DE29705410U1 - Combined wind / solar power machine - Google Patents

Combined wind / solar power machine

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Description

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WIND-/SOLAR-KRAFTMASCHINE
Be s ehre ibung WIND/SOLAR POWER ENGINE
Honor

Die Erfindung geht aus von einer Energieanlage, die sich auf einem Turm, Gestell, Dach oder ähnlichem befindet und sowohl eine Vorrichtung zur Ausnutzung der Windenergie (Windkraftanlage) wie auch eine Vorrichtung zur, Ausnutzung der Sonnenenergie (Solaranlage)besitzt.The invention is based on an energy plant that is located on a tower, frame, roof or similar and has both a device for utilizing wind energy (wind turbine) and a device for utilizing solar energy (solar system).

Eine Windkraftanlage dieser Art ist bekannt aus dem Europa Patent 0317618 bzw. USA 5,044,878 oder ähnliche Solaranlagen (Stromerzeuger) für diesen Einsatz sind ebenfalls allgemein bekannt.A wind turbine of this type is known from the European Patent 0317618 or USA 5,044,878 or similar solar systems (power generators) for this application are also generally known.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftmaschine einsetzen zu können, die sowohl im Inselbetrieb den größten Strombedarf nahezu ganztägig abdekken kann und auch im Netzbetrieb den größten elektrischen Strombedarf selbst abdecken kann, wobei während der Nacht ein erheblicher Anteil an das Netz abgegeben werden kann.The present invention is based on the object of being able to use a power machine which can cover the largest electricity demand almost all day long both in island operation and can also cover the largest electrical power demand itself in grid operation , whereby a considerable proportion can be fed into the grid during the night.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß 1.) eine WKA eingesetzt wird, die schon bei den überwiegend vorherrschenden Schwachwinden ( 1-6 m/sec ) anteiligen Strom liefert und 2.) eine Solaranlage eingesetzt wird, die schon bei schwachem Tageslicht anteiligen Strom liefert. Beide Systeme ergänzen sich.This problem is solved according to the invention by 1.) using a wind turbine that supplies a proportion of electricity even in the predominantly low winds (1-6 m/sec) and 2.) using a solar system that supplies a proportion of electricity even in weak daylight. Both systems complement each other.

Bekannterweise sind im Regelfall die hohen Windgeschwindigkeiten bei starker Wolkenbildung und starker Sonnenstrahlung meist mit wenig Wind verbunden. So ergänzen sich beide Systeme nahezu ideal und können den elektrischen Strombedarf fast ganztägig abdecken.As is well known, high wind speeds are usually associated with little wind when there is heavy cloud formation and strong solar radiation. The two systems therefore complement each other almost perfectly and can cover the electrical power demand almost all day long.

Im Inselbetrieb kann der Restbedarf über ein Reservestromsystem (Batterien, Verbrennungsmaschinen usw.) abgedeckt werden.In island operation, the remaining demand can be covered by a reserve power system (batteries, combustion engines, etc.).

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Im Netzbetrieb kann der Restbedarf dem Netz entnommen werden, und der überschüssige Strom (z.B. bei Nacht) kann an das Netz abgegeben werden.
5In grid operation , the remaining demand can be taken from the grid and the surplus electricity (e.g. at night) can be fed into the grid.
5

In der folgenden Beschreibung werden 5 Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen WIND-ZSOLAR-KRAFTMASCHINE unter Bezugnahme auf die Zeichnungen FIG. 1-5 näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen:In the following description, 5 embodiments of the WIND-SOLAR POWER MACHINE according to the invention are explained in more detail with reference to the drawings FIGS. 1-5. The drawings show:

FIG 1) eine Seitenansicht und die Draufsicht der kombinierten Wind-Solaranlage mit kippbaren Solarplatten, FIG 2) eine Seitenansicht und eine Draufsicht der kombinierten Wind-Solaranlage mit mitdrehenden Solarplatten FIG 3) eine Seitenansicht und eine Draufsicht der kombinierten Wind-Solaranlage mit mitdrehenden Solarplatten für den Antrieb einer biologischen Wasserreinigungsanlage FIG 4) eine Seitenansicht einer Wind/Solar angetriebenen drehenden Werbeanlage mit möglicher autonomer Beleuchtung FIG 5) eine Seitenansicht und eine Draufsicht der kombinierten Wind-Solaranlage mit mitdrehehenden Solarplatten für mobile Wasserforder- und Pumpstationen.FIG 1) a side view and a top view of the combined wind-solar system with tiltable solar panels, FIG 2) a side view and a top view of the combined wind-solar system with rotating solar panels FIG 3) a side view and a top view of the combined wind-solar system with rotating solar panels for driving a biological water purification system FIG 4) a side view of a wind/solar powered rotating advertising system with possible autonomous lighting FIG 5) a side view and a top view of the combined wind-solar system with rotating solar panels for mobile water conveying and pumping stations.

