Windenergie im eigenen Garten: So bauen Sie einen kleinen Dynamo-Windgenerator

Erfahren Sie, wie Sie mit einfachen Materialien und Fahrradteilen Ihren eigenen kleinen Windgenerator bauen können. Dieser DIY-Windgenerator nutzt einen Dynamo in einem Fahrradrad und kann bei ausreichendem Wind etwa 1 Watt Leistung erzeugen. Entdecken Sie Schritt-für-Schritt-Anleitungen und Tipps zur Montage sowie wichtige Sicherheitshinweise für den Betrieb. Ideal für Schulprojekte oder den Einsatz im eigenen Garten!

Für viele Anwendungen im eigenen Haus und Garten sind prtoofessionelle Windkraftanlagen schlichtweg zu teuer. Wenn Sie lediglich etwas Energie für LED-Beleuchtung oder ein Raspberry Pi Zero-Projekt benötigen, erscheint der Kauf einer kleinen Windenergieanlage im Wert von Tausenden von Euro unverhältnismäßig. Auch für Experimente in der Schule sollten die Kosten und die benötigte Zeit minimal sein, da Schulen oft knapp bei Kasse sind. In diesem Artikel zeigen wir Ihnen, wie Sie Ihre eigene kleine Windkraftanlage aus alten Fahrradteilen und Materialien aus dem Baumarkt bauen können. Mit nur etwas mehr als einer leichten Brise kann sie etwa 1 Watt Leistung erzeugen. Das reicht aus, um eine kleine Batterie aufzuladen, damit Sie auch dann noch Strom haben, wenn es windstill ist.

Der Dynamo-Backyard-Windgenerator: Ein Experiment zur Selbstbau-Energiegewinnung

Materialien:

• Fahrradvorderrad mit Dynamo-Nabe, 28″
• PVC-Abflussrohr, 4″ oder 110mm Durchmesser, 2 Stück à 6′ oder 2m Länge
• Maschinenschrauben mit Muttern und großen Unterlegscheiben (16 Stück)
• Stahlwasserrohr, verzinkt, mit Gewinde an beiden Enden, 1½″ Durchmesser
• Stahlrohrverschraubungen, 1½″: Endkappe (erforderlich) und T-Stück (optional)
• Buck-Boost-Spannungswandler, DC-DC, z.B. Mesa #DSN6009 4A, mit einer Ausgangsleistung von 30W
• Elektrolytkondensatoren, 2200µF (2 Stück), mindestens 12V
• Vollbrücken-Gleichrichter, mindestens 500mA
• Diode, 1N4007
• Wärmeschrumpfschlauch oder Isolierband
• Drahtseile und Schraubösen (optional) zur Abspannung eines hohen Mastes
• Beton, 60 Pfund (optional) zur Befestigung des Mastes

Werkzeuge:

• Handsäge oder Stichsäge zum Schneiden des dünnen PVC-Rohrs
• Bohrmaschine mit Bohrern zum Bohren von Kunststoff und Metall
• Schraubendreher und/oder Schraubenschlüssel oder Steckschlüsselsatz für Ihre Schrauben/Muttern/Bolzen
• Lötkolben und Lötzinn

Dieser kleine Windgenerator ist eher ein Experiment, um Ihnen die Grundlagen beizubringen; er wird Ihnen keine zu 100 Prozent zuverlässige Stromversorgung bieten. Hier gibt es keine Wunder! Bitte achten Sie auch auf starke Winde und Stürme: Diese Maschine ist nicht dafür ausgelegt, solche Wetterbedingungen zu bewältigen, und würde wahrscheinlich zerstört werden. Sie müssen sie vor möglichen Schäden schützen, da umherfliegende Trümmer Verletzungen verursachen könnten.

Im Gegensatz zu den typischen Windkraftanlagen mit drei Flügeln verwenden wir eine vertikale Rotorwelle. Dies eliminiert die Notwendigkeit einer Windrichtungsverfolgung und hinterlässt uns ein sehr einfaches Design. Im Wesentlichen handelt es sich um ein vertikal montiertes Fahrradrad mit einem Nabendynamo. Als Rotorblätter verwenden wir acht « Halbröhren », die aus preiswertem PVC-Abflussrohr geschnitten sind und vertikal an der Felge befestigt werden.

Unsere Turbine beginnt sich zu drehen, sobald die Windgeschwindigkeit etwa 2 auf der Beaufort-Skala oder 5 mph erreicht. Bei einer steifen Brise von 20 mph oder 5 Beaufort (siehe Tabelle unten) liefert sie etwa 1 Watt Leistung (wir haben 147 mA bei 6,7 V gemessen).

Bauanleitung für den Fahrradrad-Windgenerator

Schritt 1: Rotorblätter herstellen

Wir verwenden dünnwandige PVC-Abflussrohre, um unsere Rotorblätter herzustellen. In Deutschland, wo wir leben, sind diese orange; in Nordamerika sind sie normalerweise weiß.

