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Die
Erfindung betrifft eine Windkraftanlage mit zumindest einem Rotor,
welcher mit wenigstens einem Generator zur Erzeugung elektrischer
Energie wirkverbunden ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren
zur Verwendung einer derartigen Windkraftanlage.
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Windkraftanlagen
sind seit langem in den unterschiedlichsten Ausführungsformen
bekannt. Derzeit finden in der Praxis vornehmlich Rotoren in Form sogenannter „Auftriebsläufer"
bei der Nutzung von Windenergie und Umwandlung derselben in elektrische
Energie Anwendung. Die Rotoren besagter „Auftriebsläufer"
bestreichen bis zu 400 m2 Fläche und
ernten dabei lediglich einen Prozentsatz von weniger als 10% des
dieselbe überstreichenden Windes. Daraus resultieren erhebliche
konstruktive und technologische Aufwendungen zur Realisierung derselben,
um überhaupt noch einen gewissen ökonomisch vorteilhaften
Effekt mit solchen Anlagen erzielen zu können. Dieser Umstand
erklärt auch den bekanntermaßen großen
erforderlichen Zeitraum für deren Armortisation, ggf. unterstützt
durch diverse Subventionsmaßnahmen. Bei vorhandenen Windkraftanlagen
der vorgenannten Art sind Nutzungsdauer und Armortisationszeitraum überwiegend
nahezu deckungsgleich, mit dem Restrisiko, dass dieser unter Umständen
auch größer als die Nutzungsdauer wird, beispielsweise
infolge geringer anfallenden Windes als ursprünglich prognostiziert.
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Demgegenüber
sind auch Rotore in Form sogenannter „Widerstandsläufer"
mit vertikal ausgerichteter Drehachse sowie mit zwei oder mehr Rotorblättern
bekannt, die ihrerseits auch als „Savonius"-Rotore bezeichnet
werden. Zwar sind diese Rotore sehr robust aufgebaut, werden jedoch
aufgrund ihrer geringen Schnelllaufdrehzahl nur in geringem Umfang zur
Erzeugung elektrischer Energie verwendet, da ihnen ungenügende
Wirkungsgrade infolge geringen Leistungsbeiwertes zugeschrieben
werden. Herrkömmlich kann nach dem Stand der Technik lediglich der
Anteil der Windenergie geerntet werden, der sich aus der Differenz
der Widerstandsbeiwerte von Vorder- und Rückseite der Rotorblätter
ergibt.
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Um
diesem Problem zu begegnen, werden eine Vielzahl von Maßnahmen
vorgeschlagen, die insbesondere eine veränderte Anzahl
von Rotorblättern respektive Flügel, eine besondere
Anordnung und Ausbildung derselben oder den Wind konzentrierende
Leitbleche und Gehäuse, die ihrerseits eine Zwangsströmung
durch den Rotor bewirken, betreffen.
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So
ist aus der
DE 101
05 424 A1 eine Windkraftanlage zur Erzeugung elektrischer
Energie mit zwei frontal angeströmten Vertikalrotoren bekannt, die
ihrerseits, zwischen sich einen Spalt ausbildend, zueinander beabstandet
angeordnet sind, wobei ein dritter Vertikalrotor vorgesehen ist,
welcher von dem durch den Spalt eindringenden Luftstrom und teilweise
der Abluft eines frontal angeordneten Vertikalrotors angetrieben
wird. Dieser dritte Vertikalrotor ist exzentrisch zur Symmetrieachse
der frontal angeordneten Vertikalrotoren angeordnet.
