DE102008058030A1 - Windkraftanlage für ein Dach - Google Patents

Windkraftanlage für ein Dach Download PDF

Info

Publication number
DE102008058030A1
DE102008058030A1 DE102008058030A DE102008058030A DE102008058030A1 DE 102008058030 A1 DE102008058030 A1 DE 102008058030A1 DE 102008058030 A DE102008058030 A DE 102008058030A DE 102008058030 A DE102008058030 A DE 102008058030A DE 102008058030 A1 DE102008058030 A1 DE 102008058030A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
roof
turbine
wind
air
wind turbine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE102008058030A
Other languages
English (en)
Inventor
Markus Koehler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to DE102008058030A priority Critical patent/DE102008058030A1/de
Publication of DE102008058030A1 publication Critical patent/DE102008058030A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D3/00Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/06Rotors
    • F03D3/061Rotors characterised by their aerodynamic shape, e.g. aerofoil profiles
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D3/00Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/04Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor  having stationary wind-guiding means, e.g. with shrouds or channels
    • F03D3/0427Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor  having stationary wind-guiding means, e.g. with shrouds or channels with converging inlets, i.e. the guiding means intercepting an area greater than the effective rotor area
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D3/00Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/06Rotors
    • F03D3/062Rotors characterised by their construction elements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D9/00Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/30Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/34Wind motors specially adapted for installation in particular locations on stationary objects or on stationary man-made structures
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00Components
    • F05B2240/20Rotors
    • F05B2240/30Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
    • F05B2240/301Cross-section characteristics
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00Components
    • F05B2240/90Mounting on supporting structures or systems
    • F05B2240/91Mounting on supporting structures or systems on a stationary structure
    • F05B2240/911Mounting on supporting structures or systems on a stationary structure already existing for a prior purpose
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2250/00Geometry
    • F05B2250/20Geometry three-dimensional
    • F05B2250/25Geometry three-dimensional helical
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00Function
    • F05B2260/96Preventing, counteracting or reducing vibration or noise
    • F05B2260/962Preventing, counteracting or reducing vibration or noise by means creating "anti-noise"
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/30Wind power
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/728Onshore wind turbines
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/74Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Windkraftanlage für ein Dach (16), mit einer Turbine (12). Erfindungsgemäß ist eine Leitvorrichtung (14) zum Leiten von Luft (28), die entlang des Daches (16) nach oben strömt, auf die Turbine (12) zu, vorgesehen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine zur Montage auf einem Dach geeignete Windkraftanlage, mit einer Turbine.
  • Aus der DE 10 2004 041 281 ist eine Windkraftanlage mit einer Turbine in Form von einem Vertikalrotor bekannt. Nachteilig an dieser Windkraftanlage ist, dass sie nur die Energie derjenigen Luftströmung umwandeln kann, die direkt auf den vertikalen Rotor zuströmt.
