DE19958414A1

DE19958414A1 - Vorrichtung zur Umwandlung von Wind- und Sonnenenergie

Info

Publication number: DE19958414A1
Application number: DE19958414A
Authority: DE
Inventors: Iourii Gribov
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-12-03
Filing date: 1999-12-03
Publication date: 2001-06-28

Abstract

Um eine Vorrichtung zu schaffen, die die Ausnutzung von Wind- und Sonnenenergie an einem einzigen Standort gestattet, wird vorgeschlagen, daß die Vorrichtung ein an einer inneren Oberfläche mit einem reflektierenden Material ausgestattetes Parabolelement mit einer zentriert angeordneten hinteren Öffnung; ein in einem optischen Fokus des Parabolelementes angeordnetes Solarelement; einen mehrere Rotorblätter aufweisenden und der hinteren Öffnung des Parabolelementes zugeordneten Rotor und einen Generator und/oder eine Akkumulatorbatterie aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umwandlung von Wind- und Sonnenenergie in elektrische Energie oder Wärmeener gie.

Es ist bekannt, Windkraftwerke zur Erzeugung elektrischer Ener gie aus Windenergie einzusetzen. Hierfür werden an geeigneten Orten auf Masten angebrachte Windräder aufgestellt, die in der Regel über Wellen und Getrieben Generatoren antreiben und somit die mechanische Energie in elektrische Energie umsetzen. Bei mangelndem Wind ist es ferner üblich ein Stromnetz mittels Ak kumulatorbatterien zu versorgen, die bei Windbetrieb aufgeladen werden.

Ebenso bekannt ist die Verwendung von Sonnenkraftanlagen, So larzellen oder Sonnenkollektoren, für die Gewinnung von elek trischer bzw. Wärmeenergie aus Sonnenlicht.

Nachteilig an den bekannten Anlagen ist, daß sie jeweils von einer Wetterbedingung abhängig sind, etwa von der Windstärke oder der Intensität der Sonneneinstrahlung. So kommt es in Er mangelung einer ausreichenden Wind- oder Lichtstärke häufig zu langen Phasen unzureichender Wirtschaftlichkeit oder gar Be triebsunterbrechungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die die Ausnutzung von Wind- und Sonnenenergie an ei nem einzigen Standort gestattet.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Indem eine Vorrichtung zur Gewinnung von elektrischer Energie und/oder Wärmeenergie aus Wind- und Sonnenenergie mit einer an einer inneren Oberfläche mit einem reflektierenden Material ausgestattetes Parabolelement mit einer zentriert angeordneten Öffnung, einem in einem optischen Fokus des Parabolelementes angeordnetes Solarelement, einen mehrere Rotorblätter aufwei senden und der Öffnung des Parabolelementes zugeordneten Rotor sowie einen Generator und/oder eine Akkumulatorbatterie ausge stattet wird, gelingt die Nutzung von Wind- und Sonnenenergie an einem einzigen Standort.

Gemäß einer sehr bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Solarelement eine Wasserverdampfungszelle ist. In einer an sich bekannten Weise wird in einem Fokus eines Parabolspiegels Wasser erwärmt und verdampft, wobei der Dampf einen Rotor antreibt. Vorteilhafterweise wird der der Öffnung des Parabolelementes zugeordnete Rotor der erfindungsgemäßen Vorrichtung angetrieben.

Gemäß weiterer alternativer Ausführungsformen kann das Solare lement ein Sonnenkollektor zur Erzeugung von Wärmeenergie oder eine Solarzelle zur unmittelbaren Erzeugung von elektrischer Energie sein. Derartige Sonnenkollektoren und Solarzellen sind bekannt und sollen an dieser Stelle nicht näher erläutert wer den.

Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, daß die Vor richtung auf einen Mast angebracht ist, auf welchem die Vor richtung bezüglich einer vertikalen Drehachse um einen Drehwin kel drehbar ist. Es ist ferner bevorzugt, daß die auf dem Mast angebrachte Vorrichtung um einen Neigungswinkel bezüglich eines horizontalen Untergrundes gekippt werden kann. Auf diese Weise ist eine Ausrichtung der Vorrichtung in eine bevorzugte Rich tung möglich.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Pa rabolelement an einer dem Rotor abgewandten vorderen Seite ei nen variablen Durchmesser auf. Dies läßt sich beispielsweise realisieren, indem das Parabolelement aus gestaffelt angeordne ten Lamellen aufgebaut ist, die sich mehr oder minder stark überlappen. Es ist aber auch eine schirmartige Konstruktion denkbar, bei der ein mehr oder weniger gespannter Stoff oder Folie auf ein bewegliches Gestänge angeordnet ist. Hierdurch läßt sich gemäß eines vorherrschenden Winddargebotes ein opti maler Windkanal für den Rotor einstellen.