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Aus
der
DE 10 2004
060 230 A1 ist des Weiteren eine Windkraftanlage mit zwei
in der Horizontalebene miteinander gekoppelten in Gegenrichtung drehenden
Rotoren mit vertikaler Drehachse bekannt, wobei beide Rotoren in
einem dieselben umschließenden Gehäuse angeordnet
sind. Das Gehäuse weist zunächst eine Vorderwand
auf, welche die Rotorflügel abschirmt, die sich aktuell
gegen die Windrichtung bewegen. Fernerhin weist das Gehäuse
sowohl vorne als auch hinten Öffnungen auf, die das Hindurchströmen
der Luftströmung durch das Gehäuse und die Einwirkung
der Luftströmung auf die aktuell sich in derselben befindlichen
Rotorflügel gestatten. Weiter wird vorgeschlagen, dass
die Querschnittsfläche der hinteren Öffnungen
kleiner der Querschnittsfläche der vorderen Öffnungen
des Gehäuses ist.
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Schließlich
ist aus der
DE
20 2005 013 658 U1 eine Windkraftanlage mit einem Windrotor
in Form eines „Savonius"-Rotors mit drei oder mehr nach
Art von Luftschaufeln ausgebildeten und symmetrisch angeordneten
Rotorblättern bekannt, welche derart ausgebildet und angeordnet
sind, dass bei einer Beaufschlagung mit einer Luftströmung
wenigstens ein Teil dieser Luftströmung auf ein zu dem ersten
Rotorblatt in Drehrichtung des Windrotors benachbartes zweites Rotorblatt
umgelenkt wird.
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All
den vorstehenden Windkraftanlagen mit „Widerstandsläufern"
ist jedoch gemein, dass ein überzeugender Durchbruch derselben
zur Energieerzeugung bis dato in der Fachwelt noch nicht zu verzeichnen
ist. Im Wesentlichen ist diese Einschätzung noch einem
zu geringen Wirkungsgrad bzw. einem zu hohen Aufwand zur Herstellung
einer technisch ansprechenden Windkraftanlage geschuldet.
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Hiervon
ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine einfache und kostengünstig
zu bewerkstelligende Windkraftanlage mit zumindest einem Rotor zu
schaffen, welche im Hinblick auf den zu erzielenden Wirkungsgrad
weiter verbessert ist. Aufgabe der Erfindung ist es auch, ein Verfahren
zur Verwendung einer derartigen Windkraftanlage anzugeben.
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Die
Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des
Hauptanspruchs, während vorteilhafte Ausgestaltungen und
Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar
sind.
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Ausgehend
von eine Windkraftanlage mit zumindest einem Rotor, welcher mit
wenigstens einem Generator zur Erzeugung elektrischer Energie wirkverbunden
ist, wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass der
zumindest eine Rotor durch einen „Widerstandsläufer"
mit zwei oder mehr Rotorblättern gebildet ist, welcher
derart innerhalb eines Gehäuses angeordnet ist, dass in
Windrichtung sich bewegende Rotorblätter desselben aus
der Außenkontur des Gehäuses herausragen, wobei
besagtes Gehäuse ein strömungsgünstiges
Profil aufweist, welches unter weitestgehender Vermeidung von Turbulenzen überwiegend
laminare Strömungen an der von der Luftströmung überstrichenen
Oberfläche desselben erlaubt.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der besagte „Widerstandsläufer"
als an sich bekannter „Savonius"-Rotor mit vertikal angeordneter
Drehachse ausgebildet.
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Was
das strömungsgünstige Profil des Gehäuses
anbelangt, kann dieses zur Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit
der über die Oberfläche des Profils des Gehäuses
streichenden Luftströmung durch ein an ein Fischprofil
angelehntes Profil gebildet sein.
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Vorteilhaft
ist das Fischprofil möglichst „fett" ausgebildet,
wodurch die Strömungsgeschwindigkeit der dasselbe umströmenden
Luftströmungen maximierbar ist.
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Vorzugsweise
ist hierbei für das Gehäuse mit Fischprofil eine
Länge „L" gewählt, die in Abhängigkeit
von den Abmaßen des zumindest einen Rotors etwa dem 2,0-fachen
bis etwa dem 3,5-fachen, vorzugsweise etwa dem 2,8-fachen der Breite „B"
des Fischprofils im Anordnungsbereich des zumindest einen Rotors
entspricht.
