DE102019107786A1 - Modulares Windkraftmodul mit einem vertikalen Mastelement und starr damit verbundenen Windturbinen - Google Patents

Modulares Windkraftmodul mit einem vertikalen Mastelement und starr damit verbundenen Windturbinen Download PDF

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    • Y02E10/728Onshore wind turbines

Abstract

Modulares Windkraftmodul (1), das zwei oder mehr Windturbinen (2) umfasst, die an einem vertikalen Mastelement (3), das entlang einer Längsachse ausgebildet ist, befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, dassa) die Windturbinen (2) ohne Freiheitsgrad starr mit dem Mastelement (3) verbunden sind;b) ein oberes Lager-Halteelement (5) und ein unteres Lager-Halteelement (5), die entsprechend an einem oberen und an einem unteren Ende des vertikalen Mastelements (3) angeordnet sind und das vertikale Mastelement (3) dazwischen mit nur einem Freiheitsgrad halten, der ein Rotationsfreiheitsgrad um die Längsachse des Mastelements (3) ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Windkraftmodul mit einem vertikalen Mastelement und starr mit dem Mastelement verbundenen Windturbinen.
  • Bekannte modulare Windkraftanlagen umfassen mehrere meist kleinere Windkraftturbinen, die nebeneinander und/oder übereinander aufgebaut und somit skaliert werden können.
  • CH710234A2 offenbart eine modulare Windkraftanlage, bei der mehrere der Windkraftturbinen in einem Array-Gerüst integriert werden können. Zugleich sind darin auch Solar-Panels integriert. Bei einem Drehen einer Windrichtung lässt der Wirkungsgrad aber entsprechend nach, wobei das Array-Gerüst starr mit dem Boden verbunden ist.
  • DE10160836A1 offenbart eine modulare Windkraftanlage im Gebiet von Großkraftanlagen, die vertikal übereinander und horizontal nebeneinander angeordnete Windkraftmodule aufweist, die jeweils einen vertikalen Rahmen aufweisen, der jeweils aneinandergeschraubt werden kann. Bei einem Drehen der Windrichtung lässt der Wirkungsgrad entsprechend nach. Das gesamte starre Array-Gerüst ist nicht praktikabel drehbar.
  • DE102011122720A1 offenbart eine Windkraftanlage, bei der vertikal übereinander zwei Windkraftmodule angeordnet sind, die jeweils eine gemeinsame vertikale Rotorachse umfassen, an der in jedem Windkraftmodul Rotorblätter anmontiert sind, die die gemeinsame Rotorachse antreiben. Unten im Fuß sitzt der Generator zur Stromerzeugung. Deshalb ist die Anlage nur bedingt modular skalierbar, da bei einer späteren Erweiterung auch der Generator auszutauschen wäre, wenn er nicht gleich von vornherein überdimensioniert wäre. Dies mach auch verschiedene Generatoren notwendig.
  • DE102014008211B3 offenbart eine modulare Windkraftanlage mit bienenwabenförmig übereinander und nebeneinander angeordneten Windkraftmodulen. Dabei wird eine optimierte Flächenabdeckung der Rotoren der Windkraftmodule erreicht. Bei einem Drehen der Windrichtung müsste sich das gesamte starre Array-Gerüst mitdrehen, das nicht praktikabel drehbar gestaltet werden kann.
  • An bereits bestehenden Strukturen, wie beispielsweise an Masten, ist eine Montage von bekannten Windturbinen oder Windkraftmodulen nicht gut möglich, wenn sich die Windturbine mit der Windrichtung ausrichten soll. Es wäre dabei meist eine Neuinstallation eines entsprechenden Mastes nötig. Auf Dächern wären mit der Windrichtung sich ausrichtende Windkraftturbinen nach dem Stand der Technik kostspielig, da für jede sich ausrichtende Windturbine eine entsprechende Befestigung und eine dauerhaft drehbare Stromführung bereitgestellt werden müsste.
  • Problematisch sind bei den bekannten Windkraftanlagen oft auch ein Vogel- oder Personenschutz, eine Lärmbelästigung und Vibrationen, die in den Grund eingeleitet werden und stören können.
  • Die Aufgabe der Erfindung, um die Nachteile aus dem Stand der Technik zu beseitigen, besteht daher in der Bereitstellung eines Windkraftmoduls, das möglichst einfach an bestehende Strukturen anpassbar, einen möglichst guten Wirkungsgrad haben, möglichst skalierbar und möglichst kostengünstig sein soll. Darüber hinaus wäre es wünschenswert, wenn das Windkraftmodul möglichst geringe akustische Störungen und Vibrationen verursacht.