  • Aus der DE 20 2006 017 489 U1 ist ein Vertikalrotor bekannt, der einen Trichter besitzt, um zuströmende Luft auf dem vertikalen Rotor zu fokussieren. Nachteilig an diesem Vertikalrotor ist, dass er sperrig und damit aufwändig zu fertigen ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Windkraftanlage zur Montage auf einem Dach anzugeben, die einen erhöhten Wirkungsgrad besitzt.
  • Die Erfindung löst das Problem durch eine Windkraftanlage für ein Dach, mit einer Turbine und einer Leitvorrichtung zum Leiten von Luft, die entlang des Daches nach oben strömt, auf die Turbine zu.
  • Vorteilhaft an der Erfindung ist, dass sich der Wind erheblich effektiver als bisher zur Stromgewinnung ausnutzen lässt. Vorteilhaft ist auch, dass die Windkraftanlage so gebaut werden kann, dass sie nur sehr geringe Geräusche produziert. Die Windkraftanlage ist daher auch für Wohngebiete geeignet.
  • Vorteilhaft ist zudem, dass die Windkraftanlage so ausgebildet werden kann, dass sie auch bei Orkan nicht abgeschaltet werden muss. Es ist ein weiterer Vorteil, dass die Windkraftanlage besonders einfach herzustellen ist. So ist beispielsweise eine Vorrichtung zum Verstellen des Anstellwinkels von Rotorblättern der Turbine möglich, aber entbehrlich. Es ergibt sich so ein sehr wartungsarmes System.
  • Da die Turbine als Vertikalrotor ausgebildet sein kann, erscheint sie optisch sehr klein, so dass im Wesentlichen keine optische Umweltverschmutzung entsteht.
  • Die Windkraftanlage kommt zudem ohne geräuschintensive Verspannung aus, da sie als freitragendes System aufgebaut werden kann.
  • Die erfindungsgemäße Windkraftanlage ist vorzugsweise dazu ausgebildet, auf einem Dach montiert zu werden. Es ist aber auch möglich, dass die Windkraftanlage auf einer beliebigen anderen Vorrichtung montiert ist, beispielsweise auf einem Berg oder Ähnlichem. Das Dach kann zudem über Aufbauten verfügen, die der Montage der Windkraftanlage dienen und für die vorliegende Beschreibung als Teil des Dachs angesehen werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Turbine mindestens ein Rotorblatt, wobei das mindestens eine Rotorblatt angeordnet ist, um von unten von der Luft angeströmt zu werden. Insbesondere umfasst die Turbine drei Rotorblätter, die in einer im Wesentlichen horizontal verlaufenden Ebene rotieren können. Unter dem Merkmal, dass die Ebene im Wesentlichen horizontal verläuft, wird insbesondere verstanden, dass es möglich, nicht aber notwendig ist, dass die Ebene streng horizontal verläuft. Abweichungen von beispielsweise 10° sind möglich. Insbesondere weist die Turbine eine im Wesentlichen vertikal verlaufende Drehachse auf. Diese Drehachse ist in einem Fuß gelagert, der beispielsweise mit dem Dach fest verbunden ist.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Turbine zudem mindestens ein Flügelelement, das ausgebildet ist, um seitlich angeströmt zu werden. Während also das mindestens eine Rotorblatt von unten angeströmt wird, ist das mindestens eine Flügelelement so ausgebildet, dass es von seitlich verlaufendem Wind angeströmt wird. Die Turbine könnte in dieser Ausführungsform also sowohl als Vertikalrotor als auch als liegender Horizontalrotor bezeichnet werden. Das Flügelelement ist bevorzugt ebenfalls an der Drehachse befestigt. Sobald Wind weht, wird Luft durch die Leitvorrichtung nach oben auf die Turbine zugeleitet und in Drehung versetzt. Gleichzeitig wird die Turbine durch den Wind von der Seite angeströmt, so dass ein zusätzliches Antriebsmoment erzeugt wird. Auf diese Weise wird auch verhindert, dass die Flügelelemente so zum Wind orientiert sind, dass die Turbine nicht anläuft.
  • Ein unabhängiger Gegenstand der Erfindung ist eine Windkraftanlage für ein Dach, mit einer Turbine, wobei die Turbine um eine im Wesentlichen vertikale Drehachse drehbar gelagert ist und wobei die Turbine zumindest ein schneckenförmiges Flügelelement umfasst. Die im Folgenden gemachten Aussagen zum Flügelelement beziehen sich sowohl auf eine Ausgestaltung dieser Erfindung als auch auf eine Ausgestaltung der eingangs genannten Erfindung.
