JP2022533163A - 少なくとも１つの光起電力素子を有する脚柱及び脚柱上での光起電力素子の使用 - Google Patents

Abstract

本発明は、光、特に太陽光の放射エネルギを電気エネルギに変換するための少なくとも１つの光起電力素子を有する脚柱に関する。少なくとも１つの光起電力素子は、脚柱上に配置される。光起電力素子は、フレキシブル光起電力素子である。【選択図】 図３

Description

本発明は、光の放射エネルギを電気エネルギに変換するための少なくとも１つのフレキシブル光起電力素子、特に太陽電池を備える脚柱と、光の放射エネルギを電気エネルギに変換するための少なくとも１つのフレキシブル光起電力素子、特に太陽電池を用いて風の流体エネルギを電気エネルギに変換するための風力タービン構造、及び脚柱上又は風力タービン構造上での少なくとも１つのフレキシブル光起電力素子、特に太陽電池の使用に関する。

再生可能源からの電気エネルギの生成はますます重要な役割を果たしており、太陽エネルギ及び風力からの電気エネルギの生成は特に重要である。

太陽電池を使って光から電気エネルギを生成することは、先行技術により知られている。太陽電池は様々な実施形態で知られている。太陽電池は光起電力層から製作され、これは通常、フレームに組み込まれる。このような太陽パネルは建物、特に屋根に、又は空き地内に取り付けることができる。

風力タービン構造を使って風力から電気エネルギを生成することも同様に先行技術により知られている。風力タービン構造は、縦方向に立てられた脚柱と、前記脚柱の一方の端に配置されたロータブレードを備えるタービンから形成される。

風力タービン構造と太陽電池を一緒に使用して電気エネルギを生成することも同様に知られている。太陽電池を風力タービン構造のための様々なロータブレードが先行技術から知られている。

米国特許出願第５，２５４，８７６ Ａ号明細書には、風力タービン構造と風力タービン構造のロータブレード上に配置された太陽電池との組合せが開示されている。

米国特許出願第７，０４５，７０２ Ａ号明細書には、ソーラパネルを備える風車が開示されており、ソーラパネルは風車のブレード上に配置されている。

米国特許明細書第８，２８８，８８４ Ｂ１号明細書には、ソーラパネルが組み込まれた風力タービン構造が開示されており、ソーラパネルは風力タービン構造のタワーに取り付けられている。ソーラパネルは、追加の建造物によってタワーに取り付けられ、ソーラパネルは変位可能且つ／又は傾斜可能である。

本発明の目的は、少なくとも１つの光起電力素子を備える脚柱及びかかる脚柱を備える風力タービン構造を提供することであり、後述の欠点が発生せず、特に、脚柱の、特に風力タービン構造の脚柱の表面は、エネルギ生成のためにより効果的に使用でき、特に、個々の電池が部分的及び／又は完全に影になったときのより高い効率が実現される。

しかしながら、先行技術の欠点は、太陽電池が形態嵌め式ではなく、したがって、脚柱の表面上に直接配置されることである。特に脚柱の表面上の一体枠内に配置されたソーラパネルは、その表面のうちの大部分が脚柱から突出する。その結果、ソーラパネルは特に気象の影響、特に強風による損傷を受けやすく、ロータブレードにおける風の流れに影響を与え、その結果、風力タービン構造の有効性が大幅に低減する。同様に、ロータブレードに取り付けられた太陽電池又はブレードに取り付けられたソーラパネルは、回転によってはるかにより強い力にさらされ、また、ロータブレードにおける風の流れに影響を与える。

それゆえ、先行技術により知られている風力タービン構造と光起電力システムとの組合せは、風力タービン構造の有効性が損なわれるかぎり、不利である。しかしながら、先行技術では、光起電力素子が脚柱の表面に形態嵌め式に配置され、特にそこに接着剤で結合される脚柱は開示されていない。

したがって、本発明は、光、特に太陽光の放射エネルギを電気エネルギに変換するための少なくとも１つの光起電力素子を備える脚柱及び／又はかかる脚柱を備える風力タービン構造を提供するという目的に基づいており、その中では前述の欠点が発生せず、また、特に脚柱はエネルギの生成のために有効に使用でき、特に風力タービン構造の有効性が損なわれない。

この目的は、特許請求の範囲の独立項の主題により達成される。有利な改良型は従属項から明らかとなる。

この目的は、特に、光、特に太陽光の放射エネルギを電気エネルギに変換するための少なくとも１つの光起電力素子を備える脚柱を提供することによって達成され、少なくとも１つの光起電力素子は脚柱上に配置され、少なくとも１つの光起電力素子はフレキシブル光起電力素子である。