  • Die vorstehende Aufgabe wird von einem Windkraftmodul gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Das erfindungsgemäße Windkraftmodul umfasst zwei oder mehr Windturbinen, die an einem vertikalen Mastelement befestigt sind, das entlang einer Längsachse ausgebildet ist, wobei
    • - die Windturbinen ohne Freiheitsgrad starr mit dem Mastelement verbunden sind;
    • - und das Windkraftmodul ein oberes Lager-Halteelement und ein unteres Lager-Halteelement umfasst, die entsprechend an einem oberen und an einem unteren Ende des vertikalen Mastelements angeordnet sind und das vertikale Mastelement dazwischen mit nur einem Freiheitsgrad halten, der ein Rotationsfreiheitsgrad um die Längsachse des Mastelements ist.
  • Das erfindungsgemäße Windkraftmodul hat den besonderen Vorteil, dass die Windturbinen starr mit dem vertikalen Mastelement verbunden sind, der durch das obere und das untere Lager-Halteelement um seine Längsachse drehbar ist, so dass sich die Windturbinen dennoch zur Windrichtung ausrichten können. Die starre Verbindung zwischen den Windturbinen und dem vertikalen Mastelement ist wesentlich einfacher und kostengünstiger als wenn jede Windturbine für sich drehbar wäre und dafür sowohl eine drehbare Lagermechanik als auch eine drehbare Stromabführung bereitgestellt werden müsste. Durch die starre Verbindung der Windturbinen lassen sich auch Schwingungen der jeweiligen Windturbinen besser kompensieren, so dass das Windkraftmodul dadurch schwingungsärmer werden kann.
  • Zur Klarheit sei an dieser Stelle angemerkt, dass unter der jeweiligen „starren Verbindung“ eine feste Verbindung verstanden wird, das jeweilige verbundene Teile verdrehsicher miteinander verbindet. Die jeweilige starre Verbindung kann dabei ein dazwischenliegendes Dämpferelement, wie beispielsweise eine Gummischicht oder eine sonstige elastische Schicht oder ein Dämpferelement aufweisen, das beispielsweise eine vordefinierte Auslenkung zulässt, wie es bei Vibrationsdämpfern aus dem Stand der Technik bekannt ist.
  • Das erfindungsgemäße Windkraftmodul lässt sich auch leicht an einem schon bestehenden Hauptmast befestigen, wie beispielsweise in 1 dargestellt ist. Es lässt sich ebenso gut auf Dächern installieren, wenn beispielsweise das obere Lager-Halteelement durch Seile oder Stangen seitlich gespannt gehalten wird.
  • Bevorzugt können das obere und das untere Lager-Halteelement jeweils durch mindestens ein Befestigungselement mit dem Hauptmast verbunden werden, wie in 1 dargestellt. Dabei sind die Befestigungselemente bevorzugt so ausgebildet, dass das Mastelement zum Hauptmast in horizontaler Richtung so weit beabstandet gehalten wird, dass sich das das Mastelement mit den Windturbinen um die Längsachse drehen kann, ohne dass die Windturbinen den Hauptmast berühren oder dort anschlagen können, bevorzugt in allen Rotationsstellungen des Mastelements mit den Windturbinen zum Hauptmast. Auf diese Weise können bestehende Strukturen, wie beispielsweise Telekommunikationsmasten als dem Hauptmast leicht ergänzt werden durch eines oder mehrere solcher Windkraftmodule, um sie autark mit Strom versorgen zu können. Somit braucht keine separate Windkraft- oder Solaranlage aufgebaut werden, und es können beträchtliche Kosten gespart werden.
  • Bevorzugt umfasst dabei mindestens eines der Befestigungselemente ein Einstellelement, das das Befestigungselement verlängern oder verkürzen kann, um das Mastelement zwischen dem oberen und dem unteren Lager-Halteelement besser zu positionieren und/oder vorbestimmt einzuspannen zu können.
  • Bevorzugt umfasst das Mastelement ein elektrisches erstes Kontaktelement, das über einen Stromleiter mit einem jeweiligen elektrischen Stromausgang der jeweiligen Windturbine verbunden ist, wobei das obere und/oder das untere Lager-Halteelemente ein zum ersten Kontaktelement korrespondierendes elektrisches zweites Kontaktelement umfasst, das elektrischen Strom vom ersten Kontaktelement an einen elektrischen Stromausgang des Windkraftmoduls weiterleitet, der bevorzugt ohne Freiheitsgrad feststehend ist. Das erste und das zweite Kontaktelement sind bevorzugt als Schleifringstromübertrager ausgebildet. Anstelle des jeweiligen Kontaktelements können aber auch andere Stromübertrager eingesetzt sein, wie beispielsweise induktive Übertrager oder Ähnliches, die aus dem Stand der Technik bekannt sind. Bevorzugt kann der Mast selbst ein Teil des Stromleiters sein und beispielsweise ein Potential, wie das eines Nullleiters oder Erdleiters, darstellen. Dabei kann das obere und/oder untere Lager-Halteelement eine Isolierung zwischen dem Mast und den Befestigungselementen aufweisen. Alternativ kann das obere und/oder untere Lager-Halteelement aber auch den Mast direkt mit dem Erdpotential, das beispielsweise über mindestens eines der Befestigungselemente geleitet wird, elektrisch verbinden, wie beispielsweise über ein elektrisch leitendes Rollenlager.
