Windrad

Die Erfindung betrifft ein Windrad für eine niedertourige Windkraftanlage mit mehreren Rotorblättern gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Windkraftanlagen mit mehreren Rotorblättern sind bekannt und finden immer häufiger bei der alternativen und umweltschonenden Energiegewinnung Einsatz. Weit verbreitet sind dabei Windräder mit drei Rotorblättem, welche Windkraftanlagen für den Hochenergiebereich des Windes darstellen und eine Nennleistung von bis zu 6 MW pro Windkraftanlage aufweisen. Eine derartige Windkraftanlage ist dabei üblicherweise weit über 100m hoch und es treten beim Betrieb, aufgrund der hohen Umfangsgeschwindigkeit der Rotorblätter von bis zu 300 km/h an den Spitzen, hohe Betriebsgeräusche auf. Die sogenannte Schnelllaufzahl, welche das Verhältnis zwischen der Geschwindigkeit der Blattspitze und der Windgeschwindigkeit darstellt, ist bei diesen Anlagen meist im Bereich von sechs bis acht. Derartige Windkraftanlagen sind in der Herstellung teuer und deshalb für viele Anwendungsgebiete unrentabel und dürfen, aufgrund der Größe und der Geräuschentwicklung, nur mit vorbestimmtem Abstand zu bestimmten Orten - insbesondere Siedlungsgebieten aufgestellt werden.

Für den Einsatz in einem Nennleistungsbereich zwischen 50 kW und 500 kW finden oftmals Windkraftanlagen für den Niedrigenergiebereich des Windes Verwendung. Diese Windkraftanlagen können üblicherweise eine Mehrzahl - insbesondere mehr als drei Rotorblätter - aufweisen, da sich Luftverwirbelungen im Bereich eines Rotorblattes nur wenig auf das nächstliegend benachbarte Rotorblatt auswirken. Mittels der Vielzahl der Rotorblätter kann das Windrad auch bei geringer Winkelgeschwindigkeit, also bei geringerer Umdrehungszahl pro Zeiteinheit, die Windkraft effizient nützen. Dabei bleibt die Schnelllaufzahl im Betrieb stets unter fünf. Durch die niedertourige Betriebsweise und den geringeren Durchmesser des Windrades dieser Windkraftanlagen können viele Nachteile der Windkraftanlagen für den Hochenergiebereich des Windes vermieden werden, weshalb derartige Windkraftanlagen für den Niedrigenergiebereich des Windes auf vielen Anwendungsgebieten und an vielen Aufstellungsorten immer beliebter werden. Eine Windkraftanlage für den Niedrigenergiebereich des Windes weist dabei meist eine geringere Bauhöhe - beispielsweise unter 50m - als eine Windkraftanlage für den Hochenergiebereich des Windes auf.

Nachteilig an bislang verwendeten Windkraftanlagen ist jedoch, dass bei geringen Windgeschwindigkeiten das Windrad nicht stabil läuft und daher eine Leistungsabgabe nicht erfolgen kann. Dabei wirkt sich ein - vor allem in Bodennähe verstärkt auftretender - böiger Wind oftmals stark aus. Insbesondere treten bei kurzzeitigem Stillstand des Windrades große Leistungsschwankungen auf, weshalb - oftmals bei schwachem bis mäßigem Wind - auftretende Flauten das Stromnetz besonders beanspruchen und deshalb der Einsatz unter diesen Bedingungen oftmals nicht sinnvoll ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Windrad für eine niedertourige Windkraftanlage der eingangs genannten Art anzugeben, mit welchem die genannten Nachteile vermieden werden können und welches bei schwachen und böig mäßigen Winden sinnvoll und effizient eingesetzt werden kann.

Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale des Patentanspruches 1 erreicht. Durch den Beschleunigungsring kann auch der Betrieb der Windkraftanlage bei schwachen Winden begünstigt werden. Durch die beschleunigende Wirkung der Luftströmung kann das Windrad bereits bei besonders niedrigen Windgeschwindigkeiten in Rotation versetzt werden, wodurch schwache Winde bereits zur Energieerzeugung nutzbar werden. Dies ermöglicht vor allem den Einsatz an Orten mit - im Jahresmittel gemessen - mäßigen Windgeschwindigkeiten und damit an Orten mit mittleren Luftströmungsgeschwindigkeiten und im Niedrigenergiebereich des Windes. Dadurch kann insbesondere durch die Erhöhung der Betriebszeiten eine Wirkungsgradverbesserung erreicht werden.

