Bericht zu billig Eigenbau 800W Gas BHKW

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    • Bericht zu billig Eigenbau 800W Gas BHKW

      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: youtu.be/4xLUUC9seHs und youtu.be/P0l_4UtX5hg

      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.
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      Citroen C-Zero, 35qm PV, 12kWh LiFePo (15x250Ah, Winston), 4kW Taiwan-Inverter, DIY BMS
      Hausdämmung 16cm PS 0.035, Waschmaschine und Trockner an Gasheizung angeschlossen

      Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von bkohl ()

    • Nach 130 Bh ohne nennenswerte Probleme bei 2700rpm ist folgendes Problem aufgetreten.
      - unruhiger Lauf
      - Wassertropfen im Ansaugfilterkasten
      - Leistungsverlust ca. 20%

      Meine Fragen ans Forum:
      Welche Motortemperatur/Öltemperatur ist optimal?
      Kann es sein, dass sich bei zu niedriger Temperatur (z.B. 90°C) so viel Wasser im Öl anreichert, dass o.g. Probleme damit erklärbar sind?
      Citroen C-Zero, 35qm PV, 12kWh LiFePo (15x250Ah, Winston), 4kW Taiwan-Inverter, DIY BMS
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    • 90 Grad ist eigentlich nicht zu kalt als Motortemperatur., Ist dein Motoröl für Gasbetrieb geeignet ?
      Eventuell ist deine Motorgehäusentlüftung ungünstig verlegt.
      Kurze Laufzeiten?

      Gruß
      Thomas
      Kubota D722 mit Sincro FB4-48/100
      48V 775AH (C5) Bater,
      2 Victron Multigrid,
      9,9 KWp PV
      2,7 KWp PV
    • Moin

      bkohl schrieb:

      Wassertropfen im Ansaugfilterkasten
      da m.M. kein Wasser ohne ÖL in den Ansaugtrakt zurückkommen kann würde ich mal auf die Temperaturunterschiede zwischen Ansaugluft und deinem Erdloch tippen, da kondensiert einfach die Luftfeuchte aus.

      mfg
      Pöl BHKW Tiger †
      Pöl BHKW Raptor †
      Ecopower 1.0
      Solarthermie 27m² Heat-Pipe-Röhren
      PV Anlage 1,8kWp Solarmax 2000C 15xKaneka k120
    • @stromsparer99
      Die Öltemperatur kann ich nicht messen - nur die der Kühlrippen und im Krümmerbereich. An den Laufzeiten >4h kanns eigentlich nicht liegen. Wahrscheinlich habe ich zu viel Wasser eingespritzt und ihn damit zu kühl gefahren.

      @alikante
      Die Ansaugluft hat Außenqualität bzw. ist mit 50°C Luft aus der Box. Aber alle OHV-Motoren haben diesen Schlauch vom Ventildeckel zum Luftfilter. Das bedingt zwar immer einen gewissen Ölverbrauch, ist aber eine einfache Lösung zur Schmierung der Kipphebel. Außerdem wird der Ansaugluft-Schwamm geölt, damit Partikel gebunden werden können. Einfache Lösungen sind aber immer Kompromiss-Lösungen, die nur in engen Grenzen funkionieren. Bei 2600rpm mit 50°C - Ansaugluft und 80°C Temperatur am Krümmer lief er bisher klaglos. Wahrscheinlich hat er aber dabei Wasser im Öl angereichert, was bei bestimmten Bedingungen in Tropfenform zutage tritt. Mein Ziel ist, die Drehzahl zu steigern und kalte Ansaugluft zu nehmen. Beides erhöht die Leistung, scheint aber auch Probleme zu verursachen. 120°C an den Kühlrippen sollten Öl-mäßig machbar sein und alles gebundene Wasser kontinuierlich abdampfen. Da meine Wasserkühlung per Software regelbar ist, habe ich das bald getestet. Wahrscheinlich darf ich auch nicht so nahe am Auslassventil Wasser einspritzen, wenn ich höhere Rippen-Temperaturen haben will. Wir sehen uns in Saterland :-).
      Citroen C-Zero, 35qm PV, 12kWh LiFePo (15x250Ah, Winston), 4kW Taiwan-Inverter, DIY BMS
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    • mh,

      ich habe mich wohl falsch Ausgedrückt.

      Reines Wasser kann nur von Aussen kommen, also Kondensat der Frischluft (wenn die Ansaugung etwas wärmer als die umgebende Luft ist). Ist es aber "öliges Wasser" welches Du im Ansaugtrakt findest kommt es gewiss aus der Motorentlüftung. Das Wasser aus Deiner abgasseitigen Einspritzung kommt würde ich fast ausschließen denn es müsste entgegen dem Abgasstrom in den Zylinder "kriechen" und dann mit den blow by Gasen ins Kurbelgehäuse oder unter den Ventildeckel drücken.
      Ob das Motoröl tatsächlich im Wasser schwimmt oder andersrum kannst Du sehen wenn die Kiste länger kalt gestanden hat und sich alles entmischen konnte.

      Grüße
      Pöl BHKW Tiger †
      Pöl BHKW Raptor †
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