ES2353320B1 - Pala de aerogenerador con una baliza luminosa en su punta. - Google Patents

Pala de aerogenerador con una baliza luminosa en su punta. Download PDF

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Abstract

Pala de aerogenerador con una baliza luminosa en su punta.#Pala (11) de aerogenerador con una baliza luminosa en su punta que está conectada al buje (13) del rotor del aerogenerador en la que dicha baliza comprende un módulo de iluminación (21) en la región de punta de la pala (11) que está alimentado por un dispositivo que comprende un emisor de luz (23) situado en el buje (13) o en la zona de raíz de la pala (11), un conversor (27) de energía lumínica en energía eléctrica conectado directamente a dicho módulo de iluminación (21) y un elemento conductor (25) de energía lumínica no conductor eléctrico desde dicho emisor de luz (23) hasta dicho conversor (27).

Description

tores adicionales sean alargados y estén dispuestos en
Pala de aerogenerador con una baliza luminosa en su punta. Campo de la invención
La invención se refiere a aerogeneradores cuyas palas tienen balizas luminosas en sus puntas. Antecedentes
En la industria eólica es bien conocida la necesidad de que los aerogeneradores incorporen balizas luminosas para advertir de su presencia al tráfico aéreo. De hecho, existen reglamentaciones administrativas que lo exigen cuando la altura máxima que alcanzan sus palas supera ciertos límites preestablecidos.
En los aerogeneradores de hasta 2-3 MW, con rotores de 80-100 metros de diámetro y alturas totales inferiores a 150 metros, el sistema de balizado empleado habitualmente consiste en la colocación de puntos de luz sobre la góndola del aerogenerador.
Sin embargo en los aerogeneradores de mayor potencia como los nuevos aerogeneradores de 4-5 MW los rotores tienen más de 100 metros de diámetro y la altura total del aerogenerador es superior a 150 metros, lo que aconseja que el sistema de balizado incluya puntos de luz no solo en la góndola del generador sino también en la punta de la pala.
Un sistema de balizado conocido consiste en introducir en la región de punta de la pala un módulo con lámparas o diodos LED alimentado con un cable de cobre convencional que discurre desde el buje del rotor hasta la punta de la pala por el interior de la misma. Un ejemplo de ese tipo de sistemas de balizado se describe en WO 2006/028481.
Un inconveniente de ese tipo de sistemas es que no es posible asegurar que el cable de alimentación de las lámparas o diodos LED no vaya a ser afectado por las descargas de rayo a pesar de disponer de sistemas de protección para tal efecto. Es más, existe el riesgo de que ese cable de alimentación actúe como vía de entrada del rayo al interior del buje del rotor y otras zonas del aerogenerador.
Para evitar los daños por impacto de rayos, tanto el aerogenerador en general como las palas en particular están equipados con sistemas de protección contra rayos. Las palas de aerogenerador, típicamente fabricadas con materiales de composite, constituyen el punto más probable para el impacto directo de los rayos. Por este motivo, la mayoría de las palas de aerogenerador están equipadas con captadores puntuales de rayo en la punta y otras zonas de la pala conectados a un cable de descarga de rayos que recorre toda la pala desde la punta hasta la raíz. En el caso de impacto de rayo sobre la pala, el campo electromagnético inducido en las inmediaciones del cable de descarga hace peligrar cualquier elemento conductor adicional que se encuentre en la pala. La normativa de protección contra rayos obliga a que cualquier elemento conductor que se encuentre en el interior de la pala deba ser conectado eléctricamente con el sistema principal de protección de la pala contra rayos. Sin embargo, esta conexión debe ser realizada con precaución evitando el deterioro de los elementos conductores. En el caso de que los elementos conductores adicionales estén confinados en un espacio pequeño y claramente delimitado, el sistema de protección puede consistir en incluir estos elementos en una jaula de Faraday y conectarlos a través de los dispositivos de protección pertinentes al cable principal de evacuación del rayo.
paralelo al conductor principal de bajada el sistema de protección de los mismos se complica y su efectividad no está garantizada. En el caso de disponer de un cable que discurre en paralelo al cable principal de evacuación del rayo no se puede garantizar ningún sistema que proteja dicho cable frente a los efectos del rayo con una efectividad del 100%.
Otro sistema de balizado conocido consiste en disponer las fuentes de luz en el buje del rotor y guiar la luz hasta la punta de la pala por medio del empleo de fibras ópticas ú otros medios de transporte.
En los documentos WO 03/050412 y WO 2007/ 068251 se describen sistemas de ese tipo.