好ましい実施形態において、光起電力素子は、脚柱に形態嵌め式に接続され、特に脚柱の表面に形態嵌め式に取り付けられる。好ましい実施形態において、少なくとも１つの光起電力素子は、形態嵌め式に脚柱に、少なくとも１つの光起電力素子が少なくとも大部分が気象、特に霰や雹、雪、又は風の影響から保護されるような方法で固定される。これは、少なくとも１つの光起電力素子を風力タービン構造に据え付ける場合に特に有利であり、なぜなら風力タービン構造が意図的に、頻繁に、より強い風の吹く地域に設置されるからである。少なくとも１つの光起電力素子を備える本発明による脚柱には、先行技術に対しての利点がある。風力エネルギからの電気エネルギの生成と太陽エネルギからの電気エネルギの生成の有効な組合せが、有利な点として、可能となる。脚柱の表面は、有利な点として、有効に使用され、これは、特に従来の光起電力素子のようなフレームによって別の光起電力素子の取付けが妨害されないからである。有利な点として、特に光起電力素子を脚柱の表面への直接的な形態嵌め式の取付けによって、光起電力素子を安定化させ、及び／又は取り付けるためのフレーム又はフレームワーク等のその他のコンポーネントを不要とすることができる。太陽電池は、有利な点として、脚柱に形態嵌め式に取り付けられ、したがって、風やその他の気象の影響による損傷を受けにくくなる。風により生成される騒音は、有利な点として、通常突出している太陽パネルと比較して軽減される。有利な点として、脚柱の既存の表面は光起電力素子を配置するために使用され、したがって、追加の表面は不要である。光起電力素子は、有利な点として、脚柱の形状に適合させられ、その結果、強風やそれに起因する損傷に関するより高い安定性が実現される。フレキシブル光起電力素子は、有利な点として、特に軽量であり、その結果、特定の重量を超えずに、より多くの光起電力素子を脚柱に取り付けることができる。

脚柱は、また、特に柱、特に橋柱若しくは支柱、塔、特に煙突、煙道、伝送若しくは送電柱、又はテレビ塔、又はサイロ、又は電話、電報、若しくは架空線路、又は街灯柱、又は鉄塔を意味するとも理解されたい。好ましい実施形態において、脚柱は、風力タービン構造の脚柱である。

光起電力素子とは、特に光電気セル又は太陽電池を意味すると理解されたい。光起電力素子は、特に、直列にも並列にも接続可能な複数の電池で構成されるモジュールであり、好ましくは、１つの電池の最長範囲は、モジュールの長さにわたる、又は、モジュールの幅にわたる。

好ましい実施形態において、フレキシブル光起電力素子は、フレキシブル太陽電池、特にＣＩＳ、ＣＩＧＳ、ＧａＡｓ若しくはＳｉ電池、ペロブスカイト型電池、又は、有機光起電力素子（ＯＰＶ）、特にポリマ有機光起電力素子、又は、小分子に基づく有機光起電力素子である。光起電力素子は、特に好ましくは小分子に基づくフレキシブル有機光起電力素子（ＯＰＶ）である。

有機光起電力素子（ＯＰＶ）とは、特に少なくとも１つの有機光活動性層を有する光起電力素子を意味すると理解される。

小分子とは、特に単分散モル質量が１００～２０００ｇ／ｍｏｌの非ポリマ有機分子を意味すると理解され、これは、正常圧（周囲大気の空気圧）下、室温で固相である。特に、小分子は、光活動性を有し、光活動性とは、光が導入されると分子がその帯電状態及び／又はその偏光状態を変化させることを意味すると理解される。

好ましい実施形態において、有機光起電力素子は、少なくとも１つの電池から形成される。好ましい実施形態において、電池は、シングルセル、タンデム型セル、又はマルチセルとして設計される。タンデム型セルとマルチセルは、電極間に相互に上下に積み重ねられた少なくとも２つの電池からなり、各電池は、少なくとも１つの光活動性層を含む。光活動性層という用語は、電池内の、有機光起電力素子内の電荷キャリアの生成に寄与する層又は積層部を意味すると理解される。したがって、有機光起電力素子は、さらに別の層、例えば電荷キャリア輸送層を有することもでき、これはドープされてもよい。有機光起電力素子の１つの考え得る設計は、国際公開第 ２００４ ０８３ ９５８ Ａ２号パンフレット、国際公開第 ２０１１ ０１３ ２１９ Ａ１号パンフレット、国際公開第 ２０１１ １３８ ０２１ Ａ２号パンフレット、及び国際公開第 ２０１１ １６１ １０８ Ａ１号パンフレットにおいて開示されている。

好ましい実施形態において、光活動性層は小分子を有する。

１つの実施形態において、複数の電池は、コンタクトを有するストリップとして相互に横並びに配置され、直列に接続される。各電池は、それ自体のベース電極と上部電極を有する。直列接続は、例えば１つの電池のベース電極を次の電池の上部電極に電気的に接続することによって実現される。１つの実施形態において、各電池又は、電池の集合には、組み込まれているバイパスダイオード又は影になった時の損失を回避するための素子が割り当てられる。

１つの実施形態において、光活動性層は、光吸収性材料を含み、これは揮発性であり、キャリアフィルムに蒸着により堆積される。この目的のために、「小分子」の群に属する材料が使用され、これらは、特に、国際公開第 ２００６ ０９２ １３４ Ａ１号パンフレット、国際公開第 ２０１０ １３３ ２０８ Ａ１号パンフレット、国際公開第２０１４ ２０６ ８６０ Ａ１号パンフレット、国際公開第 ２０１４ １２８ ２７８ Ａ１号パンフレット、欧州特許出願公開第 ３１ ８７ ４９６ Ａ１号明細書、及び欧州特許第 ３１ ８８ ２７０ Ｂ１号明細書に記載されている。

