DE102012015171B3 - Highly efficient wind energy system installed in e.g. building roof, has radiator that is provided in cooling water circuit and arranged at side facing wind distributor, and circulating pump that is directly connected with wind turbine - Google Patents

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Abstract

The energy system has cooling water circuit (3) equipped for cooling the waste heat producing unit (2) and provided with a radiator (7). A circulating pump (4) is directly connected with a wind turbine (1). The adjacent radial-flow turbines (8) are arranged and aligned in parallel to a vertical rotation axis (9). A V-shaped wind distributor (11) is pivoted around pivot axis (10) parallel to rotation axes. The pivot axis and wind distributor are arranged on same side of connecting line (32) of rotation axes. The radiator is arranged at side facing the wind distributor.

Description

Die Erfindung betrifft eine mit Windenergie betriebene hocheffiziente Anlage zum Abführen von Abwärme, wobei die Anlage mindestens eine Windkraftanlage, mindestens eine zu kühlende, die Abwärme produzierende Anlageneinheit, einen Kühlwasserkreislauf zur Kühlung der Anlageneinheit, eine von der Windkraftanlage angetriebene Umwälzpumpe für das Kühlwasser, und mindestens einen Kühler im Kühlwasserkreislauf umfasst und wobei die Umwälzpumpe in direkter mechanischer Antriebsverbindung, gegebenenfalls über ein Getriebe, mit der Windkraftanlage steht.The invention relates to a high-energy plant operated with wind energy for removing waste heat, wherein the plant at least one wind turbine, at least one to be cooled, the waste heat producing plant unit, a cooling water circuit for cooling the plant unit, driven by the wind turbine circulating pump for the cooling water, and at least comprising a cooler in the cooling water circuit and wherein the circulating pump is in direct mechanical drive connection, optionally via a transmission, with the wind turbine.

Eine derartige Anlage ist aus der DE 10 2004 046 286 B4 bekannt. Hier ist eine Windturbine als Kondensator ausgebildet.Such a plant is from the DE 10 2004 046 286 B4 known. Here a wind turbine is designed as a capacitor.

Stand der TechnikState of the art

Zur Erzeugung von elektrischem Strom und zum Erwärmen von Trinkwasser, jeweils aus erneuerbaren Energiequellen wie Sonne, Wind, Wasserkraft, usw. ist es bekannt, separate Energieumwandlungsanlagen wie Windkraftanlagen, Photovoltaikanlagen, thermische Solarkollektoren, usw. einzusetzen. Diese Anlagen arbeiten unabhängig voneinander und haben einen bestimmten Wirkungsgrad mit einem von der Funktionsweise her charakteristischen maximalen Grenzwert. Das Potential zur Energieerzeugung aus den erneuerbaren Energien lässt sich damit nur in sehr begrenztem Maße ausschöpfen. Dies gilt insbesondere für die Möglichkeiten an einem einzelnen Gebäude, dort die anfallende erneuerbare Energie in Nutzenergie umzuwandeln.For generating electricity and for heating drinking water, each from renewable energy sources such as sun, wind, hydro, etc., it is known to use separate energy conversion systems such as wind turbines, photovoltaic systems, solar thermal collectors, etc. These systems operate independently of each other and have a certain efficiency with a functionally characteristic maximum limit. The potential for generating energy from renewable energies can only be exploited to a very limited extent. This applies in particular to the possibilities of a single building, where it converts the resulting renewable energy into useful energy.

Der Wirkungsgrad von Solarstrommodulen sinkt bei steigender Temperatur stark ab, typischerweise um 5 Prozent pro 10°C Erwärmung. In den Sommermonaten, also der Hauptertragszeit der Solarstrommodule können sich die Zellen leicht bis auf eine Temperatur von 80 bis 90°C erwärmen. Je nach Modul- beziehungsweise Zellenbauart und den Umgebungsbedingungen können auch bis zu 130°C erreicht werden. Entsprechend hohe Verluste an Wirkungsgrad sind die Folge. Bei einer Zellenerwärmung bis 130°C wird die von dem Solarstrommodul abgegebene Leistung sogar halbiert.The efficiency of solar power modules drops sharply with increasing temperature, typically by 5 percent per 10 ° C heating. In the summer months, ie the main production time of the solar power modules, the cells can easily warm up to a temperature of 80 to 90 ° C. Depending on the module or cell type and the ambient conditions, up to 130 ° C can be achieved. Correspondingly high losses of efficiency are the result. With cell heating up to 130 ° C, the power output by the solar power module is even halved.

Daher ist es sinnvoll, die Solarstrommodule zu kühlen. Nachteilig ist allerdings, dass die Kühlung zusätzliche elektrische Energie verbraucht.Therefore, it makes sense to cool the solar power modules. The disadvantage, however, is that the cooling consumes additional electrical energy.

Bekannt ist, dass zur Kühlung die Solarstrommodule mit Wasser beregnet werden. Das abfließende Wasser wird allerdings nicht aufgefangen, sondern fließt wie normales Regenwasser ab.It is known that for cooling the solar power modules are watered with water. The effluent water is not collected, but flows off like normal rainwater.

Generell besteht ein Problem in dem zu niedrigen Wirkungsgrad von Anlagen, die mit erneuerbaren Energien arbeiten. Dies wiegt umso schwerer, weil diese Anlagen ohnehin eine erheblich niedrigere Leistung als konventionelle Kraftwerke erbringen.In general, there is a problem in the too low efficiency of renewable energy plants. This weighs all the more difficult, because these plants already provide a significantly lower performance than conventional power plants anyway.