Estos sistemas tienen la ventaja de que no incluyen elementos conductores en el interior de la pala y por lo tanto no están expuestos al efecto de los rayos pero tienen el inconveniente de una baja eficiencia en el transporte de la luz. Cuando emplean fibra óptica como medio de transporte la eficiencia óptima conseguible en el acoplamiento de la luz a la fibra óptica es muy baja (no superior al 10%) y el sistema resultante es energéticamente ineficiente y tiene un costo elevado. Además, con la tecnología actual de fibra óptica y para la longitud de onda que es preciso emplear para la iluminación de la punta de la pala (∼620 nm) las pérdidas de potencia que se producen en una pala de longitud mayor de 50 metros son muy elevadas.
La presente invención está orientada a la solución de dichos inconvenientes. Sumario de la invención
Un objeto de la presente invención es proporcionar un aerogenerador con palas de gran longitud con balizas luminosas en la punta de las palas con un alto nivel de seguridad frente al impacto de rayo.
Otro objeto de la presente invención es proporcionar un aerogenerador con palas de gran longitud con balizas luminosas en la punta de las palas con un alto nivel de eficiencia energética.
Otro objeto de la presente invención es proporcionar un aerogenerador con palas de gran longitud con balizas luminosas en la punta de las palas que permita un mantenimiento eficiente de las mismas.
Estos y otros objetos de la presente invención se consiguen proporcionando un aerogenerador que comprende un rotor formado por una o varias palas conectadas a un buje en el que al menos una pala incluye un módulo de iluminación en la región de punta de la pala, en el que dicho módulo de iluminación está alimentado por un sistema de alimentación inmune a los campos electromagnéticos que comprende un emisor de luz situado en el buje o en la zona de raíz de la pala (la zona de la pala adyacente al buje), un conversor de energía lumínica en energía eléctrica conectado directamente a dicho módulo de iluminación y un elemento conductor de energía lumínica no conductor eléctrico que discurre a lo largo de la pala desde dicho emisor de luz hasta dicho conversor.
Ese dispositivo de alimentación está basado en el transporte de la energía desde el buje del rotor (ó la raíz de la pala) hasta la punta de la pala en forma de energía lumínica inmune al efecto de los rayos, no empleando pues cables eléctricos a lo largo de la pala. Por su parte, el conjunto del módulo de iluminación y el conversor de energía, que se configura como el módulo de punta de la baliza de la pala, está provisto de un sistema de protección contra rayos mediante el en
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jaulado de los elementos susceptibles de ser dañados por el rayo y está realizado de manera que sea reemplazable en el caso de que sea necesario, facilitando así la reparabilidad de las palas.
En una realización preferente, el emisor de luz es un láser y el elemento conductor de energía lumínica es fibra óptica. Se consigue con ello un dispositivo de balizado muy eficiente ya que los láser consiguen una gran eficiencia de acoplamiento con la fibra óptica que, además de ser un medio conductor inmune a los campos electromagnéticos, es un medio muy eficiente para el transporte de energía lumínica y facilita el rutado por la pala.
Otras características y ventajas de la presente invención se desprenderán de la siguiente descripción en relación con las figuras que se acompañan. Breve descripción de las figuras
La Figura 1 es una vista esquemática de una pala de aerogenerador con una baliza luminosa según la presente invención. Descripción detallada de las realizaciones preferidas
La idea directriz de la presente invención radica en la utilización de un sistema de transmisión de energía a lo largo de la pala inmune al efecto destructor de los rayos. El sistema de alimentación del módulo de iluminación de la punta emplea fibra óptica para la transmisión de la energía en forma lumínica desde el buje del rotor hasta la punta de la pala para alimentar una célula fotovoltaica capaz de generar la potencia eléctrica suficiente para alimentar un módulo de iluminación que emita luz con la longitud de onda y dirección requerida (en las soluciones mencionadas de la técnica anterior la luz transmitida por la fibra óptica se emplea para iluminar directamente la punta de la pala).
La Figura 1 muestra una pala 11 de aerogenerador conectada al buje 13 del rotor con una baliza luminosa según una realización de la presente invención.
En la región de punta de la pala 11 se dispone un módulo de iluminación 21 que comprende un conjunto de LED’s que emiten rayos de luz con diferente orientación y de una longitud de onda apropiada, del orden de 620 nm. Ese módulo no es objeto específico de la presente invención que abarca por tanto cualquier módulo de iluminación que responda a los requerimientos exigibles a una baliza luminosa en la punta de una pala de aerogenerador.
