DE102016011435B4

DE102016011435B4 - Energieeinspeisungseinheit

Info

Publication number: DE102016011435B4
Application number: DE102016011435.5A
Authority: DE
Inventors: gleich Patentinhaber Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-09-16
Filing date: 2016-09-16
Publication date: 2024-02-15
Anticipated expiration: 2036-09-17
Also published as: DE102016011435A1

Abstract

Energieeinspeisungseinheit (10) umfassend ein Fortbewegungsmittel (10), dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberfläche (12) des Fortbewegungsmittels (10) als optische Photovoltaikzelle ausgebildet ist, wobei Luftkammern und Segelflächen des Fortbewegungsmittels (10) aus einer Außenhaut ausgebildet sind, die eine Solarzellenwirkung aufweisen und die gewonnene Energie über Stromleitungen zu den jeweiligen Verbrauchern oder einen Speicher geführt werden, wobei das Fortbewegungsmittel (10) mit mindestens einem weiteren, mit Energie zu versorgenden Fortbewegungsmittel verbindbar ausgebildet ist, so dass das weitere Fortbewegungsmittel von dem ersten Fortbewegungsmittel (10) mit Energie versorgbar ist, und das Fortbewegungsmittel (10) mit dem weiteren Fortbewegungsmittel über eine Hybridleine (48) verbunden ausgebildet ist und dass die Hybridleine (48) die Funktion der für Kites verwendeten Leinen umfasst und zusätzlich zu dieser Funktion als Zug-, Halte- und Steuerleine als zusätzliche Einheiten Strom-, Hydraulik-, Pneumatik- Leitungen, Antennen, Blitzableiter, aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Energieeinspeisungseinheit, insbesondere mittels eines Flugkörpers.
Stand der Technik
Bekannt sind drachenartige Flugkörper, insbesondere Kites, die von einer bodennahen Basisstation oder von einem Fahrzeug aus gesteuert werden. Dabei sind die Kites über Seile mit der Basisstation oder dem Fahrzeug verbunden. Derartige Kitesysteme werden zum Beispiel zur alternativen Energiegewinnung durch Windkraftnutzung eingesetzt.
In der Druckschrift WO 2007/ 012 265 A1 wird ein zur Energieerzeugung genutztes Windkraftsystem beschrieben, das mindestens einen vom Boden aus steuerbaren Kite umfasst. Dieser Kite ist über zwei Steuerseile mit einer Basisplattform verbunden, von der aus der Kite gesteuert wird. Auf der Basisplattform befinden sich außerdem zwei Winden, auf die jeweils eines der zwei Steuerseile über Umlenkrollen aufgewickelt ist. Die Winden sind mit jeweils einem elektrischen Motor gekoppelt, der zum einen die Winden betätigt, um die Steuerseile zur Lenkung des Kites zu verlängern oder zu verkürzen. Zum anderen wird die Windenergie, die vom Kite aufgenommen wird, über die Steuerseile auf die Winden übertragen, die wiederum die elektrischen Motoren antreiben, wodurch dann Energie gewonnen wird.
Die DE 10 2004 018 835 A1 offenbart ein Wasserfahrzeug mit Windantrieb, bei dem mindestens ein frei ausfliegendes drachenartiges Windangriffselement mit einem Tragflächenprofil aus ausschließlicher, als Hilfs- oder als Not-Antrieb nur über ein Zugseil mit dem Fahrzeugkörper verbunden ist, wobei Steuermittel vorgesehen sind, die das ein Tragflächenprofil aufweisende Windangriffselement mit einem im Wesentlichen quer zur Luftströmung des Windes gerichteten Geschwindigkeitsvektor dynamisch auf einer aus Sicht des Wasserfahrzeugs geschlossenen, in Bezug auf die Luftströmung jedoch im Wesentlichen senkrecht gerichteten wendel- oder sinusförmige Flugbahn führen, wobei die unterschiedlichen Flugbahnen bzw. ein statischer Flugzustand durch die Steuermittel in Abhängigkeit von Kurs, Windrichtung, Windgeschwindigkeit, Böigkeit und/oder Seegang variabel auswählbar sind.
Die DE 60 2004 012 128 T2 offenbart eine Windturbine mit senkrechter Drehachse mit einem Steuersystem für Drachen. Es wird die kinetische Energie des Windes in elektrische Energie umgewandelt, wobei das System Flügelprofile, Hebewinden und Steuer-/Kraftleitungen aufweisen, wobei die Hebewinden mit Untersetzungsscheiben, einem Gegengewicht und einem Motor verbunden sind. Die Flügelprofile und die Hebewinden werden durch eine Adaptivsteuerung kontrolliert und die Hebewinden so gedreht, dass die Flügelprofile zur maximalen Nutzung des Windes ausgerichtet werden können.
