DE202009009716U1

DE202009009716U1 - Windkraftanlage

Info

Publication number: DE202009009716U1
Application number: DE202009009716U
Authority: DE
Original assignee: & M B Wind & Water AB GmbH; & Mb Wind & Water AB GmbH
Current assignee: & M B Wind & Water AB GmbH; & Mb Wind & Water AB GmbH
Priority date: 2009-07-16
Filing date: 2009-07-16
Publication date: 2009-09-24
Anticipated expiration: 2019-07-17

Abstract

Windkraftanlage (2) zur Umwandlung von Windenergie in elektrische Energie, mit einem Mast (4), der eine Einzelwindkraftvorrichtung (8) mit einem Savonius-Rotor mit einer vertikalen Rotationsachse (10) trägt, dadurch gekennzeichnet, dass der Mast (4) zumindest einen Querträger (6) stützt, der die erste Einzelwindkraftvorrichtung (8) und zumindest eine weitere Einzelwindkraftvorrichtung (12, 14, 16, 18) mit einem weiteren Savonius-Rotor mit einer weiteren vertikalen Rotationsachse (20, 22, 24, 26) trägt, die sich von der ersten vertikalen Rotationsachse (8) unterscheidet, wobei der Querträger (6) um eine Querträgerrotationsachse (28) rotierbar und festlegbar am Mast (4) abgestützt ist, die der Mittellängsachse des Mastes (4) entspricht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Windkraftanlage zur Umwandlung von Windenergie in elektrische Energie, mit einem Mast, der eine Einzelwindkraftvorrichtung mit einem Savonius-Rotor mit einer vertikalen Rotationsachse trägt.
Derartige Windkraftanlagen sind bekannt. Auf einem vertikal angeordneten Mast ist endseitig eine Einzelwindkraftvorrichtung mit einem Savonius-Rotor montiert. Der Savonius-Rotor hat ebenfalls eine vertikale Rotationsachse. Die Leistung einer derartige Windkraftanlage ist jedoch durch die Größe des Savonius-Rotors begrenzt. Ab einer nicht genau bestimmten Größe, die von den jeweils vor Ort herrschenden Windverhältnissen abhängt, entstehen Unwuchten, die zur Instabilität der Windkraftanlage führen würden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Windkraftanlage der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit deren Hilfe eine größere Menge elektrischer Energie gewinnbar ist und die dennoch auch widrigen Windverhältnissen trotzt.
Die Erfindung wird durch eine Windkraftanlage der eingangs genannten Art mit den ergänzenden Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Der Mast stützt zumindest einen Querträger. Der Querträger wiederum trägt eine erste Einzelwindkraftvorrichtung mit einem ersten Savonius-Rotor mit einer ersten vertikalen Rotationsachse und zumindest eine weitere Einzelwindkraftvorrichtung mit einem weiteren Savonius-Rotor mit einer weiteren vertikalen Rotationsachse, die sich von der ersten vertikalen Rotationsachse unterscheidet. Der Querträger ist um eine Querträgerrotationsachse rotierbar und festlegbar am Mast abgestützt. Die Querträgerrotationsachse entspricht dabei der Mittellängsachse des Mastes. Durch die Bestückung des Mastes mit mehr als einer Einzelwindkraftvorrichtung mit unterschiedlichen jeweils vertikalen Rotationsachsen können mehrere kleinere Einzelwindkraftvorrichtungen mit einem Savonius-Rotor eingesetzt werden, die in Summe mehr elektrische Energie erzeugen als eine einzige Einzelwindkraftvorrichtung mit maximaler Größe. Durch diese Ausgestaltung ist es ferner möglich, den Querträger mit den Einzelwindkraftvorrichtungen entsprechend der Windrichtung optimiert auszurichten. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bildet der Querträger dabei einen rechten Winkel zum Mast.
