DE202007006141U1 - Wind turbine for power generation includes adjustable guide plates together with horizontal rotor and horizontal axle - Google Patents

Wind turbine for power generation includes adjustable guide plates together with horizontal rotor and horizontal axle Download PDF

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Abstract

The wind turbine includes a horizontal rotor, a horizontal axle, and adjustable guide plates (5-7). The guide plates gather the wind into a funnel. Roof areas (4,4a) are formed with the guide plates.

Description

Die zukünftige Energieversorgung muss hauptsächlich auf regenerativen Energien basieren, wobei im Rahmen des angestrebten Energiemixes der Windkraft eine besondere Bedeutung zuzumessen ist.The future Energy supply must be mainly based on renewable energy, being within the scope of the targeted Energy mix of wind power is to be assigned a special meaning.

Die bisherigen am Markt etablierten Windräder sind vorwiegend an exponierten Standorten errichtet und stören das Landschaftsbild. Windräder mit waagrechten Rotoren ohne Leitbleche sind bekannt. Ihr Wirkungsgrad ist jedoch für einen wirtschaftlichen Betrieb relativ gering. Um die niedrige Drehzahl der Rotorachse der Windräder auf die zur Stromerzeugung hohe Drehzahl eines Stromgenerators zu transformieren, sind bisher teure und Kraft raubende Getriebe eingesetzt.The Previous wind turbines established on the market are predominantly exposed Build and disrupt locations the landscape. wind turbines with horizontal rotors without baffles are known. Your efficiency is however for economic operation relatively low. To the low speed the rotor axis of the windmills to the power generation high speed of a power generator to Transform, expensive and power-consuming gearboxes have been used.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein in das Landschaftsbild integrierbares Windrad zu schaffen, dessen Wirkungsgrad einen höheren wirtschaftlichen Betrieb ermöglicht und auch bei einem Wechsel der Hauptwindrichtung um 180° den Einsatz von Leitblechen zur Wirkungsgraderhöhung und Energiegewinnung zulässt.The Invention has set itself the task of a in the landscape to create an integrable wind turbine, the efficiency of a higher economic Operation possible and even with a change of the main wind direction by 180 ° the use of Baffles to increase efficiency and energy production permits.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass ein waagrecht angebrachter Rotor durch seine relativ niedrige Bauhöhe ins Landschaftsbild integrierbar ist und durch Verwendung von Leitblechen der Wind trichterartig gebündelt (verstärkt) wird und nur auf den in Windrichtung drehenden Teil des Rotors antreibend wirkt. Erst durch den Einsatz von Leitblechen, die den Wind bündeln und gegebenenfalls auch im unteren und oberen Teilbereich den Rotor umschließen, wird ein Windrad zur Windturbine mit dem erhöhten Wirkungsgrad.According to the invention this is achieved by a horizontally mounted rotor by its relative low height can be integrated into the landscape and by using baffles of the Wind bundled like a funnel (Reinforced) and driving only to the downwind part of the rotor acts. Only through the use of baffles, which bundle the wind and optionally also enclose the rotor in the lower and upper part, is a wind turbine to the wind turbine with the increased efficiency.

Eine Wirkungsgraderhöhung als Voraussetzung eines wirtschaftlichen Betriebes wird bei der zugrunde liegenden Erfindung in erster Linie dadurch erzielt, dass durch den Einsatz von nach den Grundsätzen der Aerodynamik geformten und angeordneten Leitblechen die Windgeschwindigkeit so erhöht wird, dass die auf die Rotorblätter wirkenden Strömungen wesentlich erhöht werden.A Increase in efficiency as a condition of economic operation is in the underlying invention achieved primarily by the fact that through the use of shaped according to the principles of aerodynamics and arranged baffles the wind speed is increased so that on the rotor blades acting currents significantly increased become.

