DE10212354A1 - Combined solar-wind power generator with wind propeller for converting wind into electric energy, with solar cells fitted to rotor blade surfaces, at least partly - Google Patents
Combined solar-wind power generator with wind propeller for converting wind into electric energy, with solar cells fitted to rotor blade surfaces, at least partlyInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Windkraftkonverter mit einer Windschraube, bestehend aus einer drehbar gelagerten Rotorwelle und mindestens einem mit der Rotorwelle verbundenen und sich entlang der Rotorwelle um diese windenden Rotorflügel, zur Umwandlung von im Wind enthaltener kinetischer Energie in eine mechanische Drehbewegung. The invention relates to a wind power converter with a wind screw, consisting of a rotatably mounted rotor shaft and at least one with connected to the rotor shaft and extending around the rotor shaft winding rotor blades, for the conversion of kinetic contained in the wind Energy into a mechanical rotary motion.
Windkraftkonverter dienen der Nutzung der in strömender Luft enthaltenen kinetischen Energie (Windenergie). Die Windenergie wird dabei durch Abbremsung der Luftmassen durch eine oder mehrere Windangriffsflächen, beispielsweise durch Rotorblätter zunächst in mechanische Drehbewegung des Windrotors umgewandelt. Mit Hilfe eines Generators wird dann die mechanische Energie des Windrotors in elektrische Energie überführt. Bei konventionellen Windkraftkonvertern werden meist handelsübliche, bei getriebelosen Windkraftkonvertern auch speziell konstruierte Drehstromgeneratoren verwendet. Wind power converters are used to use the air contained in flowing air kinetic energy (wind energy). The wind energy is thereby Deceleration of the air masses by one or more wind attack surfaces, for example, through rotor blades initially in mechanical rotary motion of the wind rotor. With the help of a generator, the mechanical energy of the wind rotor converted into electrical energy. at Conventional wind power converters are usually commercially available at gearless wind power converters also specially designed Three-phase generators used.
Das Spektrum der technischen Ausführungsformen von Windkraftkonverter ist groß. Zur Zeit und in absehbarer Zukunft werden fast ausschließlich Horizontalachsenkonverter eingesetzt. Diese können eine unterschiedliche Anzahl an Rotorblättern aufweisen, verbreitet sind Dreiblatt und eingeschränkte Zweiblattrotoren. Diese Systeme haben den Nachteil, dass sie aktiv an die Windrichtung angepasst werden müssen. Es ist bei einem Wechsel der Windrichtung notwendig, die Rotorblätter in ihrer Ausrichtung zu verstellen, oder den gesamten Rotor in den Wind zu drehen. Weiterhin haben Horizontalachsenkonverter den Nachteil, dass sie erhebliche Geräusche erzeugen, die von Anliegern oftmals als störend empfunden werden. The range of technical embodiments of wind power converters is big. Currently and for the foreseeable future will be almost exclusively Horizontal axis converter used. These can be different Show number of rotor blades, three-bladed and are common restricted two-bladed rotors. The disadvantage of these systems is that they must be actively adjusted to the wind direction. It's a change the wind direction necessary, the rotor blades in their orientation adjust, or turn the entire rotor into the wind. Continue to have Horizontal axis converter has the disadvantage that it makes considerable noise generate, which are often perceived by residents as disturbing.
Ebenfalls bekannt sind sogenannte Windschrauben, die eine vertikal zum Untergrund ausgerichtete Rotorachse bzw. Rotorwelle aufweisen. Mit dieser Rotorwelle ist mindestens ein sich entlang der Rotorwelle um etwa die gesamte Rotorwelle windender Rotorflügel verbunden. Der Rotorflügel weist also eine in etwa helixartige Form auf. Um eine bessere Ausnutzung der Windenergie zu erreichen, weisen derartige Windschrauben in der Regel zwei Rotorflügel auf, die, bezogen auf die Rotorwelle, einander diametral gegenüberliegen. Also known are so-called windscrews, which are vertical to the Have the rotor axis or rotor shaft aligned underground. With this Rotor shaft is at least one around the rotor shaft entire rotor shaft connected rotating rotor blades. The rotor blade points so an approximately helical shape. To better exploit the To achieve wind energy, such windscrews generally have two Rotor blades on, which are diametrically opposed to each other with respect to the rotor shaft are opposite.
Beispielsweise sind derartige Windschrauben in der WO 81/01443 und der SE 65 940 beschrieben. For example, such windscrews in WO 81/01443 and SE 65 940.
Gegenüber anderen Windkraftkonverterkonzepten, insbesondere gegenüber den beschriebenen Horizontalachsenkonvertern zeichnen sich diese Windschrauben dadurch aus, dass eine aktive Anpassung an wechselnde Windrichtungen nicht notwendig ist. Egal aus welcher Richtung der Wind weht, er versetzt die Rotorwelle stets in Bewegung. Darüber hinaus ist die Geräuschentwicklung bei Windschrauben auch deutlich geringer. Compared to other wind power converter concepts, especially compared the horizontal axis converters described stand out Windscrews characterized by an active adjustment to changing Wind directions are not necessary. No matter which direction the wind blows, he always sets the rotor shaft in motion. In addition, the Noise development with windscrews also significantly lower.
