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Die Erfindung betrifft eine Versorgungsstation für eine autarke Energie- und Wasserversorgung.
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Die erfindungsgemäße Versorgungsstation ist dazu vorgesehen, unabhängig von Primärenergieträgern wie Kohle, Erdöl oder Gas in dezentraler und autarker Weise eine Energie- und Wasserversorgung zu gewährleisten. Eine derartige Versorgungsstation ist insbesondere dort von Interesse, wo ein Anschluss an ein öffentliches Versorgungsnetzwerk zur Bereitstellung von Energie, insbesondere von elektrischem Strom, aus Kostenüberlegungen und/oder Umweltgründen nicht sinnvoll ist und beispielsweise keine natürlichen Wasservorräte in einfacher Weise zugänglich sind.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Versorgungsstation bereitzustellen, die bei Gewährleistung eines einfachen technischen Aufbaus eine effiziente Bereitstellung von Energie und Wasser ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird für eine Versorgungsstation der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs” gelöst. Hierbei ist vorgesehen, dass die Versorgungsstation wenigstens einen Energiewandler zur Bereitstellung von elektrischer Energie, der als Solareinheit und/oder als Windkonverter ausgebildet ist, und wenigstens eine Sammeleinrichtung zur Gewinnung von Wasser sowie wenigstens eine Speichereinrichtung, die zumindest einen Wasserspeicher umfasst, aufweist.
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Dabei ist der Energiewandler zur Nutzung von natürlichen Ressourcen wie Windenergie und/oder Solarenergie ausgebildet und derart aufgebaut, dass er die jeweilige natürliche(n) Ressource(n) zur Erzeugung von elektrischer Energie ausnutzen kann. Hierzu kann der Energiewandler beispielsweise als Solareinheit, insbesondere als Anordnung von Solarzellen, ausgebildet sein, die eine Wandlung von einfallendem Sonnenlicht in elektrische Energie unter Ausnutzung des photovoltaischen Effekts ermöglichen. Derartige Solarzellen können in ebener oder räumlich gekrümmter Bauweise entweder als starre Elemente oder flexible Elemente ausgeführt werden. Der Energiewandler kann ergänzend oder alternativ zu einer Gestaltung als Solareinheit als Windkonverter ausgebildet sein, bei dem eine Wandlung von Windenergie in elektrische Energie stattfindet. Ferner umfasst die Versorgungsstation eine Sammeleinrichtung zur Gewinnung von Wasser, wobei hier vorgesehen ist, Wasser aus der die Versorgungsstation umgebenden Luftatmosphäre zu sammeln, indem beispielsweise Regenwasser oder Luftfeuchtigkeit, insbesondere in Form von Tau, gesammelt wird. Ferner umfasst die Versorgungsstation eine Speichereinrichtung, die zumindest einen Wasserspeicher aufweist. Dementsprechend besteht die Aufgabe der Speichereinrichtung zumindest darin, aufgefangenes Wasser zwischenzuspeichern, bis es beispielsweise von einem Benutzer abgezapft wird oder in anderer Weise vorteilhaft verwendet werden kann.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Zweckmäßig ist es, wenn der Energiewandler mehrere beweglich, insbesondere drehbeweglich, gelagerte Wandlereinheiten aufweist, die zwischen wenigstens einer Ruhestellung und wenigstens einer Funktionsstellung beweglich an einer Halteeinrichtung angeordnet sind, und dass der Halteeinrichtung wenigstens ein Antriebsmittel zur Einstellung der Wandlereinheiten zwischen der wenigstens einen Ruhestellung und der wenigstens einen Funktionsstellung zugeordnet ist. Bei den Wandlereinheiten handelt es sich beispielsweise um Rotorblätter eines Windkonverters und/oder um, insbesondere in Form von Solarpaneelen, angeordnete Solarzellen einer Solareinheit. Bei einer Ausgestaltung der Wandlereinheiten als Rotorblätter ist für einen dauerhaften und effizienten Betrieb der Versorgungsstation eine Einstellbarkeit der Ausrichtung dieser Rotorblätter relativ zur Halteeinrichtung, bei der es sich beispielsweise um einen Turm oder Masten handeln kann, vorteilhaft, um eine Anpassung der Rotorblätter an unterschiedliche Windgeschwindigkeiten und/oder Windrichtungen zu ermöglichen. Bei einer Ausgestaltung der Wandlereinheiten als Solarpaneele ist es von Vorteil, wenn die Solarpaneele in Abhängigkeit vom Sonnenstand relativ zur Halteeinrichtung ausgerichtet werden können, um eine möglichst günstige Ausrichtung gegenüber der Sonneneinstrahlung einnehmen zu können. Ferner kann ergänzend oder alternativ vorgesehen sein, die als Solarpaneele ausgebildeten Wandlereinheiten in eine auch als Schutzstellung bezeichnete Ruhestellung zu bringen, bei der solaraktive Oberflächen der Solarpaneele gegen Umwelteinflüsse wie beispielsweise Hagel und/oder Verschmutzung geschützt sind. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist eine kombinierte Ausgestaltung der Wandlereinheiten vorgesehen, insbesondere eine Kombination der Rotorblätter eines Windkonverters mit Solarpaneelen einer Solareinheit zu Verbundwandlereinheiten. Diese Verbundwandlereinheiten können beispielsweise als Rotorblätter mit daran angebrachten Solarzellen ausgebildet sein. In einem solchen Fall ist eine Ausrichtung der Wandlereinheiten je nach den momentan von den Umgebungsbedingungen wie Windgeschwindigkeit und Sonneneinstrahlung abhängigen Wirkungsgraden der jeweiligen Energiewandlungen vorgesehen. Beispielsweise kann bei geringen Windgeschwindigkeiten und hoher Sonnenenergieeinstrahlung eine bevorzugte Ausrichtung der Verbundwandlereinheiten nach dem Sonnenstand vorgesehen werden, während bei geringer oder verschwindender Sonneneinstrahlung und gut ausnutzbarer Windgeschwindigkeit eine Optimierung der Funktionsstellung für die Verbundwandlereinheiten zur Erzielung eines hohen Wirkungsgrads für den Windkonverter ausgewählt werden kann.
