DE19543514A1

DE19543514A1 - Aufwindkraftwerk

Info

Publication number: DE19543514A1
Application number: DE19543514A
Authority: DE
Inventors: Hubert Fenzl
Original assignee: Individual
Current assignee: FENZL, HUBERT, 94127 NEUBURG, DE
Priority date: 1995-11-22
Filing date: 1995-11-22
Publication date: 1997-05-28

Description

Herkömmliche Aufwindkraftwerke, wie beispielsweise die in den Jahren 1981/82 im spanischen Manzanares errichtete Experimentieranlage, sehen einen - vorzugswei se aus Glas bestehenden - Flachkollektor mit kreisrunder Grundrißform, eine im Mittelpunkt des Flachkollektors angeschlossene Kaminröhre und eine am Fuß des Kamins angeordnete Windturbinenanlage vor.

Auf Grund der bisher gewonnenen Erfahrungen erscheint es aus wirtschaftlichen Gründen sinnvoll, Aufwindkraftwerke möglichst groß zu dimensionieren. Dies betrifft sowohl die Größe des Flachkollektors, als auch die Dimension des Kamins. (vgl. Schlaich, Jörg: Das Aufwindkraftwerk. Deutsche Verlags-Anstalt, Stuttgart 1994). Während es in der Regel keine Schwierigkeiten bereitet, Flachkollektoren mit größe rem Durchmesser zu konzipieren, bereitet jedoch der Bau von extrem hohen Kami nen nach wie vor große Probleme.

Aufgabe dieser Erfindung ist es deshalb, ein Aufwindkraftwerk anzugeben, das auf eine einfache und relativ kostengünstige Weise eine große Kaminhöhe ermöglicht.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Aufwindkraftwerk die Erhebung eines Berges nutzt, um eine möglichst große Kaminhöhe zu erzielen. Das Aufwindkraft werk wird dabei an der Sonnenseite eines Berges errichtet, um die Sonneneinstrah lung bestmöglich zu nutzen. Der im Grundriß vorzugsweise fächerartig gestaltete Flachkollektor wird im Bereich der Bergsohle errichtet. Der im dem Berg zugewand ten Randbereich des Flachkollektors angeschlossene Kamin führt bis zum Berggip fel. In Abhängigkeit von den örtlichen Gegebenheiten kann der Kamin jedoch auch bereits vor dem Berggipfel enden, oder aber auch über den Gipfel hinausgeführt werden.

Um den Kamin bis zum Gipfel zu verlegen, gibt es grundsätzlich drei Möglichkeiten: Ein erstes Konstruktionsprinzip sieht vor, den Kamin auf ganzer Länge an der Son nenseite eines Berges am Berg rücken oder an einer Bergwand entlang zum Gipfel zu führen.

Eine zweite Möglichkeit besteht darin, den Kamin auf ganzer Länge unterirdisch, d. h. innerhalb des Bergrückens bzw. der Bergwand zum Gipfel zu verlegen. Dabei kann der Kamin in Form einer eingegrabenen Röhre verlegt sein, oder der Kamin wird als Tunnelröhre gegraben und gestaltet.

Eine dritte Lösung sieht vor, den Kamin in Abhängigkeit von den Gegebenheiten vor Ort teils an der Außenseite, teils innerhalb des Bergrückens bzw. der Bergwand zum Gipfel zu führen.

An der Außenseite des Bergrückens bzw. der Bergwand liegende Bereiche des Kamins sind vorteilhafterweise in einer dunklen Farbe gehalten, um als Wärmespei cher zu dienen und um die Wärmeverluste der aufsteigenden Warmluft zu minimie ren.

Der Kamin selbst kann aus einer zylindrischen Röhre bestehen, jedoch sind grund sätzlich auch andere Gestaltungsformen möglich, z. B. ovale oder eckige Röhren, sowie Röhren mit dreieckiger, viereckiger oder einer beliebig anderen Querschnitts form. Um die Reibungsverluste gering zu halten, sollte der Kamin einen möglichst großen Durchmesser aufweisen. Es ist jedoch auch möglich, den Kamin in Form von mehreren nebeneinanderliegenden Röhren zu konzipieren, falls die örtlichen Gege benheiten dies sinnvoll erscheinen lassen. Ebenso kann der Kamin entweder durch gehend einen gleichen Querschnitt aufweisen, oder aber der Querschnitt ist unter schiedlich gestaltet, d. h. im unteren und oberen Teil erweitert, was aus aerodynami schen Gründen günstiger wäre.

