DE9316788U1

DE9316788U1 - Windenergieanlage

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Publication number: DE9316788U1
Application number: DE9316788U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-11-03
Filing date: 1993-11-03
Publication date: 1994-02-17
Anticipated expiration: 2003-11-04

Description

Windenergieanlage

Die Erfindung betrifft eine Windenergieanlage mit einem leeseitigen Rotor. Windenergieanlagen werden bisher mit einem luvseitigen, also windzugewandten Rotor realisiert. Diese Bauweise erfordert eine Nachführung des Rotors entsprechend der Windrichtung durch zusätzliche Windfahnen, seitliche Windräder mit einem Verstellgetriebe oder, wie heutzutage meist, motorische Antriebe, die auf Meßsignale von Windmeßgeräten hin den jeweiligen Rotor einer Windenergieanlage in den Wind stellen.

Dieser Aufwand wird in Kauf genommen, weil leeseitige Rotoren im Windschatten ihrer Befestigung weniger Leistung erbringen und dann, wenn sie in diesen Windschatten eintreten, Wechselbelastungen ausgesetzt sind, die

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Volksbank Kiel e.<3;

Kto.-Nr. 64 029 700

den Verschleiß fördern und sich akustisch als lautes Knattern äußern. Nur bei wenigen kleineren Anlagen werden diese Nachteile in Kauf genommen, da man sich die aufwendige Nachführmechanik bzw. Elektronik sparen möchte.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, leeseitige Windenergieanlagen derart zu verbessern, daß sie dem Rotor bessere Windangriffsverhältnisse ermöglichen, sie einfacher herzustellen sind, weniger reparaturanfällig sind und insbesondere leiser sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Durch die aerodynamische, leitwerkartige, in einer bevorzugten Ausführungsform V-förmigen Ausbildung der den Rotor tragenden Konstruktion wird ein Windschatten, durch den der Rotor beispielsweise bei einem Turm oder Mast hindurchlaufen müßte, weitestgehend vermieden. Die spezielle Ausgestaltung der V-förmigen Tragelemente, die wie eine profilierte Tragfläche den Windverlauf begünstigend gefertigt werden können, ist durch einfache Versuche ableitbar. Die mittlere Windgeschwindigkeit wird dabei zu berücksichtigen sein, ggf. sind Verstellmechanismen wie bei Flugzeugtragflächen denkbar. Insbesondere wird hierbei vorgeschlagen, den Wind zwischen den beiden Tragelementen zu beschleunigen indem den jeweiligen Profilen der Tragelemente eine Wölbung an der Innenseite gegeben wird.

Ein Leeläufer, d. h. eine Windenergieanlage mit einem leeseitigen Rotor, stellt sich selbst dem Wind nach. Auf eine Steuerung kann daher verzichtet werden. Diese Selbstnachstellung erfolgt in der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Konstruktion vorzugsweise durch Verdrehung

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der Tragelemente in einem Azimutlager, das auf einem herkömmlichen Turm vorgesehen ist. Dieser Turm kann nach unten vom Azimutlager hin schlanker ausgeführt werden, wenn man ihn entsprechend durch Halteseile verankert. Zur schnelleren Nachstellung des Rotors wird vorgeschlagen, die Tragelemente leitwerkartig nach Lee zu neigen. Dadurch kann in vorteilhafter Weise der Abstand zwischen dem Turm bzw. den Tragelementen und den Rotorspitzen zusätzlich vergrößert werden. Dies ist vorteilhaft, da die Rotorspitzen, die mit der größten Geschwindigkeit durch die Luft schneiden, am ehesten durch Luftwirbel gestört sind. Diesbezüglich wird weiter vorgeschlagen, die Rotorblattlänge derart auszulegen, daß die Blattspitzen nicht in den Windschatten des herkömmlichen Turms hinunterragen, sondern noch oberhalb, dort wo der Wind das wenigstens eine profilierte Tragelement passiert, enden.

Eine nach oben V-förmig sich öffnende uns sich gleichzeitig vom Mast entfernende Konstruktion der Tragelemente eignet sich insbesondere zur Aufnahme eines großen Ringgenerators, der mit einer zentralen Öffnung zum Durchlaß von die Windströmung stabilisierendem zentralen Wind ausgeführt ist. Der große Durchmesser des Ringgenerators ermöglicht einen langsam drehenden Generator, der dennoch die elektromagnetisch erforderlichen hohen Relativgeschwindigkeiten zwischen Stator und Rotor bietet.

Durch diese nabenlose Ausführung wird der Windwiderstand der Windenergieanlage, der nicht zur Energieproduktion beiträgt, weiter vermindert, wodurch eine leichtere Konstruktion ermöglicht wird.