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Unabhängig von der Ausgestaltung der Wandlereinheiten ist der Halteeinrichtung zur Ausrichtung der Wandlereinheiten ein Antriebsmittel zugeordnet, bei dem es sich beispielsweise um einen elektrischen oder um einen fluidischen Antrieb handeln kann. Bei einer Ausgestaltung des Antriebsmittels als elektrischer Antrieb kann vorgesehen werden, die vom Energiewandler bereitgestellte elektrische Energie auszunutzen, um eine gewünschte Verstellung der Wandlereinheiten vorzunehmen. Bei einer Ausgestaltung des Antriebsmittels als fluidischer Antrieb kann beispielsweise vorgesehen werden, Wasser aus einem höherliegenden ersten Wassertank des Wasserspeichers in einen tieferliegenden zweiten Wassertank des Wasserspeichers abfließen zu lassen und hierbei die potenzielle Energie des Wassers zum Betrieb der fluidischen Antriebsmittel auszunutzen. Alternativ kann eine rein mechanische Ausgestaltung der Antriebsmittel vorgesehen sein, bei der eine Bewegung der Wandlereinheiten des Windkonverters unter Zwischenschaltung geeigneter Getriebestufen und, gegebenenfalls elektrisch, schaltbarer Kupplungen zur Bewegung der Wandlereinheiten genutzt werden kann.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Wandlereinheiten als Rotorblätter eines Windkonverters ausgebildet sind und mit einer drehbeweglich an der Halteeinrichtung angebrachten Nabe gekoppelt sind, wobei die Nabe mit einem der Halteeinrichtung zugeordneten Generator zur Bereitstellung von elektrischer Energie bei einer Rotation der Wandlereinheiten verbunden ist. Mit Hilfe des Generators erfolgt die gewünschte Energiewandlung von der Windenergie in elektrische Energie.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Wandlereinheiten in eine Sammelstellung zur Ausbildung der Sammeleinrichtung ausrichtbar sind, in der ein Auffangen von Regenwasser ermöglicht wird, und dass der Wasserspeicher eine Einfüllöffnung für eine Ableitung von aufgefangenem Wasser von den Wandlereinheiten umfasst, dem insbesondere eine mit dem Antriebsmittel funktionsgekoppelte Ventileinrichtung zugeordnet ist, die für eine zeitweilige Freigabe der Einfüllöffnung in der Sammelstellung der Wandlereinheiten ausgebildet ist. Vorzugsweise werden die Wandlereinheiten zur Ausbildung der Sammeleinrichtung in eine trichterförmige Anordnung ausgerichtet, bei der von den Wandlereinheiten aufgefangenes Wasser, insbesondere Regenwasser, gezielt zu der Einfüllöffnung des Wasserspeichers geleitet werden kann. Vorteilhaft ist es hierbei insbesondere, wenn die Einfüllöffnung nur dann geöffnet ist, wenn die Wandlereinheiten in die Sammelstellung ausgerichtet sind, und ansonsten verschlossen ist. Dadurch wird ein unerwünschtes Eindringen von Verschmutzungen und/oder Schädlingen in den Wasserspeicher verhindert. Zum zeitweiligen Öffnen und Schließen der Einfüllöffnung kann vorzugsweise eine Ventileinrichtung vorgesehen werden, die die zeitweilige Freigabe der Einfüllöffnung in Abhängigkeit von der Ausrichtung der Wandlereinheiten ermöglicht. Die Ventileinrichtung kann mit dem Antriebsmittel funktionsgekoppelt sein, beispielsweise durch eine mechanische Kopplung oder eine elektrische Verbindung. Bevorzugt handelt es sich bei der Ventileinrichtung um ein normalerweise, also ohne externe Energiezufuhr, geschlossenes Ventil, das lediglich bei geeigneter Energiezufuhr in die Öffnungsstellung gebracht wird.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Wandlereinheiten mit Solarzellen ausgerüstet sind. Bei den Solarzellen handelt es sich insbesondere um Silizium-Solarzellen aus monokristallinem, polykristallinem oder amorphem Silizium oder um organische Solarzellen, insbesondere um flexible Solarzellen aus polymeren organischen Materialien.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Wandlereinheiten unter Veränderung ihrer räumlichen Gestalt zwischen einer großflächigen Funktionsstellung und einer kompakten Ruhestellung bewegbar, insbesondere faltbar, ausgebildet sind. Exemplarisch umfasst wenigstens eine der Wandlereinheiten zwei oder mehrere Segmente, die bewegbar zueinander angeordnet sind. Beispielsweise kann bei einer Ausgestaltung der Wandlereinheiten als Solarzellen vorgesehen werden, die Solarzellen auf den Segmenten anzuordnen und in der Funktionsstellung eine möglichst große Bestrahlungsoberfläche bereitzustellen. Hierdurch wird eine effiziente Ausnutzung der Sonneneinstrahlung ermöglicht. In einer Ruhestellung werden die Segmente derart zueinander bewegt, dass die fotoaktiven Oberflächen der Solarzellen geschützt sind. Hierzu kann beispielsweise eine Faltbewegung für die einzelnen Segmente einer Wandlereinheit vorgesehen werden, sodass in der Funktionsstellung die fotoaktiven Oberflächen der Solarzellen freigelegt sind, während in einer Ruhestellung die fotoaktiven Oberflächen der Solarzellen einander zugewandt sind, sodass lediglich weniger empfindliche Oberflächenabschnitte der Wandlereinheiten freiliegend den Umgebungseinflüssen ausgesetzt sind.