  • Besonders bevorzugt ist das Flügelelement schneckenförmig bezüglich der Drehachse ausgebildet. Das hat zur Folge, dass ein von dem Dach aufzufangendes Kippmoment der Windkraftanlage reduziert wird. Die Windangriffsfläche des schneckenförmigen Flügelelements sinkt nämlich mit zunehmendem Abstand vom Fuß der Windkraftanlage. Weit vom Fuß beabstandet angreifende Luftströmungen führen damit zu einem kleineren aufzufangenden Kippmoment als nahe beim Fuß angreifende Luftströmungen.
  • Besonders bevorzugt weist die Turbine zwei oder drei schneckenförmige Flügelelemente auf, die rotationssymmetrisch bezüglich der Drehachse angeord net sind. Es ist zwar möglich, dass vier oder mehr steckenförmige Flügelelemente vorhanden sind, zwei bzw. drei Flügelelemente stellen jedoch einen sehr guten Kompromiss zwischen der möglichen Windausbeute einerseits und den Herstellungskosten andererseits dar.
  • Wenn die Turbine drei oder vier Flügelelemente aufweist, so bilden diese in einer vorgegebenen Höhe entlang der Drehachse eine radial geschlossene Fläche. In anderen Worten wachsen die Flügelelemente nach oben in eine geschlossene Mantelfläche zusammen. So wird verhindert, dass nach oben strömende Luft radial auswärts strömt. Es resultiert ein Bernoulli-Effekt, der zu einem zusätzlichen Drehmoment führt. Nach oben ist diese Anordnung geöffnet, so dass die Luft nach oben entweichen kann.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass an dem mindestens einen Flügelelement zumindest ein Außenflügel zum Erzeugen einer radial einwärts gerichteten Kraft angebracht ist. Wenn die Turbine im Wind rotiert, entstehen Fliehkräfte, die auf die Flügelelemente wirken. Der zumindest eine Außenflügel wirkt dieser Zentrifugalkraft entgegen, so dass die Windkraftanlage hinsichtlich der Zentrifugalkräfte bauartbedingt keine höchste Drehzahl aufweist, sondern bei im Prinzip beliebig hohen Windgeschwindigkeiten betrieben werden kann.
  • Bevorzugt verläuft die Leitvorrichtung zumindest abschnittsweise entlang eines Dachgrats des Dachs. Der Dachgrat ist derjenige Abschnitt des Dachs, an dem zwei oder mehr Dachflächen aufeinander stoßen. Dadurch, dass die Leitvorrichtung zumindest abschnittsweise entlang des Dachgrats verläuft, wird die gesamte Luftmenge, die vom Wind auf die entsprechende Dachfläche zu bewegt wird, konzentriert und auf die Turbine der Windkraftanlage zu geleitet.
  • Besonders bevorzugt weist die Leitvorrichtung einen Trichter auf, der an einem First des Dachs angeordnet ist. Dieser ist vorzugsweise zumindest abschnitts weise in einer Verlängerung einer Seitenleitvorrichtung angeordnet. Diese Leitvorrichtung erstreckt sich beispielsweise entlang eines Dachgrats. Wind, der auf die Dachfläche trifft, wird zunächst von der Seitenleitvorrichtung daran gehindert, seitlich vom Dach abzuströmen und wird stattdessen nach oben geleitet. Von dort gelangt die Luft in den Trichter, die den Luftstrom weiter konzentriert und auf die Turbine zu leitet.
  • Bevorzugt weist der Trichter zumindest eine Lufteinlassöffnung auf, so dass zusätzlich Luft in den Trichter einströmen kann.
  • Um an der Dachfläche nach oben strömende Luft zu leiten und gezielt Verwirbelungen einzubringen, ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass die Leitvorrichtung zumindest einen Leitflügel auf dem Dach umfasst, der sich im Wesentlichen parallel zum Dach erstreckt. So wird die zunächst laminare Windströmung verwirbelt und so der Wind effektiv auf den Trichter zu geleitet.
  • Herkömmliche Windkraftanlagen haben den Nachteil, dass sie dann, wenn die Sonne scheint, zu einem höchst unerwünschten Stroboskopeffekt führen, was in Gegenden mit Wohnbebauung nicht akzeptabel ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist daher vorgesehen, dass die Turbine als Impeller ausgebildet ist.
