WO2017144053A1 - Anlage zur gewinnung von nutzenergie aus sonnen- und windenergie - Google Patents

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Vaisanen Raimo
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the invention relates to a plant for the production of useful energy from solar and wind energy, which preferably comprises a plurality of solar panels single overall solar module for obtaining useful energy from sunlight, and at least one wind turbine module with at least one radial turbine having a wind turbine for the extraction of useful energy from wind.
  • the system can be designed in particular as a stand-alone stand system.
  • wind turbines by means of which the kinetic energy contained in the moving air is converted into electrical energy.
  • axial orientation or axial turbine in the context of this application.
  • wind turbines in which a rotor driven by the wind rotates about a rotational axis which is transverse to the wind to be harvested in the context of this application referred to as a radial orientation or radial turbine.
  • the energy provided by the sun and wind often can not be sufficiently gained in daytime and seasons, when particularly high levels of energy are required, such as in winter with shorter times of day, colder outdoor temperatures and less hours of sunshine compared to other seasons.
  • wind energy in particular is often not worthwhile for smaller users, such as private users or smaller craft or agricultural enterprises, for financial reasons, because the costs of conventional wind turbines are not economically justifiable relative to the potential savings in energy purchasing.
  • installation and operation of wind turbines are often heavily regulated by the authorities.
  • the object of the invention to provide a plant for the production of useful energy, the energy production concept ensures overall greater independence from the usable hours of sunlight and also allows increased total energy yield at substantially the same size.
  • the system should also be attractive for small users and enable increased utilization of useful energy compared to conventional systems.
  • the object is achieved in that inflow openings are formed within the planar solar module.
  • the planar solar module comprises a support structure supporting the individual panels, for example a support frame to which the solar panels are fastened and which moves during movement of the solar panels in order to align the planar solar module moved with the solar module.
  • the wind power modules are preferably arranged on the support structure, in particular on the support frame.
  • the overall system is preferably constructed from a plurality of similar individual modules which can be connected to the overall system, which preferably each comprise at least one (preferably exactly one) solar panel and at least one (preferably exactly one) wind power module, each arranged on a common single module support frame are.
  • the support frame of the individual modules can be connected to one another both for arranging a plurality of individual modules side by side and one above the other and thus together form the support structure of the entire system.
  • a wind turbine is arranged on the flat solar module not only edge, but also within the planar solar module elongated Anström openings are provided in and / or behind which the at least one wind turbine is arranged.
  • the fact that the elongated Anström- openings are provided within the solar module in particular means that the at least one wind power module not over an outer edge of the solar module or of the solar module spanned and preferably by a plurality of solar panels the total wind attack surface is received, but that wind power modules are provided which are supplied and driven by an air flow, which is derived within the solar module or within the total wind attack surface of one or more partial surfaces of the solar module and the wind power modules is supplied.
  • the onflow openings break through, so to speak, the total area of the solar module. This of course does not exclude that one or more wind power modules can be present, which are driven by an air flow, which is derived over the edge of the total area of the solar module and fed to the wind power module.
  • the at least one wind turbine is arranged in the immediate vicinity of the elongate inflow openings.
  • the wind turbine is thus driven by an air flow through the elongated opening and thus within the solar module outwardly bounding outer edges by a solar module spanned by the solar module Plane E or through the solar module surface spanned by the solar module.
  • the elongate inflow openings may be created by an array of solar panels on the support structure in which the individual panels of each adjacent individual panels are spaced such that the elongated inflow opening results between the edges of the adjacent individual panels.
  • the individual solar panels forming the solar module are mounted on the supporting structure of the solar module so as to define a solar module plane E in which all the solar single panels are arranged.
  • the solar module level E is then one of all used and lying in a common plane individual panels together formed continuous flat plane, wherein the area occupied by the solar module in this plane surface essentially only by the within the solar module level breakthrough openings provided is broken.
  • the planar solar module can also define a graduated solar module surface with a plurality of mutually offset sub-planes E n .
  • Such a self-graded solar module surface can be realized by arranging the individual or different groups of the solar individual panels that span the overall planar solar module so that they offset different sub-levels Ei, E 2 , E 3 , ... E n define.
  • the individual sub-levels can in particular be aligned parallel to one another or aligned such that the intersecting lines of the sub-levels run parallel. It is preferably provided that these mutually offset sub-levels are staggered with respect to each other on the planar solar module and opposite to the overall solar module plane E 'spanned by the solar module by an angle ⁇ (with ⁇ between 10 ° and 20 °, preferably about 15 °) are inclined, wherein the onflow openings is formed by openings, which arises as a result of the step offset between two solar panels at the transition of a single panel to a neighboring, downstream in the direction of flow individual panel.
  • the part plane E n + i which defines a downstream in Anström direction single panel, this offset relative to the part plane E n , which defines the front in the direction of flow individual panel, offset (in particular higher).
  • the largely continuous solar module level E defined jointly by a plurality of solar single panels or the partial levels E n of the overall solar module level E 'defined individually or in groups by individual panels are not necessarily planar, but also curved , in particular to the incident sunlight concave or convex, may be formed.
  • the axis of rotation or rotation axis of the wind turbine is preferably aligned parallel to the solar module plane E or a part plane, which is spanned by the single panel, through which the wind turbine is flown aligned. More preferably, at least one wind turbine can be aligned parallel to at least one edge of the planar solar module. It is a substantially horizontal orientation of the wind turbines preferred in which the axis of rotation of the wind turbines are aligned parallel to the horizontal edges of a rectangular-shaped overall flat solar module. But also an orientation in which the at least one wind turbine or a plurality of wind turbines is aligned parallel to the vertical edges, is conceivable. In absolute terms, the axis of rotation is skewed in space unless the solar panel is strictly vertical. If several wind turbines are provided, their axes of rotation are preferably all aligned parallel to one another.
  • the wind turbine can be a roller-shaped turbine with turbine blades extending radially outward from a cylindrical base body.
  • both sides flow around profile surfaces are provided which rotate at a distance from the axis of rotation about the axis of rotation and preferably have a parallel to the rotation axis basic orientation.
  • the cross section of these profile surfaces may correspond to that of a wing profile.
  • the wind turbine is arranged such that the rotational envelope formed by the wind turbine during its rotation (usually a cylinder) the solar module plane E spanned by the planar solar module or a part plane , which is spanned by the single panel over which the respective wind turbine is flowed through, penetrates.
  • a radially outer part of a turbine blade or a profile surface coming from the bottom of the solar module plane E or a part plane passing through the plane E or the part plane passes first, protrudes with continuous rotation of plane E or the part plane and returns with further continuous rotation back behind the plane E or part plane.
  • the axis of rotation of the wind turbine is preferably behind the solar module level E or Partial plane, which is spanned by the single panel, over which the wind turbine is impinged.
  • the effective diameter of the wind turbine (the rotational envelope formed during the rotation of the radial turbine) is at least 500 mm, preferably at least 600 mm. Only from this size can a combined solar wind system of the type described here play their advantages in a special way.
  • Strömungsleitvoriquesen can be arranged on the edge side of the planar solar module and parallel to Stilanström therapies to channel the impinging on the solar module wind and in particular to prevent lateral flow of the air flow over the edge of the planar solar module or at least complicate. They can also protrude within the solar module from the solar module level E and run perpendicular or parallel to Stilanströmides to more targeted capture or channel through the solar module stroking air flow and redirect to optimize the flow wind turbine.
