EP3259474A1 - Turm mit einem trägerkörper und windturbine - Google Patents

Turm mit einem trägerkörper und windturbine

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EP3259474A1
EP3259474A1 EP16703559.1A EP16703559A EP3259474A1 EP 3259474 A1 EP3259474 A1 EP 3259474A1 EP 16703559 A EP16703559 A EP 16703559A EP 3259474 A1 EP3259474 A1 EP 3259474A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tower
carrier body
lateral surface
wind turbine
solar module
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP16703559.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ralf Kleinknecht
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Asset Management Beteiligungsgesellschaft Mbh
Original Assignee
Solarinvert GmbH
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Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=52693741&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=EP3259474(A1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Solarinvert GmbH filed Critical Solarinvert GmbH
Publication of EP3259474A1 publication Critical patent/EP3259474A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/007—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations the wind motor being combined with means for converting solar radiation into useful energy
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    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F03D13/00—Assembly, mounting or commissioning of wind motors; Arrangements specially adapted for transporting wind motor components
    • F03D13/20—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Definitions

  • the invention relates to a tower with a carrier body, to which at least one solar module is attached, and to a wind turbine, which is arranged in an upper end area of the tower facing away from a bottom side of the carrier body and whose axis of rotation is vertically aligned.
  • DE 20 2009 006 647 specifies a so-called energy tower, in which a vertical wind power plant and photovoltaic panels are installed for power generation.
  • the construction may be provided with advertising space.
  • the base of the tower is a frame or a vertical tube. From the basic body formed in this way are inclined outwards on the outer side, which carry the photovoltaic panels to the south and to the non-south facing pages in their place advertising space.
  • the wind turbine extends over a large part of the main body in the vertical direction, while in a lower section there is an electromobile filling station with an electronics management system arranged thereon.
  • a rotor with a vertical axis is constructed on a pedestal in the form of a truncated pyramid with obliquely arranged surfaces for solar panels.
  • the carrier body between the underside and one of the underside opposite top of the carrier body has a support body at least partially enclosing lateral surface and that the lateral surface is provided with at least one information surface.
  • Under the lateral surface is preferably a surface of one or more surface elements to understand, which is attached directly with its back to the support body by means of fastening means.
  • the information surface in turn can be mounted on one or more, fixed to the carrier body support plate / or the like or even form part of the lateral surface.
  • the information surface can advantageously serve promotional purposes.
  • As a result of enclosing the carrier body by the lateral surface of the carrier body is at least partially hidden visually and can be completely hide.
  • the applied surface elements of the lateral surface and / or elements attached thereto can be adapted visually appealing to the environment with little effort, so that the tower can be optically harmoniously integrated into the environment and also advantageously usable as an information carrier and is widely accepted.
  • the impression of a compact column can be conveyed, as a viewer is accustomed to, for example, advertising columns.
  • the tower for generating energy can not disturbingly variable in certain areas, such as an industrial park, integrated. Subsequent changes to the visual appearance are possible in a simple manner.
  • the wind turbine is arranged projecting above the upper side of the carrier body. If the turbine completely surmounted the carrier body, for example, in the choice of wind turbine does not need to be adapted to the geometry of the surrounding Sugropers. For example, a wind turbine with a larger diameter could be selected than the width or depth of the carrier body. Also aerodynamic advantages may result, since the turbine is not surrounded by the wind flow disturbing struts.
  • a particularly advantageous embodiment variant is that the at least one solar module is arranged on the lateral surface or at least partially forms the lateral surface.
  • the solar modules then run parallel to the outer surface of the tower and thus optically integrate into its compact appearance. Furthermore, they do not create any significant intrinsic shading on other solar modules or information surfaces that may be present, so that conversions are simple.
  • the advantage here is the use of photovoltaic modules, as they are used for example on facades. If carrier plates or the like mounted on the carrier body form the lateral surface and the modules are mounted thereon, this has the advantage that location and type of module attachment can be designed to be flexible on the carrier body by means of the carrier plates.
  • the solar modules can also be fastened directly to the carrier body, in particular with the aid of fastening means such as screws, hooks or the like, and can themselves form the lateral surface. It is advantageous to match the modules and the support framework accordingly.
  • the carrier body can be used at the same time for cooling the solar modules, for example, also supported by a chimney effect.
  • An attractive visual appearance can be obtained by the lateral surface in a cross-sectional plane orthogonal to the central longitudinal axis of the carrier body outlining a polygon which remains constant along the central longitudinal axis, in particular a regular rectangle or square or a hexagon, or a circle or an ellipse.
  • the at least one solar module is a thin-film module, in particular a CIS module.
  • Such solar modules are characterized by a good low-light behavior, which is particularly advantageous here, since their inclination angle is not adjusted exclusively to the sun, but to the lateral surface of the carrier body.
  • a high shadow tolerance and a high temperature stability can be achieved. It is also advantageous in this context if, in the presence of a plurality of solar modules, these are divided into at least two groups electrically connected in parallel. Thus, with shadowing of a group, nevertheless, power can be generated by the one or more other groups.
  • At least two inverters are assigned to the tower, one of the inverters being assigned to the tower. ter with the at least one solar module and one of the inverters with the wind turbine in electrical connection.
