BE1031007B1 - Electricity generator assembly - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un ensemble générateur d’électricité à partir de plusieurs sources d’énergie renouvelable comportant une éolienne associée à au moins une machine tournante générant de l’électricité, éolienne qui à son tour comporte une roue à aubes (1) qui est montée sur un arbre de rotation (7) et qui est associée à un concentrateur de vent (20) au moins partiellement annulaire, éventuellement réglable en position, qui comporte des parois de guidage (25) éventuellement réglables agencées autour de ladite roue à aubes (1), entre deux plateaux annulaires opposés (31,33), essentiellement perpendiculairement à ceux-ci, et la surface intérieure (35) du plateau annulaire (31) exposée au soleil et/ou les surfaces exposées au soleil des parois de guidage (25) du concentrateur (20) étant au moins partiellement recouvertes de cellules photovoltaïques (36,26).The present invention relates to an electricity generator assembly from several renewable energy sources comprising a wind turbine associated with at least one rotating machine generating electricity, wind turbine which in turn comprises a paddle wheel (1) which is mounted on a rotation shaft (7) and which is associated with an at least partially annular wind concentrator (20), optionally adjustable in position, which comprises optionally adjustable guide walls (25) arranged around said impeller ( 1), between two opposing annular plates (31,33), essentially perpendicular thereto, and the interior surface (35) of the annular plate (31) exposed to the sun and/or the surfaces exposed to the sun of the guide walls ( 25) of the concentrator (20) being at least partially covered with photovoltaic cells (36,26).
Description
1 BE2023/54821 BE2023/5482
Ensemble générateur d’électricitéElectricity generator assembly
[0001] La présente invention est relative à un ensemble générateur d’électricité à partir de diverses sources d’énergie renouvelable.[0001] The present invention relates to an electricity generating assembly from various renewable energy sources.
[0002] La génération d’énergie électrique à partir de sources d’énergies renouvelables est un domaine qui concentre énormément d'efforts ces dernières années. Dans le cadre des machines rotatives permettant de générer du courant électrique à l’aide du vent, on distingue les éoliennes à axe de rotation parallèle à la direction du vent et les éoliennes à axe de rotation transversale, de préférence essentiellement perpendiculaire , à la direction du vent qui l’anime. Si les premières sont de plus en plus grandes, peuvent de nos jours générer jusqu’à plus de 300 MW et sont parfois regroupées en champs de plusieurs dizaines de machines, notamment en haute mer, les deuxièmes ont connu un essor moins important mais ont néanmoins tout leur intérêt dans de plus petites installations.[0002] The generation of electrical energy from renewable energy sources is an area which has focused a great deal of effort in recent years. In the context of rotating machines making it possible to generate electric current using the wind, a distinction is made between wind turbines with an axis of rotation parallel to the direction of the wind and wind turbines with a transverse axis of rotation, preferably essentially perpendicular, to the direction of the wind that animates it. If the first are increasingly larger, can nowadays generate up to more than 300 MW and are sometimes grouped in fields of several dozen machines, particularly on the high seas, the second have experienced less significant growth but have nevertheless all their interest in smaller installations.
[0003] Parmi les éoliennes à axe de rotation perpendiculaire à la direction du vent, on connaît notamment les roues à aubes. La roue à aubes peut être associée à un concentrateur de vent au moins partiellement annulaire, éventuellement réglable en position, qui comporte des parois de guidage éventuellement réglables agencées autour de la roue à aubes, entre deux plateaux annulaires et qui servent à guider et concentrer le vent avant qu’il n’impacte les aubes de la roue à aubes, et éventuellement à faciliter la sortie des vents après avoir entrainé la roue à aubes. On citera notamment WO2004/063565 ou WO2004/018872 ou encore WO2012/026879. Pour des roues à aubes associées à un concentrateur de vent, on se réfèrera aussi aux documents suivants :[0003] Among wind turbines with an axis of rotation perpendicular to the direction of the wind, paddle wheels are particularly known. The impeller can be associated with an at least partially annular wind concentrator, optionally adjustable in position, which comprises optionally adjustable guide walls arranged around the impeller, between two annular plates and which serve to guide and concentrate the wind before it impacts the blades of the paddle wheel, and possibly to facilitate the exit of the winds after having driven the paddle wheel. We will cite in particular WO2004/063565 or WO2004/018872 or even WO2012/026879. For paddle wheels associated with a wind concentrator, we will also refer to the following documents:
US5380149, US2012/025870, WO2010/098656, FR3046817, WO2017/081496 et BE-1029739-B1.US5380149, US2012/025870, WO2010/098656, FR3046817, WO2017/081496 and BE-1029739-B1.
