DE202016100967U1

DE202016100967U1 - Plant for the production of useful energy from solar and wind energy

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Publication number: DE202016100967U1
Application number: DE202016100967.7U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-02-24
Filing date: 2016-02-24
Publication date: 2017-05-26
Anticipated expiration: 2026-02-25
Also published as: DE112017000964A5; WO2017144053A1

Abstract

Anlage zur Gewinnung von Nutzenergie aus Sonnenenergie und Windenergie, umfassend – ein flächiges Solar-Modul (1) zur Gewinnung von Nutzenergie aus Sonnenlicht, sowie – wenigstens ein Windkraft-Modul (4) mit einer Windkraft-Turbine (5) zur Gewinnung von Nutzenergie aus Wind, dadurch gekennzeichnet, dass die Windkraft-Turbine (5) eine Radialturbine ist und am flächigen Solar-Modul (1) angeordnet ist.Plant for the production of useful energy from solar energy and wind energy, comprising - a planar solar module (1) for obtaining useful energy from sunlight, and - at least one wind power module (4) with a wind turbine (5) for obtaining useful energy Wind, characterized in that the wind turbine (5) is a radial turbine and is arranged on the planar solar module (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Gewinnung von Nutzenergie aus Sonnen- und Windenergie, die ein flächiges Solar-Modul zur Gewinnung von Nutzenergie aus Sonnenlicht, sowie wenigstens ein Windkraft-Modul mit einer Windkraft-Turbine zur Gewinnung von Nutzenergie aus Wind umfasst. The invention relates to a plant for the production of useful energy from solar and wind energy, comprising a planar solar module for obtaining useful energy from sunlight, and at least one wind turbine module with a wind turbine for obtaining useful energy from wind.

Im Stand der Technik bekannt sind Anlagen zur Nutzung von Sonnenenergie. Hierbei kommen insbesondere Solarthermie- oder Photovoltaik-Anlagen zum Einsatz, bei denen flächige Solar-Module auf einer Tragstruktur befestigt sind. Bekannt sind Anlagen zur starren Installation zum Beispiel auf Haus- oder Fabrikhallendächern als auch einzeln oder im Verbund stehende Ständeranlagen, bei denen insbesondere eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Photovoltaik-Einzelpaneelen an einem Tragrahmen befestigt sind, der wiederum an einem am Untergrund fest verankerten Ständerwerk oder auf einem mobilen Grundgestell befestigt ist. Es kann eine Steuerung vorgesehen sein, die es ermöglicht, die Solar-Module über eine sensorgesteuerte Aktuatorik in einem optimalen Winkel zur Sonne auszurichten, so dass die Solar-Module der sich über den Tag ändernden Strahlungsrichtung kontinuierlich folgen können, um das auftreffende Sonnenlicht über den Tag hinweg weitgehend optimal auszunutzen. Systems are known in the art for the use of solar energy. Here, in particular solar thermal or photovoltaic systems are used, in which planar solar modules are mounted on a support structure. Are known installations for rigid installation, for example, on house or factory shed roofs as well as stand alone or composite stand systems, in which in particular a plurality of juxtaposed photovoltaic panels are attached to a support frame, in turn, on a fixed to the ground stand or on a mobile base frame is attached. It can be provided a control that makes it possible to align the solar modules via a sensor-controlled actuators at an optimal angle to the sun, so that the solar modules can follow the changing over the day radiation direction continuously to the incident sunlight over the Largely optimal use of the day.

Ferner bekannt sind Windenergieanlagen, mittels denen die in der bewegten Luft enthaltene kinetische Energie in elektrische Energie umgewandelt wird. Zum Einsatz kommen hier insbesondere mit in der Regel drei Rotorblättern versehene Anlagen mit einer Drehachse, die parallel zur Richtung des abzuerntenden Windes ausgerichtet ist (im Rahmen dieser Anmeldung als axiale Ausrichtung bzw. Axialturbine bezeichnet). Bekannt sind ferner auch Windkraftanlagen, bei denen ein vom Wind angetriebener Rotor um eine quer zum abzuerntenden Wind stehende Drehachse rotiert (im Rahmen dieser Anmeldung als radiale Ausrichtung bzw. Radialturbine bezeichnet). Also known are wind turbines, by means of which the kinetic energy contained in the moving air is converted into electrical energy. In this case, in particular systems with generally three rotor blades are used with an axis of rotation aligned parallel to the direction of the wind to be harvested (referred to as axial orientation or axial turbine in the context of this application). Also known are wind turbines in which a rotor driven by the wind rotates about a rotational axis which is transverse to the wind to be harvested (in the context of this application referred to as a radial orientation or radial turbine).