Aufgabe und Lösung der ErfindungTask and solution of the invention

Aufgabe der Erfindung: Das in den erneuerbaren Primärenergien vorhandene Potential zur Erzeugung von Nutzenergie wie elektrischem Strom und Warmwasser soll erheblich verbessert werden. Insbesondere soll der Gesamtwirkungsgrad deutlich gesteigert werden gegenüber einer Energieumwandlung von separaten, getrennt voneinander arbeitenden Energieumwandlungsanlagen.Object of the invention: The existing in the renewable primary energy potential for the generation of useful energy such as electricity and hot water should be significantly improved. In particular, the overall efficiency should be significantly increased compared to an energy conversion of separate, separate from each other operating energy conversion plants.

Außerdem soll der Wirkungsgrad von Abwärme produzierenden Anlagen deutlich gesteigert werden und der Betriebskosten-Anteil aufgrund der Abwärme dieser Anlagen auf diesem Wege verringert werden. Dies soll mit erneuerbaren Energien erreicht werden. Die Abwärme soll ohne Reduktion des Wirkungsgrades der zu kühlenden Anlageneinheit abgeführt werden.In addition, the efficiency of waste heat producing plants should be significantly increased and the operating cost share due to the waste heat of these systems can be reduced in this way. This should be achieved with renewable energies. The waste heat should be removed without reducing the efficiency of the system unit to be cooled.

Diese Aufgabe wird bei einer Anlage der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved according to the invention in a system of the type mentioned by the features of claim 1.

Besonders vorteilhaft und erfinderisch ist die Doppelfunktion der Windkraftanlage, da sie erstens die Umwälzpumpe (4) für das Kühlwasser – und durch die direkte Kopplung praktisch ohne Energieverluste – antreibt und zweitens gleichzeitig den am Windverteiler angebrachten Kühler der maximalen möglichen Windströmung aussetzt. Ein Energie verbrauchender Ventilator für den Kühler ist nicht mehr notwendig.Particularly advantageous and inventive is the dual function of the wind turbine, since it firstly the circulating pump ( 4 ) for the cooling water - and by the direct coupling practically without energy losses - drives and secondly at the same time exposing the mounted on the wind distributor radiator of the maximum possible wind flow. An energy-consuming fan for the radiator is no longer necessary.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angeführt.Advantageous embodiments of the invention are set forth in the subclaims.

Durch die Kühlung der Photovoltaikanlage wird deren Wirkungsgrad erheblich gesteigert. Durch die Verwendung des erwärmten Kühlwassers zur Erzeugung von erwärmtem Trinkwasser wird die energetische Ausnutzung der Sonneneinstrahlung zusätzlich verbessert. Die Photovoltaikanlage dient sozusagen gleichzeitig als thermischer Solarkollektor. Die Energie für die Umwälzung des Kühlwassers wird von der Windkraftanlage geliefert, so dass auch durch diese Maßnahme eine weitere Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades erreicht wird. Insgesamt wird das Energieerzeugungspotential von jedem Gebäude deutlich verbessert. Für den Fall, dass genügend Warmwasser vorhanden ist, ist auch ein zusätzlicher Kühler im Kühlwasserkreislauf vorgesehen, um die nicht benötigte Wärme abzuführen.By cooling the photovoltaic system, their efficiency is significantly increased. By using the heated cooling water to produce heated drinking water, the energy utilization of solar radiation is further improved. The photovoltaic system serves, so to speak, as a thermal solar collector. The energy for the circulation of the cooling water is supplied by the wind turbine, so that a further improvement of the overall efficiency is achieved by this measure. Overall, the energy production potential of each building is significantly improved. In the event that enough hot water is available, an additional cooler in the cooling water circuit is provided to dissipate the heat not needed.

Insgesamt wird erstens durch die Kombination von Windkraftanlage, Photovoltaikanlage und thermischem Sonnenkollektor (implizit durch die Kühlung der Photovoltaikanlage), zweitens durch die Kühlung der Photovoltaikanlage, drittens durch die Verwendung des erwärmten Kühlwassers zur Erzeugung von warmem Trinkwasser und viertens durch die Verwendung der mechanischen Energie der Windkraftanlage zur Umwälzung des Kühlwassers ein sehr hoher Gesamtwirkungsgrad erreicht. Overall, firstly by the combination of wind turbine, photovoltaic system and solar thermal collector (implied by the cooling of the photovoltaic system), secondly by the cooling of the photovoltaic system, thirdly by the use of the heated cooling water to produce warm drinking water and fourthly by the use of mechanical energy of the Wind turbine achieved to circulate the cooling water a very high overall efficiency.

Die Windkraftanlage kann gleichzeitig zur Erzeugung von elektrischem Strom dienen. Wenn die Windkraftanlage, zumindest teilweise, zur Umwälzung des Kühlwassers eingesetzt wird, ist es von Vorteil, wenn die Umwälzpumpe in direkter mechanischer Antriebsverbindung, gegebenenfalls über ein Getriebe, mit der Windkraftanlage steht. Damit wird die von der Windkraftanlage erzeugte mechanische Energie nahezu verlustfrei zum Antrieb der Umwälzpumpe eingesetzt und der Wirkungsgrad weiter erhöht.The wind turbine can simultaneously serve to generate electricity. If the wind turbine, at least partially, is used to circulate the cooling water, it is advantageous if the circulating pump is in direct mechanical drive connection, possibly via a transmission, with the wind turbine. Thus, the mechanical energy generated by the wind turbine is almost lossless used to drive the circulation pump and further increases the efficiency.

