DE19831692A1 - Hybride Anlage für die Nutzung von Windkraft udn Solarenergie - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Heutige Windkraftanlagen arbeiten alle nach dem gleichen Prinzip, die Energie des Windes wird mit Hilfe von Propellern, Flügelrädern oder Tur­ binen in eine Drehbewegung zum Antrieb von Generatoren umgewandelt. Abge­ sehen von den bautechnischen Ausmaßen bestehender Windkraftanlagen und der optischen Gewöhnungsbedürftigkeit steht die Frage nach der Effektivität des angewandten Prinzips der Energieumwandlung. Es bleibt die altbewährte Um­ wandlung der Bewegungsenergie des Windes in eine Drehbewegung (Windmühlen­ prinzip), um über den "Umweg", eines Generators, kinetische Energie in elek­ trische Energie umzuwandeln. Die kinetische Energie des Windes ist aber un­ definiert, d. h. Richtung und Intensität schwanken. Die damit verbundene Ausrichtung des Windrades und seiner Rotorblätter ist träge und aufwendig.

Ähnlich sieht es in der Solartechnik aus. Um einen entsprechenden Wirkungs­ grad der Anlagen zu erreichen ist es nötig, großflächige Solarmodule zu installieren. Auch hier sind es nicht nur optische Aspekte, die bei der Be­ plankung von Dächern und Fassaden die Gebäude unansehnlich wirken lassen, sondern auch der nachträgliche Montageaufwand von Solarmodulen.

Die ohnehin schon aufwendige Herstellung der Siliziumscheiben wird durch das Zersägen in paßgerechte Formen für eine optimale Flächenausnutzung bei der Modulzusammensetzung erschwert und produziert Abfall.

Bei der Herstellung der Module werden die Solarzellen betriebsfertig durch­ verbunden und definitiv eingegossen, wobei ihre elektrische Leistungs­ charakteristik unabänderlich festliegt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine hybride Anlage für die Nutzung von Wind- und Solarenergie in kombinierter Form zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch die Anlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 ge­ löst.

Die Gesamtanordnung der Anlage ist wie bei vielen anderen Erfindungen der Natur entliehen, z. B. der Baum, eine wunderschöne Erscheinung, aber auch eine geniale Konstruktion der Natur.

In Anlehnung an diese Konstruktion ist die hybride Energiegewinnungsanlage gestaltet, d. h. die Anlage wird in Form eines Baumes erstellt.

Um Witterungseinflüssen zu entgegnen sowie eine gewisse mechanische Elasti­ zität zu gewähren, werden die einzelnen Segmente aus Kunstsoff-Verbund­ material gefertigt.

Neben dem hohen Gebrauchswert als Energieanlage kommen in einem hohen Maße ästhetische Gesichtspunkte zum Tragen. Durch eine weitestgehend freie künstlerische Gestaltung der Trägerkonstruktionen unterscheidet sich diese Anlage gewaltig von den errichteten Windmühlenparks und Solarfarmen.

Beispielbeschreibung einer Patentanmeldung

Im folgenden wird eine Anlage beschrieben, die zwei Systeme der Energie­ umwandlung kombiniert.

Im photovoltaischen Teil wird von den starren großflächigen Solarmodulen abgegangen und der Bionik Rechnung getragen. In diesem Fall entsprechen die einzelnen Solarzellen (1) den Blättern eines Baumes, die in der Ausführung als Dünnschichtsolarzellen-Folien ähnliche Flexibilität aufweisen, und gleichzeitig wird das leidige Problem der Kühlung weitestgehend gelöst, da das "leiseste Lüftchen" die Solarzellen kühlt.

Ebenso interessant gestaltet sich die Anzahl der Solarzellen, tausende "Blätter" an den Trägersegmenten (2) ergeben eine riesige Solarzellen­ fläche, die entscheidend für die Leistungsfähigkeit der Anlage ist. Des weiteren wird darauf verzichtet, die einzelnen Solarzellen elektrisch starr zu Modulen zu verbinden, um durch ein entsprechendes Abtastprogramm die elektrisch optimale Leistungscharakteristik der Solarzellen zu kombi­ nieren.