FIG 1) a) Der leistungsstarke vertikal laufende Rotor(11) dient zur Stromerzeugung mit einem Generator b) Die in Sonnenrichtung stehenden Solaranlagen (12+13) am Dach (17) und am Windleitblech (14) dienen ebenfalls zur Stromerzeugung.FIG 1) a) The powerful vertically running rotor (11) is used to generate electricity with a generator b) The solar panels (12+13) on the roof (17) and on the wind deflector (14) facing the sun also serve to generate electricity.

Beide zusammen sorgen im Inselbetrieb für nahezu ganztägige Stromverfügbarkeit.
Der Restbedarf kann über Batterien abgedeckt werden.Both together ensure almost all-day power availability in island operation.
The remaining demand can be covered by batteries.

Bei Netzbetrieb kann der restliche Strombedarf dem Netz entnommen werden und der Überschuß dorthin zurückgegeben werden.
35When operated from the grid , the remaining power requirement can be taken from the grid and the surplus can be fed back there.
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Die rundum angebrachten Windleitbleche(14)sorgen für bessere Windausnutzung. Die Befestigungsstangen(15) oberhalb des Turmes(16)sorgen für den Abstand zwischen BodenThe wind deflectors (14) fitted all around ensure better use of the wind. The fastening rods (15) above the tower (16) ensure the distance between the ground

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und Dach (17),den der Rotor braucht, damit die drehbare Lagerung für größere Rotoren, oben und unten, möglich ist.and roof (17) that the rotor needs to enable the rotating bearing for larger rotors, top and bottom.

Als EINE EINHEIT erreicht diese beschriebene Kraftmaschine eine noch nie erreichte zeitliche Stromverfügbarkeit aus Wind und Sonne, und in Verbindung mit Wasserkraft, Erdwärme und anderen regenerativen Energiequellen kann z.B. ein Haushalt vollkommen unabhängig umweltfreundlich versorgt werden.As ONE UNIT, this described power machine achieves a previously unattained level of temporal availability of electricity from wind and sun, and in combination with hydropower, geothermal energy and other renewable energy sources, a household, for example, can be supplied with electricity in a completely independent and environmentally friendly manner.

FIG 2) Systembedingt erreicht der vom Wind angetriebene vertikal laufende Rotor(1)ein hohes Drehmoment bei niedriger Drehzahl. Diese Eigenschaft erlaubt auch die Mitwirkung von langsam drehenden Solarplatten(2) zur Energieausnutzung aus der Sonne.FIG 2) Due to the system, the vertically rotating rotor (1) driven by the wind achieves a high torque at low speed. This property also allows the use of slowly rotating solar panels (2) to exploit energy from the sun.

Abwechselnd oder zusammen erreichen beide Systeme eine Langzeit-Stromversorgung.Alternately or together, both systems achieve long-term power supply.

Durch die gegenseitige Wind/Solar-Unterstützung bei der Energiegewinnung können auch bisher nicht genutzte, doch sehr häufig auftretende Schwachwinde ab 1 m/sec bei Lichteinstrahlung, mitgenutzt werden.Through the mutual support of wind and solar energy in energy production, previously unused but very common weak winds of 1 m/sec or more in the presence of light can also be used.

Nahezu ganztägige Stromverfügbarkeit wegen:Almost all-day power availability due to:

1. Bedecktes Tageslicht mit Normalwind oder1. Cloudy daylight with normal wind or

2. starker Wind ohne Sonnenstrahlung oder2. strong wind without solar radiation or

3. starke Sonnenstrahlung ohne Wind oder3. strong solar radiation without wind or

4. starke Sonnenstrahlung mit starkem Wind. 304. strong solar radiation with strong wind. 30

Die Voraussetzung 1.- 3. ergeben fast immer die Nennleistung der Komplettanlage.
Die Voraussetzung 4.ergibt die MaximalIeistung der Anlage.Requirements 1 to 3 almost always result in the nominal output of the complete system.
Condition 4 gives the maximum performance of the system.

Ein Abschalten der Anlage bei Sturmstärke ist svstembedingt nicht erforderlich und empfehlenswert wegen der niedrigen Drehzahl des Rotors.Due to the nature of the system, it is not necessary to switch off the system during storms and is recommended due to the low speed of the rotor.