Die DE 20 2012 000 238 U1 offenbart eine „Flexible Solarplane mit flexiblen und festen Solarzellen“. Die Solarplane weist Solarzellen in Fest- oder flexibler Form auf, die an oder auf Trägermaterialien angebracht werden. Die Solarzellen selbst sind durch stromleitende Medien wie Kabel, Leiterbahnen usw. verbunden. Damit lässt sich die Leistung und/oder Stromstärke erhöhen.
Die DE 10 2014 010 701 A1 offenbart ein „Solares Leistungssystem für ein Fluggerät, ein auf Wasser betriebenes Gerät oder Fahrzeug oder Landfahrzeug unter Verwendung invertierter metaphorischer Multijunction Solarzellen“. Ein System zur Erzeugung elektrischer Leistungen aus Solarstrahlung unter Verwendung einer dünnen Schicht III-V-Verbindungs-Multijunction-Halbleiter-Solarzelle angebracht ist auf einem Träger in einer nicht-planaren Konfiguration ist ein Flugzeug, en Wasserfahrzeug oder ein Landfahrzeug.
Die WO 2007/ 133 724 A2 offenbart „Verfahren und Systeme für gebundene Tragflächen“. Das System zur Energieerzeugung umfasst eine mit einem Gas, das leichter als Luft ist, gefüllte Tragfläche, ein an der Tragfläche befestigtes Halteseil, eine an dem Halteseil befestigte Ausgleichskraft und ein Mittel zur Energieerzeugung, bei dem der Wind, der über die Tragfläche strömt, eine unterschiedliche Spannung in dem Halteseil erzeugt, die von der mechanischen Baugruppe, die mit der Ausgleichskraft verbunden ist, in mechanische Energie zur Energieerzeugung umgesetzt wird.
Die EP 2 916 000 A1 offenbart ein „Leichter-als-Luft-Gerät zur Umwandlung von Sonnen- und Windenergie“. Eine in der Luft schwebende Energieerzeugungsvorrichtung umfasst eine Hebevorrichtung, eine Verbindungsvorrichtung und eine Bodenvorrichtung. Die Hebevorrichtung besteht aus mehreren schwimmenden Einheiten mit Solarzellen und Windturbinen, die sich jeweils an ihrem oberen und unteren Teil befinden. Die Hauptfunktionen der Bodenvorrichtung sind Stromwechsel, Stromverteilung und Stromspeicherung.
Nachteilig an den bekannten Energieeinspeisungseinheiten ist, dass die Kites von den jeweilen Fahrzeugen durch aufwändige Steuerungsverfahren jeweils in die richtige Position zum Windangriff stellen müssen, um Energie zu gewinnen
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Energieeinspeisungseinheit zur Verfügung zu stellen, die eine Energieeinspeisung über Fahrzeuge ermöglicht.
Offenbarung der Erfindung
Es wird eine Energieeinspeisungseinheit offenbart, die durch die Ausgestaltung eines drachenähnlichen Flugobjekts, insbesondere eines Kites, ermöglicht wird.
Dabei wird ein Kite-Schirm oder ein vergleichbares drachenähnliches Gleit- oder Flugobjekt offenbart, der oder das Energie nicht alleine durch die Windkraft gewinnen kann, sondern auch durch die Ausbildung seiner Außenhaut durch Photovoltaik. Die Luftkammern und auch die Segelflächen des Kites sind dabei aus einer Außenhaut ausgebildet, die eine Solarzellenwirkung aufweisen. Diese Solarzellenwirkung resultiert beispielsweise durch die Auswahl eines Materials, das Solarzellen umfasst oder das Aufbringen von Folien bzw. Beschichtungen, Lacken o.dgl., die vergleichbar wie Solarzellen wirken bzw. Solarzellen umfassen.
Beim Mitführen und Verwenden eines derart ausgebildeten Kites beispielsweise auf einem Schiff kann somit nicht nur die Luftströmung des Windes, sondern auch die Solarzellenwirkung der Energiegewinnung dienen. Flug- oder Gleitkörper mit Luftkammern können mit Luft, Druckluft, Gas wie beispielsweise Helium o.dgl. befüllt sein.
Die Außenhaut des Kite-Schirms kann durch die Ausbildung insbesondere als Verbundmaterial oder das Aufbringen von Lacken, Folien, Beschichtungen, Bedampfungen o.dgl. einen Solarzelleneffekt der Oberfläche aufweisen, wobei diese Ausbildungen eingearbeitete Solarzellen enthalten können. Es können dazu insbesondere Solarzellen in sehr dünner, flexibler Ausbildung ausgebildet sein, die flächenhaft auf der Außenhaut des Kites angeordnet sind. Insbesondere sind dazu Fiberglas-Verbindungen geeignet, die beispielsweise mit Graphit verbunden und in eine Polymer-Matrix eingenäht sind.
Es können auch Materialien oder Verbundmaterialien mit organischen Solarzellen, sogenannte Plastiksolarzellen, ausgebildet sein. Diese Solarzellen sind aus Kohlenwasserstoff-Verbindungen, also Kunststoffen, ausgebildet. Derartige Verbindungen weisen elektrisch halbleitende Eigenschaften auf. Anbei eine Liste der Vorteile der genannten Plastiksolarzellen:

• Geringe Herstellungskosten aufgrund billiger Produktionstechnologien
• Hohe Stromausbeuten durch Dünnschicht-Großflächentechnologien für Kunststoffe
• Höhere Flexibilität, Transparenz und einfache Handhabung durch die mechanischen Eigenschaften von Kunststoffen
• Hohe Umweltverträglichkeit, da die Kunststoffe auf Kohlenstoffbasis hergestellt sind
• Anpassung an das Sonnenspektrum durch gezielte Polymersynthese

Das Material für diesen Solarzellentyp basiert auf organischen Kohlenwasserstoffverbindungen mit einer spezifischer Struktur, die den betreffenden Materialien die wesentlichen Eigenschaften von Halbleitern verleiht. Typische Vertreter organischer Halbleiter sind konjugierte Polymere und Moleküle, wobei auch speziell synthetisierte Hybridstrukturen verwendet werden. Die Herstellung erfolgt über Abdampfprozesse und bilden dann Mehrschichtsysteme aus. Die organische Photovoltaik eignet sich für die Verwendung zur Herstellung der erfindungsgemäßen Energieeinspeisungseinheit.
Die Verwendung derartig ausgebildeter Stoffe eignet sich ebenfalls zur Energiegewinnung für Fahrzeuge, Flugzeuge, Schiffe u.dgl. Entweder die genannten Fortbewegungsmittel selbst weisen eine derartig als Solarzellen wirkende Oberfläche auf bzw. die Oberfläche umfasst flexible Solarzellen oder der mit derartigen Fahrzeugen verbundene Kite dient der zusätzlichen Energiegewinnung. Die Verwendung kann auch an Gebäuden erfolgen, insbesondere auf damit verbundenen Dächern, Wänden u.dgl., insbesondere auch Sonnenschutzvorrichtungen wie Markisen; Zelte, Vordächer, LKW-Dächer usw.
Die gewonnene Energie eignet sich zum Antrieb von Motoren oder Aggregaten, zum Betrieb von Steuerelementen, zur Beleuchtung, zur Stromerzeugung für einen zweiten Stromkreislauf, o.dgl.
Die gewonnene Energie wird über gesonderte Stromleitungen zu den jeweiligen Verbrauchern oder einen Speicher geführt. Es können sogenannte Hybridleinen zum Einsatz kommen, die sowohl die Funktion der Kite-Leinen wie auch die Funktionen zur Stromführung sowie weitere Funktionen umfassen.
Die Hybridleinen umfassen die üblich für Kites verwendeten Leinen und weisen zusätzlich zu ihrer Funktion als Zug-, Halte- und Steuerleinen zusätzliche Einheiten auf, wie insbesondere Strom-, Hydraulik-, Pneumatik- Leitungen; Antennen, Blitzableiter usw.
Eine Hybridleine kann somit eine oder mehrere Zusatzfunktionen aufweisen. Der Aufbau sowie die Anordnung der Hybridleinen ist variabel und kann den entsprechenden Anforderungen angepasst werden. Die Eigenschaften der Hybridleinen können sich gegenseitig ergänzen und die jeweils anderen Eigenschaften optimieren.
Die Hybridleinen können parallel angeordnet werden oder beispielsweise spiralförmig ausgebildet sein, so dass sie entsprechend der Windstärke und -richtung dehnbar sind.
Die Hybridleinen können alle benötigten Komponenten umfassen, so dass keine störenden Zusatzfunktionsträger wie Strom-, Hydraulik-, Pneumatik- Leitungen oder Antennen, Blitzableiter u.dgl. eigenständig angeordnet und verbaut werden müssen. Somit wird die Handhabung dieser Hybridleinen sowie die Kontrollierbarkeit beim Ein- und Ausfahren des Kites auf einfache Weise ermöglicht.
Die erfindungsgemäße Energieeinspeisungseinheit hat dabei den Vorteil, dass durch ein Flugelement wie einen Kite nicht nur eine natürliche Energiequelle genützt werden kann, nämlich die Windkraft, sondern auch durch die Ausbildung der Außenhaut bzw. Oberfläche des Kites zusätzlich die Solarenergie. Daher muss die Ansteuerung der richtigen Stellung des Kites zum Wind hin auch nicht mehr kompliziert gesteuert und eingestellt werden, da eine nicht-optimale Ausnutzung der Windkraft durch die zusätzlich gewonnene Solarenergie nicht nur kompensiert, sondern ergänzt wird bzw. zusätzlich zur Verfügung steht.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Figurenbeschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen entnehmbar.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

