Physikalische Grundlagen von Solar- und Windenergie

Auswertung: Tragen Sie die Frequenz ω und die erzeugte Leistung P
über den Lastwiderstand auf. Beschreiben und erklären Sie den Verlauf!
zusätzlich Physiker/Mathematiker Bestimmen Sie aus dem Verlauf
der Drehzahl anhand von Gleichung 12 die Konstanten ˜α und
˜ε:
˜α erhalten Sie für große Lastwiderstände als ˜α = ω∞. 2 Bestimmen Sie
˜ε, inden Sie ˜α 1
− 1 über
ω 2 R L +R i
(der Innenwiderstand R i beträgt etwa
18 Ω) auftragen; Sie erhalten dann durch einen Geradenfit im Bereich
1
kleiner
R L +R i
die Konstante ˜ε als Steigung der Gerade. Verwenden
Sie die so bestimmten Werte von ˜α und ˜ε und zeichnen Sie den damit
erwarteten Verlauf der Drehzahl abhängig vom Lastwiderstand ein,
und den nach Gleichung 13 (unter Verwendung von Gleichung 12 für
ω) erwarteten Verlauf der Leistung, indem Sie den Wert von α ′ aus
Aufgabe 6 verwenden.
8. Messen Sie für denselben Aufbau wie in Aufgabe 6 für eine Lüfterspannung
von 12 V die Abhängigkeit der Drehzahl sowie die abgegebene
elektrische Leistung (Drehzahl f, sowie U und I messen)
vom Winkel (0 -70 Grad, 10 Grad-Schritte) zwischen Rotor (Normalenvektor)
und Luftstrom für R L = 100 Ω. Tragen Sie Drehzahl und
Leistung über den Winkel auf und zeichnen Sie den erwarteten Verlauf
ein; beschreiben und erklären Sie den Verlauf. Diskutieren Sie die
Konsequenzen für den technischen Einsatz von Windkraftanlagen zur
Stromerzeugung.
9. Messen Sie für den 4-Blatt-Rotor die Abhängigkeit der erzeugten Leistung
von der Windgeschwindigkeit. Der Aufbau ist wie in Aufgabe
6; zunächst Windgeschwindigkeit an der Stelle des Rotors (Rotor
dazu entfernen!) für verschiedene Lüfterspannungen (7 - 12 V , 0.5 V
-Schritte) messen. Verwenden Sie bei der Leistungsmessung als Lastwiderstand
R L = 50 Ω (entspricht etwa dem Punkt maximaler Leistung
aus Aufgabe 7) und variieren Sie die Lüfterspannung von 12 - 7 V (0.5
V -Schritte).
Auswertung: Tragen Sie zunächst die gemessenen Windgeschwindigkeiten
über die Spannung am Lüfter auf und führen Sie einen Geradenfit
durch; verwenden Sie im folgenden zur Bestimmung der Windgeschwindigkeit
für eine bestimmte Lüfterspannung die Fitgerade (warum?).
Tragen Sie die erzeugte elektrische Leistung über v 3 auf. Bestimmen
Sie aus der Steigung (Geradenfit!) den Wirkungsgrad der
Windanlage (ρ Luft = 1.2 kg/m 3 , Rotordurchmesser 10 cm) und vergleichen
Sie mit dem nach Betz maximal möglichen Wert. Diskutieren
Sie Gründe für den deutlich kleineren Wirkungsgrad.
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