  • Bei einem erfindungsgemäßen Haus weist das Dach bevorzugt zumindest zwei Dachflächen auf, wobei an zumindest zwei der Dachflächen eine Seitenleitvorrichtung zum Leiten von Luft, die entlang des Dachs nach oben strömt, vorgesehen ist, so dass der Wind von zumindest zwei Seiten wehen kann, um die Turbine anzutreiben.
  • In anderen Worten liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass die Oberflächenform einer Dachdeckung mit Hilfe zusätzlicher Bauteile zu einem Kon zentrator für Wind werden kann. Auf diese Weise kann die Turbine kleiner ausgelegt werden und trotzdem eine beträchtliche Menge Energie produzieren. Dadurch wird eine dezentrale Energiegewinnung ermöglicht, die zum Umweltschutz und zur CO2-Reduzierung beiträgt.
  • Der Einsatz der Leitvorrichtung, die in einer Ausführungsform auch als Turbotrichter bezeichnet werden könnte, führt dazu, dass die Turbine bereits bei Windgeschwindigkeiten ab cirka 0,5 m/sec Strom erzeugen kann. Genutzt wird insbesondere der Bernoulli-Effekt. Die Leitflügel stellen eine Lösung des Staudruckproblems der einströmenden Luft dar. Durch die Erfindung können Dächer, anders als bisher, nicht nur zum Schutz gegen Wetter, sondern auch zur Energiegewinnung eingesetzt werden.
  • Werden zusätzlich die schneckenförmigen Flügelelemente eingesetzt, so ergänzen sich mehrere physikalische Wirksamkeitsprinzipien effektiv und die Windgeschwindigkeiten, bei denen effektiv Strom erzeugt werden kann, reichen von sehr niedrigen bis zu sehr hohen Windgeschwindigkeiten.
  • Die erfindungsgemäße Windkraftanlage kann mehrere Effekte nutzen, nämlich den Turboeffekt (Bernoulli-Effekt) durch den eingesetzten Turbotrichter oder mittels veränderter Dacheindeckung bei Neudächern den dynamischen Hangaufwind und die Druckdifferenz zwischen Luv- und Leeseite eines Daches. Die Luft, die die waagerechten Rotorblätter verlässt, trägt zudem zusätzlich zum Antrieb an den schneckenförmigen Flügelelementen bei. Die Außenflügel, die als angesetzte Flügel ausgebildet sein können, beschleunigen die Rotation, indem sie den scheinbaren Wind nutzen, der aus Fahrtwind und wahrem Wind resultiert.
  • Die erfindungsgemäße Windkraftanlage arbeitet unabhängig von der Windrichtung und kann modular betrieben werden, das heißt dass mehrere Windkraftanlagen pro Dach vorgesehen sein können.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines exemplarischen Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt
  • 1 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Hauses mit einer erfindungsgemäßen Windkraftanlage,
  • 2 eine Ansicht von oben auf die Windkraftanlage,
  • 3 eine Seitenansicht des Hauses gemäß 2 und
  • 4 ein schneckenförmiges Flügelelement einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Windkraftanlage.
  • 1 zeigt eine erfindungsgemäße Windkraftanlage 10 mit einer Turbine 12 und einer Leitvorrichtung 14 zum Leiten von Luft, die entlang eines Daches 16 eines Hauses 18 nach oben auf die Turbine 12 strömt.
  • Die Leitvorrichtung 14 umfasst eine erste Seitenleitvorrichtung 20.1, die sich entlang eines ersten Dachgrats 22.1 erstreckt, eine zweite Seitenleitvorrichtung 20.2, die sich entlang eines zweiten Dachgrats 22.2 erstreckt, einen Trichter 24, der auch als Turbotrichter bezeichnet werden könnte, und Leitflügel 26.1, 26.2. Der Trichter 24 ist in Verlängerung der Seitenleitvorrichtungen 20.1, 20.2 angeordnet. Luft 28, die auf das Dach 16 zuströmt, wird durch die Seitenleitvorrichtung 20.1, 20.2 daran gehindert, zur Seite hin auszuweichen. Sie wird damit auf den Trichter 24 zu geleitet.