好ましい実施形態において、少なくとも１つの光起電力素子は、さらに、少なくとも１つの堆積されたバリア層が設けられ、及び／又はその中に封入されて、外的影響による劣化が最小化される。さらに、少なくとも１つの光活動性層を保護するためにパシベーション層を堆積させることができ、及び／又は平坦化層を堆積させることができる。

フレキシブル光起電力素子とは、特定の領域において曲げることができ、及び／又は引き伸ばすことができる光起電力素子を意味すると理解されたい。

好ましい実施形態において、フレキシブル光起電力素子の曲げ半径は、５０ｃｍ未満、好ましくは２０ｃｍ未満、又は好ましくは１０ｃｍ未満、又は好ましくは５ｃｍ未満である。フレキシブル光起電力素子の柔軟性は、好ましくは、この曲げ半径によって特徴付けられる。これによって、フレキシブル光起電力素子は、脚柱の表面形状に適合可能であることが確実となる。

好ましい実施形態において、フレキシブル光起電力素子は、プラスの温度係数を有する。その結果、フレキシブル光起電力素子は、形態嵌め式に、それゆえ脚柱の表面に直接配置でき、これは、フレキシブル光起電力素子の後方換気のための距離が不要であるからである。

長さ方向とは、特に脚柱又は光起電力素子の最長範囲の方向を意味すると理解され、特に長さ方向は、風力タービン構造の、光起電力素子が配置される脚柱の最長範囲である。長さ方向は特に、脚柱が適正に設置される方向、すなわち縦方向である。

横方向とは、特に長さ方向に垂直な方向、すなわち水平方向を意味すると理解される。

好ましい実施形態において、少なくとも１つの光起電力素子は、光起電力素子の最長範囲及び／又は光起電力素子の電池の配置に基づいて、脚柱上に縦及び／又は水平に配置される。

本発明の発展型によれば、少なくとも１つのフレキシブル光起電力素子は、脚柱の最長範囲に関して縦及び／又は水平に、及び／又は斜めにも配置されるようになされる。少なくとも１つの光起電力素子は、ここでは異なる設計の脚柱に配置できる。

好ましい実施形態において、少なくとも１つの光起電力素子は、脚柱の全長の少なくとも大部分にわたって延びる。

好ましい実施形態において、脚柱の長さは、２ｍ、好ましくは３ｍ、好ましくは５ｍ、好ましくは１０ｍ、好ましくは２０ｍ、好ましくは３０ｍ、好ましくは５０ｍ、好ましくは８０ｍ、好ましくは１００ｍ、好ましくは１２０ｍ、又はそれより長い。

本発明の発展型によれば、脚柱は、少なくとも２列のフレキシブル光起電力素子を有するようになされ、少なくとも２列のフレキシブル光起電力素子は、脚柱の最長範囲に関して縦及び／又は水平に、及び／又は斜めにも配置され、１つの列は、好ましくは少なくとも２つのフレキシブル光起電力素子を有する。

好ましい実施形態において、少なくとも１つの光起電力素子は、脚柱の長さ方向に関して縦及び／又は水平に配置される。

好ましい実施形態において、少なくとも１つの光起電力素子の幅は、２０ｃｍより大きく、好ましくは３０ｃｍより大きく、好ましくは５０ｃｍより大きく、好ましくは６０ｃｍより大きく、好ましくは８０ｃｍより大きく、又は好ましくは１ｍより大きい。

好ましい実施形態において、少なくとも１つの光起電力素子の長さは、２ｍより長く、好ましくは５ｍより長く、好ましくは６ｍより長く、又は好ましくは１０ｍより長い。

特に好ましい実施形態において、少なくとも１つの光起電力素子の長さは、脚柱の範囲に適応され、それによって脚柱の長さの表面は少なくとも大部分が使用される。好ましい実施形態において、脚柱に取り付けられる複数の光起電力素子の長さは異なる。

好ましい実施形態において、複数の光起電力素子が脚柱上に配置され、特に、光起電力素子は、相互に関して平らに配置される。好ましい実施形態において、光起電力素子は、脚柱上で相互に平行に配置される。好ましい実施形態において、脚柱は、完全に又はほぼ完全に光起電力素子により被覆される。

本発明の発展型によれば、脚柱は、円錐形を有するようになされ、脚柱の直径は、少なくとも部分的に底部から上部へと（脚柱の長さ方向に）減少する。代替的な実施形態において、脚柱は円柱形である。代替的な実施形態において、脚柱の断面は曲線により取り囲まれる区域により表される。

好ましい実施形態において、少なくとも１つの光起電力素子は、少なくとも１つの光活動性層で被覆されたフレキシブルフィルムとして設計され、フレキシブルフィルムは、好ましくは表面に適合可能であり、特に特定の限界内で引き伸ばし可能であり、それによって長さ及び／又は幅の差を補償できる。

好ましい実施形態において、脚柱の直径は、長さ方向へのその範囲より小さい。好ましい実施形態において、脚柱の直径は、少なくとも８ｃｍ、好ましくは少なくとも１０ｃｍ、好ましくは少なくとも３０ｃｍ、好ましくは少なくとも５０ｃｍ、好ましくは少なくとも７０ｃｍ、好ましくは少なくとも１ｍ、又は好ましくは少なくとも２ｍである。