Mit Vorteil ist der Querträger über einen motorischen Antrieb um die Querträgerrotationsachse rotierbar ausgebildet. Der motorische Antrieb ist dabei mit einer Steuer einheit verbunden, die wiederum mit einem dem Querträger zugeordneten Windrichtungssensor zur Bestimmung der Windrichtung verbunden ist. Der Windrichtungssensor ermittelt die im Bereich des Querträgers vorliegende Windrichtung und überträgt dieses Signal an die Steuereinheit, die aus den Messdaten des Windrichtungssensors eine optimierte Positionierung des Querträgers errechnet und ein Signal an den motorischen Antrieb sendet, den Querträger bis zum Erreichen der berechneten, optimalen Querträgerposition um die Querträgerrotationsachse zu drehen. Eine Neuausrichtung des Querträgers ist insbesondere dann erforderlich, wenn eine Einzelwindkraftvorrichtung im Windschatten einer weiteren Einzelwindkraftvorrichtung liegt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Querträger über eine sich mitdrehende Stütze am Mast abgestützt. Durch diese Ausgestaltungen ist eine konstruktiv einfache und dennoch stabile Abstützung des Querträgers am Mast sichergestellt.
Mit Vorteil weist die Stütze dabei zumindest eine Strebe auf, die mit der Querträgerrotationsachse einen spitzen Winkel bildet. Mast und Streben nehmen dabei bevorzugt die Form eines aufrechten oder aber eines auf den Kopf gestellten Y ein. Durch diese Ausgestaltung ist eine besonders stabile Abstützung des Querträgers am Mast ermöglicht.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist jeder Windkraftvorrichtung ein Generator zur Umwandlung der Windenergie in elektrische Energie zu geordnet. Mit Vorteil ist dabei zumindest einer der Generatoren von umlaufenden Leitungen umgeben, in denen eine Flüssigkeit enthalten ist, die einem Wärmeaustauscher zugeführt wird. Während der Umwandlung von Windenergie in elektrische Energie im Generator entstehende Wärmeenergie wird dabei auf die in den Leitungen enthaltende Flüssigkeit übertragen und dem Wärmeaustauscher zur Gewinnung der Wärmeenergie zugeführt. Der Wärmeaustauscher ist wiederum bevorzugt mit einem naheliegenden Endabnehmer verbunden, beispielsweise mit dem Heizungssystem eines nahegelegenen Haushaltes. Durch diese Ausgestaltung wird der Wirkungsgrad der Umsetzung der vorhandenen Windenergie in nutzbare Energie erhöht.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest eine der Einzelwindkraftvorrichtungen hängend am Querträger angeordnet. Durch diese Ausgestaltung wird erreicht, dass mehr Einzelwindkraftvorrichtungen an einem einzigen Querträger angeordnet werden können.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist jeder Einzelwindkraftvorrichtung ein Stellmotor, eine Stelleinheit und ein Windrichtungssensor zugeordnet, die miteinander verbunden und dergestalt ausgebildet sind, dass der Stellmotor die Einzelwindkraftvorrichtung relativ zum Querträger entsprechend der Windrichtung ausrichtet. Durch diese Ausgestaltung kann jede Einzelwindkraftvorrichtung unabhängig von den anderen Einzelwindkraftvorrichtungen ideal zur Windrichtung ausgerichtet werden.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Mast ein ehemaliger Strommast. Der Strommast wird dabei umgerüstet und mit einem oder mehreren Querträgern versehen, die jeweils zumindest zwei Einzelwindkraftvorrichtungen tragen. Durch diese Ausgestaltung können bereits vorhandene Strommasten, die nicht mehr benötigt werden, kostengünstig umfunktioniert werden.
Mit Vorteil verjüngt sich der Querträger jeweils endseitig. Besonders bevorzugt weist der Querträger alternativ oder ergänzend hierzu eine Windverkleidung auf. Durch diese Ausgestaltungen wird jeweils unabhängig voneinander erreicht, dass die Angriffsfläche des Querträgers für den Wind reduziert wird. Die Statik der Windkraftanlage wird hierdurch verbessert.