Die neu zu entwickelnde Windturbine ist mit einem waagrechten (liegenden) Rotor ausgestattet und wird vorzugsweise auf bestehenden Gebäuden in Giebellängsrichtung montiert. Rotor und Leitbleche sind in Segmenten hergestellt und dadurch auch in beliebiger Länge montierbar. Bevorzugte Standorte sind Dächer von Industriehallen, landwirtschaftliche und öffentliche Gebäude, die mit ihrer Lage vorzugsweise im rechten Winkel zur jeweiligen Hauptwindrichtung stehen, wodurch ein weiterer Eingriff in das Landschaftsbild (unbebaute Natur) und auch der störende, über weite Kilometer sichtbare Einfluss von Windrädern zur Stromerzeugung bekannter Art vermieden werden. Sie erhöhen diese Gebäude geringfügig und sind somit nur in der unmittelbaren Standortumgebung sichtbar. Durch ihre Farbwahl sind sie den jeweiligen Dach- bzw. Gebäudefarben oder dem Hintergrund anpassbar.The newly developed wind turbine is with a horizontal (horizontal) Rotor is equipped and is preferably used on existing buildings Gable longitudinal direction assembled. Rotor and baffles are made in segments and thereby also in any length mountable. Preferred locations are roofs of industrial halls, agricultural and public Building, with their position preferably at right angles to the respective Main wind direction, thereby further interfering with the landscape (undeveloped nature) and also the disturbing, visible over long distances Influence of wind turbines be avoided to generate electricity known type. They increase this building slight and are therefore visible only in the immediate location environment. By their color choice, they are the respective roof or building colors or customizable to the background.

Auch eine Installation auf geeigneten Windlagen in der Natur, z.B. Hügeln, Küsten, Böschungskanten oder sonstigen windzugänglichen Flächen, ist möglich.Also an installation on suitable windrows in nature, e.g. Hills, coasts, slopes or other wind-accessible surfaces, is possible.

Bei der erfindungsgemäßen Windturbine wird der Luftleiteffekt der Dachfläche einerseits und schwenkbarer Gegenleitbleche andererseits genutzt. Im Zusammenwirken Dach und Leitbleche entsteht ein Trichter, der zur Erhöhung der Luftgeschwindigkeit und damit des Staudruckes führt. Die Trichterbildung und damit der Staudruck kann durch das Anbringen von senkrecht montierten Leitblechen an den jeweiligen Enden der Windturbine erhöht werden. Bildet man zusätzlich die Haube (Dach des Rotors) und/oder das Unterteil im Radius des Rotors so aus, dass in Teilbereichen ein Leitgehäuse wie bei einer Dampfturbine entsteht, wird der Wirkungsgrad nochmals optimiert.at the wind turbine of the invention is the air-guiding effect of the roof surface on the one hand and pivotable counter baffles used on the other. in the Interacting roof and baffles creates a funnel that leads to increase the air velocity and thus the back pressure leads. The Funneling and thus the back pressure can be applied by attaching of vertically mounted baffles at the respective ends of Wind turbine increased become. If you form additionally the hood (roof of the rotor) and / or the lower part in the radius of the Rotor so that in some areas a Leitgehäuse as a steam turbine arises, the efficiency is further optimized.

Bei einer Aufstellung der Windturbine im freien Gelände kann die fehlende Dachfläche durch eine einer Dachfläche nachempfundenen Leitfläche ersetzt werden.at a list of wind turbine in open terrain, the missing roof surface through one of a roof area modeled guide surface be replaced.

Vorzugsweise ist der Rotor so ausgebildet, dass er in seiner Längsachse eine Schraube bildet, d.h. er ist leicht gedreht bzw. gewunden (Drall) oder in seinen Segmenten (Flügel des Rotors) versetzt. Durch diese Drehung oder Versatz ist der Lauf (Umdrehung des Rotors) kontinuierlich und die Windgeräusche, die hauptsächlich beim Übergang vom beweglichen Rotor zu festen Baukörpern (Leitblechen, Haube und Bodenblech) entstehen, sind gleichmäßiger und dadurch leiser.Preferably the rotor is designed to be in its longitudinal axis forming a screw, i. he is slightly twisted or twisted (twist) or in its segments (wings of the rotor). This rotation or offset is the run (Rotation of the rotor) continuously and the wind noise, the mainly at the transition from the movable rotor to solid structures (baffles, hood and Bottom plate), are more uniform and thus quieter.