  • Bevorzugt ist der jeweilige Stromleiter zwischen der jeweiligen Windturbine und dem unteren und/oder oberen Lager-Halteelement außen am Mast verlegt, so dass der Mast keine Bohrungen für den jeweiligen Stromleiter aufzuweisen braucht. Dadurch wird der Mast nicht unnötig in seiner Stabilität geschwächt. Die Stromleiter können zumindest teilweise außen am Mast verlegt sein.
  • Neben einer Strom- bzw. Energieübertragung können natürlich auch Datensignale übertragen werden, beispielsweise über Schleifkontakte oder aufmoduliert über ein Powerline-Modem oder durch eine Funkübertragung. Die Datensignale können auch über separate Kabel oder Leiter und entsprechende Kontakte am Lager-Halteelement übertragen werden.
  • Zu einer Vibrationsdämpfung können das obere Lager-Halteelement und/oder das untere Lager-Halteelement eine elastische oder andere dämpfende Lagerung für das Mastelement umfassen, beispielsweise aus Gummi, Silikon, oder einem Schubkolbendämpferelement.
  • Bevorzugt ist die elastische oder anders dämpfende Lagerung des Mastelements im jeweiligen Lager-Halteelement eine Lagerung, die durch eine Schicht oder Teile aus Gummi oder einen anderen Kunststoff erzeugt wird.
  • Bevorzugt ist das untere Lager-Halteelement ausgebildet, mit einem weiteren oberen Lager-Haltelement eines weiteren Windkraftmoduls, das sich entlang der Längsachse erstreckt, zu korrespondieren und damit verbindbar zu sein. Bevorzugt ist das obere Lager-Halteelement ausgebildet, mit einem weiteren unteren Lager-Haltelement des weiteren Windkraftmoduls, das sich entlang der Längsachse erstreckt, zu korrespondieren und damit verbindbar zu sein. Alternativ bevorzugt ist das obere und/oder das untere Haltelement ausgebildet, sowohl vertikal nach oben, als auch vertikal nach unten ein jeweiliges Mastelement lagernd zu halten.
    Bevorzugt kann das Windkraftmodul auch eine Anlagensteuerelektronik umfassen, die einen jeweiligen Generator der jeweiligen Windturbine so ansteuert, dass eine erste Phase des ersten Generators der ersten Windturbine in Bezug zu einer zweiten Phase eines zweiten Generators der benachbarten zweiten Windturbine so vorbestimmt versetzt ansteuert, dass erzeugte erste Vibrationen und/oder Schallemissionen des ersten Generators und erzeugte zweite Vibrationen und/oder Schallemissionen des zweiten Generators sich zumindest um 15% kompensieren und reduzieren, im Vergleich zu einer gleichphasigen Ansteuerung. Bevorzugt reduzieren sich die Vibrationen und/oder die Schallemissionen dabei um zumindest 20% oder weiter bevorzugt um zumindest 25% oder noch weiter bevorzugt um zumindest 30%. Die Vibration wird dabei beispielsweise mit der Einheit m/s2 gemessen. Die Schallemission wird dabei beispielsweise als Schalldruck in dB oder dB-SPL oder dBa gemessen. Dadurch können eine Vibration des Mastelements und dementsprechend eine Vibrationsübertragung auf den Hauptmast oder auf ein Gebäude und damit auch Schäden reduziert werden. In anderen Worten werden die einzelnen Windturbinen bevorzugt so angesteuert, dass jeweils erzeugte Vibrationen weitgehend kompensiert werden.
  • Bevorzugt umfasst die Anlagensteuerelektronik eine Regelung, die die jeweilige Phase des jeweiligen Generators so vorbestimmt ansteuert, dass ausgehend von Signalen von Sensoren einer gemessenen Vibration und/oder einer Schallemission die Vibration und/oder die Schallemission zu einem Minimum geregelt wird.