El dispositivo de alimentación eléctrica de dicho módulo de iluminación 21 comprende un dispositivo emisor de luz 23 situado en el buje 13 o en la raíz de la pala 11, un elemento conductor 25 de luz y un conversor 27 de energía lumínica en energía eléctrica conectado a dicho módulo de iluminación 21.
En una realización de la presente invención el dispositivo emisor de luz 23 es un láser emisor de luz, el elemento conductor 25 es una fibra óptica y el conversor 27 es una célula fotovoltaica.
Preferentemente, la potencia del láser está comprendida entre 4 y 40 W para dar una potencia en punta comprendida entre 1 y 10 W y su longitud de onda está comprendida en el rango 750-950 nm. La selección de la longitud de onda del láser es independiente de la longitud de onda requerida para la iluminación de la pala y su selección responde a criterios de eficiencia del sistema de alimentación. La eficiencia global sería típicamente un 25%.
Por su parte, la fibra óptica es preferentemente una fibra óptica multimodo de 62,5 μm o 100 μm de diámetro de núcleo, del tipo de las usualmente empleadas en telecomunicaciones que se ruta por el interior de la pala. En una realización preferente el cable de fibra óptica se ruta a través de un pequeño canal o conducto pegado al web de la pala de manera que, en caso de necesitar reparación o sustitución, resulta sencillo retirar el cable de fibra óptica y volver a rutar un cable nuevo a través del conducto.
El cable de fibra óptica puede estar formado por varios segmentos unidos por conectores intermedios 29 para facilitar su montaje y reparación. Esta característica es especialmente relevante en el caso de que la pala 11 sea una pala partida pues otros tipos de balizado no permiten los conectores intermedios.
El conjunto del módulo de iluminación 21 y el conversor 27 deben estar dotados de un sistema de protección contrarrayos propio, tal como jaula dé Faraday, conectado al sistema pararrayos estándar de la pala.
Preferentemente el módulo de iluminación 21 y el conversor 27 están configurados como un conjunto unitario montado de manera que pueda ser intercambiable en el caso de que sea necesario, facilitando así la reparabilidad de las palas.
La principal ventaja de la presente invención respecto a las soluciones conocidas empleando cables conductores de corriente eléctrica es que no emplea cables de alimentación conductores eléctricos reduciendo consiguientemente el riesgo de fallo por influencia de impactos de rayo sobre la pala.
Respecto a las soluciones conocidas que emplean fibra óptica, la presente invención presenta, entre otras las siguientes ventajas:
-
Se logra una gran eficiencia energética en la transmisión de la luz gracias a que se puede emplear como fuente de luz un láser con la luz focalizada de tal forma que se consigue una gran eficiencia en el acoplamiento de la luz del láser en la fibra óptica y las pérdidas de potencia luminosa en la fibra óptica son menores para longitudes de onda de 750-950 nm que para las longitudes utilizadas en las soluciones conocidas, próximas a 620 nm.
-
Se puede emplear una fibra óptica multimodo estándar similar a la empleada en telecomunicaciones ya que no se trasmite directamente la luz a la punta de la pala sino a un conversor de energía lumínica en energía eléctrica.
-
Se pueden incluir numerosos conectores a lo largo de la pala para facilitar la montabilidad y reparabilidad.
Aunque la presente invención se ha descrito enteramente en conexión con realizaciones preferidas, no se han de considerar éstas como limitativas, pudiéndose introducir aquellas modificaciones dentro del alcance definido por las siguientes reivindicaciones.
5 ES 2353320A1 6

Claims (8)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Un aerogenerador que comprende un rotor formado por una o varias palas conectadas a un buje (13) en el que al menos una pala (11) incluye un módulo de iluminación (21) en la región de punta de la pala (11), caracterizado porque dicho módulo de iluminación (21) está alimentado por un dispositivo que comprende un emisor de luz (23) situado en el buje (13)
    o en la zona de raíz de la pala (11), un conversor (27) de energía lumínica en energía eléctrica conectado directamente a dicho módulo de iluminación (21) y un elemento conductor (25) de energía lumínica no conductor eléctrico desde dicho emisor de luz (23) hasta dicho conversor (27).
  2. 2.
    Un aerogenerador según la reivindicación 1, caracterizado porque también comprende un dispositivo específico de protección contra rayos del conjunto de dicho módulo de iluminación (21) y dicho conversor (27) conectado al dispositivo general de protección contra rayos de la pala (11).
  3. 3.