  • a space is enclosed in the carrier body and within the space a technology area is arranged for accommodating components associated with the generation of power associated with the solar module and / or the wind turbine.
  • Such components may be in particular the inverters, but also other electrical components, such as battery storage and / or charging station (electric filling station). Due to the arrangement of the space within the carrier body, this is at least partially surrounded by the lateral surface and thus offers a certain protection from the weather, which in turn benefits the longevity of the components arranged therein. At the same time, protection against unauthorized access is achieved from the outside.
  • the lateral surface and / or the carrier body has a door as access to the room.
  • This can advantageously be provided with a lock to grant access only to authorized persons.
  • the tower has an overall height between 5 and 30 m and / or a maximum cross-sectional width between 1 and 8 m.
  • a height-to-width ratio of at least 2, in particular of at least 3 is advantageous in order to obtain a tower-like appearance that is similar to that of conventional advertising towers.
  • the carrier body itself preferably has a greater height than width. If the carrier body has an at least partially provided with outer plates support frame, a particularly high static stability can be achieved with an advantageous installation.
  • the support frame is constructed, for example, from struts and / or tubes or similar elements to a Strebewerk forming a lattice tower.
  • Figure 1 is a schematic representation of a tower according to the invention in a perspective view.
  • FIG. 1 shows a tower 1 with a cuboidal carrier body enclosed by a jacket surface 3 and a wind turbine 2 in an upper end region 12 of the tower 1.
  • the tower 1 has a total height, for example, between 5 and 30 m or even up to 50 m, preferably between 8 and 15 m and a width and depth of the cross section (orthogonal to a vertical central longitudinal axis M) between 1 and 8 m, preferably between 1, 5 and 4 m.
  • structures of the carrier body which have a height-to-width ratio (vertical dimension of the carrier body between the lower and upper side to the largest horizontal dimension) of at least 2, better at least 2.5 or at least 3, are advantageous.
  • the carrier body can be constructed in a modular manner into a plurality of equally long, connectable sections, which has advantages for the assembly, the Transport and installation result.
  • different heights of the tower 1 can be realized by different numbers of modules.
  • the support body is constructed, for example, from tubes or struts or similar elements as a support frame, so that it forms a kind of lattice tower. It has an underside 10, which is formed for example from the ends of the struts and which is placed and anchored on a foundation 13 in the form of a bottom plate.
  • the carrier body could also be placed directly on the ground, or for example on a point foundation, wherein the carrier body preferably has on its underside 10 anchoring means for a stable attachment to the bottom. Opposite the bottom 10, the carrier body is closed or opened upwards by a top 11.
  • the carrier body is enclosed in the area between the lower side 10 towards the upper side 11 of the vertically extending lateral surface 3 with surface elements at least largely opaque.
  • this results in cross sections along the central longitudinal axis M a constant polygon, here a square.
  • Conceivable but less preferred in terms of construction would also be that the cross sections become smaller towards the top, so that the lateral surface 3 would no longer have a vertical course and approximately the shape of the carrier body of a truncated cone or an elongated pyramid results.
  • the opaque enclosure of the carrier body creates a compact appearance of the tower 1 in the region of the carrier body, which is similar, for example, an advertising pillar.
  • a partially transparent or interrupted enclosure would also be possible, so that parts of the carrier body would be visible.
  • the top 10 and the bottom 11 can also be completed with a cover be, so that the interior of the support body, that is, the volume converted by the outer struts or similar elements of the support body, better protected against external weather conditions.
  • the lateral surface 3 has different regions, more precisely regions with, for example, two or more information surfaces 31, 32 and a plurality of solar modules 30, which are each arranged in different height regions of the carrier body and surround it. Also conceivable would be other, for example, neutral areas, which only fulfill a concealment function and can be used for a variable arrangement of information areas 31, 32 and / or solar modules 30.
  • the information areas 31, 32 and the solar modules 30 essentially show a uniform, vertical surface course and thus contribute to a compact appearance of the tower 1. Also, such a shadow can largely be avoided by the information surfaces 31, 32 on the solar modules 30 or optical concealment (and vice versa) and the information surfaces 31, 32 are fully visible.
  • the lateral surface 3 is formed by outer plates as surface elements with which the support frame of the carrier body is provided.
  • the solar modules 30 and / or the information surfaces 31, 32 can be arranged on these outer plates, the outer plates advantageously functioning as carrier plates.
  • the information surfaces 31, 32 and the solar modules 30 then advantageously run parallel to the outer surface or lateral surface 3.
  • the information surfaces 31, 32 and / or the solar modules 30 can themselves form the lateral surface 3. They are fastened by means of suitable fastening means, such as screws or rivets, directly to designated locations of the carrier body.
  • suitable fastening means such as screws or rivets
  • a lockable door which is embedded in the lateral surface 3 and in the carrier body.
  • the door can be provided with an information surface 31, 32, so that it is inconspicuously integrated into the lateral surface 3 optically.
  • the door is preferably provided with a lock, so that the access to the technical area is limited to a certain group of people.
  • the wind turbine 2 is arranged.
  • the vertical extent of the wind turbine 2 corresponds to between 10 and 50%, preferably between 15 and 25% of the total height of the tower 1.