Die oberen Leitbleche sind vorzugsweise schwenkbar gelagert und regeln über die damit verstellbaren Winkel in Abhängigkeit der Windgeschwindigkeiten die Lufteinströmmenge. Diese Regelung ist vorzugsweise automatisch gesteuert in Abhängigkeit der Windrichtung und der Windstärke. Des Weiteren ist mit Verstellen der Leitbleche ein völliges Verschließen des Rotors z. B. bei Sturm, Hagel oder Schneefall möglich. Um den Einsatz eines teuren und Kraft zehrenden Getriebes zu vermeiden, wird die relativ hohe Umfangsgeschwindigkeit des Rotoraußendurchmessers direkt zur Umsetzung für den Generatorantrieb verwendet. Der Einsatz von Reib- oder Kammräder, Keilriemen, Kettenantrieben, die die Übersetzung aus der großen Durchmesserdifferenz zweier Räder generieren, ermöglichen erfindungsgemäß eine relativ verlustarme und preisgünstige Übersetzung, vorzugsweise ohne eigenes Getriebe.The upper baffles are preferably pivotally mounted and regulate the air inflow through the thus adjustable angle depending on the wind speeds. This control is preferably controlled automatically depending on the wind direction and the wind speed. Furthermore, with adjustment of the baffles a complete closure of the rotor z. B. in storm, hail or snowfall possible. To avoid the use of an expensive and power-consuming gear, the relatively high peripheral speed of the rotor outer diameter is used directly for the implementation of the generator drive. The use of friction or comb wheels, V-belts, chain drives, which generate the translation of the large difference in diameter between two wheels, according to the invention allow a relatively low-loss and low-cost over tion, preferably without its own gearbox.

Der Querschnitt jedes Rotorblattes ist vorzugsweise so ausgebildet wie die Tragfläche eines Flugzeuges. Der entstehende Bernoulli-Effekt erhöht die Rotationskraft und damit den Wirkungsgrad des Rotors bzw. der Windkraftanlage.Of the Cross-section of each rotor blade is preferably formed as the wing of an airplane. The resulting Bernoulli effect increases the rotational force and thus the efficiency of the rotor or the wind turbine.

Da an jedem Gebäude ein Luftstau an den Seitenwänden entsteht, der an den Übergängen von den senkrechten Wänden zu den Dachflächen Luftwirbel erzeugt, ist die Installation von Leitblechen in Abhängigkeit der Gebäudekonturen zur Erhöhung des Wirkungsgrades erfindungsgemäß vorgesehen.There at every building an airlock on the side walls arises at the junctions of the vertical walls to the roof areas Air vortex generated, the installation of baffles is dependent the building contours to increase the Efficiency provided according to the invention.

Das Prinzip der Erfindung ist an nachstehender Systemzeichnung dargestellt:
Hierbei zeigt I den Querschnitt und II die Draufsicht eines auf einem Gebäude montierten erfindungsgemäßen Schraubenrotors mit seinen Leitblechen. Der Rotor besteht aus einer waagrechten drehbaren Welle 1, den Flügeln 2, die in beliebiger Anzahl montiert sind und dem kreisförmigen Abschlussbleche 3. Die Bestandteile 1–3 bilden den drehbar gelagerten Rotor. Der einströmende Wind bei angenommener Windrichtung aus A wird zwischen der Dachfläche 4 und dem verstellbaren Leitblech 5 trichterförmig zusammengeführt und auf den Rotor geleitet, wobei das Leitblech 6 den Luftstrom auf die über der Längsachse 1 angeordneten Rotorblätter 2 bündelt. Die Leitbleche 5 und 7 sind über Drehpunkte 5a und 7a schwenkbar gelagert und können mittels Verstelleinrichtungen geregelt werden. Bei Überschreiten der technisch bedingten maximalen Windgeschwindigkeit können die Trichterwinkel Alpha und Beta so verändert werden, dass die Luftzuführung regelbar ist. Die Haube 8 bildet mit dem gemuldeten Bodenblech 9 die Wirkungsgrad optimierenden Leitbleche, vergleichbar mit dem Gehäuse einer Wasserturbine.The principle of the invention is illustrated by the following system drawing:
This shows I the cross section and II the top view of a mounted on a building screw according to the invention with its baffles. The rotor consists of a horizontal rotatable shaft 1 , the wings 2 , which are mounted in any number and the circular end plates 3 , The parts 1 - 3 form the rotatably mounted rotor. The incoming wind in assumed wind direction from A is between the roof surface 4 and the adjustable baffle 5 merged funnel-shaped and directed onto the rotor, wherein the baffle 6 the airflow to the over the longitudinal axis 1 arranged rotor blades 2 bundles. The baffles 5 and 7 are about fulcrums 5a and 7a pivotally mounted and can be controlled by means of adjusting. If the technically conditioned maximum wind speed is exceeded, the funnel angles alpha and beta can be changed so that the air supply can be regulated. The hood 8th forms with the dented bottom plate 9 the efficiency-optimizing baffles, comparable to the housing of a water turbine.