Alle Windkraftkonverterkonzepte haben allerdings den Nachteil, dass sie naturgemäß nur dann Windenergie in elektrische Energie umwandeln können, wenn ausreichend Wind gegeben ist. Bei Windstille sind Windkraftkonverter völlig wirkungslos, sie produzieren keinerlei elektrische Energie. However, all wind power converter concepts have the disadvantage that they naturally only then convert wind energy into electrical energy can, if there is enough wind. When there is no wind Wind power converters completely ineffective, they do not produce any electrical energy.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Windschraube eines Windkraftkonverters derart weiterzubilden, dass die nutzbare elektrische Leistung des Windkraftkonverters erhöht wird. Insbesondere soll es mit der Windschraube möglich sein, auch dann elektrische Energie zu erzeugen, wenn die Windgegebenheiten zur Umwandlung von Windenenergie in elektrische Energie nicht ausreichen. Die Erzeugung der zusätzlichen elektrischen Energie soll dabei mit möglichst geringen lokalen Umweltbelastungen erreicht werden. Außerdem soll Windkraftkonverter möglichst kostengünstig herstellbar und einfach und schnell zu installieren sein. The object of the present invention is a wind screw of a wind power converter in such a way that the usable electrical power of the wind power converter is increased. In particular, it should with the wind screw be able to generate electrical energy even then, if the wind conditions for converting wind energy into electrical energy is insufficient. The generation of additional electrical Energy should have the lowest possible local environmental impact can be achieved. In addition, wind power converters should be as inexpensive as possible producible and easy and quick to install.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass der Rotorflügel zumindest teilweise eine Beschichtung mit Solarzellen zur Umwandlung solarer Energie in elektrische Energie aufweist. According to the invention, this is achieved in that the rotor blade at least partially a coating with solar cells to convert solar Has energy in electrical energy.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass zur Reduzierung des Luftstromes ein Mindestmaß an Fläche immer notwendig ist. Diese Fläche steht einer weiteren Nutzung somit auch immer zur Verfügung. The invention is based on the finding that to reduce the Airflow a minimum amount of area is always necessary. This area is therefore always available for further use.
Windkraftkonverter werden, damit sie maximalen Luftströmungen ausgesetzt sind, in der Regel in freien Flächen aufgestellt und sind deshalb nicht durch Gebäude, Bäume oder ähnliches abgeschattet. Dies bedeutet wiederum, dass sie auch der Sonneneinstrahlung meist frei zugänglich sind. Die Nutzung der nahezu ständig dem Sonnenlicht ausgesetzten Rotorflächen kann bei der Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie zu guten Auslastungen und Jahresnutzungsgraden führen. Auch ist die Fläche der Rotorflügel verhältnismäßig groß. Wind power converters are used to ensure maximum air flows are usually set up in open spaces and are therefore not shadowed by buildings, trees or the like. this means again that they are mostly freely accessible to the sun's rays. The Use of the rotor surfaces that are almost constantly exposed to sunlight can increase in the conversion of solar energy into electrical energy good occupancy rates and annual utilization rates. The area is also the rotor blade is relatively large.
Eine zusätzliche photovoltaische Nutzung der Windschraube führt in ihrem Umfeld zu keinerlei Belastungen wie Lärm- oder Abgasemissionen. Die Windschraube wird auch dann umweltfreundlich genutzt, wenn die Windbedingungen nicht für eine Nutzung ausreichen. An additional photovoltaic use of the wind screw results in her Environment for no pollution such as noise or exhaust emissions. The Windscrew is also used in an environmentally friendly way when the Wind conditions are not sufficient for one use.
Es ist nicht not wendig zusätzliche Flächen für eine photovoltaische Stromerzeugung bereitzustellen. Dies ist besonders bei einem geringen Platzangebot beispielsweise in dichter besiedelten Regionen vorteilhaft. There is no need for additional areas for a photovoltaic To provide electricity generation. This is particularly the case when space is limited for example advantageous in densely populated regions.
