Stromerzeugung durch Rekuperation.... aber wie? Wechselstrom / Gleischstrom /
Liebe Community
Das ist meine erste Frage in diesem Forum und ich mir folgende Einschränkung bewusst:
- das ist ein Roboter-Forum und ich schiesse mit meiner Frage geringfügig am Thema vorbei
- abgesehen von rudimentären, inzwischen verblichenen Schulkenntnissen über Strom ist mein Level viel zu tief
... ich bitte um Nachsicht.
Der Grund wieso ich meine Anfrage trotzdem hier stelle, ist das ich bei meinen umfassenden Recherchen im Internet u.a. auch auf dieses Forum gestossen bin und hier bei weitem die kompetentesten Antworten gegeben wurden.
Weiter könnte ich mir vorstellen, dass das Thema Rekuperation auch in der Robotertechnik, wenn auch anders angewandt, von Interesse sein könnte.
Im weiteren Sinne geht es bei der Repukeration um die Nutzung von potentieller Energie in eine andere Energieform z.B. Strom.
Oder anders ausgedrückt: ich möchte ein Gewicht von sagen wir 1 Tonne um 3 m anheben und wieder absenken. Beim Anheben des Gewichtes wir Strom gebraucht, beim Absenken des Gewichtes wird Strom erzeugt. (Beim Elektromobil wird bergauf Strom verbraucht und beim Herunterfahren bzw. beim Bremsen Strom erzeugt. Auch ein Roboterarm sollte in der Lage sein beim Absenken Strom zu generieren.)
Vom Prinzip her noch nicht weltbewegend. Der oben beschriebene Vorgang benötigt 29'430 NM oder rund 8kWh Leistung.
Als erste Voraussetzung müsste der verwendete Motor rund 1000 - 2000 W Leistung haben.
Um möglichst wenig Umwandlungen und Übersetzungen zu nutzen, müsste im Idealfall ein einphasiger Wechselstrommotor einerseits als Antriebsmotor sowie auch als Generator funktionieren.
Alternativ könnte man auch einen Gleichstrommotor verwenden und einen Wechselrichter.
Das ganze sollte extrem robust und langlebig sein. Also habe ich mir überlegt: was läuft tagein, tagaus über Jahre ohne Probleme? Autokomponenten! Eine Lichtmaschine aus einem VW T5 hat immerhin 90A bei 12V, also gut 1000W.
Abzüglich Verlust von rund 10 % des Wechselrichters und allfällige Übersetzungen.
Dann habe ich gesehen, dass es günstige Seilwinden gibt (sowohl als 12Volt Gleichstrom, als auch als 230V Wechselstrom-Modelle). Grundsätzlich sollte jeder Elektro-Motor auch als Generator dienen. Aber wenn man mit einer Seilwinde eine Last hochhebt und dann den Strom ausschaltet, beginnt sich die Last nicht zu senken und Strom zu erzeugen. Da müssten irgend eine Regelung her. Zudem müsste die Drehzahles des Motors in Korrelation zur Hebemachnik stehen. Bei der Seilwinde wird dies wohl schon gegeben sein.
Eine weitere Regelung müssten auch noch folgendes Szenario abdecken:
Eine Photovoltaik-Anlage kann max 2000 Watt Strom erzeugen, wir nehmen mal an, dass rund 500 Watt sowieso permanent durch div. Verbraucher genutzt wird. in der Mittagszeit werden z.B. 4000 Watt für's Kochen benötigt, dann werden zusätzlich 2500 Watt aus dem Stromnetz gezogen. Am Nachmittag wären dann für einige Stunden 1500 Watt verfügbar.
Die Regelung müsste merken, dass genügend Strom im Hausnetz ist und beginnen das Gewicht anzuheben. Idealerweise müsste der Motor nur etwa soviel Leistung beziehen wie übrig ist (also das Gewicht mal schneller mal langsamer hoch ziehen) und auch wieder abschalten, wenn zu wenig Leistung vorhanden ist. Am Abend, Nachts oder am nächsten bewölkten Tag soll das Gewicht sich wieder absenken und Strom zurück geben.
Währen ich das schreibe fällt mir ein: da sich das Gewicht ja nur senkt, wenn die Photovoltaikanlage keine oder nur wenig Energie einspeist, könnte man ggf. doch einen Gleichstrom-Motor in Betracht ziehen und dann diesen bei der Stromerzeugung über den Wechselrichter der Solaranlage laufen lassen...
Eine Realisierung sollte in erster Linie mit Standardkomponenten erfolgen. Nur so ist auch ein kostengünstiger Einsatz möglich.
In Anbetracht der Komplexität habe ich mir auch schon mal überlegt ein kleines Modell z.B. mit 10kg Gewicht zu bauen und so die Machbarkeit zu prüfen.
... und wieso stelle ich dieses Anliegen in einem Robotik-Forum?
Wie schon erwähnt: hier habe ich sehr kompetente Antworten gesehen. Ich denke hier erhalte ich am ehesten die Antworten ob ein Gleichstrom- oder Wechselstrom-Motor besser geeignet ist und ob ein Schrittmotor hier massgeblich Vorteile bietet.
In Windenergie-Anlagen-Foren habe ich interessante Hinweise zur Regeltechnik gefunden, geht es dort doch in erster Linie darum die unregelmässigen Winde optimal und gleichmässig auszunutzen. Aber bei diesem Beispiel geht es weniger um "Unebenheiten" der Energieerzeugung auszugleichen sondern um die "Unebenheiten" der Energieeinspeisung und der Energienutzung zu regeln.
Zudem kann ich mir vorstellen, dass der Blinkwinkel aus der Robotertechnik in Bezug auf sparsamen Umgang mit den Energiereserven durchaus kreative Inputs liefert.
Hier nochmals die Punkte in Kurzform:
- Aufbau der Anlage als Gleichstrom oder Wechselstrom (Vor-/Nachteile)
- geeignete Motoren (Gleichstrom, Wechselstrom / Schritt-, Servo-, Synchronmotoren)
- Vorschläge geeigneter Motoren als Standardkomponente (Lichtmaschine, Seilwinde, ...)
- mögliche Regeltechnik
a1) für die Analyse wann genügend bzw. zu viel Strom vorhanden ist, der gespeichert werden soll
a2) für die Analyse wann zu wenig Strom vorhanden ist und Strom bezogen werden soll
b1) für die optimale Auslastung der Motores (schneller bei viel Strom, langsamer bei weniger Strom)
b2) mehr oder weniger Leistung sowohl beim Laden (Gewicht nach oben) wie auch beim Beziehen (abhängig vom Verbraucher)
- mögliche Standardkomponenten zur Regelung
Ich bin gespannt, ob hier ein paar wertvolle Hinweise eintrudeln. Wenn nicht, bin ich nicht böse :-)... schliesslich streift das Thema wirklich nur am Rande das Forum...
Schaun mr mal... aber wenn wir so was hinkriegen würden, wär's schon cool :)
Gruss
winde
