Solche Anlagen werden alternativ zur Gewinnung elektrischer Energie ein- gesetzt.

Bekannt sind Windkraftanlagen, die dann unzureichend arbeiten, wenn kein ausreichender Wind vorhanden ist und es sind Solaranlagen bekannt, deren Effektivität im wesentlichen vom Stand der Sonne bestimmt werden.

Zum Ausgleich dieser Nachteile wurden hybride Energieanlagen entwickelt, wie sie beispielsweise in der DE 296 21 822 U1 und in der DE 296 07 243 U1 beschrieben sind. Solche Anlagen bestehen aus den üblichen rotierenden Windkraftanlagen, an dessen Gestellkonstruktionen großflächige Solarmodule befestigt und elektrotechnisch integriert sind. Diese großflächi-gen Solarmodule bestehen aus einer Vielzahl von einzelnen und miteinander verknüpften Solarzellen.

Zunächst lassen sich solche Anlagen aufgrund ihren Dimensionen gestalterisch nur mangelhaft in die Landschaft oder gar in Wohngebiete integrieren. Ein we- sentlicher Nachteil solcher Anlagen besteht auch darin, daß großflächige Solarmudule eine hohe Windlast erzeugen, die vom tragen-den Gestell der Anlage aufgebracht werden muß. Das führt zu noch aufwendigeren Konstruktio- nen.

Außerdem ist es aus Kostengründen unvertretbar, die Solarmodule am Mast einer Windkraftanlage zu montieren, nur um eine hybride Energieanlage zu erhalten. Die Montagehöhe der Solarmodule spielt für die Energiegewinnung keine Rolle, d. h. sie können eben so gut auf dem Boden installiert werden.

Dazu kommt, daß die Herstellung von Solarmodulen sehr kosten-und abfallin- tensiv ist, da die einzelnen Solarzellen paßgerecht zugeschnitten werden müssen, bevor sie zu Solarmodulen angeordnet und elektrisch verschaltet wer- den.

Da die elektrische Verschaltung und damit die Leistungscharakteristik eines solchen Solarmoduls unabänderlich vorgegeben ist, ist auch eine optimale Ausnutzung der einzelnen Solarzelle unmöglich. Weiterhin kommt es aufgrund der großflächigen und kompakten Bauweise der Solarmodule zu einer starken Erwärmung der Solarzellen, was entweder eine Kühlung erforderlich macht oder anderenfalls zu geringeren Wirkungsgraden führt.

Es sind zwar auch kleinere Anlagen dieser Art bekannt, wie zum Beispiel Anlagen zur Stromversorgung von Notrufsäulen im Straßenverkehr, die das landschaftliche Erscheinungsbild nicht so sehr negativ beeinflussen, die aber nicht ausreichend leistungsstark sind.

Aus der DE 297 17 984 U1 ist nun eine Wind-Solar-Generatoranlage be- schrieben, bei der Solarmodule auf den Rotorflächen des Windanlagenteils befestigt sind. Dadurch wird die erforderliche Solarfläche auf mehrere kleinere Solarmodule verteilt und ihr Standort vom feststehenden auf den drehenden Anlagenteil verlegt. Das ist von Vorteil für die statische Auslegung der Energieaniage.

Allerdings bleibt der Nachteil aller Windkraftanlagen erhalten, der darin besteht, daß auf Grund der ständigen Rotation und der relativ großen Massen der sich drehenden Teile hohe Reibungsverluste auftreten, die den Wirkungsgrad erheblich herabsetzen. Dieser generelle Nachteil wird noch dadurch verstärkt, daß die Solarmodule die Masse der Rotorflügel erhöhen und zu erhöhtem Reibungsverlust führen. Dazu kommt, daß die Einstellung der op- timalen Anströmwinkel auf die Rotorblätter, relativ zum Wechsel der Windrichtung, nicht oder nur sehr träge erfolgen kann. Auch ist die Ge- samtfläche aller Solarmodule durch die Anzahl und die Größe der Rotorflügel vorgegeben und damit begrenzt. Das schränkt die Anpassungsfähigkeit an spezielle Anwendungsfälle stark ein.