Weiterhin hat der Erfinder erkannt, dass gerade die Nutzung von Windschrauben für eine kombinierte Sonnen- und Windkraftnutzung geeignet sind, da diese durch ihre Drehung um die zum Untergrund vertikal verlaufende Achse von der Richtung des Sonnenlichtes bzw. der Windrichtung unabhängig sind. Dadurch, dass der Wind aus jeder Richtung kommend die Windschraube in Drehung versetzt, ist eine Ausrichtung des Systems in Abhängigkeit der Windrichtung nicht notwendig. Somit sind auch die mit Solarzellen beschichteten Flächen in Drehung und dem Sonnenlicht damit nie langfristig abgewandt. Bei Horizontalachsenkonvertern kann dagegen die photovoltaische Stromerzeugung dann gering sein, wenn die Windrichtung der Richtung des Sonnenlichtes entgegensteht. In diesem Fall würden die Windangriffsflächen, die der Windrichtung zugewandt sein müssen, dem Sonnenlicht abgewandt sein. Lediglich eine Beschichtung der Vorder- und Rückseiten der Flügel könnte dem abhelfen, was bei der Nutzung einer Windschraube nicht notwendig wäre. Allerdings wäre auch dann bei Horizontalachsenkonvertern bei seitlichem Strahlungseinfall des Sonnenlichtes, also in etwa rechtwinklig zu den Windangriffsflächen oder deren Rückseiten, nur eine geringe Anzahl von Solarzellen dem Sonnenlicht ausgesetzt. Furthermore, the inventor recognized that the use of Windscrews suitable for combined use of sun and wind power as they rotate vertically towards the underground extending axis from the direction of sunlight or wind direction are independent. By having the wind coming from every direction Windscrew rotated is an orientation of the system in Depending on the wind direction not necessary. So they are with Solar cells coated surfaces in rotation and therefore never in sunlight turned away in the long term. With horizontal axis converters, however, the Photovoltaic electricity generation will be low if the wind direction opposed to the direction of sunlight. In this case, the Wind attack surfaces, which must face the wind direction, the Facing away from sunlight. Only a coating of the front and Backs of the wings could help what happens when using a Wind screw would not be necessary. However, would then also be Horizontal axis converters in the event of lateral radiation from sunlight, so roughly at right angles to the wind attack surfaces or their backsides, only a small number of solar cells are exposed to sunlight.
Ein weiterer Vorteil der Nutzung von Windschrauben besteht darin, dass diese nahezu geräuschlos betrieben werden können. Sie können und werden deshalb bevorzugt in unmittelbarer Nähe zu den Verbrauchern eingesetzt, da diese durch die geringen Lärmemissionen kaum gestört werden und Leitungsverluste vom Windkraftkonverter bis zum Endverbraucher gering gehalten werden können. Dies führt aber meist auch dazu, dass im Umfeld der Windschraube ein meist geringeres Platzangebot vorherrscht, weswegen eine Nutzung der Rotorflächen zur photovoltaischen Stromerzeugung besonders vorteilhaft ist. Another advantage of using windscrews is that these can be operated almost silently. You can and will therefore preferred used in close proximity to consumers, because these are hardly disturbed by the low noise emissions and Low line losses from the wind power converter to the end user can be held. However, this usually also leads to that in the environment there is usually less space available for the wind screw, which is why use of the rotor surfaces for photovoltaic power generation is particularly advantageous.
Da Windschrauben besonders bei unterschiedlichen, stark variierenden Windstärken einsetzbar sind, eignen sie sich ausgezeichnet für einen Einsatz in Wüsten und Steppen. Gerade dort ist auch die nutzbare Strahlungsenergie der Sonne ausgesprochen hoch. Eine Kombination der Nutzung von Windkraft und Sonnenlicht ist dort also besonders vorteilhaft. Because windscrews, especially with different, strongly varying Wind strengths can be used, they are excellent for use in deserts and steppes. There is also the usable one Radiant energy from the sun is extremely high. A combination of using Wind power and sunlight are particularly advantageous there.
Die Drehung der Windschraube führt weiterhin zu einer im Gegensatz zu fest installierten Solarzellen erhöhten Wärmeabfuhr und damit zur verbesserten Kühlung der Solarzellen. Dies ist deshalb vorteilhaft, weil mit zunehmender Temperatur die für Solarzellen spezifische Strom-Spannungskennlinie durch einen geringfügig steigenden Kurzschlussstrom und eine relativ stark fallende Leerlaufspannung gekennzeichnet ist. Dies führt insgesamt zu einer Leistungsverminderung der Zelle bei zunehmenden Temperaturen. The rotation of the wind screw continues to lead to one in contrast permanently installed solar cells increased heat dissipation and thus to improved cooling of the solar cells. This is advantageous because with increasing temperature the specific for solar cells Current-voltage characteristic by a slightly increasing short-circuit current and a relative strongly falling open circuit voltage is marked. Overall this leads to a decrease in cell performance with increasing temperatures.
Besonders vorteilhaft ist die Beschichtung der Rotorflügel mit einer biegsamen und/oder folienartigen Solarzellenschicht. Folien-Solarzellen sind ausgesprochen leicht und können flexibel an nahezu jegliche Untergrundform angepasst werden. Auch ein gekrümmter Rotorflügel kann problemlos und schnell mit Solarzellen beschichtet werden. Coating the rotor blades with a is particularly advantageous flexible and / or film-like solar cell layer. Foil solar cells are extremely light and flexible to almost any surface shape be adjusted. Even a curved rotor blade can easily and can be quickly coated with solar cells.