Um die einströmende Luft z.B. aus Windrichtung A auf den konvexen Teil des Windrotors zu bündeln, dient das Leitblech 6 um die sonst auf den konkaven Teil des Windrotors (unterhalb der drehbaren Achse gegen die Windrichtung) negativen wirkenden Kräfte des Windes zu vermeiden. Die Leitbleche 5, 6, 10 und 10a wirken in ihrer Trichterbildung windbündelnd zusammen.In order to concentrate the incoming air, for example, from wind direction A to the convex part of the wind rotor, the baffle serves 6 to avoid the otherwise acting on the concave part of the wind rotor (below the rotatable axis against the wind direction) negative acting forces of the wind. The baffles 5 . 6 . 10 and 10a in their funnel formation windbündelnd together.

Die Leitbleche 11 bewirken eine Umlenkung der senkrecht nach oben abfließenden Luft (Folge des Luftstaues an den Wänden eines Gebäudes) in Windrichtung und verhindern dadurch die Entstehung von Luftwirbeln bei gleichzeitiger Bündelung der Luftströme und wirken somit wirkungsgraderhöhend.The baffles 11 cause a deflection of the vertically upward flowing air (consequence of the air accumulation on the walls of a building) in the wind direction and thereby prevent the formation of air turbulence with simultaneous bundling of the air currents and thus effectgradderhöhend.

Die Stellung der Leitbleche 7, 12, 12a mit Dachfläche 4a bei Änderung des Windes z.B. von Richtung A zu B bleibt unverändert und ist so vorgesehen, dass dann nur der untere Teil also der Teil unterhalb der Drehachse 1 angeströmt wird, so dass eine Stromproduktion bei gleicher Drehrichtung des Rotors und maximalem Wirkungsgrad ebenfalls ermöglicht wird.The position of the baffles 7 . 12 . 12a with roof surface 4a when changing the wind, for example, from direction A to B remains unchanged and is provided so that then only the lower part so the part below the axis of rotation 1 is flowed, so that a power production with the same direction of rotation of the rotor and maximum efficiency is also possible.

Die Schutzstellung der Leitbleche bei Schneefall oder Windstille erfolg durch vollständiges Absenken der Leitbleche 5 und 7 über die Drehpunkte Alpha und Beta. Zwischenstellungen der Leitbleche ermöglichen in Abhängigkeit der Windstärke auch eine sichere Stromproduktion bei Sturm (nicht dargestellt).The protective position of the baffles in case of snowfall or calm is achieved by completely lowering the baffles 5 and 7 about the pivot points alpha and beta. Intermediate positions of the baffles allow depending on the wind strength and a safe power production in storm (not shown).

Zusätzliche Leitbleche 11 zur Verhinderung von Luftwirbeln am Beispiel einer Gebäudekante wirken zusätzlich wirkungsgradsteigernd.Additional baffles 11 to prevent air vortices on the example of a building edge act in addition to increase efficiency.

