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Die Erfindung betrifft Windrad mit Stromgenerator und mit einer Windfahne zur selbsttätigen Einstellung des Windrades gegen die Windrichtung, wobei Windrad und Windfahne gemeinsam um eine vertikale Achse drehbar gelagert und an der Oberflä- che der Windfahne mindestens an einer Seitenfläche Sonnenkol- lektoren zur Stromerzeugung oder Wärmegewinnung angeordnet sind.
Ein derartiges Windrad bzw. eine Windturbine die mittels einer Windfahne gegen die Windrichtung ausrichtbar ist, ist aus der GB 695 519 A bekannt. Windräder werden gemeinsam mit Stromgeneratoren zur Energiegewinnung eingesetzt. Windenergie zählt zu den erneuerbaren Energiequellen und die so gewonnene elektrische Energie belastet nicht die Umwelt. Ein beliebtes Einsatzgebiet für die Energieversorgung mit elektrischem Strom, der aus Windenergie gewonnen wird, sind entlegene Ge- genden die an kein Stromversorgungsnetz angeschlossen sind bzw. der Dauerbetrieb eines Dieselaggregates unwirtschaftlich ist. Problematisch ist nur, dass bei Windstille keine Energie gewonnen werden kann.
Als Ersatzenergiequelle für die windstille Zeit eignen sich Sonnenkollektoren, die ebenfalls elektrische Energie erzeu- gen. Von Nachteil ist dabei, dass für die Aufstellung der Sonnenkollektoren wieder eigene Fundamente und Konsolen er- richtet werden müssen. Weiters sind die schräg zur Sonne aus- gerichteten Kollektorflächen regelmässig zu reinigen und zu warten. Als weiterer Nachteil ist zu sehen, dass stationäre fix, z. B. in südliche Richtung, ausgerichtete Sonnenkollek- toren keinen optimalen Wirkungsgrad erreichen da sie dem Son- nenlauf nicht folgen. Dadurch sind grössere Kollektorflächen notwendig.
Aus der DE 34 04 995 A1 ist eine mobile Sonnen- und Wind- kraftanlage bekannt, die auf einem Amphibienfahrzeug montiert ist. Dabei kommen ein Windrad mit Generator und eine Wind- fahne mit Solarzellen zum Einsatz. Das Amphibienfahrzeug soll auf diese Weise auch bei Flaute durch den Sonnenschein mit elektrischer Energie versorgt werden.
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Eine Kombination von Windkraftanlagen und Photovoltaik ist auch in der JP 11-125171 A beschrieben. Dort wird ein Windrad beschrieben, das an jedem Ende jedes Windradflügels einen Propeller mit elektrischem Antrieb aufweist. Auf der Wind- fahne des Windrades sind Solarzellen angeordnet, die die elektrischen Antriebe für die Propeller anspeisen und so die Propeller und damit das Windrad in Drehung versetzen, wenn Windstille herrscht.
Die DE 198 39 647 Cl betrifft ein Windrad, das einen Kom- pressor im Rahmen einer Wärmepumpe antreibt. Der Verdampfer ist in Form einer Windfahne für das Windrad ausgebildet und weist ein Register von Rohrleitungen auf. Darüber hinaus ist es bekannt, photovoltaische Paneele durch Verdrehen um eine Achse zur Sonne hin auszurichten.
Die Erfindung zielt auf eine Energieerzeugung mit Windkraft und hilfsweise mit Photovoltaik ab, wobei die Kollektoren, welche die Windfahne bilden, auch bzw. alternativ zur Wärme- gewinnung eingesetzt werden können. Die optimale Einstellung der Windfahne z. B. bei Ausfall der Windkraft wird dadurch er- reicht, dass ein Stellantrieb zur Positionierung von Windrad und Windfahne um die vertikale Achse vorgesehen ist und dass die Windfahne selbst um eine horizontale Achse in Verlänge- rung der Windradachse oder parallel zu dieser einstellbar ist und zum Verdrehen der Windfahne um die horizontale Achse ein Stellantrieb mit der horizontalen Achse verbunden ist. Somit sind zwei Stellantriebe vorgesehen, die bei zu wenig Wind, insbesondere bei Windstille zum Einsatz kommen.
Im Windradbetrieb ist die Windfahne vertikal ausgerichtet, um die Windradachse gegen den Wind auszurichten. Bei der Son- nenenergiegewinnung wird die Windfahne bzw. die Sonnenkollek- toren zur Sonne geneigt. Die Neigung bewirkt eine Anpassung an die Höhe der Sonne über dem Horizont.
Die Sonnenkollektoren werden aber auch der Sonne in der Ebene nachgeführt. So ist es möglich, bei Windstille und Son- nenschein die Sonnenkollektorschwenkachse quer zur Sonnenein-
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strahlung auszurichten und eventuell auch bei Wind die Wind- radachse durch Zwangssteuerung in Windrichtung auszurichten.
Zur Minimierung von Reibungsverlusten ist es vorteilhaft, wenn das Windrad und die Windfahne jeweils über eine Welle und eine Lagerung mit einem gemeinsamen Rahmen verbunden sind.
Um die Ausrichtung der Windrad- bzw. Windfahnenachse mit dem Rahmen mit einer Steuerung automatisieren zu können, ist vorgesehen, dass der Rahmen mittels eines Getriebemotors re- lativ gegen ein Standrohr verdrehbar ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den beiliegen- den Zeichnungen dargestellt.
Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemässes Windrad mit Stromgenera- tor in teilgeschnittener Seitenansicht und Fig. 2 eine per- spektivische Darstellung.
Ein Windrad 20 umfasst gemäss Fig. 1 ein Standrohr 7 auf ei- nem Mast 19. In das hohle kreiszylindrische Standrohr 7 greift ein ebenfalls kreiszylindrischer Drehdorn 6, der mit einem Rahmen 9 verbunden ist, ein. Durch Lager 8 wird die Reibung zwischen Standrohr 7 und Drehdorn 6 möglichst klein- gehalten.
Von einer Windradwelle 2 kargen beispielsweise vier Wind- radflügel 1 aus, wobei die Windradflügel 1 zueinander um 90 versetzt sind. Die Windradwelle 2 ist mittels eines Lagers 3 mit dem Rahmen 9 verbunden. Das Ende der Windradwelle 2 ist mit einem Getriebe 4 und die Abtriebswelle des Getriebes 4 mit einem Stromgenerator 5 verbunden. Die Drehzahl der Wind- radflügel 1 bzw. der Windradwelle 2 wird im Getriebe 4 an die Drehzahl des Stromgenerators 5 angepasst.
Zur selbsttätigen Ausrichtung des Rahmens 9 gegen den Wind verfügt die Anordnung über eine Windfahne 10. Die Windfahne 10 ist um eine horizontale Achse 21 (Fahnenwelle) drehbar mit Lagern 12 am Rahmen 9 befestigt. Auf einer Seite der Oberflä- che der Windfahne 10 sind Sonnenkollektoren 11 angebracht.
Mit dem elektrischen Stellantrieb 15 kann die horizontale Achse 21 mit der Windfahne 10 zusammen mit dem Sonnenkollek-
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tor 11 geneigt werden. Der Stellantrieb 15 wirkt mittels ei- nes Schneckengetriebes 14 auf die horizontalen Achse 21. Wei- ters ist unterhalb des Rahmens 9 ein Stellantrieb 17 mit ei- nem Reibrad 18 angeordnet, um den Rahmen 9 bzw. die Windfahne 10 mit den Sonnenkollektoren 11 in die Richtung der Sonnen- einstrahlung einzustellen. Der Rahmen 9 wird mit dem Stellan- trieb 17 um eine vertikale Achse 22 gedreht. Ein Getriebemo- tor des Stellantriebes 17 ist über ein Drehgelenk mit dem Rahmen 9 verbunden, wobei ein Hubzylinder 16 an dem losen Ende des Drehgelenkes angreift, um den Stellantrieb 17 mit dem Reibrad 18 von dem Standrohr 7 abzuheben (auszukuppeln) oder anzupressen (einzukuppeln).
Das Windrad 20 mit dem Stromgenerator 5 liefert, wenn die Windenergie zum Antrieb ausreicht, elektrische Energie aus dem Stromgenerator 5. In dieser Betriebsart werden die Wind- radflügel 1 vom Wind in Drehung versetzt und die Windradwelle 2 treibt das Getriebe 4 und somit auch den Stromgenerator 5 an. Die Windfahne 10 wird mit dem Stellantrieb 15 und dem Schneckengetriebe 14 in eine vertikale Stellung gebracht und dort festgehalten. Weiters wird der Stellantrieb 17 mit dem Reibrad 18 vom Standrohr 7 abgehoben (ausgekuppelt). Das Windrad 20 mit dem Rahmen 9 richtet sich durch die freie Ver- drehbarkeit selbstständig gegen die Windrichtung aus. Die Windfahne 10 mit den Sonnenkollektoren 11 wird wegen der senkrechten bzw. vertikalen Orientierung in den Wind nicht zur Energiegewinnung herangezogen.
Reicht die Windenergie nicht aus, den Stromgenerator 5 an- zutreiben, wird die Windfahne 10 mittels des Stellantriebes 15 und des Schneckengetriebes 14 aus der vertikalen Position in eine flachere Position geneigt. Weiters werden die Sonnen- kollektoren 11 durch Verdrehen des Rahmens 9 zur Sonnenein- strahlung ausgerichtet. Dazu wird das Reibrad 18 und der Stellantrieb 17 mit dem Hubzylinder 16 gegen das Standrohr 7 gedrückt. Der Stellantrieb 17 wird aktiviert und das Reibrad 18 läuft entlang des Standrohres 7 ab und verdreht somit den Rahmen 9. Durch die Ausrichtung und der Neigungseinstellung
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der Sonnenkollektoren 11 zur Sonne kann die Energieausbeute der Sonneneinstrahlung optimiert werden.
Die elektrische Verbindung bzw. Kontaktierung von Stromge- nerator 5, Stellantrieb 15, Stellantrieb 17 und Sonnenkollek- toren 11 zu den Steigleitungen im Mast 19 erfolgt über Schleifringe, um ein endloses Drehen des Rahmens 9 zu ermög- lichen.
Eine Steuerung erfasst den Sonnenstand und aktiviert bei Windstille die beiden Stellantriebe 15 und 17 zur Ausrichtung der Windfahne 10 mit deren Sonnenkollektoren 11 gegen die Sonne.
Bei den Mess- Steuer- und Regelaufgaben gelangen an sich bekannte Bauteile bzw. Schaltungen zum Einsatz.
Die Sonnenkollektoren 11 können auch beispielsweise zur Warmwasserbereitung verwendet werden. Dabei werden die Kol- lektorflächen von einem flüssigen Medium durchflossen.