Ein grundlegendes Problem derartiger Anlagen zur Energiegewinnung, besonders aber von Solar-Anlagen, ist, dass die Energiegewinnung tages- und jahreszeitenabhängig ist und insbesondere die Sonnenenergie in weniger sonnenreichen Ländern nur begrenzt zur Energiegewinnung nutzbar ist. Insbesondere lässt sich die von Sonne und Wind bereitgestellte Energie oft in Tages- und Jahreszeiten, in denen besonders viel Energie benötigt wird, etwa im Winter mit den kürzeren Tageszeiten, kälteren Außentemperaturen und den gegenüber anderen Jahreszeiten weniger Sonnenstunden, nicht in hinreichendem Maße gewinnen. A fundamental problem of such systems for energy production, but especially of solar plants, is that the energy production is dependent on day and season and in particular the solar energy in less sun-rich countries is only limited usable for energy. In particular, the energy provided by the sun and wind often can not be sufficiently gained in daytime and seasons, when particularly high levels of energy are required, such as in winter with shorter times of day, colder outdoor temperatures and less hours of sunshine compared to other seasons.

Ferner ist insbesondere die Windenergie für kleinere Anwender, etwa Privatnutzer oder kleinere Handwerks- oder Landwirtschaftsbetriebe, oft aus finanziellen Gründen nicht lohnend einsetzbar, weil die Kosten gängiger Windkraftanlagen in keinem ökonomisch vertretbaren Verhältnis zu den möglichen Einsparungen beim Energieeinkauf stehen. Hinzu kommt, dass das Aufstellen und der Betrieb von Windkraftanlagen nicht selten behördlich stark reglementiert sind. Furthermore, wind energy in particular is often not worthwhile for smaller users, such as private users or smaller craft or agricultural enterprises, for financial reasons, because the costs of conventional wind turbines are not economically justifiable relative to the potential savings in energy purchasing. In addition, the installation and operation of wind turbines are often heavily regulated by the authorities.

Vor diesem Hintergrund macht es sich die Erfindung zur Aufgabe, eine Anlage zur Gewinnung von Nutzenergie zu schaffen, deren Energiegewinnungskonzept insgesamt eine größere Unabhängigkeit von den nutzbaren Sonnenstunden gewährleistet und außerdem eine erhöhte Gesamtenergieausbeute bei im wesentlichen gleicher Baugröße ermöglicht. Die Anlage soll auch für Kleinanwender attraktiv sein und gegenüber herkömmlichen Anlagen eine gesteigerte Nutzenergiegewinnung ermöglichen. Against this background, it is the object of the invention to provide a plant for the production of useful energy, the energy production concept ensures overall greater independence from the usable hours of sunlight and also allows increased total energy yield at substantially the same size. The system should also be attractive for small users and enable increased utilization of useful energy compared to conventional systems.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Windkraft-Turbine eine Radialturbine ist und am flächigen Solar-Modul angeordnet ist. According to the invention the object is achieved in that the wind turbine is a radial turbine and is arranged on the planar solar module.

Das flächige Solar-Modul umfasst dabei neben den eigentlichen typischerweise plattenförmigen Solar-Einzelpaneelen eine die Einzelpaneele stützende Tragstruktur, etwa einen Tragrahmen, an dem die Solar-Paneele befestigt sind und der sich bei einer Bewegung der Solar-Paneele zwecks Ausrichtung des flächigen Solar-Moduls mit dem Solar-Modul mitbewegt. Bevorzugt sind die Windkraft-Module an der Tragstruktur, insbesondere an dem Tragrahmen, angeordnet. In addition to the actual plate-shaped solar individual panels, the planar solar module comprises a support structure supporting the individual panels, for example a support frame to which the solar panels are fastened and which moves during movement of the solar panels in order to align the planar solar module moved with the solar module. The wind power modules are preferably arranged on the support structure, in particular on the support frame.

Bevorzugt ist die wenigstens eine Windkraft-Turbine am flächigen Solar-Modul randseitig angeordnet und/oder innerhalb des flächigen Solar-Moduls sind längliche Öffnungen vorgesehen, in und/oder hinter denen die wenigstens eine Windkraft-Turbine angeordnet ist. Dabei ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Windkraft-Turbine im unmittelbaren Nahbereich des Randes oder der länglichen Öffnungen angeordnet ist. Bei einer in dem Solar-Modul vorgesehenen länglichen Öffnung wird die Windkraft-Turbine von einem durch die längliche Öffnung und damit durch eine von dem Solar-Modul aufgespannte Solar-Modul-Ebene E hindurchtretenden Luftstrom angetrieben. Preferably, the at least one wind turbine on the planar solar module is arranged on the edge side and / or within the planar solar module elongated openings are provided in and / or behind which the at least one wind turbine is arranged. It is provided that the at least one wind turbine is arranged in the immediate vicinity of the edge or the elongated openings. In an elongated opening provided in the solar module, the wind turbine is driven by an air stream passing through the elongate opening and thus through a solar module plane E spanned by the solar module.

Die länglichen Öffnungen können durch eine Anordnung von Solar-Einzelpaneelen auf der Tragstruktur erzeugt sein, bei der die Einzelpaneele von jeweils benachbarten Einzelpaneelen derart beabstandet angeordnet sind, dass sich zwischen den Rändern der zueinander benachbarten Einzelpaneele die längliche Öffnung ergibt. The elongated openings may be formed by an array of solar panels on the support structure, in which the individual panels of each adjacent individual panels are spaced such that the elongated opening results between the edges of the adjacent individual panels.

