DE29614614U1 - Netzunabhängige Generatoranlage - Google Patents

Netzunabhängige Generatoranlage

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Description

Herbert Beuermann 21. Aug. 1996
Finca Saboner Ne/bla (all0120)
03108 Torremanzanas/Alicante P96555DE00 Spanien
Netzunabhängige Generatoranlage
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Stromgeneratoranlage mit einem Windrad und einem elektrischen Generator und mit Batterien zur netzunabhängigen Energieversorgung isolierter Verbraucher. Derartige Anlagen werden zur Versorgung von einzelstehenden Häusern oder Anlagen in Gebieten mit schwach ausgebildeter Infrastruktur verwendet. Unter dem Gesichtspunkt der besseren Nutzung regenerativer Energien werden sie jedoch auch in entwickelten Gebieten zunehmend eingesetzt, wobei bei Energieerzeugungsüberschuß eine Einspeisung ins Netz erfolgen kann.
Neben Windenergie wird auch Sonnenenergie als regenerative Energie mittels Solargeneratoren in elektrische Energie umgewandelt. Diese steht jedoch in stärkerem Maße als die Windenergie tageszeiten- und jahreszeitenabhängig nicht oder nicht ausreichend zur Verfügung. Gerade in den Abend-, Nacht- und Morgenstunden ist jedoch der Energiebedarf infolge Verbrauchs für Licht, Heizung, Fernsehen usw. besonders groß. Eine ausschließliche Versorgung von Häusern oder Anlagen, die nicht an das Stromnetz angeschlossen sind, mit Solargeneratoren würde hier eine Ergänzung durch verbrennungsmotorgetriebene Generatoren erfordern, mit den Nachteilen der Geräuschbelästigung, Abgaserzeugung und zusätzlicher Brennstoffkosten.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Windenergie für die Energieversorgung isolierter Verbraucher in verbesserter Weise zu nutzen. Die Lösung hierfür
besteht darin, daß das Windrad eine senkrechte Welle mit zumindest drei an radialen Armen im Drehsinn gleichsinnig angeordneten Kugelhalbschalen umfaßt.
Hiermit steht eine Generatoranlage zur Verfügung, deren Windgenerator auch bei relativ geringer Aufstellungshöhe und bei niedriger Windgeschwindigkeit eine zufriedenstellende Leistung abgibt. Die Anlage ist leicht transportabel und montierbar und arbeitet geräusch- und schwingungsarm. Die um eine vertikale Welle drehenden offenen Halbkugelschalen haben ein fast ideales Verhältnis zwischen Luftwiderstandsfläche und Luftwiderstandsbeiwert. Besonders vorteilhaft gegenüber den verbreiteten Propelleranlagen mit horizontaler Drehachse ist hierbei, daß eine windrichtungsunabhängige Betriebsbereitschaft gegeben ist, wobei sogar Auf- oder Abwinde direkt in eine Drehung der Welle umgesetzt werden. Dies ist beispielsweise besonders vorteilhaft bei einer Montage auf Hausdächern, wo die entsprechenden Preßwinde oder Aufwinde genutzt werden können.
Ein hochwertiger, an den Einsatzfall angepaßter 12-Volt oder 24-VoIt Generator kann über eine mechanische Übersetzungsstufe vom Windrad angetrieben werden, dessen AusgancfS leistung nahezu direkt von der Drehzahl des Windrades abhängig ist.
Um auch bei sehr niedriger Windgeschwindigkeit in Betrieb gehen zu können, ist in bevorzugter Ausgestaltung eine Steuerschaltung vorgesehen, die einen batteriegetriebenen Motorbetrieb des Generators periodisch aufschaltet, um die Stillstandsreibung im Generatorantrieb zu überwinden, so daß dann gegebenenfalls das Windrad unter Überwindung der geringeren Laufreibung im Generatorantrieb und unter Energieerzeugung weiterläuft. Die Schaltung für einen Startimpuls kann entweder nach einem festen Schalttakt aktiviert werden, wobei bei bereits laufendem Windrad bevorzugt eine Unterdrückung des Schaltvorganges erfolgt. Alternativ kann in Abhängigkeit von einer Stillstandszeit die Schaltung für einen Startimpuls aktiviert werden. Die Aiifschaltung kann auch
in Abhängigkeit von einer Mindestwindgeschwindigkeit erfolgen, für die dann ein Anemometer als Erfassungs- und Steuereinheit vorgesehen werden muß.