    Un aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, caracterizado porque el dispositi
    vo emisor de luz (23) es un láser emisor de luz con una longitud de onda comprendida en el rango 750950 nm, el elemento conductor (27) es un cable de fibra óptica multimodo y el conversor (25) es una célula fotovoltaica.
  4. 4.
    Un aerogenerador según la reivindicación 3, caracterizado porque dicho cable de fibra óptica está dispuesto en el interior de la pala (11) y pegado a ella.
  5. 5.
    Un aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 3-4 caracterizado porque dicho cable de fibra óptica está dividido en segmentos unidos por conectores (29).
  6. 6.
    Un aerogenerador según la reivindicación 5 caracterizado porque dicha pala (11) es una pala dividida en partes y porque dicho cable de fibra óptica comprende conectores (29) al menos en las zonas de unión de las partes de la pala (11).
  7. 7.
    Un aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 1-6, caracterizado porque el módulo de iluminación (21) y el conversor (27) están configurados como un conjunto unitario reemplazable en caso de avería.
    ES 2 353 320 A1
    OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS
    N.º solicitud: 200800345
    ESPAÑA
    Fecha de presentación de la solicitud: 08.02.2008
    Fecha de prioridad:
    INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA
    51 Int. Cl. : F03D11/00 (01.01.2006)
    DOCUMENTOS RELEVANTES
    Categoría
    Documentos citados Reivindicaciones afectadas
    A
    WO 2007068254 A1 (LM GLASFIBER AS et al.) 21.06.2007, resumen; figuras. 1-7
    A
    DE 10160360 A1 (WOBBEN ALOYS) 18.06.2003, resumen; figuras. 1-7
    A
    WO 03104648 A1 (UCKERWERK ENERGIETECHNIK GMBH et al.) 18.12.2003, resumen; figuras. 1-7
    A
    EP 1544460 A2 (REPOWER SYSTEMS AG) 22.06.2005, resumen; figuras. 1-7
    A
    GB 2467295 A (VESTAS WIND SYS AS) 28.07.2010, resumen; figuras. 1-7
    Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud
    El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº:
    Fecha de realización del informe 08.02.2011
    Examinador M. López Carretero Página 1/4
    INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA
    Nº de solicitud: 200800345
    Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) F03D Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de
    búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC, WPI, PAJ
    Informe del Estado de la Técnica Página 2/4
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 200800345
    Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 08.02.2011
    Declaración
    Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-7 SI NO
    Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-7 SI NO
    Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).
    Base de la Opinión.-
    La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.
    Informe del Estado de la Técnica Página 3/4
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 200800345
    1. Documentos considerados.-
    A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.
    Documento
    Número Publicación o Identificación Fecha Publicación
    D01
    WO 2007068254 A1 (LM GLASFIBER AS et al.) 21.06.2007
    D02
    DE 10160360 A1 (WOBBEN ALOYS) 18.06.2003
    D03
    WO 03104648 A1 (UCKERWERK ENERGIETECHNIK GMBH et al.) 18.12.2003
    D04
    EP 1544460 A2 (REPOWER SYSTEMS AG) 22.06.2005
    D05
    GB 2467295 A (VESTAS WIND SYS AS) 28.07.2010
  8. 2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración
    La presente solicitud de patente en su reivindicación independiente 1 reivindica un aerogenerador con un rotor con una o varias palas conectadas al buje, en el que al menos una pala incluye un módulo de iluminación en la región de punta de la pala caracterizado porque dicho módulo está alimentado por : -un dispositivo que comprende un emisor de luz, situado en el buje o en la raíz de la pala, -un conversor de energía lumínica en energía eléctrica conectado directamente al módulo de iluminación -y un elemento conductor de energía lumínica (no conductor eléctrico) desde el emisor de luz hasta el conversor. Los documentos D01 y D02 muestran aerogeneradores con sistemas de balizado cuyas fuentes de luz sí están en el buje del rotor y ésta energía lumínica se transporta hasta la punta de la pala a través de fibra óptica (D02) u otro material reflectante (D01). No hay conversión a energía eléctrica para alimentar un módulo de iluminación como el que se describe en la solicitud. Los documentos D03-D05 muestran otras configuraciones del estado de la técnica, principalmente con LEDs, en las que existe transporte de energía eléctrica a lo largo de la pala con el consiguiente inconveniente de descarga en el caso de un impacto de rayo. Por tanto, los documentos D01-D05 muestran el estado general de la técnica , no se consideran de particular relevancia y se puede considerar que la invención es nueva e implica actividad inventiva tal y como requieren los Arts. 6.1 y 8.1 de la Ley de Patentes 11/86.
    Informe del Estado de la Técnica Página 4/4
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