Die einzelnen das Solar-Modul bildenden Solar-Einzelpaneele sind derart auf der Tragstruktur des Solar-Moduls montiert, dass sie eine Solar-Modul-Ebene E definieren. Die Drehachse bzw. Rotationsachse der Windkraft-Turbine ist bevorzugt parallel zur Solar-Modul-Ebene E ausgerichtet. Weiter bevorzugt ist die wenigstens eine Windkraft-Turbine parallel zu wenigstens einem Rand des flächigen Solar-Moduls ausgerichtet. Es ist eine im Wesentlichen horizontale Ausrichtung der Windkraft-Turbinen bevorzugt, bei der die Drehachse der Windkraft-Turbinen parallel zu den Horizontalrändern eines rechteckig ausgebildeten flächigen Solar-Moduls ausgerichtet sind. Aber auch eine Ausrichtung, bei der die wenigstens eine Windkraft-Turbine oder eine Mehrzahl von Windkraft-Turbinen parallel zu den Vertikalrändern ausgerichtet ist, ist denkbar. Die Drehachse steht dabei absolut betrachtet windschief im Raum, sofern das Solarpanel nicht streng senkrecht steht. Sofern mehrere Windkraft-Turbinen vorgesehen sind, sind deren Drehachsen bevorzugt alle parallel zueinander ausgerichtet. The individual solar panels forming the solar module are mounted on the supporting structure of the solar module so as to define a solar module plane E. The axis of rotation or rotation axis of the wind turbine is preferably aligned parallel to the solar module plane E. More preferably, the at least one wind turbine is aligned parallel to at least one edge of the planar solar module. There is a substantially horizontal orientation of the wind turbines preferred in which the axis of rotation of the wind turbines are aligned parallel to the horizontal edges of a rectangular planar solar module. But also an orientation in which the at least one wind turbine or a plurality of wind turbines is aligned parallel to the vertical edges, is conceivable. In absolute terms, the axis of rotation is skewed in space unless the solar panel is strictly vertical. If several wind turbines are provided, their axes of rotation are preferably all aligned parallel to one another.

Die Windkraft-Turbine kann insbesondere eine walzenförmige Turbine mit sich von einem zylindrischen Grundkörper radial nach außen erstreckenden Turbinenschaufeln sein. Es sind aber auch andere Konstruktionen denkbar, etwa solche, bei denen mehrere um eine Drehachse der Wind-Turbine angeordnete, beidseitig umströmte Profilflächen vorgesehen sind, die in einem Abstand von der Drehachse um die Drehachse rotieren und bevorzugt eine zur Drehachse parallele Grundausrichtung haben. Der Querschnitt dieser Profilflächen kann dem eines Tragflächenprofils entsprechen. In particular, the wind turbine can be a roller-shaped turbine with turbine blades extending radially outward from a cylindrical base body. But there are also other constructions conceivable, such as those in which a plurality of arranged about an axis of rotation of the wind turbine, both sides flow around profile surfaces are provided which rotate at a distance from the axis of rotation about the axis of rotation and preferably have a parallel to the rotation axis basic orientation. The cross section of these profile surfaces may correspond to that of a wing profile.

Es kann vorgesehen sein, dass die Windkraft-Turbine derart angeordnet ist, dass der von der Windkraft-Turbine bei deren Rotation gebildete Rotationshüllkörper (in der Regel ein Zylinder) die von dem flächigen Solar-Modul aufgespannte Solar-Modul-Ebene E durchdringt. Bei einer Umdrehung der Windkraft-Turbine tritt in diesem Fall ein radial außen liegender Teil einer Turbinenschaufel oder einer Profilfläche von der Unterseite der Solar-Modul-Ebene E kommend durch die Ebene E zunächst hindurch, ragt bei fortlaufender Drehung aus Ebene E hervor und tritt bei weiter fortlaufender Drehung wieder hinter die Ebene E zurück. Hierdurch kann die Anströmung der Turbinenschaufeln der Windkraft-Turbine in bestimmten Fällen verbessert werden. Die Drehachse der Windkraft-Turbine liegt dabei bevorzugt hinter der Solar-Modul-Ebene E. It can be provided that the wind turbine is arranged such that the rotational envelope formed by the wind turbine during its rotation (usually a cylinder) penetrates the solar module plane E spanned by the planar solar module. In one rotation of the wind turbine, in this case, a radially outer part of a turbine blade or a profile surface coming from the bottom of the solar module plane E first passes through the plane E, protrudes from plane E with continuous rotation and occurs Continuing rotation back behind the plane E back. As a result, the flow of the turbine blades of the wind turbine can be improved in certain cases. The axis of rotation of the wind turbine is preferably behind the solar module level E.