  • Bevorzugt können eine jeweilige Windturbinenausgangsspannung von mindestens zwei Windturbinen parallelgeschaltet sein, wobei die Anlagensteuerelektronik den jeweiligen Generator so ansteuert, dass die zeitlichen Phasen der Generatoren zeitlich zueinander versetzt sind, so dass eine gebildete Gesamtspannung aus den einzelnen Windturbinenausgangsspannungen, die jeweils einen pulsierenden Strom ausgeben, mehr geglättet ist, als wenn nur eine Windturbine Strom liefern würde. Dabei sind die Windturbinenausgangsspannungen beispielsweise durch Gleichrichter zusammengeschaltet. Alternativ kann auch ein Stromausgang verwendet werden, der bei gleicher Belastung durch zwei parallel geschaltete Windturbinenausgangsströme eine konstantere Gesamtspannung liefert, als wenn nur eine Windturbine mit einem Ausgangsstrom da wäre. Der Vergleich gilt bevorzugt für eine zeitliche Phasenversetzung der Generatoren im Vergleich zu keiner Phasenversetzung und bei gleichem Glättungskondensator. In anderen Worten sind die Windturbinenausgangsspannungen einer jeweiligen Generatorelektronik des jeweiligen Generators, die Gleichspannungen sind, von mindestens zwei Windturbinen in ParallelSchaltung miteinander verbunden.
  • Bevorzugt steuert die Anlagensteuerelektronik die jeweilige Phase des jeweiligen Generators so vorbestimmt an, dass die Phasen aller parallelgeschalteten Generatoren voneinander gleich beanstandet sind, bzw. eine gleiche Phasenverschiebung zum jeweils nächsten Generator haben.
  • Bevorzugt steuert die Anlagensteuerelektronik die jeweiligen Generatoren der ersten, zweiten und, falls vorhanden, der weiteren Windturbinen so an, dass nur solche Drehzahlen der jeweiligen Generatoren zugelassen werden, die in vorbestimmten Drehzahlbereichen liegen, wobei bevorzugt vorbestimmte Resonanzfrequenzbereiche ausgeschlossen werden. Dadurch werden die Vibrationen und/oder Schallemissionen im Vergleich zu keiner vorbestimmten oder einer anderen Ansteuerung reduziert.
  • Bevorzugt steuert die Anlagensteuerelektronik die jeweiligen Generatoren so vorbestimmt an, dass sie hinsichtlich einem Maximum Power Point Tracking (MPPT) angesteuert werden oder zumindest der MPPT-Parameter darin berücksichtigt wird.
  • Alternativ bevorzugt können die Windturbinenausgangsspannungen der jeweiligen Generatorelektronik, die Gleichspannungen sind, der mindestens zwei Windturbinen auch in Serien-Schaltung miteinander verbunden sein.
  • Bevorzugt weist die jeweilige Windturbine einen jeweiligen Brems-Chopper-Widerstand auf, der im Windkanal der Windturbine liegt und davon gekühlt wird.
  • Bevorzugte Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung sind in nachfolgenden Zeichnungen und in einer detaillierten Beschreibung dargestellt, sie sollen aber die vorliegende Erfindung nicht ausschließlich darauf begrenzen.
  • Dabei zeigen
    • 1 eine Seitenansicht zweier bevorzugter Windkraftmodule, die jeweils drei Windturbinen aufweisen, die jeweils an einem dazugehörigen Mastelement befestigt sind; das jeweilige Mastelement ist dabei über ein oberes und unteres Lager-Haltelement und über jeweils dazugehörige Befestigungselemente mit einem Hauptmast verbunden; und
    • 2 eine seitliche Schnittansicht des bevorzugten Lager-Haltelements aus 1
  • Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
  • 1 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Windkraftmoduls 1, von denen zwei solcher Windkraftmodule 1 an einem Hauptmast 7 befestigt sind.
  • Erfindungsgemäß umfasst das Windkraftmodul 1 generell zwei oder mehr Windturbinen 2, oder wie in 1 dargestellt, drei Windturbinen 2, die jeweils an einem vertikalen Mastelement 3, das sich entlang einer vertikalen Längsachse erstreckt, befestigt sind. Dabei sind die Windturbinen 2 ohne Freiheitsgrad starr mit dem Mastelement 3 verbunden. Das heißt, dass die Windturbinen 2 in Bezug zum Mastelement 3 keinen translatorischen und keinen rotatorischen Freiheitsgrad besitzen. Zur Klarheit bedeutet das, dass eine jeweilige Rotordrehachse des jeweiligen Rotors der jeweiligen Windturbine 2 starr mit dem vertikalen Mastelement 3 verbunden ist und bei einem Drehen einer Windrichtung das Mastelement 3 sich entsprechend um seine Achse drehen muss, um die Windturbinen 3 zur Windrichtung auszurichten. Indem die Windturbinen 2 mit dem Mastelement 3 starr verbunden sind, lassen sich elektrische Stromleiter 3b der jeweiligen Windturbine 2 fest und damit einfach mit dem Mastelement 3 verbinden und darin oder daran führen. Bevorzugt ist das Mastelement 3 rohrförmig ausgebildet, wobei sich darin die elektrischen Leiter 3b einfach und sicher verlegen lassen.