  • the axis of rotation 20 of the wind turbine 2 is vertically aligned.
  • the wind turbine 2 can be flanged or welded to the carrier body, for example by means of a support column 21, at the upper end of the wind turbine is attached. Stable storage can also be achieved by protruding the support column 21 into the area of the carrier body and, possibly additionally, bracing it there. It would also be conceivable that the support column is guided down to the ground, where it can be fixed by means of the foundation 13 or a separate foundation. In this way, a stable counter bearing for absorbing torques due to horizontal forces on the wind turbine can be achieved, which in turn can simplify the support structure of the carrier body.
  • a wind turbine 2 is suitable for use on the tower 1 in particular a vertical wind turbine, since such turbines are relatively quiet (eg ⁇ 35 dB), only low starting speeds of the wind of between 1, 5 and 3 m / s need and operated even in storm can be. Also a tracking is not necessary, due to the independence of the wind direction.
  • a wind turbine 2 with the following specifications proved to be advantageous:
  • Vmpp 80 - 88 V
  • Such solar modules are characterized by good low-light performance, especially in the area of longer-wave light during the morning and evening hours.
  • the modules are particularly suitable for use with the tower 1, since they can be mounted vertically with good efficiency, preferably in order to achieve a compact appearance.
  • they are preferably mounted in addition to the south side at least on the west and east sides.
  • the solar modules are connected in parallel, so that when shading one or a part of the modules, only these modules are reduced in performance.
  • the voltages applied to the modules are reduced.
  • an inverter suitable for parallel connection is preferably used for the solar modules 30.
  • the inverter for the wind turbine 2 is advantageously associated with a separate automatic release point to support a safe and efficient feed into the power grid. Also advantageous is a short-circuit brake, which automatically limits the maximum input voltage, as well as an electronic brake and / or a decoupling diode as overvoltage protection device and an LED display device for the operating state.
  • the tower 1 meets in its inventive design the function as a decentralized system for regenerative power generation from different energy sources, which is visually harmoniously integrated into the environment.
  • the tower represents an appealing structure, which is a pillar, for example an advertising pillar, similar and moreover, eye-catching and supported by moving elements can fulfill the function of an advertising medium. So two functions can be combined with each other.
  • the extent of the information surface 31, 32 or that of the solar modules 30 can be increased. In this case, the surfaces can be arranged in an aesthetically pleasing manner complementary to the tower 1.
  • optical design elements can be integrated, for example, an illumination of individual elements of the tower 1, such as the wind turbine 2 and / or the information surfaces 31, 32nd
  • power storage can be provided, for example, in can be arranged in the technical room, or other energy-generating components.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Turm (1) mit einem Trägerkörper, an dem mindestens ein Solarmodul (3) angebracht ist, und mit einer Windturbine (2), die in einem von einer bodenseitigen Unterseite (10) des Trägerkörpers abgekehrten oberen Endbereich (12) des Turms (1) angeordnet und deren Rotationsachse (20) vertikal ausgerichtet ist. Eine gute optische Integrierbarkeit des Turms in die Umgebung wird dadurch erreicht, dass der Trägerkörper zwischen der Unterseite (10) und einer der Unterseite (10) gegenüberliegenden Oberseite (11) des Trägerkörpers eine den Trägerkörper (10) zumindest teilweise umschließende Mantelfläche (3) aufweist und dass die Mantelfläche (3) mit mindestens einer Informationsfläche (31, 32) versehen ist.

Description

Turm mit einem Trägerkörper und Windturbine
Die Erfindung betrifft einen Turm mit einem Trägerkörper, an dem mindestens ein Solarmodul angebracht ist, und mit einer Windturbine, die in einem von einer boden- seitigen Unterseite des Trägerkörpers abgekehrten oberen Endbereich des Turms angeordnet und deren Rotationsachse vertikal ausgerichtet ist.
Mit der zunehmenden Nutzung erneuerbarer Energien steigt der Bedarf an Anlagen zu deren Erzeugung. Neben Großanlagen mit Nennleistungen von mehreren Megawatt sind dabei auch kleinere, dezentrale Anlagen von Bedeutung, um beispielsweise Privathäuser oder Kleinbetriebe direkt mit Energie zu versorgen. Um regenerative Energie unter verschiedenen Umgebungsbedingungen erzeugen zu können ist die Nutzung unterschiedlicher Quellen von Vorteil. So gibt die DE 20 2009 006 647 einen sogenannten Energieturm an, in dem eine Vertikal-Windkraftanlage sowie Photovoltaikpaneele zur Stromerzeugung verbaut sind. Zusätzlich kann die Konstruktion mit Werbeflächen versehen sein. Die Basis des Turms bildet ein Rah- mengestell oder eine senkrechte Röhre. Vom so gebildeten Grundkörper stehen um- fangsseitig nach außen Schrägflächen ab, die in Südausrichtung die Photovoltaikpaneele und auf den nicht nach Süden gewandten Seiten an deren Stelle Werbeflächen tragen. Über einen Großteil des Grundkörpers in vertikaler Richtung erstreckt sich die Windturbine, in einem unteren Abschnitt ist eine Elektromobil-Tankstelle mit da- rauf angeordnetem Elektronikmanagement aufgenommen.