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So
ist der zumindest eine Rotor vorteilhafterweise im oder unmittelbar
vor und/oder hinter dem Bereich des größten Querschnitts
des Profils des Gehäuses angeordnet, wodurch die erzeugten
hohen Strömungsgeschwindigkeiten besonders wirkungsvoll
auf den Rotor einwirken können.
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Gemäß einer
besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind innerhalb
des Gehäuses quer zur Längsachse desselben zwei
zueinander beabstandete und achsparallel nebeneinander angeordnete
sowie gegenläufig rotierende Rotoren vorgesehen, deren
in Windrichtung sich bewegende Rotorblätter aus der Außenkontur
des Gehäuses herausragen.
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Die
Beabstandung der Rotoren kann dabei derart gewählt sein,
dass die von den Rotorblättern derselben überspannten
Rotationsflächen der Rotoren nebeneinander angeordnet sind.
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Demgegenüber
kann die Beabstandung der Rotoren jedoch auch derart gewählt
sein, dass die von den Rotorblättern derselben überspannten
Rotationsflächen unter Vermeidung einer Berührung
der Rotorblätter der benachbarten Rotoren untereinander
ineinandergreifen, wodurch ohne Beeinträchtigung des erzielbaren
Wirkungsgrades eine Platzersparnis für die Rotoren innerhalb
des Gehäuses zu verzeichnen ist.
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Wie
die Erfindung weiter vorsieht, können die Windangriffsflächen
der Rotorblätter der Rotoren wenigstens bereichsweise durch
schwenkbare Lamellenelemente gebildet sein die ihrerseits zum einen zur
Verringerung des Strömungswiderstandes während
des Durchlaufes des Innenraumes des Gehäuses die Ausbildung
fensterartiger Öffnungen in den Rotorblätter und
zum anderen während des Durchlaufes des Windangriffsbereiches
außerhalb des Gehäuses das Schließen
besagter fensterartiger Öffnungen gestatten.
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Insoweit
können die Lamellenelemente aufgrund der im Betrieb der
Rotoren auf die Lamellenelemente wirkenden Kräfte selbsttätig öffnend
und schließend ausgebildet sein.
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Wie
die Erfindung noch vorsieht, können die Oberflächen
der Rotorblätter der Rotoren und/oder die nach außen
weisende Oberfläche des Gehäuses mit Photovoltaik-Elementen
zur Wandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie bestückt
sein, wodurch die Energieerzeugungsbilanz der in Rede stehenden
Windkraftanlage noch weiter verbessert werden kann.
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Als
Generator hat sich insbesondere ein permanentmagneterregter Synchrongenerator,
vorzugsweise ein Axialfeld-Synchrongenerator bewährt.
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Das
Verfahren zur Verwendung der vorstehenden Windkraftanlage zeichnet
sich dadurch aus, dass eine oder mehrere derselben zur Erzeugung und
Direkteinspeisung elektrischer Energie in vorhandene elektrische
Netze oder als Insellösung für Einzelabnehmer
von elektrischer Energie verwendet werden.
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Insbesondere
können eine oder mehrere Windkraftanlagen der beschriebenen
Art zur Versorgung von Wasserentsalzungsanlagen, Klimaanlagen, Anlagen
zur Gewinnung und Speicherung von Wasserstoff und/oder anderen Verbrauchern
mit elektrischer Energie verwendet werden.
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Die
vorgeschlagene Windkraftanlage der gattungsgemäßen
Art hat im Hinblick auf herkömmliche mehrere Vorteile.
