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Die Erfindung betrifft eine energieautarke Beleuchtungseinrichtung für eine Windkraftanlage und ein eine derartige Beleuchtungseinrichtung aufweisendes Rotorblatt einer Windkraftanlage. Ferner betrifft die Erfindung eine Windkraftanlage mit zumindest einem derartig ausgebildeten Rotorblatt.
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Es ist hinlänglich bekannt, dass Bauwerke und insbesondere Windkraftanlagen in der Nacht zur Kenntlichmachung für den Flugverkehr mit Antikollisionslichtern versehen sind. Diese Beleuchtungseinrichtungen emittieren typischerweise kontinuierlich rotes oder weißes Licht und sind im Falle von Windkraftanlagen auf der Gondel, teils an den Enden von Rotorblättern angeordnet. Andere gängige Ausführungen umfassen pulsierendes weißes oder rotes Licht. Die an den Rotorblättern angeordneten Beleuchtungseinrichtungen sind an ein elektrisches Netz mittels einer Stromversorgung angeschlossen, welche durch eine Nabe der Windkraftanlage geführt ist.
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Weiterhin ist bekannt, dass Vögel und/oder Fledermäuse an Windkraftanlagen zu Schaden oder zu Tode kommen können. Fledermäuse können offensichtlich die sich drehenden Rotorblätter mittels ihrer Ultraschallorientierung nur ungenau erfassen. Auch die herkömmliche optische Kenntlichmachung der rotierenden Teile der Windkraftanlagen durch z.B. Reflektoren ist offensichtlich nicht ausreichend, dass die Rotorblätter von den Tieren in der Nacht bzw. in der Dämmerung hinreichend wahrgenommen werden können.
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Da manche Fledermausarten als stark gefährdet gelten, wurde bereits vorgeschlagen, den Betrieb von Windkraftanlagen bei Einbruch der Dämmerung aus Gründen des Naturschutzes einzustellen. Aus wirtschaftlicher Sicht ist diese Lösung allerdings nur wenig erstrebenswert.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Mittel anzugeben, die es ermöglichen, den beim Betrieb von Windkraftanlagen auftretenden Vogel- und/oder Fledermausverlust zumindest deutlich zu reduzieren.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch eine energieautarke Beleuchtungseinrichtung der eingangs genannten Art mit den weiteren Merkmalen des Schutzanspruchs 1.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine energieautarke Beleuchtungseinrichtung für eine Windkraftanlage umfasst Beleuchtungsmittel zur Beleuchtung eines Rotorblatts der Windkraftanlage und einen Generator zur Erzeugung von elektrischer Energie, der an einen windbetriebenen Läufer gekoppelt ist.
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Die Beleuchtungseinrichtung weist somit einen eigenen Generator auf, der ebenfalls von Windkraft angetrieben werden kann. Solange Bedingungen vorherrschen, die den Betrieb der Windkraftanlage ermöglichen, ist somit die Stromversorgung der Beleuchtungseinrichtung sichergestellt. Dies ist insbesondere deshalb sinnvoll, da es sich gezeigt hat, dass stehende Rotorblättern von dem auf Ultraschall basierenden Ortungssystem von Fledermäusen durchaus hinreichend gut wahrgenommen werden können.
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Zudem ermöglicht die Ausbildung der Beleuchtungseinrichtung als energieautarkes System besonders vorteilhaft die Nachrüstung bereits bestehender Windkraftanlagen. Aufwendige Modifikationen des Rotorblatts und/oder einer die Rotorblätter tragende Nabe, um insbesondere die Stromversorgung der Beleuchtungseinrichtung sicherzustellen, sind nicht notwendig. Die Beleuchtungseinrichtung umfassend das Beleuchtungsmittel und den Generator mit dem Läufer kann einfach als Modul nachträglich an einem bereits endmontierten Rotorblatt befestigt werden.
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Bevorzugt ist der Läufer der Beleuchtungseinrichtung als Vertikal-Rotor, insbesondere als Darrieus-Rotor oder als Savonius-Rotor ausgebildet. Derartige Vertikal-Rotoren weisen eine Rotationachse auf, die während des Betriebs im Wesentlichen senkrecht zur Windrichtung, bei üblicher Konfiguration also in vertikaler Richtung, verläuft. Vertikal-Rotoren müssen daher im Gegensatz zu Läufern mit horizontaler Rotationachse nicht in Richtung der momentan vorherrschenden Windrichtung ausgerichtet werden. Dies wird vorteilhafterweise ausgenutzt, um die an den Rotorblättern vorliegenden Windverhältnisse optimal nutzen zu können. Darüber hinaus ist die Bauform des Vertikal-Rotors aufgrund seiner Geometrie zur Montage am Rotorblatt der Windkraftanlage besonders geeignet.