In der DE 201 08 767 U1 ist ein Wind- und Solar-Baum gezeigt, bei dem an einer im Boden fest verankerten Rohrsäule ein oben aufgesetzter kugelgelagerter Rotor sowie Ausleger mit beweglich justierbaren Solarflächen angeordnet sind. Die Solarflä- chen stehen dabei radial nach außen ab und sind in ihrer vertikalen Neigung veränderbar.
Gemäß Druckschrift ES 2 313 854 A1 ist ein Rotor mit vertikaler Achse auf einem Sockel in Form eines Pyramidenstumpfes mit schräg angeordneten Flächen für So- larpanels aufgebaut.
Weitere Kombinationen von Windkrafträdern und Solaranlagen sind der US 4,551 ,631 , der DE 297 20 697 U1 , der DE 81 05 042 9 U1 und der DE 297 05 410 U1 entnehmbar, wobei jeweils die Solarelemente oberhalb der Windrotoren an- geordnet sind. Weiterhin gibt die DE 201 00 511 U1 an, Photovoltaikmodule ringsum an den Turm einer an sich bekannten Windkraftanlage in freier Landschaft anzubringen, sodass sich die Erfindung hauptsächlich auf Großwindkraftanlagen bezieht, die nicht für Wohngegenden geeignet sind. Eine weitere Windkraftanlage ist in der DE 10 213 012 089 B3 angegeben.
Häufig werden derartige Konstruktionen für die Energieversorgung als störend empfunden, da sie unterschiedliche konstruktive Gestaltungskomponenten umfassen und optisch mit der Umgebung nicht gut harmonieren.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine dezentrale Anlage zur regenerativen Stromerzeugung aus unterschiedlichen Energiequellen bereitzustellen, die optisch gut in unterschiedlicher Umgebung integrierbar und nutzbar ist. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Demnach ist vorgesehen, dass der Trägerkörper zwischen der Unterseite und einer der Unterseite gegenüberliegenden Oberseite des Trägerkörpers eine den Trägerkörper zumindest teilweise umschließende Mantelfläche aufweist und dass die Mantelfläche mit mindestens einer Informationsfläche versehen ist. Unter der Mantelfläche ist dabei vor- zugsweise eine Fläche aus einem oder mehreren Flächenelementen zu verstehen, die mit ihrer Rückseite an dem Trägerkörper mittels Befestigungsmittel unmittelbar angebracht ist. Dabei kann die Informationsfläche wiederum auf einer oder mehreren, an dem Trägerkörper befestigten Trägerplatte/n oder dergleichen montiert sein oder selbst einen Teil der Mantelfläche bilden. Die Informationsfläche kann vorteilhaft Werbezwecken dienen. Infolge des Umschließens des Trägerkörpers durch die Mantelfläche wird der Trägerkörper zumindest teilweise optisch verdeckt und lässt sich auch vollkommen verbergen. Die aufgebrachten Flächenelemente der Mantelfläche und/oder darauf angebrachte Elemente lassen sich mit wenig Aufwand optisch ansprechend an die Umgebung anpassen, sodass der Turm optisch harmonisch in die Umgebung integrierbar und zudem vorteilhaft als Informationsträger nutzbar ist und breite Akzeptanz findet. Z.B. ist der Eindruck einer kompakten Säule vermittelbar, wie es ein Betrachter beispielsweise von Werbesäulen gewohnt ist. So kann der Turm zur Energieerzeugen nicht störend variabel in bestimmte Umgebungsbereiche, beispielsweise in ein Gewerbegebiet, integriert werden. Auch nachträgliche Änderungen des optischen Erscheinungsbildes sind auf einfache Weise möglich.
Für eine hohe Flexibilität bezüglich der Ausführungsform der Windturbine ist es vor- teilhaft, wenn die Windturbine die Oberseite des Trägerkörpers überragend angeordnet ist. Wenn die Turbine den Trägerköper komplett überragt, braucht beispielsweise bei der Wahl der Windturbine nicht die Geometrie des umgebenden Trägerköpers angepasst zu werden. So könnte etwa eine Windturbine mit größerem Durchmesser gewählt werden als die Breite bzw. Tiefe des Trägerkörpers. Auch aerodynamische Vorteile können sich ergeben, da die Turbine nicht von die Windströmung störenden Streben umgeben ist.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltungsvariante besteht darin, dass das mindestens eine Solarmodul auf der Mantelfläche angeordnet ist oder zumindest bereichs- weise die Mantelfläche bildet. Die Solarmodule verlaufen dann zu der Mantelfläche des Turms parallel und fügen sich so optisch in sein kompaktes Erscheinungsbild ein. Ferner erzeugen sie so keinen wesentlichen eigenen Schattenwurf auf andere eventuell vorhandene Solarmodule oder Informationsflächen, so dass Umgestaltungen einfach sind. Vorteilhaft ist dabei die Verwendung von Photovoltaikmodulen, wie sie beispielsweise auf Fassaden zum Einsatz kommen. Wenn an dem Trägerkörper montierte Trägerplatten oder dergleichen die Mantelfläche bilden und die Module darauf montiert sind, bringt dies den Vorteil, dass Ort und Art der Modul-Befestigung an dem Trägerkörper mittels der Trägerplatten flexibel gestaltet werden können. Die Solarmodule können aber auch unmittelbar, insbesondere mit Hilfe von Befestigungsmitteln wie Schauben, Haken oder dergleichen, an dem Trägerkörper befestigt werden und selbst die Mantelfläche bilden. Dabei ist es vorteilhaft, die Module und das Trägergerüst entsprechend aufeinander abzustimmen. Der Trägerkörper kann gleichzeitig auch zur Kühlung der Solarmodule, beispielsweise auch unterstützt durch einen Kamineffekt, genutzt werden.