  • Ein oberes Lager-Halteelement 5 ist an einem oberen Ende des vertikalen Mastelements 3 und ein unteres Lager-Halteelement 5 ist an einem unteren Ende des vertikalen Mastelements 3 angeordnet, die das vertikale Mastelement 3 dazwischen mit nur einem Freiheitsgrad, der ein Rotationsfreiheitsgrad ist, halten. Der Rotationsfreiheitsgrad ist eine Rotation um die Längsachse des Mastelements 3.
  • Bevorzugt umfasst das Windkraftmodul 1 Befestigungselemente 6, die so ausgebildet sind, das obere Lager-Halteelement 5 und das untere Lager-Halteelement 5 mit dem Hauptmast 7 bevorzugt starr zu verbinden. Auch hierzu gilt zur Klarheit, dass die starre Verbindung eine feste Verbindung ist und aber ein Dämpfer- oder Vibrationsdämpferelement aufweisen kann. Die Befestigungselemente 6 können dabei alle oder teilweise Einstellelemente 6a aufweisen, um damit eine jeweilige Länge des jeweiligen Befestigungselements 6 einstellbar zu machen. Durch die Einstellelemente 6a kann das Mastelement 3 in Bezug zum Hauptmast 7 in seiner Lage verstellt und justiert werden, wie der Fachmann erkennt. Dabei ist es beispielsweise meist vorteilhaft, das Mastelement 3 vertikal auszurichten. Andere Winkellagen, die von der Vertikalen beispielsweise um Neigungen bis 5-10° abweichen, sind aber auch vorstellbar. Bevorzugt weisen die Befestigungselemente 6 auch Schellen auf, die ausgebildet sind, die Befestigungselemente 6 am Hauptmast 7 befestigen zu können. Bevorzugt hat der Hauptmast 7 und dementsprechend die dazu passenden Schellen einen runden Querschnitt; andere Querschnitte sind natürlich auch denkbar und möglich.
  • Der Hauptmast 7 steht als Beispiel auch für andere feste Strukturen, wie beispielsweise für eine Gebäudewand, eine Dachstruktur, einen Telegraphenmast, einen Baumstamm, einen Straßenlaternenmast etc., woran das jeweilige Windkraftmodul 1 auch entsprechend befestigt werden kann.
  • Das Windkraftmodul 1 kann generell auch eine oder mehrere Windfahnen 4 aufweisen, die helfen können, die Windturbinen in die Windrichtung zu drehen. Die jeweilige Windfahne 4 ist dabei bevorzugt starr am Mastelement 3 oder an der Windturbine 2 angeordnet. Bevorzugt dreht sich das Mastelement 3 mit den Windturbinen 2 von selbst in die Windrichtung. Alternativ bevorzugt oder zusätzlich kann das Mastelement mit den Windturbinen auch durch einen Aktuator wie beispielsweise einen Motor um die Längsachse gedreht und im Wind ausgerichtet werden. Dabei wird das Mastelement 3 motorisch beispielsweise in Bezug zum oberen und/oder unteren Lager-Halteelement 5 angetrieben bzw. verstellt.
  • Wie in 1 dargestellt, kann das jeweilige Windkraftmodul 1 so ausgebildet sein, dass es in Längsrichtung übereinander angeordnet verbaut werden kann. Ebenso könnten zwei oder mehr Windkraftmodule 1 auch nebeneinander am Hauptmast 7 oder auf einem Dach angeordnet sein.
  • In 1 ist strichliert um Rotoren der Windturbinen 2 ein Schutzgitter 9 dargestellt, das einerseits ein Schutz für Vögel und andererseits aber auch ein Schutz für Personen sein kann. Das Schutzgitter 9 kann dabei natürlich auch einzeln um jeden Rotor der jeweiligen Windturbine 2 ausgebildet sein oder um die gesamten Windturbinen 2 des Windmoduls 1 oder anders.
  • In 2 ist ein bevorzugtes Lager-Halteelement 5 dargestellt, das ein erstes Lagerelement 5b und ein zweites Lagerelement 5c aufweist, um das Mastelement 3 entsprechend robust und stabil mit dem nur einen Rotationsfreiheitsgrad halten zu können.