  • the return side of the wind turbine at least partially, preferably completely, seen by parts of the solar panel, in particular by an edge region of a single solar panel, in the direction of flow and / or in the direction of the solar module Plane E or a part plane perpendicular, is hidden. In this way it can be ensured that the return side of the wind turbine is located exclusively behind the solar module plane E or one of the part plane spanned by a single panel on the side facing away from the wind and thus generates less power loss.
  • planar solar module elongated Anström openings may be configured such that these seen in Turbinen- flow direction only cover at least part of the drive side of the wind turbine, while the return side of the wind turbine from the elongated openings in Turbinenanströmeuros not is covered, but is covered by the planar solar module, in particular a solar single panel or a cover member such as a arranged on a single panel cover plate.
  • the system can increase the useful energy yield compared to a pure wind power plant or compared to a pure solar system noticeably by appropriate orientation, in which the plant is transferred by means of a control device in the optimal position for energy production ,
  • the controller determines based on wind data that characterize the current wind conditions, and / or based on solar data that characterize the instantaneous solar irradiation conditions, the position ensuring the maximum possible instantaneous energy yield of the entire system.
  • a wind detection separate from the wind power module can be used to determine the wind data characterizing the instantaneous wind and / or in addition to the solar module.
  • Module separate solar radiation detection to determine the instantaneous solar radiation characterizing sun data can be provided. Wind detection and detection in this case are not used for energy but only for the determination of data, which are used as a basis for plant control.
  • To operate the system can intermittently at predetermined time intervals or continuously determines the currently maximum possible Momentan- energy yield of the solar module and the momentary maximum possible instantaneous energy yield of the wind turbine module and the system Based on these data into the maximum instantaneous energy yield of the whole system ensuring position are transferred.
  • a control device calculates based on the wind data and / or the sun data, the maximum instantaneous energy yield of the overall system ensuring position and the system is transferred to this position. This type of control makes it possible to continuously monitor the optimum position of the system while keeping the number of control movements as low as possible.
  • the term solar module is used both for photovoltaic modules and for solar thermal modules, and the solar module can have both photovoltaic panels and solar thermal panels or a combination thereof.
  • Fig. 1 is a front perspective view of a first embodiment of a combined solar-wind plant
  • FIG. 2 shows a perspective rear view of the embodiment shown in FIG. 1, FIG.
  • FIG. 3 is a front perspective view of a second embodiment of a combined solar-wind plant
  • FIG. 4 shows a perspective rear view of the embodiment shown in FIG. 3,
  • Fig. 5 is a side view of a built-up of a plurality of individual modules combined solar-wind plant
  • Fig. 6 is a plan view of the solar-wind plant shown in Figure 5.
  • Figure 1 and Figure 2 shows a plant for the production of useful energy from solar energy and wind energy (combined solar-wind plant) is shown in a perspective front and rear view.
  • the system has a solar module 1 which, as part of a supporting structure, comprises a supporting frame 2, on which several individual solar panels 3 are arranged side by side.
  • the solar module or solar module forming solar single panels 3 spans a solar module surface E on.
  • wind power modules 4 which are arranged in the embodiments shown in the figures, for example, behind or on the back to the solar module level E.
  • the wind power modules 4 comprise roller-shaped wind power turbines 5 with turbine blades 6.
  • the axes of rotation of the wind turbines are arranged on the rear side of the solar module plane E and run parallel to this plane as well as to the substantially vertical side edges of the solar module and thus likewise have a basic vertical orientation. From Figure 2 it can be seen that the cylindrical wind turbines 5 can extend over the entire height of the solar module (right and left wind turbine) or can extend over only a part of the total height of the solar module 1 (middle two wind turbines).
  • the wind power modules 4 are arranged on the support frame of the solar module 1 and held by bearing legs 7 at this. They thus move with the solar module 1 with, when this is pivoted.
  • the solar module is arranged on a framework 8 and articulated to the framework 8, so that the solar module can be rotated about a vertical vertical axis H and tilted about a horizontal tilt axis K, in order to optimize the overall maximum energy yield position to be aligned.
  • a suitable actuator 9 acts on the solar module or on the framework.
  • the solar single panels are at least partially spaced apart such that form between adjacent individual panels and thus within the solar module area occupied by the solar module elongated openings 10 through which the wind turbine Turbines 5 oncoming air flow can pass to flow to the wind turbines.
  • the wind turbines are not vertical, but horizontally and thus aligned parallel to the horizontal edges of the solar module 1 and also here are by appropriate arrangement of the solar panels 3 elongated openings 10 in the solar Module surface formed by the wind is able to inflate the wind turbines.
  • additional flow baffles 1 1 are provided in Figures 3 and 4, which protrude from the plane defined by the solar module plane.
  • Strömungsleitbleche 1 1 as shown in Figure 4 by means of the Windanströmung illustrative arrows, capture the flow and redirect targeted to the wind turbines 5 to improve the flow and thus the energy yield.
  • Such Strömungsleitbleche can also, as the apparent in Figure 3 exemplary arrangement of dashed flow guide shown 1 1 'at the outer edge of the solar module, be arranged on the edge of the solar module, so that a lateral flow of the air flow is prevented or at least reduced.
  • FIG. 3 and FIG. 4 illustrate a preferred arrangement of the wind power turbines 4 on the solar module 1.
  • the illustrated baffles 1 1 conduct the Vietnamese O Wind flow exclusively on a drive side 13 of the rotor of the wind turbine, while a return side 14 is not flown, but is covered by an edge region of a solar single panel 3.
  • the individual turbine blades 6 of the wind turbine rotor, which form the rotor return side 14 move as they pass through Return side exclusively in a solar module covered or on the side facing away from the wind of the solar module and thus in a more favorable for the return area.
  • the efficiency of the wind turbine can be increased.
  • the return side 14 of the individual wind turbine rotors can be covered in particular by an edge region of a single panel 3.
  • the provided between the individual panels elongated Anströmö Stamm 10 exclusively cover at least a portion of the rotor drive sides thirteenth
  • FIG. 4 in addition to the wind power turbines 4 shown in FIG. 3, two further wind turbine turbines 4 'and 4 "arranged on the edge of the solar module are shown in dashed lines, which additionally or alternatively to the arrangement shown in FIG Such an edge arrangement would of course also be possible in the exemplary embodiment shown in FIGS. 1 and 2, even with the substantially vertical orientation shown on these figures 1 and 2 at the right and / or the left edge ,
  • the arrows illustrating the wind flow in Figure 4 also illustrate how the solar module surface captures the wind with appropriate orientation of the solar module and is able to lead to the wind turbines 4, 4 '.
  • the system is thus designed so that the solar module surface serves as a wind capture surface or air guide surface, so that the usable by a wind turbine turbine effective flow area is increased overall compared to a standalone wind turbine.
  • the back of the solar module surface of the wind turbine can flow through the flowing air flow are derived.
  • the resulting between the inflow and outflow side pressure gradient Due to the standing in the wind solar module is formed on the upstream side of the solar module (the windward side) a back pressure and on the downstream side (the side facing away from the wind) of the solar module, a negative pressure.
  • the turbine 4 "shown in Figure 4 below is slightly spaced from the lower horizontal edge and also arranged such that this turbine is assigned a separate from the solar module surface Windeinfang Structure or air guide surface 12" and a flow baffle 1 1 ".
  • FIG. 5 and FIG. 6 illustrate an embodiment of a combined solar-wind installation in which the installation is constructed from a plurality of similar individual modules 15 with their own individual module support frame 16, each having a solar single panel 3 and a wind power module 5, which in turn are arranged on the common single-module support frame 16 of the single module 15.