Vorteilhaft ist außerdem, wenn die Windkraftanlage entsprechend Anspruch 3 ausgebildet ist und der mindestens eine Kühler vor dem V-förmigen Windverteiler angeordnet ist. In diesem Fall dreht sich die Windkraftanlage immer in Windrichtung und auch der Kühler steht ebenfalls in Windrichtung, so dass er der maximalen möglichen Windströmung ausgesetzt ist und damit optimal arbeitet.It is also advantageous if the wind turbine is designed according to claim 3 and the at least one cooler is arranged in front of the V-shaped wind distributor. In this case, the wind turbine always turns in the wind direction and the radiator is also in the wind direction, so that it is exposed to the maximum possible wind flow and thus works optimally.

Von Vorteil ist es weiterhin, wenn die Photovoltaikanlage mindestens ein Solarzellenpanel umfasst und das Kühlwasser über die Oberfläche des Solarzellenpanels geleitet wird. Das Solarzellenpanel arbeitet dann praktisch gleichzeitig als thermischer Solarkollektor zur Erwärmung von Wasser, in diesem Fall des Kühlwassers.It is furthermore advantageous if the photovoltaic system comprises at least one solar cell panel and the cooling water is conducted over the surface of the solar cell panel. The solar cell panel then operates virtually simultaneously as a thermal solar collector for heating water, in this case the cooling water.

Ausführungsbeispieleembodiments

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben. In allen Zeichnungen haben gleiche Bezugszeichen die gleiche Bedeutung und werden daher gegebenenfalls nur einmal erläutert. Es zeigenEmbodiments of the invention will be described in more detail below with reference to drawings. In all drawings, like reference numerals have the same meaning and therefore may be explained only once. Show it

1 ein Fließdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anlage, 1 a flow diagram of a first embodiment of the system according to the invention,

2 einen schematischen Querschnitt durch die bevorzugt eingesetzte Windkraftanlage 8, 2 a schematic cross section through the preferred wind turbine 8th .

3 ein Fließdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung zum Abführen der Abwärme einer Klima- beziehungsweise einer Kälteanlage und 3 a flow diagram of a second embodiment of the invention for dissipating the waste heat of an air conditioning and a refrigeration system and

4 ein Fließdiagramm eines dritten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels, bei dem Latentwärmespeicher zusätzlich vorhanden sind. 4 a flow diagram of a third embodiment of the invention, in which latent heat storage are also available.

1 zeigt ein Fließdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anlage. Die durchgezogenen Linien bedeuten Leitungen für elektrischen Gleichstrom, die gestrichelten Linien Signalleitungen und die strichpunktierten Leitungen eine Niederdruck-Wasserleitung, nämlich insbesondere den Kühlwasserkreislauf 3. 1 shows a flow diagram of a first embodiment of the system according to the invention. The solid lines mean lines for direct electrical current, the dashed lines signal lines and the dash-dotted lines a low-pressure water pipe, namely in particular the cooling water circuit 3 ,

Die Anlage enthält eine Windkraftanlage 1 mit zwei Radialturbinen 8 und einem V-förmigen Windverteiler 11, eine Photovoltaikanlage 2, von der der Übersichtlichkeit halber nur ein Solarzellenpanel 12 dargestellt ist. Das Solarzellenpanel 12 wird gekühlt vom Kühlwasserkreislauf 3, welcher von einer Umwälzpumpe 4 umgewälzt wird. Das Kühlwasser gibt die Wärme über einen Wärmetauscher 6 an Trinkwasser aus dem Trinkwassernetz 5 und/oder an einen Kühler 7 ab. Die Umwälzpumpe 4 steht in direkter mechanischer Antriebsverbindung mit der Windkraftanlage 1.The plant contains a wind turbine 1 with two radial turbines 8th and a V-shaped wind distributor 11 , a photovoltaic system 2 , for the sake of clarity, only a solar cell panel 12 is shown. The solar cell panel 12 is cooled by the cooling water circuit 3 , which by a circulation pump 4 is circulated. The cooling water releases the heat via a heat exchanger 6 to drinking water from the drinking water network 5 and / or to a radiator 7 from. The circulation pump 4 is in direct mechanical drive connection with the wind turbine 1 ,

Im Kühlwasserkreislauf 3 sind ein Regelventil 13, eine Regelpumpe 14, ein Dreiwegeventil 15, ein Luftauslassventil 16 sowie ein Wassereinlassventil 17 vorgesehen, wie aus 1 hervorgeht. Die Ventile und Pumpen werden von einer Steuereinheit 18 angesteuert.In the cooling water circuit 3 are a control valve 13 , a regulator pump 14 , a three-way valve 15 , an air outlet valve 16 and a water inlet valve 17 provided, like out 1 evident. The valves and pumps are controlled by a control unit 18 driven.