Die Einzelwindkraftvorrichtungen sind bevorzugt symetrisch auf dem Querträger dergestalt verteilt, dass der Schwerpunkt des Querträgers mit samt der daran angeordneten Einzelwindkraftvorrichtungen im wesentlichen mit der Querträgerrotationsachse übereinstimmt. Hierdurch werden Unwuchten vermieden und die Stabilität der Windkraftanlage erhöht.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus Unteransprüchen sowie dem nachfolgend beschriebenen, schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel; es zeigt
1 eine erfindungsgemäße Windkraftanlage in der Seitenansicht.
Nachfolgend werden gleichwirkende Elemente der Erfindung mit einer einheitlichen Bezugsziffer versehen, sofern dies sinnvoll ist. Die nachfolgend beschriebenen Merkmale der Erfindung können auch einzeln oder in anderen Kombinationen als beschrieben Gegenstand der Erfindung sein.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Windkraftanlage 2 mit einem Mast 4, der einen Querträger 6 stützt. Der Querträger trägt eine erste Einzelwindkraftvorrichtung 8 mit einem Savonius-Rotor mit einer ersten vertikalen Rotationsachse 10 und weitere Einzelwindkraftvorrichtungen 12, 14, 16, 18 mit weiteren Savonius-Rotoren mit jeweils weiteren vertikalen Rotationsachsen 20, 22, 24, 26, von denen sich zumindest eine Rotationsachse 20, 22, 24, 26 von der ersten vertikalen Rotationsachse 10 unterscheidet.
Zwei Einzelwindkraftanlagen 16, 18 sind dabei hängend am Querträger 6 angeordnet. Der Querträger 6 ist um eine Querträgerrotationsachse 28 rotierbar und festlegbar am Mast 4 abgestützt. Die Querträgerrotationsachse 28 entspricht dabei der Mittellängsachse des Mastes 4. Der Querträger 6 ist über eine sich mitdrehende Stütze 30 am Mast 4 abgestützt, wobei die Stütze 30 zwei Streben 32 aufweist, die mit der Querträgerrotationsachse 28 jeweils einen spitzen Winkel α bilden. Die erste vertikale Rotationsachse 10 ist im Ausführungsbeispiel übereinstimmend mit der Mittellängsachse 28 des Mastes.
Der Querträger 6 ist über einen motorischen Antrieb um die Querträgerrotationsachse 28 rotierbar ausgebildet und der motorische Antrieb ist mit einer Steuereinheit verbunden, die wiederum mit einem dem Querträger 6 zugeordneten Windrichtungssensor zur Bestimmung der Windrichtung verbunden ist. Motorischer Antrieb, Steuereinheit und Windrichtungssensor sind in der Abbildung nicht dargestellt. Jede Einzelwindkraftvorrichtung 8, 12, 14, 16, 18 ist ein Generator zur Umwandlung der Windenergie in elektrische Energie zugeordnet. Zumindest einer der Generatoren ist von umlaufenden Leitungen umgeben, in denen eine Flüssigkeit enthalten ist, die einem Wärmeaustauscher zugeführt wird. Die Generatoren, die Leitungen und der Wärmeaustauscher sind in 1 nicht dargestellt.
Jeder Einzelwindkraftvorrichtung 8, 12, 14, 16, 18 ist zudem ein Stellmotor, eine Steuereinheit und ein Windrichtungssensor zugeordnet, die in der Darstellung ebenfalls nicht abgebildet sind. Die vorgenannten Bauelemente sind miteinander verbunden und dergestalt ausgebildet, dass der Stellmotor die Einzelwindkraftvorrichtung 8, 12, 14, 16, 18 am Querträger 6 entsprechend der Windrichtung ausrichtet.
Der Querträger 6 verjüngt sich endseitig und er ist zudem mit einer Windverkleidung 34 ausgestattete.
Die Einzelwindkraftvorrichtungen 8, 12, 14, 16, 18) sind symmetrisch am Querträger 6 dergestalt verteilt, dass der Schwerpunkt des Querträgers 6 mit samt der daran angeordneten Einzelwindkraftvorrichtungen 8, 12, 14, 16, 18 im wesentlichen mit der Querträgerrotationsachse 28 übereinstimmt.