So wird in der Abkehr von technisch Üblichem und entgegen
der vorherrschend negativen Auffassung der Fachwelt zu „Widerstandsläufern” als
Antrieb von elektrische Energie erzeugenden Maschinen an denselben
festgehalten und eine Windkraftanlage geschaffen, die äußerst
robust und somit störungsunanfällig ist. Des Weiteren
ist infolge optimierter Luftströmung durch Zwangsführung derselben
und demgemäß der erzielbaren hohen Strömungsgeschwindigkeiten
der die Gehäuseoberfläche überstreichenden
Luftströmungen ein erhöhter Wirkungsgrad zu verzeichnen,
da die kinetische Energie bekanntermaßen eine Funktion
der dritten Potenz der Windgeschwindigkeit ist. Eine Energieernte von
60% der verfügbaren Energie ist realisierbar. Überdies
ist eine einfache und kostengünstige Bauweise des Gehäuses
zu verzeichnen. Durch eine vorteilhafte Kombination des besonders
ausgebildeten Gehäuses mit besonders ausgebildeten Rotoren,
besonders ausgebildeten Generatoren und weiteren elektrische Energie
erzeugenden Maßnahmen, vorliegend Photovoltaik-Elementen,
ist die Energieerzeugungsbilanz der in Rede stehenden Windkraftanlage
im Vergleich mit herkömmlichen besonders vorteilhaft erhöht,
welche sich dann insbesondere für Insellösungen
in wirtschaftlich bzw. energetisch unerschlossenen oder nicht ausreichend
erschlossenen Gebieten, d. h., in Gebieten bzw. Ländern
mit fehlender Infrastruktur für einen Energietransport,
eignet. Eine modulare Ausbildung der Windkraftanlage bietet sich
an, so dass dieselbe von einer Grundstruktur ausgehend dem Bedarf
entsprechend ausgestattet werden kann.
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Die
Vorteile der Erfindung lassen sich zusammenfassend wie folgt darstellen:
- – simultane Nutzung von Wind- und
Solarenergie in einer kompakten Anlage möglich;
- – geringe Herstellungskosten;
- – einfache und zeitlich kurze Montage der Anlage ohne
besonderen Gründungsaufwand bzw. Demontage gestattet;
- – modularer Aufbau der Windkraftanlage;
- – Nutzung eines effizienten neuen Generatortyps, vorzugsweise
anlagenintegriert;
- – geringe Anforderungen an den Standort und an die
Bedingungen desselben, da die Anlage im Verhältnis kompakt
und leicht ausgebildet ist sowie auch geringe Windgeschwindigkeiten
vorteilhaft nutzbar machen kann;
- – Offshoreanlagen im Megawattbereich mit ggf. einfachem
Standortwechsel realisierbar zur beispielsweise Wasserstoffproduktion
durch Elektrolyse von Wasser;
- – maximale Wind- und Photovoltaikflächen auf kleinstem
Raum gestattet;
- – es sind geringe Störungsanfälligkeit
und Wartungskosten sowie geringste Umweltbelastungen zu verzeichnen;
- – kontinuierliche Energieproduktion möglich;
- – autarke Energie- und Wärmeproduktion schon im
Einfamilienhausbereich rentabel;
- – Versorgung von Gebieten ohne Infrastruktur sowie
von Katastrophengebieten mit elektrischer Energie.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand der in den Zeichnungen schematisch
dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen:
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1 die
Windkraftanlage in einer perspektivischen Ansicht gemäß einer
ersten vorteilhaften Ausgestaltung,
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2 die
Windkraftanlage nach 1 in einem oben geöffneten,
jedoch mittels eines Deckelelementes verschließbaren Zustand,
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3 die
Windkraftanlage nach 1 und 2 in einem
Horizontalschnitt,
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4 ein
Rotor der Windkraftanlage in einer perspektivischen Ansicht von
oben gesehen,
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5 die
Darstellung des Rotors nach 4 in einem
Horizontalschnitt,
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6 eine
zweite vorteilhafte Ausgestaltung der Windkraftanlage,
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7 eine
dritte vorteilhafte Ausgestaltung der Windkraftanlage.
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Danach
zeigen die 1 bis 3 äußerst schematisch
eine Windkraftanlage 1 zur Erzeugung elektrischer Energie
mit zumindest einem Rotor 2, 3, vorzugsweise zwei
Rotoren 2, 3, welche ihrerseits mit zumindest
einem Generator 4 wirkverbunden sind.