Vor allem in Bodennähe, wo die Luftströmung aufgrund der verstärkten Böigkeit auch des öfteren komplett zum Erliegen kommt, ist es dabei wichtig, dass das Windrad bei einer geringen Luftströmung weiter rotiert und es zu keinem kompletten Stillstand kommt. Mit dem Beschleunigungsring kann dabei auf elektronische Hilfseinrichtungen, welche den Komplettstillstand des Windrades verhindern oder verzögern, verzichtet werden. Dadurch kann der Aufbau weiter vereinfacht werden und die Herstellungskosten der Windkraftanlage können weiter reduziert werden.

Bereits bei geringen Windgeschwindigkeiten kann eine hohe Kraft an eine Nabe übertragen werden. Entsprechend dem Zusammenhang Leistung gleich Drehmoment mal Winkelgeschwindigkeit, wird dadurch auch bei geringen Windgeschwindigkeiten eine hohe Leistung an die Nabe des Windrades übertragen. Ein besonders effizienter und dauerhafter Betrieb der Windkraftanlage ist dadurch sichergestellt.

Der Beschleunigungsring zur Luftbeschleunigung bewirkt dabei eine Beschleunigung der durch den Beschleunigungsring bewegten Luft. Diese Beschleunigung erfolgt in Richtung normal zur Ebene des Windrades. Die in der Projektionsfläche des Windrades zumindest bereichsweise Beschleunigung des Windes, kann die Einflüsse von Windböen reduzieren.

Dadurch kann bei böig mäßigem Wind eine größere Konstanz der abgegebenen Leistung ermöglicht werden. Dabei wird auch das Stromnetz weniger belastet, womit der Einsatz der

Windkraftanlage bereits bei Luftströmungen geringer Windstärke sinnvoll ist.

Die Unteransprüche, welche ebenso wie der Patentanspruch 1 gleichzeitig einen Teil der

Beschreibung bilden, betreffen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Dabei kann der Beschleunigungsring 3 eine Ummantelung des Windrades ersetzen, wodurch der Luftwiderstand des Windrades minimiert und die Effizienz maximiert werden kann.

Der Arbeitsdruck der Rotorblätter kann im Windrad radial nach außen - also in Richtung der

Rotorspitzen - verschoben werden. Dadurch kann bei konstantem Wind die Arbeit und damit einhergehend die Leistung erhöht werden. Dies ist vor allem bei schwachen Winden von besonderem Vorteil, wodurch Winde im Niedrigenergiebereich für die Energiegewinnung besser genutzt werden können.

Durch die Beschleunigung der Luftströmung in den Beschleunigungsringen entsteht hinter den Rotorblättern ein Unterdruck, welcher in weiterer Folge Sog bezeichnet wird. Der Sog kann insbesondere den Start des Windrades auch bei geringen Windgeschwindigkeiten und damit den Wirkungsgrad des Windrades begünstigen.

Durch den umlaufenden Beschleunigungsring kann weiters die Stabilität des Windrades erhöht werden. Damit kann der sichere Einsatz der Windkraftanlage auch bei höheren

Windgeschwindigkeiten ermöglicht und der Einsatzbereich der Windkraftanlage weiter erhöht werden. Somit können die Jahresbetriebsstunden weiter erhöht werden und der aufs Jahr hochgerechnete Wirkungsgrad der Windkraftanlage kann verbessert werden.

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen, in welchen lediglich bevorzugte Ausführungsformen beispielhaft dargestellt sind, näher beschrieben.

Dabei zeigt:

Fig. 1 ein Windrad einer ersten Ausführungsform in Frontsicht in schematischer Darstellung;

Fig. 2 ein Rotorblatt und zwei - im Schnitt längs der Linie A - A der Fig. 1 dargestellte -

Beschleunigungsringe in schematischer Darstellung;

Fig. 3 ein Rotorblatt und zwei Beschleunigungsringe einer zweiten Ausführungsform, welche in schematischer Darstellung analog Fig. 2 gezeigt ist;

Fig. 4 ein - im Schnitt normal zur Längserstreckung des Rotorblattes und längs der Linie B - B der Fig. 1 dargestelltes - Rotorblatt mit einem ersten Umströrnkörper und einem zweiten Umströmkörper und

Fig. 5 ein Windkraftwerk umfassend ein erfindungsgemäßes Windrad einer dritten Ausführungsform in schematischer Darstellung.