[0004] On connaît aussi les panneaux photovoltaïques qui transforment l’énergie lumineuse en énergie électrique. De nombreuses surfaces de toitures en sont aujourd’hui pourvues.[0004] We also know photovoltaic panels which transform light energy into electrical energy. Many roof surfaces are now equipped with them.
[0005] La présente invention vise à fournir un ensemble générateur d’électricité à partir de plusieurs sources d’énergies renouvelables.[0005] The present invention aims to provide an electricity generator assembly from several renewable energy sources.
[0006] Selon l’invention, l’ensemble générateur d’électricité à partir de plusieurs sources d'énergie renouvelable comporte une éolienne qui à son tour comporte une roue à aubes qui est[0006] According to the invention, the electricity generator assembly from several renewable energy sources comprises a wind turbine which in turn comprises a paddle wheel which is
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2 BE2023/5482 montée sur un arbre de rotation et qui est associée à un concentrateur de vent au moins partiellement annulaire, éventuellement réglable en position, qui comporte des parois de guidage éventuellement réglables agencées autour de ladite roue à aubes, entre deux plateaux annulaires opposés, essentiellement perpendiculairement à ceux-ci, et la surface intérieure du plateau annulaire exposée au soleil et/ou les surfaces exposées au soleil des parois de guidage du concentrateur étant au moins partiellement recouvertes de cellules photovoltaïques.2 BE2023/5482 mounted on a rotation shaft and which is associated with an at least partially annular wind concentrator, possibly adjustable in position, which comprises optionally adjustable guide walls arranged around said impeller, between two opposite annular plates , essentially perpendicular thereto, and the interior surface of the annular plate exposed to the sun and/or the surfaces exposed to the sun of the guide walls of the concentrator being at least partially covered with photovoltaic cells.
[0007] Les éléments ou plateaux annulaires peuvent présenter diverses formes. Ils peuvent être plans ou l’un au moins présenter une paroi ou surface intérieure s’écartant du plan de symétrie de la roue à aubes en s’éloignant de l'axe de symétrie de l’élément ou plateau annulaire. Cet agencement permet d’augmenter la concentration du vent entrant ou, exprimé différemment, d'augmenter la vitesse du vent en direction des aubes de la roue à aubes, et ainsi d’augmenter la puissance et d'améliorer les performances de celle-ci dans la production électrique.[0007] The annular elements or plates can have various shapes. They can be planar or at least one have an interior wall or surface deviating from the plane of symmetry of the impeller by moving away from the axis of symmetry of the element or annular plate. This arrangement makes it possible to increase the concentration of the incoming wind or, expressed differently, to increase the speed of the wind towards the blades of the impeller, and thus to increase the power and improve the performance thereof. in electricity production.
[0008] Selon une forme d’exécution, ladite surface intérieure d’un plateau annulaire est essentiellement plane. Dans ce cas, elle forme une surface tronconique sur le pourtour de la roue à aubes. Selon une autre forme d’exécution, elle peut être courbe, à la manière d’un pavillon de trompette. Dans les deux cas, on crée sur le pourtour de la roue à aubes des cellules ayant une section de captage de vent significativement accrue par rapport à la section de passage du vent dans la roue aubes. La section de captage est aussi accrue par rapport à la section de captage d’un concentrateur connu ayant des surfaces externes essentiellement ou approximativement dans le plan des surfaces externes de la roue à aubes.[0008] According to one embodiment, said interior surface of an annular plate is essentially flat. In this case, it forms a frustoconical surface around the periphery of the impeller. According to another form of execution, it can be curved, like a trumpet bell. In both cases, cells are created around the periphery of the blade wheel having a significantly increased wind collection section compared to the wind passage section in the blade wheel. The collection section is also increased compared to the collection section of a known concentrator having external surfaces essentially or approximately in the plane of the external surfaces of the impeller.