本発明の発展型によれば、少なくとも１つのフレキシブル光起電力素子は、脚柱に一体式、特に接着剤による結合によって取り付けられるようになされる。好ましい実施形態において、少なくとも１つのフレキシブル光起電力素子は、脚柱上に固定される。

好ましい実施形態において、少なくとも１つの光起電力素子は、裏面に粘着コーティングを有し、その結果、少なくとも１つの光起電力素子は、表面に取付可能、特に接着剤により結合可能である。好ましい実施形態において、粘着コーティングは、光起電力素子の裏面全体にわたり、又は少なくとも裏面全体の大部分にわたる。その結果、少なくとも１つの光起電力素子を取り付けるために追加のフレームワーク及び／又はフレームは、不要であり、その結果、少なくとも１つの光起電力素子の据え付けがより容易且つ安価となる。

本発明の発展型によれば、フレキシブル光起電力素子は、脚柱に形態嵌め式に取り付けられるようになされる。

脚柱上の光起電力素子の配置、特に脚柱への光起電力素子の据え付けは、特に光起電力素子が直列及び／又は並列に接続されることからなる。

本発明の発展型によれば、光起電力素子の相互接続が、領域的に相互に分離されるようになされ、好ましくは、脚柱上で第一のコンパス方位に整列された光起電力素子は、第二のコンパス方位へのその脚柱上の相互接続部から分離され、好ましくは、各相互接続部は、電気的動作領域内で動作し、特にそれぞれの場合に、インバータ、特に３相インバータが割り当てられる。その結果、太陽放射がそれに応じて異なる１日の中の異なる時間における光起電力素子による電気エネルギの生成は、特に有効である。

好ましい実施形態において、相互接続部のケーブルは、光起電力素子間で水平又は縦に走る。

好ましい実施形態において、脚柱上で東南／東方向に整列される光起電力素子の相互接続部は、脚柱上で西南／西方向に整列される光起電力素子の相互接続部から分離される。コンパス方位は、地球の北半球の中の位置を指す。南半球の極性状態は、北半球におけるそれの反対である。好ましい実施形態において、相互接続部、特に相互接続部のケーブルは、特に脚柱の表面に組み込まれた磁気アタッチメント及び／又はケーブルダクトによって少なくとも部分的に固定される。脚柱は、好ましくは、脚柱の内部へとつながる少なくとも１つの穴を有し、相互接続部のケーブルは、脚柱の内部へと導かれる。好ましい実施形態において、複数の光起電力素子の相互接続部は、１つの穴を通過する。好ましい実施形態において、脚柱は、脚柱の内部へとつながる複数の穴を有する。光起電力素子の各列について、好ましくは１つの穴が提供され、それを通じて相互接続部のケーブルが脚柱の内部へと導かれる。

好ましい実施形態において、光起電力素子は、脚柱の表面に入射する太陽光の放射に応じて配置され、光起電力素子は、好ましくは、脚柱の、強力な入射太陽放射に対面する側に配置される。

好ましい実施形態において、脚柱は、電気エネルギを貯蔵する蓄電ユニット、特にアキュムレータを有し、これは、少なくとも１つの光起電力素子に動作的に接続され、その結果、少なくとも１つの光起電力素子により生成された電気エネルギは、貯蓄可能である。

好ましい実施形態において、脚柱は、少なくとも１つの窩洞を有し、ケーブル、コンバータ、及び／又は蓄電ユニット、特にアキュムレータを少なくとも１つの窩洞内に配置できる。

光起電力素子、特に太陽電池は、少なくとも１層の有機電池と少なくとも２つのコンタクトを含み、基板に近いコンタクトは、ベースコンタクト又はベース電極と呼ばれ、基板から遠いコンタクトは、上部コンタクト又は上部電極と呼ばれる。

好ましい実施形態において、光起電力素子の配置が据え付けられ、これは使用中に部分的に影になる可能性があり、特に、光起電力素子の改善された効率とより長い使用寿命が、部分的に影になることに関わらず、得られる。

好ましい実施形態において、少なくとも１つの光起電力素子は、組み込まれたバイパスダイオードを有し、バイパスダイオードは、光起電力素子の電池に印刷又は蒸着される。バイパスダイオードは、共通のベース電極と上部電極との間に挟まれる。特に個々の光起電力素子が部分的に影になった場合、例えば風力タービン構造のロータブレードによって部分的に影になった場合、これは、影になった電池がそれと直列に接続されている、影になっていない、又はそれより影の程度の低い電池に関して逆にバイアスされたダイオードとならないようにし、それゆえ、モジュールの効率に不利な影響を与える電気エネルギの流出の回避が防止される。

好ましい実施形態において、バイパスダイオードは、複数の光電気電池と平行に配置される。その結果、（部分的に）影になった場合に、電池内の電流が減少すると、ある電圧での電池の逆方向への電流をより増大させることができる。

