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DE19831692C2 - Hybride Anlage für die Nutzung von Windkraft udn Solarenergie - Google Patents

Hybride Anlage für die Nutzung von Windkraft udn Solarenergie

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DE19831692C2 DE19831692A DE19831692A DE19831692C2 DE 19831692 C2 DE19831692 C2 DE 19831692C2 DE 19831692 A DE19831692 A DE 19831692A DE 19831692 A DE19831692 A DE 19831692A DE 19831692 C2 DE19831692 C2 DE 19831692C2
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Abstract

Aufgabe der Erfindung ist es, eine hybride Anlage für die Nutzung von Wind- und Sonnenenergie zu schaffen. DOLLAR A Die erfindungsgemäße Anlage ist in Form eines Baumes ausgebildet DOLLAR A - mit mindestens einem Stammsegment (5) und DOLLAR A - mit über flexible Zylinder (4) mit dem Stammsegment verbundene Trägersegmente (2), DOLLAR A - wobei an den Trägersegmenten (2) Solarzellen (1) angeordnet sind, DOLLAR A - wobei in die Zylinder Piezokristall-Wandler eingegossen sind, die bei Verbiegung oder Verdrehung elektrische Spannungen erzeugen, und DOLLAR A - wobei die Solarzellen durch ein Steuerprogramm dynamisch verschaltet werden. DOLLAR A Das Steuerprogramm arbeitet nach dem Gesichtspunkt der Leistungsoptimierung, und die von den Piezokristall-Wandlern erzeugte Spannung wird über Pufferkondensatoren oder durch Impulstransformation in einer Wechselrichterschaltung in verwendbare Elektroenergie umgewandelt.