[0009] La combinaison de la génération électrique par la machine tournante et de la génération électrique par cellules photoélectriques selon l’invention permet d’accroître la production électrique d’une machine donnée. L’agencement selon l’invention est efficace puisqu'il s’approvisionne de deux sources énergétiques renouvelables, le vent et le soleil. On sait que la plupart du temps l’une des deux sources est opérationnelle lorsque l’autre ne l’est pas ou moins et, de ce fait, la période de fonctionnement ou de génération d’énergie électrique de l’ensemble générateur d’électricité de l'invention est accrue.[0009] The combination of electrical generation by the rotating machine and electrical generation by photoelectric cells according to the invention makes it possible to increase the electrical production of a given machine. The arrangement according to the invention is efficient since it is supplied by two renewable energy sources, the wind and the sun. We know that most of the time one of the two sources is operational when the other is not or less so and, therefore, the period of operation or generation of electrical energy of the generator assembly electricity of the invention is increased.
[0010] La roue à aubes peut être agencée horizontalement (l’axe étant essentiellement vertical) ou verticalement (l’axe étant essentiellement horizontal). Dans les deux cas, l’axe ou arbre de rotation est avantageusement essentiellement perpendiculaire à la direction du vent.The impeller can be arranged horizontally (the axis being essentially vertical) or vertically (the axis being essentially horizontal). In both cases, the axis or shaft of rotation is advantageously essentially perpendicular to the direction of the wind.
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3 BE2023/54823 BE2023/5482
[0011] La roue à aubes peut avantageusement être associée à au moins une machine tournante génératrice de courant électrique. Selon une forme d’exécution avantageuse, ladite au moins une machine génératrice électrique est montée sur l’arbre de la roue à aubes.[0011] The paddle wheel can advantageously be associated with at least one rotating machine generating electric current. According to an advantageous embodiment, said at least one electric generating machine is mounted on the shaft of the paddle wheel.
[0012] Selon une autre forme d’exécution avantageuse, une machine tournante génératrice électrique est montée sur l’arbre de la roue à aubes de chaque côté de celle-ci. Cet agencement permet d’équilibrer au mieux les charges et/ou sollicitations agissant sur l’arbre de la roue à aubes et ainsi de réduire l’usure des paliers et roulements entrainant des frictions et réduisant ainsi le rendement de la machine.[0012] According to another advantageous embodiment, a rotating electric generating machine is mounted on the shaft of the paddle wheel on each side thereof. This arrangement makes it possible to better balance the loads and/or stresses acting on the paddle wheel shaft and thus reduce the wear of the bearings and bearings causing friction and thus reducing the efficiency of the machine.
[0013] Selon une forme d’exécution avantageuse, plusieurs roues à aubes sont montées sur un même arbre de rotation et une machine tournante génératrice d'électricité est montée à chacune des deux extrémités de l’arbre de rotation et éventuellement entre deux roues à aubes. Un tel ensemble générateur d’électricité permet de regrouper avantageusement plusieurs roues à aubes sur un même axe de rotation de façon bien équilibrée et de produire du courant électrique avec de bons rendements.[0013] According to an advantageous embodiment, several impellers are mounted on the same rotation shaft and a rotating machine generating electricity is mounted at each of the two ends of the rotation shaft and possibly between two impellers. blades. Such an electricity generator assembly makes it possible to advantageously group several paddle wheels on the same axis of rotation in a well-balanced manner and to produce electric current with good efficiency.
[0014] Un tel ensemble générateur d’électricité peut être agencé dans une structure de support surmontée d’une toiture. Cette dernière peut être formée par ou couverte de panneaux photovoltaïques. Cet ensemble générateur d’électricité est particulièrement efficace.[0014] Such an electricity generator assembly can be arranged in a support structure topped by a roof. The latter can be formed by or covered with photovoltaic panels. This electricity generator assembly is particularly efficient.
[0015] Il est bien entendu que dans le cadre de la présente invention, les termes « vertical » et « horizontal » au singulier et au pluriel ont la signification habituelle, l’objet étant en position normale de montage et/ou d'utilisation. De façon similaire, lorsqu’on parle de surface exposée au soleil, on entend les surfaces exposées au soleil lorsque l’objet est en position normale d'utilisation.[0015] It is understood that in the context of the present invention, the terms “vertical” and “horizontal” in the singular and plural have the usual meaning, the object being in the normal assembly and/or use position. . Similarly, when we talk about surface exposed to the sun, we mean surfaces exposed to the sun when the object is in the normal position of use.