  • Der Trichter 24 besitzt eine der Turbine 12 zugewandte Öffnung 30, durch die die Luft 28 mit einer vertikalen Komponente die Turbine 12 von unten nach oben durchströmt. Durch Lufteinlassöffnungen 32.1, 32.2 kann zusätzlich Luft in den Trichter 24 gelangen.
  • Auf dem Weg zum Trichter 24 wird die Luft 28 durch den Leitflügel 26.1, 26.2 geführt, so dass Verwirbelungen vermieden werden. Die Leitflügel 26.1, 26.2 sind durch Stützen 34.1 bzw. 34.2 am Dach 16 befestigt. Die Turbine 12 besitzt eine Drehachse 36, die im Wesentlichen vertikal verläuft und in einem Fuß 38 drehbar am Dach 16 befestigt ist. Wird die Turbine 12 von der Luft 28 von unten angeströmt, so versetzen drei Rotorblätter 40.1, 40.2, 40.3 die Turbine in Drehung.
  • Die Turbine 12 umfasst zudem drei Flügelelemente 42, von denen in 1 nur das Flügelelement 42.1 eingezeichnet ist. Bezugszeichen ohne Zählsuffix bezeichnen das Objekt als solches. Das Flügelelement 42.1 ist schneckenförmig bezüglich der Drehachse ausgebildet und verjüngt sich nach oben. Die äußere Form des Flügelelements 42 ist an der Drehachse 36 befestigt und so geformt, dass ein seitlicher, beispielsweise horizontal wehender Wind die Drehachse 36 gegebenenfalls in Bewegung versetzt.
  • Die Rotorblätter 40 und ein Teil der Flügelelemente 42 sind von einem ringförmigen Gehäuse 44 umgeben, so dass die Turbine zumindest in ihrem Abschnitt, in dem sie die Rotorblätter 40 aufweist, als Impeller ausgebildet ist.
  • 2 zeigt die Windkraftanlage 10 von oben. Es sind die Flügelelemente 42.1, 42.2, und 42.3 zu erkennen, die rotationssymmetrisch um die Drehachse 36 angeordnet sind. An jedem der Flügelelemente 42.1, 42.2, 42.3 ist zumindest ein Außenflügel 46.1, 46.2 bzw. 46.3 angeordnet, der so konturiert ist, dass er dann, wenn die Turbine 12 sich dreht, eine radial einwärts wirkende Kraft erzeugt.
  • 3 zeigt eine Seitenansicht des Hauses aus 2. In 3 sind zwei Flügelelemente 22.1, 22.2 der Turbine 12 zu erkennen. Von dem Dritten Flügelelement 42.3 ist nur derjenige Teil nicht sichtbar, der von den beiden ande ren Flügelelementen 22.1, 22.2 nicht abgedeckt ist.
  • 4 zeigt eine Detailansicht des Flügelelements 42.1, das genauso aufgebaut ist wie die beiden anderen Flügelelemente 42.2 und 42.3. Es ist zu erkennen, dass das Flügelelement 42.1 sich nach oben verjüngt, schneckenförmig ausgebildet ist und die Drehachse 36 helikal ergibt. Zu erkennen ist zudem der Außenflügel 46.1, der dann, wenn die Turbine sich dreht, die nach innen gerichtete Kraft F ausübt, die der Fliehkraft Fflieh entgegenwirkt. Da die Fliehkraft Fflieh und die nach innen wirkende Kraft F beide in erster Näherung quadratisch von einer Drehgeschwindigkeit ω der Drehachse abhängen, kann der Außenflügel 46.1 so gestaltet sein, dass die nach innen gerichtete Kraft F die Fliehkraft Fflieh der Geraden kompensiert.
  • Der Wind strömt vorbei an den Vorflügeln in Richtung der trichterförmigen Öffnung (Turbotrichter) 24. Die profilierten Vorflügel 26 dienen dazu, den einströmenden Luftstrom zu „brechen” und in gebündelter Art und Weise in Form von „Wirbelschleppen” in die trichterförmige Öffnung 30 einzusaugen. Durch die obenauf befindlichen, quer liegenden zusätzlichen großen Lufteinlässe 32 kann weitere Luftströmung eindringen, die sich mit dem von unten aufströmenden Windstrom ergänzt und addiert (Nutzung dynamischer Hangaufwind). Diese Luftströmung wird nach oben hin komprimiert, gewinnt deutlich an Geschwindigkeit mittels des Venturi-Rohr-Prinzips und wird dann zu der obenauf liegendem waagerechten Turbine 12 gelenkt, an der die erste Bewegungsenergie gewonnen wird. Die Turbine 12 ist mit einer Karkasse umgeben zur Lenkung des ausströmenden Windes, aber auch um die entstehende Geräuschentwicklung in der Turbine zu dämmen.