In bevorzugter Weise wird der Generator und die Batterien in einem Gehäuseblock wartungsfrei gekapselt, wobei ein Gestell für den Gehäuseblock gleichzeitig zum relativ hohen Aufständern des Windrades dienen kann. Im Gehäuseblock befinden sich neben den Batterien Laderegler, Wechselrichter und die erforderlichen Sicherheitskomponenten, während ausschließlich eine Kabel- oder Steckdosenverbindung aus dem Gehäuseblock herausführt. Der Generator kann jedoch auf mit vorhandenen entfernt angeordneten Batterien verschaltet werden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß ein Solargenerator parallel zum elektrischen Generator geschaltet wird, der ebenfalls zur Speisung der Batterien dient. Hiermit wird eine ideale Ergänzung vorgenommen, die insbesondere dem Umstand Rechnung trägt, daß bei sonnigem, wolkenlosem Wetter in der Regel geringere Windstärken herrschen, so daß bei verminderter Windenergie die dann in erhöhtem Maße zur Verfügung stehende Sonnenenergie genutzt werden kann. Nach einer bevorzugten Ausführung ist vorgesehen, daß die Solarzellenmodule des Solargenerators um eine etwa senkrecht zum. mittleren mittäglichen Sonneneinstrahlwinkel in einer Fallinie angeordnete Achse schwenkbar angeordnet sind. Hiermit ist es zunächst möglich, bei einer nur grob ausgerichteten Aufstellung des Gestells für den Gehäuseblock, die von äußeren Bedingungen, beispielsweise einer Dachkonstruktion/ abhängig sein kann, anschließend den Ausrichtwinkel der Solarzellenmodule noch zu optimieren. Bei fester Einstellung sollte hierbei selbstverständlich eine Ausrichtung nach Süden erfolgen, die dann fixiert wird. In bevorzugter Weise ist jedoch vorgesehen, daß die Solarzellenmodule über einen batteriegetriebenen selbsthemmenden Getriebemotor verstellbar sind, mit dem die Solarzellenmodule periodisch dem Sonnenstand nachgeführt werden. Durch die geneigte Achse wird nicht nur eine
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himmelsrichtungsabhängige Nachführung, sondern auch eine einstrahlwinke labhängige Nachführung vorgenommen. Hierfür kann eine reine Zeittaktsteuerung vorgesehen werden, wobei eine Rückführung in den Nachtstunden möglich ist. Es ist jedoch auch eine vom Sonnenstand sensorgesteuerte Ausrichtung möglich, wobei eine Rückführung dann bei Sonnenaufgang angesteuert wird. Der Sonnengenerator kann gegebenenfalls auch vom Gehäuseblock bzw. dem Gestell entfernt angeordnet sein.
Im günstigsten Fall umfaßt die erfindungsgemäße Stromgeneratoranlage alle der zuvor genannten Komponenten, wobei eine vollständige Integration aller elektrischen Komponenten innerhalb des Gehäuseblocks erfolgt. Hierbei sind das Windrad und die Solarzellenmodule leicht demontierbar außerhalb angeordnet, so daß eine kompakte, transportable und anschlußfertige Energieversorgungseinheit zum schnellen Aufbau zur Verfügung steht. Bei geeigneten wartungsfreien Batterien steht über lange Zeiträume eine verläßliche und servicefreie Energieversorgungseinheit zur Verfügung. Das Gestell besteht bevorzugt aus vier gespreizten Stützfüßeji, die oben mit einer Kopfplatte verbunden sind, auf die der Gehäuseblock aufgesetzt ist. Eine besondere Verankerung der Stützfüße ist in der Regel nicht erforderlich. Zum Ausgleich von Geländeunebenheiten kann zumindest einer der Stützfüße längenverstellbar sein. Der Generatorblock mit Batterien, Ladereglern, Wechselregler und Steuerungseinheiten ist für schwierigen Transport im Gelände und auf See geeignet, so daß insbesondere auch eine Anwendung im militärischen Bereich denkbar ist. Der Wechselrichter liefert den für handelsübliche Verbraucher notwendigen Wechselstrom von 230 V mit einem sinusförmigen Spannungsverlauf von 50 oder 60 Hz, so daß auch eine Versorgung empfindlicher elektronischer Komponenten möglich wird, wie insbesondere für netzunabhängige Verbraucher im militärischen und wissenschaftlichen Bereich häufig erforderlich.