Ein ansprechendes optisches Erscheinungsbild lässt sich dadurch erhalten, dass die Mantelfläche in einer orthogonal zur Mittellängsachse des Trägerkörpers verlaufen- den Querschnittsebene ein entlang der Mittellängsachse gleichbleibendes Vieleck, insbesondere ein regelmäßiges Rechteck bzw. Quadrat oder ein Sechseck, oder einen Kreis oder eine Ellipse umreißt.
Ein besonders hoher Wirkungsgrad kann dadurch erreicht werden, dass das mindes- tens eine Solarmodul ein Dünnschichtmodul, insbesondere ein CIS-Modul ist. Derartige Solarmodule zeichnen sich durch ein gutes Schwachlichtverhalten aus, was hier insbesondere von Vorteil ist, da ihr Neigungswinkel nicht ausschließlich an den Sonnenstand, sondern an die Mantelfläche des Trägerkörpers angepasst wird. Zudem sind so eine hohe Schattentoleranz und eine hohe Temperaturstabilität erreichbar. Vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang ebenfalls, wenn bei Vorhandensein mehrerer Solarmodule diese in zumindest zwei elektrisch parallel verschaltete Gruppen aufgeteilt sind. So kann bei Abschattung einer Gruppe dennoch Strom durch die eine oder mehreren anderen Gruppen erzeugt werden. Um den erzeugten Strom vielfältig nutzen zu können, ist es vorteilhaft, wenn dem Turm mindestens zwei Wechselrichter zugeordnet sind, wobei einer der Wechselrich- ter mit dem mindestens einen Solarmodul und einer der Wechselrichter mit der Windturbine in elektrischer Verbindung steht.
Vorzugsweise ist in dem Trägerkörper ein Raum umgeben und innerhalb des Raums ein Technikbereich zur Unterbringung von, dem Solarmodul und/oder der Windturbi- ne zugeordneten, mit der Stromerzeugung zusammenhängenden Komponenten angeordnet. Derartige Komponenten können insbesondere die Wechselrichter sein, aber auch andere elektrische Baugruppen, wie Batteriespeicher und/oder Ladesäule (Elektrotankstelle). Durch die Anordnung des Raums innerhalb des Trägerkörpers ist dieser zugleich zumindest teilweise von der Mantelfläche umgeben und bietet somit einen gewissen Schutz vor Witterungseinflüssen, was wiederum der Langlebigkeit der darin angeordneten Komponenten zugutekommt. Gleichzeitig wird ein Schutz vor Zugriffen Unbefugter von außen erreicht.
In diesem Zusammenhang ist es für einen erleichterten Zugang zu dem Raum von Vorteil, wenn die Mantelfläche und/oder der Trägerkörper als Zugang zu dem Raum eine Tür aufweist. Diese kann vorteilhaft mit einem Schloss versehen sein, um nur befugten Personenkreisen den Zugang zu gewähren.
Eine vorteilhafte optische Wirkung in Verbindung mit einer großen Nutzfläche auf der Mantelfläche wird dadurch erhalten, dass der Turm eine Gesamthöhe zwischen 5 und 30 m und/oder eine größte Querschnittsbreite zwischen 1 und 8 m aufweist. Dabei ist insbesondere ein Höhen-zu-Breitenverhältnis von mindestens 2, insbesondere von mindestens 3 vorteilhaft, um eine turmartige Optik zu erhalten, die der von herkömmlichen Werbetürmen ähnelt. Zu diesem Zweck weist auch der Trägerkörper selbst vorzugsweise eine größere Höhe als Breite auf. Wenn der Trägerkörper ein zumindest teilweise mit Außenplatten versehenes Tragegerüst aufweist, lässt sich eine besonders hohe statische Stabilität bei vorteilhafter Montage erreichen. Das Tragegerüst ist dabei beispielsweise aus Streben und/oder Röhren oder ähnlichen Elementen zu einem Strebewerk aufgebaut, das einen Gittermastturm bildet.
Wenn der Gesamtertrag der Leistung des Turms zwischen 1 .000 und 20.000 kWh pro Jahr liegt, können Privathaushalte und/oder Kleinbetriebe einen nennenswerten Anteil ihres Stromverbrauchs aus dem angegebenen Turm decken. Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
Figur 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Turms in perspektivischer Ansicht.