[0016] Si l’objet de l'invention est bien tel que décrit ci-dessus, il ne concerne pas les parois de guidage ou aubes, ni leur position, ni leur forme, ni leur constitution. L'homme de l’art est certes en mesure de sélectionner les aubes de la roue à aubes ainsi que les parois de guidage du concentrateur de vent, selon les besoins de l’installation à construire.[0016] If the object of the invention is indeed as described above, it does not concern the guide walls or blades, nor their position, nor their shape, nor their constitution. Those skilled in the art are certainly able to select the blades of the paddle wheel as well as the guide walls of the wind concentrator, according to the needs of the installation to be built.
[0017] L'invention est décrite plus en détails dans l’exemple ci-dessous, à l’appui des figures dans lesquelles : - La Figure 1 est une vue schématique en coupe transversale d’un ensemble générateur d'électricité selon l’invention, perpendiculairement à l’axe de rotation de la roue à aubes ; et[0017] The invention is described in more detail in the example below, with the support of the figures in which: - Figure 1 is a schematic cross-sectional view of an electricity generator assembly according to the invention, perpendicular to the axis of rotation of the impeller; And
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4 BE2023/5482 - La Figure 2 est une vue explosée d’un ensemble générateur d'électricité selon l'invention; et - La Figure 3 est une vue en perspective d’une variante d'exécution avantageuse d’un ensemble générateur d'électricité selon l’invention comportant plusieurs roues à aubes.4 BE2023/5482 - Figure 2 is an exploded view of an electricity generator assembly according to the invention; and - Figure 3 is a perspective view of an advantageous variant of an electricity generator assembly according to the invention comprising several paddle wheels.
[0018] Dans les figures, les mêmes repères de référence se rapportent à des éléments identiques ou similaires. Il est bien entendu que les figures sont schématiques et servent uniquement à la bonne compréhension et à illustrer la présente description sans pour autant servir à limiter la portée de l’invention.[0018] In the figures, the same reference marks relate to identical or similar elements. It is of course understood that the figures are schematic and serve only for the proper understanding and to illustrate the present description without serving to limit the scope of the invention.
[0019] La représentation schématique de la figure 1 montre clairement une roue à aubes 1 classique comportant des aubes 3 réparties uniformément angulairement autour de l’axe de rotation 5. En référence à la figure 2, il apparaît clairement que la roue à aubes 1 est montée sur un arbre 7 qui matérialise l’axe de rotation 5. On peut prévoir plusieurs, notamment deux génératrices électriques 11 et 13 sur ce même arbre 7. Sur le pourtours de la roue à aubes 1 est agencé un concentrateur de vent 20. Dans l’exemple représenté, ledit concentrateur de vent 20 est fixe et comporte des parois de guidage 25. Selon l’exemple, celles-ci sont fixes également, toutes orientées de la même manière et uniformément réparties sur la périphérie de la roue à aubes 1, donc angulairement autour de l’axe de symétrie 5 du concentrateur de vent 20. On peut néanmoins prévoir des parois de guidage orientables en fonction de la direction du vent impactant, par exemple.The schematic representation of Figure 1 clearly shows a conventional impeller 1 comprising vanes 3 distributed uniformly angularly around the axis of rotation 5. With reference to Figure 2, it clearly appears that the impeller 1 is mounted on a shaft 7 which materializes the axis of rotation 5. Several can be provided, in particular two electric generators 11 and 13 on this same shaft 7. A wind concentrator 20 is arranged around the perimeter of the blade wheel 1. In the example shown, said wind concentrator 20 is fixed and has guide walls 25. According to the example, these are also fixed, all oriented in the same way and uniformly distributed around the periphery of the impeller. 1, therefore angularly around the axis of symmetry 5 of the wind concentrator 20. It is nevertheless possible to provide orientable guide walls depending on the direction of the impacting wind, for example.
