DE102008046672A1

DE102008046672A1 - Windenergie Segelsystem

Info

Publication number: DE102008046672A1
Application number: DE102008046672A
Authority: DE
Inventors: Konrad Buckel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-09-10
Filing date: 2008-09-10
Publication date: 2010-03-11

Abstract

Windrad zur Erzeugung von elektrischem Strom, umfassend einen Mast und zwei oder mehr am Mast rotierbar aufgenommene Segel, die zum Antrieb mit einem elektrischen Generator gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Segel aus einem hochfesten Verbundwerkstoff, insbesondere aus CFK oder GFK gefertigt sind, derart, dass die Segel beim Überschreiten einer vorgegebenen Windstärke zur Reduzierung der auf die Segel wirkenden Windkraft in Richtung vom Mast weg ausgelenkt werden.

Description

Stand der Technik:
Windräder erzeugen eine Drehbewegung im Zentrum des Rades. Diese wird genutzt um einen Stromgenerator anzutreiben. Die benötigte Drehkraft wird durch mehrere sehr lange Flügel erzeugt. Diese Flügel können durch ihre Stellung zum Wind den unterschiedlichen Windstärken angepaßt werden. Dies geschieht durch eine Drehvorrichtung an der Flügelbefestigung am Rad. Das gesamte Windrad wird durch Drehung der Windrichtung angepaßt, es steht im Betrieb quer zum Wind (ca. 90° Position).
Die Drehgeschwindigkeit hängt von der Windstärke ab, bei geringen Windstärken findet jedoch keine Drehbewegung, somit keine Stromerzeugung statt. Windräder erfordern durch ihre Abmessungen und den benötigten Windstärken einen sehr hohen Mast, dieser muß auf die entsprechende Windlast ausgelegt sein. Der Stromgenerator ist oben am Mast befestigt und wird über ein Getriebe direkt vom Windrad angetrieben.
Konzept:
Ziel dieses Konzeptes ist, durch ein relativ einfaches, kostengünstiges System Strom auch bei geringen Windstärken zu erzeugen.
Der wesentliche Unterschied zu den bekannten Windrädern (auch Raupen oder Kranz basierende Systeme) stellt sich folgendermaßen dar:
anstatt langer Flügel sind kompakte Segel an dem Windrad befestigt. Diese Segel sind starr am Rad befestigt (Skizze 1), können jedoch mit einem Überlastschutz gegen starke Böen von vorn versehen sein. Jedes Segel ist in diesem Fall auf einem Gelenkhebel befestigt (Skizze 2), der mittels Druckfeder, Zugfeder, komprimieren von Luft etc. die Funktion des Nachgebens sicherstellt. Die Segel sind nicht wie bei einem Segelschiff aus flexiblem, textilähnlichem Material, sondern hochfest, z. B. aus Verbundwerkstoffen wie GFK, CFK, oder teilelastisch ausgeführt. Die Windsegel sind in Anzahl (mindestens 2), Form und Größe so ausgelegt, daß unter Berücksichtigung der maximalen Windbelastbarkeit des Systems eine optimale Nutzung der Windkraft auch bei geringen Windstärken gegeben ist. Auch durch die Segelauslegung hinsichtlich Form und Materialien kann ein gezieltes ”Nachgeben” bei zu starken Windstärken ermöglicht werden, auf einen Überlastschutz wie oben beschrieben somit verzichtet werden.
Angepaßt an Windrichtung und Windgeschwindigkeit wird das Windenergie Segelsystem allein durch gezieltes Drehen der Einheit in den Wind und Halten in dieser Position. Dies geschieht z. B. mittels eines E-Motor welcher auf einen Verstellmechanismus (Drehkranz) am Mast wirkt. D. h. bei geringer Windstärke steht das System quer zum Wind (90° Position). Mit zunehmender Windstärke dreht die Steuerung das System in Richtung Wind, um den Wind optimal zum Antrieb des E-Generators zu nutzen, jedoch eine Überlastung durch zu hohe Windgeschwindigkeiten zu vermeiden (Skizze 3).
Erklären läßt sich das Funktionsprizip auch anhand der Fahrweise eines Segelschiffes bei Wind aus Richtung 12 Uhr:

– Schiff fährt in Richtung 3 oder 9 Uhr (halber Wind) volle Fahrt = maximaler Vortrieb (entspricht 90° Stellung)
– Schiff fährt in Richtung 2 oder 8 Uhr (aufkreuzen, raumschot) = mittlerer Vortrieb
– Schiff steht in Richtung Wind (12 Uhr) = kein Vortrieb. Vortrieb entsteht etwa ab der 1 Uhr Position.

Ein Segelschiff ändert die Segeleinstellung abhängig von der Fahrtrichtung. Bei einem Windenergie Segelsystem ist dies nicht nötig, da die Segel auf der Unterseite auf dem Kopf stehen, somit die Segelstellung stimmt. Zum Beispiel in der 2 Uhr Position erfolgt Vortrieb durch Segel oben (aufkreuzen) gleichzeitig durch Segel unten in Richtung 8 Uhr (raumschot).
Vorteile gegenüber dem Stand der Technik:

– Wesentlich bessere Nutzung der Windenergie bei geringen Windstärken.
– Erzeugung von hohen Antriebskräften und Antriebsgeschwindigkeiten (Leistung).
– Deutlich geringerer Umfang des Windsegelrades im Vergleich zu den bekannten Windrädern mit Flügeln. Dadurch geringer Flächenbedarf, System kann z. B. auch in bestehende Windradanlagen als Ergänzung integriert werden.
– System kann auf hohen Gebäuden einzeln oder im Verbund mit gemeinsamer Steuerung angebracht werden.
– System kann im Vergleich zu den bekannten Windrädern vorteilhafter ausgelegt werden (niedrigerer Mast, Gesamtsystem wird einzig durch Drehen und Halten des Rades zum Wind gesteuert, besseres Einfügen in die Landschaft – weniger störende Einflüsse auf die Umgebung, geringe Geräuschentwicklung etc.).
– Sturmsicheres System dadurch gegeben, daß das Windenergie Segelsystem bei zu hohen Windgeschwindigkeiten in den Wind (12 Uhr Position) gedreht wird. Starke Böen können durch den Überlastschutz der Segel abgefangen werden.

Claims

Windrad zur Erzeugung von elektrischem Strom, umfassend einen Mast und zwei oder mehr am Mast rotierbar aufgenommene Segel, die zum Antrieb mit einem elektrischen Generator gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Segel aus einem hochfesten Verbundwerkstoff, insbesondere aus CFK oder GFK gefertigt sind, derart, dass die Segel beim Überschreiten einer vorgegebenen Windstärke zur Reduzierung der auf die Segel wirkenden Windkraft in Richtung vom Mast weg ausgelenkt werden.
Windrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mast über einen Verstellmechanismus motorisch um seine Längsachse verdrehbar ist, und dass eine Steuerungseinrichtung vorgesehen ist, die den Mast in Abhängigkeit von der Windrichtung und der Windgeschwindigkeit verdreht.
Windradanordnung zur Erzeugung von elektrischer Energie umfassend wenigstens zwei nebeneinander angeordnete Windräder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Masten der Windräder zum gleichzeitigen Verdrehen der Masten insbesondere mechanisch miteinander gekoppelt sind.
Windradanordnung nach Anspruch 3, insbesondere zur Montage auf Gebäuden oder dergleichen, dadurch gekennzeichnet, dass die Windräder über ein Zugmittel, insbesondere über einen Zahnriemen, zur gemeinsamen Verdrehung der Masten miteinander gekoppelt sind.