Figur 1 zeigt einen Turm 1 mit einem quaderförmigen, von einer Mantelfläche 3 umschlossenen Trägerkörper und einer Windturbine 2 in einem oberen Endbereich 12 des Turms 1 . Der Turm 1 weist insgesamt z.B. eine Höhe zwischen 5 und 30 m oder auch bis zu 50 m, bevorzugt zwischen 8 und 15 m auf und eine Breite und Tiefe des Querschnitts (orthogonal zu einer vertikalen Mittellängsachse M) zwischen 1 und 8 m, bevorzugt zwischen 1 ,5 und 4 m. Hierbei sind insbesondere Aufbauten des Trägerkörpers von Vorteil, die ein Höhen-zu-Breitenverhältnis (vertikale Abmessung des Trägerkörpers zwischen Unter- und Oberseite zu größter horizontaler Abmessung) von mindestens 2, besser mindestens 2,5 oder mindestens 3 aufweisen. Beispiels- weise kann der Trägerkörper modulartig in mehrere gleich lange, miteinander verbindbare Abschnitten aufgebaut sein, wodurch sich Vorteile für die Montage, den Transport und die Aufstellung ergeben. Auch sind durch unterschiedliche Anzahlen von Modulen einfach unterschiedliche Höhen des Turms 1 realisierbar.
Der Trägerkörper ist beispielsweise aus Röhren oder Streben oder ähnlichen Elementen als Tragegerüst aufgebaut, sodass er eine Art Gittermastturm bildet. Er weist eine Unterseite 10 auf, die beispielsweise aus den Enden der Streben gebildet ist und die auf einem Fundament 13 in Form einer Bodenplatte aufgesetzt und verankert ist. Der Trägerkörper könnte auch unmittelbar auf den Boden aufgesetzt sein, oder beispielsweise auf einem Punktfundament, wobei der Trägerkörper auf seiner Unterseite 10 vorzugsweise Verankerungsmittel für eine stabile Befestigung auf dem Bo- den aufweist. Gegenüber der Unterseite 10 ist der Trägerkörper nach oben durch eine Oberseite 11 abgeschlossen oderoffen.
In dem vorliegenden Beispiel ist der Trägerkörper im Bereich zwischen der Unterseite 10 hin zu der Oberseite 11 von der senkrecht verlaufenden Mantelfläche 3 mit Flä- chenelementen zumindest weitgehend blickdicht umschlossen. In Querschnittsebenen orthogonal zur Mittellängsachse M ergibt sich so in Querschnitten entlang der Mittellängsachse M ein gleichbleibendes Vieleck, hier ein Quadrat. Denkbar (aber vom Aufbau her weniger bevorzugt) wäre auch, dass sich die Querschnitte nach oben hin verkleinern, sodass die Mantelfläche 3 keinen senkrechten Verlauf mehr aufweisen würde und sich etwa die Form des Trägerkörpers eines Kegelstumpfes oder einer lang gestreckten Pyramide ergibt.
Durch die blickdichte Umschließung des Trägerkörpers entsteht ein kompaktes Erscheinungsbild des Turms 1 im Bereich des Trägerkörpers, das beispielsweise einer Werbesäule ähnelt. Möglich wäre auch eine teilweise transparente oder unterbrochene Umschließung, sodass Teile des Trägerkörpers sichtbar wären. Die Oberseite 10 und auch die Unterseite 11 können ebenfalls mit einer Abdeckung abgeschlossen sein, sodass das Innere des Trägerkörpers, d.h. das von den Außenstreben oder ähnlichen Elementen des Trägerkörpers umbaute Volumen, besser vor äußeren Witterungseinflüssen geschützt ist.
Die Mantelfläche 3 weist unterschiedliche Bereiche auf, genauer Bereiche mit bei- spielhaft zwei oder mehr Informationsflächen 31 , 32 und mehreren Solarmodulen 30, die jeweils in unterschiedlichen Höhenbereichen des Trägerkörpers angeordnet sind und diesen umgeben. Denkbar wären auch weitere, beispielsweise neutrale Bereiche, die lediglich eine Verdeckungsfunktion erfüllen und für eine variable Anordnung von Informationsflächen 31 , 32 und/oder Solarmodulen 30 genutzt werden können. Die Informationsflächen 31 , 32 und die Solarmodule 30 zeigen im Wesentlichen einen einheitlichen, senkrechten Flächenverlauf und tragen so zu einem kompakten Erscheinungsbild des Turms 1 bei. Auch lässt sich so ein Schattenwurf durch die Informationsflächen 31 , 32 auf die Solarmodule 30 bzw. optische Verdeckung (auch umgekehrt) weitgehend vermeiden und die Informationsflächen 31 , 32 sind uneinge- schränkt sichtbar. Denkbar ist, dass die Mantelfläche 3 durch Außenplatten als Flächenelemente gebildet ist, mit denen das Tragegerüst des Trägerkörpers versehen ist. Auf diesen Außenplatten können die Solarmodule 30 und/oder die Informationsflächen 31 , 32 angeordnet sein, wobei die Außenplatten vorteilhaft als Trägerplatten fungieren. Die Informationsflächen 31 , 32 sowie die Solarmodule 30 verlaufen dann vorteilhaft parallel zur Außenfläche bzw. Mantelfläche 3. Die Informationsflächen 31 , 32 und/oder die Solarmodule 30 können jedoch auch selbst die Mantelfläche 3 bilden. Dabei werden sie mittels geeigneter Befestigungsmittel, beispielsweise Schrauben oder Nieten, direkt an dafür vorgesehenen Stellen des Trägerkörpers befestigt. Vorteilhafterweise ist in dem Trägerkörper, d.h. innerhalb des von seinen Außenstreben oder ähnlichem umbauten Volumens, ein Raum umschlossen, in dem ein Technikbereich zur Unterbringung von mit der Stromerzeugung in Zusammenhang ste- henden Komponenten vorgesehen ist. Dieser ist vorzugsweise von außen über eine abschließbare Tür zugänglich, die in die Mantelfläche 3 bzw. in den Trägerkörper eingelassen ist. Die Tür kann dabei mit einer Informationsfläche 31 , 32 versehen sein, sodass sie unauffällig in die Mantelfläche 3 optisch integriert ist. Die Tür ist vorzugsweise mit einem Schloss versehen, sodass der Zugang zu dem Technikbereich auf einen bestimmten Personenkreis beschränkbar ist.