En variante, on peut prévoir que le concentrateur de vent 20 soit orientable. Comme on peut le voir à la figue 2, les parois de guidage 25 du concentrateur de vent 20 sont agencées entre deux éléments annulaires ou plateaux annulaires opposées 31 et 33, essentiellement perpendiculairement à ceux-ci, deux plateaux annulaires 31,33 qui présentent une surface intérieure 35,37 respectivement, qui s’écartent du plan de symétrie 43 de la roue à aubes 1 en s’éloignant de l’axe de symétrie 5 dudit plateau annulaire 31,33. Les surfaces ou parties de surface intérieure 35 exposées au soleil du plateau annulaire inférieur 31 peuvent être équipées ou revêtues au moins partiellement de cellules photovoltaïques 36. De même les surfaces exposées au soleil des parois de guidage 25 peuvent être équipées ou revêtues au moins partiellement de cellules photovoltaïques 26. Il est bien entendu que l’homme du métier choisira les surfaces exposées au soleil en fonction de l’orientation de l’ensemble par rapport au soleil.Alternatively, the wind concentrator 20 can be orientable. As can be seen in Fig. 2, the guide walls 25 of the wind concentrator 20 are arranged between two annular elements or opposite annular plates 31 and 33, essentially perpendicular to these, two annular plates 31,33 which have a interior surface 35,37 respectively, which deviate from the plane of symmetry 43 of the impeller 1 by moving away from the axis of symmetry 5 of said annular plate 31,33. The surfaces or parts of the interior surface 35 exposed to the sun of the lower annular plate 31 can be equipped or covered at least partially with photovoltaic cells 36. Likewise the surfaces exposed to the sun of the guide walls 25 can be equipped or covered at least partially with photovoltaic cells 36. photovoltaic cells 26. It is of course understood that those skilled in the art will choose the surfaces exposed to the sun according to the orientation of the assembly in relation to the sun.
[0020] L’agencement selon l'invention permet de concentrer le vent entrant en direction des aubes, notamment d'augmenter la vitesse du vent à l’entrée de la roue à aubes, et ainsi d’augmenter la puissance et d’améliorer les performances de celle-ci, pour une plus grande production électrique.[0020] The arrangement according to the invention makes it possible to concentrate the wind entering in the direction of the blades, in particular to increase the speed of the wind at the entrance to the blade wheel, and thus to increase the power and improve its performance, for greater electrical production.
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Selon les conditions climatiques et de lumière, la fourniture d’électricité produite par la partie éolienne est complétée ou remplacée par la fourniture d'électricité générée par les cellules photovoltaïques. 5 [0021] On notera que dans les représentations, notamment des figures 1 et 2, l’axe de rotation 5 de la roue à aubes 1 est vertical. Il est bien entendu et clair pour l’homme du métier qu’elle peut aussi être horizontale ou présenter toute autre orientation. De toute manière, cet axe 5 reste essentiellement perpendiculaire à la direction du vent 50.Depending on the climatic and light conditions, the supply of electricity produced by the wind part is supplemented or replaced by the supply of electricity generated by the photovoltaic cells. 5 [0021] It will be noted that in the representations, in particular in Figures 1 and 2, the axis of rotation 5 of the impeller 1 is vertical. It is of course clear to those skilled in the art that it can also be horizontal or have any other orientation. In any case, this axis 5 remains essentially perpendicular to the direction of the wind 50.
[0022] Dans la forme d’exécution représentée, ladite surface intérieure 35,37 d’un plateau annulaire 31,33 est essentiellement plane. Elle forme donc une surface tronconique sur le pourtour de la roue à aubes 1. En variante, elle peut être courbe, à la manière d’un pavillon de trompette.[0022] In the embodiment shown, said interior surface 35.37 of an annular plate 31.33 is essentially flat. It therefore forms a frustoconical surface around the periphery of the impeller 1. Alternatively, it can be curved, like a trumpet horn.
Dans les deux cas, on crée sur le pourtour de la roue à aubes des cellules ayant une section de captage de vent significativement accrue par rapport à la section de passage du vent dans la roue à aubes et on concentre ainsi le vent sur les aubes de la roue à aubes 1.In both cases, cells are created around the periphery of the blade wheel having a significantly increased wind collection section compared to the wind passage section in the blade wheel and the wind is thus concentrated on the blades of the blade. the impeller 1.