Beispielsweise können Halbleiter-Dünnschichten aus Kupfer, Indium, Gallium oder Selen (CIGS) auf Kunststofffolien aufgedampft werden. Derartige Dünnschichten sind nur zwei bis drei Tausendstel Millimeter stark und werden im Vakuum bei einer Temperatur um 500°C aufgedampft. Der Wirkungsgrad solcher Folien-Solarzellen beträgt derzeit schon etwa 13%. Eine Verbesserung des Wirkungsgrades ist abzusehen, da sich die Entwicklung derartiger Folien noch am Anfang befindet. Die im Labor hergestellten und auf eine Kunststofffolie übertragenen Solarzellen sind je etwa einen Quadratzentimeter gross. Die Dünnschichten sind nur gerade 2-3 Tausendstel Millimeter dick, deshalb verbraucht die CIGS-Technologie nur geringe Mengen von Substanzen. Daraus resultieren tiefere Herstellungskosten und eine kürzere Energierücklaufzeit (diese gibt an, wie lang ein Solarmodul braucht, bis es gleich viel Energie geliefert hat, wie für seine Herstellung aufgewendet wurde). Diese Vorteile kommen allerdings erst dann voll zur Geltung, wenn auch ein leichtes und dünnes Trägermaterial verwendet wird. In dieser Hinsicht sind Polymerfolien dem Glas überlegen und bieten zusätzlich den Vorteil der Flexibilität. For example, semiconductor thin layers made of copper, indium, Gallium or selenium (CIGS) can be evaporated on plastic foils. such Thin layers are only two to three thousandths of a millimeter thick are evaporated in vacuo at a temperature around 500 ° C. The The efficiency of such foil solar cells is currently around 13%. A Improvement in efficiency is foreseeable as the development such slides is still at the beginning. The manufactured in the laboratory and solar cells transferred to a plastic film are about one each Large square centimeters. The thin layers are just 2-3 thousandths Millimeters thick, which is why the CIGS technology consumes only small amounts of substances. This results in lower manufacturing costs and one shorter energy return time (this indicates how long a solar module takes until it has delivered the same amount of energy as it used to produce has been). However, these advantages only really come into play when a light and thin carrier material is also used. In this In this respect, polymer films are superior to glass and also offer that Advantage of flexibility.
Um möglichst hohe Stromstärken oder Spannungen zu erreichen, werden mehrere Solarzellen miteinander verschaltet. Durch Reihen- oder Parallelschaltung können dann Module mit der gewünschten Spannung oder Stromstärke hergestellt werden. Neben der angestrebten Leistung ist es aber auch notwendig, die Betriebssicherheit zu gewährleisten. Im Normalbetrieb können einzelne Solarzellen aufgrund ungleichmäßiger Beleuchtung, bzw. Abschattung oder Abdeckung, beispielsweise durch Verschmutzung, beschädigt werden. Im ungünstigsten Fall kann eine solche Zelle als Last wirken. Eine abgeschattete Solarzelle kann sich somit dann erwärmen und schließlich sogar thermisch zerstört werden. To achieve the highest possible currents or voltages several solar cells interconnected. By row or Parallel connection can then be made with the desired voltage or modules Current are produced. In addition to the desired performance, it is also necessary to ensure operational safety. In normal operation can individual solar cells due to uneven lighting, or Shading or covering, for example due to contamination, to be damaged. In the worst case, such a cell can be a load Act. A shaded solar cell can then heat up and eventually even be thermally destroyed.
Um den Aufwand und die Kosten für die Wartung und Instandhaltung der beschichteten Windschraube gering zu halten, wird deshalb in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung jeder Solarzelle eine Bypassdiode (Freilaufdiode) zugeordnet, welche im Falle der Abschattung die Solarzelle überbrückt und somit einer Zerstörung vorbeugt. Alternativ kann auch mehreren Solarzellen, beispielsweise 24 Solarzellen gemeinsam eine Bypassdiode zugeordnet werden. Im Falle der Abschattung fallen dadurch zwar gleich mehrere Solarzellen aus, aus betriebswirtschaftlichen Erwägungen bei der Modifizierung kann dies jedoch dennoch sinnvoll sein. Die Erfindung umfasst die Nutzung aller denkbaren und technisch sinnvollen Systeme. To the effort and cost of servicing and maintenance of the Keeping coated windscrews low is therefore one particularly advantageous embodiment of each solar cell is a bypass diode (Free-wheeling diode) assigned, which in the case of shading the solar cell bridged and thus prevents destruction. Alternatively, several Solar cells, for example 24 solar cells together form a bypass diode be assigned. In the case of shadowing, several fall Solar cells from, for business reasons at However, this can be useful for modification. The invention includes the Use of all conceivable and technically sensible systems.
