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Thema: Gedankenexperiment: Solar-Drachen

  1. #1
    DHV-Mitglied
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    Lightbulb Gedankenexperiment: Solar-Drachen

    Hallo liebe Drachenflieger,
    inzwischen gibt es der E-Lift als Aufstiegshilfe.

    Um ein Drachen aber in der Höhe zu halten, braucht man etwas weniger als 1,5kW Dauerleistung ohne Auf- und Abwind. Theoretisch wäre es möglich, ein Großteil davon über die Flügelfläche mittels Solarzellen zu erzeugen. Bei 11,5m² könnte man ca. 2kW Solarleistung bestücken mit kommerziell verfügbare flexible Solarmodule. Damit könnte man fast den Dauerbetrieb erreichen, zumindest bei Sonne in die zentrale Tageszeiten. Der großer Nachteil: das Gewicht. Es lag dann mit heutige Technologie ca. 26kg auf den Flügel.

    Meine Frage an Euch: Könnte man einen Drachen mit diesem zusätzlichen Gewicht noch starten, und sicher fliegen - rein vom Handling her? (Bin selbst nur GS Pilot, deswegen entschuldige im Voraus wenn es ne echt blöde Frage ist ).

    Disclaimer:
    Mir ist bekannt, dass das Gerät dann ein UL wäre. Es ist aber alles erst nur ein Gedankenexperiment, um zu sehen ob ein "Solar-Drachen" überhaupt möglich wäre.

  2. #2
    Registrierter Benutzer
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    AW: Gedankenexperiment: Solar-Drachen

    Hallo,
    es ist leider doch etwas schwieriger:
    Die Solarzellen liegen praktisch horizontal (Gleitflug), der Sonnenstand bei uns ist irgendwo zwischen 40 und 60° maximal. Da musst Du Pi mal Daumen 30% Solarstromleistung abziehen, hast also nur noch 1,4kW.
    Wirkungsgrad Umrichter und Motor weiss ich nicht, dürfte aber über 80% liegen-Toni vom e-lift fragen.
    Größte Spaßbremse ist der Propeller: Bestes Gleiten irgendwo bei 40-50km/h - da braucht es einen
    Prop mit annähernd 2m Durchmesser, damit der Wirkungsgrad über 50% kommt. Unterm Strich kommst Du im besten Fall auf wahrscheinlich halbiertes Sinken bei hohem Aufwand.
    Eigentlich schade...
    Grüsse Dietmar
    PS: Die Heimkehrhilfe bei den Segelfliegern ist ein winziger Prop - da interessiert der Wirkungsgrad aber nicht, weil er von einem Verbrennungsmotor angetrieben wird.

  3. #3
    DHV-Mitglied Avatar von Manfred Laudahn
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    AW: Gedankenexperiment: Solar-Drachen

    Nach vorsichtiger Schätzung käme das Gesamtgewicht so einer Konstruktion auf 70 kg oder mehr.
    Für Fußstart unmöglich.

    Grüße
    Manfred

  4. #4
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    AW: Gedankenexperiment: Solar-Drachen

    Mit Start vom Startwagen (Winden/UL-Schlepp) und Landung auf Rädern wäre ein Flug auch mit dem Mehrgewicht möglich. Allerdings sind vermutlich soviel Abzüge (Wirkungsgrade) zu berücksichtigen, das keine 2 KW Schubleistung
    durch reine Sonnenkraft zu erzielen sind.:-(

  5. #5
    Registrierter Benutzer Avatar von Spyder14
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    Wach....

    AW: Gedankenexperiment: Solar-Drachen

    Das Thema Gewicht wäre denke ich nicht das Problem;

    Ich fliege einen Standard Drachen (ca. 33 kg) mit Mosquito, da kommen dann nochmal rund 29 kg(inkl. Sprit) dazu. Das klappt auch.

    Aber inzwischen gibt es doch auch Solare Stoffe und flexible Möglichkeiten, statt der üblichen Modulaufbauten mit starrer und schwerer Bauweise.