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Der
zumindest eine, respektive die vorliegend zwei Rotoren 2, 3 sind
jeweils durch einen an sich bekannten sogenannten „Widerstandsläufer"
mit vertikal angeordneter Drehachse sowie zwei oder mehr schaufelförmigen
Rotorblättern 5 gebildet, welcher in der Fachwelt
auch als „Savonius"-Rotor bezeichnet wird.
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Um
den Wirkungsgrad herkömmlicher „Widerstandsläufer",
vorliegend „Savonius"-Rotoren, maßgeblich zu erhöhen,
sind dieselben nunmehr derart innerhalb eines Gehäuses 6 angeordnet,
dass in Windrichtung 7 sich bewegende Rotorblätter 5 der Rotoren 2, 3 durch Öffnungen 8 in
der Gehäusewandung hindurch aus der Außenkontur
des Gehäuses 6 herausragen, wobei das Gehäuse 6 ein
strömungsgünstiges Profil aufweist, welches unter
weitestgehender Vermeidung von Turbulenzen überwiegend laminare
Strömungen an der von der Luftströmung überstrichenen
Oberfläche desselben erlaubt.
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Demnach
sind die beiden Rotoren 2, 3 somit quer zur Längsachse 9 des
Gehäuses 6 und zueinander beabstandet sowie achsparallel
nebeneinander angeordnet und rotieren demgemäß gegenläufig.
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Wie
die 1 bis 3 weiter zeigen, sind die Rotoren 2, 3 über
ein Zahnradgetriebe 10 mit dem vorliegend innerhalb des
Gehäuses 6 der Windkraftanlage 1 im Frontbereich
desselben angeordneten Generator 4 wirkverbunden.
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Insoweit
weisen die Rotoren 2, 3 zumindest ein Stirnrad 11 auf,
welches über ein am Gehäuse 6 abgestützes
Ritzel 12 mit einem Stirnrad 13 des Generators 4 im
Zahneingriff steht.
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Vorliegend
weisen die Rotoren 2, 3 stirnseitig sowohl ein
oberes als auch ein unteres Stirnrad 11 auf, welche über
je ein Ritzes 12 mit einem oberen bzw. unteren Stirnrad 13 des
Generators 4 wirkverbunden sind, wodurch eine erhöhte
Steifigkeit des Zahnradgetriebes 10 und demgemäß eine
verbesserte Kraftübertragung gewährleistet sind.
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Die
Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf vorstehende
Ausführungsform, sondern umfasst jedwede Getriebeanordnung
zur Kraftübertragung von den Rotoren 2, 3 auf
den zumindest einen Generator 4.
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So
kann es beispielsweise angezeigt sein, statt eines Zahnradgetriebes 10,
einen an sich bekannten Riemen-, Ketten- oder auch Reibradtrieb
in Anwendung zu bringen (nicht näher dargestellt).
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Ferner
ist die Erfindung nicht auf einen einzigen Generator 4 beschränkt,
sondern kann auch zwei oder mehrere Generatoren 4 umfassen,
wobei der oder die Generatoren 4 sowohl im Gehäuse 6 als auch
außerhalb desselben angeordnet sein können.
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Im
Rahmen umfangreicher Versuche wurde gefunden, dass Generatoren 4 in
Form von permanenterregten Synchrongeneratoren, vorzugsweise Axialfeld-Synchrongeneratoren,
die ihrerseits durch die Fachwelt auch als „Spark®-Generatoren" bezeichnet werden,
besonders effektiv arbeiten, da diese hinsichtlich Leistung und
Anlaufmoment hervorragende Eigenschaften besitzen.
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Derartige
Generatoren 4 sind u. a. durch folgende Vorteile gekennzeichnet:
- – verlustfreie Erregung durch Hochenergie-Permanentmagnete
(NdFeB),
- – nutenfreie Ausbildung und demgemäß Vermeidung
von Rastmomenten sowie Minderung der Geräuschbelastung,
- – niedriges Anlaufmoment,
- – geringe Ankerrückwirkung,
- – hohe Überlastbarkeit,
- – Nutzung auch von geringen Windgeschwindigkeiten gestattet
einhergehend mit einem hohem Wirkungsgrad,
- – integrierbar in die Rotorwelle.