[0023] La figure 3 montre qu'il est avantageux d’assembler plusieurs ensembles générateurs électriques décrits ci-dessus sur un même arbre 7 afin de former un ensemble générateur d'électricité comportant deux, trois ou plus de roues à aubes 1 associées à une ou plusieurs machines tournantes génératrices électriques 11. A la figure 3, on a représenté une génératrice électrique à chaque extrémité de l’arbre 7 et deux génératrices entre deux roues à aubes 1. Selon une forme d'exécution avantageuse, on peut prévoir une seule génératrice électrique entre deux roues à aubes.[0023] Figure 3 shows that it is advantageous to assemble several electrical generator assemblies described above on the same shaft 7 in order to form an electricity generator assembly comprising two, three or more impellers 1 associated with one or more rotating electrical generating machines 11. In Figure 3, there is shown an electric generator at each end of the shaft 7 and two generators between two paddle wheels 1. According to an advantageous embodiment, one can provide a single electric generator between two paddle wheels.
Cet type d’agencement permet de construire un ensemble générateur d’électricité efficace et compacte, d’autant plus que l’on peut loger les génératrices électriques 11,13 dans l’espace créé par la forme donnée aux plateaux annulaires supérieur 33 et inférieur 31 du concentrateur de vent 20.This type of arrangement makes it possible to construct an efficient and compact electricity generator assembly, especially since the electrical generators 11,13 can be accommodated in the space created by the shape given to the upper 33 and lower annular plates. 31 of the wind concentrator 20.
[0024] Comme on peut encore le distinguer dans les figures 2 et 3, ledit ensemble générateur d'électricité peut être agencé dans une structure de support 60, éventuellement surmontée d’une toiture 61. Il est bien entendu que l’arbre et d’autres éléments de l’ensemble demandent à être sécurisés d’une manière ou d’une autre. Ladite toiture 61 est avantageusement formée ou couverte par des panneaux photovoltaïques 63. La structure de support peut fixer les plateaux ou éléments annulaires 31,33 et éventuellement les parois de guidage 25.[0024] As can still be seen in Figures 2 and 3, said electricity generator assembly can be arranged in a support structure 60, possibly topped by a roof 61. It is of course understood that the tree and Other elements of the whole need to be secured in one way or another. Said roof 61 is advantageously formed or covered by photovoltaic panels 63. The support structure can fix the plates or annular elements 31,33 and possibly the guide walls 25.
[0025] En plus de l’avantage susmentionné, la structure de support permet de rigidifier l’ensemble et, de ce fait, d’accepter des vents à haute vitesse, contrairement aux éoliennes à axe[0025] In addition to the aforementioned advantage, the support structure makes it possible to stiffen the assembly and, therefore, to accept high speed winds, unlike axis wind turbines.
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6 BE2023/5482 parallèle à la direction du vent qu’il y a lieu d’arrêter à partir d’une vitesse de vent de l’ordre de 90 km/h.6 BE2023/5482 parallel to the wind direction which must be stopped from a wind speed of around 90 km/h.
[0026] Par ailleurs, la structure de support 60 permet de superposer ou juxtaposer plusieurs ensembles, comme montré à la figure 3.[0026] Furthermore, the support structure 60 makes it possible to superimpose or juxtapose several assemblies, as shown in Figure 3.
[0027] A titre d’exemple, un ensemble à une seule roue à aubes, selon l’invention, ayant un diamètre d’env. 20 m peut offrir env. 1000 m? de cellules photovoltaïques et comporter deux génératrices. En variante, une tour de 30 m de diamètre comportant trois étages, donc trois ensembles, telle que représentée à la figure 3, peut offrir env. 2500 m° de cellules photovoltaïques et comporter jusqu’à 6 génératrices.[0027] By way of example, an assembly with a single impeller, according to the invention, having a diameter of approx. 20m can offer approx. 1000m? of photovoltaic cells and include two generators. Alternatively, a 30 m diameter tower with three floors, therefore three sets, as shown in Figure 3, can offer approx. 2500 m° of photovoltaic cells and include up to 6 generators.
Deckers 02Deckers 02
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2023
- 2023-06-13 BE BE20235482A patent/BE1031007B1/en active IP Right Grant
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FG | Patent granted |
Effective date: 20240529 |