Der Stromgenerator 13 greift mit seinem relativ kleinen Rad 14 direkt auf den relativ großen Umfang der Abschlussbleche 3 des Rotors ein und erreicht so die notwendige Übersetzung.The power generator 13 engages with his relatively small wheel 14 directly on the relatively large circumference of the end plates 3 of the rotor and thus achieves the necessary translation.

Die Steuerung der Leitbleche in Abhängigkeit der Windrichtung, der Windgeschwindigkeit oder die Schutzstellung bei Sturm oder Schneefall ist nicht näher beschrieben.The Control of the baffles in dependence the wind direction, the wind speed or the protective position during storm or snowfall is not described in detail.

Claims (19)

Windturbine mit waagrechtem Rotor und waagrechter Achse zur Erzeugung von Energie dadurch gekennzeichnet, dass die Windturbine mit Leitblechen ausgestattet ist.Wind turbine with horizontal rotor and horizontal axis for generating energy, characterized in that the wind turbine is equipped with baffles. Windturbine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Leitbleche 5 und 7 verstellbar sind.Wind turbine according to claim 1, characterized in that the baffles 5 and 7 are adjustable. Windturbine nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Leitbleche 5, 6, 10, 10a, sowie 7, 4a, 12 und 12a den Wind trichterartig bündeln.Wind turbine according to claim 2, characterized in that the baffles 5 . 6 . 10 . 10a , such as 7 . 4a . 12 and 12a bundle the wind like a funnel. Windturbine nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Dachflächen 4 mit den Leitblechen 5, 6, 10 und 10a sowie die Dachfläche 4a mit den Leitblechen 7, 12 und 12a einen Trichter bilden.Wind turbine according to claim 3, characterized in that the roof surfaces 4 with the baffles 5 . 6 . 10 and 10a as well as the roof area 4a with the baffles 7 . 12 and 12a form a funnel. Windturbine nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Leitbleche gebündelte Wind nur auf die in Windrichtung drehenden Teile 2 des Rotors wirkt.Wind turbine according to claim 4, characterized in that the bundled by the baffles wind only on the rotating parts in the wind direction 2 the rotor acts. Windturbine nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass an den jeweiligen Enden der Windturbine senkrechte Leitbleche 10, 10a, 12 und 12a montiert sind, die die Trichterbildung und somit den Staudruck verstärken.Wind turbine according to claim 5, characterized in that at the respective ends of the wind turbine vertical baffles 10 . 10a . 12 and 12a are mounted, which enhance the funneling and thus the dynamic pressure. Windturbine nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Haube 8 (Oberteil) im Radius des Rotors ausgebildet ist und in einem Teilbereich ein Leitgehäuse wie bei einer Dampfturbine bildet.Wind turbine according to claim 6, characterized in that the hood 8th (Upper part) is formed in the radius of the rotor and forms a Leitgehäuse in a partial area as in a steam turbine. Windturbine nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass das Unterteil 9 im Radius des Rotors ausgebildet ist und in einem Teilbereich ein Leitgehäuse wie bei einer Dampfturbine bildet.Wind turbine according to claim 7, characterized in that the lower part 9 is formed in the radius of the rotor and forms a Leitgehäuse in a partial area as in a steam turbine. Windturbine nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor und die Leitbleche in Segmenten hergestellt sind und in beliebiger Länge montiert werden können.Wind turbine according to claim 8, characterized that the rotor and the baffles are made in segments and mounted in any length can be. Windturbine nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor in seiner Längsachse in Giebelrichtung montiert wird.Wind turbine according to claim 9, characterized that the rotor is in its longitudinal axis in Gable direction is mounted. Windturbine nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor in seiner Längsachse gedreht bzw. gewunden oder gedrillt oder in seinen Segmenten versetzt ist, so dass er eine Schraube bildet.Wind turbine according to claim 10, characterized that the rotor is rotated in its longitudinal axis or twisted or twisted or offset in its segments, so that it forms a screw. Windturbine nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, dass die Leitbleche so angeordnet sind, dass bei