNG
TECHNIK & AUSRÜSTUNG
SchalldruckpegelMessung der Generatoren
korrekte Ausrichtung der Flügel. Sie sind
das eigentliche Triebwerk der Anlage,
und wenn ihre Position nicht annähernd
perfekt ist, kann es zu einer Reihe negativer Folgen kommen: unrunder Lauf, verstärkte Geräuschentwicklung, die theoretisch bestmögliche Drehzahl wird nicht
erreicht, erhöhter Verschleiß.
Gibt es bei den Generatoren von Superwind, dem D400 und den Air-Modellen
Zeigt her eure Kurven!
nur eine fest vorgegebene Position um die
Flügel zu befestigen, kann es bei dem Aero6Gen sehr leicht zu fehlerhafter Montage kommen: Die Flügel werden nämlich
nicht direkt mit Schrauben auf der Nabe
fixiert oder in einem bestimmten Schema
ineinander gesteckt (D400), sondern zwischen zwei Metallplatten mit ausgeformten Aussparungen eingeklemmt. Werden
diese zwei Platten mit Schrauben festge-
zogen, verdrehen sich die Flügel leicht
und sind dann nicht mehr ideal ausgerichtet.
Grundsätzlich ist eine schmale, langgestreckte, profilierte Flügelform ideal,
wie sie auch bei den Windkraftanlagen
auf der grünen Wiese zu sehen ist. Dabei sollte der Flügel möglichst über ein
leicht „verdrehtes“ Profil in Nabennähe
verfügen, damit er schon bei wenig Wind
wirkungsvoll angeströmt wird und der
Generator bereits bei geringen Windgeschwindigkeiten Saft liefern kann. Bei
der Art Windgeneratoren, wie sie im Test
verglichen wurden, konnten wir allerdings keinen gravierenden Leistungs-Vorteil von Generatoren mit modernen Flügelprofilen erkennen. Die vollkommmen
flachen Blätter des Aero6Gen etwa haben
ihre Aufgabe auch nicht viel schlech- ³
Laut und leise: die Geräuschentwicklung des Aero6Gen von LVM ist kaum
wahrnehmbar, andere Generatoren
machen sich deutlich bemerkbar
Dr. Leschnik und sein Mitarbeiter bereiten die Messelektronik am Windkanal vor
E
Bei oberen fünf Windstärken liegen bis
auf den Rutland alle über 60 db(A) – das
entspricht dem Geräusch eines Fernsehers in Zimmerlautstärke
Bei 14 m/s steigen die Werte teilweise
auf fast 75 db (A) . Das allgemeine
Geräuschniveau an Bord wird aber
ohnehin sehr groß sein
Schalldruckpegelverlauf über die Oktavbandmittenfrequenzen am Beispiel des Aero6Gen
1: Superwind, 2: AirBreeze, 3: AirXMarine, 4: Rutland, 5: D400, 6: Aero6Gen, 7: AirXMarine mit blauen Flügeln
66 www.segelnmagazin.de 6/2009
6/2009 www.segelnmagazin.de 67
TECHNIK & AUSRÜSTUNG
TECHNIK & AUSRÜSTUNG
Die Blätter des Superwind drehen sich bei viel Wind automatisch aus der Luftströmung
und verhindern eine Überlastung des Generators. Der Federmechanismus greift ab einer
bestimmten Drehzahl, sinkt die Windgeschwindigkeit, stellen sich die Blätter wieder zurück
ter bewältigt. Die Anzahl der Flügel wirkt
sich bestenfalls auf die Höchstdrehzahl
des Generators aus, nicht aber auf die
theoretisch maximal erzielbare Leistung
– zumindest legen das unsere Testwerte
nahe.
Die Charaktere der kleinen Windkraftanlagen in Hinblick auf die „Stromausbeute“ sind sehr verschieden. Die absolute Powermaschine ist der AirXMarine
mit gemessenen Werten von 36 Ampère
(A) bei einer Windgeschwindigkeit von
14 m/s (etwa untere 7 Bft). Dahingegen
liefert der Superwind bei gleicher Windstärke 17,8 A, also knapp die Hälfte. Allerdings genügt auch dieser Wert unter
normalen Bedingungen völlig. Denn bläst
es einmal beispielweise vier Stunden
konstant mit sieben Windstärken, liefert
der Superwind auch über 70 Ah an die
erschöpfte Batteriebank.