  • the individual modules 15 are firmly connected to each other via the single module support frame 16 and form, side by side and one above the other, together the support frame 2 of the overall system.
  • the onflow openings 10 are formed by an offset in the transition from a single module to a direction downstream in inflow individual module.
  • the overall planar solar module 1 in Figure 5 and Figure 6 has a plurality of mutually adjacent solar single panels 3, which are each associated with a single module and groupwise mutually offset sub-levels ( ⁇ - ⁇ , E 2 , E 3 ) form, wherein define individual subpanels E n in series next to each other and across the air flow direction.
  • the provided within the planar solar module Anström openings 10 are formed by a step offset at the transition of a single panel 3 to a neighboring thereto, downstream in flow individual panel 3.
  • the inflow surfaces defined by the inflow openings are thus further preferred than the respective one of the air guide surfaces 12 by an angle ⁇ (preferably: 1 10 ° ⁇ ⁇ 150 ° 120 ° ⁇ ß ⁇ 140 °, continue vorzugt ß about 130 °) inclined and are opposite to the air ducts, whereby a further optimized flow of the turbines 5 is ensured and the flow catching and channeling Strömungsleitbleche can be largely dispensed with.
  • the air guiding surfaces 12 leading to a wind power module are formed by the surface of the solar individual panels 3 of the respective individual module.
  • the combined solar-wind plant shown in Figure 5 and Figure 6 has an array of 5 x 3 individual modules.
  • the number of individual modules used can also be changed, with an arrangement of 4 ⁇ 2 having proven advantageous in addition to the arrangement shown in the figures.
  • the system has a total height of slightly more than 8 m, the height of the lower edge of the planar solar panel is slightly less than 3 m above the ground.
  • the width of the flat solar panel is just under 6 m.

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Abstract

Um bei einer Anlage zur Gewinnung von Nutzenergie aus Sonnenenergie eine größere Unabhängigkeit von den nutzbaren Sonnenstunden zu schaffen und außerdem eine erhöhte Gesamtenergieausbeute bei im wesentlichen gleicher Baugröße zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass einem flächigen Solar-Modul zur Gewinnung von Nutzenergie aus Sonnenlicht wenigstens ein Windkraft-Modul mit einer Windkraft-Turbine zur Gewinnung von Nutzenergie aus Wind zugeordnet ist, wobei die Windkraft-Turbine eine Radialturbine ist und am flächigen Solar-Modul angeordnet ist und durch innerhalb des Solar-Moduls vorgesehene Anström-Öffnungen angetrieben ist.

Description

ANLAGE ZUR GEWINNUNG VON NUTZENERGIE
AUS SONNEN- UND WINDENERGIE
Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Gewinnung von Nutzenergie aus Sonnen- und Windenergie, die ein bevorzugt mehrere Solar-Einzelpaneele umfassendes insgesamt flächiges Solar-Modul zur Gewinnung von Nutzenergie aus Sonnenlicht, sowie wenigstens ein Windkraft-Modul mit wenigstens einer eine Radialturbine aufweisenden Windkraft-Turbine zur Gewinnung von Nutzenergie aus Wind umfasst. Die Anlage kann insbesondere als einzelnstehende Ständeranlage konzipiert sein.
Im Stand der Technik bekannt sind Anlagen zur Nutzung von Sonnenenergie. Hierbei kommen insbesondere Solarthermie- oder Photovoltaik-Anlagen zum Einsatz, bei denen flächige Solar-Module auf einer Tragstruktur befestigt sind. Bekannt sind Anlagen zur starren Installation zum Beispiel auf Hausoder Fabrikhallendächern als auch einzeln oder im Verbund stehende Ständeranlagen, bei denen insbesondere eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Photovoltaik-Einzelpaneelen an einem Tragrahmen befestigt sind, der wiederum an einem am Untergrund fest verankerten Ständerwerk oder auf einem mobilen Grundgestell befestigt ist. Es kann eine Steuerung vorgesehen sein, die es ermöglicht, die Solar-Module über eine sensorgesteuerte Aktuatorik in einem optimalen Winkel zur Sonne auszurichten, so dass die Solar-Module der sich über den Tag ändernden Strahlungsrichtung kontinuierlich folgen können, um das auftreffende Sonnenlicht über den Tag hinweg weitgehend optimal auszunutzen.
Ferner bekannt sind Windenergieanlagen, mittels denen die in der bewegten Luft enthaltene kinetische Energie in elektrische Energie umgewandelt wird. Zum Einsatz kommen hier insbesondere mit in der Regel drei Rotorblättern versehene Anlagen mit einer Drehachse, die parallel zur Richtung des abzuerntenden Windes ausgerichtet ist (im Rahmen dieser Anmeldung als axiale Ausrichtung bzw. Axialturbine bezeichnet). Bekannt sind ferner auch Windkraftanlagen, bei denen ein vom Wind angetriebener Rotor um eine quer zum abzuerntenden Wind stehende Drehachse rotiert (im Rahmen dieser Anmeldung als radiale Ausrichtung bzw. Radialturbine bezeichnet).
Ein grundlegendes Problem derartiger Anlagen zur Energiegewinnung, besonders aber von Solar-Anlagen, ist, dass die Energiegewinnung tages- und jahreszeitenabhängig ist und insbesondere die Sonnenenergie in weniger sonnenreichen Ländern nur begrenzt zur Energiegewinnung nutzbar ist. Insbesondere lässt sich die von Sonne und Wind bereitgestellte Energie oft in Tages- und Jahreszeiten, in denen besonders viel Energie benötigt wird, etwa im Winter mit den kürzeren Tageszeiten, kälteren Außentemperaturen und den gegenüber anderen Jahreszeiten weniger Sonnenstunden, nicht in hinreichendem Maße gewinnen.
Ferner ist insbesondere die Windenergie für kleinere Anwender, etwa Privatnutzer oder kleinere Handwerks- oder Landwirtschaftsbetriebe, oft aus finanziellen Gründen nicht lohnend einsetzbar, weil die Kosten gängiger Windkraftanlagen in keinem ökonomisch vertretbaren Verhältnis zu den möglichen Einsparungen beim Energieeinkauf stehen. Hinzu kommt, dass das Aufstellen und der Betrieb von Windkraftanlagen nicht selten behördlich stark reglementiert sind.
Vor diesem Hintergrund macht es sich die Erfindung zur Aufgabe, eine Anlage zur Gewinnung von Nutzenergie zu schaffen, deren Energiegewinnungskonzept insgesamt eine größere Unabhängigkeit von den nutzbaren Sonnenstunden gewährleistet und außerdem eine erhöhte Gesamtenergieausbeute bei im wesentlichen gleicher Baugröße ermöglicht. Die Anlage soll auch für Kleinanwender attraktiv sein und gegenüber herkömmlichen Anlagen eine gesteigerte Nutzenergiegewinnung ermöglichen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass innerhalb des flächigen Solar-Moduls Anström-Öffnungen ausgebildet sind.
Das flächige Solar-Modul umfasst dabei neben den eigentlichen typischerweise plattenförmigen Solar-Einzelpaneelen eine die Einzelpaneele stützende Tragstruktur, etwa einen Tragrahmen, an dem die Solar-Paneele befestigt sind und der sich bei einer Bewegung der Solar-Paneele zwecks Ausrichtung des flächigen Solar-Moduls mit dem Solar-Modul mitbewegt. Bevorzugt sind die Windkraft-Module an der Tragstruktur, insbesondere an dem Tragrahmen, angeordnet.