Auch ist der Aufwand für die Herstellung der auf den Rotorflügeln befindlichen Solarmodule sehr hoch.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Windflügelelemente und damit die Solarzellen bei einer gattungsgemäßen hybriden Anlage optimal zu verkleinern und dabei der Wirkungsgrad des Windanlagenteils und des Solaranlagenteils zu erhöhen.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Zweckdienliche Ausgestaltungen ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 5.

Mit der Erfindung werden die genannten Nachteile des Standes der Technik beseitigt.

Der besondere Vorteil der Erfindung liegt aber darin, daß die einzelnen Solarzellen elektrisch nicht zu starren Modulen verbunden sind.

Dadurch ist es möglich, durch ein entsprechendes Abtastprogramm, die elektrisch optimalen Leistungscharakteristiken der einzelnen Solarzellen zu kombinieren. Dies ist für eine Optimierung der Energieausbeute nötig, da die Anlage ein lichtdurchflutetes Objekt darstellt und der sich ändernde Stand der Sonne und die Bewegung der Solarzellen im Wind die Bestrahlung bzw.

Abschattung der einzelnen Solarzellen beeinflussen. Es werden durch dy- namische Zusammenschaltungen der jeweils gleichen Energieniveaus von Solarzellen, nach dem elektrischen Leistungsprinzip serielle, parallele oder kombinierte Verschaltungen von Solarzellen realisiert. Die sich hieraus ergebende Vielfalt strom-bzw. spannungsdominierender Schaltungen ermöglichen den Einsatz eines Solarinverters zur Netzeinspeisung. Damit entfällt die Zwischenspeicherung in Akkus, wodurch der Gebrauchswert we- sentlich erhöht wird.

Die von den Piezokristall-Wandlern erzeugten sporadischen Spannungen werden in geeigneter Weise, zum Beispiel durch Pufferkondensatoren, in einer Wechselrichterschaltung oder durch Impulstransformatoren in verwertbare Elektroenergie umgewandelt.

Da jede nur denkbare, in die Piezokristalle eingebrachte Biegung, Torsion usw. zu elektrischen Spannungen führt, ist die Windenergieumwandlung auch bei ständig wechselnden Windrichtungen gegeben.

Es ist aus Kostengründen zweckmäßig, die Piezokristall-Wandler nicht direkt in die Astelemente zu verpflanzen, sondern in zusammensteckbare Kupplungselemente einzuordnen. Dadurch kann die für eine große relative Verformung verantwortliche, unterschiedliche Materialbeschaffenheit sehr einfach verwirklicht werden. Diese Kupplungsart ermöglicht auch sehr einfach, im Kronengeäst ein Netz von vielen solchen Kupplungselementen einzurichten, was sich vorteilhaft auf die Effektivität der Anlage auswirkt.

Da auch in vorteilhafter Weise die Stammelemente und die Pfahlelemente zusammensteckbar ausgeführt sind, kann eine solche Anlage zur Energie- gewinnung auf jeden energetischen Bedarf aber auch an jede gestalterische Anforderung eingestellt werden.

Sehr vorteilhaft ist auch die Ausführung der Windsolarelemente in Form von Dünnschichtsolarzellen oder Solarfolien. Die sind leicht und flexibel wie Blätter und auch nicht so leicht erhitzbar, weil sie jederzeit und leicht von jedem kleinen Windzug gekühit werden.

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.

Dazu zeigen : Fig. 1 : Stamm mit Kronenelementen, Fig. 2 : ein Kronenelement in zwei Ansichten, Fig. 3 : einen Teilausschnitt der Astelemente mit den entsprechenden Kupplungselementen, sowie die Anordnung zum Kronen- element, Fig. 4 : ein Kupplungselement in drei Ansichten, Fig. 5 : ein Leistungsdiagramm von drei Windsolarelementen.

Die hybride Anlage für die Nutzung von Wind-und Solarenergie ist in seiner Gestalt in etwa vergleichbar mit der Gestalt eines Baumes und besteht daher aus einem Stamm 1 und einer Krone, bestehend aus Kronenelementen 2 und Kronengeäst 3. Das Kronengeäst 3 ist über Kupplungen 4 mit dem Kronenelement 2 verbindbar ausgeführt. Die Fig. 2 zeigt ein Kronenelement 2 mit mehreren Kupplungen 4, die in einer losen oder in einer strengen Ordnung am Umfang des Kronenelements 2 verteilt angeordnet sind.