Eine weitere Möglichkeit, die Anströmung der Windkraft-Turbine zu verbessern und damit die Effektivität der Gesamtanlage zu verbessern, liegt in der Verwendung von Strömungsleitvorrichtungen, mittels denen die Anströmung der Windkraft-Turbine verbessert werden kann. So können insbesondere aus der Solar-Modul-Ebene E hervorstehende Strömungsleitbleche vorgesehen sein. Diese können, je nach deren Funktion, senkrecht oder parallel zur Drehachse der Windkraft-Turbine ausgerichtet sein. Another way to improve the flow of the wind turbine and thus to improve the efficiency of the entire system, lies in the use of Strömungsleitvorrichtungen, by means of which the flow of the wind turbine can be improved. Thus, in particular from the solar module level E projecting flow baffles can be provided. These can, depending on their function, be aligned perpendicular or parallel to the axis of rotation of the wind turbine.

Derartige Strömungsleitvorrichtungen können randseitig am flächigen Solar-Modul und parallel zur Hauptanströmrichtung angeordnet sein, um den auf das Solar-Modul auftreffenden Wind zu kanalisieren und insbesondere um ein seitliches Abfließen der Luftströmung über den Rand des flächigen Solar-Moduls zu verhindern oder zumindest zu erschweren. Sie können auch innerhalb der Solar-Moduls aus der Solar-Modul-Ebene E herausstehen und senkrecht zur Hauptanströmrichtung verlaufen, um die über das Solar-Modul streichende Luftströmung einzufangen und zur Optimierung der Anströmung Windkraft-Turbine umzuleiten. Such Strömungsleitvorrichtungen can be arranged on the edge side of the planar solar module and parallel to Hauptanströmrichtung to channel the impinging on the solar module wind and in particular to prevent lateral flow of the air flow over the edge of the planar solar module or at least complicate. They can also protrude within the solar module from the solar module level E and run perpendicular to the Hauptanströmrichtung to capture the sweeping over the solar module air flow and divert to optimize the flow wind turbine.

Die vorstehend beschriebene Ausgestaltung eines kombinierten Solar-Wind-Moduls erfordert gegenüber einem bereits bekannten reinen Solar-Modul keine nennenswert größere Baugröße und keinen höheren Platzbedarf. Die zusätzlich zum Solar-Modul vorgesehenen Windkraft-Turbinen können zudem an bereits bestehenden Solar-Modulen nachgerüstet werden. Eine derartige Anlage ist auch kostengünstiger zu realisieren als zwei getrennte Anlagen. Auch können sich Windkraft-Modul und Solar-Modul die erforderliche Hardware (Steuerungssystem, Aktuatorik zur Ausrichtung der Anlage, Kabel, Energiezwischenspeicher wie Akkus, etc.) teilen. The above-described embodiment of a combined solar-wind module requires compared to an already known pure solar module no appreciably larger size and no higher space requirements. In addition to the solar module provided wind turbines can also be retrofitted to existing solar modules. Such a system is also cheaper to implement than two separate systems. Also, wind turbine module and solar module can share the required hardware (control system, actuator system alignment, cables, energy storage such as batteries, etc.).

Durch das Kombinieren von zusätzlichen Windkraft-Turbinen an einer „klassischen“ Solarmodulkonstruktion wie der eines über eine Rahmenkonstruktion auf einem Ständerwerk angeordneten flächigem Solar-Moduls lässt sich mit dem kombinierten Modul insgesamt eine höher Energieausbeute erzielen. Je nach momentan vorherrschenden Sonnen- und Windverhältnissen kann die Anlage die Sonnen- und/oder die Windenergie nutzen. In Zeiten, in denen die Sonne gar nicht scheint, etwa nachts, kann die Anlage Nutzenergie aus Wind erzeugen. Auch an wolkigen, aber windigen Tagen gewährleistet die Anlage gegenüber eine reinen Solar-Anlage eine erhöhte Nutzenergieausbeute. By combining additional wind turbines on a "classic" solar module construction such as a planar solar module arranged on a framework via a frame construction, a higher overall energy yield can be achieved with the combined module. Depending on the current prevailing sun and wind conditions, the system can use solar and / or wind energy. In times when the sun does not shine at night, the system can generate useful energy from wind. Even on cloudy but windy days, the system guarantees a higher solar yield compared to a pure solar system.

Wenn sowohl Wind als auch Sonne zur Verfügung steht, kann die Anlage durch geeignete Ausrichtung die Nutzenergieausbeute gegenüber eine reinen Windkraft-Anlage bzw. gegenüber einer reinen Solar-Anlage merklich erhöhen, in dem die Anlage mittels einer Steuereinrichtung in die zur Energiegewinnung optimale Stellung überführt wird. Die Steuereinrichtung ermittelt basierend auf Wind-Daten, die die Momentan-Windverhältnisse charakterisieren, und/oder basierend auf Sonnen-Daten, die die Momentan-Sonneneinstrahlungsverhältnisse charakterisieren, die die maximal mögliche Momentan-Energieausbeute der Gesamtanlage gewährleistende Stellung. If both wind and sun is available, the system can increase the useful energy yield compared to a pure wind power plant or compared to a pure solar system noticeably by appropriate alignment, in which the plant is transferred by means of a control device in the optimum position for obtaining energy , The controller determines based on wind data characterizing the instantaneous wind conditions and / or based on sun data characterizing the instantaneous solar irradiation conditions that are the maximum possible Current energy yield of the entire plant ensuring position.