Die Gesamtanlage ist bevorzugt aus einer Mehrzahl von miteinander zu der Gesamtanlage verbindbaren gleichartigen Einzelmodulen aufgebaut, die bevorzugt jeweils wenigstens ein (bevorzugt genau ein) Solareinzelpanel und wenigstens ein (bevorzugt genau ein) Windkraft-Modul umfassen, die jeweils an einem gemeinsamen Einzelmodul-Tragrahmen angeordnet sind. Auf diese Weise kann die physikalische Größe der Gesamtanlage und auch ihre Leistungsfähigkeit durch die Anzahl der zur Erstellung der Gesamtanlage verwendeten Einzelmodule bestimmt werden. Die Tragrahmen der Einzelmodule können sowohl zwecks Anordnung mehrerer Einzelmodule nebeneinander als auch übereinander miteinander verbunden werden und so zusammen die Tragstruktur der Gesamtanlage bilden.
Eine Windkraft-Turbine ist am flächigen Solar-Modul nicht nur randseitig angeordnet, sondern auch innerhalb des flächigen sind Solar-Moduls längliche Anström-Öffnungen vorgesehen, in und/oder hinter denen die wenigstens eine Windkraft-Turbine angeordnet ist. Dass die länglichen Anström- Öffnungen innerhalb des Solar-Modul vorgesehen sind, bedeutet insbesondere, dass das wenigstens ein Windkraft-Modul nicht über einen äußeren Rand des Solar-Moduls bzw. der vom Solar-Modul aufgespannten und bevorzugt von einer Mehrzahl von Solar-Einzelpaneelen eingenommenen Ge- samt-Windangriffsfläche angeströmt wird, sondern dass Windkraft-Module vorgesehen sind, die mit einem Luftstrom versorgt und angetrieben werden, der innerhalb des Solar-Moduls bzw. innerhalb der Gesamt- Windangriffsfläche von einer oder mehreren Teilflächen des Solar-Moduls abgeleitet und den Windkraft-Modulen zugeleitet ist. Die Anström-Öffnungen durchbrechen sozusagen die Gesamtfläche des Solar-Moduls. Dies schließt es selbstverständlich nicht aus, dass auch ein oder mehrere Windkraft- Module vorhanden sein können, die von einem Luftstrom angetrieben werden, der über den Rand der Gesamtfläche des Solar-Moduls abgeleitet und dem Windkraft-Modul zugeleitet ist.
Dabei ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Windkraft-Turbine im unmittelbaren Nahbereich der länglichen Anström-Öffnungen angeordnet ist. Bei einer innerhalb des Solar-Moduls vorgesehenen länglichen Öffnung wird die Windkraft-Turbine somit von einem Luftstrom angetrieben, der durch die längliche Öffnung und damit innerhalb der das Solar-Modul nach außen begrenzenden äußeren Ränder durch eine von dem Solar-Modul aufgespannte Solar-Modul-Ebene E bzw. durch die vom Solar-Modul aufgespannte Solar- Modul-Fläche hindurchtritt.
Die länglichen Anström-Öffnungen können durch eine Anordnung von Solar- Einzelpaneelen auf der Tragstruktur erzeugt sein, bei der die Einzelpaneele von jeweils benachbarten Einzelpaneelen derart beabstandet angeordnet sind, dass sich zwischen den Rändern der zueinander benachbarten Einzelpaneele die längliche Anström-Öffnung ergibt.
Die einzelnen das Solar-Modul bildenden Solar-Einzelpaneele sind derart auf der Tragstruktur des Solar-Moduls montiert, dass sie eine Solar-Modul- Ebene E definieren, in der alle Solar-Einzelpaneele angeordnet sind. Die Solar-Modul-Ebene E ist dann eine von allen verwendeten und in einer gemeinsamen Ebene liegenden Einzelpaneelen gemeinsam gebildete durchgängig flächige Ebene, wobei die von dem Solar-Modul in dieser Ebene eingenommene Fläche im Wesentlichen nur durch die innerhalb der Solar-Modul- Ebene vorgesehenen Anström-Öffnungen durchbrochen ist. Das flächige Solar-Modul kann aber auch eine in sich gestuft ausgebildete Solar-Modul-Fläche mit mehreren versetzt zueinander angeordneten Teilebenen En definieren. Eine derartige in sich gestufte Solar-Modul-Fläche kann dadurch realisiert sein, dass die einzelnen oder verschiedenen Gruppen der das insgesamt flächige Solar-Modul zusammen aufspannenden So- lar-Einzelpaneele derart versetzt zueinander angeordnet sind, dass sie verschiedene zueinander versetzten Teilebenen Ei , E2, E3, ... En definieren. Die einzelnen Teilebenen können dabei insbesondere parallel zueinander ausgerichtet oder derart ausgerichtet sein, dass die Schnittgeraden der Teilebenen parallel verlaufen. Bevorzugt ist vorgesehen, dass diese zueinander versetzen Teilebenen stufenförmig zueinander versetzt am flächigen Solarmodul ausgebildet und gegenüber der von dem Solar-Modul insgesamt aufgespannten Gesamt-Solar-Modul-Ebene E' um einen Winkel α (mit α zwischen 10° und 20°, bevorzugt etwa 15°) geneigt sind, wobei die Anström-Öffnungen durch Öffnungen gebildet ist, die infolge des Stufenversatzes zwischen zwei Solar-Einzelpaneelen am Übergang eines Einzelpaneels zu einem hierzu benachbarten, in Anströmrichtung nachgeordneten Einzelpaneel entsteht. Die Teilebene En+i , die ein in Anström richtung nachgeordnetes Einzelpaneel definiert, ist hierzu gegenüber der Teilebene En, die das in Anströmrichtung vordere Einzelpaneel definiert, versetzt (insbesondere höher) angeordnet.
Es sei darauf hingewiesen, dass die gemeinsam von mehreren Solar- Einzelpaneelen definierte weitgehend durchgängige Solar-Modul-Ebene E oder die einzeln oder gruppenweise von Einzelpaneelen definierten Teilebenen En der Gesamt-Solar-Modul-Ebene E' nicht notwendigerweise ebenflächig, sondern auch gekrümmt, insbesondere zum einfallenden Sonnenlicht konkav oder konvex, ausgebildet sein können.
Die Drehachse bzw. Rotationsachse der Windkraft-Turbine ist bevorzugt parallel zur Solar-Modul-Ebene E oder einer Teilebene, die von dem Einzelpaneel aufgespannt ist, über das die Windkraft-Turbine angeströmt wird, ausgerichtet. Weiter bevorzugt kann wenigstens eine Windkraft-Turbine parallel zu wenigstens einem Rand des flächigen Solar-Moduls ausgerichtet sein. Es ist eine im Wesentlichen horizontale Ausrichtung der Windkraft-Turbinen bevorzugt, bei der die Drehachse der Windkraft-Turbinen parallel zu den Horizontalrändern eines rechteckig ausgebildeten insgesamt flächigen Solar-Moduls ausgerichtet sind. Aber auch eine Ausrichtung, bei der die wenigstens eine Windkraft-Turbine oder eine Mehrzahl von Windkraft-Turbinen parallel zu den Vertikalrändern ausgerichtet ist, ist denkbar. Die Drehachse steht dabei absolut betrachtet windschief im Raum, sofern das Solarpanel nicht streng senkrecht steht. Sofern mehrere Windkraft-Turbinen vorgesehen sind, sind deren Drehachsen bevorzugt alle parallel zueinander ausgerichtet.