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Zweckmäßig ist es, wenn eine Temperiereinrichtung, insbesondere eine Heiz- und/oder Kühleinrichtung, mit dem Energiewandler verbunden ist, die für eine Temperierung wenigstens einer Komponente der Versorgungsstation, insbesondere des Energiewandlers und/oder der Speichereinrichtung, bevorzugt des Wasserspeichers, ausgebildet ist. Die Aufgabe der Temperiereinrichtung besteht darin, den Wirkungsgrad der Versorgungsstation gezielt zu verbessern. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Temperiereinrichtung für eine Temperierung der Wandlereinheiten genutzt werden kann, beispielsweise um eine Enteisung von als Rotorblätter ausgebildeten Wandlereinheiten zur Gewährleistung ihrer aerodynamischen Eigenschaften zu ermöglichen und/oder alternativ eine Kühlung von als Solarzellen ausgebildeten Wandlereinheiten zur Steigerung des Wirkungsgrads zu ermöglichen. Besonders bevorzugt ist die Temperiereinrichtung dazu vorgesehen, die Speichereinrichtung zu temperieren. Dies ist insbesondere für den Wasserspeicher von Interesse, da das gespeicherte Wasser je nach geplantem Verwendungszweck beispielsweise gekühlt werden kann, um eine Vermehrung von Keimen und sonstigen Organismen zu reduzieren. Ergänzend oder alternativ kann auch vorgesehen sein, das im Wasserspeicher aufgenommene Wasser mit der von dem Energiewandler bereitgestellten Energie zumindest oberhalb des Gefrierpunkts zu temperieren, um stets eine Verfügbarkeit des gespeicherten Wassers für einen Benutzer zu gewährleisten und gleichzeitig Frostschäden an dem Wasserspeicher zu verhindern. Ferner kann eine Temperiereinrichtung auch dann von Interesse sein, wenn die Speichereinrichtung zur Speicherung elektrischer Energie, insbesondere durch Verwendung von Akkumulatoren, ausgebildet ist und eine Temperierung dieser Akkumulatoren auf eine vorteilhafte Betriebstemperatur zur maximalen Ausnutzung der jeweiligen Akkumulatorkapazität und/oder zur Erzielung eines maximalen Speicherwirkungsgrads für den Akkumulator erfolgt.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass dem Wasserspeicher eine mechanische und/oder elektrische Reinigungseinrichtung, insbesondere eine Filtereinrichtung und/oder Desinfektionseinrichtung, für eine Aufbereitung von gesammeltem Wasser zugeordnet ist. Der Einsatz einer Reinigungseinrichtung ist insbesondere dann von Interesse, wenn das im Wasserspeicher gesammelte Wasser als Trinkwasser zur Verfügung gestellt werden soll oder zumindest für eine Verwendung zu technischen Zwecken, beispielsweise zur Befüllung eines Kühlsystems eines Kraftfahrzeugs, eingesetzt werden soll. Die Reinigungseinrichtung kann beispielsweise eine Filtereinrichtung umfassen, die von dem aufgesammelten Regenwasser durchströmt wird und die zur Rückhaltung von gröberen Partikeln eingesetzt werden kann. Ergänzend oder alternativ kann die Reinigungseinrichtung eine Desinfektionseinrichtung, insbesondere eine elektrische Desinfektionseinrichtung, umfassen, um eine Entkeimung des in den Wasserspeicher fließenden Wassers zu ermöglichen. Beispielhaft ist hierfür eine Ultraviolett-Lichtquelle zu nennen, die im Wasserspeicher angeordnet ist oder an einem transparenten Rohrabschnitt zwischen der Einfüllöffnung und dem Wasserspeicher angebracht ist und mit deren Hilfe unter Verwendung von ultraviolettem Licht das gesammelte und/oder das gespeicherte Wasser desinfiziert werden kann.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Speichereinrichtung einen Energiespeicher, insbesondere einen Akkumulator oder Kondensator, zur zeitweiligen Speicherung elektrischer Energie und/oder eine Elektrolysezelle zur Umwandlung elektrischer Energie in einen chemischen Energieträger, insbesondere in gasförmigen Wasserstoff, sowie eine der Speichereinrichtung zugeordnete Schnittstelle für eine externe Energieübertragung umfasst. Der Energiespeicher kann dazu vorgesehen werden, elektrische Energie zwischenzuspeichern, die vom Energiewandler bereitgestellt wird und zum Zeitpunkt der Bereitstellung nicht von einem an die Versorgungsstation angeschlossenen Verbraucher, insbesondere einem Kraftfahrzeug mit Elektroantrieb, abgerufen wird. Ergänzend oder alternativ kann die Speichereinrichtung eine Elektrolysezelle