Pala de aerogenerador.

Una pala de aerogenerador que comprende una estructura de material compuesto multicapa que incluye una primera capa reflexiva;

una segunda capa separada de dicha primera capa, dicha segunda capa que comprende una tela depositada sobre la cual están una pluralidad de elementos de circuito analógico (CA) resistivos;

en donde dichos elementos de CA se sintonizan para interactuar con dicha primera capa para proporcionar absorción de energía EM sobre una gama de frecuencia deseada;

y en donde dichos elementos de CA ocupan menos del 70% del área de superficie de dicha tela.

Pala de aerogenerador Esta invención se refiere a aerogeneradores y palas de aerogenerador y a la reducción en reflectividad de tales palas de aerogenerador a la radiación electromagnética. Se muestran ejemplos en las Publicaciones Internacionales WO 2009/140949 y WO 2011/024009.

Los objetivos de las energías renovables se basan en gran medida en la energía eólica, tanto en tierra como mar adentro. No obstante, un porcentaje significativo de todas las solicitudes de planificación de nuevos parques eólicos se rechazan con el argumento de que interferirán con los radares de aeropuertos civiles. El uso de materiales de absorción de radar (RAM) para aerogeneradores se ha propuesto previamente para reducir el efecto en el radar de ATC (Control de Tráfico Aéreo) y ADR (Radar de Defensa Aérea) reduciendo la RCS (Sección Transversal de Radar) . Las palas de aerogenerador están altamente especificadas para cumplir criterios de rendimiento rigurosos no obstante y la introducción de RAM en las palas provoca idealmente poca o ninguna modificación de las propiedades estructurales y/o peso de la pala. Esto presente un reto de ingeniería significativo.

El presente solicitante ha realizado un informe titulado "Design and manufacture of radar absorbing wind turbine blades - final report" como parte de un estudio financiado por DTI. En este informe se señala la construcción de epoxi reforzado con vidrio (GRE) y en sándwich GRE/espuma de ciertas palas de aerogenerador y se sugiere que se podría usar un absorbente de tipo Jaumann incluyendo una capa resistiva a una separación específica de un conductor eléctrico perfecto (PEC) . El forro de GRE más exterior se puede modificar usando una capa de impedancia con perdidas y un reflector incluido en la superficie interior de la construcción en sándwich. Se expone que las capas de impedancia se pueden hacer de tejidos de fibra de vidrio impregnados con una pequeña cantidad de fibras de carbono troceadas. Una capa de tela de fibra de carbono puede actuar como el PEC, insertada en la parte trasera del forro de GRP.

Es un objeto de la presente invención proporcionar palas de aerogenerador mejoradas.

Según un primer aspecto de la presente invención entonces, se proporciona una pala de aerogenerador que comprende una estructura de material compuesto multicapa que incluye una primera capa reflexiva;

una segunda capa separada de dicha primera capa, dicha segunda capa que comprende una tela depositada sobre la que están una pluralidad de elementos de circuito analógico (CA) resistivos;

en donde dichos elementos de CA se sintonizan para interactuar con dicha primera capa para proporcionar absorción de energía EM sobre una gama de frecuencia deseada;

y en donde dichos elementos de CA ocupan menos del 70% del área de superficie de dicha tela.

Las capas de circuito analógico (CA) se refieren a patrones geométricos que están compuestos de material de conducción o resistivo. Se definen a menudo por su conductancia y susceptancia eficaz, las cuales juntas se pueden usar para modelar la respuesta electromagnética de la capa. En esta especificación, por lo tanto, se usa el término elemento de circuito analógico para referirse a un patrón de conducción, la geometría precisa y la conductividad del material del cual se permite la absorción de una estructura de CA (que comprende el elemento de CA) a ser sintonizada a una frecuencia o gama de frecuencias designada. Tales elementos han sido propuestos previamente para aplicaciones tales como cámaras anecoicas y recubrimientos de invisibilidad y se diseñan típicamente para absorber radiación en una gama amplia de frecuencias. En las realizaciones preferidas de la presente invención, no obstante, dado que se desea absorción en una banda de frecuencia conocida que corresponde al radar de ATC, el panel de absorción se puede sintonizar ventajosamente para proporcionar un nivel deseado de atenuación a una frecuencia particular.