好ましい実施形態において、バイパスダイオードは、光電気電池のストリップと平行に配置されるか、光電気電池のストリップに組み込まれる。

好ましい実施形態において、光起電力素子は、インバータを介して接続される。

本発明の目的は、また、特に上述の例示的な実施形態の１つによる、光の放射エネルギを電気エネルギに変換するための少なくとも１つの光起電力素子を備える本発明による脚柱を備える、風の流体エネルギを電気エネルギに変換するための風力タービン構造を提供することによって達成される。風力タービン構造は、脚柱と、ロータブレードを備えるタービン部分を有し、タービン部分は、脚柱の一方の端に配置され、発電機は、タービン部分によって駆動可能であり、少なくとも１つのフレキシブル光起電力素子は、脚柱上に配置される。これによって、特に少なくとも１つの光起電力素子を備える脚柱に関連してすでに説明した利点が、風力タービン構造について得られる。

先行技術では、風力タービン構造の脚柱の表面に直接、形態嵌め式に配置されたフレキシブル光起電力素子を有する何れの風力タービン構造も開示されていない。

好ましい実施形態において、光起電力素子は、光の放射エネルギからエネルギを生成するためのシステムとして設計される。好ましい実施形態において、風力タービン構造は、風力から電気エネルギを生成するためのシステムとして設計される。好ましい実施形態において、少なくとも１つの光起電力素子によってエネルギを生成するためのシステムは、風力タービン構造によってエネルギを生成するためのシステムに連結される。

風力タービン構造及び光起電力素子からの電気エネルギの並行生成が、有利な点として、可能である。有利な点として、脚柱に形態嵌め式に取り付けられた光起電力素子は、ロータブレードを備えるタービン部分によるエネルギの生成を損なうことになる風のいかなる乱流の原因ともならない。特に光起電力素子上の鏡面及び／又は色の効果によって、有利な点として、鳥が風力タービン構造に近付くことが阻止される。風力タービン構造のロータブレードの機能は、有利な点として、損なわれない。風力タービン構造の有効性は、有利な点として、光起電力素子との組合せによって増大する。光起電力素子により生成された電気エネルギは、有利な点として、特に無風状態時に、風力タービン構造を動作させるために使用できる。

風力タービン構造とは、特に、羽根車、風車、又は風力コンバータを意味すると理解される。風力タービン構造は、風力エネルギ、すなわち風の流体エネルギを電気エネルギに変換し、これはその後、送電網へと供給可能である。風力タービン構造は、当業者の間で知られている方法で相応の場所に取り付けることができる。

好ましい実施形態において、少なくとも１つの光起電力素子によって生成されるエネルギは、風力タービン構造を動作させるため、特にタービン部分を始動させるため、タービン部分を支持するため、照明及び／又は制御装置のために使用できる。

好ましい実施形態において、タービン部分は、脚柱上に、それが脚柱に関して回転可能となるように配置される。

好ましい実施形態において、タービン部分は、発電機に動作的に接続され、その結果、風力を電気エネルギに変換できる。

本発明の発展型によれば、少なくとも１つの光起電力素子が、少なくとも領域的に、脚柱の長さ方向軸の周囲、好ましくは脚柱の長さ方向軸全体の周囲に横方向に配置されるようになされる。少なくとも１つの光起電力素子、特に脚柱の長さ方向軸の周囲に横方向に配置される光起電力素子は、好ましくは脚柱の表面に接着剤により結合される。

本発明の発展型によれば、風力タービン構造は複数のフレキシブル光起電力素子を有するようになされ、特に脚柱の表面に第一のコンパス方位に取り付けられたフレキシブル光起電力素子の第一の相互接続部は、脚柱の表面に第二のコンパス方位に取り付けられたフレキシブル光起電力素子の第二の相互接続部から分離され、特に相互に動作的に接続されず、２つの相互接続部は、好ましくは、各々が電気的動作領域内で動作され、特にそれぞれについてインバータ、特に３相インバータが割り当てられる。

好ましい実施形態において、少なくとも１つの光起電力素子、特に太陽電池は、さらに、風力タービン構造のロータブレード上に配置される。

好ましい実施形態において、風力タービン構造、は陸上又は水上に設置され、浮上式であるか、又は地面にしっかりと固定される。好ましい実施形態において、風力タービン構造は、平野、又は丘状地形、特に山脈に設置される。

本発明の目的はまた、特に前述の例示的な実施形態の１つによる、脚柱上での少なくとも１つのフレキシブル光起電力素子の使用、又は風力タービン構造上での少なくとも１つのフレキシブル光起電力素子の使用を提供することによっても、達成される。脚柱上の少なくとも１つのフレキシブル光起電力素子の使用、及び風力タービン構造上での少なくとも１つのフレキシブル光起電力素子の使用によって、特に、脚柱及び／又は風力タービン構造に関連してすでに説明した利点が得られる。

本発明を下記のような図面に基づいて以下により詳しく説明する。

フレキシブル光起電力素子を備える風力タービン構造の第一の実施形態の正面図（図１Ｂ）及び２つの側面図（図１Ａ及び１Ｃ）における概略図を示す。 側面図（図２左）におけるフレキシブル光起電力素子を備える風力タービン構造とそれに取り付けられた光起電力素子の配置（図２右）の第二の実施形態の概略図を示す。 フレキシブル光起電力素子を備える風力タービン構造の第三の実施形態の概略図を示す。

例示的実施形態
図１は、フレキシブル光起電力素子３を備える脚柱１を有する本発明による風力タービン構造７の第一の実施形態の、正面図（図１Ｂ）と２つの側面図（図１Ａ及び１Ｃ）における概略図を示す。