    Zudem muss es ja nicht ein Standard Drachenflügel sein, sondern könnte auch eine größere Fläche sein. Da für ein UL weniger hohe Festigkeiten vorgeschrieben sind (4g statt 6g) müsste die Konstruktion nicht unbedingt schwerer werden.

    Zweite Frage: Muss die erforderliche Antriebsleistung alleine durch Solarenergie erzeugt werden oder genügt es nicht nur eine Gleithilfe bzw. Aufstiegshilfe zwischen Thermiken zu haben?
    Dann würde man z.b. mit einem Klapppropeller siehe E-Lift oder Mosquito und einem kleinen Akku(5 min Dauerlast) auskommen.

    z.B. E-Motor; mit 5 KW bei 5 min Akkuspeicherung = Bedarf von 416 Wh
    Solarzellen; 500 Wh Ladekapazität je 1 Stunde Thermikflugzeit = entspricht ca. 3 m² eines modernen Moduls

  6. #6
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    AW: Gedankenexperiment: Solar-Drachen

    Ich rechne schon mit flexible Module mit hohe Effizienz, aber wenn man Zugriff zu experimentelle Zellen hätte wie z.B. in die Raumfahrt verwendet werden wäre es möglich eine höhere Leistung mit sogar geringeren Gewicht zu erreichen.

    Wenn man als Basis z.B. einen leichten 25kg Drachen nimmt, und noch 15-20kg Solarzellen im Tuch integriert, + einen sehr kleinen Akku (ohne ganz präzise nachzureichen aber 4kg sollten ca. 600m Höhengewinn speichern können) und vielleicht auch wie vorgeschlagen ein kleineren Motor (nochmal 5kg inklusive Elektronik etc)... gäbe es ein Konstrukt dass mit ca. 60kg nicht ganz Autark wäre, aber mit ein bisschen Aufwind dazwischen in der Praxis vielleicht schon.

    Maximales Abfluggewicht würde dann bei 150kg liegen inklusiv Pilot.

    Es wäre dann vielleicht sogar möglich mehrtägige Vol-Biv Reisen im Flachland mit ein Drachen zu machen, man hätte da ein richtiges Migrationsvogel :-)

    Ich spiele mit den Gedanken mich in die Entwicklung so ein experimentelles Fluggerät zu sturtzen... Was Denkt Ihr?

    Wie viel Motorleistung ist eigentlich notwendig um per Fussstart Abzuheben? Ich denke die E-Starthilfgeraete liegen bei fast 10kW aber geht es auch mit weniger?

  7. #7
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    AW: Gedankenexperiment: Solar-Drachen

    Die Mindestleistung zu Fuß zu starten hängt u.A.ab von:
    - der aerodynamischen Güte des Systems
    - dem Startgewicht
    - dem minimalen Sinken
    Das es auch mit wenig Leistung funktionieren kann,zeigt der Mosquito Gurt.
    Umgekehrt,je mehr Leistung (bis zu einer gewissen Grenze),umso einfacherer und sicherer wird es.
    Der aktuelle E-Lift wird mit 12 KW Dauerleistung (14 KW Peak) angeboten.
    Also 2 KW mehr als vorher - und damit besser zu starten.
    Das es mit noch mehr Leistung einfacher wird-zeigt der Powerlift.
    Mit mehr Motorleistung kann mehr Steighöhe erzielt werden,bei gleichem Energieeinsatz.(durch kürzere Flugzeit)
    Von daher hilft es wenig die minimale Leistung für den Fußstart zu ermitteln,
    sondern a) ab welcher Leistung ist ein Fußstart praktikabel,sicher und "fehlerresistent" ?
    ( Ich würde sagen der E-lift stellt die untere sichere Grenze da.)
    b) mit welcher Motorleistung bekomme ich die größere Ausgangshöhe bei begrenzter Energie.