Zur Ermittlung der Wind-Daten und/oder Sonnen-Daten kann zusätzlich zum Windkraft-Modul eine vom Windkraft-Modul separate Wind-Erfassung zur Ermittlung von den Momentan-Wind charakterisierenden Wind-Daten und/oder zusätzlich zum Solar-Modul eine vom Solar-Modul separate Sonneneinstrahlungs-Erfassung zur Ermittlung der die Momentan-Sonneneinstrahlung charakterisierenden Sonnen-Daten vorgesehen sein. Wind-Erfassung und Sonnen-Erfassung dienen in diesem Fall nicht zur Energiegewinnung sondern lediglich zur Ermittlung von Daten, die der Anlagensteuerung zugrunde gelegt werden. In order to determine the wind data and / or solar data, in addition to the wind power module, a wind detection separate from the wind power module can be used to determine the wind data characterizing the instantaneous wind and / or in addition to the solar module. Module separate solar radiation detection to determine the solar radiation characterizing the sun data to be provided. Wind detection and detection in this case are not used for energy but only for the determination of data, which are used as a basis for plant control.

Zum Betreiben der Anlage kann intermittierend in vorgegebenen Zeitintervallen oder kontinuierlich die momentan maximal mögliche Momentan-Energieausbeute des Solar-Moduls und die momentan maximalen möglichen Momentan-Energieausbeute des Windkraft-Moduls ermittelt und die Anlage basierend auf diesen Daten in die die maximale Momentan-Energieausbeute der Gesamtanlage gewährleistende Stellung überführt werden. Eine Steuerungseinrichtung errechnet basierend auf den Wind-Daten und/oder den Sonnen-Daten die maximale Momentan-Energieausbeute der Gesamtanlage gewährleistende Stellung und die Anlage wird in diese Stellung überführt. Diese Art der Steuerung ermöglicht es, die optimale Stellung der Anlage kontinuierlich zu überwachen und dabei die Anzahl der Steuerbewegungen möglichst gering zu halten. To operate the system can intermittently at predetermined time intervals or continuously determines the currently maximum possible instantaneous energy yield of the solar module and the momentary maximum possible instantaneous energy yield of the wind turbine module and the system based on these data in the maximum instantaneous energy yield of Whole plant guaranteeing position to be transferred. A control device calculates based on the wind data and / or the sun data, the maximum instantaneous energy yield of the overall system ensuring position and the system is transferred to this position. This type of control makes it possible to continuously monitor the optimum position of the system while keeping the number of control movements as low as possible.

Das Betreiben einer Anlage zur Gewinnung von Nutzenergie wie vorstehend beschrieben ist insbesondere durch die die Verfahrensschritte

– Ermitteln der maximal möglichen Momentan-Energieausbeute des Solar-Moduls,
– Ermitteln der maximalen möglichen Momentan-Energieausbeute des Windkraft-Moduls, und
– Ausrichten der Anlage in die die maximale Momentan-Energieausbeute der Gesamtanlage gewährleistende Stellung gekennzeichnet.

The operation of a plant for obtaining useful energy as described above is in particular by the process steps

Determining the maximum possible instantaneous energy yield of the solar module,
- Determining the maximum possible instantaneous energy yield of the wind turbine module, and
- Aligning the system in the guaranteed the maximum instantaneous energy yield of the entire system designated position.

Dabei kann bevorzugt vorgesehen sein, dass zusätzlich zum Windkraft-Modul (und/oder zusätzlich Solar-Modul eine Wind-Erfassung zur Ermittlung von den Momentan-Wind charakterisierenden Wind-Daten und/oder eine Sonneneinstrahlungs-Erfassung zur Ermittlung der die Momentan-Sonneneinstrahlung charakterisierenden Sonnen-Daten vorgesehen ist, wobei eine Steuerungseinrichtung basierend auf den Wind-Daten und/oder den Sonnen-Daten die maximale Momentan-Energieausbeute der Gesamtanlage gewährleistende Stellung ermittelt und die Gesamtanlage in diese Stellung überführt. In this case, it can preferably be provided that, in addition to the wind power module (and / or additionally solar module, a wind detection for the determination of wind data characterizing the instantaneous wind and / or a solar radiation detection for determining the instantaneous solar radiation characterizing Sun data is provided, wherein a control device based on the wind data and / or the sun data determines the maximum instantaneous energy yield of the overall system guaranteeing position and transferred the entire system in this position.

Ergänzend sei angemerkt, dass im Rahmen dieser Anmeldung der Begriff Solar-Modul sowohl für Photovoltaik-Module als auch für Solarthermie-Module verwendet wird, und das Solar-Modul sowohl aus Photovoltaik-Paneele als auch Solarthermie-Paneele oder einen Kombination hieraus aufweisen kann. In addition, it should be noted that, in the context of this application, the term solar module is used both for photovoltaic modules and for solar thermal modules, and the solar module can comprise both photovoltaic panels and solar thermal panels or a combination thereof.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen. Further features and advantages of the invention will become apparent from the subclaims and from the following description of preferred embodiments with reference to the drawings.