  • Zu einer Stromübertragung zwischen den Windturbinen 2 und dem einen oder beiden Lager-Halteelementen 5 sind Stromausgänge der Windturbinen über einen Stromleiter 3b bzw. ein Stromkabel mit einem ersten Kontaktelement 3a verbunden, das in Kontakt mit einem zweiten Kontaktelement 5a steht, von dem der Strom über ein weiteres Stromkabel fortgeleitet werden kann. Das erste 3a und zweite Kontaktelement 5a stehen dabei für ein beliebiges Stromübertragungsmittel, das im Stand der Technik bekannt ist, wie beispielsweise einem Schleifring- oder Rollenkontaktübertrager, einem induktiven Übertrager und dergleichen. Bevorzugt weist das zweite Kontaktelement 5a ein Schleifring und das erste Kontaktelement 3a ein Schleifer oder umgekehrt.
  • Bevorzugt ist der oder sind die Stromleiter 3b die einen Strom von den Windturbinen 2 weiterleiten fest im Mastelement 3 angeordnet und damit verbunden. Bevorzugt ist der Stromleiter 3b als ein Sammelleiter für alle Windturbinen 2 ausgebildet. Alternativ bevorzugt kann auch für jede Windturbine 2 ein eigener Stromleiter 3b vorgesehen sein, die dann einen jeweiligen elektrischen Strom als einen Gesamtstrom an das erste Kontaktelement 3a weiterleiten, das den Gesamtstrom an das zweite Kontaktelement 5a weiterleitet.
  • Bevorzugt kann im Mastelement 3 auch ein Datenkabel verlegt sein, das Steuer- und/oder Messdaten zu/von der jeweiligen Windturbine 2 weiterleitet, die bevorzugt über das erste 3a und zweite Kontaktelement 5a oder andere Kontaktelemente übertragen werden. Die Steuer- und/oder Messdaten können auf dem Strom aufmoduliert übertragen werden, oder sie können auch drahtlos zu einer entsprechenden Empfangs-/Sendestation übertragen werden. Das erste 3a und zweite Kontaktelement 5a hat bevorzugt entsprechende Schleifer und Schleifringe zur Strom- und/oder Datenübertragung.
  • Bevorzugt ist das Mastelement 3 rohrartig oder stangenartig ausgebildet.
  • Bevorzugt ist das Befestigungselement 6 eine Stange oder ein Rohr oder dergleichen. Bevorzugt ist das Befestigungselement 6 dabei in einer jeweiligen Länge individuell einstellbar, beispielsweise durch das Einstellelement 6a, das bevorzugt ein Längenverstellelement und das im Befestigungselement integriert ist oder daran ansetzt.
  • Bevorzugt können zwei oder mehr der Windkraftmodule vertikal übereinander angeordnet und miteinander verbunden werden. Dadurch ist eine Windkraftanlage je nach Anzahl der Windkraftmodule bevorzugt skalierbar.
  • Zur Klarheit wird unter der Windturbine 2 eine Windkraftturbine verstanden, die einen Generator zur Stromerzeugung aufweist. Bevorzugt ist der jeweilige Rotor um eine jeweilige Rotorachse der jeweiligen Windturbine so angeordnet, dass die Rotorachse senkrecht zum Mastelement 3 steht.
  • Zur Klarheit werden unter den Merkmalen „oben“ und „unten “relative Ortsangaben in vertikaler Richtung verstanden, so wie auch in den Figuren dargestellt. Seitlich bedeutet seitlich in horizontaler Richtung von einem Gegenstand oder einer Achse, wenn es nicht anders deutlich gemacht wird.
  • Weitere mögliche Ausbildungsformen sind in den folgenden Ansprüchen beschrieben. Insbesondere können auch die verschiedenen Merkmale der oben beschriebenen Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, soweit sie sich nicht technisch ausschließen.
  • Die In den Ansprüchen genannten Bezugszeichen dienen nur der besseren Verständlichkeit und beschränken die Ansprüche in keiner Weise auf die in den Figuren dargestellten Formen.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Windkraftmodul
    2
    Windturbine
    3
    Mastelement
    3a
    erstes Kontaktelement
    3b
    Stromleiter
    4
    Windfahne
    5
    Lager-Halteelement
    5a
    zweites Kontaktelement
    5b
    erstes Lagerelement
    5c
    zweites Lagerelement
    6
    Befestigungselement
    6a
    Einstellelement
    7
    Hauptmast
    8
    Stromkabel
    9
    Schutzgitter
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • CH 710234 A2 [0003]
    • DE 10160836 A1 [0004]
    • DE 102011122720 A1 [0005]
    • DE 102014008211 B3 [0006]

Claims (11)

  1. Windkraftmodul (1), das zwei oder mehr Windturbinen (2) umfasst, die an einem vertikalen Mastelement (3), das entlang einer Längsachse ausgebildet ist, befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass a) die Windturbinen (2) ohne Freiheitsgrad starr mit dem Mastelement (3) verbunden sind; b) ein oberes Lager-Halteelement (5) und ein unteres Lager-Halteelement (5), die entsprechend an einem oberen und an einem unteren Ende des vertikalen Mastelements (3) angeordnet sind und das vertikale Mastelement (3) dazwischen mit nur einem Freiheitsgrad halten, der ein Rotationsfreiheitsgrad um die Längsachse des Mastelements (3) ist.