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Im
Rahmen besagter umfangreicher Versuche hat sich als strömungsgünstiges
Profil für besagtes Gehäuse 6 ein Profil
bewährt, welches an ein Fischprofil mit einem im Querschnitt
weitestgehend gerundeten stumpfen Kopfbereich, der seinerseits in einen
gestreckten und sich verengenden Schwanzbereich ausläuft,
angelehnt ist.
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Dieses
Profil sollte möglichst „fett" ausgebildet sein,
um größtmögliche Strömungsgeschwindigkeiten
der über die Oberfläche desselben streichenden
Luftströmungen zu erzielen. Die Erhöhung der Geschwindigkeit
des anströmenden Windes 7 erlaubt eine überproportional
erhöhte Ernte an elektrischer Energie. Die Ernte hängt
bekanntermaßen in der dritten Potenz von dieser Geschwindigkeit
ab, so dass bei einer Verdoppelung der Geschwindigkeit eine achtfach
höhere Energiemenge geerntet werden kann als herkömmlich.
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Für
den Fachmann sicherlich leicht nachvollziehbar, sind die Rotoren 2, 3 somit
vorzugsweise im oder unmittelbar vor und/oder hinter dem Bereich
des größten Querschnitts des Profils des Gehäuses 6 angeordnet.
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Unter
einem „fetten" Fischprofil für das Gehäuse 6 wird
insbesondere ein Fischprofil verstanden, dessen Länge „L"
in Abhängigkeit von den aktuellen Abmaßen des
zumindest einen bzw. der beiden Rotoren 2, 3 etwa
dem 2,0-fachen bis etwa dem 3,5-fachen, vorzugsweise etwa dem 2,8-fachen
der Breite „B" des Fischprofils im Anordnungsbereich des zumindest
einen, vorliegend der beiden Rotore 2, 3 entspricht.
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Wie
insbesondere der 3 sehr gut zu entnehmen ist,
ist die Beabstandung der Rotoren 2, 3 quer zur
Längsachse 9 des Gehäuses 6 derart
gewählt, dass die von den Rotorblättern 5 der
Rotoren 2, 3 überspannten Rotationsflächen
nebeneinander angeordnet sind.
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Es
kann auch angezeigt sein und ist demgemäß durch
die Erfindung miterfasst, die Beabstandung zwischen den Rotoren 2, 3 derart
zu wählen, dass die von den Rotorblättern 5 derselben überspannten
Rotationsflächen unter Vermeidung einer Berührung
der Rotorblätter 5 der benachbarten Rotoren 2, 3 untereinander
sozusagen ineinandergreifen, wodurch ohne Beeinträchtigung
des erzielbaren Wirkungsgrades eine Platzersparnis für
die Rotoren 2, 3 innerhalb des Gehäuses 6 zu
verzeichnen ist (nicht näher dargestellt).
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4 zeigt
einen weiterentwickelten Rotor 2, 3 in einer perspektivischen
Einzeldarstellung.
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Dieser
Rotor 2, 3 unterscheidet sich zu den in den 1 bis 3 dargestellten
Rotoren 2, 3 im Wesentlichen dadurch, dass die
Windangriffsflächen 14 der Rotorblätter 5 desselben
wenigstens bereichsweise durch um eine Vertikalachse schwenkbare
Lamellen- bzw. Klappenelemente 15 gebildet sind, um den
Widerstand der Rotorblätter 5 in der Phase des
Gegenlaufes zu minimieren.
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Die
Funktionsweise derartiger Lamellenelemente 15 ist sehr
gut aus 5 ersichtlich. Der Rotor 2, 3 dreht
vorliegend entgegen dem Uhrzeigersinn. Die Lamellenelemente 15 gestatten
nunmehr in vorteilhafter Weise eine Verringerung des Strömungswiderstandes
während des Durchlaufes der Rotorblätter 5 durch
den Innenraum des Gehäuses 6, indem zu diesem
Zeitpunkt „t1" fensterartige Öffnungen 16 in den
betreffenden Rotorblättern 5 ausgebildet bzw. freigegeben
werden. Erreichen im Anschluss daran, d. h., zu einem Zeitpunkt „t2" die Rotorblätter 5 wieder den
Windangriffsbereich außerhalb des Gehäuses 6, werden
die fensterartigen Öffnungen 16 verschlossen bzw.
verschleißen sich.