Die Windkraft-Turbine kann insbesondere eine walzenförmige Turbine mit sich von einem zylindrischen Grundkörper radial nach außen erstreckenden Turbinenschaufeln sein. Es sind aber auch andere Konstruktionen denkbar, etwa solche, bei denen mehrere um eine Drehachse der Wind-Turbine angeordnete, beidseitig umströmte Profilflächen vorgesehen sind, die in einem Abstand von der Drehachse um die Drehachse rotieren und bevorzugt eine zur Drehachse parallele Grundausrichtung haben. Der Querschnitt dieser Profilflächen kann dem eines Tragflächenprofils entsprechen.
Es kann vorgesehen sein, dass die Windkraft-Turbine derart angeordnet ist, dass der von der Windkraft-Turbine bei deren Rotation gebildete Rotationshüllkörper (in der Regel ein Zylinder) die von dem flächigen Solar-Modul aufgespannte Solar-Modul-Ebene E oder eine Teilebene, die von dem Einzelpaneel aufgespannt ist, über das die jeweilige Windkraft-Turbine angeströmt wird, durchdringt. Bei einer Umdrehung der Windkraft-Turbine tritt in diesem Fall ein radial außenliegender Teil einer Turbinenschaufel oder einer Profilfläche von der Unterseite der Solar-Modul-Ebene E oder einer Teilebene kommend durch die Ebene E oder die Teilebene zunächst hindurch, ragt bei fortlaufender Drehung aus Ebene E oder der Teilebene hervor und tritt bei weiter fortlaufender Drehung wieder hinter die Ebene E oder Teilebene zurück. Hierdurch kann die Anströmung der Turbinenschaufeln der Windkraft- Turbine in bestimmten Fällen verbessert werden. Die Drehachse der Windkraft-Turbine liegt dabei bevorzugt hinter der Solar-Modul-Ebene E oder der Teilebene, die von dem Einzelpaneel aufgespannt ist, über das die Windkraft-Turbine angeströmt wird.
Es hat sich bei Versuchen als vorteilhaft erwiesen, wenn der wirksame Durchmesser der Windkraft-Turbine (der bei der Rotation der Radialturbine gebildete Rotationshüllkörper) wenigstens 500 mm beträgt, bevorzugt wenigstens 600 mm beträgt. Erst ab dieser Größe kann eine kombinierte Solar- Wind-Anlage der hier beschriebenen Art ihre Vorteile in besonderer Weise ausspielen.
Eine weitere Möglichkeit, die Anströmung der Windkraft-Turbine zu verbessern und damit die Effektivität der Gesamtanlage zu verbessern, liegt in der Verwendung von Strömungsleitvorrichtungen, mittels denen die Anströmung der Windkraft-Turbine verbessert werden kann. So können insbesondere aus der Solar-Modul-Ebene E oder aus Teilebenen hervorstehende Strömungsleitbleche vorgesehen sein. Diese können, je nach deren Funktion, senkrecht oder parallel zur Drehachse der Windkraft-Turbine ausgerichtet sein.
Derartige Strömungsleitvorrichtungen können randseitig am flächigen Solar- Modul und parallel zur Hauptanströmrichtung angeordnet sein, um den auf das Solar-Modul auftreffenden Wind zu kanalisieren und insbesondere um ein seitliches Abfließen der Luftströmung über den Rand des flächigen Solar- Moduls zu verhindern oder zumindest zu erschweren. Sie können auch innerhalb der Solar-Moduls aus der Solar-Modul-Ebene E herausstehen und senkrecht oder parallel zur Hauptanströmrichtung verlaufen, um die über das Solar-Modul streichende Luftströmung gezielter einzufangen bzw. zu kanalisieren und zur Optimierung der Anströmung Windkraft-Turbine umzuleiten.
Um eine möglichst optimale Anströmung der Windkraft-Turbine zu erreichen, kann diese außerdem insbesondere derart an dem flächigen Solar-Modul angeordnet sein, dass die die Windkraft-Turbine anströmende Luft, insbesondere die der Windkraft-Turbine über eine Strömungsleitvorrichtung gezielt zugeleitete Luftströmung, nur einer Antriebsseite der Windkraftturbine zugeleitet ist, während einer Rücklaufseite der Windkraft-Turbine keine Luftströ- mung gezielt zugeleitet ist. Um dies zu erreichen ist bevorzugt vorgesehen, dass die Rücklaufseite der Windkraft-Turbine zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, von Teilen des Solar-Panels, insbesondere von einem Randbereich eines Einzel-Solarpaneels, in Anströmungsrichtung gesehen und/oder in Richtung einer zur Solar-Modul-Ebene E oder einer Teilebene Senkrechten gesehen, verdeckt ist. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass die Rücklaufseite der Windkraft-Turbine sich ausschließlich hinter der Solar- Modul-Ebene E bzw. einer von dem einem Einzelpaneel aufgespannte Teilebene auf der dem Wind abgewandte Seite befindet und somit weniger Verlustleistung erzeugt.
Insbesondere innerhalb des flächigen Solar-Moduls vorgesehene längliche Anström-Öffnungen können derart ausgestaltet sein, dass diese in Turbinen- anströmrichtung gesehen ausschließlich wenigstens einen Teil der Antriebsseite der Windkraft-Turbine überdecken, während die Rücklaufseite der Windkraft-Turbine von den länglichen Öffnungen in Turbinenanströmrichtung nicht überdeckt ist, sondern von dem flächigen Solar-Modul, insbesondere einem Solar-Einzelpaneel oder einem Abdeckelement wie einem an einem Einzelpaneel angeordneten Abdeckblech, verdeckt ist.
Die vorstehend beschriebene Ausgestaltung eines kombinierten Solar-Wind- Moduls erfordert gegenüber einem bereits bekannten reinen Solar-Modul nach einzelnstehender, aufgeständerter Bauweise keine nennenswert größere Baugröße und keinen höheren Platzbedarf. Die zusätzlich zum Solar- Modul vorgesehenen Windkraft-Turbinen können zudem an bereits bestehenden Solar-Modulen nachgerüstet werden. Eine derartige Anlage ist auch kostengünstiger zu realisieren als zwei getrennte Anlagen. Auch können sich Windkraft-Modul und Solar-Modul die erforderliche Hardware (Steuerungssystem, Aktuatorik zur Ausrichtung der Anlage, Kabel, Energiezwischenspeicher wie Akkus, etc.) teilen.
Durch das Kombinieren von zusätzlichen Windkraft-Turbinen an einer„klassischen" Solarmodulkonstruktion wie der eines über eine Rahmenkonstrukti- on auf einem Ständerwerk angeordneten flächigen Solar-Moduls lässt sich mit dem kombinierten Modul insgesamt eine höhere Energieausbeute erzielen. Je nach momentan vorherrschenden Sonnen- und Windverhältnissen kann die Anlage die Sonnen- und/oder die Windenergie nutzen. In Zeiten, in denen die Sonne gar nicht scheint, etwa nachts, kann die Anlage Nutzenergie aus Wind erzeugen. Auch an wolkigen, aber windigen Tagen gewährleistet die Anlage gegenüber einer reinen Solar-Anlage eine erhöhte Nutzenergieausbeute.