In den Zeichnungen zeigt In the drawings shows

1 eine perspektivische Vorderansicht einer ersten Ausführungsform einer kombinierten Solar-Wind-Anlage 1 a front perspective view of a first embodiment of a combined solar-wind plant

2 eine perspektivische Rückansicht der in 1 gezeigten Ausführungsform, 2 a perspective rear view of in 1 shown embodiment,

3 eine perspektivische Vorderansicht einer zweiten Ausführungsform einer kombinierten Solar-Wind-Anlage, und 3 a front perspective view of a second embodiment of a combined solar-wind plant, and

4 eine perspektivische Rückansicht der in 3 gezeigten Ausführungsform. 4 a perspective rear view of in 3 shown embodiment.

In 1 und 2 ist eine Anlage zur Gewinnung von Nutzenergie aus Sonnenenergie und Windenergie (kombinierte Solar-Wind-Anlage) in einer perspektivischen Vorder- und Rückansicht gezeigt. In 1 and 2 a plant for the production of useful energy from solar energy and wind energy (combined solar-wind plant) is shown in a perspective front and rear view.

Die Anlage weist ein Solar-Modul 1 auf, welches als Teil einer Tragstruktur einen Tragrahmen 2 umfasst, auf dem nebeneinander mehrere Solar-Einzelpaneele 3 angeordnet sind. Das Solar-Modul spannt eine Solar-Modul-Fläche E auf. The system has a solar module 1 on, which as part of a support structure, a support frame 2 includes, on the side by side several solar single panels 3 are arranged. The solar module spans a solar module surface E.

Ebenfalls Teil der Anlage sind Windkraft-Module 4, die in den in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen beispielhaft hinter der bzw. rückseitig zur Ebene E angeordnet sind. Die Windkraft-Module 4 umfassen walzenförmig ausgebildete Windkraft-Turbinen 5 mit Turbinenschaufeln 6. Also part of the system are wind power modules 4 , which are arranged in the embodiments shown in the figures, for example, behind or at the back to the plane E. The wind power modules 4 include cylindrical trained wind turbines 5 with turbine blades 6 ,

In 1 und 2 sind die Drehachsen der Windkraft-Turbinen rückseitig der Ebene E angeordnet und verlaufen parallel zu dieser Ebene sowie zu den im Wesentlichen vertikal stehenden Seitenkanten des Solarmoduls und haben somit eine ebenfalls vertikale Grundausrichtung. Aus 2 ist erkennbar, dass sich die walzenförmigen Windkraft-Turbinen 5 über die gesamte Höhe des Solar-Moduls erstrecken können (rechte und linke Windkraft-Turbine) oder aber sich nur über einen Teil der Gesamthöhe des Solar-Moduls 1 erstrecken können (mittleren beiden Windkraft-Turbinen). In 1 and 2 the axes of rotation of the wind turbines are arranged on the back of the plane E and parallel to this plane and to the substantially vertical side edges of the solar module and thus also have a vertical basic orientation. Out 2 it can be seen that the cylindrical wind turbines 5 can extend over the entire height of the solar module (right and left wind turbine) or only over a part of the total height of the solar module 1 can extend (middle two wind turbines).

Die Windkraft-Module 4 sind an dem Tragrahmen des Solar-Modul 1 s angeordnet und über Lagerschenkel 7 an diesem gehalten. Sie bewegen sich somit mit dem Solar-Modul 1 mit, wenn dieses verschwenkt wird. Das Solar-Modul ist auf einem Ständerwerk 8 angeordnet und mit dem Ständerwerk 8 gelenkig verbunden, so dass das Solar-Modul um eine vertikale Hochachse H gedreht und um eine horizontale Kippachse K gekippt werden kann, um insgesamt in die für eine maximale Energieausbeute optimierte Stellung ausgerichtet werden zu können. Hierzu wirkt eine geeignete Aktuatorik 9 auf das Solar-Modul oder auf das Ständerwerk. The wind power modules 4 are on the support frame of the solar module 1 s arranged and about bearing legs 7 held on this. They thus move with the solar module 1 with, if this is pivoted. The solar module is on a stand 8th arranged and with the framework 8th articulated, so that the solar module can be rotated about a vertical vertical axis H and tilted about a horizontal tilt axis K, in order to be aligned in the overall optimized for maximum energy yield position. For this purpose, a suitable actuator acts 9 on the solar module or on the framework.