Die Fig. 1 bis 5 zeigen Ausführungsformen eines Windrades 1 für eine niedertourige Windkraftanlage 5 mit mehreren Rotorblättern 2, wobei das Windrad 1 - zur Luftbeschleunigung in Richtung normal zur Ebene des Windrades 1 - zumindest einen die Rotorblätter 2 verbindenden Beschleunigungsring 3 des Windrades 1 aufweist. Das Windrad 1, welches auch als Rotor oder Luftschraube bezeichnet werden kann, ist mittels einer Nabe 15 mit dem Generator der Windkraftanlage 5 verbunden und ist drehbar um eine Zentralachse 14 gelagert. Die Windkraftanlage 5 kann auch als Windenergieanlage, als Windoder Windenergiekraftwerk bezeichnet werden.

Das Windrad 1 weist eine Mehrzahl, insbesondere vier oder mehr, Rotorblätter 2 auf. Dadurch kann bereits bei niedriger Umdrehungszahl, welche in Umdrehungen des Windrades 1 pro Minute gemessen werden kann, dem Luftstrom Energie entzogen werden. Zumindest ein Beschleunigungsring 3 ist im Windrad 1 vorgesehen. Dieser Beschleunigungsring 3, welcher um den gesamten Rotorumfang und im Wesentlichen radial konstant zur zentralen Nabe 15 beabstandet ist, bewirkt eine zusätzliche Beschleunigung in Durchströmrichtung 11 der durch den Beschleunigungsring 3 durchtretenden Luftmassen parallel zur Zentralachse 14 des Windrades 1, wobei unter Beschleunigung eine Geschwindigkeitserhöhung zu verstehen ist. Dadurch kann das Windrad bereits bei niedrigen Windgeschwindigkeiten in Rotation versetzt werden, wodurch schwache Winde bereits zur Energieerzeugung genutzt werden können. Die Rotorblätter 2 können auch als Windradblätter und/oder als Propellerblätter bezeichnet werden. Dabei kann die Anzahl der Betriebsdauer oftmals erheblich erhöht werden, wodurch die erreichte Leistungsabgabe gesteigert wird. Insbesondere kann eine hohe Zuverlässigkeit der Bereitstellung von Energie im Bedarfsfall erreicht werden.

Meist ist das Windrad 1 gegenüber dem Turm 51 luvseitig angeordnet. Dabei wird durch den Beschleunigungsring 3 Druckenergie in kinetische Energie umgewandelt, wobei - in Richtung der Zentralachse 14 gesehen - hinter dem Beschleunigungsring 3 ein Unterdruck ausgebildet wird. Derart entsteht in Richtung der Zentralachse 14 ein Sog hinter dem

Beschleunigungsring 3 und hinter den Rotorblättern 2. Der Sog bewirkt ein gutes Arbeitsverhalten und eine hohe Effizienz, insbesondere auch bei geringen Windgeschwindigkeiten.

Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass der Beschleunigungsring 3 zumindest ein erstes Leitelement 31 und ein zweites Leitelement 32 umfasst, wobei das erste Leitelement 31 und das zweite Leitelement 32 in radialer Richtung 12 des Windrades 1 gesehen voneinander beabstandet sind und einen Luftdurchlass 34 in Richtung normal zur Ebene des Windrades 1 ausbilden.

Die Fig. 1 zeigt ein Windrad 1 einer ersten Ausführungsform in Frontsicht in schematischer Darstellung. Dargestellt sind die Nabe 15, zwölf Rotorblätter 2, zwei Beschleunigungsringe 3, je sechs Abstandhalter 37 pro Beschleunigungsring 3, mehrere Luftdurchlässe 34 der Beschleunigungsringe 3, die ersten Leitelemente 31, die zweiten Leitelemente 32, die dritten Leitelemente 33, die vom Zentrum und von der Nabe des Windrades 1 wegweisende radiale Richtung 12, sowie ein äußerer Rand 13 des Windrades 1. Durch die dritten Leitelemente 33 kann eine glättende Wirkung der Strömung hinter dem Windrad 1 erreicht werden. Der Querschnitt des Luftdurchlasses 34 kann - in der in Fig. 1 nicht dargestellten Durchströmungsrichtung 11 normal zur Ebene des Windrades 1 gesehen -einen den Luftdurchlass 34 verjüngenden Bereich aufweisen. Derart wird besonders wirkungsvoll die Luftbeschleunigung der durch den Beschleunigungsring 3 durchtretenden Luftmassen ermöglicht und die Sogwirkung im Bereich - in Durchströmungsrichtung 11 gesehen - nachfolgend hinter dem Beschleunigungsring 3 und hinter den Rotorblättern 2 gewährleistet. Dadurch kann bereits bei niedriger Windgeschwindigkeit oder niedriger Geschwindigkeit der Luftströmung eine Rotation des Windrades 1 gewährleistet werden. Durch die Ausweitung des sinnvollen Einsatzbereiches - vor allem in Bezug auf den Bereich der Windstärke oder der Windgeschwindigkeit - des Windrades 1 kann der durchschnittliche Wirkungsgrad und der Jahresertrag mit einfachen und kostenschonenden Mitteln erhöht werden. Besonders kann dadurch der Einsatz bereits bei Windgeschwindigkeiten von in etwa beispielsweise 2,5m/s, vorteilhafterweise 2m/s, insbesondere 1,5m/s ermöglicht werden.