umfassen, die gewonnene elektrische Energie in einen chemischen Energieträger umwandelt. Exemplarisch ist hier die Umwandlung von Wasser in Wasserstoff zu nennen, was durch Ausnutzung einer Elektrolysezelle und der vom Energiewandler bereitgestellten elektrischen Energie erfolgen kann. Der hierbei erzeugte Wasserstoff kann beispielsweise in einem geeigneten Gasspeicher druckbeaufschlagt oder zumindest weitgehend drucklos zwischengespeichert werden, um zu einem späteren Zeitpunkt für eine weitere Verwendung zur Verfügung gestellt werden zu können. Für eine Energieübertragung zwischen der Versorgungsstation und einem Verbraucher weist die Versorgungsstation eine Schnittstelle auf, bei der es sich beispielsweise um eine Gleichstrom- oder Wechselstromsteckdose handeln kann, die eine Übertragung von gespeicherter Energie an einen externen Verbraucher ermöglicht. Sofern eine Umwandlung elektrischer Energie in einen chemischen Energieträger vorgesehen sein sollte, kann eine zusätzliche oder alternative Schnittstelle in Form eines Gasanschlusses vorgesehen werden, die eine Ableitung des erzeugten chemischen Energieträgers, insbesondere des gasförmigen Wasserstoffs, ermöglicht.
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Vorteilhaft ist es, wenn dem Energiewandler eine Steuerungseinrichtung zugeordnet ist, die für eine Regelung des Energiewandlers und/oder der Speichereinrichtung, insbesondere für ein Energiemanagement der Versorgungsstation, ausgebildet ist. Hierzu umfasst die Steuerungseinrichtung wenigstens einen Sensor, der zu Ermittlung wenigstens eines physikalischen Messwerts wie beispielsweise Windgeschwindigkeit, Außentemperatur, Bestrahlungsstärke, Wassertemperatur im Wasserspeicher, Ladespannung eines Akkumulators oder Kondensators ermöglicht. Die Steuerungseinrichtung ist dazu eingerichtet, einen Betrieb des Energiewandlers und gegebenenfalls vorgesehener weiterer Komponenten der Versorgungsstation in einer Art und Weise durchzuführen, die einerseits eine Beschädigung der Versorgungsstation, insbesondere bei hohen Windgeschwindigkeiten oder starken Niederschlägen, ausschließt und andererseits eine möglichst effiziente Ausnutzung der zur Verfügung stehenden natürlichen Ressourcen gewährleistet. Ferner kann die Steuerungseinrichtung auch für ein Energiemanagement eines an die Versorgungsstation angeschlossenen Verbrauchers, insbesondere eines elektrischen Kraftfahrzeugs, vorgesehen sein. Dies kann beispielsweise durch bedarfsabhängiges und von den natürlichen Ressourcen abhängiges Bereitstellen von elektrischer Energie an den Verbraucher und/oder durch Abzapfen von elektrischer Energie vom Verbraucher erfolgen, um dadurch einen möglichst effizienten Betrieb der Versorgungsstation und des daran angeschlossenen Verbrauchers zu gewährleisten.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
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1 eine schematische, teilweise geschnittene Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer Versorgungsstation in einer ersten Funktionsstellung,
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2 die Versorgungsstation gemäß der 1 in einer zweiten Funktionsstellung,
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3 eine stirnseitige Ansicht einer als Rotorblatt ausgebildeten Wandlereinheit zur Verwendung an der Versorgungsstation gemäß den 1 und 2,
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4 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform einer Versorgungsstation in einer ersten Funktionsstellung,
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5 die zweite Ausführungsform der Versorgungsstation gemäß 4 in einer zweiten Funktionsstellung,
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6 eine stirnseitige Ansicht einer als Solarpaneel ausgebildeten Wandlereinheit zur Verwendung in der zweiten Ausführungsform der Versorgungsstation gemäß den 4 und 5,
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7 eine Draufsicht auf das Solarpaneel gemäß 6,
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8 eine alternative Ausführungsform eines Solarpaneels in einer ersten Funktionsstellung und
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9 das Solarpaneel gemäß 8 in einer zweiten Funktionsstellung.