Da die Anlage ein lichtdurchflutetes Objekt bildet und nur der sich än­ dernde Stand der Sonne die Bestrahlung bzw. Abschallung der einzelnen Solarzellen beeinflußt, ist es möglich, durch einen Abtastzyklus die unter­ schiedlichen Regionen des "Baumes" nach ihrer momentan produzierten Solar­ energie zu koordinieren.

Durch eine dynamische Zusammenschaltung des jeweils gleichen Energieniveaus nach dem elektrischen Leistungsprinzip können serielle, parallele oder kom­ binierte Modulketten realisiert werden.

Die sich hierdurch ergebende Vielfalt an Strom bzw. spannungsdominierenden Schaltungen ermöglicht den Einsatz eines Solarinverters zur Netzeinspei­ sung. Damit entfällt die Zwischenspeicherung in Akkus, wodurch der Ge­ brauchswert wesentlich erhöht wird.

Wie aus dem Titel ersichtlich, wird die gleiche "Baum"-Konstruktion zur Windenergieumwandlung genutzt. Der entscheidende Teil ist hier das Träger­ segment (2), an dem die Solarzellen (1) befestigt sind; es fungiert als "Ast", wobei die Gestaltung frei nach funktionalen oder ästhetisch­ künstlerischen Gesichtspunkten erfolgt. Auch die Anzahl der Trägersegmente bleibt der individuellen Gestaltung bei der Konzeption der Anlage über­ lassen.

Allerdings besteht in weiten Grenzen eine direkte Proportionalität zwischen der Menge der Trägersegmente und der damit verbundenen Energiegewinnung. Nicht nur im solartechnischen Teil bedeuten mehr "Äste" und damit mehr "Blätter" eine größere Solarzellenfläche, sondern eine Vielzahl von Träger­ segmenten ist für die Windkraftumwandlung entscheidend.

Durch weit ausgelegte und großzügig um den "Stamm", dem Hauptträger (3), angeordnete Trägersegmente wird erreicht, daß alle auftretenden Luft­ strömungen aus allen Windrichtungen dieses Gebilde durchströmen können. Die Trägersegmente (2) werden über einen flexiblen Kunststoffzylinder (4) - z. B. Kautschuk o. Silikon - an die Stammsegmente (5) gemufft und ver­ schraubt. Durch Aufstockung der Stammsegmente (5) entsteht der Hauptträger (3) (Stamm). Die Anzahl der Stammsegmente bestimmt die Höhe der Konstruk­ tion.

Der Kunststoffzylinder (4) ist der Teil, der die Windenergieumwandlung realisiert.

Wie in Fig. 5 zu sehen ist, sind in den Kunststoffzylinder Piezo­ kristall-Wandler (6) eingegossen, die bei Verbiegung oder Verdrehung elektrische Spannungen erzeugen, welche dann über Leitungen (7) in das Stammsegment (5) geführt werden. Die axiale Bohrung (8) durch den Kunst­ stoffzylinder dient als Durchführung für die Stromableitungen (9) der Solarzellen.

Das durch den Wind in Bewegung gesetzte Trägersegment, wobei die Solar­ zellen (1) als eine Art "Segel" fungieren, ist für die Verbiegung oder Verdrehung des Kunststoffzylinders (4) verantwortlich.

Die sporadisch erzeugten Spannungen werden in geeigneter Weise, z. B. über Pufferkondensatoren, in einer Wechselrichterschaltung oder durch Impuls­ transformation in verwendbare Elektroenergie umgewandelt.

Claims (5)

1. Anlage zur Umwandlung von Wind- und Sonnenenergie in elektrische Ener­ gie, dadurch gekennzeichnet, daß der photovoltaische Teil sowie die Windenergieumwandlung in einem hybriden System kombiniert werden.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Form der An­ lage, bestehen d aus Stammsegmenten, Trägersegmenten und in Blattforma­ tion befestigte Solarzellen, einem Baum entspricht.

3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch ein Steuer­ programm die Solarzellen nach dem Gesichtspunkt der Leistungsoptimierung dynamisch verschaltet werden.

4. Anlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wind­ energiegewinnung durch Piezokristall-Wandler erfolgt.

5. Anlage nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ko­ ordination der Energieumwandlung im photovoltaischen Teil sowie im Wind­ kraftteil durch ein rechnergeschütztes Programm erfolgt, welches den Ge­ setzen der FUZZY-LOGIC folgt.