Es kann weiters vorgesehen sein, dass der Querschnitt des ersten Leitelements 31 und/oder der Querschnitt des zweiten Leitelements 32 im Wesentlichen stromlinienförmig ausgebildet sind und derart der Luftwiderstand verringert und die Effizienz des Beschleunigungsringes 3 weiter erhöht wird. Ebenso kann das dritte Leitelement 33 und/oder der Abstandhalter 37 stromlinienförmig ausgebildet sein, wodurch der Luftwiderstand weiter minimiert werden

kann. Derart ist der Luftwiderstand dieser Leitelemente 31, 32, 33 gering und der Wirkungsgrad hoch.

In der Fig. 1 sind die zwölf Rotorblätter 2 radial benachbart im Winkel von jeweils 30° zum nächstliegenden benachbarten Rotorblatt 2 ausgebildet. Die Rotorblätter 2 können in einer Ausführungsform identisch, oder, insbesondere bei einer geraden Anzahl von Rotorblättern 2, in zwei oder mehr unterschiedlichen Ausführungsformen der Rotorblätter 2 ausgebildet sein. Die unterschiedlichen Ausführungsformen der Rotorblätter 2 können dabei insbesondere alternierend abwechselnd entlang des Umfanges des Windrades 1 ausgebildet sein. Dabei können abwechselnd zum Betrieb bei niedrigen Windgeschwindigkeiten optimierte Rotorblätter 2 mit zum Betrieb bei hohen Windgeschwindigkeiten optimierte Rotorblätter 2 ausgebildet sein. Derart kann die Leistungsabgabe des Windrades 1 und des Windkraftwerkes 5 über einen großen Windbereich sichergestellt werden. Dies kann besonders vorteilhaft bei Stromnetzen sein, welche empfindlich auf Leistungsschwankungen reagieren. Die Abgabe des Stromes kann derart besser und vor allem in einem großen Windgeschwindigkeitsbereich vorherbestimmt werden, wodurch ein hoher prozentueller Anteil an Windenergie im an die Windkraftanlage 5 angeschlossenen Stromnetz ermöglicht wird. Dadurch können weitere Einsatzmöglichkeiten für eine erfindungsgemäße Windkraftanlage erschlossen werden. In der Fig. 1 sind zwei Beschleunigungsringe 3 dargestellt. Einer der beiden ist - in radialer Richtung 12 gesehen - näher zur Nabe 15 als zum äußeren Rand 13 ausgebildet. Der andere der beiden Beschleunigungsringe 3 ist als äußerer Rand 13 des Windrades 1 ausgebildet. Diese vorteilhafte Positionierung der beiden Beschleunigungsringe 3 kann den Arbeitspunkt der Luftströmung entlang der Rotorblätter 2 beeinflussen. Dadurch kann der Arbeitspunkt, welcher in diesem Zusammenhang jenen Punkt am Rotorblatt 2 mit der größten Wechselwirkung zwischen in Durchströmrichtung 11 durchströmender Luftströmung und dem Rotorblatt 2 bezeichnet, in radialer Richtung 12 in Richtung dem äußeren Rand 13 des Windrades 1 verschoben werden. Dadurch kann ein größeres Moment auf den Generator übertragen werden und bei konstanter Umdrehungszahl des Windrades 1 kann die Leistung erhöht oder bei konstanter Leistung kann die Umdrehungszahl des Windrades 1 verringert werden. Bei einer Verringerung der Umdrehungszahl kann auch die Geräuschentwicklung der Rotorblätter 2, des Windrades 1 und der Windkraftanlage 5 verringert werden, was den Einsatz in der Nähe von Siedlungsgebieten und/oder Erholungsgebieten begünstigt und/oder ermöglicht.

Bei anderen Ausführungsformen des Windrades 1 können auch lediglich ein Beschleunigungsring 3 oder eine größere Anzahl an Beschleunigungsringen 3 vorgesehen sein. Bei lediglich einem Beschleunigungsring 3 ist dieser bevorzugt am äußeren ende der Rotorblätter 2 angeordnet.