Insgesamt ergibt die verbesserte Windführung im oberen Bereich der Windenergieanlage mehr Leistung, sie ermöglicht eine einfachere Herstellung in der Windenergiean-

lage verglichen mit Luvläufern, weist nicht die bisher bekannten Nachteile der Leeläufern mit hohen Verschleiß- und Geräuschentwicklungen auf und im Vergleich mit Luvläufern ist mit deutlich geringeren Herstellungskosten sowie Wartungskosten und Stillstandzeiten wegen der dort häufig auftretenden Probleme mit der Windnachstellung zu rechnen. Gerade diese Probleme mit der Windnachstelleinrichtung, die bei bekannten Luvläufern die häufigste Fehlerursache sind, werden beim Betrieb von Windenergieanlagen als sehr störend und unerwünscht empfunden und verursachen hohe Personalkosten bei der Wartung und Reparatur .

Die Vorteile bei der Geräuschentwicklung empfehlen die erfindungsgemäße Windenergieanlage insbesondere für kleinere Anlagen, wie sie z. B. auf Segelboten zur Energiegewinnung eingesetzt werden. Bei diesen sehr kleinen Anlagen verwendet man, um großen Aufwand zu vermeiden, teilweise schon jetzt Leeläufer. Gerade bei solchen kleinen Anlagen, die relativ nahe am Benutzer plaziert werden, ist die Geräuschentwicklung eine entscheidendes Kriterium.

Bei großen Anlagen, die weithin sichtbar sind, wird insbesondere der gegenüber herkömmlichen Windkraftanlagen mit einem großen Motorgehäuse wesentlich verbesserte ästhetische Eindruck, sowie die Möglichkeit, mehrere dieser Anlagen aufgrund der verminderten Windverwirbelungen dichter zusammenzustellen, von Vorteil sein. Durch die Verwendung eines Ringgenerators kann weiter auf ein Getriebe verzichtet werden. Dies macht die Vorrichtungen preisgünstiger und leiser.

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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden in nachfolgender Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels ersichtlich. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine bevorzugte erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Ansicht schräg von vorn,

Fig. 2 die Vorrichtung der Fig. 1 fast direkt von vorn, und

Fig. 3 die einfachste erfindungsgemäße Vorrichtung mit nur einem Tragelement fast direkt von vorn.

In der Fig. 1 und 2 ist die leicht nach hinten angeschrägte Formgebung der profilförmigen Tragelemente 12 zu erkennen. Sie sind in einem Bereich 14 miteinander verbunden. In diesem Bereich sind sie mit einem Azimutlager auf einen Mast 20 aufgesetzt. Der Mast 20 ist von diesem Azimutlager abwärts mit Halteseilen 18 nach unten hin abgespannt. In dem sich ergebenden oberen Abstand zwischen den Enden 16 der V-förmig angeordneten Tragelemente 12 ist ein Ringgenerator 28 mit einem angesetzten Zentralring 3 4 zur Halterung der Rotorblätter 3 2 angesetzt.

In der Fig. 2 ist deutlich der zentrale Freiraum 3 0 im Ringgenerator 28 zu erkennen. Weiter ist die gegenüber der Länge der Rotorblätter 32 größere V-förmige Ausnehmung zwischen den Tragelementen 12 zu erkennen. Diese Tragelemente 12 können so geformt sein, daß der Wind im unteren Bereich trotz geringer Breite der Ausnehmung genauso beschleunigt wird, wie im oberen Bereich zwischen den Enden 16.

Die Fig. 1 zeigt die einfachste erfindungsgemäße Ausführung mit nur einem Tragelement 12 und einem herkömmlichen Generator. Unterhalb des Verbindungsabschnittes 14 des/der Tragelemente(s) 12 befindet sich ein Azimutdrehlager.

Claims

S1ONNIES: S- 5? RQ ANSPRÜCHE

1. Windenergieanlage mit einem leeseitigen Rotor (10) , gekennzeichnet durch wenigstens ein den Rotor (10) tragendes profilförmiges Tragelement (12), das drehbar auf einem Mast (20) befestigt ist, und das um einige Winkelgrade aus der Vertikalen geneigt ist, so daß es sich leitwerkartig in Windrichtungs-Lee einstellt.

2. Windenergieanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei V-förmig an den einen Enden (14) miteinander in Verbindung stehende profilförmige Tragelemente (12) vorgesehen sind, die an ihren jeweils anderen Enden (16), denen an denen sie voneinander beabstandet sind, zwischen sich das Drehlager des Rotors (10) halten.

3. Windenergieanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden mit ihrer Schmalseite (22) zum Wind zeigende Tragelement (12) an ihren zueinander weisenden Flächen (24) mit einer stärkeren Krümmung

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als an ihren nach außen weisenden Flächen (26) versehen sind, so daß der zwischen den Tragelementen (12) hindurch passierende Wind beschleunigt wird.

4. Windenergieanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein direkt gekoppelter Ringgenerator (28) mit einem zentralen Durchlaß (30) für Wind an dem wenigstens einen vom Mast (20) beabstandeten Ende (16) des profilförmigen Tragelementes (12) gehalten ist, und die Rotorblätter (32) des Rotors (10) an einem diesem Ringgenerator (28) entsprechend geformten Zentralring (34) befestigt sind, der wiederum an dem Ringgenerator (28) drehbar befestigt ist.

5. Windenergieanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorblätter (32) in ihrer Erstreckung kürzer als die profilförmigen Tragelemente (12) für den Ringgenerator (28) vorgesehen sind.