  8. #8
    Registrierter Benutzer Avatar von Spyder14
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    AW: Gedankenexperiment: Solar-Drachen

    Zitat Zitat von Quothe_the_Raven Beitrag anzeigen
    .....
    Wie viel Motorleistung ist eigentlich notwendig um per Fussstart Abzuheben? Ich denke die E-Starthilfgeraete liegen bei fast 10kW aber geht es auch mit weniger?
    Leistung darf man nicht nur in Form von KW sehen.
    Ein moderner Motor holt mehr raus als die alten Solo-Motoren beim Minimum, die waren mit 15 PS untermotorisiert.
    Ein guter Propeller ist mehr Wert als viel PS

    und vor allem, ein Benzinmotor hat eine Effizienz von unter 40 %, ein Elektromotor von 90 %, dazu kommt das der E-Motor von Anfang an die volle Leistung hat und keine ansteigende Drehmoment Kurve wie ein Benziner.

    Mein Mosquito ist noch Original und ich komme mit ca. 9 PS Benzinbetrieben auch bei 0-Wind gut weg. Aber ich denke ein 4 - 5 KW E-Motor in Kombination mit einem Hang oder entsprechend Gegenwind und dem passenden Flügel(ausreichend m²) sollte auch kein Problem sein.

    Man sollte Bedenken, das die ersten Versuche von Bleidiesel und Schwarze damals mit Motorsägenmotoren und schlechten Propellern durchgeführt wurden. Daraus entwickelten sie das Minimum, das Aerodynamisch eine Katastrophe ist(der frei hängende Tank, der unverkleidete Motor, die ganzen Stangen und Seile, das Fahrwerk)
    Geändert von Spyder14 (23.04.2019 um 12:35 Uhr) Grund: Ergänzung

  9. #9
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    AW: Gedankenexperiment: Solar-Drachen

    Nette Idee !!

    Ich habe es jetzt nicht vollständig abgeschätzt, aber intuitiv betrachtet sollte es Leistungs- und Energietechnisch prinzipiell funktionieren.
    Das zeigt allein schon ein Vergleich mit der "Solair 2" !!

    Aber, und das sollte glasklar sein: Der Teufel steckt im Detail.

    Nur mal ein paar Ansätze welche mir so in 2-3 Minuten kommen:
    Flexible PV ist nicht gar so flexibel und (Stoß-)Resistent wie man sie sich vll. vorstellt!
    Beplankung der gekrümmten/verschränkten Fläche (wie einbauen? Nähen, Kleben,...)?
    Flächenausnutzung?
    Kosten hochpreisiger Tandem / triple junction Zellen!?
    Aerodynamik als ganzes--> Montage/Einbindung der Zellen in Tragfläche ohne die GZ nochmals zu verschlechtern (die GZ der Solair 2 ist sicher ein paar Faktoren höher).
    Zuverlässigkeit bei evtl. starker Biege/Wechselbelastung und zyklischer Verformungen?

    Grüße
    Mike

  10. #10
    Registrierter Benutzer Avatar von Born2Fly
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    AW: Gedankenexperiment: Solar-Drachen

    Die Triple Junction Zellen die ich kenne liegen bei ca 500€/W
    Wirkungsgrad von Solarzellen ist einfach recht gering, dazu die Abhängikeit von der Sonne.

    Schau dir an was die Leute für einen Aufwand betreiben um ein Hochleistungsflugzeug mit Solar oben zu halten...

  11. #11
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    AW: Gedankenexperiment: Solar-Drachen

    Zitat Zitat von TheMike Beitrag anzeigen
    Nette Idee !!

    Ich habe es jetzt nicht vollständig abgeschätzt, aber intuitiv betrachtet sollte es Leistungs- und Energietechnisch prinzipiell funktionieren.
    Das zeigt allein schon ein Vergleich mit der "Solair 2" !!

    Aber, und das sollte glasklar sein: Der Teufel steckt im Detail.