Die Übertragung der photovoltaisch gewonnenen Energie kann über Schleifringe erfolgen, die beispielsweise im Bereich der Welle des Generators angeordnet sind. Ebenfalls denkbar ist eine Übertragung mittels Induktion. Schließlich wäre auch denkbar, dass der Generator eine zusätzliche mitdrehende Wicklung aufweist, die mit den übrigen Wicklungen des Generators in Kontakt steht. Somit kann neben der aus der Windkraft gewonnenen Energie auch die photovoltaisch gewonnene Energie in den Generator eingespeist werden. Auch wäre eine von der Windenergienutzung unabhängige Nutzung der photovoltaisch gewonnenen Energie denkbar, die nicht in den Generator eingespeist wird. The transfer of the photovoltaically obtained energy can over Slip rings are made, for example, in the area of the shaft of the generator are arranged. Transmission by means of induction is also conceivable. Finally, it would also be conceivable for the generator to have an additional one co-rotating winding, which with the other windings of the generator in Contact is there. Thus, in addition to that obtained from wind power Energy also the photovoltaically obtained energy is fed into the generator become. It would also be a use that is independent of the use of wind energy the photovoltaic energy conceivable that is not in the generator is fed.
Die nachfolgend beschriebene weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung erlaubt ein einfaches und kostengünstiges Aufstellen der Windschraube. In einem ersten Schritt wird ein Gehäuse beispielsweise aus Beton gebaut, in dem ein Generator untergebracht ist. Ausgehend vom Generator erstreckt sich dessen drehbar gelagerte Welle vertikal aus dem Gehäuse heraus und weist endseitig ein mit der Welle fest verbundenes Klappscharnier mit einem um eine horizontal zum Untergrund verlaufende Schwenkachse klappbaren Scharnierelement auf. Die Windschraube wird vollständig montiert oder in mehreren einfach zu handhabenden Einzelteilen angeliefert und dort zusammengebaut. Die Rotorwelle der Windschraube wird dann mit dem klappbaren freien Scharnierteil verbunden, beispielsweise über eine Flanschverbindung. Ein Kolben eines mit dem Gehäuse endseitig verbundenen Hydraulikzylinders wird dann anderendig mit der Rotorwelle derart verbunden, dass entweder ein Ein- oder ein Ausfahren des Kolbens ein Aufstellen der Windschraube bewirkt. Das dann geschlossene Klappscharnier wird verschraubt und somit die Windschraube entgültig fixiert. Dieses Verfahren ist ausgesprochen praktikabel, da keine Kräne oder ähnliche Aufstellhilfen benötigt werden. Dies ist insbesondere in unwegsamen Gelände von Vorteil. Auch sind Wartungsarbeiten wie beispielsweise ein Reinigen oder Austauschen der Solarzellen bzw. der Solarzellenfolie schnell und bequem durchzuführen. The further advantageous embodiment of the described below Invention allows simple and inexpensive installation of the Wind screw. In a first step, a housing made of concrete, for example built in which a generator is housed. Starting from the generator its rotatably mounted shaft extends vertically out of the housing out and has a hinged hinge firmly connected to the shaft at the end with a swivel axis running horizontally to the ground foldable hinge element. The windscrew becomes complete assembled or delivered in several easy-to-use individual parts and assembled there. The rotor shaft of the wind screw is then with the foldable free hinge part connected, for example via a Flange connection. A piston one with the housing end connected hydraulic cylinder is then otherwise with the rotor shaft connected that either retracting or extending the piston Setting up the wind screw causes. The then closed hinge will screwed and thus the wind screw finally fixed. This method is extremely practical since there are no cranes or similar installation aids are needed. This is particularly advantageous in rough terrain. Also maintenance work such as cleaning or Replacing the solar cells or the solar cell film quickly and conveniently perform.
Auch ist ein Hebelsystem zur Aufstellung der Windsschraube einsetzbar, dass nach Art einer Wippe oder Schranke funktioniert. Hierfür kann ein mit der Rotorwelle der Windschraube verbundener Träger oder Balken aus entsprechend biegefestem Material, beispielsweise einem gehärtetem Stahl, verwendet werden. Dieser ist auf einem sich auf dem Untergrund oder dem Gehäuse abstützenden Auflager gelagert. An seinem der Windschraube abgewandten Ende kann nun sukzessive Gewicht angebracht werden, sodass die Windschraube einfach und unproblematisch aufrichtbar ist. A lever system can also be used to set up the wind screw, that works like a seesaw or barrier. For this, a with of the rotor shaft of the wind screw connected carrier or beam corresponding to flex-resistant material, for example hardened steel, be used. This one is on the ground or on the Bearing supporting bearing mounted. At his the wind screw opposite end can now be successively attached weight so that the Wind screw is easy and straightforward to erect.