Wenn sowohl Wind als auch Sonne zur Verfügung steht, kann die Anlage durch geeignete Ausrichtung die Nutzenergieausbeute gegenüber einer reinen Windkraft-Anlage bzw. gegenüber einer reinen Solar-Anlage merklich erhöhen, in dem die Anlage mittels einer Steuereinrichtung in die zur Energiegewinnung optimale Stellung überführt wird. Die Steuereinrichtung ermittelt basierend auf Wind-Daten, die die Momentan-Windverhältnisse charakterisieren, und/oder basierend auf Sonnen-Daten, die die Momentan- Sonneneinstrahlungsverhältnisse charakterisieren, die die maximal mögliche Momentan-Energieausbeute der Gesamtanlage gewährleistende Stellung.
Zur Ermittlung der Wind-Daten und/oder Sonnen-Daten kann zusätzlich zum Windkraft-Modul eine vom Windkraft-Modul separate Wind-Erfassung zur Ermittlung von den Momentan-Wind charakterisierenden Wind-Daten und/oder zusätzlich zum Solar-Modul eine vom Solar-Modul separate Sonneneinstrahlungs-Erfassung zur Ermittlung der die Momentan- Sonneneinstrahlung charakterisierenden Sonnen-Daten vorgesehen sein. Wind-Erfassung und Sonnen-Erfassung dienen in diesem Fall nicht zur Energiegewinnung sondern lediglich zur Ermittlung von Daten, die der Anlagensteuerung zugrunde gelegt werden.
Zum Betreiben der Anlage kann intermittierend in vorgegebenen Zeitintervallen oder kontinuierlich die momentan maximal mögliche Momentan- Energieausbeute des Solar-Moduls und die momentan maximalen möglichen Momentan-Energieausbeute des Windkraft-Moduls ermittelt und die Anlage basierend auf diesen Daten in die die maximale Momentan-Energieausbeute der Gesamtanlage gewährleistende Stellung überführt werden. Eine Steuerungseinrichtung errechnet basierend auf den Wind-Daten und/oder den Sonnen-Daten die maximale Momentan-Energieausbeute der Gesamtanlage gewährleistende Stellung und die Anlage wird in diese Stellung überführt. Diese Art der Steuerung ermöglicht es, die optimale Stellung der Anlage kontinuierlich zu überwachen und dabei die Anzahl der Steuerbewegungen möglichst gering zu halten.
Ergänzend sei angemerkt, dass im Rahmen dieser Anmeldung der Begriff Solar-Modul sowohl für Photovoltaik-Module als auch für Solarthermie- Module verwendet wird, und das Solar-Modul sowohl Photovoltaik-Paneele als auch Solarthermie-Paneele oder eine Kombination hieraus aufweisen kann.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen.
In den Zeichnungen zeigt
Fig. 1 eine perspektivische Vorderansicht einer ersten Ausführungsform einer kombinierten Solar-Wind-Anlage
Fig. 2 eine perspektivische Rückansicht der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform,
Fig. 3 eine perspektivische Vorderansicht einer zweiten Ausführungsform einer kombinierten Solar-Wind-Anlage,
Fig. 4 eine perspektivische Rückansicht der in Figur 3 gezeigten Ausführungsform,
Fig. 5 eine Seitenansicht eines aus einer Vielzahl von Einzelmodulen aufgebauten kombinierten Solar-Wind-Anlage, und
Fig. 6 eine Draufsicht auf die in Figur 5 gezeigte Solar-Wind-Anlage. In Figur 1 und Figur 2 ist eine Anlage zur Gewinnung von Nutzenergie aus Sonnenenergie und Windenergie (kombinierte Solar-Wind-Anlage) in einer perspektivischen Vorder- und Rückansicht gezeigt.
Die Anlage weist ein Solar-Modul 1 auf, welches als Teil einer Tragstruktur einen Tragrahmen 2 umfasst, auf dem nebeneinander mehrere Solar- Einzelpaneele 3 angeordnet sind. Das Solar-Modul bzw. dieses Solar-Modul bildenden Solar-Einzelpaneele 3 spannt eine Solar-Modul-Fläche E auf.
Ebenfalls Teil der Anlage sind Windkraft-Module 4, die in den in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen beispielhaft hinter der bzw. rückseitig zur Solar-Modul-Ebene E angeordnet sind. Die Windkraft-Module 4 umfassen walzenförmig ausgebildete Windkraft-Turbinen 5 mit Turbinenschaufeln 6.
In Figuren 1 und 2 sind die Drehachsen der Windkraft-Turbinen rückseitig der Solar-Modul-Ebene E angeordnet und verlaufen parallel zu dieser Ebene sowie zu den im Wesentlichen vertikal stehenden Seitenkanten des Solarmoduls und haben somit eine ebenfalls vertikale Grundausrichtung. Aus Figur 2 ist erkennbar, dass sich die walzenförmigen Windkraft-Turbinen 5 über die gesamte Höhe des Solar-Moduls erstrecken können (rechte und linke Windkraft-Turbine) oder aber sich nur über einen Teil der Gesamthöhe des Solar-Moduls 1 erstrecken können (mittleren beiden Windkraft-Turbinen).
Die Windkraft-Module 4 sind an dem Tragrahmen des Solar-Moduls 1 angeordnet und über Lagerschenkel 7 an diesem gehalten. Sie bewegen sich somit mit dem Solar-Modul 1 mit, wenn dieses verschwenkt wird. Das Solar- Modul ist auf einem Ständerwerk 8 angeordnet und mit dem Ständerwerk 8 gelenkig verbunden, so dass das Solar-Modul um eine vertikale Hochachse H gedreht und um eine horizontale Kippachse K gekippt werden kann, um insgesamt in die für eine maximale Energieausbeute optimierte Stellung ausgerichtet werden zu können. Hierzu wirkt eine geeignete Aktuatorik 9 auf das Solar-Modul oder auf das Ständerwerk. Insbesondere in Figur 1 ist ersichtlich, dass die Solar-Einzelpaneele zumindest zum Teil derart voneinander beabstandet sind, dass sich zwischen benachbarten Einzelpaneelen und damit innerhalb der vom Solar-Modul eingenommenen Solar-Modul-Fläche längliche Öffnungen 10 ausbilden, durch die der die Windkraft-Turbinen 5 anströmende Luftstrom hindurchtreten kann, um die Windkraft-Turbinen anzuströmen.
In dem in den Figuren 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Windkraft-Turbinen nicht vertikal, sondern horizontal und damit parallel zu den Horizontalkanten des Solar-Moduls 1 ausgerichtet und auch hier sind durch entsprechende Anordnung der Solar-Einzelpaneele 3 längliche Öffnungen 10 in der Solar-Modul-Fläche ausgebildet, durch die der Wind die Windkraft- Turbinen anzuströmen vermag. Anders als in dem in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind in Figur 3 und 4 zusätzliche Strömungsleitbleche 1 1 vorgesehen, die aus der von der dem Solarmodul aufgespannten Ebene hervorstehen. Derartige Strömungsleitbleche 1 1 können, wie in Figur 4 mittels der die Windanströmung veranschaulichenden Pfeile dargestellt, die Strömung einfangen und gezielt zur den Windkraft-Turbinen 5 umleiten, um die Anströmung und damit die Energieausbeute zu verbessern.
Derartige Strömungsleitbleche können auch, wie die in Figur 3 ersichtliche beispielhafte Anordnung eines gestrichelt dargestellten Strömungsleitblechs 1 1 ' am äußeren Rand des Solar-Moduls zeigt, randseitig am Solar-Modul angeordnet sein, so dass ein seitliches Abfließen der Luftströmung verhindert oder zumindest verringert ist.