この例示的な実施形態において、脚柱１は、風力タービン構造７の脚柱１である。しかしながら、脚柱１は、また、風力タービン構造７とは独立した脚柱１とすることもできる。脚柱１は、木材、鋼鉄、特に鋼鉄フレームワーク、及び／又はコンクリート製とすることができる。

脚柱１は、光、特に太陽光の放射エネルギを電気エネルギに変換するための光起電力素子３、特に太陽電池２１を有し、光起電力素子３は、脚柱１上に配置されている。光起電力素子３は、フレキシブル光起電力素子３、特に小分子に基づく有機光起電力素子３である。この例示的な実施形態において、光起電力素子３は、脚柱１の表面に接着剤で結合される。この目的のために、光起電力素子３は、裏面を接着剤で被覆できる。

風の流体エネルギを電気エネルギに変換するための光起電力素子３を備える脚柱１を有する、光の放射エネルギを電気エネルギに変換するための風力タービン構造７が、図１に示されている。風力タービン構造７は、脚柱１と、ロータブレード１１を備えるタービン部分９を有し、タービン部分９は、脚柱１の一方の端に配置される。発電機は、タービン部分９によって駆動可能であり、風力エネルギを電気エネルギに変換する。発電機は、タービン部分９内又は脚柱１の窩洞内に配置できる。光起電力素子３は、フレキシブル光起電力素子３である。

この例示的な実施形態において、フレキシブル光起電力素子３、すなわち、太陽電池２１は、小分子に基づくフレキシブル有機光起電力素子（ＯＰＶ）であるが、他のフレキシブル光起電力素子３の使用も想定可能である。

この例示的な実施形態において、風力タービン構造７の脚柱１の高さは８０ｍであるが、その他の高さもまた想定可能である。さらに、例示的な実施形態において、太陽電池２１は、脚柱１上に５０ｍの高さまで配置され、太陽電池２１の据え付けは、約３ｍの高さから始まっている。

太陽電池２１（ＨｅｌｉａＳｏｌ（登録商標）３０８－５９８６）の寸法は５，９８６×０．３０８ｍであり、例えば合計１２０のこのような太陽電池２１が脚柱１上に配置されている。しかしながら、太陽電池２１の寸法は、脚柱１の寸法に適応させることができる。ＨｅｌｉａＳｏｌ（登録商標）は各々、モジュールの正面上に２つの接続部を有する。モジュールのアジマスは可変的であり、脚柱１の表面上のモジュールの傾斜は９０°である。横方向に相互に隣り合わせで配置された個々の太陽電池２１の幅は同じであるが、異なる幅の太陽電池２１を相互に隣り合わせに配置することも想定可能である。この例示的な実施形態において、８列の太陽電池２１が脚柱１の長さ方向に相互に隣り合わせに配置されている。

この例示的な実施形態において、太陽電池２１は、脚柱１の周囲に横方向に、すなわち脚柱１の長さ方向に関して素子の電池の横方向に配置されている。

代替的な例示的な実施形態において、太陽電池２１は、脚柱１上に長さ方向に、すなわち脚柱１の長さ方向に関して平行に配置される。

本発明の改良型において、フレキシブル光起電力素子３は、脚柱１の最長範囲に関して横方向及び／又は長さ方向に、特に斜めにも配置される。

本発明の別の改良型において、脚柱１は、複数の列のフレキシブル光起電力素子３を有し、複数の列のフレキシブル光起電力素子３が脚柱１の最長範囲に関して横方向及び／又は長さ方向に、特に斜めにも配置され、１つの列は、少なくとも２つのフレキシブル光起電力素子３を有する。

この例示的な実施形態において、脚柱１は円錐形を有し、脚柱１の直径５は、底部から上部へと少なくとも部分的に減少する。

この例示的な実施形態において、脚柱１の直径のこのような円錐形のプロファイルでは、横方向に相互に隣り合わせに配置された光起電力素子３の数は、脚柱１の長さ方向に底部から上部へと減少する。代替的に、光起電力素子３の寸法を脚柱１の直径に適応させることも想定可能である。

本発明の他の改良型において、フレキシブル光起電力素子３は少なくとも領域的に、脚柱１の長さ方向軸の周囲に、好ましくは、脚柱１の長さ方向軸全体の周囲に横方向に配置される。

本発明の他の改良型において、フレキシブル光起電力素子３は、フレキシブル光起電力素子３が脚柱１の表面に接着剤で結合されることにより、脚柱１に形態嵌め式に取り付けられる。

この例示的な実施形態において、脚柱１の表面に第一のコンパス方位１５に取り付けられたフレキシブル光起電力素子３の第一の相互接続部１３（図１Ａ及び１Ｂ参照）は、脚柱１の表面に第二のコンパス方位１９に取り付けられたフレキシブル光起電力素子３の第二の相互接続部１７（図１Ｂ及び１Ｃ参照）から分離され、２つの相互接続部１３、１７は各々、電気的動作領域内で動作し、特に、それぞれの場合にインバータが割り当てられる。