Es können das erste Leitelement 31 und das zweite Leitelement 32 mittels zumindest eines Abstandhalters 37 miteinander verbunden sein. Die in der Fig. 1 dargestellten Abstandhalter 37 sind in vorteilhafter Weise in Position und Anzahl gewählt. Einerseits sollen es möglichst wenige Abstandhalter 37 sein, um den Luftwiderstand zu senken. Anderseits sollen diese Abstandhalter 37 eine größtmögliche Steifigkeit des Windrades 1 ermöglichen. Dazu kann die Anzahl der Abstandhalter 37 genau der Hälfte der Anzahl der Rotorblätter 2 entsprechen und es kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass der Querschnitt des zumindest einen Abstandhalters 37 stromlinienförmig ausgebildet ist. Die einzelnen Abstandhalter 37 können zu den jeweils zwei benachbarten Rotorblättern 2 mit gleichem Abstand beabstandet ausgebildet sein. Derart sind sämtliche Abstandhalter 37 eines Beschleunigungsringes 3 zu deren beiden jeweiligen benachbarten Rotorblättern 2 gleich beabstandet, wodurch Spannungsspitzen im Windrad 1 vermieden werden und das Windrad optimal für den gesamten vorbestimmten Einsatzbereich ausgelegt werden kann. Durch die hohe Steifigkeit des Windrades 1 kann der Einsatzbereich, also jener Windbereich, in welchem die Windkraftanlage 5 betrieben und Leistung ins Stromnetz abgegeben werden kann, auch auf hohe Windgeschwindigkeiten, beispielsweise 12m/s, vorteilhafterweise 15m/s, insbesondere 18m/s, ausgeweitet werden.

Durch die Kombination mehrerer der oben stehenden Merkmale, kann der Einsatzbereich sowohl auf niedrige Windgeschwindigkeiten, als auch auf hohe Windgeschwindigkeiten ausgeweitet werden, wodurch ein Einsatz bei Windgeschwindigkeiten zwischen beispielsweise 2,5 bis 12 m/s, vorteilhafterweise 2 bis 15 m/s, insbesondere 1,5 bis 18 m/s, ermöglicht wird.

Die Fig. 2 zeigt in Aufsicht die Nabe 15, ein vollständiges der Rotorblätter 2 und zwei - im Schnitt dargestellte - Beschleunigungsringe des Windrades 1 in schematischer Darstellung. Die Nabe 15 ist entlang einer zentralen Achse 14 angebracht. Die zentrale Achse 14 stellt den Drehmittelpunkt des Windrades 1 dar. Die Rotorblätter 2 sind mit der Nabe 15 verbunden und sind von dieser radial nach außen sternförmig ausgebildet.

Das in der Fig. 2 dargestellte Rotorblatt 2 ist nach einem vorbestimmten Abstand von dem einen der beiden Beschleunigungsringe 3 durchbrochen. Dabei kann vorgesehen sein, dass -

in radialer Richtung 12 des Windrades 1 gesehen - an beiden Seiten des Beschleunigungsrings 3 Rotorblätter 2 angeordnet sind. Dieser Beschleunigungsring 3, welcher innerhalb des Windrades 1 angeordnet ist und daher auch als innenliegender Beschleunigungsring 3 bezeichnet werden kann, umfasst ein erstes Leitelement 31, ein zweites Leitelement 32 und ein drittes Leitelement 33, wobei die Leitelemente 31, 32, 33 stromlinienförmig ausgebildet sind. Ebenso ist der - ebenso im Schnitt dargestellte - Abstandhalter 37 stromlinienförmig ausgebildet. Der Luftwiderstand ist dabei gering und die Effizienz des Beschleunigungsringes 3 hoch.

Der Beschleunigungsring 3 weist dabei einen verjüngenden Bereich zwischen dem ersten Leitelement 31 und dem zweiten Leitelement 32 auf. Dabei ist der lichte Querschnitt des Beschleunigungsringes 3 in einem luvseitigen Bereich 35, also von der gedachten Mitte des Rotorblattes 2 zum Wind und damit entgegen der Richtung des Windes sehend, größer als der lichte Querschnitt in einem leeseitigen Bereich 36, also von der gedachten Mitte des Rotorblattes 2 in Richtung des Windes sehend. Bei dieser vorteilhaften Ausführungsform ist das dritte Leitelement 33 in dem leeseitigen Bereich 36 angeordnet. Dieses dritte Leitelement 33 ist in der Ausgestaltung auf das erste Leitelement 31 und das zweite Leitelement 32 abgestimmt. Das in diesem Bereich zusätzliche ausgebildete dritte Leitelement 33 teilt den Luftstrom im Beschleunigungsring 3 in zwei Einzelluftströme. In jedem dieser Einzelluftströme kann wiederum - in Durchströmungsrichtung 11 normal zur Ebene des Windrades 1 gesehen - eine Durchströmung eines verjüngenden Bereiches erfolgen. Die durch den Beschleunigungsring 3 durchströmende Luft wird dabei beschleunigt und eine hohe Effizienz des Beschleunigungsringes 3 wird gewährleistet. Besonders kann die Luftströmung bei geringen Windgeschwindigkeiten beschleunigt werden, wodurch die Rotation des Windrades 1 und die Leistungsabgabe auch bei niedrigen Windgeschwindigkeiten gewährleistet ist und besonders in diesem Windbereich die Effizienz der Windkraftanlage 5 sichergestellt werden kann.