Die Windturbinenanlage liegt vorzugsweise im Übergangsbereich vom Flachkollek tor zum Kamin bzw. am unteren Ende des Kamins. Der Flachkollektor besteht vor zugsweise aus Glas, das im Übergangsbereich zum Kamin aus Wärmeverlustgrün den auch doppelwandig verlegt sein kann. Es ist jedoch auch eine Verwendung von Folien möglich, oder eine Kombination von beiden Materialien. Die Abstützung des Daches ist so gestaltet, daß die Höhe im Randbereich geringer ist als im Über gangsbereich zum Kamin. Die Grundrißform des Flachkollektordaches entspricht vorteilhafterweise der eines geöffneten Fächers, so daß eine geeignete Sogwirkung entsteht. Um den Sog der unter dem Flachkollektor erwärmten Luft zu steuern, bzw. um den Luftstrom zum Kamin zu leiten, sind im dem dem Berg zugewandten Rand bereich des Flachkollektors beidseits des Kaminansatzes Leitelemente angeordnet. Um eine möglichst turbulenzfreie Strömung der erwärmten Luft unter dem Flachkol lektor zu erreichen, können auch zusätzlich im Bereich unter dem Flachkollektor Leitelemente vorgesehen sein.

Der Flachkollektor selbst liegt entweder dem Berghang vorgelagert in einer Ebene und weist damit vom Berghang wegweisend eine leicht abfallende Neigung auf, oder er folgt in seiner Bauweise der Hangneigung des Bergfußes, um dann in der Tal ebene flach auszulaufen. Letztere Ausführungsform ist in bezug auf den Einfallswin kel der Sonnenstrahlung günstiger.

Der unter dem Flachkollektor liegende Boden kann naturbelassen sein, sollte jedoch aus Gründen der Wärmespeicherung möglichst aus steinigem Material bestehen. Eine optimale Aufheizung der unter den Flachkollektor einströmenden Frischluft wird dann erreicht, wenn der Boden aus dunklem Vulkangestein besteht oder mit einer Bitumenschicht versehen wurde.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von zwei Ausführungsbeispielen unter Be zug auf erläuternde Zeichnungen näher erklärt. Es zeigt:

Fig. 1 eine Schrägbilddarstellung und

Fig. 2 eine Schnittdarstellung einer Variante.

Bei der Ausführungsform gemäß der Fig. 1 befindet sich der Flachkollektor 3 des Aufwindkraftwerkes in der dem Bergfuß 8 unmittelbar vorgelagerten Talebene. Der aus Glasplatten und Rahmenverstrebungen bestehende Flachkollektor 3 weist eine im wesentlichen fächerartige Grundrißform auf. Der Flachkollektor 3 wird von dün nen Stützen getragen, die so bemessen sind, daß die lichte Weite zwischen Glas dach und Boden im äußeren, vom Berg wegweisenden Bereich des Flachkollektors 3 relativ gering ist und in Richtung des Berges 2 zunehmend größer wird. Im Bereich des Bergfußes 8 ist am Flachkollektor 3 ein vorzugsweise schwarzes Vordach 5 luftdicht angeschlossen. Das Vordach 5 dient als Verbindungsstück zu dem am unte ren Ende des Kamins 1 vorgesehenen Generatorgehäuse 4. Um eine effiziente Sogwirkung zu erreichen, sind beidseits des Vordaches 5 schräg nach außen ver laufende und den Raum zwischen Glasdach und Boden luftdicht abschließende Leitelemente 6 angesetzt, welche die erwärmte Luft zum Vordach 5 und damit durch die Windturbinenanlage im Generatorgehäuse 4 zum Kamin 1 leiten. Der Kamin 1 besteht aus einer großdimensionierten Röhre, die am Berg rücken entlang bis zum Berggipfel 10 geführt ist. Da der Kamin 1 auf der gesamten Länge freiliegt, ist er aus Gründen der Wärmespeicherung dunkel bzw. schwarz gehalten.