Gemäß der Fig. 3 ist in jeder der Kupplungen 4 ein flexibles Kupplungselement 5 eingesetzt, das auf der stammabgewandten Seite mit einem Astelement 6 erster Ordnung verbunden ist. Dazu ist das Astelement 6 ebenfalls mit einer Kupplung 7 ausgestattet. In Anlehnung an die Baumgestaltung schließen sich dem Astelement 6 weitere Astelemente 6'zweiter Ordnung und Astelemente 6" dritter und weiterer Ordnungen an. In diesen Astelementen 6, 6', 6" sind an bevorzugten Stellen weitere Kupplungselemente 5 in der gleichen Art und Weise eingesetzt.

Im gesamten Kronengeäst 3 sind in vielfacher Zahl blätterartige Windsolar- elemente 8 befestigt, die als Solarzellen in Form von Dünnschichtsolarzellen oder Solarfolien ausgebildet sind und damit auch eine blattartige Flexibilität aufweisen. Damit ist jedes Windsolarelement 8 zur Aufnahme von Windlasten und zur Aufnahme von Solarenergie ausgelegt.

Jedes Windsolarelement 8 ist über eine Anschlußleitung 9 mit einem nicht- dargestellten Rechner verbunden, der nach einem Programm jeder der Windsolarelemente 8 in kurzer Taktfolge abtastet, alle zeitgleich ermittelten Solarenergiewerte miteinander vergleicht und die Windsolarelemente 8 mit gleichen Energieniveau miteinander verknüpft.

Den Aufbau des Kupplungselementes 5 zeigt die Fig. 4. Danach sind radial gleichmäßig verteilt Piezokristall-Wandler 10 in das flexible Kupplungsmaterial eingegossen, die dann über Anschlußleitungen 11 mit einer nicht dargestellten Elektronik verbunden sind. Zur Verbindung der Windsolarelemente 8 mit der entsprechenden Elektronik sind alle Kupplungselemente 5 mit einem Kabelführungskanal 12 ausgerüstet.

Der Stamm 1 und die Krone mit ai ! en ihren Elementen ist vorzugsweise aus einem Kunststoff gefertigt, wobei die Materialbeschaffenheit in dem Bereich, wo die Piezokristall-Wandler 10 eingesetzt sind, eine größere Flexibilität aufweist, wie die Materialbeschaffenheit in den übrigen Bereichen.

Am zweckmäßigsten ist es, wenn die Flexibilität der im Standortbereich der Piezokristall-Wandler 10 nur so groß ist, daß das Eigengewicht der ver- bundenen Elemente getragen wird und die übrigen Elemente starr ausgeführt sind. Damit wird die größte mechanische Verformung auf die Piezokristall- Wandler 10 gelenkt, die die auftretende Bewegungsenergie in elektrische Spannung umwandeln.

Im Folgenden soll die Funktionsweise der Anlage näher erläutert werden.

Die Vielzahl der Windsolarelemente 8 sind im einzelnen mehr oder weniger dem Wind und der Sonne ausgesetzt, wobei sich die einzelnen Windsolarelemente 8 in sich unterscheidender Ausrichtung zur Sonne und zum Wind befinden und auch teilweise oder völlig von anderen Windsolarelementen 8 verdeckt sind.

Dem entsprechend liefern einzelne Windsolarelemente 8 unterschiedliche Solarenergiewerte. Diese Solarenergiewerte ändern sich obendrein ständig durch den sich verändernden Stand der Sonne und durch die ständigen vom Wind hervorgerufenen Richtungsänderungen der Windsolarelemente 8.

Die Vielzahl der einzelnen und unterschiedlichen Spannungs-und Stromwerte werden in kurzer Taktfolge einem Rechner zugeführt, der alle diese Werte erfaßt und miteinander vergleicht. Ein ausgewähltes Leistungsdiagramm zeigt die Fig. 5, wonach jedes Windsolarelement 8 unterschiedliche Solarenergiewerte bezogen auf einen bestimmten zeitlichen Moment aufweist.