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Eine in den 1 und 2 dargestellte Versorgungsstation 1 ist exemplarisch als Kombination eines Windkonverters 2 und einer Sammeleinrichtung 3 zur Gewinnung von Wasser ausgebildet. Beispielhaft ist die Versorgungsstation 1 derart konstruiert, dass sie zwischen einer Funktion als Windkonverter 2, wie sie in der 1 näher dargestellt ist, und einer Funktion als Sammeleinrichtung 3 zur Gewinnung von Wasser, wie sie in der 2 näher dargestellt ist, umgestellt werden kann. Dabei wird für die Funktion als Windkonverter 2 davon ausgegangen, dass eine Anströmung der Versorgungsstation 1 mit einer im Wesentlichen waagerechten Luftströmung gemäß der Darstellung der 1 erfolgt, wobei auch abweichende Luftströmungen möglich sind, die einen spitzen Winkel zur Waagerechten gemäß der Darstellung der 1 einnehmen.
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Für die Funktionalität als Windkonverter 2 umfasst die Versorgungsstation 1 einen schematisch als Zylinderrohrabschnitt dargestellten Rotorkopf 4, in dessen Innenraum ein Generator 5 in nicht näher dargestellter Weise festgelegt ist. Der zur Erzeugung von elektrischer Energie vorgesehene Generator 5 weist eine drehbar gelagerte Generatorwelle 6 auf, an deren Endbereich eine Nabe 7 drehfest angeordnet ist. An der Nabe 7 sind über Schwenklager 8, 9 exemplarisch zwei als Wandlereinheiten dienende Rotorblätter 10, 11 angebracht. Die Rotorblätter 10, 11 weisen eine gemeinsame Haupterstreckungsachse 12 auf, die gemäß der Darstellung der 1 in vertikaler Richtung ausgerichtet ist und eine Rotationsachse 15 der Nabe 7 und der Generatorwelle 6 in einem rechten Winkel schneidet.
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Bei einer Rotation der Rotorblätter 10, 11 um die Rotationsachse 15 überstreichen die Rotorblätter 10, 11 mit ihrer Haupterstreckungsachse 12 eine senkrecht zur Darstellungsebene der 1 ausgerichtete, kreisförmige Bewegungsfläche. Die Rotorblätter 10, 11 sind über die Schwenklager 8, 9, insbesondere gegensinnig, drehbeweglich um die Haupterstreckungsachse 12 an der Nabe 7 gelagert. Dabei ist den Schwenklagern 8, 9 ein Verstellmittel 16 zugeordnet, das exemplarisch seitlich am Generator 5 angebracht ist und das über eine nicht dargestellte Koppelmechanik kinematisch mit den Schwenklagern 8, 9 verbunden ist. Das Verstellmittel 16 kann beispielsweise als elektrischer Getriebemotor oder Lineardirektantrieb ausgebildet sein und dient zur gegensinnigen Verstellung der beiden Rotorblätter 10, 11 um die Haupterstreckungsachse 12, um dadurch eine vorteilhafte Anpassung der Winkelstellung der jeweiligen Rotorblätter 10, 11 an die vorliegende Windgeschwindigkeit zu ermöglichen.
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Der Generator 5 und das Verstellmittel 16 sind über flexible Anschlussleitungen 17, 18 elektrisch mit einer Steuerungseinrichtung 19 verbunden, die rein exemplarisch in einem Schaltschrank 20 angeordnet ist. Die Steuerungseinrichtung 19 ist einerseits zur Ansteuerung der Verstellmittel 16 mittels geeigneter elektrischer Signale vorgesehen, um eine vorteilhafte Stellung der Rotorblätter 10, 11 um die Haupterstreckungsachse 12 vorzugeben. Ferner ist die Steuerungseinrichtung 19 für eine Wandlung und/oder Weiterleitung der vom Generator 5 bereitgestellten elektrischen Energie an weitere, nachstehend näher beschriebene Komponenten der Versorgungsstation 1 ausgebildet.
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Der Rotorkopf 4 ist mittels eines schematisch dargestellten Schwenklagers 21 an einer exemplarisch hülsenförmig ausgebildeten, mastartigen Halteeinrichtung 22 beweglich gelagert. Mit Hilfe eines Linearstellers 23, der über eine Anschlussleitung 24 elektrisch mit der Steuerungseinrichtung 19 verbunden ist, kann der Rotorkopf 4 zwischen der in 1 dargestellten ersten Funktionsstellung und einer in 2 dargestellten zweiten Funktionsstellung verschwenkt werden.
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Für die Durchführung der Schwenkbewegung für den Rotorkopf 4 ist der Linearsteller 23 über die Anschlussleitung 24 mit der Steuerungseinrichtung 19 verbunden, die in Abhängigkeit von der gewünschten Betriebsart für die Versorgungsstation 1 eine entsprechende Schwenkbetätigung für den Rotorkopf 4 vorgibt. Exemplarisch ist vorgesehen, dass die Steuerungseinrichtung 19 den Rotorkopf 4 auch in Zwischenstellungen bringen kann, die zwischen der ersten Funktionsstellung gemäß 1 und der zweiten Funktionsstellung gemäß 2 angesiedelt sind.