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Schnelllaufende Darrieus-Rotoren sind insbesondere zur Stromerzeugung geeignet. Derartige Läufer umfassen gemäß möglicher Ausführungsformen mehrere bogenförmig ausgebildete oder gerade verlaufende Blätter (sog. H-Darrieus-Rotoren). Die klassische Bauform umfasst bogenförmige Blätter, die bezüglich der Rotationsachse gekrümmt verlaufen. Bei H-Darrieus-Rotoren verlaufen die Blätter parallel zur Rotationsachse des Läufers. Andere mögliche Ausführungsformen umfassen Savonius-Rotoren, die mehrere schaufelförmige und sich gegenseitig abschnittsweise überlappende Blätter aufweisen. Im Gegensatz zu Darrieus-Rotoren verläuft die Krümmung der schaufelförmigen Blätter von Savonius-Rotoren allerdings typischerweise in einer zur Rotationsachse senkrecht verlaufenden Ebene.
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Zur Beleuchtung des Rotorblatts umfasst das Beleuchtungsmittel gemäß verschiedener Ausführungsbeispiele zumindest eine Leuchtdiode und/oder zumindest eine Laserdiode. Vorzugsweise sind mehrere Leuchtdioden (LED) und/oder Laserdioden vorgesehen, die voneinander beabstandet am Rotorblatt angebracht werden können. Laserdioden sind bevorzugt derart angeordnet, dass Licht bezüglich des Rotors der Windkraftanlage in radialer Richtung emittiert und/oder in einen Lichtleiter eingekoppelt wird. Vorzugsweise wird Licht über nahezu der gesamten Längsausdehnung des Rotorblatts abgestrahlt. Die Vorderkante des Rotorblattes ist zur Anbringung des Lichtleiters bevorzugt, da dieser dadurch aus Luv- und aus Lee-Richtung gleichzeitig sichtbar ist.
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In Weiterbildung der Erfindung ist insbesondere zur randseitigen Beleuchtung des Rotorblatts zumindest ein Lichtleiter vorgesehen, in den Licht einkoppelbar ist. Eine derartige Ausführung ermöglicht eine räumlich ausgedehnte, durchgehende Beleuchtung des Rotorblatts, welche von nachtaktiven Tieren leicht wahrnehmbar ist. Eine Einkopplung des Lichts in den Lichtleiter kann gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen mittels ein oder mehreren Leuchtund/oder Laserdioden erfolgen.
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Vorzugsweise emittiert das Beleuchtungsmittel Licht aus dem sichtbaren Spektralbereich, insbesondere Licht der Wellenlängen 400 nm bis 580 nm, besonders bevorzugt der Wellenlängen 525 nm bis 570 nm. Es hat sich gezeigt, dass verschiedene Fledermausarten neben ihrer Ultraschallorientierung auch über ein Sehvermögen im gelbgrünen Farbbereich, der zu Wellenlängen zwischen 525 nm und 570 nm korrespondiert, und/oder im nahen ultravioletten Spektralbereich verfügen. Es ist daher wünschenswert, Licht in diesen Spektralbereichen zu emittieren, damit das Rotorblatt der Windkraftanlage leicht wahrgenommen wird. Es versteht sich, dass in bevorzugten Ausführungsbeispielen Beleuchtungsmittel vorgesehen sind, die Licht sowohl aus dem sichtbaren als auch aus dem ultravioletten Spektralbereich emittieren. Beispielsweise wird hierzu auf Laserdioden verwiesen, die zwar hauptsächlich Licht der Wellenlänge 405 nm abstrahlen, jedoch genügend große Anteile aus dem nahen ultravioletten Spektralbereich enthalten, die für Fledermäusen sichtbar sind. In anderen Ausführungsbeispielen sind Leuchtdioden vorgesehen, die Licht aus dem sichtbaren Spektralbereich ausstrahlen und zusätzlich mit UV-Leuchtdioden kombiniert werden können.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Rotorblatt einer Windkraftanlage mit einer Beleuchtungseinrichtung, die wie vorstehend beschrieben ausgebildet ist. Es wird daher zunächst auf die bisherigen Ausführungen verwiesen.