Anwendungsorte bzw. -fälle sind damit einzeln stehende ständig oder nur zeitweise bewohnte Häuser, zivile oder militärische
Camps, Siedlungen in Entwicklungsländern, Wasserpumpenanlagen, Wasserentsalzungsanlagen, Notstromaggregate für Hotels, Krankenhäuser usw., Notstromaggregate für EDV-Anlagen, die Beleuchtung von ortsfernen Straßen, Kreuzungen, Ein- oder Ausfahrten, isoliert liegende Ampelanlagen, isoliert liegende Funk- oder Relaisstationen, Schiffe und Yachten.
Bevorzugte Ausführungen der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen beschrieben.
Es zeigen
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Stromgeneratoranlage mit einem Windrad und einem Generator- und Batterieblock
a) in Ansicht
b) in Draufsicht;
Fig. 2 eine erfindungsgemäße Stromgeneratoranlage mit einem Windrad und einem Generator- und Batterieblock sowie einem zusätzlichen Solargenerator
a) in Ansicht
b) in Draufsicht?
Fig. 3 die Installation einer Stromgeneratoranlage nach Fig. 2 auf einem Haus;
Fig. 4 einen Schaltplan einer erfindungsgemäßen Stromgeneratoranlage nach Fig. 2 in teils bildlicher, teils symbolischer Darstellung.
Die Figuren la und Ib werden nachstehend gemeinsam beschrieben. Es ist eine Windgeneratoranlage 11 erkennbar, die auf einem vierbeinigen Gestell 12 aufgeständert ist und auf diese Weise in einiger Höhe über dem Boden angeordnet ist. Ein Windrad 13 sitzt
auf einem elektrischen Generator 14, dessen Welle 15 vertikal angeordnet ist und auf dessen Wellenzapfen eine Hülse 16 sitzt. An dieser Hülse 16 sind gleichmäßig umfangsverteilt drei horizontale Arme 17 angeordnet, an denen offene Halbschalen 18 jeweils mit etwa radial zur Achse verlaufender Öffnungsebene angeordnet sind. Am oberen Ende des Gestells 12 ist ein Gehäuseblock 19 aufgesetzt, der zum Teil den elektrischen Generator 14 aufnimmt, insbesondere jedoch Batterien und elektrische Schaltungen .
Die Figuren 2a und 2b werden nachstehend gemeinsam beschrieben. In weitgehender Übereinstimmung mit der Ausführung nach Figur 1 ist auch hier ein Windgenerator 11 mit einsam Gestell 12 auf dem Boden aufgeständert. Der elektrische Generator 14 sowie die Teile 16, 17, 18 des Windrades 13 sind in gleicher Weise vorhanden. Das Gestell 12 trägt nicht nur den Gehäuseblock 19, sondern hat auch eine bis auf den Boden reichende weitere Verkleidung 20 mit einer Tür 27. Seitlich ist am Gestell 12 eine Rohrkonstruktion 22 angesetzt, die einen Solargenerator 21 mit zwei Solarzellenmodulen 23, 24 trägt, die mittels zweier Scharniere 25, 26 um eine etwa senkrecht zur mittleren Sonneneinstrahlung ausgerichtete schräge Achse schwenkbar sind. Innerhalb der Verkleidung 20 können sich Antriebsteile für die Solarzellenmodule 23, 24 sowie elektrische Schaltungen, die den Solargenerator 21 bilden, sowie weitere Batterien befinden.
In Figur 3 ist die erhöhte Anbringung eines Windgenerators 11 und eines Solargenerators 21 auf dem Dach 31 eine Hauses 32 erkennbar. Es ist dargestellt, daß das Gestell 12 an den jeweiligen Aufstellungsort anzupassen ist, wobei eine höchstmögliche Aufständerung der Anlage angestrebt werden soll.