  2. Die Windkraftanlage (1) gemäß Anspruch 1, wobei das obere und das untere Lager-Halteelement (5) jeweils durch mindestens ein Befestigungselement (6) mit einem Hauptmast (7) verbunden sind, wobei die Befestigungselemente (6) so ausgebildet sind, dass das Mastelement (3) zum Hauptmast (7) in horizontaler Richtung so weit beabstandet gehalten wird, dass sich das das Mastelement (3) mit den Windturbinen (2) um die Längsachse drehen kann, ohne dass die Windturbinen (2) den Hauptmast (7) berühren oder dort anschlagen können.
  3. Die Windkraftanlage (1) gemäß Anspruch 2, wobei mindestens eines der Befestigungselemente (6) ein Einstellelement (6a) umfasst, das ausgebildet ist, das Mastelement (3) zwischen dem oberen und dem unteren Lager-Halteelement (5) zu positionieren und/oder vorbestimmt einzuspannen.
  4. Die Windkraftanlage (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Mastelement (3) ein elektrisches erstes Kontaktelement (3a) umfasst, das über einen Stromleiter (3b) mit einem jeweiligen elektrischen Stromausgang der jeweiligen Windturbine (2) verbunden ist, und wobei das obere und/oder das untere Lager-Halteelemente (5) ein zum ersten Kontaktelement (3a) korrespondierendes elektrisches zweites Kontaktelement (5a) umfasst, das einen elektrischen Strom vom ersten Kontaktelement (3a) an einen elektrischen Stromausgang des Windkraftmoduls (1) weiterleitet, der ohne Freiheitsgrad feststehend ist.
  5. Die Windkraftanlage (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das obere Lager-Halteelement (5) und das untere Lager-Halteelement (5) eine elastische oder andere dämpfende Lagerung des Mastelements (3) darin umfasst, um Vibrationen zu dämpfen.
  6. Die Windkraftanlage (1) gemäß Anspruch 5, wobei die elastische Lagerung des Mastelements (3) im jeweiligen Lager-Halteelement (5) eine Lagerung ist, die durch eine Schicht oder Teile aus Gummi oder einen anderen Kunststoff erzeugt wird.
  7. Die Windkraftanlage (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das untere Lager-Halteelement (5) ausgebildet ist, mit einem weiteren oberen Lager-Haltelement (5) eines weiteren Windkraftmoduls (1), das sich entlang der Längsachse erstreckt, zu korrespondieren und damit verbindbar zu sein; oder wobei das obere Lager-Halteelement (5) ausgebildet ist mit einem weiteren unteren Lager-Haltelement (5) des weiteren Windkraftmoduls (1), das sich entlang der Längsachse erstreckt, zu korrespondieren und damit verbindbar zu sein.
  8. Die Windkraftanlage (1) gemäß einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, zudem eine Anlagensteuerelektronik umfassend, die einen jeweiligen Generator der jeweiligen Windturbine (2) so ansteuert, dass eine erste Phase des ersten Generators der ersten Windturbine (2) in Bezug zu einer zweiten Phase eines zweiten Generators der benachbarten zweiten Windturbine (2) so vorbestimmt versetzt ansteuert, dass erzeugte erste Vibrationen und/oder Schallemissionen des ersten Generators und erzeugte zweite Vibrationen und/oder Schallemissionen des zweiten Generators sich zumindest um 15 % kompensieren und reduzieren, im Vergleich zu einer gleichphasigen Ansteuerung.
  9. Die Windkraftanlage (1) gemäß Anspruch 8, wobei die Anlagensteuerelektronik eine Regelung umfasst, die die jeweilige Phase des jeweiligen Generators so vorbestimmt ansteuert, dass ausgehend von Signalen von Sensoren einer gemessenen Vibration und/oder einer Schallemission die Vibration und/oder die Schallemission zu einem Minimum geregelt wird.