Insbesondere in 1 ist ersichtlich, dass die Solar-Einzelpaneele zumindest zum Teil derart voneinander beabstandet sind, dass sich zwischen benachbarten Einzelpaneelen und damit innerhalb der Solar-Modul-Fläche längliche Öffnungen 10 ausbilden, durch die der die Windkraft-Turbinen 5 anströmende Luftstrom hindurchtreten kann, um die Windkraft-Turbinen anzuströmen. In particular in 1 It can be seen that the solar individual panels are at least partially spaced apart such that between adjacent individual panels and thus within the solar module surface elongated openings 10 train through which the wind turbines 5 incoming air flow can pass to flow to the wind turbines.

In dem in den 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Windkraft-Turbinen nicht vertikal, sondern horizontal und damit parallel zu den Horizontalkanten des Solar-Moduls 1 ausgerichtet und auch hier sind durch entsprechende Anordnung der Solar-Einzelpaneele 3 längliche Öffnungen 10 in der Solar-Modul-Fläche ausgebildet, durch die der Wind die Windkraft-Turbinen anzuströmen vermag. Anders als in dem in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind in 3 und 4 zusätzliche Strömungsleitbleche 11 vorgesehen, die aus der von der dem Solarmodul aufgespannten Ebene hervorstehen. Derartige Strömungsleitbleche 11 können, wie in 4 mittels der die Windanströmung veranschaulichenden Pfeile dargestellt, die Strömung einfangen und gezielt zur den Windkraft-Turbinen 5 umleiten, um die Anströmung und damit die Energieausbeute zu verbessern. In the in the 3 and 4 shown embodiment, the wind turbines are not vertical, but horizontal and thus parallel to the horizontal edges of the solar module 1 aligned and also here are by appropriate arrangement of the solar single panels 3 elongated openings 10 formed in the solar module surface through which the wind is able to inflate the wind turbines. Unlike in the in the 1 and 2 shown embodiment are in 3 and 4 additional flow baffles 11 provided, which protrude from the plane defined by the solar module plane. Such flow baffles 11 can, as in 4 illustrated by the arrows illustrating the Windanströmung capture the flow and targeted to the wind turbines 5 divert to improve the flow and thus the energy yield.

Derartige Strömungsleitbleche können auch, wie die in 3 ersichtliche beispielhafte Anordnung eines gestrichelt dargestellten Strömungsleitblechs 11‘ am äußeren Rand des Solar-Moduls zeigt, randseitig am Solar-Modul angeordnet sein, so dass ein seitliches Abfließen der Luftströmung verhindert oder zumindest verringert ist. Such flow baffles can also, as in 3 apparent exemplary arrangement of a dashed illustrated Strömungsleitblechs 11 ' shows at the outer edge of the solar module, be arranged on the edge side of the solar module, so that a lateral flow of the air flow is prevented or at least reduced.

In 4 sind zusätzlich zu den in 3 ersichtlichen Windkraft-Turbinen 4 noch zwei weitere, randseitig am Solar-Modul angeordnete Windkraft-Turbinen 4‘ und 4‘‘ in gestrichelten Linien dargestellt, die eine zusätzlich oder alternativ zu der in 3 gezeigten Anordnung mögliche Anordnung von Windkraft-Turbinen illustrieren sollen. Eine derartige randseitige Anordnung wäre selbstverständlich bei dem in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ebenfalls möglich, auch mit der in diesen 1 und 2 gezeigten im Wesentlichen vertikalen Ausrichtung am rechten und/oder am linken Rand. In 4 are in addition to the in 3 apparent wind turbines 4 two more, at the edge of the solar module arranged wind turbines 4 ' and 4 '' shown in dashed lines, which is an additional or alternative to the in 3 shown arrangement to illustrate possible arrangement of wind turbines. Such edge-side arrangement would of course be in the in the 1 and 2 embodiment shown also possible, even with the in this 1 and 2 shown substantially vertical orientation on the right and / or left edge.

Die in 4 die Wind-Anströmung illustrieren Pfeile verdeutlichen zudem, wie die Solar-Modul-Fläche bei entsprechender Ausrichtung des Solar-Moduls den Wind einfängt und zu den Windkraft-Turbinen 4, 4‘ hinzuleiten vermag. Die Anlage ist damit so konzipiert, dass die Solar-Modul-Fläche als Windeinfangfläche bzw. Luftleitfläche dient, so dass die von einer Windkraft-Turbine nutzbare effektive Anströmfläche insgesamt gegenüber einer alleinstehenden Windkraft-Turbine erhöht ist. Rückseitig der Solar-Modul-Fläche kann der der Windkraft-Turbine durchströmende Luftstrom abgeleitet werden. In the 4 The arrows illustrate how the solar module surface captures the wind with appropriate orientation of the solar module and the wind turbines 4 . 4 ' to be able to lead. The system is thus designed so that the solar module surface serves as a wind capture surface or air guide surface, so that the usable by a wind turbine turbine effective flow area is increased overall compared to a standalone wind turbine. The back of the solar module surface of the wind turbine can flow through the flowing air flow are derived.