Dabei kann der Querschnitt des dritten Leitelements 33 stromlinienförmig ausgebildet sein, wodurch der Luftwiderstand des Beschleunigungsringes 3 gering gehalten werden kann und turbulente Strömungszustände vermieden werden.

Gegebenenfalls können bei den vom dritten Leitelement 33 geteilten Einzelluftströmen unterschiedliche Austrittsgeschwindigkeiten erzielt werden. Dadurch kann eine besonders gute Glättung der Strömung hinter dem Windrad 1 erreicht werden.

In vorteilhafter Weise kann vorgesehen sein, dass das dritte Leitelement 33 zur Umlenkung der Strömung in radialer Richtung 12 ausgebildet ist. Derart kann der Arbeitspunkt, insbesondere der Druckpunkt der Windangriffsfläche, verschoben werden. Mit einfachen Mitteln kann derart die Leistungsabgabe über einen Windgeschwindigkeitsbereich konstant gehalten und/oder für jede dieser Windgeschwindigkeiten der optimale Arbeitspunkt eingestellt werden. Die hohe Effizienz der Windkraftanlage kann dabei in einem weiten Windstärkenbereich, also in einem weiten Bereich der Windgeschwindigkeit, gewährleistet werden.

Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass der Beschleunigungsring 3 im Wesentlichen am äußeren Rand 13 des Windrades 1 angeordnet ist. Da der Beschleunigungsring 3 bei dieser Anordnung am äußeren Rand 13 des Windrades 1 angeordnet ist, so kann dieser auch als außenliegender Beschleunigungsring 3 bezeichnet werden. Besonders vorteilhafterweise kann der außenliegende Beschleunigungsring 3 zusätzlich zu einem die Rotorblätter 2 unterbrechenden innenliegenden Beschleunigungsring 3 angeordnet sein. Bei einem großen Windrad 1 können auch mehrere innenliegende Beschleunigungsringe 3 ausgebildet sein. Die maximale sinnvolle Anzahl an innenliegenden Beschleunigungsringen 3 ergibt sich dabei aus der Querschnittsfläche in Durchströmungsrichtung 11 des Windrades 1, wobei ein Verhältnis der Querschnittsfläche des Windrades 1 und der Summe der Querschnittsflächen der Beschleunigungsringe 3 von zwei zu eins nicht unterschritten werden sollte, also beispielsweise drei zu eins oder mehr eingehalten werden sollte.

Bei dieser vorteilhaften Anordnung des Beschleunigungsringes 3 im Bereich des äußeren Randes 3 des Windrades 1 kann vorgesehen sein, dass der Beschleunigungsring 3 an seinem - in radialer Richtung 12 des Windrades 1 gesehen - äußeren Ende einen Diffusor 38 aufweist. Derart werden den Wirkungsgrad mindernde Turbulenzen vermieden.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Querschnitt der Rotorblätter 2 zumindest bereichsweise zweiteilig ausgebildet ist und einen ersten Umströmungskörper 21 und wenigstens einen von dem ersten Umströmungskörper 21 beabstandeten zweiten Umströmungskörper 22 umfasst, wobei - in Durchströmungsrichtung 11 gesehen - der zweite Umströmungskörper 22 nachfolgend nach dem ersten Umströmungskörper 21 angeordnet ist. Dadurch kann auch bei besonders geringen Durchtrittsgeschwindigkeiten der Luftströmung ein Auftriebseffekt an den Rotorblättern 2 ermöglicht werden und die Rotation des Windrades 1 kann bereits bei besonders niedrigen Windgeschwindigkeiten eintreten. Vor allem kann dadurch der Wirkungsgrad bei geringen

Windgeschwindigkeiten gesteigert werden und die Nennleistung der Windkraftanlage 5 kann bereits bei geringen Windgeschwindigkeiten erreicht werden. Derart kann die Nennleistung im Jahresmittel über einen besonders großen Zeitraum abgegeben werden, wodurch eine vorbestimmte Leistung mit geringer Schwankungsbreite über diesen großen Zeitraum ins

Stromnetz abgegeben werden kann.

