[发明专利]叶片尖端具有光信标的风力涡轮机

说明书

技术领域

本发明涉及在其叶片尖端具有光信标的风力涡轮机。

背景技术

在风力产业中，需要风力涡轮机具有光信标以向空中交通警告它们的存在是公知的。事实上，当风力涡轮机叶片所达到的最大高度超过一定的预定限度时，行政规章也是这样要求的。

在高达2-3MW、转子直径为80-100米并且总高度低于150米的风力涡轮机中，通常使用的信标系统是在风力涡轮机的机舱上放置光源。

然而，在更高功率的风力涡轮机中，如4-5MW的新风力涡轮机，转子具有大于100米的直径，并且风力涡轮机的总高度超过150米，这意味着信标系统不仅应该在发电机的机舱上包括光源，而且还应该在叶片的尖端处包括光源。

一个已知的信标系统是将具有灯或LED的模块放置在叶片尖端区域中，并由叶片内部从转子的轮毂延伸到尖端的传统铜线缆供电。在WO 2006/028481中描述了这种信标系统的例子。

这种系统的一个问题是它不能确保灯或LED的电源线缆不受雷击影响，尽管具有用于此目的的保护系统。另外，还具有电源线缆充当雷电进入转子轮毂和风力涡轮机的其它区域的进入点的风险。

为了避免雷击造成的损害，在总的风力涡轮机上以及具体的叶片上安装有雷电保护系统。通常由合成材料制成的风力涡轮机叶片成为最可能的直接雷击点。因此，多数风力涡轮机叶片在尖端上和叶片的其它区域中安装有雷电接受器，该雷电接受器连接到在从叶片的尖端到根部的整个长度上延伸的雷电传导线缆。在雷电击中叶片的情况下，在传导线缆周围区域中感生的电磁场危及叶片中的任何附加传导元件。雷电保护标准规定叶片中的任何传导元件必须电连接到叶片的主雷电保护系统。然而，该连接必须小心进行以避免导电元件的损坏。在附加传导元件局限于小的且清晰界定的空间的情况下，该保护系统可以是将这些元件包括在法拉第罩中并通过属于主雷电传导线缆的保护装置连接它们。然而，如果该附加传导元件是长的并且平行于主接地导体，则它们的保护系统会更复杂并且它的功效不被保证。在具有平行于主雷电传导线缆延伸的线缆的情况下，没有系统能够保证以100％的效力保护该线缆不受雷电的影响。

另一已知信标系统是将光源防置在转子的轮毂上并使用光纤或其它传输装置将光引向叶片尖端。

文献WO 03/050412和WO 2007/068251描述了这种系统。

这些系统的优点是它们在叶片中不包括传导元件因此不受雷电的影响，但是它们具有低光传输效率的缺点。当使用光纤作为传输装置时，在将光耦合到光纤时可以实现的最佳效率非常低(不高于10％)并且所得到的系统能量效率低并且成本高。另外，利用当前的光纤技术以及对于为了照亮叶片尖端而必须使用的波长(～620nm)，在长于50米的叶片中导致的功率损失是非常高的。

本发明致力于解决该问题。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种对雷击具有高安全水平的、在叶片尖端上具有光信标的长叶片风力涡轮机。

本发明的另一个目的是提供一种具有高能量效率的、在叶片尖端上具有光信标的长叶片风力涡轮机。

本发明的另一个目的是提供一种在叶片尖端上具有容易维修的光信标的长叶片风力涡轮机。

本发明的这些和其它目的导致一种风力涡轮机，该风力涡轮机包括由连接到轮毂的一个或多个叶片制成的转子，其中至少一个叶片在其尖端上包括发光模块，由不受电磁场影响的电源系统对发光模块供电。发光模块包括位于轮毂中或叶片根部区域(靠近轮毂的叶片区域)中的光发射器、直接连接到该发光模块的光电能量转换器以及在从光发射器到转换器的叶片长度上延伸的不传导电能的光能导体。

电源装置基于以不受雷电影响的光能的形式从转子轮毂(或叶片根部)到叶片尖端的能量传输，因此不使用沿着叶片长度的电缆。对于它的部件，构造为叶片尖端信标模块的发光模块和能量转换器组件装配有将易被雷电损坏的元件罩住的雷电保护系统。这是以必要时可以更换它的方式进行，从而便于叶片修理。

在优选实施例中，光发射器是激光器及光能导体是光纤。这实现了非常有效的信标装置，因为激光器在与光纤耦合时实现高效率，光纤除了是不受电磁场影响的导体以外，还是非常有效的光能传输装置并且便于穿过叶片布线。

从以下关于附图的描述可以得出本发明的其它特征和优点。

附图说明

图1是根据本发明的具有光信标的风力涡轮机叶片的示意图。

具体实施方式