Der Kühlwasserkreislauf 3 arbeitet wie folgt. Über das Wassereinlassventil 17 kann das Rohrsystem mit Wasser befällt werden. Eventuell vorhandene und störende Luft kann über das Luftauslassventil 16 abgelassen werden (Entlüftung). Das kalte Kühlwasser strömt über die Oberfläche eines Solarzellenpanels 12. Das Panel ist dabei so, wie es in der Detailzeichnung 1a dargestellt ist, aufgebaut. Innerhalb eines versiegelten Rahmens 19 liegt eine Glasscheibe 21 im Abstand und oberhalb eines Solarmoduls 20, die die Solarzellen trägt. Durch den zwischen dem Solarmodul 20 und der Glasscheibe 21 gebildeten Zwischenraum 22 strömt das Kühlwasser. Nachdem es dort erwärmt wurde, kann es in Abhängigkeit von der Stellung des Dreiwegeventils 15 entweder durch einen Wärmetauscher 6 fließen, wo es das in einem Warmwasserspeicher 23 enthaltene Trinkwasser erwärmt, oder es fließt über das Luftauslassventil zu einem Kühler 7, welcher auf dem Dach des Gebäudes montiert ist, vorzugsweise auf dem V-förmigen Windverteiler 11 der Windkraftanlage. Der Kühler kann mit oder ohne Ventilator ausgestattet sein.The cooling water circuit 3 works as follows. About the water inlet valve 17 the pipe system can be filled with water. Any existing and disturbing air can be controlled via the air outlet valve 16 be drained (venting). The cold cooling water flows over the surface of a solar cell panel 12 , The panel is as it is in the detail drawing 1a is shown constructed. Inside a sealed frame 19 lies a glass pane 21 in the distance and above a solar module 20 that carries the solar cells. By the between the solar module 20 and the glass pane 21 formed gap 22 the cooling water flows. After being heated there, it may depend on the position of the three-way valve 15 either through a heat exchanger 6 flow, where it is in a hot water tank 23 heated drinking water, or it flows through the air outlet valve to a cooler 7 , which is mounted on the roof of the building, preferably on the V-shaped wind distributor 11 the wind turbine. The cooler can be equipped with or without fan.

Wird das erwärmte Kühlwasser zur Bereitstellung von warmen Trinkwasser benutzt, so kann dieses warme Trinkwasser aus dem Warmwasserspeicher 23 über die Entnahmeleitung 24 für den Gebrauch im Privathaushalt oder gewerblichen Betrieb benutzt werden. Aufgefüllt wird der Warmwasserspeicher 23 über das Trinkwassernetz 5.If the heated cooling water used to provide warm drinking water, so this warm drinking water from the hot water tank 23 via the sampling line 24 for domestic or commercial use Operation can be used. The hot water tank is filled up 23 via the drinking water network 5 ,

Auch der Teil des erwärmten Kühlwassers, welcher seine Wärme im Wärmetauscher 6 an das Trinkwasser abgegeben hat, wird über das Luftauslassventil 16 und den Kühler 7 geführt. Am Auslass des Kühlers 7 fließt ein Teil des wieder abgekühlten Kühlwassers entweder über die Umwälzpumpe 4, die in direkter mechanischer Verbindung von der Windkraftanlage 1 angetrieben wird, und das Regelventil 13 oder direkt über die Regelpumpe 14 zurück zum Solarzellenpanel 12, wo es erneut seine Kühlfunktion ausübt.Also, the part of the heated cooling water, which is its heat in the heat exchanger 6 delivered to the drinking water is via the air outlet valve 16 and the radiator 7 guided. At the outlet of the radiator 7 Part of the recooled cooling water flows either through the circulation pump 4 in direct mechanical connection from the wind turbine 1 is driven, and the control valve 13 or directly via the control pump 14 back to the solar cell panel 12 where it again performs its cooling function.

Die Windkraftanlage 1 dient nicht nur zum Betreiben der Umwälzpumpe 4, sondern auch zum Erzeugen von elektrischem Strom über einen elektrischen Generator 25, der den Strom an einen ersten Inverter 26 liefert. Auch der von der Photovoltaikanlage 2 erzeugte elektrische Strom wird zum ersten Inverter 26 geleitet. Von dort fließt der elektrische Strom, in Abhängigkeit von den Befehlen der Steuereinheit 18, entweder in einen elektrischen Akkumulator 27 zur Speicherung oder Zwischenspeicherung oder über die Steuereinheit 18 in einen zweiten Inverter 28 zur Einspeisung ins öffentliche Stromnetz oder in einen dritten Inverter 29 zur Einspeisung in das hausinterne Stromnetz.The wind turbine 1 not only serves to operate the circulation pump 4 but also for generating electric power via an electric generator 25 that supplies the power to a first inverter 26 supplies. Also from the photovoltaic system 2 generated electric current becomes the first inverter 26 directed. From there the electric current flows, depending on the commands of the control unit 18 , either in an electric accumulator 27 for storage or caching or via the control unit 18 in a second inverter 28 for feeding into the public power grid or in a third inverter 29 for feeding into the in-house power grid.

Je nach Bedarf kann der Strom auch aus dem Akkumulator 27 oder dem öffentlichen Stromnetz oder dem hausinternen Netz in das System eingespeist werden.Depending on your needs, the electricity can also come from the accumulator 27 or the public power grid or the in-house network are fed into the system.

Die erfindungsgemäße Anlage ist dadurch so flexibel, das ein außerordentlich hoher Gesamtwirkungsgrad und außerdem eine sehr hohe Wirtschaftlichkeit erreicht wird. So kann das System die elektrische Energie zum Beispiel zwischenspeichern, wenn die Einspeisevergütung in das öffentliche Stromnetz niedrig ist. Wenn zu bestimmten Zeitpunkten die Einspeisevergütung hoch ist, kann das System nicht nur elektrischen Strom aus der Erzeugung durch Windkraftanlage und die Photovoltaikanlage, sondern auch aus dem elektrischen Akkumulator 27 in das öffentliche Stromnetz einspeisen.The plant according to the invention is thus flexible so that an extremely high overall efficiency and also a very high efficiency is achieved. For example, the system can cache the electrical energy if the feed-in tariff in the public grid is low. If, at certain times, the feed-in tariff is high, the system can not only generate electric power from the wind power plant and photovoltaic plant, but also from the electric battery 27 feed into the public grid.