この例示的な実施形態において、東南／東方向に配置された太陽電池２１の相互接続部１７は、西南／西方向に配置された太陽電池２１の相互接続部１３から分離される。コンパス方位１５、１９に依存する別々の相互接続部１３、１７により、脚柱１は、２つの領域に分割され、１つの領域は、東南／東方向に面し、１つの領域は、西南／西方向に面する（地球の北半球における位置でのコンパス方位に基づく）。これらの領域の各々に割り当てられたインバータは、６０の太陽電池２１に接続される。インバータは３つの相を有する２つのＭＰＰＴ（最大出力追従制御：ｍａｘｉｍｕｍ ｐｏｗｅｒ ｐｏｉｎｔ ｔｒａｃｋｉｎｇ）インバータである。インバータの最大出力は、４．６８ｋＷである。電圧範囲は最低２００Ｖ、最高４９５．６Ｖであり、最大電流強さは、１つのインバータにつき１６．３Ａ、１つのＭＰＰＴにつき９．７８Ａである。

本発明の改良型において、相互接続部１３、１７、特に、相互接続部１３、１７のケーブルの経路は、光起電力素子３間で少なくとも部分的に水平及び縦に配置される。

本発明の他の改良型において、その中でケーブルが案内されるケーブルダクトが、脚柱１の表面内に配置される。

この例示的な実施形態において、太陽電池２１は、脚柱３上にコンパス方位の東（図１Ａ）、南（図１Ｂ）及び西（図１Ｃ）に配置され、北の方向には太陽電池２１が配置されていない。その結果、太陽電池２１は、太陽光の入射放射に応じて特によく整列される。これは、北方向においては、より低い太陽光入力が予想されるはずであるからである。しかしながら、代替的な例示的実施形態では、特に脚柱１全体の表面をできるだけ多く使用し、保護するために、太陽電池２１が追加的に北方向にも配置されることが、想定可能である。

太陽電池２１の接続は、太陽電池２１間で脚柱１に対して横方向に外部へと案内されるケーブルを通じて延び、１つのケーブルは、太陽電池２１の１つおきの列間で案内される（脚柱１に対して長さ方向に見た場合）。それぞれの場合で、相互接続部１３、１７のケーブルが接続される１つの接続は、太陽電池２１の正面に配置される。例えば、ＭＣ４コネクタ（組み込まれたＭＣ４コネクタを有するマルチコンタクトＴｗｉｎＢｏｘ）を接続として使用できる。

脚柱１は、脚柱１の内部へとつながる穴２３を有し、その穴を通じて相互接続部１３、１７は脚柱１の内部へと案内される。相互接続部１３、１７のケーブルは、穴２３を通って脚柱１の内部へと案内され（図２左）、そこでコンバータ及び／又は蓄電ユニットに接続可能である。本発明の改良型において、それぞれの場合に、相互接続部１３、１７のための１つの穴２３が太陽電池２１の各列のために提供される。

本発明の改良型において、脚柱１は、窩洞を有し、その中にコンバータ及び／又は蓄電ユニットが配置される。

本発明の改良型において、相互接続部１３、１７、特に相互接続部１３、１７のケーブルは、特に脚柱１の表面に組み込まれた磁気アタッチメント及び／又はケーブルダクトによって少なくとも部分的に固定される。

本発明の他の改良型において、脚柱１は、電気エネルギを貯蓄する蓄電ユニット、特にアキュムレータを有し、蓄電ユニットは、少なくとも１つの太陽電池２１に接続される。

本発明のまた別の改良型において、蓄電ユニット及び／又はコンバータは、脚柱１内の窩洞の中に配置される。

図２は、側面図（図２左）におけるフレキシブル光起電力素子３を備える風力タービン構造７とそれに取り付けられた光起電力素子３の配置（図２右）の第二の実施形態の概略図を示す。同じ及び機能的に同じ要素は、同じ参照番号で示され、したがってこの点に関しては上述の説明を参照されたい。

光起電力素子３、すなわち太陽電池２１（この例示的な実施形態ではＨｅｌｉａＳｏｌ（登録商標６０００）の脚柱１への据え付けは、脚柱１の約３ｍの高さから始まり、脚柱１の約５０ｍの高さで終わる（図２右）。脚柱１の高さに応じて、太陽電池２１をより高い高さまで据え付けることも想定可能である。

円錐形状により、脚柱１の直径５は、底部から上部へと減少し、その結果、脚柱１の長さ方向の周囲のリングの形態の利用可能な表面積は、減少する。したがって、脚柱１に横方向に配置された太陽電池２１の数も同様に、この例示的な実施形態では底部から上部へと減少する。８列の太陽電池２１が脚柱１の表面上に配置され、それぞれ隣接する２列は同じ数の太陽電池２１を有する。第一及び第二の列の中には、それぞれ１８の太陽電池２１が配置され、個々の太陽電池２１は、好ましくは、それぞれの場合に相互に反対側に位置付けられ、１６の太陽電池２１が、それぞれ第三及び第四の列に配置され、１４の太陽電池２１が、それぞれ第五及び第六の列に配置され、１２の太陽電池２１が、それぞれ第七及び第八の列に配置される。フレキシブル太陽電池２１を使用することによって、太陽電池２１の形態嵌め式の取付けは、円錐形状の脚柱１についても、直径５が上部に向かって減少し、それに伴って表面積も減少するにもかかわらず、可能である。