Der erste Umströmungskörper 21 und/oder der zweite Umströmungskörper 22 kann an einem

Ende an der Nabe 15 und am dem einen Ende gegenüberliegenden anderem Ende am

Beschleunigungsring 3 befestigt sein. Dies ermöglicht eine besonders einfache Montage, sowie eine kostenschonende und oberflächenquerschnittsoptimierte Ausgestaltung des ersten und/oder zweiten Umströmungskörpers 21, 22. Durch die Montage an beiden Enden der

Längserstreckung des ersten und/oder zweiten Umströmkörpers 21, 22 können die in diesen

Montagepunkten auftretenden Beanspruchungen gering gehalten werden, wodurch die

Belastung der Bauteile im Bereich dieser Montagepunkte gering ist, eine hohe Lebensdauer und ein minimaler Wartungsaufwand dieser Bauteile gewährleistet werden kann.

In diesem Zusammenhang kann vorgesehen sein, dass der Querschnitt des ersten

Umströmungskörpers 21 stromlinienförmig ausgebildet ist, und/oder dass der Querschnitt des zweiten Umströmungskörpers 22 stromlinienförmig ausgebildet ist.

Die Leitelemente 31, 32 können über die Rotorblätter 2 hinausragen, wodurch eine

Verwirbelung im Bereich unmittelbar hinter den Rotorblättern 2 wirksam vermieden werden kann.

Ist der Beschleunigungsring 3 am äußeren Ende des Windrades 1 angeordnet, so kann durch eine asymmetrische Ausbildung, wobei das äußere Leitelement 32 an der Windeintrittsseite weiter vorragt, sichergestellt werden, dass ein auf das Windrad 1 auftreffender Wind nicht außen um das Windrad 1 umgelenkt wird.

In der Fig. 3 ist eine Ausführungsform ohne drittem Leitelement 33 dargestellt. Dabei wird durch den verjüngenden Bereich eine Beschleunigung des Luftstromes erreicht.

In der Fig. 4 ist ein erfindungsgemäßes Rotorblatt 2 mit einem ersten Umströmkörper 21 und einem zweiten Umströmkörper 22 im Schnitt dargestellt, wobei der erste Umströmungskörper

21 und der zweite Umströmungskörper 22 stromlinienförmig ausgebildet sind. Zwischen den beiden Umströmungskörpern 21, 22 ist der Durchströmbereich 34 vorgesehen. Durch diese

Anordnung der beiden stromlinienförmigen Umströmungskörper 21, 22 bildet sich bereits bei geringen Windgeschwindigkeiten eine Auftriebskraft aus, welche das Windrad 1 in Rotation versetzten kann. Das Windrad 1 kann bereits bei geringen Windgeschwindigkeiten

energieeffizient arbeiten und das Windkraftwerk 5 kann bereits eine geringe Windenergie in elektrische Leistung umwandeln.

In diesem Zusammenhang kann vorgesehen sein, dass der erste Umströmungskörper 21 in dem Windrad 1 fest angeordnet ist und dass der zweite Umströmungskörper 22 um eine im Wesentlichen radiale Achse des Windrades 1 bewegbar angeordnet ist. Dadurch kann die Leistungsabgabe des Windkraftwerkes 5 über einen großen Windstärkenbereich, beispielsweise im Bereich einer Windgeschwindigkeit von 1 m/s bis 18 m/s, sichergestellt werden.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass - in Durchströmungsrichtung 11 gesehen - die Länge des zweiten Umströmungskörpers 22 etwa 10% bis etwa 50%, vorzugsweise etwa 12% bis etwa 30%, insbesondere etwa 15% bis etwa 25%, der Länge des ersten Umströmungskörpers 21 beträgt. Dadurch ergeben sich aufeinander abgestimmte Flächenverhältnisse der Oberflächen der beiden Umströmungskörper 21, 22, wodurch der optimale Windstärkenbereich vorbestimmt werden kann und der optimale Wirkungsgrad über einen großen Windstärkenbereich sichergestellt werden kann.

