DE29601647U1

DE29601647U1 - Windkraftanlage

Info

Publication number: DE29601647U1
Application number: DE29601647U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-01-31
Filing date: 1996-01-31
Publication date: 1996-03-14
Anticipated expiration: 2006-02-01

Description

SF/br-G 4296

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Windkraftanlage mit mindestens einem bevorzugt auf einem Mast oder Turm angeordneten, um eine horizontale Achse drehbaren und mehrere Flügel aufweisenden Rotor, der eine Kraftanlage, insbesondere einen elektrischen Generator antreibt.

Windkraftanlagen sind an sich seit langem bekannt, auch zur Energieerzeugung mittels elektrischer Generatoren. In letzter Zeit gewinnen sie zunehmend an Bedeutung, da die verwendete Energiequelle praktisch unerschöpflich ist und die Beeinträchtigung der Umwelt im Vergleich zu mit fossilen oder Kernbrennstoffen arbeitenden Kraftanlagen sehr gering ist.

Bei modernen Anlagen reichen zwar auch geringere Windstärken für einen wirtschaftlichen Betrieb der Anlagen aus, da der Wirkungsgrad solcher Anlagen, insbesondere auch durch Verwendung von Rotoren mit großem Flügeldurchmesser erhöht werden konnte. Die hierfür notwendigen Materialien sind allerdings verhältnismäßig teuer. Zudem müssen bei großen Rotoren entsprechend große Massen bewegt werden. Windkraftanlagen werden daher weiterhin primär in Gebieten mit starkem und dauerhaftem Wind eingesetzt, wie beispielsweise in Küstenregionen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Windkraftanlage anzugeben, deren Windausnutzung verbessert ist, ohne die Kosten zu sehr ansteigen zu lassen, und die daher auch bei geringeren Windstärken wirtschaftlich betreibbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Windkraftanlage der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß vor der dem Wind zugewandten Seite der Rotoren eine trichterförmige Windleitvorrichtung angeordnet ist, deren vor den Rotoren mündende Windaustritts-

seite einen kleinen Öffnungsquerschnitt aufweist und deren davon abgewandte Windeintrittsseite einen demgegenüber größeren Öffnungsquerschnitt aufweist.

Durch die trichterförmige Windleitvorrichtung vor den Rotoren wird die auf die Rotoren wirkende Windmenge vergrößert, so daß die erfindungsgemäße Windkraftanlage auch bei geringeren Windstärken als herkömmliche Windkraftanlagen betreibbar ist. Die trichterförmige Windleitvorrichtung sammelt nicht nur aufgrund des großen Querschnitts die vorhandenen Luftströmungen und konzentriert sie auf die Propeller, sondern die Windgeschwindigkeit erhöht sich darüber hinaus aufgrund des sich zur Austrittsseite des Trichters hin verjüngenden Öffnungsquerschnitts, woraus sich eine weiter erhöhte Windkraftwirkung ergibt. Die Rotoren laufen dadurch schneller, so daß bereits bei geringeren Windgeschwindigkeiten Energie erzeugt werden kann.

Die Windleitvorrichtung kann im Prinzip eine beliebige Querschnittsform aufweisen. Beispielsweise kann sie im Querschnitt kreisförmig, rechteckig oder quadratisch sein.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Rotoren der Windkraftanlage in einem rohrförmigen Windleitkanal angeordnet, der an die trichterförmige Windleitvorrichtung anschließt. Die Konzentration der eingefangenen Luftströmungen auf die Rotoren wird hierdurch weiter verbessert. Insbesondere wird ein Wiederaufweiten des Luftstromes verhindert.

Der Öffnungswinkel der trichterförmigen Windleitvorrichtung ist bevorzugt verstellbar ausgebildet, wobei insbesondere Mittel vorhanden sind, durch die der Öffnungswinkel in Abhängigkeit von der Windstärke verstellbar ist. Bei kleinen Windstärken ist so ein maximaler Öffnungswinkel einstellbar, während bei großen Windstärken der Öffnungswinkel verkleinert