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Bei einem Betrieb der Versorgungsstation 1 in der zweiten Funktionsstellung gemäß der 2 ist eine Funktion als Sammeleinrichtung 3 vorgesehen, bei der Wasser, insbesondere Regenwasser aufgefangen und in einen Wasserspeicher 25, der sich exemplarisch in der hülsenförmigen Halteeinrichtung 22 befindet, geleitet werden soll. Um eine vorteilhafte Funktion der Sammeleinrichtung 3 zu gewährleisten, sind die Rotorblätter 10 und 11 beispielhaft in einer normal zur Haupterstreckungsachse 12 ausgerichteten Querschnittsebene mit einem Profil versehen, wie es exemplarisch in der 3 dargestellt ist. Aus der 3 geht hervor, dass die Rotorblätter 10, 11 grundsätzlich ein langgestrecktes, tropfenförmiges Profil aufweisen, wobei an einem verjüngten Profilende 26 eine zumindest nahezu über die gesamte Länge des Rotorblatts 10, 11 erstreckte, nutartige Ausnehmung 27 eingebracht ist.
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In der zweiten Funktionsstellung, wie sie in der 2 dargestellt ist, werden die Rotorblätter 10, 11 beispielsweise durch Verkippen des Rotorkopfs 4 um das Schwenklager 21 mittels des Linearstellers 23 sowie durch geeignete Ansteuerung der Verstellmittel 16 in eine waagerechte Stellung gebracht, wie sie in der durchgezogenen Darstellung der 3 gezeigt ist. Aufgrund der Profilierung der Rotorblätter 10, 11 ergibt sich von einer Vorderkante 28 der Rotorblätter 10, 11 bis hin zum Profilende 26 ein Gefälle, sodass auftreffende Regentropfen in Richtung der Ausnehmung 27 abfließen können. Vorzugsweise weist die Ausnehmung 27 längs der Haupterstreckungsachse 12 ausgehend von einem freien Endbereich bis hin zu einem Endbereich nahe der Nabe 7 ein geringfügiges Gefälle auf, sodass in der Ausnehmung 27 eintreffendes Wasser bis zum Ende der Ausnehmung 27 fließt. Von dort aus kann das gesammelte Wasser senkrecht nach unten in einen Sammelring 29 abtropfen, der unterhalb der Rotorblätter 10, 11 im Rotorkopf 4 angeordnet ist und der exemplarisch eine nach oben offene U-förmige Profilierung aufweist und umlaufend ausgebildet ist. An dem Sammelring 29 ist eine flexible Wasserleitung 30, beispielsweise in Form eines Kunststoffschlauchs, angebracht, mit der das aufgefangene Wasser zum Wasserspeicher 25 geleitet werden kann. Exemplarisch ist an einem unteren Ende der Wasserleitung 30 eine Reinigungseinrichtung 31 angebracht, die vom aufgesammelten Wasser durchströmt wird, bevor dieses in den Wasserspeicher 25 abfließen kann. Exemplarisch umfasst die Reinigungseinrichtung 31 einen Wasserfilter 32 zur Entfernung von Schmutzpartikeln im aufgefangenen Wasser sowie eine elektrische Desinfektionseinrichtung 33, mit deren Hilfe unter Verwendung von ultraviolettem Licht eine Desinfektion des eintreffenden Wassers durchgeführt werden kann. Die Desinfektionseinrichtung 33 ist über eine Anschlussleitung 34 ebenfalls mit der Steuerungseinrichtung 19 verbunden. Ergänzend kann, insbesondere zwischen die Reinigungseinrichtung 31 und die Desinfektionseinrichtung 33, eine Ventileinrichtung fluidisch eingeschleift sein, die einen Wasserzustrom in den Wasserspeicher 25 zumindest zeitweilig unterbinden kann. Die nicht dargestellte Ventileinrichtung kann ebenfalls über eine nicht dargestellte Anschlussleitung mit der Steuerungseinrichtung 19 verbunden sein.
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In dem Schaltschrank 20 ist zusätzlich zur Steuerungseinrichtung 19 eine Temperiereinrichtung 35 angeordnet, bei der es sich exemplarisch um eine kombinierte Heiz- und Kühleinrichtung handelt. Die Temperiereinrichtung 35 ist mit einem Wärmeleiter 36 ausgestattet, der in den Wasserspeicher 25 hineinragt, um eine Temperierung des im Wasserspeicher 25 aufgenommenen Wassers durch Wärmezufuhr oder Wärmeentzug zu ermöglichen. Exemplarisch ist in einem unteren Bereich des Wasserspeichers 25 ferner eine weitere Desinfektionseinrichtung 37 angeordnet, die ebenfalls unter Verwendung von ultraviolettem Licht eine Desinfektion des bereits im Wasserspeicher 25 befindlichen Wassers, insbesondere in regelmäßigen, vorgebbaren zeitlichen Abständen, ermöglicht.