  • Dieser Turbotrichter 24 oder die veränderte Dachform-Konstruktion dient dazu, schwachen einströmenden Wind zu verwertungsfähigen Windstärken zu beschleunigen, um damit Stromgewinnung schon mit geringen Windstärken möglich zu machen und um bei größeren Windstärken wesentlich mehr Leistung zu erzielen. Diese Dachaufbauten werden in Größe und Form und Menge der vorgefundenen Dachfläche angepasst und auf allen Seiten installiert.
  • Die vorhandenen Dachgrate 22 werden mit Aufsätzen in Form der Seitenleitvorrichtungen erhöht, um schon an dieser Stelle den Wind in Richtung der Trichteröffnung abzulenken. Es ist aber auch möglich, die Seitenleitvorrichtungen abseits des Dachgrats auf der Dachfläche vorzusehen. Die äußere und innere Form und die Größe des Turbotrichters 24, der Dachgrate und der Öffnung können in Windkanal-Tests optimiert sowie hinsichtlich Größe, Form und Aufteilung der zusätzlichen Lufteinlassschächte sowie hinsichtlich der Dachgegebenheiten wie Gauben, Fenster etc., angepasst werden.
  • Günstig ist die gleichzeitige Nutzung von Hangaufwinden auf Dächern mittels des Turbo-Trichters 24 bei Ausnutzung des Bernoulli-Effektes und Nutzung des sich am Dachfirst entwickelnden Unterdrucks durch Luv und Lee. Es ist ferner günstig, dass die Dacheindeckung nach dieser Grundidee zukünftig nach erfolgreichen Windkanaltest und Weiterentwicklung bereits aus einer für die Energiegewinnung optimierten Form gebaut werden kann, die sich an die hier beschriebenen Windkraftgewinnungsprinzipien anlehnt.
  • Die aus der waagerecht angeordneten Turbine ausströmende Luft wird in die obere Hälfte der darüber angeordneten Turbinen Schnecke geleitet. Diese oben aufgesetzte Turbinenschnecke wird nun angetrieben mit mehreren Wirksamkeitsprinzipien. Zum einen wird die Abluft aus der darunter liegenden, waagerecht angeordneten Turbine zugeleitet. Zudem wird die direkt anströmende Luft von den drei im Kreis angeordneten Flügeln der Turbinenschnecke aufgenommen, die im unteren Flügelbereich schaufelförmig ausgelegt ist. Die Neigung der Schaufel entspricht jeweils dem Winkel der Dachschräge bzw. der Form des Turbotrichters.
  • Die drei im Kreis angeordneten Flügelelemente 42 verwinden und verschmä lern sich nach oben zu einer sich zuziehenden Schnecke, wobei die Luft oben aus der Schnecke frei ausströmen kann. Die Luft wird durch diese besondere Flügelform in die sich nach oben zunächst schließende Schneckenform gelenkt, beschleunigt in der Schneckenform und entweicht dann an der Spitze. Ergänzt wird der Windstrom auf den Weg mit der Abluft aus der waagerecht unten angeordneten Turbine. Beide Windströme erreichen addiert in Verbindung mit der Schneckenform eine deutlich höhere Rotationsgeschwindigkeit als bestehende Vertikalrotatoren.
  • Außen an der Turbine 12 sind zusätzlich die vertikal profilierte Außenflügel installiert, die sowohl Vortrieb erzeugen, als auch den Fliehkräften durch ein negatives Profil entgegenwirken. Durch Nutzung des scheinbaren Windes, eines Resultierenden aus Fahrtwind und wahrem Wind, die bei der Rotation der Turbinenschnecke entsteht, wird erreicht, dass die natürliche höchste mögliche Rotationsgeschwindigkeit der Turbinenschnecke ohne Flügel mittels des Einsatzes der Flügel deutlich erhöht wird. Trotzdem benötigt das System keine Bremse, wie es herkömmliche Windkraftanlagen notwendig ist. Durch den Einsatz der Flügel wird diese Umdrehungszahl nun deutlich gesteigert und das Ergebnis maximiert.
  • 10
    Windkraftanlage
    12
    Turbine
    14
    Leitvorrichtung
    16
    Dach
    18
    Haus
    20
    Seitenleitvorrichtung
    22
    Dachgrat
    24
    Trichter
    26
    Leitflügel
    28
    Luft
    30
    Öffnung
    32
    Lufteinlassöffnung
    34
    Stütze
    36
    Drehachse
    38
    Fuß
    40
    Rotorblatt
    42
    Flügelelement
    44
    Gehäuse
    46
    Außenflügel
    48
    Dachfläche
    F
    Kraft
    ω
    Drehgeschwindigkeit
    Fflieh
    Fliehkraft
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 102004041281 [0002]
    • - DE 202006017489 U1 [0003]

