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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen von Strömungseigenschaften eines Windenergieanlagen-Rotorblattes beim Betrieb des Rotorblattes.
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Die Strömungseigenschaften eines Windenergieanlagen-Rotorblattes sind von entscheidender Bedeutung für die Effizienz einer Windenergieanlage. Hierbei sind insbesondere ein Wind Sheer, ein Wind Veer und eine Turbulenzintensität wichtige Parameter der Strömungseigenschaften der Rotorblätter der Windenergieanlage.
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Zur Erfassung von Strömungseigenschaften eines umströmten Körpers wird beispielsweise das sog. Wollfadenverfahren verwendet. Hierbei werden Wollfäden an der Oberfläche des umströmten Körpers angebracht und die Bewegung der Wollfäden in der den Körper umgebenden Strömung wird erfasst und kann ausgewertet werden.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Erfassen von Strömungseigenschaften von Windenergieanlagen-Rotorblättern vorzusehen, welches eine effektive Erfassung der Strömungseigenschaften des Rotorblattes während des Betriebs des Rotorblattes ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Erfassen von Strömungseigenschaften eines Windenergieanlagen-Rotorblattes während des Betriebs des Windenergieanlagen-Rotorblattes nach Anspruch 1 sowie durch eine Reflektoreinheit nach Anspruch 4 gelöst.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Reflektoreinheit, insbesondere eine Retro-Reflektoreinheit auf einer Oberfläche eines Windenergieanlagen-Rotorblattes befestigt. Die Reflektoreinheit weist dabei mindestens einen beweglichen Faden, insbesondere einen Wollfaden, auf. Die mindestens eine Reflektoreinheit wird mittels mindestens einer Lichtquelle während des Betriebs des Rotorblattes beleuchtet bzw. erleuchtet. Das reflektierende Licht der Reflektoreinheit wird von einem Sensor erfasst und die Bewegungen des mindestens einen beweglichen Fadens werden anhand des erfassten reflektierten Lichtes bestimmt. Basierend auf den erfassten Bewegungen des mindestens einen Fadens können Rückschlüsse auf die Strömungseigenschaften, insbesondere auf den Wind Sheer, Wind Veer und die Turbulenzintensität, gezogen werden.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, die Strömungseigenschaften eines Windenergieanlagen-Rotorblattes auch bei schlechten Sichtbedingungen bzw. bei Dunkelheit zu erfassen. Damit ist es nunmehr ebenfalls möglich, einen Vergleich zwischen den Strömungseigenschaften des Windenergieanlagen-Rotorblattes bei Tag und den Strömungseigenschaften des Windenergieanlagen-Rotorblattes bei Nacht vorzunehmen.
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Gemäß der Erfindung wird eine (Retro-) Reflektoreinheit an der Oberfläche des Windenergieanlagen-Rotorblattes befestigt. Die Reflektoreinheit weist dabei mindestens einen beweglichen Faden, insbesondere einen Wollfaden, auf. Die Reflektoreinheit kann als eine Folie oder eine Beschichtung ausgestaltet sein, welche auf der Oberfläche des Rotorblattes befestigt bzw. aufgetragen wird.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Reflektoreinheit als ein Retro-Reflektor ausgestaltet, welcher unabhängig von seiner Ausrichtung das auf ihn treffende Licht größtenteils in Richtung der Strahlen der Lichtquelle bzw. der Strahlenquelle zurück reflektiert.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Sensor zum Erfassen des reflektierten Lichtes in der Nähe bzw. in unmittelbarer Nähe der Lichtquelle vorgesehen. Vorzugsweise ist der Sensor in der Strahlachse der Lichtquelle angeordnet. Der Sensor kann beispielsweise als eine Kamera oder dergleichen ausgestaltet sein. Das Licht der Lichtquelle beleuchtet bzw. erleuchtet die Reflektoreinheit sowie den mindestens einen Fader. Da der mindestens eine Faden beweglich in bzw. auf der Reflektoreinheit vorgesehen ist, wirft der Faden einen Schatten auf die Reflektoreinheit. Der Sensor, welcher das reflektierte Licht erfasst, kann damit auch den durch den Faden erzeugten Schatten erfassen und damit die Bewegung und Ausrichtung des Fadens bestimmen bzw. erfassen. Aus der Bewegung des Fadens lassen sich Rückschlüsse ziehen auf die Strömungseigenschaften, insbesondere den Wind Sheer, Wind Veer und die Turbulenzintensität.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die Lichtquelle sowie der Sensor auf der Gondel der Windenergieanlage oder außerhalb der Windenergieanlage angeordnet.
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Gemäß der Erfindung erfolgt eine tageslichtunabhängige Sichtbarmachung von aerodynamischen Effekten bzw. Strömungseigenschaften des Windenergieanlagen-Rotorblattes.
