1.) Erneuerbare Energien:

1.1.) Windenergie ⇾ Windkraftanlage

 1.1.1.) Vertikalrotor / Vertical-axis wind turbine

Zurzeit arbeite ich an der Entwicklung eines leistungsfähigen und kostengünstigen Vertikalrotors. Meine Arbeit basiert auf internationalen Studien und Forschungen im Bereich der Antriebsarten für VAWTs sowie der Auslegung und Optimierung von VAWTs (Eng. Vertical-axis Wind Turbines).

    1.1.2.) Vorgehensweisen bei diesem Projekt

Meine Vorgehensweise bei diesem Projekt:

a.1.) Entwicklung eines Projektziels

a.2.) Recherche und Sichtung der Literatur (Zeitschriften, Studien und andere Veröffentlichungen)

b.) Erstellung von Skizzen, Entwürfen und Modellen (2D ⇾ 3D ⇾ CAD-Modell)

c.) Testen, Auswerten und Vergleichen der Modelle in CFD-Simulationen

d.) Konstruktion der verschiedenen Modelle

e.) Tests im Windkanal

f.) Tests unter realen Bedingungen

g.) Auswertung, Vergleich und Bewertung der Tests (CFD, Windkanal und reale Bedingungen)

h.1.) Veröffentlichung des Projektes und/oder 

h.2.) Patentierung der Erfindung/Technologie bzw. des techn. Verfahrens oder

h.3.) Verkauf des Projektes an Unternehmen - inkl. der Rechte an der Erfindung/Technologie

    1.1.3.) VAWT Erfindung

VentusVortex

Meine Erfindung umfasst das Design der neuen Anlage sowie die Entwicklung einiger Turbinen, die speziell für die Anlage entwickelt wurden. Die Anlage kann sowohl mit H-Darrieus- als auch mit Savonius-Rotoren betrieben werden. Es gibt ein Standardmodell und eine Plus-Variante, die sich durch ein ungewöhnliches Konzept auszeichnet.

Die Steigerung der elektrischen Energieerzeugung allein durch den Aufbau und die Ausrichtung der Komponenten innerhalb der Anlage ist wissenschaftlich fundiert. Leistungsmäßig kann der neue Turbinentyp bessere Werte vorweisen als die herkömmliche Savonius-Turbine. Hinzu kommt, dass die Anlage durch ein anderes Konzept in einer separaten Version, der Plus-Variante, möglicherweise noch mehr Strom erzeugen kann. Ein weiteres Feature gibt es sowohl für das Standardmodell als auch für das Plusmodell, nämlich die Möglichkeit, PV-Module auf die Anlage zu montieren. Die Entscheidung, nur in Sonnen- oder nur in Windenergie zu investieren, fällt damit weg. 

Mein Motto für die Erfindung lautet: Solar- und Windenergie schließen sich nicht aus - sie ergänzen sich. Beide Energiequellen haben für sich genommen Vor- und Nachteile - das Besondere an meiner Erfindung ist, dass die Nachteile beider Energieerzeugungsarten auf ein Minimum reduziert werden, da beide Energieerzeugungsarten, Sonnen- und Windenergie, sowohl parallel als auch einzeln genutzt werden können.

Die Besonderheiten vom VentusVortex:

1.) Die Anlage kann einzeln oder in Kombination mit mehreren Anlagen betrieben werden. Die Konstruktion erlaubt eine Modularisierung durch Stapeln von zwei identischen Anlagen. Darüber hinaus können die Anlagen dichter nebeneinander aufgestellt werden, wobei sowohl parallele als auch diagonale Anordnungen möglich sind.

2) Das System ist für den Einsatz in Windparks geeignet, wobei sowohl gemischte Windparks (mit HAWT- und VAWT-Anlagen) als auch reine VAWT-Windparks realisiert werden können.

Eine Studie von Ph.D. Anna E. Craig (Dept. of Mechanical Eng., Stanford University, 2017) zeigt, dass auf einem Feld der Größe X mehr VAWT-Anlagen platziert werden können als konventionelle Windenergieanlagen. Obwohl eine einzelne VAWT-Anlage nicht die gleiche Leistung erbringt wie eine Anlage mit drei Rotorblättern aufgrund der unterschiedlichen Kraftwirkungen in großer Höhe (größerer Radius ⇾ höheres Drehmoment), hat sich gezeigt, dass das Potenzial für den Stromertrag pro Flächeneinheit bei VAWT-Windparks fünf- bis achtmal [in der Studie wird von zehnmal gesprochen] höher ist als bei konventionellen Windparks mit Windrädern.