Claims (14)

  1. Windkraftanlage für ein Dach (16), mit (a) einer Turbine (12), gekennzeichnet durch (b) eine Leitvorrichtung (14) zum Leiten von Luft (28), die entlang des Daches (16) nach oben strömt, auf die Turbine (12) zu.
  2. Windkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – die Turbine (12) zumindest ein Rotorblatt (40) umfasst, – wobei das mindestens eine Rotorblatt (40) angeordnet ist, um von unten von der Luft (28) angeströmt zu werden.
  3. Windkraftanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine (12) eine im Wesentlichen vertikal verlaufende Drehachse (36) aufweist.
  4. Windkraftanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine (12) mindestens ein Flügelelement (42) umfasst, das ausgebildet ist, um seitlich angeströmt zu werden.
  5. Windkraftanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Flügelelement (42) schneckenförmig bezüglich der Drehachse (36) ist.
  6. Windkraftanlage nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch zwei oder drei schneckenförmige Flügelelemente (42.1, 42.2, 42.3) die rotationssymmetrisch bezüglich der Drehachse (36) angeordnet sind.
  7. Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an dem mindestens einen Flügelelement (42) zumindest ein Außenflügel (46) zum Erzeugen einer radial einwärts gerichteten Kraft (F) angebracht ist.
  8. Windkraftanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitvorrichtung (14) zumindest abschnittsweise entlang eines Dachgrats (22) des Dachs (16) verläuft.
  9. Windkraftanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitvorrichtung (42) einen Trichter (24) aufweist, der an einem First des Daches (16) angeordnet ist.
  10. Windkraftanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Trichter (24) zumindest eine Lufteinlassöffnung (32) aufweist.
  11. Windkraftanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitvorrichtung (14) zumindest einen zentral auf dem Dach (16) montierten Leitflügel (26) umfasst, der sich im Wesentlichen parallel zum Dach (16) erstreckt.
  12. Windkraftanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine (12) als Impeller ausgebildet ist.
  13. Haus mit einem Dach und mit einer auf dem Dach montierten Windkraftanlage (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche.
  14. Haus nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Dach zumindest zwei Dachflächen (48.1, 48.2, 48.3, 48.4) hat und dass an zumindest zwei der Dachflächen eine Seitenleitvorrichtung (20) zum Leiten von Luft (28), die entlang des Daches (16) nach oben strömt, auf die Turbine (12) zu angeordnet ist.
DE102008058030A 2008-11-18 2008-11-18 Windkraftanlage für ein Dach Ceased DE102008058030A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008058030A DE102008058030A1 (de) 2008-11-18 2008-11-18 Windkraftanlage für ein Dach