Bei niedrigen Windgeschwindigkeiten
von 5 m/s zeigt sich ein sehr ähnliches ³
Aufbau Windgeneratortest
KombiniertesMastervolt
WechselrichterMassSine
Ladegerät 12-2000
12-2000
12V-Windgenerator
Windgenerator
12V 400Watt
Fester Halt
Das „körperschallentkoppelte
Montagesystem“ SC6 der Firma
dipa wird mit einem doppelkardarnischen Rumpfanschlussbügel zur einfachen
Montage und Buchsen aus
Elastomeren zur Aufnahme
der Vibrationen geliefert. Die Halterung
besteht aus dem Mast mit drei Meter
Länge, zwei Verstagungsrohren und
Rumpf- oder Relingsadaptern. Der Komplettpreis liegt zwischen 970 und 1.000
Euro, je nach stärke des Mastrohres. Hinzu kommt noch der zum Generator
passende Adapter zur Montage an den Mast.
Die
Daten wurden
Datenlogging
und über
Auswertung
über
eine
spezielle
Software
Laptop mit und ausgemitgeloggt
MasterAdjust Software
wertet
Last ca.1 KW
Masterbus
MasterBusUSB-Interface
USB Interface
Verkabelung 70mm²
Verkabelung 6m 16mm²
MasterShunt 1
MasterShunt 2
Mastervolt AGM 12-160
Ein Mastset (wie von
Superwind) besteht aus
einem einstellbaren
Mastfuß, zwei einstellbaren Klemmbuchsen,
dem Strebenendstück
sowie der Decksplatte.
Alle Beschläge werden
mit Schrauben geliefert und
bestehen
db
h
aus V4A-Edelstahl. Das Set kostet 398
Euro, der Beschlag für den Besan 496
Euro. Den Mast und die Verstrebungen
liefert der Hersteller nicht mit, damit die
Versandkosten möglichst niedrig bleiben.
Mit viel Elektronik haben wir die Messwerte direkt in ein Notebook gespielt, zur Kontrolle waren Stromzangen im Einsatz. Der eingeplante Föhn wurde in dem Versuch durch zwei Lampen à 500 Watt ersetzt, sonst hätte der Lärm die Akustik-Messung gestört…
68 www.segelnmagazin.de 6/2009
6/2009 www.segelnmagazin.de 69
TECHNIK & AUSRÜSTUNG
Aero6Gen
LVM, www.lvm-ltd.com/Jabsco,
Tel. 040/53 53 73-0/Shipshop,
Tel. 0203/35 20 44, www.shipshop.de
12,5 kg
1.499 Euro
max. 360 Watt bei 23 m/s
122
6
3
3-phasig mit Gleichrichter,
Neodymium-Magnete
extern/ab 280 Euro
Viele Flügel verhindern zu hohe Drehzahl
automatisch, Stoppschalter
englisch/gut
Lastwiderstände, Laderegler
D400
Eclectic Energy, www.eclectic-energy.
co.uk/Shipshop, Tel. 0203/35 20 44,
www.shipshop.de
15 kg
1.499 Euro
max. 400 Watt bei 16 m/s
110
5
k.A.
Permanentmagnet, 3-phasig
mit Gleichrichter
extern/280 Euro
Viele Flügel verhindern zu hohe Drehzahl
automatisch, Stoppschalter
englisch/knapp
Stoppschalter, Laderegler
AirBreeze
Southwest Windpower, www.windenergy.com/Windpower Enertec, Tel.
089/89 02 67 81, www.windpower.de
6 kg
995 Euro
max. 200 Watt bei 12,5 m/s
115
3
2,7
Permanentmagnet, 3-phasig mit
Gleichrichter, Neodymium-Magnete
intern
Bremsfunktion ab 14 m/s
AirXMarinee (mit blauen
bl
FFlügeln)
Southwest Windpower, www.windenergy.com/Windpower Enertec, Tel.
089/89 02 67 81, www.windpower.de
6 kg
995 Euro
max. 400 Watt bei 12,5 m/s
117
3
3,0
Permanentmagnet, 3-phasig mit
Gleichrichter, Neodymium-Magnete
intern
Bremsfunktion ab 15,6 m/s
Rutland 503
Marlec Engineering, www.marlec.
co.uk/Shipshop, Tel. 0203/35 20 44,
www.shipshop.de
3,85 kg
ab 399 Euro
max 60 Watt bei 10 m/s
51
6
2,2
Ampair 300 Pacific
Ampair, Tel. 0044- (0)1344/30 33
13, Händler-liste unter www. ampair.