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Der Elektromotor(5)wird von der Solaranlage(2)versorgt und unterstützt über einen Antrieb(&bgr;)den windgetriebenen Rotor und führt zur Gesamtleistung der Anlage. Der Antrieb (6) ist fest am Gestell (A) verbunden. Die Achse(10)ist fest am Rotor verbunden und treibt über einen Antrieb den GENERATOR(3)an. Zwei Lager(7)oben und unten am Gestell(8) halten den ROTOR in seinem Lauf stabil. Sie befinden sich, hier im Beispiel auf einem Turm(9).The electric motor (5) is supplied by the solar system (2) and supports the wind-driven rotor via a drive (β) and leads to the overall power of the system. The drive (6) is firmly connected to the frame (A). The axle (10) is firmly connected to the rotor and drives the GENERATOR (3) via a drive. Two bearings (7) at the top and bottom of the frame (8) keep the ROTOR stable in its rotation. In this example, they are located on a tower (9).

Somit erreichen die hier beschriebenen WIND/SOLAR-ANLAGEN eine nahezu ganzjährige Stromverfügbarkeit, und wegen der niedrigen Herstellungskosten (Simple-Technik) amortisiert sich die Anlage in kurzer Zeit und bietet eine besonders große Chance den Entwicklungsländern für eine bessere Lebensqualität.The WIND/SOLAR SYSTEMS described here therefore achieve almost year-round electricity availability, and due to the low production costs (simple technology) the system pays for itself in a short time and offers developing countries a particularly great opportunity for a better quality of life.

FIG 3) Ähnlich wie in FIG 2) beschrieben, dreht sich der ROTOR langsam. Gemeinsam mit der auf dem ROTOR befindlichen SOLARANLAGE erreicht die KOMBIANLAGE eine Hoch- und Dauerleistung, die hier für die biologische Reinigung des Wassers per BIORAD(25) erreicht wird.FIG 3) Similar to FIG 2), the ROTOR rotates slowly. Together with the SOLAR SYSTEM on the ROTOR, the COMBINATION SYSTEM achieves high and continuous performance, which is achieved here for the biological purification of the water using BIORAD(25).

Ein ähnliches BIORAD wird bereits weltweit für die Wasserreinigung eingesetzt, jedoch mit Stromversorgung per Kabel.A similar BIORAD is already being used worldwide for water purification, but with a cable power supply.

Bei dieser erfindungsgemäßen Anlage findet der Antrieb mechanisch durch überlaufendes Wasser aus der Wasserförderschnecke (23) statt. Das Wasser fällt in rundum verteilte Behälter (26), deren gefülltes Gewicht für die langsame Drehung des BIORADES sorgt.In this system according to the invention, the drive is mechanically provided by overflowing water from the water conveyor screw (23). The water falls into containers (26) distributed all around, the filled weight of which ensures the slow rotation of the BIORADES.

Die Wasserförderschnecke wird, ähnlich wie in FIG 2 beschrieben, von der WIND/SOLAR-ANLAGE fast ganztägig angetrieben. The water conveyor screw is driven by the WIND/SOLAR SYSTEM almost all day long, similar to that described in FIG 2.

Die Wasserförderschnecke ist über ein Kardangelenk (3 0) mit dem ROTOR verbunden. Das Kardangelenk (3 0) sorgt fürThe water conveyor screw is connected to the ROTOR via a cardan joint (3 0). The cardan joint (3 0) ensures

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den festen Halt und für die Drehung der Förderschnecke (23).the firm hold and rotation of the conveyor screw (23).

Die Wasserförderschnecke läuft auf 2-3 Rollen, die sich zweckmäßigerweise oberhalb der Wasserfläche befinden. Auf Bootskörpern (27), Befestigungen (28) und Querträgern (29) liegt die gesamte Anlage für Wasserreinigung und Sauerstoffzufuhr für Gewässer.The water conveyor screw runs on 2-3 rollers, which are conveniently located above the water surface. The entire system for water purification and oxygen supply to bodies of water is located on boat hulls (27), fastenings (28) and cross beams (29).

Solche Anlagen werden dringend in Entwicklungsländern benötigt und weltweit für z.B. Shrimpsfarmen, Forellenteiche und überall, wo sauberes Wasser benötigt wird und auch keine elektrische Stromversorgung vorhanden ist.Such systems are urgently needed in developing countries and worldwide for example for shrimp farms, trout ponds and anywhere where clean water is needed and there is no electricity supply.

FIC 4) Ähnlich wie in FIG 2 beschrieben, dreht sich ein Werbeträger(31), vorzugsweise mit Windkanten(31a), vom mitdrehenden Elektromotor (35) angetrieben.FIC 4) Similar to that described in FIG 2, an advertising medium (31), preferably with wind edges (31a), rotates, driven by the rotating electric motor (35).