werden kann, um eine mögliche Beschädigung der Anlage zu verhindern. Grundsätzlich kann der Öffnungswinkel aber auch fest sein.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Rotorflügel um ihre Längsachse verdrehbar, wobei insbesondere Mittel vorgesehen sind, durch die der Drehwinkel der Flügel um ihre Längsachse in Abhängigkeit von der Windstärke einstellbar ist. Auf diese Weise ist eine optimale Anpassung der Windkraftanlage an die herrschenden Windverhältnisse möglich. Grundsätzlich sind aber auch nicht verdrehbare Rotorflügel geeignet.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind auf der Rotorachse zwei Rotoren mit zueinander in Rotationsrichtung versetzt angeordneten Flügeln vorhanden. Durch diese Ausgestaltung kann der Wirkungsgrad der Anlage erhöht werden, da die eingefangenen und durch die trichterförmige Windleitvorrichtung konzentrierten Luftströmungen quasi doppelt ausgenutzt werden. Selbstverständlich können grundsätzlich mehr als zwei Rotoren auf der Rotorachse angeordnet sein, um einen noch größeren Anteil der Windkraft auszunutzen.

Um die Anlage stets in optimaler Position zur Windrichtung anordnen zu können, sind die Rotoren mit Windleitkanal und trichterförmiger Windleitvorrichtung bevorzugt um eine vertikale Achse verschwenkbar. Die Mittel zum Verschwenken in Abhängigkeit von der Windrichtung können dabei aus einem Luftwiderstandselement bestehen, welches auf der der Windleitvorrichtung abgewandten Seite der Windkraftanlage und insbesondere auf dem Windleitkanal angeordnet und mit der Windleitvorrichtung drehfest verbunden ist. Die Verstellung kann aber auch über einen motorischen Antrieb erfolgen, der entsprechend einer festgestellten Windrichtung angesteuert wird.

In allen Fällen ermöglicht das Verschwenken der Vorrichtung eine optimale Ausnutzung der Windkraft auch bei wechselnder Windrichtung. Insgesamt erhöhen sich dadurch die Leistungsfähigkeit und die Wirtschaftlichkeit der Anlage.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Es zeigen, jeweils in schematischer Darstellung,

Figur 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen

Windkraftanlage und

Figur 2 eine Draufsicht auf die Windeintrittsseite

der erfindungsgemäßen Windleitvorrichtung.

Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Windkraftanlage mit einem Mast 1, an dessen oberem Ende zwei auf einer horizontalen Rotorachse 2 angeordnete Rotoren 3 und 4 vorhanden sind. Die beiden Rotoren 3 und 4 sind dabei jeweils an einem der beiden Enden der Rotorachse 2 angebracht, während der mittlere Abschnitt der Rotorachse 2 von einem Generator 5 umgeben ist, welcher durch die Bewegung der Rotorachse 2 angetrieben wird.

Der Generator 5 ist seinerseits mittels radialer Streben 6 in einem rohrförmigen Windleitkanal 7 zentral gehalten, welcher horizontal ausgerichtet ist und die Rotoren 6 und 7 in geringem Abstand umgibt.

Der Windleitkanal 7 ist über ein Lager auf dem Mast 1 um dessen vertikale Längsachse 9 verschwenkbar gelagert. Auf einer Öffnungsseite des Windleitkanals 7 schließt an diesen eine trichterförmige Windleitvorrichtung 10 mit ihrer einen kleinen Öffnungsquerschnitt aufweisenden Windaustrittsseite 11

an, während die einen demgegenüber größeren Öffnungsquerschnitt aufweisende Windeintrittsseite 12 von den Rotoren 3, 4 wegweist. Auf der Oberseite des Windleitkanals 7 ist eine Luftwiderstandsvorrichtung 13 angebracht, über welche der Windleitkanal 7 um die Längsachse 9 des Mastes 1 durch Windkraft verschwenkbar ist.

In Figur 2 sind die unterschiedlichen Querschnitte der Windeintrittsseite 12 und der Windaustrittsseite 11 der Windleitvorrichtung 10 erkennbar. Ebenso ist in Figur 2 erkennbar, daß die Flügel 14 und 15 der beiden Rotoren 3 und 4 in Rotationsrichtung zueinander versetzt auf der Rotorachse 2 angeordnet sind. Wie man sieht, werden die Luftströmungen durch die Windleitvorrichtung 10 auf die auf der Rotorachse 2 angeordneten Rotoren 3 und 4 konzentriert.

Der Öffnungswinkel der Windleitvorrichtung 10 kann durch hier nicht dargestellte Mittel in Abhängigkeit von der Windstärke verstellbar sein. Ebenso kann der Drehwinkel der Flügel 14 und 15 der Rotoren 3 und 4 um ihre Längsachse in Abhängigkeit von der Windstärke verstellbar sein.