1 zeigt eine Schrägansicht einer Energieeinspeisungseinheit in einer Schrägansicht von unten,
2 zeigt einen Querschnitt durch eine Hybridleine einer Energieeinspeisungseinheit,
3 stellt Zusatzelemente zu einer Leine dar,
4 stellt eine Hybridleine mit zusätzlichen Medien dar und
5 zeigt eine abweichende Ausbildung der Hybridleine.

1 zeigt eine Energieeinspeisungseinheit 10. Die Energieeinspeisungseinheit ist in diesem Ausführungsbeispiel als Kite 10 ausgebildet und weist eine Außenhaut 12 auf, die keine zusätzlichen sogenannten „Bladder“ umfasst, sondern direkt aufgeblasen bzw. mit einem Einpumpsystem mit Luft bzw. Druckluft befüllt wird. Die Außenhaut 12 weist an ihrer Oberfläche die Funktion einer Solarzelle, insbesondere einer optischen Photovoltaikzelle, auf. Der Kite 10 umfasst im dargestellten Ausführungsbeispiel einen oder mehrere Frontkörper 14, ein- oder mehrteilig ausgebildet, sowie ein bzw. mehrere Querkörper 18, 20, 22, 42 auf. Die Querkörper 18, 20, 22, 42 dienen als versteifende Elemente eines Segels 24. Der Frontkörper 14 kann Schotts 26, 28, 29, 30, 32 aufweisen, deren Nahtstellen an der Außenhaut 12 in dieser Darstellung sichtbar sind. Die Querkörper 16 (in dieser Ansicht verdeckt), 18, 20, 22 weisen jeweils Verbindungsschläuche 34 (in dieser Ansicht ebenfalls verdeckt, gehört zum Querkörper 16), 36, 38, 40, 42 zum Frontkörper 14 auf. Die Verbindungsschläuche 34, 38, 40, 44 liegen eng an. Die Querkörper 16, 18, 20, 22, 42 können während des Flugs, beispielsweise durch Öffnen oder Schließen eines Drehschalters, aufgepumpt werden. In dieser beispielhaft dargestellten Ausführung ist ein Rückkörper 46 ausgebildet. Dieser dient der Stabilisierung des Kites 10.
Der Kite 10 ist stellvertretend für die einsetzbaren Flugelemente dargestellt. Es können insbesondere Flugelemente wie Ballons, Prallluftschiffe oder Zeppeline, oder andere geeigneten Energieeinspeisungseinheiten 10 in Kombination mit den Hybridleinen 48 dem Zweck der Energiegewinnung dienen. Alternativ können die Fahrzeuge selbst, also Schiffe, Kraftfahrzeuge, oder auch Flugzeuge, mit der erfindungsgemäß ausgebildeten Außenhaut ausgebildet sein. Für den Kite 10 selbst kann die von der Oberfläche gewonnene Solarenergie beispielsweise auch zum Aufpumpen der Außenhaut genützt werden.
In 2 ist beispielhaft eine Hybridleine 48 für die Energieeinspeisungseinheit dargestellt, die einen Leinenmantel 50 sowie einen Leinenkern 52 umfasst. Innerhalb des Leinenmantels 50 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Zusatzelement 54, das als Pneumatik- oder Hydraulikleitung ausgebildet sein kann, angeordnet. Des Weiteren ist innerhalb des Leinenmantels 50 ein weiteres Zusatzelement 56, in dieser beispielhaften Ausbildung ein Stromleiter 56, angeordnet.
3 stellt einen Aufbau einer Hybridleine 48 dar, die eine Leine 58 sowie Zusatzelemente 54 und 56 umfasst. Weitere Zusatzelemente können Antennen, Blitzableiter usw. sein.
In 4 ist eine Hybridleine 48 dargestellt, die den Leinenmantel 50 sowie ein Zusatzelement 56 zeigt, wobei ein innenliegender Mediumträger 60 ausgebildet ist. Dieser Mediumträger 60 ist dazu ausgebildet, Medien 62 wie Gase oder Flüssigkeiten zu leiten. Das Gas 62 kann insbesondere Druckluft oder Helium sein.
In 5 ist die Hybridleine 48 mit dem Leinenkern 52 dargestellt, wobei die Hybridleine 48 die Zusatzelemente 54 und 56 umfasst.
Die 2 bis 5 zeigen, dass alle benötigten Komponenten für die Energieübertragung können in einer oder mehreren Hybridleinen 48 zusammengefasst werden. Dies sind insbesondere Strom- 56, Pneumatik- oder Hydraulik-Leitungen 54 oder auch Medienleitungen 60. Diese Zusatzelemente müssen somit nicht eigenständig verbaut werden, sondern können ebenso wie Antenne, Blitzableiter o.dgl. integriert werden. Die Zusatzelemente können parallel oder spiralförmig angeordnet sein oder innen bzw. außen im Verbund mit der Leine 58 angeordnet sein und so die Hybridleine 48 ausbilden. Die Hybridleinen 48 können auch als Steuerelemente dienen.
Dies vereinfacht die Anordnung und Handhabung sowie die Kontrollierbarkeit beim Aus- und Einfahren der Hybridleinen 48.
Bezugszeichenliste