Der Elektromotor wird stromversorgt von der auf den Werbeflächen befindlichen langsam drehenden Solaranlage (32). Werbeflächen, Solaranlage und Elektromotor drehen sich um eine Achse(40'), an der der Antrieb (36) befestigt ist. Die Beleuchtung des Werbeträgers erfolgt vorzugsweise von innen. Auch die Beleuchtung für die wettergeschützte Sitzmöglichkeit (37) an Bushaltestellen, Parks, Grünflächen, Wanderwegen usw., wie hier in dem Beispiel gezeigt, sollte vorzugsweise über eine Batterieversorgung erfolgen, damit eine ständige Stromverfügbarkeit bis Mitternacht gesichert ist. Die Überdachung(33)der Sitzgelegenheit(37)sorgt für Schutz gegen Sonnenstrahlung, Regen usw. weltweit.The electric motor is powered by the slowly rotating solar system (32) on the advertising space. The advertising space, solar system and electric motor rotate around an axis (40') to which the drive (36) is attached. The advertising medium is preferably illuminated from the inside. The lighting for the weather-protected seating (37) at bus stops, parks, green spaces, hiking trails, etc., as shown in the example here, should also preferably be powered by a battery so that constant power is available until midnight. The roof (33) of the seating (37) provides protection against solar radiation, rain, etc. worldwide.

FIG 5) Ähnlich wie in FIG 2 beschrieben, dreht sich der WIND/SOLAR-ROTOR{41)mit der Achse(10)und der mitdrehenden Solaranlage(42).
35FIG 5) Similar to FIG 2, the WIND/SOLAR ROTOR{41) rotates with the axis(10) and the rotating solar system(42).
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Über einen Elektromotor(5) wird die Kraft auf ein am Turm (48) befestigtes Antriebsrad(6)oder ähnliches abgegeben.The power is transmitted via an electric motor (5) to a drive wheel (6) or similar attached to the tower (48).

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Das hier beschriebene duale System kann die Wasserförderschnecke nahezu den ganzen Tag antreiben und Wasser für Reisfelder, Shrimpsfarmen, Forellenteiche usw. hoch fördern.
5The dual system described here can drive the water conveyor screw almost all day long and pump water up for rice fields, shrimp farms, trout ponds, etc.
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Sie kann als stationäre Anlage oder, wie hier gezeigt, als mobile Anlage eingesetzt werden.It can be used as a stationary system or, as shown here, as a mobile system.

Als mobile Wasserpumpanlage ist sie besonders in Entwicklungsländern sehr wichtig, da der Bedarf sich häufig örtlich verändert (Wasserabgabezeiten). Es können Laufräder (43)angebracht werden. Durch die Stützvorrichtungen (45)kann für senkrechte Stellung der Anlage gesorgt werden.
15As a mobile water pumping system, it is particularly important in developing countries, as the demand often changes locally (water delivery times). Impellers (43) can be attached. The support devices (45) can be used to ensure that the system is positioned vertically.
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Die Wasserförderschnecke(23)kann durch Verschieben der Laufrollen(44)dem jeweiligen Wasserspiegel angepaßt werden. The water conveyor screw (23) can be adjusted to the current water level by moving the rollers (44).

Claims (13)