Änderung der Windrichtung der gebündelte Wind immer auf die in Windrichtung drehenden Teile des Rotors wirkt.Wind turbine according to claim 11, characterized that the baffles are arranged so that when changing the wind direction of the bundled Wind always acts on the downwind parts of the rotor. Windturbine nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, dass die Leitbleche 5 und 7 vorzugsweise schwenkbar gelagert sind und über ihren verstellbaren Winkel Alpha und Beta in Abhängigkeit der Windgeschwindigkeiten die Lufteinströmmenge regelbar ist.Wind turbine according to claim 12, characterized in that the baffles 5 and 7 are preferably pivotally mounted and the air inflow is adjustable via their adjustable angle alpha and beta depending on the wind speeds. Windturbine nach Anspruch 13 dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung der Winkelverstellung der Leitbleche vorwiegend automatisch in Abhängigkeit der Windverhältnisse erfolgt.Wind turbine according to claim 13, characterized that the control of the angular adjustment of the baffles predominantly automatically depending the wind conditions he follows. Windturbine nach Anspruch 15 dadurch gekennzeichnet, dass die Leitbleche 5 und 7 so verstellt werden können, dass sie eine Einhausung bilden und der Rotor zum Schutz vor Sturm, Schneefall etc. völlig verschlossen bzw. abgekapselt wird.Wind turbine according to claim 15, characterized in that the baffles 5 and 7 can be adjusted so that they form an enclosure and the rotor is completely closed or encapsulated for protection against storm, snowfall, etc. Windturbine nach Anspruch 16 dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftübertragung vom Rotor zum Generator direkt am Außendurchmesser des Rotors mit seiner hohen Umfanggeschwindigkeit abgenommen wird.Wind turbine according to claim 16, characterized that the power transmission from the rotor to the generator directly on the outer diameter of the rotor with its high peripheral speed is decreased. Windturbine nach Anspruch 17 dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftübertragung vom Rotor und seiner relativ großen Umfangsgeschwindigkeit zum Generator mit seinem relativ kleinen Treibrad ohne Getriebe mittels Reibrad, Kammrad, Keilriemen, Kettenräder, Zahnräder usw. erfolgt.Wind turbine according to claim 17, characterized that the power transmission from the rotor and its relatively large peripheral speed to Generator with its relatively small drive wheel without gear means Friction wheel, Kammrad, V-belt, sprockets, gears, etc. takes place. Windturbine nach Anspruch 18 dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Rotorblätter 2 so ausgebildet ist wie der Querschnitt der Tragflächen eines Flugzeuges, um den Bernoulli-Effekt wirkungsgradsteigernd zu nutzen.Wind turbine according to claim 18, characterized in that the cross section of the rotor blades 2 is designed as the cross-section of the wings of an aircraft to use the Bernoulli effect to increase efficiency. Windturbine nach Anspruch 19 dadurch gekennzeichnet, dass beim Einsatz einer Windturbine auf einem Gebäude an den Übergängen von den senkrechten Wänden zur Dachfläche Leitbleche 11 in Abhängigkeit der Gebäudekonturen installiert werden, die die Luftströme leiten, um die Entstehung von Luftwirbeln zu vermeiden.Wind turbine according to claim 19, characterized in that when using a wind turbine on a building at the transitions from the vertical walls to the roof surface baffles 11 be installed in accordance with the building contours, which direct the air currents, in order to avoid the formation of air swirling.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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GB2458752A (en) * 2009-02-23 2009-10-07 Alan Vasey Wind turbine apparatus comprising a fairing
DE102008048823A1 (en) * 2008-09-22 2010-04-01 Buzdimirovic, Branko Low-pressure mega wind power plant for use in offshore deep sea area to generate electrical energy from wind energy, has low-pressure generator attached to front side of throttle aperture, and turbine supplied with wind energy via aperture
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CN112412695A (en) * 2020-11-20 2021-02-26 黑龙江建筑职业技术学院 Wind power generation method based on low-speed wind
CZ309287B6 (en) * 2020-03-05 2022-07-20 Jan Louda Wind turbine

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