Weiter bevorzugte Ausführungen sehen eine Lichtmeßeinrichtung zur Detektion einer Lichtstärke und eines Lichteinfallwinkels vor und/oder eine Windmeßeinrichtung zur Detektion einer Wind stärke und einer Windrichtung.

Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform ist ein Steuergerät der Vorrichtung zugeordnet, welches die Betriebsparameter Dreh winkel, Neigungswinkel und Durchmesser des Parabolelementes in Abhängigkeit von mindestens einem der gemessenen Umgebungspara meter Lichtstärke, Lichteinfallwinkels, Windstärke oder Wind richtung steuert. Zu diesem Zwecke ist dem Steuergerät minde stens ein Stellmittel, beispielsweise ein Stellmotor, zugeord net, das die Betriebsparameter der Vorrichtung einstellt.

Insgesamt wird durch die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt, die an einem einzigen Standort die Nut zung von Wind- und Sonnenenergie gestattet. Dadurch wird nicht nur Bauraum gegenüber einzelnen Windkraft- und Sonnenkraftanla gen, sondern auch Baukosten in erheblichem Umfang eingespart. Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Vorrichtung auch eine bessere Wirtschaftlichkeit auf, da Betriebsunterbrechungen sehr viel seltener auftreten.

Das Parabolelement kann auch in Form einer langgestreckten Wan ne ausgebildet sein, wobei der Querschnitt parabolisch ausge formt ist. Die rückwärtige Öffnung des Parabolelements besteht hierbei aus einem Schlitz, in dem die entsprechenden Einrich tungen mehrfach angeordnet sein können.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprü chen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Zeichnungen näher er läutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Aufbau einer Vorrichtung zur Gewinnung von elek trischer Energie und/oder Wärmeenergie aus Wind- und Sonnenenergie und

Fig. 2 ein Schema zur Steuerung der Vorrichtung.

Fig. 1 stellt eine Vorrichtung 10 zur Gewinnung von elektri scher Energie und/oder Wärmeenergie aus Wind- und Sonnenenergie dar. Die Vorrichtung 10 umfaßt ein Parabolelement 12, das auf seiner inneren Oberfläche 14 mit einem reflektierenden Material ausgestattet ist. Das Parabolelement 12 hat eine hintere Öff nung 16, der ein Rotor 20 mit den Rotorblättern 22 zugeordnet ist, und eine vordere Öffnung 17, deren Durchmesser D veränder bar ist. Das Parabolelement 12 ist aus überlappenden hier nur angedeuteten Lamellen aufgebaut, durch deren Überlappungsgrad der Durchmesser D der vorderen Öffnung 17 variiert werden kann. Die Lamellen können beispielsweise aus einem mit einem reflek tierenden Material beschichteten Kunststoff oder aus einem Me tall bestehen. In einem optischen Fokus F des Parabolelementes 12 ist ein Solarelement 18 angeordnet, das als Wasserverdamp fungszelle, Sonnenkollektor oder Solarzelle ausgebildet sein kann. Es ist bevorzugt, das Solarelement 18 als Wasserverdamp fungszelle auszugestalten, durch welche der Rotor 20 angetrie ben wird. Durch eine hier nicht dargestellte Welle wird die me chanische Energie des Rotors 20 auf einen Generator übermit telt, der eine elektrische Energie an einen Verbraucher abführt oder einer Akkumulatorbatterie lädt. Die Vorrichtung 10 wird von einem Mast 24 getragen, der um einen Drehwinkel ϕ drehbar und um einen Neigungswinkel θ kippbar ist. Auf diese Weise läßt sich eine Hauptachse 26 des Parabolelementes 12 nach einem Son nenstand oder einer Windrichtung ausrichten.

Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung eine Steuerung der Vorrichtung 10. Eine Lichtmeßeinrichtung 30 detektiert Licht stärke und Einfallswinkel des Lichtes (Sonnenstand) und eine Windmeßeinrichtung 32 mißt Windstärke und Windrichtung. Diese Umgebungsparameter werden an das Steuergerät 34 übermittelt, welches anhand dieser Daten die optimalen Betriebsparameter der Vorrichtung 10 errechnet. Mit Hilfe des Stellmittels 36, bei spielsweise eines Stellmotors erfolgt die Ausrichtung der Vor richtung 10 gemäß der berechneten optimalen Betriebsparameter (Drehwinkel ϕ, Neigungswinkel θ und Durchmesser D). Herrscht beispielsweise eine hohe Lichtstärke vor, so wird das Parabole lement 12 nach dem Sonnenstand ausgerichtet und der Durchmesser D erhöht. Sind dagegen die Windbedingungen günstiger, so wird das Parabolelement 12 in Windrichtung gebracht und der Durch messer verkleinert, so daß ein Windkanal optimiert wird. Selbstverständlich sind auch Ausrichtungen denkbar, in denen sowohl Wind- als auch Sonnenenergie gleichzeitig genutzt wer den. Die Vorrichtung 10 treibt einen Generator 38 an, der, wenn kein Verbraucher zur Stromabnahme in Betrieb ist, eine Akkumu latorbatterie 40 lädt. Die Akkumulatorbatterie 40 kann auch di rekt durch die Vorrichtung 10 geladen werden.

Bezugszeichenliste

10

Vorrichtung

12

Parabolelement

14

Oberfläche

16

hintere Öffnung

17

vordere Öffnung

18

Solarelement

20

Rotor

22

Rotorblätter

24

Mast

26

Hauptachse

30

Lichtmeßeinrichtung

32

Windmeßeinrichtung

34

Steuergerät

36

Stellmittel

38

Generator

40

Akkumulatorbatterie
D Durchmesser
F Fokus
ϕ Drehwinkel
θ Neigungswinkel

Claims

1. Vorrichtung (10) zur Gewinnung von elektrischer Energie und/oder Wärmeenergie aus Wind- und Sonnenenergie, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (10)

a) ein an einer inneren Oberfläche (14) mit einem reflek tierenden Material ausgestattetes Parabolelement (12) mit einer zentriert angeordneten hinteren Öffnung (16);
b) ein in einem optischen Fokus (F) des Parabolelementes (12) angeordnetes Solarelement (18);
c) einen, mehrere Rotorblätter (22) aufweisenden und der hinteren Öffnung (16) des Parabolelementes (12) zugeordne ten Rotor (20); und
d) einen Generator (38) und/oder eine Akkumulatorbatterie (40) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Solarelement (18) eine Wasserverdampfungszelle ist, die einen Rotor durch den erzeugten Dampf antreibt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Solarelement (18) ein Sonnenkollektor ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Solarelement (18) eine Solarzelle ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß ein Mast (24) vorgesehen ist, auf welchem die Vorrichtung (10) bezüglich einer vertikalen Drehachse um einen Drehwinkel (ϕ) drehbar angebracht ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß ein Mast (24) vorgesehen ist, mittels dem die Vorrichtung (10) um einen Neigungswinkel (θ) bezüglich eines horizontalen Untergrundes gekippt werden kann.

7. Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß das Parabolelement (12) an einer dem Rotor (20) abgewandten vorderen Öffnung (17) einen va riablen Durchmesser (D) aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß eine Lichtmeßeinrichtung (30) zur Detektion einer Lichtstärke und eines Lichteinfallwinkels vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß ein Windmeßeinrichtung (32) zur Detektion einer Windstärke und einer Windrichtung vorgese hen ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß ein Steuergerät (34) zur Steue rung der Betriebsparameter der Vorrichtung (10) in Abhän gigkeit von mindestens einem der gemessenen Umgebungspara meter Lichtstärke, Lichteinfallwinkels, Windstärke oder Windrichtung vorgesehen ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß dem Steuergerät (34) wenigstens ein Stellmittel (36) zur Einstellung wenigstens eines Be triebsparameters der Vorrichtung (10) zugeordnet ist.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß das Parabolelement in Form einer langgestreckten Wanne ausgebildet ist, wobei der Quer schnitt parabolisch ausgeformt ist, daß die rückwärtige Öffnung des Parabolelements aus einem Schlitz bestehen kann, in dem die entsprechenden Einrichtungen mehrfach an geordnet sein können.