Über die Windeintrittsöffnung 12 der Windleitvorrichtung 10 wird Wind in Richtung des Pfeils 16 in die erfindungsgemäße Anlage geleitet, wobei die den Wind ausmachenden Luftströmungen auf die beiden Rotoren 3 und 4 konzentriert und dabei beschleunigt werden. Die Luft tritt an der Windaustrittsseite 11 der Windleitvorrichtung 10 in den Windleitkanal 7 über, durchströmt den Windleitkanal 7, wobei sie die Rotoren 3 und 4 antreibt und tritt auf der anderen Seite des Windleitkanals 7 aus der Anlage wieder aus. Dreht der Wind, so wirkt auf das Luftwiderstandselement 13 eine Kraft, die das Luftwiderstandselement 13 solange um die Längsachse 9 des Mastes 1 verschwenkt bis die Anlage wieder auf die Windrichtung gemäß Pfeil 16 ausgerichtet ist.

Durch die erfindungsgemäße Windkraftanlage werden vorhandene Luftströmungen optimal ausgenutzt, so daß die Anlage auch bei kleinen Windstärken einsetzbar ist und daher nicht nur in Gebieten mit häufigen und starken Winden wirtschaftlich betrieben werden kann. Die Anlage erlaubt damit einen breiteren Einsatz von Windkraftanlagen.

SF/br-G 4296

BezuQSzeichenliste

1	Mast
2	Rotorachse
3	Rotor
4	Rotor
5	Generator
6	Befestigungsstrebe
7	Windleitkanal
8	Lager
9	Längsachse von 1
10	Windleitvorrichtung
11	Windaustrittsseite
12	Windeintrittsseite
13	Luftwiderstandselement
14	Flügel
15	Flügel
16	Pfeil

Claims

SF/br-G 4296 Schutzansprüche

1. Windkraftanlage mit mindestens einem bevorzugt auf einem Mast oder Turm angeordneten, um eine horizontale Achse drehbaren und mehrere Flügel aufweisenden Rotor, der eine Kraftanlage, insbesondere einen elektrischen Generator antreibt,

dadurch gekennzeichnet , daß vor der dem Wind zugewandten Seite der Rotoren (3, 4) eine trichterförmige Windleitvorrichtung (10) angeordnet ist, deren vor den Rotoren (3, 4) mündende Windaustrittsseite (11) einen kleinen Öffnungsquerschnitt aufweist und deren davon abgewandte Windeintrittsseite (12) einen demgegenüber größeren Öffnungsquerschnitt aufweist.

2. Windkraftanlage nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet , daß die Rotoren (3, 4) in einem rohrförmigen Windleitkanal (7) angeordnet sind, der an die trichterförmige Windleitvorrichtung (10) anschließt.

3. Windkraftanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der öffnungswinkel der trichterförmigen Windleitvorrichtung (10) verstellbar ist.

4. Windkraftanlage nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet , daß Mittel vorhanden sind, durch die der Öffnungswinkel in Abhängigkeit von der Windstärke verstellbar ist.

5. Windkraftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Flügel (14, 15) der Rotoren (3, 4) um ihre Längsachse verdrehbar sind.

6. Windkraftanlage nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorhanden sind, durch die der Drehwinkel der Flügel (14, 15) um ihre Längsachse in Abhängigkeit von der Windstärke einstellbar ist.

7. Windkraftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß auf der Rotorachse (2) zwei Rotoren (3, 4) mit in Rotationsrichtung zueinander versetzten Flügeln (14, 15) angeordnet sind.

8. Windkraftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Rotoren (3, 4), der Windleitkanal (7) und die Windleitvorrichtung (10) um eine vertikale Achse (9) verschwenkbar sind.

9. Windkraftanlage nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet , daß Mittel vorhanden sind, durch die die Rotoren (3, 4), der Windleitkanal (7) und die Windleitvorrichtung (10) in Abhängigkeit von der Windrichtung verschwenkbar sind.

10. Windkraftanlage nach Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet , daß auf der der Windleitvorrichtung (10) abgewandten Seite der Windkraftanlage ein mit der Windleitvorrichtung (10) drehfest verbundenes Luftwiderstandselement (13) vorgesehen ist.

11. Windkraftanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß das Luftwiderstandselement (10) auf der Oberseite des Windleitkanals (7) angeordnet ist.