W18G971 -7-W18G971 -7- Schutzansprüche :Protection claims: 1 Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischer und mechanischer Energie aus WIND und SONNE, bestehend aus einem vertikal drehenden Windrotor und einer Solaranlage, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Windrotor um eine Achse dreht, um elektrische und mechanische Energie zu erzeugen und daß sich eine Solaranlage oberhalb des Windrotors befindet, um elektrische Energie zu erzeugen.1 Device for generating electrical and mechanical energy from WIND and SUN, consisting of a vertically rotating wind rotor and a solar system, characterized in that the wind rotor rotates about an axis to generate electrical and mechanical energy and that a solar system is located above the wind rotor to generate electrical energy. 2 Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie (FIG 1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein vertikal laufender Rotor(11)mit einer Achse(10) zwisehen Turm(16)und Dach(17)dreht, oben und unten gelagert ist und von mindestens drei Stützen(15)gehalten wird.2 Device for generating electrical energy (FIG 1) according to claim 1, characterized in that a vertically running rotor (11) rotates with an axis (10) between the tower (16) and the roof (17), is supported at the top and bottom and is held by at least three supports (15). 3 Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie (FIG 1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich oberhalb des Turmes(16)und am Dach(17)rundum Windleitbleche (14)befinden.3 Device for generating electrical energy (FIG 1) according to claim 1, characterized in that wind deflectors (14) are located all around above the tower (16) and on the roof (17). 4 Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie (FIG 1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf dem Dach(17)eine kippbare Vorrichtung(12,18)befindet, auf der Solarplatten befestigt sind.4 Device for generating electrical energy (FIG 1) according to claim 1, characterized in that on the roof (17) there is a tiltable device (12, 18) on which solar panels are attached. 5 Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie (FIG 2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem der unteren Windleitbleche(14), die sich in Sonnenrichtung befinden, Solarplatten(13)befestigt sind.5 Device for generating electrical energy (FIG 2) according to claim 1, characterized in that solar panels (13) are attached to one of the lower wind deflectors (14) which are located in the direction of the sun. 6 Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie (FIG 2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der vertikallaufende Windrotor(1)mit einer Achse(10)im Turmoberteil(8)dreht und zusammen mit einer obenliegenden Solaranlage(2)gemeinsam einen Generator antreibt.6 Device for generating electrical energy (FIG 2) according to claim 1, characterized in that the vertically running wind rotor (1) rotates with an axis (10) in the tower upper part (8) and drives a generator together with an overhead solar system (2). W18G971 -8-W18G971 -8- 7 Vorrichtung zur Erzeugung von mechanischer Energie (FIG 3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der vertikallaufende Windrotor(1)um eine Achse dreht, die am unteren Ende ein Kardangelenk besitzt, an dem eine schräg nach unten liegende Wasserförderschnecke(23)befestigt ist und so angetrieben wird.7 Device for generating mechanical energy (FIG 3) according to claim 1, characterized in that the vertically running wind rotor (1) rotates about an axis which has a cardan joint at the lower end to which a water conveyor screw (23) lying obliquely downwards is attached and is thus driven. 8 Vorrichtung zur Erzeugung von mechanischer Energie (FIG 3) nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserförderschnecke bei Drehung an ihrem höchsten Punkt Wasser überlaufen läßt,das ein BIO-RAD(25) antreibt mittels mehrerer Wasserbehälter (26) .8 Device for generating mechanical energy (FIG 3) according to claims 1 and 7, characterized in that the water conveyor screw, when rotating, allows water to overflow at its highest point, which drives a BIO-WHEEL (25) by means of several water containers (26). 9 Vorrichtung zur Präsentation von Werbeflächen(31)9 Device for the presentation of advertising space(31) (FIG 4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine Trommel(31)am feststehenden Tragmast(34)befindet und um eine vertikale Drehachse(40)drehbar ist und sich auf der Trommel eine Solaranlage(32)befindet, die über einen Elektromotor(35)mittels eines Antriebes die Trommel bewegt. (FIG 4) according to claim 1, characterized in that a drum (31) is located on the fixed support mast (34) and is rotatable about a vertical axis of rotation (40) and a solar system (32) is located on the drum, which moves the drum via an electric motor (35) by means of a drive. 10 Vorrichtung zur Präsentation von Werbeflächen (FIG 4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich in der Trommel(31)eine Batterie befindet, die sich mitdreht.10 Device for presenting advertising space (FIG 4) according to claim 1, characterized in that a battery is located in the drum (31) which rotates. 11 Vorrichtung zur Präsentation von Werbeflächen (FIG 4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich unterhalb der Trommel(31)eine Wetterschutzvorrichtung(33) befindet, an der Lampen angeschlossen werden können.11 Device for presenting advertising surfaces (FIG 4) according to claim 1, characterized in that a weather protection device (33) is located below the drum (31), to which lamps can be connected. 12 Vorrichtung zur mechanischen Nutzung von Wind- und Sonnenenergie (FIG 5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rotor(41)mit obenliegender Solaranlage (42)eine Wasserförderschnecke, ähnlich Anspruch 7, antreibt, die auf Laufrollen(44)drehend aufliegt und verschiebbar gestaltet ist.12 Device for the mechanical use of wind and solar energy (FIG 5) according to claim 1, characterized in that a rotor (41) with an overhead solar system (42) drives a water conveyor screw, similar to claim 7, which rests on rollers (44) in a rotating manner and is designed to be displaceable. W18G971 -9-W18G971 -9- 13 Vorrichtung zur mechanischen Nutzung von Wind- und Sonnenenergie (FIG 5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich am Gestell(48) mindestens 3 Laufräder (43)und mindestens 4 Stützen(45)befinden. 513 Device for the mechanical use of wind and solar energy (FIG 5) according to claim 1, characterized in that at least 3 running wheels (43) and at least 4 supports (45) are located on the frame (48). 5
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