    Nur mal ein paar Ansätze welche mir so in 2-3 Minuten kommen:
    Flexible PV ist nicht gar so flexibel und (Stoß-)Resistent wie man sie sich vll. vorstellt!
    Beplankung der gekrümmten/verschränkten Fläche (wie einbauen? Nähen, Kleben,...)?
    Flächenausnutzung?
    Kosten hochpreisiger Tandem / triple junction Zellen!?
    Aerodynamik als ganzes--> Montage/Einbindung der Zellen in Tragfläche ohne die GZ nochmals zu verschlechtern (die GZ der Solair 2 ist sicher ein paar Faktoren höher).
    Zuverlässigkeit bei evtl. starker Biege/Wechselbelastung und zyklischer Verformungen?

    Grüße
    Mike
    Hast natürlich Recht, es gibt viele Details die technisch noch gelöst werden müssten. Gerade Biegeflexibilität und Lebensdauer beim öfters verstauen / Falten des Segels sind zu beachten. Und alles vom Gewicht im tragbaren Bereich halten.

    Ich habe einige kurze Berechnungen durchgeführt, und habe festgestellt dass beim Drachen der Verhältnis verfügbare Fläche / benötigte Leistung viel günstiger ist als beim Segelflieger.

  12. #12
    Registrierter Benutzer Avatar von Merlin296
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    AW: Gedankenexperiment: Solar-Drachen

    Warten wir diesbezüglich mal die Entwicklungen der nächsten Jahr ab - da wird noch viel innovatives kommen.
    Wie z.B. die Entwicklung von Dünnschicht-Solarzellen auf textilen - und somit flexiblen - Trägern, siehe auch hier:

    http://www.dtnw.de/forschungsbereich...-solartechnik/
    http://www.dtnw.de/forschungsbereich...-lichtsammler/
    https://www.scinexx.de/news/technik/...s-dem-t-shirt/

    Nur schnell gegoogelt, um mal ein paar Quellen zu nennen...

    Mik
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  13. #13
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    AW: Gedankenexperiment: Solar-Drachen

    Hallo,


    hast du für diese Aussage eine Quelle aus Praxiswerten?


    "Um ein Drachen aber in der Höhe zu halten, braucht man etwas weniger als 1,5kW Dauerleistung ohne Auf- und Abwind."


    Wenn ja wäre interessannt zu wissen welcher Drachentype solch eine extreme überdurchschnittliche Leistung hat. Auch im Bezug auf Thermikfliegen müsste er mit so einem geringen Sinken bei geringster Thermik wegsteigen wie nix.

    Such schon lange danach. Könnte mit meinen aktuellen Akkus ( 6,5 kw/h / 33 kg ) dann ja über 3 Stunden (plus Reserve und Steigflüge + plus 18 kw / 80 kg Schub beim Start möglich) Fliegen.

    Grüsse

  14. #14
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    AW: Gedankenexperiment: Solar-Drachen

    Zitat Zitat von custom-paramotors Beitrag anzeigen
    Hallo,


    hast du für diese Aussage eine Quelle aus Praxiswerten?


    "Um ein Drachen aber in der Höhe zu halten, braucht man etwas weniger als 1,5kW Dauerleistung ohne Auf- und Abwind."


    Wenn ja wäre interessannt zu wissen welcher Drachentype solch eine extreme überdurchschnittliche Leistung hat. Auch im Bezug auf Thermikfliegen müsste er mit so einem geringen Sinken bei geringster Thermik wegsteigen wie nix.

    Such schon lange danach. Könnte mit meinen aktuellen Akkus ( 6,5 kw/h / 33 kg ) dann ja über 3 Stunden (plus Reserve und Steigflüge + plus 18 kw / 80 kg Schub beim Start möglich) Fliegen.