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Im
Wesentlichen erfolgt das Öffnen und Schließen
der fensterartigen Öffnungen 16 in den Rotorblättern 5 durch
die auf die Lamellenelemente 15 einwirkenden Luftströmungen.
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Sicherlich
ist auch eine mechanische oder elektromechanische Zwangsführung
der Lamellenelemente 15 in Abhängigkeit von der
aktuellen Stellung des jeweiligen Rotorblattes 5 im rotierenden System
denkbar, erfordert jedoch erhöhten mechanischen und/oder
elektrischen Aufwand (nicht näher gezeigt).
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Die
Widerstandsbeiwerte von herkömmlichen „Savonius"-Rotoren
liegen bei ca. 2,3 in Strömungsrichtung und 1,2 gegen die
Strömungsrichtung. Die Lamellenelemente 15 erlauben
dagegen eine Minderung des Widerstandsbeiwertes gegen die Strömungsrichtung
auf ca. 0,5. Die geerntete Energiemenge kann damit zusätzlich
um 60% gesteigert werden.
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Um
die Energieerzeugungsbilanz der erfindungsgemäß ausgebildeten
Windkraftanlage 1 noch weiter zu verbessern, sind die Oberflächen
der Rotorblätter 5, respektive der Lamellenelemente 15 derselben,
und/oder die nach außen weisende Oberfläche des
Gehäuses 6 mit nicht näher dargestellten,
jedoch an sich bekannten Photovoltaik-Elementen zur Wandlung von
Sonnenenergie in elektrische Energie bestückt.
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Durch
diese Maßnahme ist eine Hybridanlage geschaffen, die besonders
einfach und kostengünstig Wind- und Solaraufnahmeflächen
vorteilhaft kombiniert.
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Gerade
in Landstrichen mit hohen bis sehr hohen Durchschnittstemperaturen,
wie sie insbesondere in Afrika, Asien, Australien und Südamerika
zu verzeichnen sind, bietet es sich an, lediglich die Rotorblätter 5 mit
Photovoltaik-Elementen zu bestücken, da dieselben neuerdings
auch bei diffuser Licheinstrahlung einen sehr hohen bzw. sogar besseren Wirkungsgrad
als bei direkter Lichteinstrahlung erreichen und die höchste
Stromausbeute bei einer Betriebstemperatur von etwa 25°C
generieren.
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Die
Anordnung auf den Rotorblättern 5 und demgemäß die
durch die Drehbewegung derselben erzeugte Luftkühlung gewährleisten
die optimale Betriebstemperatur besagter Photovoltaik-Elemente.
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Das
Ausführungsbeispiel nach 6 unterscheiden
sich zu dem vorbeschriebenen im Wesentlichen dadurch, dass das Gehäuse 6 von
einem separaten Ständerelement 17 getragen wird,
in welchem beispielsweise auch der oder die Generatoren 4 angeordnet
sein können.
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Das
Ausführungsbeispiel nach 7 zeigt fernerhin
ein Gehäuse 6 mit einer noch weiter optimierten
Außenkontur, indem u. a. die Rotoren 2, 3 in ihrem
oberen Bereich von einer strömungsgünstigen Haube 18 abgedeckt
wurden.
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Was
die Gehäuse 6 an sich anbelangt, können
dieselben aus den verschiedensten Materialien und nach den verschiedensten
Herstellungsverfahren gefertigt sein.