Description

Die Erfindung betrifft eine hybride Anlage in Form eines Baumes zur Umwandlung von Wind- und Sonnenenergie in elektrische Energie.
Heutige Windkraftanlagen arbeiten alle nach dem gleichen Prinzip, die Energie des Windes wird mit Hilfe von Propellern, Flügelrädern oder Turbinen in eine Drehbewegung zum Antrieb von Generatoren umgewandelt. Abgesehen von den bautechnischen Ausmaßen bestehender Windkraftanlagen und der optischen Gewöhnungsbedürftigkeit steht die Frage nach der Effektivität des angewandten Prinzips der Energieumwandlung. Es bleibt die altbewährte Umwandlung der Bewegungsenergie des Windes in eine Drehbewegung (Windmühlenprinzip), um über den "Umweg" eines Generators, kinetische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Die kinetische Energie des Windes ist aber undefiniert, d. h. Richtung und Intensität schwanken. Die damit verbundene Ausrichtung des Windrades und seiner Rotorblätter ist träge und aufwendig.
Ähnlich sieht es in der Solartechnik aus. Um einen entsprechenden Wirkungsgrad der Anlagen zu erreichen ist es nötig, großflächige Solarmodule zu installieren. Auch hier sind es nicht nur optische Aspekte, die bei der Beplankung von Dächern und Fassaden die Gebäude unansehnlich wirken lassen, sondern auch der nachträgliche Montageaufwand von Solarmodulen.
Die ohnehin schon aufwendige Herstellung der Siliziumscheiben wird durch das Zersägen in passgerechte Formen für eine optimierte Flächenausnutzung bei der Modulzusammensetzung erschwert und produziert Abfall.
Bei der Herstellung der Module werden die Solarzellen betriebsfertig durchverbunden und definitiv eingegossen, wobei ihre elektrische Leistungscharakteristik unabänderlich festliegt.
Aus der DE 195 02 949 A1 ist eine Photo-Voltaische Energieerzeugungsanlage bekannt, bestehend aus Solarzelle und Halterung, wobei die Halterung in Form eines Baumes gebaut ist, bestehend aus Stammbereich, Verzweigungen, Astbereichen und Solarzellenbüscheln, wobei Solarzellen in flexibler Ausführung mittel einer Steckverbindung auf elastische, verzweigte Träger aufgesteckt werden und diese wiederum mittels Verzweigungen auf die Astelemente.
Aus der DE 41 42 566 A1 ist eine Solaranlage auf einem Zeltdach bekannt, bei der mehrere Module mit annähernd gleicher Ausrichtung zu einer Gruppe zusammengeschaltet sind, denen jeweils ein MPP-Regler zugeordnet ist, der für jede Gruppe den optimalen Arbeitspunkt einstellt.
Die DE 36 29 804 A1 beschreibt hybride Anlagen zur Gewinnung elektrischer Energie aus Sonnenenergie, Windenergie oder auch auf dem Meer aus Wellenenergie. Die Windenergie wird in Oszillationen umgesetzt und elektrodynamisch oder auch durch Piezoelemente elektrische Energie umgewandelt. Einzelheiten der Umwandlung und der elektrischen Verschaltung sind nicht angegeben.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine hybride Anlage für die Nutzung von Wind- und Solarenergie in kombinierter Form zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch die Anlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die Gesamtanordnung der Anlage ist wie bei vielen anderen Erfindungen der Natur entliehen, z. B. der Baum, eine wunderschöne Erscheinung, aber auch eine geniale Konstruktion der Natur.
In Anlehnung an diese Konstruktion ist die hybride Energiegewinnungsanlage gestaltet, d. h. die Anlage wird in Form eines Baumes erstellt.
Um Witterungseinflüssen zu entgegnen sowie eine gewisse mechanische Elastizität zu gewähren, werden die einzelnen Segmente aus Kunstverbundmaterial gefertigt.
Neben dem hohen Gebrauchswert als Energieanlage kommen in einem hohen Maße ästhetische Gesichtspunkte zum Tragen. Durch eine weitestgehend freie künstlerische Gestaltung der Trägerkonstruktionen unterscheidet sich diese Anlage gewaltig von den errichteten Windmühlenparks und Solarfarmen.
Anhand der Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschreiben.
Im folgenden wird eine Anlage beschrieben, die zwei Systeme der Energieumwandlung kombiniert.
Im photovoltaischen Teil wird von den starren großflächigen Solarmodulen abgegangen und der Bionik Rechnung getragen. In diesem Fall entsprechen die einzelnen Solarzellen (1) den Blättern eines Baumes, die in der Ausführung als Dünnschichtsolarzellen-Folien ähnliche Flexibilität aufweisen, und gleichzeitig wird das leidige Problem der Kühlung weitestgehend gelöst, da das "leiseste Lüftchen" die Solarzellen kühlt.
Ebenso interessant gestaltet sich die Anzahl der Solarzellen, tausende "Blätter" an den Trägersegmenten (2) ergeben eine riesige Solarzellenfläche, die entscheidend für die Leistungsfähigkeit der Anlage ist.
Des weiteren wird darauf verzichtet, die einzelnen Solarzellen elektrisch starr zu Modulen zu verbinden, um durch ein entsprechendes Abtastprogramm die elektrisch optimale Leistungscharakteristik der Solarzellen zu kombinieren.
Da die Anlage ein lichtdurchflutetes Objekt bildet und nur der sich ändernde Stand der Sonne die Bestrahlung bzw. Abschattung der einzelnen Solarzellen beeinflusst, ist es möglich, durch einen Abtastzyklus die unterschiedlichen Regionen des "Baumes" nach ihrer momentan produzierten Solarenergie zu koordinieren.
Durch eine dynamische Zusammenschaltung des jeweils gleichen Energieniveaus nach dem elektrischen Leistungsprinzip können serielle, parallele oder kombinierte Modulketten realisiert werden. Die sich hierdurch ergebende Vielfalt an Strom bzw. spannungsdominierenden Schaltungen ermöglicht den Einsatz eines Solarinverters zur Netzeinspeisung. Damit entfällt die Zwischenspeicherung in Akkus, wodurch der Gebrauchswert wesentlich erhöht wird.
Wie aus dem Titel ersichtlich, wird die gleiche "Baum"-Konstruktion zur Windenergieumwandlung genutzt. Der entscheidende Teil ist hier das Trägersegment (2), an dem die Solarzellen (1) befestigt sind; es fungiert als "Ast", wobei die Gestaltung frei nach funktionalen oder ästhetisch-künstlerischen Gesichtspunkten erfolgt. Auch die Anzahl der Trägersegmente bleibt der individuellen Gestaltung bei der Konzeption der Anlage überlassen.
Allerdings besteht in weiten Grenzen eine direkte Proportionalität zwischen der Menge der Trägersegmente und der damit verbundenen Energiegewinnung. Nicht nur im solartechnischen Teil bedeuten mehr "Äste" und damit mehr "Blätter" eine größere Solarzellenfläche, sondern eine Vielzahl von Trägersegmenten ist für die Windkraftumwandlung entscheidend.
Durch weit ausgelegte und großzügig um den "Stamm", dem Hauptträger (3), angeordnete Trägersegmente wird erreicht, dass alle auftretenden Luftströmungen aus allen Windrichtungen dieses Gebilde durchströmen können.
Die Trägersegmente (2) werden über einen flexiblen Kunststoffzylinder (4) - z. B. Kautschuk oder Silikon - an die Stammsegmente (5) gemufft und verschraubt. Durch Aufstockung der Stammsegmente (5) entsteht der Hauptträger (3) (Stamm). Die Anzahl der Stammsegmente bestimmt die Höhe der Konstruktion.
Der Kunststoffzylinder (4) ist der Teil, der die Windenergieumwandlung realisiert. Wie in Figur (5) zu sehen ist, sind in den Kunststoffzylinder Piezokristall-Wandler (6) eingegossen, die bei Verbiegung oder Verdrehung elektrische Spannungen erzeugen, welche dann über Leitungen (7) in das Stammsegment (5) geführt werden. Die axiale Bohrung (8) durch den Kunststoffzylinder dient als Durchführung für die Stromableitungen (9) der Solarzellen.
Das durch den Wind in Bewegung gesetzte Trägersegment, wobei die Solarzellen (1) als eine Art "Segel" fungieren, ist für die Verbiegung oder Verdrehung des Kunststoffzylinders (4) verantwortlich.
Die sporadisch erzeugten Spannungen werden in geeigneter Weise, z. B. über Pufferkondensatoren, in einer Wechselrichterschaltung oder durch Impulstransformation in verwendbare Elektroenergie umgewandelt.

Claims (3)

1. Hybride Anlage in Form eines Baumes zur Umwandlung von Wind- und Solarenergie in elektrische Energie,
mit mindestens einem Stammsegment (5) und
mit über flexible Zylinder (4) mit dem Stammsegment verbundene Trägersegmente (2),
wobei an den Trägersegmenten (2) Solarzellen(1) angeordnet sind,
wobei in die Zylinder Piezokristall-Wandler eingegossen sind, die bei Verbiegung oder Verdrehung elektrische Spannungen erzeugen, und
wobei die Solarzellen durch ein Steuerprogramm dynamisch verschaltet werden.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerprogramm nach dem Gesichtspunkt der Leistungsoptimierung arbeitet.
3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Piezokristall- Wandler erzeugte Spannung über Pufferkondensatoren, in einer Wechselrichterschaltung oder durch Impulstransformation in verwendbare Elektroenergie umgewandelt wird.
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Owner name: GERHARDT, THOMAS, 19406 STERNBERG, DE

8381 Inventor (new situation)

Inventor name: GERHARTD, THOMAS, 19406 STERNBERG, DE

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