Mit einer Stichsäge können Sie 4 Blätter aus einem 6 Fuß oder 2 Meter langen Rohr schneiden. Insgesamt benötigen wir 8 Blätter. Achten Sie darauf, das Rohr genau in der Mitte zu schneiden – idealerweise sollten alle Blätter das gleiche Gewicht haben.

Schritt 2: Rotorblätter am Generator befestigen

Für den Generator verwenden wir ein Fahrradrad (Felge), das mit einem Nabendynamo ausgestattet ist. Felgen aus Aluminium eignen sich am besten, da sie leicht gebohrt werden können. Wenn Sie Teile von einem gebrauchten Fahrrad nehmen, stellen Sie sicher, dass Sie den Reifen, den Schlauch und alle Bremsscheiben entfernen.

Befestigen Sie die 8 Rotorblätter wie gezeigt mit jeweils 2 Schrauben, Muttern und großen Unterlegscheiben gleichmäßig am Rand der Felge.

Schritt 3: Den Mast herstellen

Fertigen Sie den Mast aus verzinktem Stahlwasserrohr mit Gewinde an beiden Enden an. Bohren Sie ein 9mm Loch in die Endkappe und ziehen Sie die Nabe an der Achse des Fahrradrads fest, um das Rad an der Kappe zu befestigen. Sobald der Mast sicher im Boden befestigt ist, können Sie die Kappe auf den Mast schrauben.

Für die Montage des Mastes kann das Gewinde am anderen Ende nützlich sein. Sie können ein passendes T-Stück darauf schrauben und das T-Stück in den Betonblock einbetten, den Sie in den Boden gießen. Der Beton sollte ausreichend schwer sein, um die Turbine zu tragen und zu verankern. Dann können Sie bei jedem Sturm einfach den Mast aus dem Betonblock herausschrauben und die Turbine an einen sicheren Ort bringen.

Schritt 4: Elektronik montieren

Unser Gerät ist so konzipiert, dass es eine Blei-Säure-Batterie mit dem vom Dynamo erzeugten Strom auflädt. Der Nabendynamo erzeugt Wechselstrom, den wir mit einem Vollbrücken-Gleichrichter in pulsierenden Gleichstrom umwandeln. Um ihn zu glätten, wird der pulsierende Gleichstrom in die beiden 2200µF Elektrolytkondensatoren eingespeist.

Der geglättete Gleichstrom wird dann einem Buck-Boost-Konverter zugeführt, den wir als Laderegler verwenden. Dieser wandelt jede Eingangsspannung von 1,25V bis 30V in eine einstellbare, konstante Ausgangsspannung um. Wir stellen die Ausgangsspannung des Konverters so ein, dass sie 0,7 Volt über der Endladespannung unserer Batterie liegt (was den Vorwärtsspannungsabfall der Diode ausgleicht). Die Diode 1N4007 ist erforderlich, um zu verhindern, dass Strom von der Batterie zum Konverter zurückfließt.

Ihre elektrische Last (was auch immer den Strom verbraucht, zum Beispiel eine LED-Lampe) wird mit dem Ausgang der Batterie verbunden. Beachten Sie, dass die Last die Ausgangsspannung des Konverters verkraften können muss. Während der Generator selbst nur eine geringe Stromstärke liefern kann, kann die Batterie mehrere Ampere liefern. Im Falle eines Kurzschlusses können die Folgen verheerend sein (Brandgefahr). Um Unfälle zu vermeiden, müssen Sie das von Ihnen an die Batterie angeschlossene Schaltkreis entsprechend absichern.

WARNUNG VOR STÜRMEN !

Mit der montierten Elektronik sind Sie bereit, Ihre Einrichtung

mit Windkraft zu betreiben! Viel Spaß mit Ihrer neuen Fähigkeit als Windturbinenbesitzer.

Diese Windturbine ist als Experiment gedacht, als kostengünstige praktische Demonstration, wie Windturbinen im Prinzip funktionieren, zum Beispiel in einem schulischen Umfeld. Sie ist nicht dazu gedacht, starken Winden oder schweren Stürmen standzuhalten. Wenn sie nicht in Gebrauch ist oder wenn die Windgeschwindigkeiten 6 auf der Beaufort-Skala überschreiten, sollte sie demontiert werden.

Das Fahrradrad und die Halterungen für die Rotorblätter sind nicht für den dauerhaften Betrieb ausgelegt, insbesondere nicht bei starken Winden. Wir empfehlen Ihnen, eigene Maßnahmen zu ergreifen, um dieses Design zu verstärken, wenn Sie es dauerhaft machen möchten. (Dennoch war die Konstruktion stabiler als erwartet. Ich habe sie die ganze Zeit im Garten gelassen, bei jedem Wetter. Nur als ein Kabelbinder nachgab, fiel der Mast um und ein Blatt wurde zerstört.)