com
12,6 kg
1.700 Euro
max. 300 Watt bei 12,5 m/s
120
3
3,0
ohne Gleichrichter
extern/80 Euro
-
deutsch/sehr gut
Stoppschalter,
deutsch/sehr gut
Stoppschalter
deutsch/gut
Stoppschalter, Laderegler
extern/280 Euro
Rotorblattverstellung
und Bremsfunktion
Stoppschalter, Laderegler
4,5 m/s
4,5 m/s
4 m/s
4 m/s
4 m/s (4,5 m/s)
4 m/s
0,6 A
2,4 A
6,4 A
11,3 A
17,4 A
17,8 A
22,4 A
1,2 A
2,3 A
5,8 A
9,8 A
15,4 A
18,6 A
25,6 A
0,6 A
1,7 A
3,0 A
6,6 A
10,4 A
16,5 A
20,8 A
27,9 A
0,5 A
1,9 A
3,5 A
8,3 A
14,2 A
18,2 A
12,9 A(unterbr.)
Stopp
- (-)
0,5 A (0,5 A)
1,6 A (1,4 A)
2,9 A (2,7 A)
6,8 A (6,7 A)
13,9 A (12,7 A)
25,4 A (21,9 A)
36,2 A (33 A)
Stopp (Stopp)
0,1 A
0,2 A
0,7 A
1,4 A
2,2 A
3,1 A
4,1 A
66,3
68,0
71,3
Der moderne, aber auch teure Superwind
bringt ordentliche Messwerte bei der
Leistung, die Geräuschentwicklung ist bei
geringen Windgeschwindigkeiten vergleichsweise hoch. Verarbeitung und Passform der
Teile machen einen sehr guten Eindruck.
Ein Punkt Abzug wegen des hohen Preises.
47,0
62,3
72,3
Die Konstruktion ist altbacken und die
Montage kompliziert. Trotzdem sind die
Leistungswerte über das gemessene
Windspektrum gut. Bei wenig Wind ist der
teure Generator kaum zu hören. Ein Punkt
Abzug wegen des hohen Preises.
59,1
61,3
67,4
Viele Teile wollen hier mit einer dürftigen
Anleitung montiert werden, dann bringt
der schwere und teure Generator allerdings sehr gute Leistungswerte schon bei
wenig Wind. Auch die Akustikmessung hat
passable Werte gezeigt. Ein Punkt Abzug
wegen des hohen Preises.
57,3
61,4
74,5
Der sehr leichte und günstige
Niedrigwind-Experte liefert sehr
gute Leistungswerte bis zu seinem
gewollten Overkill bei 14 m/s. Die
Geräuschentwicklung ist bei niedrigen
Windgeschwindigkeiten vergleichsweise gering.
62,0 (56,3)
65,6 (65,6)
71,9 (70,7)
Der leichte und günstige AirXMarine ist
das Powerpaket unter den getesteten
Generatoren. Einfache Montage, wenig
Teile und eine gute Anleitung zeichnen
ihn außerdem aus. Die blauen Flügel
schlagen mit rund 200 Euro extra zu
Buche.
50,5
56,7
63,3
Vergleichsweise günstig und leise ist
der „Spannungswächter“ von Rutland.
Mehr kann man nicht erwarten und
mehr will er nicht bringen. Für etwas
mehr als den doppelten Preis gibt es
ein Vielfaches an Leistung.
Zum Test war das Gerät leider nicht
verfügbar, da ein neuer Regler entwickelt wird
keine Bewertung
keine Bewertung
Modell
Hersteller/Vertrieb
Superwind
Superwind, Tel. 02232/57 73 57,
www.superwind.com
Gewicht
Preis
Leistung/Herstellerangabe
Flügeldurchmesser/cm
Anzahl der Rotorblätter
Anlaufgesch. m/s/Herst.
Generator
11,5 kg
1.450 Euro
max. 350 Watt bei 12,5 m/s
122
3
3,5
Permanentmagnet, 3-phasig mit
Gleichrichter, Neodymium-Magnete
extern/280 Euro
Rotorblattverstellung und Generatorkurzschluss mit Stoppschalter
deutsch/sehr gut
Stoppschalter, Lastwiderstände,
Laderegler
Regler
Überlastungsschutz
Anleitung
Zubehör
Tests
Anlaufgeschwindigkeit
Leistungsabgabe bei m/s
2
4
5
6
8
10
12
14
16
Lärmentwicklung in db (A)
bei 6 m/s
10 m/s
14 m/s
Kommentar
TECHNIK & AUSRÜSTUNG
Bewertung
gut
befriedigend
Bild in dem Testdigramm: Der Superwind liefert 0,6 A, der AirBreeze bringt
mit 1,9 A die dreifache Stromausbeute.