Ebenfalls denkbar ist ein Aufstellungssystem, dass sich eine gegenüber der angeflanschten und liegenden Rotorwelle erhöht angebrachten Rolle bzw. Scheibe, die sich an dem Gehäuse oder dem Untergrund abstützt, zunutze macht. Ein Seil, beispielsweise ein Stahlseil, ist an der Rotorwelle angeschlagen, wird über die Rolle bzw. Scheibe umgelenkt und beispielsweise von einer elektrisch betriebenen Seilwinde gezogen. Auch wäre die Verwendung eines Seilzuges möglich. Dieses System ist ebenfalls schnell und einfach zu installieren und erlaubt ein bequemes Aufrichten der Windschraube. A constellation system is also conceivable that one against the flanged and lying rotor shaft increased attached roller or Use disk that is supported on the housing or the surface makes. A rope, for example a steel rope, is on the rotor shaft struck, is redirected over the roller or disc and for example by an electrically operated winch. The use would also be a cable pull possible. This system is quick and easy too install and allows a comfortable erection of the wind screw.
Die oben aufgeführten Ausführungsbeispiele stellen nur einen kleinen Ausschnitt der sich für das erfindungsgemäße Verfahren ergebenden Möglichkeiten dar. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale sind in der Figurenbeschreibung und den Unteransprüchen enthalten. The exemplary embodiments listed above represent only a small one Section of the resultant for the inventive method Possibilities. Further advantageous design features are in the Description of the figures and the subclaims included.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Windschraube mit Aufrichtmechanismus in Seitenansicht, Fig. 1 is a schematic representation of a wind propeller according to the invention with righting mechanism in side view,
Fig. 2 einen Querschnitt einer Windschraube gemäß Schnittlinie I-I, Fig. 2 shows a cross section of a wind propeller according to section line II,
Fig. 3 ein Schaltbild einer Solarzelle mil Bypassdiode, Fig. 3 is a circuit diagram of a solar cell mil bypass diode,
Fig. 4 ein Schaltbild eines Solarzellenstranges mit Bypassdiode. Fig. 4 is a circuit diagram of a solar cell string with a bypass diode.
Fig. 1 zeigt einen Windkraftkonverter 10 im vormontierten Zustand 10a und im aufgestellten Zustand 10b. Der Windkraftkonverter 10 weist eine erfindungsgemäße Windschraube 12 mit einer um ihre Längsachse drehbar gelagerten Rotorwelle 14. Zwei Rotorflügel 16 erstrecken sich entlang der Rotorwelle 14 und sind mit dieser verbunden. Dabei sind die beiden Rotorflügel 16 jeweils derart um die Rotorwelle 14 in sich verwunden, dass sich insgesamt etwa die Form einer Helix ergibt. Dies wird auch aus Fig. 2 deutlich, die einen Querschnitt gemäß der in Fig. 1 eingezeichneten Schnittlinie I-I zeigt. Fig. 1 shows a wind power converter 10 in the pre-assembled state 10 a and 10 b in the installed state. The wind power converter 10 has a wind screw 12 according to the invention with a rotor shaft 14 rotatably mounted about its longitudinal axis. Two rotor blades 16 extend along the rotor shaft 14 and are connected to it. The two rotor blades 16 are each twisted around the rotor shaft 14 in such a way that the overall shape is approximately a helix. This is also clear from FIG. 2, which shows a cross section according to the section line II drawn in FIG. 1.
Die Rotorflügel 16 bieten Wind eine Angriffsfläche, bremsen diesen ab und wandeln dessen kinetische Energie in eine Drehbewegung der Windschraube 12 bzw. der Rotorwelle 14 um. Durch die besondere Ausformung der Rotorflügel 16 wird erreicht, dass diese dem Wind aus jeder Windrichtung eine Angriffsfläche bieten, sie müssen also nicht in den Wind gedreht bzw. auf die Windrichtung eingestellt werden. The rotor blades 16 offer wind an area of attack, brake it and convert its kinetic energy into a rotary movement of the wind screw 12 or the rotor shaft 14 . The special shape of the rotor blades 16 ensures that they offer the wind an attack surface from any wind direction, so they do not have to be turned into the wind or adjusted to the wind direction.
Grundsätzlich ist auch die Verwendung nur eines oder auch mehrerer Rotorflügel 16 möglich. Basically, the use of only one or more rotor blades 16 is also possible.