    Grüsse
    Es ist der theoretischer Rechenwert von die Potentielle Energie die beim Gleitflug mit konstante Gewschwindigkeit und stille Luft verbraten wird. Motorleistung müsste natürlich mehr sein unter Berücksichtigung die ganze Ineffizienzen, ins besonders der Rotor. Bei die Akkus muss man auch deren Wirkungsgrad berücksichtigen. Und noch ein paar andere Faktoren dazu

    Rechnungsvorgang:
    Masse (M) = 150kg;
    Sinkgeschwindigkeit (dH) = - 1m/s
    Systemleistung ohne Verluste = -(Variation die Potentielle Energie) = (-1) • M • g • dH = 150 kg • 9,81 m s-1 • 1 m s-2 = 1471 kg m² s-3 ≈ 1,5 kW

    Der Wert ist als Servilletenberechnung zu verstehen, um festzustellen ob die benötigte Energie für eine Höhenbehaltung in die gleiche Größenordnung liegt, wie dass was man mit Solarzellen auf 10-15m² an Leistung erreichen kann.

    Mann braucht hier kein Wunderdrachen, sondern es wird ehr darum gehen, das Gewicht niedrig zu halten und die Gleitleistung möglichst nicht zu verschlechtern. Aber vielleicht kann mich jemand bestätigen, ob die Sinkgeschwindigkeit vom Beispiel realistisch ist, bei die (hohe) Beladung.

    Luftige Grüße
    Geändert von Quothe_the_Raven (25.04.2019 um 19:09 Uhr)

  15. #15
    DHV-Mitglied
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    AW: Gedankenexperiment: Solar-Drachen

    Hi,


    danke für die Aufklärung zum angegeben, errechneten Wert.

    Meine eigen Kalkulation ist relativ simpel und deckt sich mit den Werten aus Flügen ziemlich genau.

    Bezogen auf Nullschieber, und für Flug entwickelte Motoren und Steuerungen.

    Bei Hochleistern / Gleitschirm sind rund 22-23 Watt je Kg Masse Eingangsleistung am Antrieb vor dem Regler anzusetzen.

    Bei Liegegurtsystem und B-Schirm nicht überladen rund 25 Watt.

    Bei Typischen Paramotor plus gutem Standartschirm rund 30 Watt.

    Reflexflügel kleine hoch beladen rund 40 Watt.

    Reflex offen sehr schneller Flug über 50 km/h 70 Watt aufwärts.


    Hochleisterdrachen liegen soweit mir bekannt auch im Bereich Minimum 25 Watt. liegt einfach an der hohen Flächenbelastung und permanenten Anstellwinkel.

    Bei Swift und co. ebenfalls 25 Watt.

    Bitte Drachenflieger korrigieren falls ich da daneben liege.


    zum Propeller: Hier ist es ähnlich wie bei Fluggeräten selber. Da haben sich viele viele Leute Jahrzehnte die Mühe gemacht tausende Vergleichswerte, Optimierungen....usw.

    Da gibst nicht mehr viel zu verbessern in Serienfertigungen.
    Einzig wir wenigen Bastler können etwas in Richtung Perfektion für uns selber leisten. zb. die Endleiste auf fast null verbessern. Den Randbogen auf auch fast null auslaufen lassen um den induzierten Widerstand zu senken. Gleichzeitig die Lärmememission. Weiters das Gewicht extrem reduzieren, in Perfektion wuchten. Dann ist noch etwas Zusatz Performance drinn.

    Das wichtigste ist aber zum Flugstil und Flugerät / Einsatzzweck die richtige Wahl de Props zu machen. Das ist der Grund warum beim mir zb. jedes Antriebskonzept eine eigene Prop hat und ich auch gerade aktuell wieder einen neuen Faltprop Baue. Es sind sicher nur 50 bis 70 Watt die ich einspare bei gleicher Schubleistung, aber Bastler brauchen das :-)


    Ich habe auch als Test einen lt. Angaben den Herstellers unglaublich effizenten Propeller gekauft. Dieser ist in Perfektion gefertigt und leistet in seinem Drehzahlfenster tatsächlich sicher bis 5 % mehr als alle anderen. Nur warum wird er nicht verwendet für Elektroflug? Ganz einfach, da er viel zu laut ist. Würde man den Lärm wegdesignen wäre er wieder beim Levell der anderen.. Bei Lastendrohnen etc. ist der Lärm ja den Herstellern grundsätzlich egal. Da Zählt natürlich jedes Prozent Flugzeit.

    Grüsse.

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