Und hier wird die Sache interessant – zumindest für Segler in unseren Breiten: Die
durchschnittliche Windgeschwindigkeit
beträgt im Jahresmittel in den Küstengebieten der Nord- und Ostsee nämlich nur
rund 4 bis 7 m/s. Es kommt also primär
auf die Stromerträge bei wenig Wind an.
Hier zeigte sich im Test der AirBreeze
als kleiner Überflieger mit leicht erhöhten Werten im Vergleich zu den anderen
Generatoren. Lediglich bei einer Windgeschwindigkeit von 4 m/s sind die Mess-
70 www.segelnmagazin.de 6/2009
ausreichend
mangelhaft
werte des D400 mit immerhin 0,6 A noch
etwas besser.
Bei einer Windgeschwindigkeit von
knapp über 12 m/s bricht der AirBreeze
plötzlich und wesentlich früher als andere Testkandidaten ein – hier stoppt die
Kurzschlussautomatik die Kapriolen des
Windkraftzwerges. Der AirBreeze präsentiert sich somit explizit als Generator für
geringe Windgeschwindigkeiten.
Wie schnell ein Generator Strom liefert, hängt maßgeblich von der Anlaufgeschwindigkeit ab und auch hier gab es
deutliche Unterschiede. Bei nur 2 m/s
wollte sich keine der Windmühlen in
Bewegung setzen, dafür sind die Massen
einfach zu träge. Erst bei der doppelten
Windgeschwindigkeit im Kanal fingen
manche Generatoren an, sich zaghaft zu
bewegen. Zumindest dann, wenn wir uns
mit der Windgeschwindigkeit von oben
her heran getastet haben, also die Windgeschwindigkeit langsam auf die niedrigen
Werte reduziert haben. Bei einer langsamen Erhöhung der Windgeschwindigkeit
hingegen liefen die Generatoren erst bei
rund 4 m/s an.
Diese Beobachtung wird man auf dem
Boot aber wahrscheinlich so nicht machen. Erstens ist „echter“ Wind nie so
Fotos: Gerald Sinschek
sehr gut
-
konstant wie bei unserem Versuch – auf
dem Wasser wird also jede kleine Bö den
Flügeln einen solchen Impuls geben, dass
sie sich anschließend weiter drehen. Und
zweitens werden die Geräte mit der Zeit
wahrscheinlich etwas geschmeidiger laufen als in fabrikneuem Zustand.
Apropos Lauf: Wenn der Wind zu heftig
bläst, reagieren die Generatoren auf unterschiedliche Weise: Die Flügel des Superwind drehen sich automatisch aus dem
Wind, wodurch die Drehzahl begrenzt
wird, bei anderen Modellen greift ab einer
bestimmten Drehzahl eine Steuerelektronik, die die Rotorblätter abbremst.
Fazit: Wer viel Ladepower bei wenig Gewicht und kleinem Preis haben will, greift
zum AirXMarine, der gleichteure AirBreeze
ist besonders für geringe Windgeschwindigkeiten optimiert. Superwind bietet eine
saubere mechanische Starkwindschutz-Lösung und insgesamt gute Leistungswerte.
Der D400 ist zwar in der Montage etwas
fummelig und mit 15 Kilogramm Gewicht
ein echter Trumm, er überzeugt aber durch
gute Stromproduktion. Das große Plus des
Aero6Gen ist die geringe Geräuschentwicklung bei niedrigen und mittleren Windgeschwindigkeiten bei gleichzeitig guten Leistungswerten.
Es gibt kaum einen Ausrüstungsgegenstand,
über dessen Haltbarkeit so viel diskutiert
wird wie Windgeneratoren. Manch ein Modell
soll an den Verbindungsstellen der Flügel
Schwächen haben. Auch über die Versiegelungsgüte der Elektronik, die Regelelektronik
selbst oder die Oberflächenbeschichtung
mancher Gehäuse wird viel gesprochen.
Deshalb möchten wir hier klarstellen, dass
sich die Testergebnisse ausschließlich aus
den gemessenen Werten und dem Preis
ergeben. Zu der tatsächlichen Qualität
sämtlicher Generatoren aus dem Testfeld
im Dauereinsatz auf See können wir keine
Aussagen treffen.
6/2009 www.segelnmagazin.de 71