  10. Die Windkraftanlage (1) gemäß Anspruch 8 oder 9, wobei eine jeweilige Windturbinenausgangsspannung von mindestens zwei Windturbinen parallelgeschaltet sind und die Anlagensteuerelektronik den jeweiligen Generator so ansteuert, dass die zeitlichen Phasen der Generatoren zeitlich zueinander versetzt sind, so dass eine gebildete Gesamtspannung aus den einzelnen Windkraftmodulausgangsspannungen, die jeweils einen pulsierenden Strom ausgeben, mehr geglättet ist, als ohne oder eine beliebige zeitliche Phasenversetzung der Generatoren, bei gleichem Glättungskondensator.
  11. Die Windkraftanlage (1) gemäß einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, wobei der jeweilige Stromleiter (3b) zwischen der jeweiligen Windturbine (2) und dem unteren und/oder oberen Lager-Halteelement (5) außen am Mast (3) verlegt ist und der Mast (3) keine Bohrungen für den jeweiligen Stromleiter (3b) aufweist.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021125317A1 (de) 2021-09-29 2023-03-30 MOWEA - Modulare Windenergieanlagen GmbH Windturbinenmodul mit verbessertem Wirkungsgrad

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE835580C (de) * 1950-06-06 1952-04-03 Heinz Wassner Windkraftwerk
AT402234B (de) * 1991-03-11 1997-03-25 Gerger Leo Kraftwerk zur wind- und sonnenenergienutzung
DE69800698T2 (de) * 1997-01-24 2001-08-30 Beheermij P Buitendijk B V Windturbine
DE10160836A1 (de) * 2001-12-03 2003-06-12 Mathias Krohn Windkraftanlage
US20110018279A1 (en) * 2009-07-22 2011-01-27 Che Hue N Water and wind current power generation system
DE102011122720A1 (de) * 2011-12-28 2013-07-04 Leonid Uschpol Modulkraftwerk
DE102014008211B3 (de) * 2014-05-27 2015-10-08 Arman Emami Gerüstförmiges Windkraftanlagenkonstrukt bestehend aus einer Mehrzahl von Windgeneratormodulen
CH710234A2 (de) * 2014-10-14 2016-04-15 Gzim Braha Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie aus Sonnenenergie und Windkraft.
DE202012013622U1 (de) * 2011-11-17 2018-09-07 Doosan Heavy Industries & Construction Co., Ltd. Mehrfach-Windkraftanlage
WO2018157897A1 (en) * 2017-03-01 2018-09-07 Vestas Wind Systems A/S Yaw system monitor for a multi-rotor wind turbine system
US20180283355A1 (en) * 2015-02-12 2018-10-04 Vestas Wind Systems A/S Control system having local and central controllers for wind turbine system having multiple rotors
DE102018106317A1 (de) * 2018-03-19 2019-09-19 Mowea Gmbh Modulare Windkraftanlage

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE835580C (de) * 1950-06-06 1952-04-03 Heinz Wassner Windkraftwerk
AT402234B (de) * 1991-03-11 1997-03-25 Gerger Leo Kraftwerk zur wind- und sonnenenergienutzung
DE69800698T2 (de) * 1997-01-24 2001-08-30 Beheermij P Buitendijk B V Windturbine
DE10160836A1 (de) * 2001-12-03 2003-06-12 Mathias Krohn Windkraftanlage
US20110018279A1 (en) * 2009-07-22 2011-01-27 Che Hue N Water and wind current power generation system
DE202012013622U1 (de) * 2011-11-17 2018-09-07 Doosan Heavy Industries & Construction Co., Ltd. Mehrfach-Windkraftanlage
DE102011122720A1 (de) * 2011-12-28 2013-07-04 Leonid Uschpol Modulkraftwerk
DE102014008211B3 (de) * 2014-05-27 2015-10-08 Arman Emami Gerüstförmiges Windkraftanlagenkonstrukt bestehend aus einer Mehrzahl von Windgeneratormodulen
CH710234A2 (de) * 2014-10-14 2016-04-15 Gzim Braha Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie aus Sonnenenergie und Windkraft.
US20180283355A1 (en) * 2015-02-12 2018-10-04 Vestas Wind Systems A/S Control system having local and central controllers for wind turbine system having multiple rotors
WO2018157897A1 (en) * 2017-03-01 2018-09-07 Vestas Wind Systems A/S Yaw system monitor for a multi-rotor wind turbine system
DE102018106317A1 (de) * 2018-03-19 2019-09-19 Mowea Gmbh Modulare Windkraftanlage

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021125317A1 (de) 2021-09-29 2023-03-30 MOWEA - Modulare Windenergieanlagen GmbH Windturbinenmodul mit verbessertem Wirkungsgrad

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