In Fig. 2 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der der Flachkollektor 3 unmittel bar am Bergfuß 8 installiert wird. Der äußere Randbereich des Flachkollektors 3 be findet sich zwar noch in der Talebene, ansonsten folgt das Dach des Flachkollektors 3 im wesentlichen der Hangneigung des Bergfußes 8, bis es schließlich über ein Vordach 5 mit dem Generatorgehäuse 4 verbunden wird. Die lichte Höhe zwischen Kollektordach und Boden ist - bedingt durch unterschiedliche Längen der Stützen 7 - im äußeren Bereich des Flachkollektors 3 relativ gering und nimmt in Richtung auf das Turbinengehäuse 4 kontinuierlich zu. Ab dem Turbinengehäuse 4 ist der jeweils schräg nach außen und unten verlaufende Randbereich des Flachkollektors 3 durch Leitelemente 6 luftdicht abgeschlossen. Im Turbinengehäuse 4 befindet sich eine Windturbine 9. Der am Turbinengehäuse 4 angeschlossene Kamin 1 wird unterir disch, d. h. in Form einer Tunnelröhre, zum Berggipfel 10 geführt. Der obere Teil des Kamins 1 ist trichterförmig erweitert.

Das erfindungsgemäße Aufwindkraftwerk funktioniert wie folgt: Die unter dem Dach des Flachkollektors 3 sich befindliche Luft wird von der Sonnenstrahlung erwärmt. Da warme Luft leichter ist und nach oben steigt, wird diese über das Vordach 5 in das Generatorgehäuse 4, und von hier in den zum Berggipfel 10 führenden Kamin 1 gesaugt, während von außen frische Luft unter das Dach des Flachkollektors 3 nachströmt. Auf Grund des großen Höhenunterschiedes zwischen Flachkollektor 3 und Kaminöffnung enthält der aufsteigende Warmluftstrom eine enorme Energie, die von der im Generatorgehäuse 4 angeordneten Windturbinenanlage in Stromenergie umgewandelt wird. Das Aufwindkraftwerk funktioniert auch bei bedecktem Himmel, da der Flachkollektor selbst diffuses Licht nutzt. Nachts gibt die vom Boden gespei cherte Wärme Energie ab, so daß auch zu dieser Zeit eine Stromerzeugung möglich ist.

Bezugszeichenliste

1 Kamin
2 Berg
3 Flachkollektor
4 Generatorgehäuse
5 Vordach
6 Leitelement
7 Stützen
8 Bergfuß
9 Windturbine
10 Berggipfel.

Claims

1. Aufwindkraftwerk mit einem Flachkollektor, einem Kamin und einer Windturbine, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

- das Aufwindkraftwerk nutzt die Erhebung eines Berges (2), um eine möglichst gro ße Kaminhöhe zu erzielen;
- der Flachkollektor (3) befindet sich im Bereich des Bergfußes (8);
- der im hangnahen Randbereich des Flachkollektors (3) angeschlossene Kamin (1) führt vorteilhafterweise bis zum Berggipfel (10);
- das Aufwindkraftwerk wird an der Sonnenseite eines Berges (2) errichtet.

2. Aufwindkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kamin (1) am Bergrücken bzw. an der Bergwand entlang zum Berggipfel (10) geführt wird.

3. Aufwindkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kamin (1) im Berginnern zum Berggipfel (10) geführt wird.

4. Aufwindkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kamin (1) teilweise im Berginnern zum Berggipfel (10) geführt wird.

5. Aufwindkraftwerk nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2-4, dadurch ge kennzeichnet, daß der Kamin (1) aus zumindest einer zylindrischen Röhre besteht.

6. Aufwindkraftwerk nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2-4, dadurch ge kennzeichnet, daß der Kamin (1) aus zumindest einer ovalen Röhre besteht.

7. Aufwindkraftwerk nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2-4, dadurch ge kennzeichnet, daß der Kamin (1) aus zumindest einer eckigen Röhre besteht.

8. Aufwindkraftwerk nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der Ansprüche 2-7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kamin (1) in zumindest einem Teilbereich erwei tert ist.

9. Aufwindkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Teil des Kamins (1) das Generatorgehäuse (4) mit mindestens einer Windturbine (9) an geordnet ist.

10. Aufwindkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Über gangsbereich vom Flachkollektor (3) zum Generatorgehäuse (4) ein luftdichtes Vor dach (5) angeordnet ist.

11. Aufwindkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flachkol lektor (3) Leitelemente (6) zur Steuerung der warmen Luftströmung aufweist.

12. Aufwindkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flachkol lektor (3) zumindest zu einem Teil eine der Hangneigung des Bergfußes (8) weitge hend entsprechende Form aufweist.

13. Aufwindkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flachkol lektor (3) eine im wesentlichen fächerartige Grundrißform aufweist.

14. Aufwindkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Flachkollektor (3) überdachte Boden mit einer wärmespeichernden Schicht, vor zugsweise einer Bitumendecke, versehen ist.

15. Aufwindkraftwerk nach den Ansprüchen 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kamin (1) eine dunkle Farbe aufweist.