Am oberen Endbereich 12 des Turms 1 ist, die Oberseite 11 des Tragekörpers überragend, die Windturbine 2 angeordnet. Die vertikale Ausdehnung der Windturbine 2 entspricht zwischen 10 und 50 %, bevorzugt zwischen 15 und 25 % der Gesamthöhe des Turms 1. Die Rotationsachse 20 der Windturbine 2 ist vertikal ausgerichtet. Die Windturbine 2 kann dabei beispielsweise mittels einer Tragesäule 21 , an deren oberem Abschluss die Windturbine befestigt ist, an den Trägerkörper angeflanscht oder angeschweißt sein. Eine stabile Lagerung kann auch ferner dadurch erreicht werden, dass die Tragesäule 21 in den Bereich des Trägerkörpers hineinragt und dort, even- tuell zusätzlich, verstrebt ist. Denkbar wäre auch, dass die Tragesäule nach unten auf den Boden geführt ist, wo sie mittels des Fundaments 13 oder eines separaten Fundaments befestigt sein kann. Auf diese Weise kann ein stabiles Gegenlager zur Aufnahme von Drehmomenten aufgrund horizontaler Kräfte auf die Windturbine erreicht werden, wodurch wiederum die Tragekonstruktion des Trägerkörpers verein- facht werden kann.
Als Windturbine 2 eignet sich zur Anwendung auf dem Turm 1 insbesondere eine vertikale Windturbine, da derartige Turbinen verhältnismäßig leise sind (z.B. < 35 dB), lediglich niedrige Anlaufgeschwindigkeiten des Windes von zwischen 1 ,5 und 3 m/s benötigen und auch bei Sturm betrieben werden können. Auch eine Nachführung entfällt, aufgrund der Unabhängigkeit von der Windrichtung. Beispielsweise hat sich in Vorbetrachtungen eine Windturbine 2 mit folgenden Spezifikationen als vorteilhaft erwiesen:
Windturbinen-Typ Windturbine mit vertikaler Rotationsachse und Stator
Stromproduktion Ab 2,5 m/s
Abschaltung keine
Windspitzen 35 m/s; Windzone 1-4
Rotorabmessungen 1 ,20 x 1 ,66 m (BxH)
Abmessungen Turbine 1 ,84 x 1 ,87 m (BxH)
Wartungsbremse Ja
Gesamtgewicht 235 kg
Generator Permanentmagnet/ getriebelos
Material Aluminium/ Edelstahl
Geräuschentwicklung 32,7 dB bei 6 m/s aus 16 m Entfernung Netzeinspeisung 230 V, 50 Hz, AC
Aber auch andere Turbinen, die diese Spezifikationen teilweise erfüllen oder auch andere Spezifikationen aufweisen, können sich als vorteilhaft erweisen.
Hinsichtlich der Solarmodule 30 hat sich die Verwendung von Dünnschichtmodulen, insbesondere CIS-Modulen, in Entwurfsanalysen als vorteilhaft erwiesen, die beispielsweise folgende Spezifikationen (auch teilweise) aufweisen können:
Maße (LxBxH) 1257 x 977 x 35 mm
Wattklasse/ Modul (Nennleistung Pmax) 145 - 170 W
Wirkungsgrad > 1 1 %, bevorzugt > 13,5 %
Leerlaufspannung (Voc) 105-115 V Kurzschlussstrom (Isc) 2,2 A
Nennspannung (Vmpp) 80 - 88 V
Nennstrom (Impp) 1 ,8 - 1 ,95 A Derartige Solarmodule zeichnen sich durch ein gutes Schwachlichtverhalten aus, insbesondere auch im Bereich längerwelligen Lichts während der Morgen- und Abendstunden. Insofern sind die Module besonders in Verwendung mit dem Turm 1 geeignet, da sie hier bei gutem Wirkungsgrad bevorzugt senkrecht montiert werden können, um ein kompaktes Erscheinungsbild zu erreichen. Ferner werden sie bevor- zugt zusätzlich zu der Südseite zumindest auf der West- und Ostseite montiert. Vorzugsweise werden die Solarmodule parallel verschaltet, sodass bei einer Verschattung eines bzw. eines Teils der Module nur diese Module in der Leistung reduziert werden. Ferner werden die an den Modulen anliegenden Spannungen reduziert. Um den erzeugten Gleich- in einen Wechselstrom umzuwandeln, kommt für die Solarmodule 30 bevorzugt ein für die Parallelverschaltung geeigneter Wechselrichter zum Einsatz. Dem Wechselrichter für die Windturbine 2 ist vorteilhafterweise eine separate selbsttätige Freischaltstelle zugeordnet, um eine sichere und effiziente Ein- speisung in das Stromnetz zu unterstützen. Vorteilhaft ist weiterhin eine Kurz- schlussbremse, die die maximale Eingangsspannung automatisch begrenzt, sowie eine elektronische Bremse und/oder eine Entkopplungsdiode als Überspannungsschutz-Vorrichtung sowie eine LED-Anzeigevorrichtung für den Betriebszustand vorgesehen.