Im Vergleich aller ermittelten momentanen Solarenergiewerte ordnet der Rechner die Windsolarelemente 8 nach übereinstimmenden Solar- energiewerten und verknüpft gleiche Werte aufweisende Windsolarelemente 8.

Wegen der sich ständig ändernden Bedingungen und den damit verbundenen Änderungen der Solarenergiewerte aller Windsolarelemente 8, ist die Koordination und Zusammenschaltung der passenden Windsolarelemente 8 ein ständiger und dynamischer Prozeß. Damit können serielle, parallele oder kombinierte Modulketten gebildet werden.

Fig. 5 zeigt zur Darstellung des Prinzips der Abtastung des Leistungsniveaus der Windsolarelemente 8 drei verschiedene Leistungskurven von Windsolarelementen 8.

Die Verschiedenheit des Leistungsniveaus der Windsolarelemente 8 beruht, wie schon beschrieben, auf der unterschiedlichen Ausrichtung zur Sonne, hervorge- rufen durch Windbewegungen, die zu Abschattungen führen können.

Die Abtastung basiert auf dem Prinzip des Sampling-Verfahrens, wobei schnelle A/D Converter entsprechend der Samplingfrequenz und der Quantisierungs- stufen die einzelnen Leistungskurven abtastet und digitalisiert.

Diese Daten werden einem Prozessor zugeführt, der durch Vergleich und Zuordnung im Moment der Abtastung die Windsolarelemente 8 nach Maßgaben der Leistungsoptimierung verknüpft.

Die Grafik in der Fig. 5 zeigt drei Leistungskurven, von unterschiedlichen Windsolarelementen 8 über einen bestimmten Abtastzeitraum. Dabei lassen die Markierungen in den drei Leistungskurven erkennen, daß während der Abtastung gleiche Energieniveaus auf den unterschiedlichen Leistungskurven auftreten. Im Vergleich aller ermittelten momentanen Solarenergiewerte ordnet der Rechner die Windsolarelemente 8 nach übereinstimmenden Solar- energiewerten und verknüpft gleiche Solarenergiewerte aufweisende Windsolarelemente 8. Dieses im Vielfach von ein paar Tausend Solarzellen und einer entsprechenden Taktrate gibt die Gewähr der Optimierung über das gesamte Leistungsspektrum der eingesetzten Windsolarelemente 8.

Die gleichen Windsolarelemente 8 werden aber auch vom Wind belastet und geben dieser Last nach. Die daraus entstehenden Bewegungen der Windsolarelemente 8 übertragen sich auf die betreffenden Astelemente 6, 6', 6" bis letztendlich auf die Kupplungselemente 5. Auf Grund der flexible Ma- terialbeschaffenheit der Astelemente 6, 6', 6"in den Bereichen, wo die Pie- zokristall-Wandler 10 positioniert sind, treten hier die größten Biegespannungen und damit die größten Verformungen auf. Nach dem Ausführungsbeispiel trifft das auf die Kupplungselemente 5 zu.

Die Verformungen werden auf die Piezokristall-Wandlern 10 übertragen, die daraufhin elektrische Spannungen erzeugen. Diese Spannungen treten nur sporadisch auf und müssen deshalb durch Pufferkondensatoren in einer Wech- selrichterschaltung oder durch Impulstransformatoren in verwert- bare Elektroenergie umgewandelt werden, bevor sie durch die rechnergestützte Verschaltungselektronik weiter verarbeitet werden können und sich zur Elek- troenergie der Solarzellen addieren.

Dabei erfolgt die Koordinierung der beiden Energiearten aus der Windkraft und der Sonne durch ein rechnergestütztes Programm, das den Gesetzen der FUZZY-LOGIC folgt.

Aufstellunq der Bezuaszeichen 1 Stamm 2 Kronenelement 3 Kronengeäst 4 Kupplung (Kronenelement) 5 Kupplungselement 6 Astelement 7 Kupplung (Astelement) 8 Windsolarelement 9 Anschschlußleitung (Soalr) 10 Piezokristall-Wandler 11 Anschlußleitung (Piezo) 12 Kabelführungskanal