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008058030A DE102008058030A1 (de) 2008-11-18 2008-11-18 Windkraftanlage für ein Dach

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102008058030A1 true DE102008058030A1 (de) 2010-05-27

Family

ID=42114456

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102008058030A Ceased DE102008058030A1 (de) 2008-11-18 2008-11-18 Windkraftanlage für ein Dach

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102008058030A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011105965A1 (de) 2011-06-29 2013-01-03 Jana Spiegelmacher Dachbedeckungssystem zur Windkraftnutzung an Gebäuden

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004041281A1 (de) 2004-08-25 2006-03-02 Hochschule Bremerhaven Vertikalrotor und Verfahren für die Gewinnung elektrischer Energie aus Windenergie
DE202006017489U1 (de) 2006-11-16 2007-01-11 Lange, Wolfgang Vertikalrotor mit Venturi-Spirale

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004041281A1 (de) 2004-08-25 2006-03-02 Hochschule Bremerhaven Vertikalrotor und Verfahren für die Gewinnung elektrischer Energie aus Windenergie
DE202006017489U1 (de) 2006-11-16 2007-01-11 Lange, Wolfgang Vertikalrotor mit Venturi-Spirale

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011105965A1 (de) 2011-06-29 2013-01-03 Jana Spiegelmacher Dachbedeckungssystem zur Windkraftnutzung an Gebäuden

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1859164B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur nutzung der windenergie
DE102004064007B4 (de) Windenergieanlage mit einer Generatorkühlung
DE102011014476B4 (de) Windturbine
EP2798205B1 (de) Strömungsmaschine
EP1904742B1 (de) Turbine für eine wasserkraftanlage
DE102016105409A1 (de) Windkraftanlage und Verfahren zum Steuern einer Windkraftanlage
WO2010097204A2 (de) Wasserrad
WO2012116678A1 (de) Vorrichtung zur nutzung von windkraft mit mindestens einem rotor
DE102009015669A1 (de) Kleinwindkraftanlage
DE112017004377B4 (de) Windturbinenanlage
EP4224010A1 (de) Rotor für eine vertikale windkraftanlage
DE102008058030A1 (de) Windkraftanlage für ein Dach
DE202012013307U1 (de) Windkraftanlage und Turbinenlaufrad hierfür
DE202004017309U1 (de) Windkraftrotor
DE102005029478A1 (de) Duplex-Windkraftanlage
DE102012107250B4 (de) Rotor einer vertikalachsigen Windkraftanlage
DE10301922B3 (de) Windkraftanlage mit vertikaler Rotorachse
DE102016112876A1 (de) Durchströmwindkraftanlage
EP2420672B1 (de) Windturbine
DE202015100837U1 (de) Windkraftanlage mit Vorstage an den Rotorblättern
DE102016011685B4 (de) Windkraftanlage
DE102019122567B4 (de) Vertikalachsen-Windkraftanlage
EP2728174A1 (de) Windkraftanlage zur Energiegewinnung
AT523838B1 (de) Windkraftanlage
DE4337479C1 (de) Windenergieanlage

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
R082 Change of representative

Representative=s name: GRAMM, LINS & PARTNER GBR, DE

Representative=s name: GRAMM, LINS & PARTNER GBR, 38122 BRAUNSCHWEIG, DE

R002 Refusal decision in examination/registration proceedings
R003 Refusal decision now final

Effective date: 20111229