Figur 3 und Figur 4 verdeutlichen eine bevorzugte Anordnung der Windkraft- Turbinen 4 am Solar-Modul 1 . Die gezeigten Luftleitbleche 1 1 leiten die Luftbzw. Windströmung ausschließlich auf eine Antriebsseite 13 des Rotors der Windkraft-Turbine, während eine Rücklaufseite 14 nicht angeströmt wird, sondern von einem Randbereich eines Solar-Einzelpaneels 3 verdeckt ist. Hierdurch bewegen sich die einzelnen Turbinenschaufeln 6 des Windkraft- Turbinenrotors, die die Rotor-Rücklaufseite 14 bilden, beim Durchlaufen der Rücklaufseite ausschließlich in einem vom Solar-Modul abdeckten bzw. auf der dem Wind abgewandten Seite des Solar-Moduls und damit in einem für den Rücklauf günstigeren Bereich. Der Wirkungsgrad der Windkraft-Turbine lässt sich so erhöhen. Aus den Figuren ist erkennbar, dass die Rücklaufseite 14 der einzelnen Windkraft-Turbinenrotoren insbesondere von einem Randbereich eines Einzelpaneels 3 verdeckt sein kann. Die zwischen den Einzelpaneelen vorgesehenen länglichen Anströmöffnungen 10 überdecken ausschließlich wenigstens einen Teil der Rotor-Antriebsseiten 13.
In Figur 4 sind zusätzlich zu den in Figur 3 ersichtlichen Windkraft-Turbinen 4 noch zwei weitere, randseitig am Solar-Modul angeordnete Windkraft- Turbinen 4' und 4" in gestrichelten Linien dargestellt, die eine zusätzlich oder alternativ zu der in Figur 3 gezeigten Anordnung mögliche Anordnung von Windkraft-Turbinen illustrieren sollen. Eine derartige randseitige Anordnung wäre selbstverständlich bei dem in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ebenfalls möglich, auch mit der in diesen Figuren 1 und 2 gezeigten im Wesentlichen vertikalen Ausrichtung am rechten und/oder am linken Rand.
Die in Figur 4 die Wind-Anströmung illustrieren Pfeile verdeutlichen zudem, wie die Solar-Modul-Fläche bei entsprechender Ausrichtung des Solar- Moduls den Wind einfängt und zu den Windkraft-Turbinen 4, 4' hinzuleiten vermag. Die Anlage ist damit so konzipiert, dass die Solar-Modul-Fläche als Windeinfangfläche bzw. Luftleitfläche dient, so dass die von einer Windkraft- Turbine nutzbare effektive Anströmfläche insgesamt gegenüber einer alleinstehenden Windkraft-Turbine erhöht ist. Rückseitig der Solar-Modul-Fläche kann der der Windkraft-Turbine durchströmende Luftstrom abgeleitet werden.
Für die Erzeugung der Windenergie mittels der dargestellten Anordnung ebenfalls förderlich ist das zwischen der Anströmseite und der Abströmseite entstehende Druckgefälle. Durch das im Wind stehende Solar-Modul entsteht auf der Anströmseite des Solar-Moduls (der dem Wind zugewandten Seite) ein Staudruck und auf der Abströmseite (der dem Wind abgewandten Seite) des Solar-Moduls ein Unterdruck.
Die in Figur 4 unten dargestellte Turbine 4" ist von dem unteren horizontalen Rand etwas beabstandet und ebenfalls derart angeordnet, dass dieser Turbine eine von der Solar-Modul-Fläche separate Windeinfangfläche bzw. Luftleitfläche 12" sowie ein Strömungsleitblech 1 1 " zugeordnet ist.
Figur 5 und Figur 6 verdeutlichen eine Ausgestaltung einer kombinierten So- lar-Wind-Anlage, bei der die Anlage aus einer Mehrzahl von gleichartigen Einzelmodulen 15 mit eigenem Einzelmodul-Tragrahmen 16 aufgebaut ist, die jeweils ein Solar-Einzelpanel 3 und ein Windkraft-Modul 5 umfassen, die wiederum an dem gemeinsamen Einzelmodul-Tragrahmen 16 des Einzelmoduls 15 angeordnet sind. Die Einzelmodule 15 sind über die Einzelmodul- Tragrahmen 16 fest miteinander verbunden sind und bilden, nebeneinander sowie übereinander angeordnet, zusammen den Tragrahmen 2 der Gesamtanlage. Bei dieser Ausgestaltung sind die Anström-Öffnungen 10 durch einen Versatz im Übergang von einem Einzelmodul zu einem in Anström richtung nachgeordneten Einzelmodul gebildet.
Das insgesamt flächige Solar-Modul 1 in Figur 5 und Figur 6 weist eine Mehrzahl von zueinander benachbarten Solar-Einzelpaneelen 3 auf, die jeweils einem Einzelmodul zugehörig sind und gruppenweise zueinander versetzte Teilebenen (Ε-ι, E2, E3) bilden, wobei nebeneinander und quer zur Luftanströmrichtung in Reihe befindliche Einzelpaneele gruppenweise eine Teilebene En definieren.
Die innerhalb des flächigen Solar-Moduls vorgesehenen Anström-Öffnungen 10 sind dabei durch einen Stufenversatz am Übergang eines Einzelpaneels 3 zu einem hierzu benachbarten, in Anströmung nachgeordneten Einzelpaneel 3 gebildet. Die von den Anström-Öffnungen aufgespannten Anström-Flächen sind somit, anders als bei den in Figuren 1 bis 4 gezeigten Ausführungsformen, gegenüber den jeweiligen von den Luftleitflächen 12 um einen Winkel ß (bevorzugt: 1 10° < ß < 150 °, weiter bevorzugt 120° < ß < 140 °, weiter be- vorzugt ß etwa 130°) geneigt und stehen gegenüber den Luftleitflächen hervor, wodurch eine weiter optimierte Anströmung der Turbinen 5 gewährleistet ist und auf die Strömung einfangenden und kanalisierende Strömungsleitbleche weitgehend verzichtet werden kann. Die zu einem Windkraft-Modul hinführenden Luftleitflächen 12 werden von der Oberfläche der Solar- Einzelpaneele 3 des jeweiligen Einzelmoduls gebildet.
Auch bei der in Figur 5 und Figur 6 gezeigten Ausführungsform wird der Luftstrom ausschließlich auf die Antriebsseite der Turbinen geleitet, während die Rücklaufseite der Turbine sich auf der windabgewandten Seite befindet und von dem Solar-Einzelpaneel verdeckt ist.
Die in Figur 5 und Figur 6 gezeigte kombinierte Solar-Wind-Anlage weist eine Anordnung von 5 x 3 Einzelmodulen auf. Selbstverständlich kann die Anzahl der verwendeten Einzelmodule auch geändert werden, wobei sich neben der in den Figuren gezeigten Anordnung auch eine Anordnung von 4 x 2 als vorteilhaft erwiesen hat. In der in Figur 5 und Figur 6 dargestellten Ausführung weist die Anlage eine Gesamthöhe von etwas mehr als 8 m auf, wobei die Höhe der Unterkante des flächigen Solar-Panels etwas weniger als 3 m über dem Boden ist. Die breite des flächigen Solar-Panels beträgt etwas weniger als 6 m.