In einem Gehäuse 18 ist ein Generator 20 untergebracht, dessen Welle 22 sich durch eine Öffnung 24 vertikal nach oben durch ein Dach 26 des Gehäuses 18 erstreckt. Die Welle 22 ist über ein unteres Lager 30 an einem Boden 28 des Gehäuses 18 und ein oberes Lager 32 im Dach 26 des Gehäuses 18 drehbar gelagert. Das Gehäuse 18 kann aus beliebigen Materialen gefertigt sein (z. B. Mauerwerk, Kunststoff, Holz oder ähnliches). Je nach Größe kann das Gehäuse 18 auch aus Stahlbeton unmittelbar vor Ort gegossen oder aus Stahlbetonfertigteilen hergestellt werden. Der Generator 20 ist in dem Gehäuse 18 gegen korrodierende Atmosphären geschützt, wodurch Wartungsintervalle verlängert werden. Entsprechend sind dann langfristig auch weniger Ersatzteile notwendig. Der Generator 20 ist am Boden zugänglich und kann jederzeit ohne Hilfsmittel, wie Kräne o. ä. gewartet werden. Die bei Horizontalachsenkonvertern aufgrund des in der Höhe angeordneten Generators 20 erheblichen Wartungskosten können also deutlich verringert werden. A generator 20 is accommodated in a housing 18 , the shaft 22 of which extends vertically upward through an opening 24 through a roof 26 of the housing 18 . The shaft 22 is rotatably mounted on a bottom 28 of the housing 18 and an upper bearing 32 in the roof 26 of the housing 18 via a lower bearing 30 . The housing 18 can be made of any materials (e.g. masonry, plastic, wood or the like). Depending on the size, the housing 18 can also be cast from reinforced concrete directly on site or manufactured from prefabricated reinforced concrete parts. The generator 20 is protected in the housing 18 against corrosive atmospheres, which extends maintenance intervals. Accordingly, fewer spare parts are required in the long term. The generator 20 is accessible on the ground and can be serviced at any time without aids, such as cranes or the like. The considerable maintenance costs for horizontal axis converters due to the height of the generator 20 can thus be significantly reduced.
Je nach örtlichen Gegebenheiten, beispielsweise in Gegenden mit ausgesprochen geringem Niederschlag, kann aber auch auf das Gehäuse 18 auch gänzlich verzichtet werden. Depending on local conditions, for example in areas with extremely low rainfall, the housing 18 can also be dispensed with entirely.
Die Welle 22 weist an ihrem aus dem Gehäuse 18 herausragenden Ende ein Klappscharnier 34 mit einem um eine horizontal zum Untergrund verlaufende Schwenkachse klappbaren Scharnierelement 36 auf. Die Windschraube 12 wird in mehreren einfach zu handhabenden Einzelteilen angeliefert und dort zusammengebaut. Die Rotorwelle 14 der Windschraube 12 wird dann mit dem klappbaren freien Scharnierelement 36 verbunden, beispielsweise über eine Flanschverbindung, sodass die sich Windschraube 12 in einem vormontierten Zustand 10a befindet. At its end protruding from the housing 18, the shaft 22 has a folding hinge 34 with a hinge element 36 which can be folded about a pivot axis running horizontally to the surface. The wind screw 12 is delivered in several easy-to-use individual parts and assembled there. The rotor shaft 14 of the wind screw 12 is then connected to the foldable free hinge element 36 , for example via a flange connection, so that the wind screw 12 is in a preassembled state 10 a.
Vorteilhafterweise ist an dem Gehäuse 18 ein Hubkolben 38 angebracht, dessen ein- und ausfahrbarer Kolben 40 nun derart mit der Rotorwelle 14 verbunden wird, dass ein Ausfahren des Kolbens ein Aufrichten der Windschraube 12 bewirkt. Die Verwendung des Hubkolbens 38, vorzugsweise eines Hydraulikzylinders, ermöglicht ein schnelles und einfaches Aufrichten der Windschraube 12 in den aufgestellten Zustand 10b. In dieser Position wird das Klappscharnier 34 verschraubt, wodurch die Windschraube 12 endgültig fixiert ist. Entsprechend einfach sind auch Wartungsarbeiten oder der Abbau der Windschraube 12 durchzuführen. Nach Lösen des Klappscharniers 34 ist lediglich der Kolben 40 des Hubkolbens 38 einzufahren. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist für den Antrieb des (Hydraulik)Hubkolbens 38 eine Hydraulikpumpe 41 vorgesehen. Der Hubkolben 38 kann sich auch an einem Fahrzeug abstützen, sodass auf eine Verbindung mit dem Gehäuse 18 verzichtet werden kann. Das Fahrzeug müsste dann entsprechend unter oder neben der Windschraube 12 positioniert werden. A lifting piston 38 is advantageously attached to the housing 18 , the retractable and extending piston 40 of which is now connected to the rotor shaft 14 in such a way that extending the piston causes the wind screw 12 to be raised . The use of the lifting piston 38 , preferably a hydraulic cylinder, enables the wind screw 12 to be erected quickly and easily into the installed state 10 b. In this position, the folding hinge 34 is screwed, whereby the wind screw 12 is finally fixed. Maintenance work or the dismantling of the wind screw 12 are correspondingly simple to carry out. After loosening the hinged hinge 34 , only the piston 40 of the lifting piston 38 has to be retracted. In the exemplary embodiment shown, a hydraulic pump 41 is provided for driving the (hydraulic) lifting piston 38 . The reciprocating piston 38 can also be supported on a vehicle, so that a connection to the housing 18 can be dispensed with. The vehicle would then have to be positioned below or next to the wind screw 12 .