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Gemäß der Erfindung kann eine effektive Beleuchtung bzw. Ausleuchtung der Reflektoreinheiten erfolgen, so dass nicht das gesamte Windenergieanlagen-Rotorblatt ausgeleuchtet bzw. beleuchtet werden muss.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Lichtquelle als eine LED-Einheit ausgestaltet sein.
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Gemäß der Erfindung kann eine Erfassung der Strömungseigenschaften des Windenergieanlagen-Rotorblattes während des Betriebs des Rotorblattes erfolgen. Die hierfür benötigte Lichtquelle und der Sensor können kompakt ausgestaltet sein, so dass sie von Service- oder Wartungspersonal ohne Probleme zum Standort der zu untersuchenden Windenergieanlage befördert werden können. Durch die Möglichkeit, auch bei Nacht die Bewegung der Wollfäden erfassen zu können, können Rückschlüsse gezogen werden auf die Strömungseigenschaften des Windenergieanlagen-Rotorblattes bei Nacht. Ferner kann durch die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Erfassung der Strömungseigenschaften der Aufwand für die Erfassung erheblich reduziert werden. Ferner wird weniger Personal benötigt, um die Erfassung durchzuführen.
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Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Reflektoreinheit, welche auf einer Oberfläche der Windenergieanlage befestigt werden kann, insbesondere geklebt werden kann. Die Reflektoreinheit kann als Retro-Reflektor ausgestaltet sein und kann z.B. Mikroglaskugeln aufweisen und hat optional einen Reflektionsgrad von RA1 / RA1a. Auf der einen Seite der Reflektoreinheit kann ein Kleber bzw. Klebstoff vorgesehen sein, welcher beispielsweise 48 Stunden zum Aushärten benötigt.
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Die Reflektoreinheit kann optional kreisförmig ausgestaltet sein und eine Öffnung aufweisen, durch welche ein Faden bzw. Wollfaden geführt werden kann. Die Fäden bzw. Wollfäden werden von der Oberseite der Reflektoreinheit durch eine Stanzung einer Mittelsrückseite hindurch gedrückt und auf der Rückseite zusammen mit dem Trägermaterial aus der ovalen Stanzung entgegen genommen. Unter der ovalen Stanzung ist eine Klebefläche freigelegt, auf welcher der Faden appliziert wird. Die Reflektoreinheit kann mit ihrer klebenden Oberfläche auf einem Rotorblatt bzw. einem Windenergieanlagen-Rotorblatt befestigt werden.
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Optional kann der Aufkleber eine Abziehnase aufweisen. Gemäß der Erfindung weist die Reflektoreinheit zwei Teile auf. Dadurch kann die Reflektoreinheit durch zwei Hände eines Mitarbeiters ohne Weiteres aufgebracht werden.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Vorteile und Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
- 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Windenergieanlage gemäß der Erfindung,
- 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Reflektoreinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
- 3A zeigen verschiedene schematische Ansichten einer Reflektoreinheit bis 3C gemäß der Erfindung.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Windenergieanlage gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Die Windenergieanlage 100 weist einen Turm 102 und eine Gondel 104 auf. Auf der Gondel 104 ist ein Rotor 106 mit drei Rotorblättern 108 und einem Spinner oder Rotorkopf 110 vorgesehen. Der Rotor 106 wird im Betrieb durch den Wind in eine Drehbewegung versetzt und treibt einen Generator einer Gondel an, um elektrische Energie zu erzeugen.
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Die Windenergieanlage 100 weist an ihren Rotorblättern 108 mindestens eine Reflektoreinheit 300 auf. Die Reflektoreinheit 300 weist ein reflektierendes Element sowie mindestens einen beweglichen Faden 310 auf. Eine Messeinheit 200 weist eine Lichtquelle 210 und einen Sensor 220 auf. Die Lichtquelle 210 strahlt Licht auf die Reflektoreinheiten 300 aus und der Sensor 220 wird dazu verwendet, das von der Reflektoreinheit 300 reflektierte Licht zu erfassen. Das erfasste Licht kann ausgewertet werden, um Rückschlüsse auf die Bewegung des Fadens 310 zu ziehen.
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Anhand der Bewegung des Fadens können Rückschlüsse auf die Strömungseigenschaften des Rotorblattes, insbesondere hinsichtlich des Wind Sheer, Wind Veer sowie der Turbulenzintensitäten gezogen werden. Durch die Verwendung der Lichtquelle 210 ist das Messsystem bzw. das erfindungsgemäße Messverfahren unabhängig von Tageslicht, so dass die Messungen auch nachts erfolgen können.