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Aufgrund
ihres relativ geringen Gewichtes und der einfachen Verarbeitbarkeit
bieten sich insbesondere Kunststoffe und Verbundwerkstoffe an, mit denen
die gewünschten anspruchsvollen Konturen einfach und kostengünstig
darstellbar sind. Sicherlich sind jedoch auch Stahl- und Leichtmetallbleche denkbar.
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So
ist das Gehäuse 6 nach den 1, 2 und 6 im
Wesentlichen durch einen schalen- bzw. topfförmigen unteren
Gehäusegrundkörper 6a gebildet, der seinerseits,
nachdem sämtliche Aggregate in demselben installiert wurden,
von einem Deckelelement 6b nach oben hin verschließbar
ist.
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Das
Gehäuse 6 nach 7 zeichnet
sich dagegen dadurch aus, dass dasselbe in einer vertikalen Längsebene 19 geteilt
ausgeführt ist und demgemäß aus zwei
Schalenelementen 6' und 6'' besteht, die seitlich
gegeneinander gesetzt werden, nachdem sämtliche Aggregate
auf einem nicht näher gezeigten Rahmen- bzwe. Grundelement
installiert wurden.
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Sicherlich
ist auch eine Kombination vorstehender Gehäusevarianten
denkbar und somit durch die Erfindung ebenfalls mit umfasst.
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Vorstehende
Ausführungsbeispiele stellen auf eine Windkraftanlage 1 ab,
deren Rotoren 2, 3 um eine vertikale Achse drehen.
Durch die Erfindung mit erfasst sind selbstverständlich
auch Rotoren 2, 3, deren Drehachsen beispielsweise
in Anpassung an bestimmte Anbau- oder Einbauvorgaben von der vertikalen
abweichen, indem beispielsweise lediglich eine Drehung des Gehäuses 6 bzw.
des Profils/Fischprofils um dessen Längsachse 9 zu
verzeichnen ist.
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Eine
oder auch mehrere der erfindungsgemäßen Windkraftanlagen 1 lassen
sich vorteilhaft zur Erzeugung und Direkteinspeisung elektrischer
Energie in vorhandene Netze oder als Insellösungen für Einzelabnehmer
von elektrischer Energie, beispielsweise zur Versorgung von Wasserentsalzungsanlagen,
von Klimaanlagen, von Anlagen zur Gewinnung und Speicherung von
Wasserstoff und/oder einer Vielzahl anderer Verbraucher verwenden.
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Die ökonomischen
Vorteile sind signifikant. Mit einer Investition von ca. 8.000, – EUR
kann beispielsweise ein Einfamilienhaus vollständig mit
elektrischer Energie einschließlich Heizleistung versorgt werden.
Damit wird der Armortisationszeitraum einer solchen Anlage auf maximal
5 Jahre verkürzt.
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Eine
Anlage mit einer Rotorhöhe von 4 m und Rotordurchmessern
von 3 m, gestattet eine Jahresenergieernte in einer Größenordnung
von ca. 30.000 KWh. Der investorische Aufwand beträgt hierbei
etwa 20.000 EUR. Bei einem angenommenen Preis von 0,20 EUR/KW würde
sich die Anlage in ca. 3,4 Jahren amortisiert haben.
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- 1
- Windkraftanlage
- 2
- Rotor
- 3
- Rotor
- 4
- Generator
- 5
- Rotorblätter
- 6
- Gehäuse
- 6a
- Gehäusegrundkörper
- 6b
- Deckelelement
- 6'
- Schalenelement
- 6''
- Schalenelement
- 7
- Windrichtung/Wind
- 8
- Öffnungen
- 9
- Längsachse
(Gehäuse 6)
- 10
- Zahnradgetriebe
- 11
- Stirnrad
(Rotoren 2, 3)
- 12
- Ritzel
- 13
- Stirnrad
(Generator 4)
- 14
- Windangriffsflächen
- 15
- Lamellenelemente
- 16
- fensterartige Öffnungen
- 17
- Ständerelement
- 18
- Haube
- 19
- vertikale
Längsebene
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 10105424
A1 [0005]
- - DE 102004060230 A1 [0006]
- - DE 202005013658 U1 [0007]