太陽電池２１は、相互接続部１３、１７を介して電気的サブシステムに、特にコンバータ及び／又は蓄電ユニットに動作的に接続される。相互接続部１３、１７のケーブルは、接続を介して太陽電池２１に接続され、穴２３を介して脚柱１の内部へと案内され、そこでコンバータ及び／又は蓄電ユニットに接続される。

本発明の改良型において、それぞれの場合に脚柱１に対して横方向に相互に隣り合わせに配置された２列の太陽電池２１は、同じ数の太陽電池２１を有する。このような太陽電池２１のペアの配置によって、１つおきの列間のみに相互接続部１３、１７のケーブルを案内することが可能となり、その結果、太陽電池２１の据え付けは、より容易になる。１つおきの列の太陽電池は、好ましくは、相互に関して１８０°回転される。さらに、それぞれの場合の２列の太陽電池２１について、相互接続部１３、１７がそこを通って脚柱１の内部へと案内される穴２３は１つだけでよい。

図３は、フレキシブル光起電力素子３を備える風力タービン構造７の第三の実施形態の概略図を示す。同じ及び機能的に同じ要素は、同じ参照符号で示されており、したがって、この点については前述の説明文を参照されたい。

この例示的な実施形態において、東南／東方向１９に配置された太陽電池２１の相互接続部１７は、西南／西方向１５に配置された太陽電池２１の相互接続部１３から分離される。

本発明の改良型において、太陽電池２１は、脚柱１の表面全体の少なくとも大部分にわたり配置される。脚柱１の表面は、特にコンパス方位及び／又は何れかの影のでき方に応じて２つより多い領域に分割されることも想定可能であり、各領域に相互接続部が割り当てられ、これは、第一の相互接続部１３及び第二の相互接続部１７のほかに別の相互接続部が存在するかもしれないことを意味する。

Claims (10)

1. 光、特に太陽光の放射エネルギを電気エネルギに変換するための少なくとも１つの光起電力素子（３）を備える脚柱（１）において、
   前記少なくとも１つの光起電力素子（３）は前記脚柱（１）上に配置され、前記少なくとも１つの光起電力素子（３）はフレキシブル光起電力素子（３）であることを特徴とする脚柱（１）。
2. 前記少なくとも１つのフレキシブル光起電力素子（３）は、前記脚柱（１）の最長範囲に関して横方向及び／又は長さ方向に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の脚柱（１）。
3. 前記脚柱（１）は、少なくとも２列のフレキシブル光起電力素子（３）を有し、前記少なくとも２列のフレキシブル光起電力素子（３）は前記脚柱（１）の最長範囲に関して横方向及び／又は長さ方向に配置され、１列は好ましくは少なくとも２つのフレキシブル光起電力素子（３）を有することを特徴とする、請求項１に記載の脚柱（１）。
4. 前記脚柱（１）は、円錐形状を有し、前記脚柱（１）の直径（５）は、底部から上部へと少なくとも部分的に減少することを特徴とする、請求項１～３のいずれか１項に記載の脚柱（１）。
5. 前記少なくとも１つのフレキシブル光起電力素子（３）は、前記脚柱（１）に一体式、特に接着剤による結合によって取り付けられることを特徴とする、請求項１～４のいずれか１項に記載の脚柱（１）。
6. 前記フレキシブル光起電力素子（３）は、前記脚柱（１）上に形態嵌め式に配置されることを特徴とする、請求項１～５のいずれか１項に記載の脚柱（１）。
7. 請求項１～６のいずれか１項に記載の、光の放射エネルギを電気エネルギに変換するための少なくとも１つの光起電力素子（３）を備える脚柱（１）を有する、風の流体エネルギを電気エネルギに変換するための風力タービン構造（７）であって、
   前記風力タービン構造（７）は、前記脚柱（１）と、ロータブレード（１１）を備えるタービン部分（９）を有し、前記タービン部分（９）は、前記脚柱（１）の一方の端に配置され、発電機は前記タービン部分（９）によって駆動可能である風力タービン構造（７）において、少なくとも１つのフレキシブル光起電力素子（３）は、前記脚柱（１）上に配置されることを特徴とする風力タービン構造（７）。
8. 前記少なくとも１つの光起電力素子（３）は、少なくとも領域的に、前記脚柱（１）の長さ方向軸の周囲に、好ましくは前記脚柱（１）の長さ方向軸全体の周囲に横方向に配置され、前記少なくとも１つの光起電力素子（３）は、好ましくは、前記脚柱（１）の表面に接着剤により結合されることを特徴とする、請求項７に記載の風力タービン構造（７）。
9. 前記風力タービン構造（７）は、複数のフレキシブル光起電力素子（３）を有し、前記脚柱（１）の表面に第一のコンパス方位（１５）で取り付けられたフレキシブル光起電力素子（３）の第一の相互接続部（１３）は、前記脚柱（１）の表面に第二のコンパス方位（１９）で取り付けられたフレキシブル光起電力素子（３）第二の相互接続部（１７）から分離され、前記２つの相互接続部（１３、１７）は、好ましくは、各々、電気的動作領域で動作することを特徴とする、請求項７又は８に記載の風力タービン構造（７）。
10. 請求項１～５のいずれか１項に記載の脚柱（１）上での、又は請求項７～９のいずれか１項に記載の風力タービン構造（７）上での少なくとも１つのフレキシブル光起電力素子（３）の使用。

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