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Die Beleuchtungseinrichtung umfasst das Beleuchtungsmittel und den windbetriebenen Generator zur Erzeugung von elektrischer Energie, der an einen windbetriebenen Läufer gekoppelt ist. Das Beleuchtungsmittel ist ferner zur zumindest abschnittsweisen randseitigen Beleuchtung des Rotorblatts angeordnet. Die randseitige Beleuchtung ermöglicht hierbei die gute Sichtbarkeit aus verschiedenen Richtungen. Insbesondere bei Windkraftanlagen, die einen Rotor mit einer Horizontalachse aufweisen, kann dadurch die Sichtbarkeit sowohl in Luv- als auch in Lee-Richtung sichergestellt werden.
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Zur randseitigen Beleuchtung des Rotorblatts umfasst das Beleuchtungsmittel vorzugsweise einen Lichtleiter, der zumindest an einem Abschnitt einer Kante des Rotorblatts in Längsrichtung des Rotorblatts angeordnet ist. Mit einer derartigen Ausbildung ist die durchgehende Beleuchtung, insbesondere über die gesamte Längsausdehnung, des Rotorblatts möglich, um dieses gut kenntlich zu machen.
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Die Beleuchtungseinrichtung mit dem Beleuchtungsmittel und dem Generator ist vorzugsweise leicht ausgeführt und am Rotorblatt mittels einer Verklebung befestigt. Dadurch ist eine besonders einfache und kosteneffiziente Nachrüstung von bestehenden Windkraftanlagen ermöglicht. Zusätzlich ermöglicht die Ausführung der Beleuchtungseinrichtung in Leichtbauweise die Minimierung der beim Betrieb der Windkraftanlage auf die Beleuchtungseinrichtung einwirkenden Beschleunigungskräfte. Einer Zerstörung und/oder einem Lösen der Beleuchtungseinrichtung durch die Beschleunigungskräfte kann somit entgegengewirkt werden.
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Bei Ausführungsbeispielen, die Lichtleiter umfassen, ist dieser vorzugsweise an einer Vorderkante des Rotorblatts zumindest abschnittsweise verklebt. Der Lichtleiter strahlt Licht radial zu seiner jeweiligen Längsrichtung ab, welches aus unterschiedlichen Richtungen gut sichtbar ist. Zur Befestigung des Lichtleiters ist in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein selbstklebender, transparenter Streifen als Befestigungsmittel vorgesehen. Das Beleuchtungsmittel kann so bis in die Spitze des Rotorblatts geführt werden.
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Vorzugsweise ist der an den Generator gekoppelte Läufer als Vertikal-Rotor ausgebildet, dessen Rotationsachse parallel zu einer Längsachse des Rotorblatts verläuft. Eine derartige Anordnung ermöglicht es, sowohl den dort verfügbaren Bauraum als auch die beim Betrieb vorliegenden Windverhältnisse optimal zu nutzen, um die Stromversorgung der Beleuchtungseinrichtung sicherzustellen.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Windkraftanlage mit zumindest einem Rotorblatt, das eine der vorstehend beschriebenen Beleuchtungseinrichtungen aufweist. Besonders bevorzugt sind alle Rotorblätter eines Rotors der Windkraftanlage mit einer derartigen Beleuchtungseinrichtung versehen.
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Besonders bevorzugt ist der an den Generator gekoppelte Läufer in radialer Richtung von einer Nabe der Windkraftanlage beabstandet angeordnet. An einer derartigen Stelle bewegt sich das Rotorblatt stets mit einer ausreichenden Geschwindigkeit, so dass eine für den Betrieb des Läufers hinreichende Windgeschwindigkeit auch bei geringen Drehzahlen des Rotors der Windkraftanlage gegeben ist.
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Obwohl die Erfindung zum Schutz von nachtaktiven Tieren, insbesondere Fledermäusen und Vögeln, geeignet ist, versteht es sich, dass durch die Beleuchtungseinrichtung gemäß der Erfindung auch ein weitergehender Schutz gegenüber anders gearteter Flugkörper erzielt werden kann.