Bezuqszeichenliste
1 Solar-Modul
Tragrahmen
Solar-Einzelpaneele
Windkraft-Module
Windkraft-Turbinen
Turbinenschaufeln
Lagerschenkel
8 Ständerwerk
9 Aktuatorik
10 Anström-Öffnungen
1 1 Strömungsleitblech
12 Luftleitfläche
13 Antriebsseite
14 Rücklaufseite
15 Einzelmodul
16 Einzelmodul-Tragrahmen
E Solar-Modul-Ebene
En Teilebenen
H vertikale Hochachse
K horizontale Kippachse
D Drehachse der Windkraft-Turbine

Claims

Patentansprüche
1. Anlage zur Gewinnung von Nutzenergie aus Sonnenenergie und Windenergie, umfassend
- ein Solar-Modul (1 ) zur Gewinnung von Nutzenergie aus Sonnenlicht, sowie
- wenigstens ein Windkraft-Modul (4) mit wenigstens einer eine Radialturbine aufweisenden Windkraft-Turbine (5) zur Gewinnung von Nutzenergie aus Wind,
dadurch gekennzeichnet, dassinnerhalb des Solar-Moduls (1 ) Anströmöffnungen (10) ausgebildet sind, durch die ein die Windkraft-Turbine (5) antreibender Luftstrom hindurchzutreten vermag.
2. Anlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Windkraft-Turbine (5) am Solar-Modul (1 ) randseitig angeordnet ist.
3. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die länglichen Öffnungen (10) durch eine Anordnung von Einzelpaneelen (3) auf der Tragstruktur (2) erzeugt sind, bei der Einzelpaneele von jeweils benachbarten Einzelpaneelen derart beabstandet angeordnet sind, dass zwischen den Rändern der zueinander benachbarten Einzelpaneele die längliche Öffnung (10) ausgebildet ist.
4. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Solar-Modul (1 ) eine Solar-Modul-Ebene E aufspannt und die Drehachse D der Windkraft-Turbine (5) parallel zur Solar- Modul-Ebene E oder dass die Drehachse D der Windkraft-Turbine (5) parallel zu einer Teilebene (Ε-ι , E2, E3), die von dem Einzelpaneel (3) auf- gespannt ist, über das die Windkraft-Turbine (5) angeströmt wird, ausgerichtet ist.
5. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das flächige Solar-Modul (1 ) eine Mehrzahl von zueinander benachbarten Solar-Einzelpaneelen (3) aufweist, die zueinander versetzte Teilebenen (E-i , E2, E3) definieren.
6. Anlage nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Anström-Öffnungen (10) durch einen Stufenversatz am Übergang eines Einzelpaneels (3) zu einem hierzu benachbarten, in Anströ- mung nachgeordneten Einzelpaneel (3) gebildet ist.
7. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Windkraft-Turbine (5) eine walzenförmige Turbine mit sich von einem weitgehend zylindrischen Grundkörper radial nach außen erstreckenden Turbinenschaufeln (6) ist.
8. Anlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Windkraft-Turbine (5) mehrere um eine Drehachse D der Windkraft-Turbine (5) angeordnete, beidseitig umströmte Profilflächen aufweist, um die Drehachse D rotieren.
9. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Windkraft-Turbine (5) bei deren Rotation gebildete Rotationshüllkörper die von dem flächigen Solar-Modul (1 ) aufgespannte Solar-Modul-Ebene E oder eine Teilebene (Ε-ι , E2, E3), die von dem Einzelpaneel (3) aufgespannt ist, über das die Windkraft-Turbine (5) angeströmt wird, durchdringt.
10. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse D hinter der Solar-Modul-Ebene E oder der Teilebene (Ε-ι, E2, E3), die von dem Einzelpaneel (3) aufgespannt ist, über das die Windkraft-Turbine (5) angeströmt wird, liegt.
1 1 . Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Solar-Modul (1 ) Strömungsleitvorrichtungen (1 1 ,1 1 ') vorgesehen sind.
12. Anlage nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsleitvorrichtungen (1 1 , 1 1 ') von aus der Solar-Modul- Ebene E oder einer Teilebene (Ε-ι , E2, E3) hervorstehenden Strömungsleitblechen (1 1 , 1 1 ') gebildet sind, die quer und/oder senkrecht zur Drehachse der Windkraft-Turbine ausgerichtet sind.
13. Anlage nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsleitvorrichtungen (1 1 ') parallel zur Hauptanströmrichtung angeordnet sind, um den auf das Solar-Modul (1 ) auftreffenden Wind zu kanalisieren.
14. Anlage nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsleitvorrichtungen (1 1 ) senkrecht zur Hauptanströmrichtung verlaufen.
15. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu dem wenigstens einen Windkraft-Modul (4) eine vom Windkraft-Modul separate Wind-Erfassung zur Ermittlung von den Momentan-Wind charakterisierenden Wind-Daten und/oder zusätzlich Solar-Modul eine vom Solar-Modul separate Sonneneinstrahlungs- Erfassung zur Ermittlung der die Momentan-Sonneneinstrahlung charakterisierenden Sonnen-Daten vorgesehen ist.
16. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerungseinrichtung vorgesehen ist, die basierend auf den Momentan-Wind charakterisierenden Wind-Daten und/oder den die Momentan-Sonneneinstrahlung charakterisierenden Sonnen- Daten die die maximale Momentan-Energieausbeute der Gesamtanlage gewährleistende Stellung zu ermitteln vermag.
17. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage aus einer Mehrzahl von miteinander verbundenen Einzelmodulen (15) aufgebaut ist, die jeweils wenigstens ein So- lar-Einzelpanel (3) und wenigstens ein Windkraft-Modul (4) umfassen, die an einem gemeinsamen Einzelmodul-Tragrahmen (16) angeordnet sind.
18. Anlage nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelmodul-Tragrahmen (16) der Einzelmodule (15) nebeneinander und übereinander miteinander verbunden sind und zusammen die Tragstruktur (2) der Gesamtanlage bilden.
19. Anlage nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anström-Öffnungen (10) durch einen Stufenversatz von einem Einzelmodul (15) zu einem in Anströmrichtung nachgeordneten Einzelmodul (15) gebildet ist.
20. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Anström-Öffnungen (10) aufgespannten An- ström-Flächen gegenüber der vorausgehenden Teilebenen (Ε-ι, E2, E3) um einen Winkel ß, bevorzugt mit 1 10° < ß < 150 °, weiter bevorzugt 120° < ß < 140 °, weiter bevorzugt ß etwa 130°, geneigt ist.
21 . Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wirksame Durchmesser der Windkraft-Turbine (5) mindestens 500 mm, bevorzugt mindestens 600 mm beträgt.
22. Verfahren zum Betreiben einer Anlage zur Gewinnung von Nutzenergie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte
- Ermitteln der maximal möglichen Momentan-Energieausbeute des So- lar-Moduls (1 ),
- Ermitteln der maximalen möglichen Momentan-Energieausbeute des Windkraft-Moduls (4),
- Ausrichten der Anlage in die die maximale Momentan-Energieausbeute der Gesamtanlage gewährleistende Stellung.
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zum Windkraft-Modul (4) und/oder zusätzlich Solar-Modul (1 ) eine Wind-Erfassung zur Ermittlung von den Momentan-Wind charakterisierenden Wind-Daten und/oder eine Sonneneinstrahlungs-Erfassung zur Ermittlung der die Momentan-Sonneneinstrahlung charakterisierenden Sonnen-Daten vorgesehen ist, wobei eine Steuerungseinrichtung basierend auf den Wind-Daten und/oder den Sonnen-Daten die maximale Momentan-Energieausbeute der Gesamtanlage gewährleistende Stellung ermittelt und die Gesamtanlage in diese Stellung überführt.
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