Weiters ist der Einsatz des Windkraftwerkes 5 im Niedrigstenergiebereich des Windes denkbar, also bei Windgeschwindigkeiten zwischen 1,5m/s und 6m/s, vorteilhafterweise zwischen 2m/s und 6m/s, insbesondere zwischen 2,5m/s und 6m/s. In diesem Zusammenhang können vorteilhafterweise die Rotorblätter 2 über deren gesamte Längserstreckung von der Nabe 15 zum äußeren Rand 13, insbesondere bis zum Beschleunigungsring 3 im Bereich des äußeren Randes 12, mit zwei- oder mehrteiligem Querschnitt ausgebildet sein. Dabei kann der Querschnitt zumindest bereichsweise wenigstens dreiteilig oder vierteilig ausgebildet sein. Dadurch kann die Wirkleistung vor allem im Bereich kleiner Windgeschwindigkeiten hoch ausgebildet sein. Bei diesen Windgeschwindigkeiten kann der mit der Anzahl der voneinander beabstandeten Querschnitte eines Rotorblattes 2 steigende Luftwiderstand zusätzlich zur Energiegewinnung beitragen.

Jedoch würde bei dieser Ausgestaltung - ebenso aufgrund des größeren Luftwiderstandes - die Effizienz bei höheren Windstärken abnehmen. Der mögliche Windgeschwindigkeitseinsatzbereich einer derartigen Ausgestaltung der Rotorblattgeometrie könnte im Windgeschwindigkeitsbereich von 1,5m/s bis 6m/s liegen. Besonders vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Windräder 1 mit einer großen Anzahl von Rotorblättern 2, beispielsweise über 12.

Die Fig. 5 zeigt ein Windkraftwerk 5 umfassend eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Windrades 1. In diesem Beispiel sind sieben Rotorblätter 2 im Bereich zwischen Nabe 15 und dem innenliegenden Beschleunigungsring 3 ausgebildet. Zwischen dem innenliegenden Beschleunigungsring 3, welcher einen Durchmesser von in etwa 60% des Durchmessers des Windrades 1 aufweist, und dem außenliegenden Beschleunigungsring 3, dessen Durchmesser in etwa dem des Durchmessers des Windrades 1 entspricht, ist die doppelte Anzahl von Rotorblättern 2 - in diesem Fall 14 - vorgesehen. Derart wird beim Windrad 1 Material und Gewicht gespart. Der Luftwiderstand in Durchströmrichtung 11 kann im Bereich der Nabe 15 und im Bereich um die Nabe 15 minimiert werden. Auch bei dieser vorteilhaften Ausbildungsform können Diffusor 38 zumindest im Bereich eines der beiden Beschleunigungsringe 3 vorgesehen sein.

Die mehreren vom erfindungsgemäßen Windrad 1 umfassten Beschleunigungsringe 3 können vorteilhafterweise mit - in radialer Richtung 12 - konstanter und/oder identischer Breite ausgebildet sein. Eine optimale Anpassung der Geometrie des Beschleunigungsringes 3 an die mittlere Windgeschwindigkeit - insbesondere am Standort des Windkraftwerkes 5 - wird derart ermöglicht.

Ebenso kann vorgesehen sein, dass die mehreren Beschleunigungsringe 3 jeweils den - in Durchströmrichtung 11 gesehen - gleichen Querschnitt aufweisen. Derart kann eine konstante Beschleunigungswirkung der Beschleunigungsringe 3 über einen größeren Windstärkenbereich gewährleistet werden. Dadurch können vor allem die durch Windböen auftretenden Leistungsschwankungen gering gehalten werden, wodurch über einen großen Windgeschwindigkeitsbereich eine Leistungsabgabe des Windkraftwerkes 5 ermöglicht wird. Die Beschleunigungsringe 3 erhöhen die Steifigkeit des Windrades 1, weshalb die Rotorblätter 2 einfach und kostenschonend zur Erzielung optimaler oberflächengeometrischer Bedingungen ausgebildet werden können.

Vorteilhafterweise können im Beschleunigungsring 3 Mittel zur Steuerung der Stellung der Rotorblätter 2 zum Wind vorgesehen sein. Dadurch kann einfach und kostenschonend die Rotorblattstellung geändert werden. Dabei können vorteilhafterweise die Rotorblätter 2 zwischen Nabe und nächstliegendem Beschleunigungsring 3 und die Rotorblätter 2 zwischen dem im Bereich des äußeren Randes 13 angeordnetem Beschleunigungsring 3 und dem zu diesem nächstliegendem Beschleunigungsring 3 unabhängig voneinander, insbesondere in ihrer Stellung zum Wind, gesteuert werden. Derart kann die Effizienz der Rotorblätter über

die gesamte radiale Erstreckung des Windrades 1 in einem großen Geschwindigkeitsbereich der Luftströmung optimiert werden.

Weitere erfindungsgemäße Ausführungsformen weisen lediglich einen Teil der beschriebenen Merkmale auf, wobei jede Merkmalskombination, insbesondere auch von verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen, vorgesehen sein kann.