2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch die bevorzugt eingesetzte Windkraftanlage 8. Hier sind zwei nebeneinander und parallel ausgerichtete Radialturbinen 8 mit jeweils drei Turbinenflügeln 30 vorgesehen. Die Turbinen haben eine vertikale Rotationachse. Die gesamte Windkraftanlage steht vorzugsweise auf dem Dach eines Gebäudes. Die beiden Radialturbinen 8 sind über eine mechanische Halterung miteinander verbunden. Die gesamte Halterung mit den Turbinen 8 ist um eine Schwenkachse 10, welche ebenfalls vertikal steht, so verschwenkbar, das ein ebenfalls an der Halterung angebrachter V-förmiger Windverteiler 11 immer in Richtung des entgegenkommenden Windes zeigt. Der Windverteiler 11 konzentriert die Windströmung auf die Turbinen 8. Infolge der Schwenkachse 10 ist diese Anordnung immer optimal relativ zur Windrichtung ausgerichtet. Die Ursache dafür ist die Lage der Schwenkachse 10 und des V-förmigen Windverteilers außerhalb der Verbindungslinie 32 der Turbinenachse 9 und der Anordnung von Schwenkachse und Windverteiler auf der gleichen Seite dieser Verbindungslinie 32. 2 shows a schematic cross section through the preferred wind turbine 8th , Here are two side by side and parallel aligned radial turbines 8th each with three turbine blades 30 intended. The turbines have a vertical axis of rotation. The entire wind turbine is preferably located on the roof of a building. The two radial turbines 8th are connected to each other via a mechanical support. The entire bracket with the turbines 8th is about a pivot axis 10 , which is also vertical, so pivotable, which is also attached to the bracket V-shaped wind distributor 11 always pointing in the direction of the oncoming wind. The wind distributor 11 concentrates the wind flow on the turbines 8th , As a result of the pivot axis 10 this arrangement is always optimally aligned relative to the wind direction. The reason for this is the position of the swivel axis 10 and the V-shaped wind distributor outside the connection line 32 the turbine axis 9 and the arrangement of the pivot axis and wind distributor on the same side of this connecting line 32 ,

Vorteilhaft ist das Anbringen des Kühlers 7, in diesem Ausführungsbeispiel nach 2 in einer zweigeteilten Form, vor dem V-förmigen Windverteiler 11. Damit ist der Kühler 7 immer der stärksten Windströmung ausgesetzt. Ein zusätzlicher Ventilator ist daher nicht erforderlich, wodurch eine weitere Steigerung des Wirkungsgrades der Gesamtanlage erreicht wird.It is advantageous to attach the radiator 7 , according to this embodiment 2 in a two-part form, in front of the V-shaped wind distributor 11 , This is the cooler 7 always exposed to the strongest wind currents. An additional fan is therefore not required, whereby a further increase in the efficiency of the entire system is achieved.

Alternativ oder zusätzlich können Kühler 7a auch hinter dem Windverteiler angebracht sein, wie es ebenfalls in 2 dargestellt ist. In diesem Fall sollten ein oder mehrere Ventilatoren vorgesehen sein, vorzugsweise batteriebetrieben.Alternatively or additionally, coolers 7a also be mounted behind the wind distributor, as it is also in 2 is shown. In this case, one or more fans should be provided, preferably battery operated.

Die Kombination von Windturbinen, Solarstrommodul und thermischen Sonnenkollektor entsprechend der Erfindung hat wesentliche Vorteile. Diese Kombination verbessert das Potential von jedem Gebäude, erneuerbare Energie in Nutzenegie umzuwandeln. Die Windturbine arbeitet ohne Vibration oder Lärm, erzeugt elektrische Energie und liefert außerdem die Kühlung für die Photovoltaikanlage. Zu berücksichtigen ist auch die Einspeisevergütung von elektrischer Windenergie in Höhe von 8 Eurocent/kW/h und die Vergütung für Photovoltaik-Strom in Höhe von 30 Eurocent/kW/h. In Folge der Kühlung der Solarstrommodule erhält man für eine Temperaturerniedrigung von jeweils 10°C Zellentemperatur eine Verbesserung der Energieabgabe von 5 Prozent.The combination of wind turbines, solar power module and solar thermal collector according to the invention has significant advantages. This combination enhances the potential of any building to turn renewable energy into utility. The wind turbine works without vibration or noise, generates electrical energy and also provides cooling for the photovoltaic system. Also to be considered is the feed-in tariff of electric wind energy of 8 eurocents / kW / h and the remuneration for photovoltaic electricity of 30 eurocents / kW / h. As a result of the cooling of the solar power modules is obtained for a temperature reduction of each 10 ° C cell temperature, an improvement in the energy output of 5 percent.

Die eingebauten thermischen Solarkollektoren liefern Heißwasser im Überfluss, so dass auch durch diese Maßnahme erhebliche Energie eingespart werden kann. Durch den elektrischen Akkumulator kann die elektrische Energie immer dann zur Verfügung stehen, wenn der Verbraucher es benötigt. Erheblich weniger elektrische Energie aus dem öffentlichen Netz ist erforderlich. Strom aus Kernkraftanlagen wird durch diese enorme Energieeinsparung ebenfalls nicht mehr notwendig.The built-in thermal solar collectors provide hot water in abundance, so that even this measure considerable energy can be saved. By the electric accumulator, the electrical energy can always be available when the consumer needs it. Significantly less electrical power is needed from the public grid. Electricity from nuclear power plants is also no longer necessary due to this enormous energy saving.