Für die Erzeugung der Windenergie mittels der dargestellten Anordnung ebenfalls förderlich ist das zwischen der Anströmseite und der Abströmseite entstehende Druckgefälle. Durch das im Wind stehende Solar-Modul entsteht auf der Anströmseite des Solar-Moduls (der dem Wind zugewandten Seite) ein Staudruck und auf der Abströmseite (der dem Wind abgewandten Seite) des Solar-Moduls ein Unterdruck. For the generation of wind energy by means of the illustrated arrangement also beneficial is the resulting between the inflow and outflow side pressure gradient. By standing in the wind solar module is formed on the upstream side of the solar module (the side facing the wind) a back pressure and on the downstream side (the wind side facing away) of the solar module, a negative pressure.

Die in 4 unten dargestellte Turbine 4‘‘ ist von dem unteren horizontalen Rand etwas beabstandet und ebenfalls derart angeordnet, dass dieser Turbine eine von der Solar-Modul-Fläche separate Windeinfangfläche bzw. Luftleitfläche 12‘‘ sowie ein Strömungsleitblech 11‘‘ zugeordnet ist. In the 4 Turbine shown below 4 '' is slightly spaced from the lower horizontal edge and also arranged such that this turbine has a separate from the solar module surface Windeinfangfläche or air guide surface 12 '' and a flow baffle 11 '' assigned.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Solar-Modul Solar module
2 2: Tragrahmen supporting frame
3 3: Solar-Einzelpaneele Solar panels Single
4 4: Windkraft-Module Wind power modules
5 5: Windkraft-Turbinen Wind power turbines
6 6: Turbinenschaufeln turbine blades
7 7: Lagerschenkel bearing legs
8 8th: Ständerwerk studding
9 9: Aktuatorik actuators
10 10: Öffnungen openings
11 11: Strömungsleitblech flow baffle
12 12: Luftleitfläche air duct
E e: Solar-Modul-Ebene Solar module level
H H: vertikale Hochachse vertical vertical axis
K K: horizontale Kippachse horizontal tilt axis
D D: Drehachse der Windkraft-Turbine Rotary axis of the wind turbine

Claims

Plant for the production of useful energy from solar energy and wind energy, comprising - a planar solar module ( 1 ) for obtaining useful energy from sunlight, as well At least one wind power module ( 4 ) with a wind turbine ( 5 ) for obtaining useful energy from wind, characterized in that the wind turbine ( 5 ) is a radial turbine and the flat solar module ( 1 ) is arranged.

Plant according to claim 1, characterized in that the wind turbine ( 5 ) on the planar solar module ( 1 ) is arranged at the edge.

Installation according to one of the two preceding claims, characterized in that within the planar solar module ( 1 ) elongated openings ( 10 ) are provided in and / or behind which the wind turbine ( 5 ) is arranged.

Plant according to the preceding claim, characterized in that the oblong openings ( 10 ) by an arrangement of individual panels ( 3 ) on the supporting structure ( 2 ) are produced, are arranged in the individual panels of each adjacent individual panels such that between the edges of the mutually adjacent individual panels, the elongated opening ( 10 ) trains.

Installation according to one of the preceding claims, characterized in that the planar solar module ( 1 ) spans a solar module plane E and the axis of rotation D of the wind turbine ( 5 ) is aligned parallel to the solar module plane E.

Installation according to one of the preceding claims, characterized in that the wind turbine ( 5 ) a roller-shaped turbine with radially outwardly extending from a substantially cylindrical body radially outward turbine blades ( 6 ).

Installation according to one of the preceding claims, characterized in that the wind turbine ( 5 ) a plurality about a rotation axis D of the wind turbine ( 5 ) arranged on both sides flow around profile surfaces, rotate about the axis of rotation D.

Installation according to one of the preceding claims, characterized in that the turbine of the wind turbine ( 5 ) Rotational body formed during rotation of the of the flat solar module ( 1 ) penetrated solar module level E penetrates.

Plant according to the preceding claim, characterized in that the axis of rotation D is behind the solar module level E.

Installation according to one of the preceding claims, characterized in that on the planar solar module ( 1 ) Flow guiding devices ( 11 . 11 ' ) are provided.

Plant according to the preceding claim, characterized in that the flow guiding devices ( 11 . 11 ' ) protruding from the solar module level E Strömungsleitblechen ( 11 . 11 ' ) are formed, which are aligned transversely and / or perpendicular to the axis of rotation of the wind turbine.

Installation according to one of the two preceding claims, characterized in that the flow guiding devices ( 11 ' ) are arranged parallel to the main direction of flow to the solar module ( 1 ) to channel incoming wind.

Plant according to one of the three preceding claims, characterized in that the flow guiding devices ( 11 ) perpendicular to the main flow direction.

Installation according to one of the preceding claims, characterized in that in addition to the at least one wind power module ( 4 ) is provided separate from the wind power module wind detection for determining the instantaneous wind characterizing wind data and / or additional solar module separate from the solar module solar radiation detection for determining the instantaneous solar radiation characterizing sun data is provided ,

Installation according to one of the preceding claims, characterized in that a control device is provided based on the instantaneous wind characterizing wind data and / or the instantaneous solar radiation characterizing sun data the di maximum instantaneous energy yield of the overall system ensuring position can detect.