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Die Reflektoreinheiten 300 weisen ein reflektierendes Element 320 auf, welches vorzugsweise als Retro-Reflektor ausgestaltet ist. Die Reflektoreinheiten können beispielsweise auf der Oberfläche des Rotorblattes verklebt werden oder können auf dem Rotorblatt lackiert werden. Falls das Reflektorelement 320 auf dem Rotorblatt lackiert wird, dann kann der Faden darauf geklebt werden.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer Reflektoreinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Reflektoreinheit 300 weist ein Reflektorelement 320 sowie optional ein Loch 321 auf. Ein Faden 310, insbesondere ein Wollfaden, wird zumindest teilweise in das Loch 321 eingeführt und kann auf der Rückseite der Reflektoreinheit 300 verklebt werden. Das erste freie Ende 311 des Fadens 310 ist dann frei beweglich, während das zweite Ende 312 des Fadens in oder an der Reflektoreinheit verklebt ist. Die Reflektoreinheit 320 kann eine Abziehnase 322 aufweisen.
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3A bis 3C zeigen verschiedene schematische Ansichten einer Unterseite der Reflektoreinheit gemäß 2. Die Reflektoreinheit 300 weist eine Unterseite 330 auf, an welcher beispielsweise eine Klebefolie vorgesehen ist. Die Klebefolie 330 kann einen länglichen bzw. ovalen Abschnitt 331 aufweisen, welcher an das Loch 321 anschließt. Dieser Abschnitt 331 kann abgezogen werden und das zweite Ende 312 des Fadens 310 kann an dieser Stelle an der Unterseite verklebt werden. Anschließend kann die Abziehfolie entfernt werden und die Reflektoreinheit kann auf einer Oberfläche eines Rotorblatts der Windenergieanlage aufgeklebt werden, so dass das erste Ende 311 des Fadens 310 frei beweglich ist.
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Gemäß der Erfindung ist die Reflektoreinheit bzw. das reflektierende Element 320 als Retro-Reflektor ausgestaltet.
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Mittels der Messeinheit 200 wird durch die Lichtquelle 210 Licht auf die Reflektoreinheiten abgegeben bzw. die Reflektoreinheiten werden durch die Lichtquelle angestrahlt. Der Sensor 220, welcher beispielsweise als Kamera ausgestaltet sein kann, erfasst das reflektierte Licht und damit auch die Bewegungen des freien Endes 311 des Fadens 310 und kann basierend auf den erfassten Bewegungen Rückschlüsse ziehen auf die Strömungseigenschaften, insbesondere Wind Sheer, Wind Veer und Turbulenzintensität.
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Anhand dieser Daten können Rückschlüsse gezogen werden auf die aerodynamische Form des Rotorblattes sowie auf den Anstellwinkel. Insbesondere kann damit überprüft werden, ob die aerodynamische Form des Rotorblattes den Anforderungen entspricht. Ferner kann überprüft werden, ob der eingestellte Anstellwinkel der richtige ist.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann überprüft werden, ob die Rotorblätter die gewünschte aerodynamische Funktionsweise aufweisen.
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Gemäß der Erfindung kann mit dem Messsystem 200 sowohl der Faden als auch die durch den Faden entstandene Abschattung der Reflektoreinheit erfasst werden.
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Durch die Verwendung einer Retro-Reflektoreinheit kann vermieden werden, dass Licht aus anderen Richtungen durch den Sensor 220 erfasst wird, wodurch die Messergebnisse verzerrt werden können. Die Retro-Reflektoreinheit ist dazu ausgestaltet, im Wesentlichen das einfallende Licht im selben Winkel wieder zurück zu reflektieren.
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Durch die Ausgestaltung der Reflektoreinheit kann eine kleine Lichtquelle beispielsweise in Form einer LED-Taschenlampe oder dergleichen ausreichen.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann der Sensor 220 als eine Kamera bzw. Videokamera mit einem Blitzschuhadapter ausgestaltet sein, wobei eine Lichtquelle 210 beispielsweise in Form einer Taschenlampe auf dem Blitzschuh der Kamera befestigt wird. Damit kann gewährleistet werden, dass die Sichtrichtung der Kamera und der Strahlwinkel der Taschenlampe parallel ausgerichtet sind.
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Die erfindungsgemäße Reflektoreinheit ist so ausgestaltet, dass sie auf ihrer Rückseite eine Klebefläche aufweist, mit welcher die Reflektoreinheit auf einer Oberfläche der Windenergieanlage befestigt werden kann. Optional kann ein Ende des Fadens 310 auf dieser Klebefläche aufgeklebt werden, um den Faden entsprechend zu befestigen. Damit ist das andere Ende des Fadens frei beweglich. Anschließend muss lediglich die Reflektoreinheit an sich auf das Rotorblatt aufgeklebt werden. Dies kann beispielsweise vor Montage des Rotorblattes erfolgen.
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Das Loch 321 kann optional lediglich eine Ausstanzung des reflektierenden Elementes 320 darstellen. Das Loch muss somit kein durchgängiges Loch der Reflektoreinheit darstellen.