In heißen Ländern kann man sogar noch einen Schritt weiter gehen. Mit großen Anordnungen von Photovoltaikanlagen kann die Hitze aus dem Photovoltaik-Feld genutzt werden, um Wärmeenergie zu erzeugen. Die Wärmeenergie kann elektrische Generatoren zur Erzeugung weiterer elektrischer Energie antreiben.In hot countries you can even go one step further. With large arrangements of photovoltaic systems, the heat from the photovoltaic field can be used to generate heat energy. The heat energy can drive electric generators to generate more electrical energy.

Die Sonneneinstrahlung in Europa beträgt etwa 1 kW/m2, wobei Photovoltaikanlagen zwischen 8 bis 12 Prozent dieser Energie in elektrische Leistung umsetzen können. Die restliche Energie wird in Wärme umgewandelt, so dass nur Kühlung und thermische Sonnenkollektoren die restliche Energie in Nutzenergie umwandeln können. The solar radiation in Europe is about 1 kW / m 2 , with photovoltaic systems can convert between 8 to 12 percent of this energy into electrical power. The remaining energy is converted into heat, so that only cooling and solar thermal collectors can convert the remaining energy into useful energy.

Die erfindungsgemäße Kombination der drei Energieerzeugungsanlagen Windturbine, Photovoltaikanlage und thermischer Sonnenkollektoren ist der natürliche und effizienteste Weg zur Erzeugung erneuerbarer Energie, die außerdem leicht gespeichert werden kann.The combination according to the invention of the three wind turbine, photovoltaic plant and solar thermal energy generation plants is the natural and most efficient way of generating renewable energy, which moreover can be easily stored.

Wenn die Kühler entsprechend 2 vor dem V-förmigen Windverteiler 11 angebracht sind, sind sie immer der entgegenkommenden Windströmung ausgesetzt und die Kühler haben einen besseren Cp-Wert. Die von den Kühlern abgegebene Wärme hat außerdem eine positive Wirkung auf den Cp-Wert der Windturbine.If the radiator is appropriate 2 in front of the V-shaped wind distributor 11 are attached, they are always exposed to the oncoming wind flow and the radiators have a better Cp value. The heat emitted by the radiators also has a positive effect on the Cp value of the wind turbine.

Bei der Windturbine wird nur ein zweistufiger Wasserhydraulik-Schleifring in der Drehanordnung der Windturbine benötigt, um für die Umwälzung des Wassers zu sorgen, wenn die Turbine sich in die Windrichtung dreht.In the wind turbine, only a two-stage water hydraulic slip ring is needed in the rotating assembly of the wind turbine to provide for the circulation of the water as the turbine rotates in the wind direction.

Diese Zusammenhänge haben erhebliche wirtschaftliche Vorteile. Das Prinzip kann auch in der Industrie für Kühltürme eingesetzt werden.These relationships have significant economic benefits. The principle can also be used in industry for cooling towers.

3 zeigt ein Fließdiagramm eines zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels, ähnlich wie das Beispiel entsprechend 1. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel entfällt hier die Photovoltaikanlage 2. Stattdessen wird die erfindungsgemäße Anlage benutzt, um die Abwärme einer Klimaanlage beziehungsweise Kälteanlage 33 abzuführen und nutzbringend zu verwenden. Hierzu steht der Kältemittel-Kreislauf 34 der Klimaanlage 33 mit dem Wärmetauscher 6 in Verbindung. Eingezeichnet sind zusätzlich Wechselstromleitungen 39. Damit wird deutlich, dass der von der Windkraftanlage 1 erzeugte Strom zum Antrieb der Klimaanlage 33 und der Steuereinheit 18 verwendet wird. 3 shows a flow diagram of a second embodiment of the invention, similar to the example accordingly 1 , In contrast to the first embodiment, the photovoltaic system is omitted here 2 , Instead, the system according to the invention is used to the waste heat of an air conditioner or refrigeration system 33 to dissipate and to use profitably. This is the refrigerant circuit 34 the air conditioning 33 with the heat exchanger 6 in connection. Also marked are AC lines 39 , This makes it clear that the wind turbine 1 generated electricity to drive the air conditioning 33 and the control unit 18 is used.

Auch für die Kühlung von Klima- und Kälteanlagen können die Kühler der Klimaanlage erheblich effektiver arbeiten, wenn sie, wie oben beschrieben, direkt an der Windkraftanlage angebracht werden. Ventilatoren für die Kühler sind dann nicht mehr notwendig.Also for the cooling of air conditioning and refrigeration systems, the radiators of the air conditioning can work much more effectively if they are, as described above, mounted directly on the wind turbine. Fans for the coolers are then no longer necessary.

So wie die Kühlung durch die Windturbine genutzt werden kann, um eine Photovoltaikanlage oder eine Klima- und Kälteanlage zu kühlen, kann sie auch zur Kühlung von Blockheizkraftwerken verwendet werden. Bei Blockheizkraftwerken wird zwar die bei der Erzeugung von elektrischem Strom produzierte Abwärme als nutzbare Wärme eingesetzt. Aber die von den Blockheizkraftwerken produzierte Abwärme ist immer, auch im Winter und natürlich erst recht im Sommer, deutlich größer als die benötigte Nutzwärme. Die überschüssige Wärmemenge kann von der erfindungsgemäßen Anlage sehr effektiv und wirtschaftlich abgeführt werden. Der Wirkungsgrad steigt durch die verbesserte Kühlung und das Blockheizkraftwerk arbeitet wirtschaftlicher.Just as the cooling by the wind turbine can be used to cool a photovoltaic system or an air conditioning and refrigeration system, it can also be used for cooling of combined heat and power plants. In combined heat and power plants, although the waste heat produced in the production of electricity is used as usable heat. But the waste heat produced by the combined heat and power plants is always, even in winter and, of course, even in summer, much larger than the required useful heat. The excess amount of heat can be removed very effectively and economically by the system according to the invention. The efficiency increases due to the improved cooling and the combined heat and power plant works more economically.

Ein weiteres, drittes Ausführungsbeispiel wird im Fließdiagramm entsprechend 4 dargestellt. Zusätzlich zu der Anlage entsprechend 3 ist hier ein Latentwärmespeicher (PCM = Phase Change Materials) unter den Fundamenten des Gebäudes vorgesehen. Der Latentwärmespeicher kann die Kälte der Nacht nutzen, um am Tage zu kühlen und die Sommerwärme für die Winterbeheizung nutzen. Deutlich wird an dieser Figur außerdem, dass die Windkraftanlage auf dem Dach, der Latentwärmespeicher unter dem Gebäude und die restliche Anlage im Gebäude angebracht sind. Eingezeichnet sind ferner Wärmeträgerleitungen 40, um die Wärme von der Klimaanlage 33 zum Latentwärmespeicher 37 und in umgekehrter Richtung zu leiten.A further, third exemplary embodiment corresponds to the flow diagram 4 shown. In addition to the system accordingly 3 Here is a latent heat storage (PCM = Phase Change Materials) provided under the foundations of the building. The latent heat storage can use the cold of the night to cool during the day and use the summer heat for winter heating. It is also clear from this figure that the wind turbine on the roof, the latent heat storage under the building and the rest of the system are mounted in the building. Also marked are heat transfer lines 40 to heat the air conditioning 33 to the latent heat storage 37 and to lead in the opposite direction.

In großen Industrieprojekten und auch in heißen Ländern kann die Kühlung von Photovoltaikanlagen die erste Stufe einer Energieversorgungskette für eine konventionelle Stromerzeugung in einem dampfgetriebenen Turbinensystem sein. Das erhitzte Wasser von der Photovoltaikanlage kann außerdem überhitzt werden, indem thermische Sonnenkollektoren in der Endstufe dieser Kette benutzt werden.In large industrial projects and also in hot countries, the cooling of photovoltaic systems can be the first stage of a power supply chain for a conventional power generation in a steam driven turbine system. The heated water from the photovoltaic system can also be overheated by using solar thermal collectors in the final stage of this chain.

Bei der Kühlung von Klimaanlagen wird anstelle der Wasserpumpe 4 eine Hydraulikpumpe zum Umwälzen des Kühlmittels eingesetzt, wobei die Hydraulikpumpe ebenfalls von der Windkraftanlage, vorzugsweise unmittelbar über eine direkte mechanische Verbindung, angetrieben wird.When cooling air conditioners is used instead of the water pump 4 a hydraulic pump is used for circulating the coolant, wherein the hydraulic pump is also driven by the wind turbine, preferably directly via a direct mechanical connection.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
WindkraftanlageWind turbine
22
Photovoltaikanlagephotovoltaic system
33
KühlwasserkreislaufCooling water circuit
44
Umwälzpumpecirculating pump
4a4a
Hydraulikpumpehydraulic pump
55
Trinkwassernetzwater Supply
66
Wärmetauscherheat exchangers
77
Kühlercooler
88th
Radialturbineradial turbine
99
vertikale Rotationsachsevertical axis of rotation
1010
Schwenkachseswivel axis
1111
V-förmiger WindverteilerV-shaped wind distributor
1212
Solarzellenpanelsolar panel
1313
Regelventilcontrol valve
1414
Regelpumperegulating pump
1515
Dreiwegeventil, MischventilThree-way valve, mixing valve
1616
Luftauslassventil, EntlüftungsventilAir outlet valve, vent valve
1717
WassereinlassventilWater inlet valve
1818
Steuereinheitcontrol unit
1919
versiegelter Rahmensealed frame
2020
Solarmodulsolar module
2121
Glasscheibepane
2222
Zwischenraumgap
2323
WarmwasserspeicherHot water storage
2424
Entnahmeleitungwithdrawal line
2525
elektrischer Generator mit Gleichrichterelectric generator with rectifier
2626
erster Inverterfirst inverter
2727
elektrischer Akkumulatorelectric accumulator
2828
zweiter Inverter, zum Einspeisen in das öffentliche Stromnetzsecond inverter, for feeding into the public electricity grid
2929
dritter Inverter, zum Einspeisen in das hausinterne Stromnetzthird inverter, for feeding into the house power grid
3030
Turbinenflügelturbine blades
3131
Halterungbracket
3232
Verbindungslinieconnecting line
3333
Klimaanlage, KälteanlageAir conditioning, refrigeration system
3434
Kältemittel-KreislaufRefrigerant circulation
3535
Dach des Gebäudes 36 Roof of the building 36
3636
Gebäudebuilding
3737
LatentwärmespeicherLatent heat storage
3838
VentilValve
3939
elektrische WechselstromleitungenAC electric cables
4040
WärmeträgerleitungenHeat transfer pipes

Claims (9)

Mit Windenergie betriebene hocheffiziente Anlage zum Abführen von Abwärme, wobei die Anlage – mindestens eine Windkraftanlage (1), – mindestens eine zu kühlende, die Abwärme produzierende Anlageneinheit (2), – einen Kühlwasserkreislauf (3) zur Kühlung der Anlageneinheit (2), – eine von der Windkraftanlage (1) angetriebene Umwälzpumpe (4) für das Kühlwasser, und – mindestens einen Kühler (7) im Kühlwasserkreislauf (3) umfasst und wobei die Umwälzpumpe (4) in direkter mechanischer Antriebsverbindung, gegebenenfalls über ein Getriebe, mit der Windkraftanlage (1) steht, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Windkraftanlage (1) zwei nebeneinander und parallel ausgerichtete Radialturbinen (8) mit einer vertikalen Rotationsachse (9) angeordnet sind, die miteinander verbunden und um eine Schwenkachse (10) parallel zu den Turbinenachsen (9) verschwenkbar sind, dass die Schwenkachse (10) und ein Windverteiler (11), insbesondere ein V-förmiger Windverteiler, außerhalb der Verbindungslinie der Turbinenachsen (9) liegen, dass die Schwenkachse (10) und der Windverteiler (11) auf der gleichen Seite der Verbindungslinie (32) liegen und dass der mindestens eine Kühler (7) an der dem Wind zugewandten Seite des Windverteilers (11) angeordnet ist.Wind-powered high-efficiency waste heat removal plant, where the plant - at least one wind turbine ( 1 ), - at least one unit to be cooled, the waste heat producing unit ( 2 ), - a cooling water circuit ( 3 ) for cooling the system unit ( 2 ), - one of the wind turbine ( 1 ) driven circulation pump ( 4 ) for the cooling water, and - at least one cooler ( 7 ) in the cooling water circuit ( 3 ) and wherein the circulation pump ( 4 ) in direct mechanical drive connection, possibly via a transmission, with the wind turbine ( 1 ), characterized in that in the wind turbine ( 1 ) two juxtaposed and parallel aligned radial turbines ( 8th ) with a vertical axis of rotation ( 9 ), which are interconnected and about a pivot axis ( 10 ) parallel to the turbine axes ( 9 ) are pivotable that the pivot axis ( 10 ) and a wind distributor ( 11 ), in particular a V-shaped wind distributor, outside the connecting line of the turbine axles ( 9 ), that the pivot axis ( 10 ) and the wind distributor ( 11 ) on the same side of the connecting line ( 32 ) and that the at least one cooler ( 7 ) on the windward side of the wind distributor ( 11 ) is arranged. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage zusätzlich zum Erwärmen von Trinkwasser ausgebildet ist und mindestens einen an das Trinkwassernetz (5) angeschlossenen Wärmetauscher (6) im Kühlwasserkreislauf (3) umfasst.Installation according to claim 1, characterized in that the system is additionally designed for heating drinking water and at least one of the drinking water network ( 5 ) connected heat exchanger ( 6 ) in the cooling water circuit ( 3 ). Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Windkraftanlage (1) zusätzlich zum Erzeugen von elektrischem Strom ausgebildet ist und dass die Anlage einen an die Windkraftanlage (1) anschließbaren elektrischen Generator (25) umfasst.Installation according to claim 1, characterized in that the wind turbine ( 1 ) is designed in addition to generating electrical power and that the plant a to the wind turbine ( 1 ) connectable electric generator ( 25 ). Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zu kühlende Anlageneinheit eine Photovoltaikanlage (2) ist.Plant according to claim 1, characterized in that the system unit to be cooled is a photovoltaic system ( 2 ). Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Photovoltaikanlage (2) mindestens ein Solarzellenpanel (12) mit einem Solarmodul (20) umfasst und das Kühlwasser über die Oberfläche des Solarmoduls (20) geleitet wird.Plant according to claim 1, characterized in that the photovoltaic system ( 2 ) at least one solar cell panel ( 12 ) with a solar module ( 20 ) and the cooling water over the surface of the solar module ( 20 ). Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erwärmte Kühlwasser der zu kühlenden Anlageneinheit (2) in konventionellen, mit Wasserdampf arbeitenden Kraftwerken eingesetzt wird, insbesondere nach Überhitzung durch thermische Solarkollektoren.Plant according to claim 1, characterized in that the heated cooling water of the plant unit to be cooled ( 2 ) is used in conventional steam power plants, especially after overheating by thermal solar collectors. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zu kühlende Anlageneinheit eine Klimaanlage (33) und/oder ein Blockheizkraftwerk ist.Plant according to claim 1, characterized in that the plant unit to be cooled has an air conditioning system ( 33 ) and / or a combined heat and power plant. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der von der zu kühlenden Anlageneinheit abgegebenen Abwärme von einem Latentwärmespeicher (37) aufgenommen und bei Bedarf abgegeben wird.Plant according to claim 1, characterized in that at least a part of the heat released by the system unit to be cooled from a latent heat storage ( 37 ) and delivered as needed. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Windkraftanlage (1) auf dem Dach eines Gebäudes und ein eventueller Latentwärmespeicher unter dem Fundament des Gebäudes angeordnet ist.Installation according to claim 1, characterized in that the wind turbine ( 1 ) is arranged on the roof of a building and a possible latent heat storage under the foundation of the building.
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