In Figur 4 ist ein Schaltplan gezeigt, in dem der Windgenerator 11 und der Solargenerator 21 bildhaft dargestellt sind. Außerdem sind jeweils in symbolischer Darstellung Laderegler 33, 34 erkennbar, die auf zwei 24-Volt Batterien 35, 36 geschaltet sind.
Daran anschließend ist ein Wechselrichter 38 erkennbar, der
50 Hz Wechselstrom bei 230 Volt liefert und über den von einem äußeren z. B. verbrennungsmotorisch angetriebenen Generator ein Nachladen der Batterien bei erhöhtem Verbrauch bzw. unzureichender Stromerzeugung durch den Sonnengenerator und den Windgenerator erfolgen kann. Die elektrischen Leistungswerte der einzelnen Komponenten sind jeweils eingezeichnet.
Herbert Beuermann 21. Aug. 1996
Finca Saboner Ne/bla (all0120)
03108 Torremanzanas/Alicante P96555DE00 Spanien
Netzunabhängige Generatoranlage
Bezugszeichenliste
11 Windgenerator
12 Gestell
13 Windrad
14 elektrischer Generator
15 Welle
16 Hülse
17 Arm
18 Ha lbkuge1s chaIe
19 Gehäuseblock
20 Verkleidung
21 Solargenerator
22 Gestell
23 Solarzellenmodul
24 Solarzellenmodul
25 Scharnier
26 Scharnier
27 Tür
31 Dach
32 Haus
33 Laderegler
34 Laderegler
35 Batterie
36 Batterie
37 -
38 Wechselrichter

Claims (13)

Herbert Beuermann 21. Aug. 1996 Finca Saboner Ne/bla (all0120) 03108 Torremanzanas/Alicante P96555DE00 Spanien Netzunabhängige Generatoranlage Schutzansprüche
1. Stromgeneratoranlage mit einem Windrad. (13) und einem elektrischen Generator (14) zum Laden von Batterien (35, 36) zur netzunabhängigen Energieversorgung isolierter Verbraucher ,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Windrad (13) eine senkrechte Welle (15) mit zumindest drei an radialen Armen (17) im Drehsinn gleichsinnig angeordneten Kugelhalbschalen (18) umfaßt.
2. Stromgeneratoranlage nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Steuerschaltung für einen batteriegetriebenen Motorbetrieb des Generators (14) zum Start des Windrades (13) vorgesehen ist.
3. Stromgeneratoranlage nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerschaltung eine Stillstandszeiterfassung zum periodischen Aufschalten des batteriegetriebenen Motorbetriebs umfaßt.
4. Stromgeneratoranlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerschaltung eine feste Zeittaktschaltung zum periodischen Aufschalten des batteriegetriebenen Motorbetriebes umfaßt.
5. Stromgeneratoranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der elektrische Generator (14) und die Batterien (35, 36) in einem gemeinsamen Gehäuseblock (19) eingeschlossen sind.
6. Stromgeneratoranlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der Gehäuseblock (19) auf einem Gestell (12) aufgeständert ist.
7. Stromgeneratoranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Solargenerator (21) parallel zum elektrischen Generator (14) mit den Batterien (35, 36) verschaltet ist.
8. Stromgeneratoranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß Solarzellenmodule (23r 24) des Solargenerators (21) um eine etwa senkrecht zur mittleren mittäglichen Sonnenein-
Strahlung in einer Fallinie angeordnete Achse schwenkbar am Gestell (12) angeordnet sind.
9. Stromgeneratoranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Solarzellenmodule (23, 24) über einen batteriegetriebenen selbsthemmenden Getriebemotor verstellbar sind.
10. Stromgeneratoranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß der Getriebemotor für die Solarzellenmodule (23, 24) innerhalb des Gehäuseblocks (19) angeordnet ist.
11. Stromgeneratoranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Steuerschaltung für den Getriebemotor vorgesehen ist, die diesen vom Sonnenstand sensorgesteuert periodisch aufschaltet.
12. Stromgeneratoranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Steuerschaltung für den Getriebemotor vorgesehen ist, die diesen nach einem festen Zeittakt periodisch aufschaltet.
13. Stromgeneratoranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
daß den Batterien (35, 36) ein Wechselrichter (38) nachgeschaltet ist.
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