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Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen
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1 einen Abschnitts eines Rotorblatts mit einer energieautarken Beleuchtungseinrichtung in einer schematischen Darstellung;
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2 eine Windkraftanlage mit derartige Beleuchtungseinrichtungen aufweisenden Rotorblättern in einer Frontansicht.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt einen Abschnitt eines Rotorblatts 1, welches eine Beleuchtungseinrichtung 2 trägt. Die Beleuchtungseinrichtung 2 umfasst einen Läufer 3, der in dem gezeigten Beispiel als Darrieus-Rotor ausgebildet ist. Der Läufer 3 weist drei Blätter 4 auf, die in Richtung einer Rotationsachse R verlaufen, welche parallel zu einer Längsachse L des Rotors 1 angeordnet ist.
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Der Läufer 3 ist zur Stromerzeugung an einen Generator 5 gekoppelt. Derartige elektrische Maschinen sind an sich bekannt und bedürfen keiner weiteren Erläuterung. Durch bekannte Stator/Rotoranordnungen ist die vom windbetriebenen Läufer 3 bereitgestellte Bewegungsenergie zumindest teilweise in elektrische Energie umwandelbar, welche einem Beleuchtungsmittel 6 zuführbar ist. Zum Betrieb des Beleuchtungsmittels 6 weist der Generator 5 des Weiteren eine entsprechende Steuerungselektronik auf.
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Das Beleuchtungsmittel 6 umfasst eine Laserdiode 7 mittels derer Licht in einen Lichtleiter 8 einkoppelbar ist. Der Lichtleiter 8 ist mittels eines transparenten Klebestreifens längs einer Vorderkante des Rotorblatts 1 verklebt. Auch die übrigen Komponenten der Beleuchtungseinrichtung 2 sind über ein Trägerteil 9 am Rotorblatt 1 befestigt, welches am Rotorblatt 1 verklebt ist. Der Lichtleiter 8 weist einen Durchmesser von ca. 1,5 mm bis 4,0 mm auf und erstreckt sich bis etwa 40 m entlang der Längsausdehnung des lediglich abschnittsweise dargestellten Rotorblatts 1.
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Im Betrieb bewegt sich das Rotorblatt 1 in Richtung des Pfeiles 10. Die Bewegung des Rotorblattes 1 genügt, um den Läufer 3 anzutreiben und die Beleuchtungsmittel 6 mit elektrischer Energie zu versorgen. Der Lichtleiter 8 ist randseitig am Rotorblatt 1 angeordnet und strahlt Licht radial zum Lichtleiter 8 ab, das von unterschiedlichen Positionen aus sichtbar ist. Insbesondere kann das so abgestrahlte Licht sowohl aus Luv- als auch aus Lee-Richtung wahrgenommen werden.
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2 zeigt eine Windkraftanlage 11 mit einem Horizontal-Rotor 12, der eine Nabe 13 und drei Rotorblätter 1 aufweist. Die Nabe 13 ist bezüglich einer Gondel 14 in bekannter Art und Weise drehbar angeordnet. Die Gondel 14 ist endseitig an einem Turm 15 schwenkbar gelagert, so dass der Horizontal-Rotor 12 entsprechend der vorliegenden Windrichtung ausgerichtet werden kann.
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Jedes der Rotorblätter 1 ist mittels einer vorstehend beschriebenen Beleuchtungseinrichtung 2 beleuchtet. Die Läufer 3 der Beleuchtungseinrichtungen 2 sind jeweils von der Nabe 13 im Abstand D angeordnet, um sicherzustellen, das durch die Rotation des Horizontal-Rotors 12 eine zum Betrieb des Läufers 3 hinreichend große Windgeschwindigkeit erzeugt wird.
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Es versteht sich, dass das in den Figuren gezeigte Ausführungsbeispiel lediglich eine konkrete Möglichkeit darstellt, den der Erfindung zu Grunde liegenden Gedanken zu realisieren. Abweichungen hiervon sind möglich, insbesondere ist vorgesehen, die Beleuchtungseinrichtung 2 beispielsweise als Antikollisionsschutz für Flugkörper bei Windkraftanlagen mit Vertikal-Rotoren vorzusehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rotorblatt
- 2
- Beleuchtungseinrichtung
- 3
- Läufer
- 4
- Blatt
- 5
- Generator
- 6
- Beleuchtungsmittel
- 7
- Laserdiode
- 8
- Lichtleiter
- 9
- Trägerteil
- 10
- Pfeil
- 11
- Windkraftanlage
- 12
- Horizontal-Rotor
- 13
- Nabe
- 14
- Gondel
- 15
- Turm
- R
- Rotationsachse
- L
- Längsachse
- D
- Abstand