2: Windkraftanlage
4: Mast
8: erste Einzelwindkraftvorrichtung
10: erste vertikale Rotationsachse
6: Querträger
12, 14, 16, 18: weitere Einzelwindkraftvorrichtung
20, 22, 24, 26: weitere vertikale Rotationsachse
28: Querträgerrotationsachse/Mittellängsachse des Rotors
30: Stütze
32: Strebe
α: spitzer Winkel
34: Windverkleidung

Claims

Windkraftanlage (2) zur Umwandlung von Windenergie in elektrische Energie, mit einem Mast (4), der eine Einzelwindkraftvorrichtung (8) mit einem Savonius-Rotor mit einer vertikalen Rotationsachse (10) trägt, dadurch gekennzeichnet, dass der Mast (4) zumindest einen Querträger (6) stützt, der die erste Einzelwindkraftvorrichtung (8) und zumindest eine weitere Einzelwindkraftvorrichtung (12, 14, 16, 18) mit einem weiteren Savonius-Rotor mit einer weiteren vertikalen Rotationsachse (20, 22, 24, 26) trägt, die sich von der ersten vertikalen Rotationsachse (8) unterscheidet, wobei der Querträger (6) um eine Querträgerrotationsachse (28) rotierbar und festlegbar am Mast (4) abgestützt ist, die der Mittellängsachse des Mastes (4) entspricht.
Windkraftanlage (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger (6) über einen motorischen Antrieb um die Querträgerrotationsachse (28) rotierbar ausgebildet ist und der motorische Antrieb mit einer Steuereinheit verbunden ist, die wiederum mit einem dem Querträger (6) zugeordneten Windrichtungssensor zur Bestimmung der Windrichtung verbunden ist.
Windkraftanlage (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger (6) über eine sich mitdrehende Stütze (30) am Mast abgestützt ist.
Windkraftanlage (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stütze (30) zumindest eine Strebe (32) aufweist, die mit der Querträgerrotationsachse (28) einen spitzen Winkel (α) bildet.
Windkraftanlage (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Einzelwindkraftvorrichtung (8, 12, 14, 16, 18) ein Generator zur Umwandlung der Windenergie in elektrische Energie zugeordnet ist.
Windkraftanlage (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Generatoren von umlaufenden Leitungen umgeben ist, in denen eine Flüssigkeit enthalten ist, die einem Wärmeaustauscher zugeführt wird.
Windkraftanlage (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Einzelwindkraftvorrichtung (16, 18) hängend am Querträger (6) angeordnet ist.
Windkraftanlage (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Einzelwindkraftvorrichtung (8, 12, 14, 16, 18) ein Stellmotor, eine Steuereinheit und ein Windrichtungssensor zugeordnet ist, die miteinander verbunden und dergestalt ausgebildet sind, dass der Stellmotor die Einzelwindkraft vorrichtung (8, 12, 14, 16, 18) relativ zum Querträger (6) entsprechend der Windrichtung ausrichtet.
Windkraftanlage (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mast (4) ein ehemaliger Strommast ist.
Windkraftanlage (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger (6) sich endseitig jeweils verjüngt.
Windkraftanlage (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelwindkraftvorrichtungen (8, 12, 14, 16, 18) symetrisch am Querträger (6) dergestalt verteilt sind, dass der Schwerpunkt des Querträgers (6) mit samt der daran angeordneten Einzelwindkraftvorrichtungen (8, 12, 14, 16, 18) im wesentlichen mit der Querträgerrotationsachse (28) übereinstimmt.