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Darüber hinaus ist im Schaltschrank 20 weiterhin ein als Akkumulator ausgebildeter Energiespeicher 38 angeordnet, der für eine zeitweilige Speicherung der vom Windkonverter 2 bereitgestellten elektrischen Energie vorgesehen ist. Der Energiespeicher 38 ist über die Steuerungseinrichtung 19 mit einer Steckdose 39 elektrisch verbunden, an die unmittelbar ein elektrischer Verbraucher oder auch ein weiterer Energiespeicher, beispielsweise eine aufladbare Batterie eines Elektrofahrzeugs, angeschlossen werden kann. Dabei ist die Steuerungseinrichtung 19 derart eingerichtet, dass sie wahlweise elektrische Energie direkt vom Windkonverter 2 und/oder vom Energiespeicher 38 an die Steckdose 39 bereitstellen kann oder gegebenenfalls zeitweilig auch Energie von einem an die Steckdose 39 angeschlossenen externen Energiespeicher in den internen Energiespeicher 38 oder an weitere Verbraucher wie die Desinfektionseinrichtung 37 und/oder 33 oder den Linearsteller 23 bereitstellen kann. Dies ist insbesondere bei einer Inbetriebnahme der Versorgungsstation 1 von Interesse sein, bei der noch keine elektrische Energie im Akkumulator 38 gespeichert ist und eine Betätigung des Linearstellers 23 und/oder der Verstellmittel 16 vorgesehen werden soll, um eine vorteilhafte Ausrichtung der Rotorblätter 10, 11 zu bewirken.
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Darüber hinaus kann die Steuerungseinrichtung 19 für ein Energiemanagement der Versorgungsstation 1 ausgebildet sein, insbesondere zur Durchführung von bestimmten Vorgängen bei Vorliegen gewisser Energieniveaus innerhalb der Versorgungsstation 1. Beispielsweise kann vorgesehen werden, dass bei einer Funktion der Versorgungsstation 1 als Windkonverter 2 und bereits vollständig geladenem Energiespeicher 38 eine Desinfektion von gespeichertem Wasser im Wasserspeicher 25 mit Hilfe der Desinfektionseinrichtung 37 vorgenommen wird, um die vom Windkonverter 2 bereitgestellte Energie sinnvoll nutzen zu können. Ferner kann in einer solchen Situation auch ergänzend oder alternativ vorgesehen werden, die Temperiereinrichtung 35 mit überschüssiger Energie des Windkonverters 2 zu betreiben, um beispielsweise eine Abkühlung des im Wasserspeicher 25 gespeicherten Wassers auf eine niedrige Temperatur oder gegebenenfalls auf eine hohe Temperatur zu ermöglichen. Diese Maßnahmen können insbesondere in Abhängigkeit von äußeren Informationen wie einer Wettervorhersage, anhand derer die Steuerungseinrichtung 19 präventiv die Versorgungsstation 1 auf möglicherweise sich verschlechternde Betriebsbedingungen einstellen kann, vorgenommen werden.
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Der Vollständigkeit halber sei noch erwähnt, dass dem Schaltschrank 20 ein Wasserhahn 42 zugeordnet ist, der über eine nicht dargestellte Pumpe mit dem Wasserspeicher 25 in fluidisch kommunizierender Verbindung steht und der bei Öffnen eines entsprechenden Wasserhahnventils einen Wasserfluss aus dem Wasserspeicher 25 ermöglicht.
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Exemplarisch ist die Halteeinrichtung 22 zusammen mit dem Schaltschrank 20 auf einem nur schematisch dargestellten Drehsockel 40 gelagert, der einen nicht näher dargestellten Drehantrieb umfasst, um eine Rotation der Versorgungsstation 1 um eine gemäß den 1 und 2 vertikal verlaufende Drehachse zu ermöglichen und somit eine vorteilhafte Ausrichtung, insbesondere des Windkonverters 2, gegenüber einer Windströmung zu ermöglichen.
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Für eine Überwachung des Füllstands des gesammelten Wassers im Wasserspeicher 25 ist ein Füllstandssensor 43 vorgesehen, der über eine Anschlussleitung 44 mit der Steuerungseinrichtung 19 verbunden ist. Damit kann die Steuerungseinrichtung 19 feststellen, ob ein Sammeln von Wasser erforderlich ist und die Rotorblätter 10, 11 dazu eingesetzt werden sollen, die in der 2 näher dargestellte Sammeleinrichtung 3 zu bilden.
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Bei einer nicht dargestellten Variante der in den 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsformen einer Versorgungsstation ist eine zumindest einseitige Beschichtung der Rotorblätter 10, 11 mit Solarzellen vorgesehen, sodass im Falle einer Sonneneinstrahlung auf eine entsprechend ausgerüstete Versorgungsstation ergänzend oder alternativ zur Gewinnung von elektrischer Energie aus Wind auch eine Gewinnung von elektrischer Energie aus der Sonneneinstrahlung erfolgen kann. Ergänzend oder alternativ kann eine Kühlung der Steuerungseinrichtung und/oder des Generators mit Hilfe der Temperiereinrichtung vorgesehen sein, um einen Wirkungsgrad dieser Komponenten, insbesondere bei hohen Außentemperaturen, zu verbessern. Ferner kann ergänzend oder alternativ vorgesehen sein, dass die Steuerungseinrichtung 19 über eine drahtlose Informationsverbindung mit einem Computernetzwerk, insbesondere dem Internet, verbunden ist, um Daten an einen entfernt angesiedelten Benutzer bereitzustellen und/oder Daten über sich ändernde Umgebungsbedingungen, insbesondere eine Wettervorhersage, erfassen zu können. Besonders vorteilhaft kann die Steuerungseinrichtung für eine vorbeugende Wartung der Versorgungsstation über nicht dargestellte Sensormittel Verschleißdaten über die einzelnen Komponenten sammeln und gegebenenfalls eine Warnmeldung ausgeben, sofern ein Wartungsbedarf erkennbar ist. Ferner kann eine Steuerungseinrichtung in Kenntnis sich ändernder Umgebungsbedingungen für die Versorgungsstation auch präventive Maßnahmen wie die geeignete Ausrichtung des Rotorkopfs und/oder der Rotorblätter treffen, um eine Gefährdung der Versorgungsstation durch Wetterereignisse wie Sturm oder Hagel zumindest weitgehend ausschließen zu können.