Der Turm 1 erfüllt in seiner erfindungsgemäßen Ausgestaltung die Funktion als dezentrale Anlage zur regenerativen Stromerzeugung aus unterschiedlichen Energiequellen, die optisch harmonisch in die Umgebung integrierbar ist. So stellt der Turm dahingehend ein ansprechendes Bauwerk dar, welches einer Säule, beispielsweise einer Werbesäule, ähnelt und überdies blickfangartig auch unterstützt durch bewegte Elemente die Funktion eines Werbeträgers erfüllen kann. So können zwei Funktionen miteinander kombiniert werden. Je nachdem, welche Funktion bevorzugt wird, kann die Ausdehnung der Informationsfläche 31 , 32 oder die der Solarmodule 30 vergrößert werden. Dabei können die Flächen sich ästhetisch ansprechend ergän- zend an dem Turm 1 angeordnet sein. Zudem lassen sich weitere optische Gestaltungselemente integrieren, z.B. eine Beleuchtung einzelner Elemente des Turms 1 , wie der Windturbine 2 und/oder der Informationsflächen 31 , 32. Um die Funktion des Turms 1 als Energieerzeugungsanlege weiter auszubauen, können überdies Stromspeicher vorgesehen werden, die z.B. in dem Technikraum angeordnet sein können, oder weitere energieerzeugende Komponenten.

Claims

Ansprüche
1. Turm (1) mit einem Trägerkörper, an dem mindestens ein Solarmodul (3) angebracht ist, und mit einer Windturbine (2), die in einem von einer bodenseitigen Unterseite (10) des Trägerkörpers abgekehrten oberen Endbereich (12) des Turms (1) angeordnet und deren Rotationsachse (20) vertikal ausgerichtet ist, dadurch gekennzeichnet,
dass der Trägerkörper zwischen der Unterseite (10) und einer der Unterseite (10) gegenüberliegenden Oberseite (11) des Trägerkörpers eine den Trägerkörper (10) zumindest teilweise umschließende Mantelfläche (3) aufweist und dass die Mantelfläche (3) mit mindestens einer Informationsfläche (31 , 32) versehen ist.
2. Turm (1) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Windturbine die Oberseite (11) des Trägerkörpers überragend angeordnet ist.
3. Turm (1) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass das mindestens eine Solarmodul (30) auf der Mantelfläche (3), insbesondere mindestens einer Außenplatte angeordnet ist oder zumindest teilweise die Mantelfläche (3) bildet. Turm (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Mantelfläche (3) in einer orthogonal zur Mittellängsachse (M) des Trägerkörpers verlaufenden Querschnittsebene ein entlang der Mittellängsachse (M) gleichbleibendes Vieleck, insbesondere ein regelmäßiges Rechteck oder ein Sechseck, oder einen Kreis oder eine Ellipse umreißt.
Turm (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das mindestens eine Solarmodul (30) ein Dünnschichtmodul, insbesondere ein CIS-Modul ist.
Turm (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei Vorhandensein mehrerer Solarmodule (30) diese in zumindest zwei elektrisch parallel verschaltete Gruppen aufgeteilt sind.
Turm (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass dem Turm (1) mindestens zwei Wechselrichter zugeordnet sind, wobei einer der Wechselrichter mit dem mindestens einen Solarmodul (30) und einer der Wechselrichter mit der Windturbine (2) in elektrischer Verbindung steht. Turm (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass in dem Trägerkörper ein Raum umgeben ist und
dass innerhalb des Raums ein Technikbereich zur Unterbringung von dem Solarmodul (30) und/oder der Windturbine (2) zugeordneten mit der Stromerzeugung zusammenhängenden Komponenten angeordnet sind.
Turm (1) nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Mantelfläche (3) und/oder der Trägerkörper als Zugang zu dem Raum eine Tür aufweist.
0. Turm (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Turm (1) eine Gesamthöhe zwischen 5 und 30 m und/oder eine größte Querschnittsbreite zwischen 1 und 8 m aufweist.
1. Turm (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Trägerkörper ein zumindest teilweise mit Außenplatten versehenes Tragegerüst aufweist.
2. Turm (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Gesamtertrag der Leistung des Turms (1) zwischen 1.000 und 20.000 kWh pro Jahr liegt.
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