3) Ein wesentlicher Vorteil von VAWT-Anlagen (Windkraftanlagen mit vertikalen Rotorblättern) gegenüber HAWT-Anlagen (Windkraftanlagen mit horizontalen Rotorblättern) ist der geringere Platzbedarf. Dies ermöglicht ihren Einsatz in Gebieten, in denen die Bebauung aufgrund von Naturschutzbestimmungen, Mindestabständen zu Wohngebieten, Tierschutzrichtlinien oder der Bodenbeschaffenheit eingeschränkt ist. Außerdem dürfen Windräder für gewerblichen Zwecke nicht in Wohngebieten betrieben werden (Ausnahme: Kleinwindenergieanlagen). 

4) Die geringe Höhe der VAWT-Anlage hat keine Auswirkungen auf das Landschaftsbild. 

5) Im Gegensatz zu konventionellen Windkraftanlagen gibt es keinen periodischen Schattenwurf oder Lichtreflexe (Schlagschatten- und Discoeffekt). 

6) Die VAWT-Anlage ist aufgrund der kleineren Rotorblätter (je nach Anlagengröße) leiser und hat eine geringere Lärmbelastung durch Infraschall.

7) Die Anlage wird von Vögeln und anderen Tieren als ein Objekt wahrgenommen.

8) Die Anlage muss sich nicht nach der Windrichtung ausrichten, was zu Energieeinsparungen führt. Die Anlage ist so konstruiert, dass sie unabhängig von der Windrichtung funktioniert.

9) Die VAWT-Anlage benötigt keine Blattverstellung.

10) Die Anschaffungs- und Wartungskosten der VAWT-Anlage sind deutlich niedriger als bei konventionellen Windkraftanlagen. 

11) Die Anlage ist in der Lage, bereits bei schwachen Winden Strom zu erzeugen.

12) Durch die Modularität des Systems ist es möglich, Türme zu bauen, bei denen jedes "Modul" eine komplette Anlage darstellt.

13) Es ist möglich, PV-Module auf die Anlage zu montieren, um die Nutzung von Sonnen- und Windenergie auf kleinstem Raum zu ermöglichen.

14) Die Montage und Inbetriebnahme der VAWT-Anlage (in kleiner Ausführung) erfordert keine handwerkliche Ausbildung.

Eine einzelne VAWT-Anlage erzeugt nicht so viel Strom wie ein Windrad, da sie in der Regel viel, viel kleiner ist als ein Windrad, die für große Höhen ausgelegt ist. Die von mir entwickelte Anlage kann gestapelt werden, d.h. auf einer Grundfläche wird nur so viel Platz benötigt wie für eine einzelne Anlage. Theoretisch produzieren zwei Anlagen bei konstanter Windstärke doppelt so viel Strom wie eine. Drei Anlagen produzieren mehr als zwei und vier mehr als drei - wobei vier Anlagen gestapelt die gleiche Fläche einnehmen wie eine Einzelanlage. Außerdem können auf der obersten Anlage noch PV-Module angebracht werden. Bei zwei Türmen mit je drei Anlagen hat man sechs Anlagen, bei drei Türmen neun und bei vier Türmen 12 Anlagen. 12 Anlagen beanspruchen auf der Grundfläche nur die Fläche von vier Anlagen. Dieses platzsparende Konzept ist sehr gut für Windparks geeignet.

Einsatzmöglichkeiten der Erfindung:

Kleinere Anlagen können in Städten, Gemeinden und Dörfern eingesetzt werden. Die Anlagen können z.B. auf Dächern, in Gärten oder auf Feldern (landwirtschaftliche Flächen) installiert werden. In den Wintermonaten können die Anlagen auf landwirtschaftlichen Flächen aufgestellt werden und so Strom für den eigenen Betrieb, für den Eigenverbrauch oder zur Einspeisung in das öffentliche Netz produzieren. 

Mittelgroße Anlagen können auf Firmendächern, entlang von Autobahnen/Bundesstraßen, auf Brücken, in Windparks oder auf (Fracht-)Schiffen installiert werden. Es ist möglich, aus mittelgroßen Anlagen Türme zu bauen, wobei der Turm aus mehreren in sich geschlossenen Anlagen besteht.

Weitere Einsatzmöglichkeiten:

1.   Auf Flughäfen, um die Start- und Landebahnen zu beleuchten oder Strom für Flughafengebäude zu produzieren.

2.   In küstennahen Gebieten, um Strom für Häuser und Unternehmen zu produzieren.

3.   In Wüstenregionen, um Strom für Pumpen und andere Ausrüstung zu produzieren, die bei der Gewinnung von Öl und Gas eingesetzt werden.

4.   In ländlichen Gebieten, um Strom für Häuser und Gemeinschaftszentren zu produzieren.

5.   In der Landwirtschaft, um Strom für landwirtschaftliche Maschinen und Ausrüstung zu produzieren.

6.   Auf Straßen, um Strom für Straßenlaternen und andere Verkehrsinfrastruktur zu produzieren.

7.   Auf Gebäuden, um Strom für das Gebäude selbst oder für das öffentliche Stromnetz zu produzieren.

8.   In der Fischerei, um Strom für die Navigation und Kommunikation von Schiffen zu produzieren.