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Die in den 4 und 5 dargestellte zweite Ausführungsform einer Versorgungsstation 51 weist hinsichtlich der Komponenten, die der Halteeinrichtung 22 zugeordnet sind, den nahezu identischen Aufbau wie die Versorgungsstation 1 auf, sodass hier für identische Komponenten keine neuen Bezugszeichen vergeben werden und auch keine Wiederholung der Beschreibung erfolgt.
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Im Unterschied zur Versorgungsstation 1 ist die Versorgungsstation 51 als Kombination einer Solareinheit 52 und einer Sammeleinrichtung 53 ausgebildet. Abweichend von der Versorgungsstation 1 sind an dem rohrzylindrischen Trägerteil 54 wenigstens zwei als Wandlereinheiten ausgebildete Solarpaneele 60, 61 angebracht. Dabei sind die Solarpaneele 60, 61 an einem Schwenkgetriebe 55, das mit einem exemplarisch als Elektromotor ausgebildeten Verstellmittel 66 gekoppelt ist, drehbeweglich um ihre Haupterstreckungsachsen 62 gelagert. Das Verstellmittel 66 ist über eine Anschlussleitung mit der Steuerungseinrichtung 19 verbunden. Die Solarpaneele 60, 61 können somit in Kombination mit einer Schwenkbewegung für das Trägerteil 54 um das Schwenklager 71 sowie einer Drehung des Drehsockels 40 in vorteilhafter Weise gegenüber der einfallenden Sonneneinstrahlung ausgerichtet werden. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn entweder eine uhrzeitabhängige Ansteuerung der Verstellmittel 66 und des Linearstellers 23 sowie der im Drehsockel vorgesehenen Antriebsmittel vorgesehen ist und/oder der Steuerungseinrichtung 19 wenigstens ein Sensor, insbesondere ein Lichtsensor, zugeordnet ist, mit dessen Hilfe wenigstens ein Messwert ermittelt werden kann, der von der Steuerungseinrichtung 19 in geeigneter Weise zur Ausrichtung der Solarpaneele 60, 61 genutzt werden kann.
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Vorzugsweise sind die Solarpaneele 60, 61 auf einer Oberseite 63 mit nicht näher dargestellten Solarzellen versehen, während eine Unterseite 64 der Solarpaneele 60, 61 als Tragstruktur aus einem formstabilen Material, insbesondere einer Kunststoffstruktur, ausgebildet sind. Dementsprechend können die Solarpaneele 60, 61 unter Einsatz des Schwenkgetriebes 55 und des Verstellmittels 66 zwischen einer Funktionsstellung, bei der die Oberseite 63 in Richtung der Sonne weist, und einer nicht dargestellten Ruhestellung, in der die Unterseite 64 der Solarpaneele 60, 61 nach oben weist, verschwenkt werden, sodass eine Schutzfunktion für die Solarpaneele 60, 61 gegenüber Umwelteinflüssen wie Regen oder Hagel ermöglicht wird.
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Vorzugsweise sind die Solarpaneele 60, 61 in der gemäß 6 ersichtlichen Weise geringfügig konkav profiliert, sodass auf die waagerecht ausgerichteten Solarpaneele 60, 61 auftreffendes Wasser mittig in Richtung des Schwenkgetriebes 55 abgeleitet werden kann, um von dort aus in den Sammelring 29 abfließen zu können. Exemplarisch können die Solarpaneele 60, 61 ein nicht näher dargestelltes Gefälle von außen in Richtung des Schwenkgetriebes 55 aufweisen, um ein zielgerichtetes Abfließen von aufgefangenen Regentropfen zum Sammelring 29 zu begünstigen.
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Bei einer in den 8 und 9 dargestellten zweiten Ausführungsform von Solarpaneelen 90, 91 ist eine exemplarisch hälftige Aufteilung der jeweiligen Solarpaneele 90, 91 vorgesehen. Dabei kann jeweils eine erste Hälfte 93 des jeweiligen Solarpaneels 90, 91 um eine Haupterstreckungsachse 92 relativ zu einer zweiten Hälfte 94 verschwenkt werden, um ausgehend von einer in 8 dargestellten großflächigen Funktionsstellung in eine in 9 dargestellte kompakte Ruhestellung bewegt werden zu können. Vorteilhaft ist hierzu zwischen den beiden Hälften 93 und 94 ein Scharnier 95 angeordnet, das sich längs der Haupterstreckungsachse 92 erstreckt und zusätzlich für eine zumindest im Wesentlichen abdichtende Verbindung der beiden Hälften 93 und 94 der Solarpaneele 90 und 91 vorgesehen ist, sodass eine Wassersammelfunktion derart ausgebildeter Solarpaneele 90, 91 nicht beeinträchtigt wird.