Die Windschraube 12 ist zumindest teilweise, vorzugsweise vollflächig mit Solarzellen 42 beschichtet. Hierbei bieten sich aufgrund der gekrümmten Oberfläche der Windschraube 12 Folien-Solarzellen an, die biegsam bzw. flexibel, ausgesprochen dünn und damit sehr leicht sind. Beispielsweise können Halbleiter-Dünnschichten aus Kupfer, Indium, Gallium oder Selen (CIGS) auf Kunststofffolien aufgedampft werden. Die Erfindung ist aber nicht auf genau diese Art der Folien-Solarzellen beschränkt, sondern umfasst alle für eine Beschichtung der Windschraube 12 geeigneten und photovoltaisch nutzbaren Materialien. The wind screw 12 is at least partially, preferably completely, coated with solar cells 42 . Due to the curved surface of the wind screw, 12 foil solar cells are available that are flexible or flexible, extremely thin and therefore very light. For example, semiconductor thin layers made of copper, indium, gallium or selenium (CIGS) can be vapor-deposited on plastic films. However, the invention is not limited to exactly this type of foil solar cell, but rather includes all materials suitable for coating the wind screw 12 and which can be used photovoltaically.
Um eine Beschädigung evtl. abgedeckter oder aus anderen Gründen nicht ausreichender Solarzellen 42 zu vermeiden, ist erfindungsgemäß die Nutzung von Bypassdioden 44 vorgesehen. Die Fig. 3 und 4 verdeutlichen beispielhaft eine derartige vorteilhafte Verschaltung einzelner Solarzellen 42 (Fig. 3) bzw. eines Solarstranges (Fig. 4). Die Bypassdiode 44 ist antiparallel zur Solarzelle 42 bzw. zum Solarstrang 46 geschaltet und überbrückt diese im Falle der Abschattung. Sind mehrere Solarzellen 42 gemeinsam einer Bypassdiode 44 zugeordnet (beispielsweise 24 Solarzellen 42) fallen zwar im Falle der Abschattung gleich mehrere Solarzellen 42 aus, aus betriebswirtschaftlichen Erwägungen kann dies jedoch dennoch sinnvoll sein. In order to avoid damage to solar cells 42 that may be covered or not sufficient for other reasons, the use of bypass diodes 44 is provided according to the invention. FIGS. 3 and 4 illustrate by way of example such advantageous connection of the individual solar cells 42 (FIG. 3) or a solar strand (Fig. 4). The bypass diode 44 is connected antiparallel to the solar cell 42 or to the solar string 46 and bridges these in the case of shadowing. 42 are jointly associated with a bypass diode 44 a plurality of solar cells, although (for example, 24 solar cells 42) fall in the case of shading equal plurality of solar cells 42, but for economic reasons this may still be worthwhile.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst jegliche, im Sinne der Erfindung wirkenden und sich die Erfindung zunutze machenden Systeme. Insbesondere ist die Erfindung nicht auf Windschrauben beschränkt, sondern umfasst alle Arten von Windkraftkonvertern. The invention is not based on the illustrated embodiments limited, but includes any, acting within the meaning of the invention and systems utilizing the invention. In particular, the Invention is not limited to windscrews, but includes all types of Wind power converters.
Claims (15)
zum Aufrichten der Windschraube (12) deren Rotorwelle (14) mit ihrem der Windschraube (14) abgewandten Ende über ein geöffnetes klappbares Scharnierelement (36) eines Klappscharniers (34), das an einem freien Ende der Welle (22) angeordnet ist, im liegenden Zustand verbunden wird, dann
die Windschraube (12) aufgerichtet wird, bis das Klappscharnier (36) geschlossen ist und die Windschraube in der gewünschten Position, vorzugsweise vertikal zum Untergrund, ausgerichtet ist, dann
das Klappscharnier (36) gegen ungewolltes Öffnen gesichert wird. 12. A method for erecting the wind screw ( 12 ) of a wind power converter ( 10 ) according to one of claims 1 to 11, characterized in that
to erect the wind screw ( 12 ) whose rotor shaft ( 14 ) with its end facing away from the wind screw ( 14 ) lies over an open foldable hinge element ( 36 ) of a folding hinge ( 34 ) which is arranged at a free end of the shaft ( 22 ) State is connected, then
the wind screw ( 12 ) is raised until the folding hinge ( 36 ) is closed and the wind screw is aligned in the desired position, preferably vertically to the ground, then
the hinged hinge ( 36 ) is secured against unintentional opening.
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| DE10212354A DE10212354A1 (en) | 2002-03-20 | 2002-03-20 | Combined solar-wind power generator with wind propeller for converting wind into electric energy, with solar cells fitted to rotor blade surfaces, at least partly |
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-
2002
- 2002-03-20 DE DE10212354A patent/DE10212354A1/en not_active Withdrawn
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Legal Events
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| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |