DE102013018389A1

DE102013018389A1 - Rotor für Mikrowindkraftanlage mit PET-Rotorflügel, einseitig am Fußpunkt befestigt

Info

Publication number: DE102013018389A1
Application number: DE201310018389
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-11-02
Filing date: 2013-11-02
Publication date: 2015-05-07

Abstract

1. Kleinst-Rotor zur Gewinnung elektrischer Energie aus Windkraft 2. Kurzfassung 2.1 Erhöhung der Wirtschaftlichkeit und Akzeptanz von Windkraftanlagen in bebautem Gelände 2.2 Da die beschriebenen Rotorblätter bei Windkraftanlagen mit vertikaler Achse nur am Fußpunkt befestigt sind, werden Verwirbelungen reduziert. Der Einsatz von Rotorflügeln aus PET-geformten Hohlkörpern reduziert die Herstellkosten, erhöht den Wirkungsgrad und auch die nachbarschaftliche Akzeptanz sowohl bei Anlagen mit vertikaler als auch mit horizontaler Achse durch die Transparenz der Rotorflügel. 2.3 Da die Rotorgröße durch die Materialwahl begrenzt ist, eignen sich die Rotorsysteme besonders für die modulare Aneinanderreihung von mehreren Rotoren auf einem Dach, um im Verbund elektrische Energie zu gewinnen.

Description

Hintergrund zu der Erfindung

1. Diese Erfindung betrifft Windenergieanlagen, die bei einer Leistung unter 1 kW als Mikro-Windkraftanlagen bezeichnet werden sowie die Nutzung von Material und Verfahren, das in anderen Bereichen vielfach eingesetzt wird, aber noch nicht in die Herstellung von Rotorblättern und Rotoren Eingang gefunden hat.
2. Die Gewinnung von elektrischer Energie aus Windkraft hat bedingt durch die Energiewende in Deutschland an starker Bedeutung gewonnen, wobei bevorzugt Großwindanlagen als On-shore und nun verstärkt als Off-shore-Anlagen geplant und gebaut werden.
3. Kleinwindanlagen sind bedingt durch die geringe Höhe und den dadurch großen Einfluss der Umgebung (Gelände, Bebauung, Bäume) nur in Spitzenlagen wirtschaftlich.
4. Bei Kleinst- und Mikro-Windkraftanlagen unter 1 kW Nennleistung trifft dies in noch stärkerem Maße zu.
5. Windkraftanlagen werden überwiegend als klassische Windräder mit horizontaler Achse gebaut, da diese den höchsten Wirkungsgrad aufweisen, vorausgesetzt, der Wind steht überwiegend als laminare Strömung zur Verfügung.
6. In bebauten Gebieten treten in niederen Höhen durch die Rauigkeit der Umgebung (siehe 3.) zwangsläufig Verwirbelungen auf, wodurch sich die Wirkungsgrade von Anlagen mit horizontaler Achse und Anlagen mit vertikaler Achse nach dem Darrieux-Prinzip annähern, da Vertikal-Achser bei Verwirbelungen unempfindlicher sind, da sie windrichtungsunabhängig arbeiten, d. h. aus jeder Richtung den Wind aufnehmen ohne den Rotor in Windrichtung nachstellen zu müssen.
7. Ausgangspunkt für die Überlegungen war der Wunsch, Windkraftanlagen verstärkt auch im privaten Bereich ähnlich den PV-Anlagen anzusiedeln. Durch das in der Regel geringe Windaufkommen und der damit einhergehenden unzureichenden Rentabilität von Kleinstanlagen sind rentabilitätssteigernde Lösungen zwingend, um dies anzustoßen. Hier bieten sich folgende Lösungen an: a) Steigerung des Wirkungsgrades der Anlage b) Verzicht auf aufwändige Unterkonstruktionen wie Masten durch Montage auf vorhandenen Gebäuden etc. unter Vermeidung von notwendigen Verstärkungsmaßnahmen am Unterbau (in der Regel Dach) um die Windkräfte aufzunehmen und Schwingungsübertragung auf das Gebäude zu minimieren. c) Kostenreduzierung durch modulare Bauweise und hohe Stückzahlen d) Einsatz von preisgünstigen aber haltbaren Materialien e) Systeme mit höherer nachbarschaftlicher Akzeptanz f) Genehmigungsfreiheit bzw. mind. einfache Genehmigung g) Möglichkeit der Eigenmontage und dadurch auch Vertrieb über Baumärkte und Versandhandel

Vorstehende Überlegungen führten zur Konzeption der nachstehend beschriebenen Modularen Mikro-Windkraft-Verbundanlage und den daraus abgeleiteten Patentansprüchen. Die Beschreibung behandelt nur den konstruktiven Rotor-Aufbau und dessen Anordnung. Der elektrotechnische und elektronische Anteil incl. Generator sowie eventuell zu verwendender Getriebe ist nicht Bestandteil der Anmeldung. Die Größe der vom Rotor überstrichenen Fläche und der hiervon abgeleiteten Generatorleistung ist nur beispielhaft aufgeführt.
Beschreibung
Windkraftanlage zur Gewinnung elektrischer Energie zur Ladung von Akkumulatoren oder zur Einspeisung ins eigene Gebäude-Versorgungsnetz.
Montage der Anlage auf dem Dachfirst von Satteldächern, an der Attika von Flachdächern o. dgl..
Der Konzeption liegt die Idee zu Grunde, durch Aneinanderreihung von extrem kleinen Windkraftsystemen mit vertikalen Rotoren bzw. Repellern eine ausreichend große Windangriffsfläche zu schaffen, um im Verbund eine Anlage mit einer elektrische Leistung zu erstellen, die sinnvoll betrieben werden kann. Der Betrieb eines einzelnen Rotorsystems ist damit nicht ausgeschlossen.
Mit der Konzeption wird erreicht:

– Durch hohe Stückzahl von Elementen gleicher Bauart Senkung der Herstellkosten
– Vermeidung von Masten und Fundamenten
– Verteilung der Kräfte, die auf die Rotoren, die Unterkonstruktion und das Gebäude wirken, somit auch bei hohen Windgeschwindigkeiten die Kräfte beherrschbar bleiben
– Genehmigungsfreiheit oder zumindest einfache Genehmigung durch niedrige Bauhöhe
– Höhere Akzeptanz in der Nachbarschaft als bei großen Einzel-Rotoren
– Ausnutzung der verfügbaren Aufstelllänge durch modulare Bauweise
– Wirtschaftliche Ausnutzung von Niedrig-Windstärken durch einfache Bauart und hohe Stückzahlen
– Keine Belastung des EVU-Netzes durch kleinteilige, dezentrale Anordnung und Verwendung der gewonnenen Energie vor Ort.

²

Claims

Mikro-Windkraftanlage bestehend aus Rotor bzw. Repeller mit vertikaler Achse als Aufwind-Schnellläufer nach dem Darrieux-Prinzip, geeignet zum Betrieb in Gruppen oder als Einzelsystem. dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor nur am Fußpunkt gelagert ist. Damit werden die sonst durch die durchgehende Mittelachse und die obere Verstrebung der Rotor-Blätter verursachten Verwirbelungen vermieden und der Wirkungsgrad erhöht.
Rotoren wie in Anspruch 1, bei der das einzelne Rotorblatt nicht als Blatt sondern als am Fußpunkt verankerter Hohlkörper in Flügelform ausgebildet und dadurch wesentlich strömungsgünstiger ist. Die Herstellung erfolgt auf der Basis von Polyethylenterephthalat PET gleich wie PET-Getränkeflaschen einschl. dem dafür gängigem Schraubgewinde als Befestigungspunkt. Durch Anordnung der Rotorflügel derart, dass der Winddruck in Schließrichtung des Gewindes wirkt und ein Innenzapfen im Einschraubgewinde des Rotors berücksichtigt ist, wird ein ungewolltes lösen aus der Verschraubung verhindert, da keine Möglichkeit der Verformung gegeben ist. dadurch gekennzeichnet, dass Rotorflügel aus PET folgende Vorteile aufweisen: a) Jede Hohlform bei Beibehaltung der vertikalen Mittelachse herstellbar b) Extrem glatte Oberfläche erhöht den Wirkungsgrad c) Material-Transparenz ergibt einen unauffälligen optischen Eindruck und erhöht damit die Akzeptanz d) Extrem kostengünstig und in hohen Stückzahlen herstellbar, auch aus Recycling-Material e) chemische und mechanische Beständigkeit (bruchfest) (aus http://m.schuelerlexikon.de) f) einfache Anpassung an auftretende Kräfte durch Veränderung der Materialmenge (Stärke der Wandung) g) Zusätzliche Verstärkungsmöglichkeit durch einsetzbare Innenachse h) Geringes spezifisches Gewicht (aus http://m.schuelerlexikon.de), bei Absturz kaum Verletzungsgefahr i) Verwendung von existierenden Maschinen zur Herstellung j) Leichter Austausch durch Gewinde k) recycle-fähig l) farblich gestaltbar durch nachträgliche Innenbeschichtung des Hohlkörpers unter Beibehaltung der glatten Oberflächen-Struktur
Rotorflügel wie im Anspruch 2 aus PET, verwendbar gleichermaßen für Rotoren mit horizontaler Achse und anderweitige Systeme wie Anlagen nach dem Savonius-Prinzip oder für reine Widerstandsläufer Dadurch gekennzeichnet, dass alle unter Anspruch 2 aufgeführten Vorteile auch für Rotorflügel von Mikrowindanlagen mit horizontaler Achse und anderweitige Konstruktionen gelten.