10: Kite
12: Außenhaut
14: Frontkörper
16: erster Querkörper
18: zweiter Querkörper
20: dritter Querkörper
22: vierter Querkörper
24: Segel
24': Segel Modul
26: Schott
28: Schott
29: Schott
30: Schott
32: Schott
34: erster Verbindungsschlauch
36: zweiter Verbindungsschlauch
38: dritter Verbindungsschlauch
40: vierter Verbindungsschlauch
42: fünfter Querkörper
44: fünfter Verbindungsschlauch
46: Rückkörper
48: Hybridleine
50: Leinenmantel
52: Leinenkern
54: Zusatzelement Hydraulik- / Pneumatikleitung
56: Zusatzelement Stromleiter
58: Leine
60: Mediumleitung
62: Medium

Claims

Energieeinspeisungseinheit (10) umfassend ein Fortbewegungsmittel (10), dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberfläche (12) des Fortbewegungsmittels (10) als optische Photovoltaikzelle ausgebildet ist, wobei Luftkammern und Segelflächen des Fortbewegungsmittels (10) aus einer Außenhaut ausgebildet sind, die eine Solarzellenwirkung aufweisen und die gewonnene Energie über Stromleitungen zu den jeweiligen Verbrauchern oder einen Speicher geführt werden, wobei das Fortbewegungsmittel (10) mit mindestens einem weiteren, mit Energie zu versorgenden Fortbewegungsmittel verbindbar ausgebildet ist, so dass das weitere Fortbewegungsmittel von dem ersten Fortbewegungsmittel (10) mit Energie versorgbar ist, und das Fortbewegungsmittel (10) mit dem weiteren Fortbewegungsmittel über eine Hybridleine (48) verbunden ausgebildet ist und dass die Hybridleine (48) die Funktion der für Kites verwendeten Leinen umfasst und zusätzlich zu dieser Funktion als Zug-, Halte- und Steuerleine als zusätzliche Einheiten Strom-, Hydraulik-, Pneumatik- Leitungen, Antennen, Blitzableiter, aufweist.
Energieeinspeisungseinheit (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fortbewegungsmittel (10) ein Flugkörper (10), ein Wasserfahrzeug oder ein Landfahrzeug ist.
Energieeinspeisungseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (12) als Mehrschichtsystem ausgebildet ist und auf organischen Kohlenwasserstoff-Verbindungen basiert.
Energieeinspeisungseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (12) aus einer Polymer-Matrix ausgebildet ist, in die eine mit Grafit verbundene Fiberglas-Verbindung eingearbeitet ist.
Energieeinspeisungseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hybridleine (48) einen Leinenmantel (50) und einen Leinenkern (52) umfasst.
Energieeinspeisungseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hybridleine (48) eine Medienleitung (60) für ein Medium (62) aufweist.
Energieeinspeisungseinheit (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium (62) ein Gas oder eine Flüssigkeit ist.