En una realización, la capa reflexiva puede simplemente comprender una capa de conducción, tal como una lámina de carbono sustancialmente continua. En otras realizaciones puede ser necesario solamente que la capa sea reflexiva a o alrededor de la frecuencia deseada, por ejemplo 3GHz. En este caso se podría emplear una superficie selectiva en frecuencia (FSS) . Un patrón metálico periódico sería adecuado en ciertas realizaciones y se podría formar por deposición de plata, níquel o cobre en un sustrato de tela por ejemplo.

El uso de elementos de circuito analógico proporciona una capa de impedancia controlada y proporciona la ventaja de que los patrones producidos se pueden adaptar para proporcionar absorción con la misma respuesta de frecuencia deseada a pesar de las variaciones en la separación entre la primera y segunda capas. Esto es ventajoso al mantener una absorción eficaz en la banda de frecuencia deseada a través de áreas grandes de la pala la cual, por razones estructurales, puede tener estructuras y perfiles variables.

Además los elementos de CA ofrecen un número de parámetros que se pueden variar (por ejemplo, forma, dimensión externa, anchura de pista, separación de hueco) para proporcionar sintonización de frecuencia. Esto

proporciona una mejora de la flexibilidad de diseño y esta se puede explotar para mantener la absorción en una gama de frecuencias específica a pesar de la separación de capas variable, mientras que al mismo tiempo se asegura que las propiedades mecánicas de la capa de CA son compatibles con la integración en la pala de aerogenerador.

En una realización, por lo tanto, la pala de aerogenerador incluye una pluralidad de regiones de superficie, la separación entre la primera y segunda capas que es diferente en diferentes regiones y en donde dichos elementos de CA tienen diferentes geometrías en dichas regiones diferentes. Las diferentes geometrías pueden resultar de la variación en dimensiones o separación de los elementos, pero alternativa o adicionalmente pueden resultar de diferentes formas. En una realización preferida particularmente los elementos de CA comprenden cuadrados, que pueden ser bucles cuadrados o parches cuadrados sólidos o una combinación de los dos. También se pueden emplear otras formas tales como círculos, franjas y cruces.

Por lo tanto, en al menos una primera y segunda regiones diferentes, existe una primera y segunda separaciones diferentes entre las capas y se pueden proporcionar respectivamente una primera y segunda geometrías de CA diferentes.

De este modo, a pesar de la variación compleja en la estructura y materiales de una pala de aerogenerador típica, se puede proporcionar la absorción deseada a través de la mayoría de, si no toda, la superficie de la pala usando solamente el planteamiento de dos capas (capa de CA resistiva/de impedancia controlada y capa reflexiva) señalado anteriormente y descrito en más detalle más adelante.

Además de acoger variaciones relativas en la separación de capas, también se proporciona una ventaja en términos de las separaciones de capas absolutas que se puede lograr. Las realizaciones de las disposiciones y métodos propuestos ahora permiten que las dos capas estén separadas en menos de un cuarto de una longitud de onda o incluso un décimo o un doceavo de una longitud de onda de la energía EM incidente que tiene una frecuencia a la que se desea la absorción.

Una pala se extenderá típicamente en una dirección longitudinalmente desde la base donde se hace la unión a un cubo, a la punta de la pala. Una dirección transversal se extiende desde el borde de ataque al borde de salida. Una combinación de factores influirá en el número y patrón de las diferentes regiones que componen la superficie de la pala de cualquier realización dada. La superficie de la pala se puede dividir en diferentes regiones tanto en la dirección longitudinal como transversal y puede resultar un patrón de rejilla o bloque. Las realizaciones pueden presentar cinco o más o diez o más regiones diferentes a lo largo del perfil longitudinalmente y tres o más regiones diferentes en una dirección transversal. En disposiciones de aerogeneradores más grandes, por lo tanto, cada pala puede incluir 20 o más o 40 o más regiones diferentes.

No es necesario para cada región diferente de la pala tener un patrón o geometría de CA único y puede ser que se requieran dos o más regiones diferentes o puede emplear aceptablemente el mismo diseño de capa de impedancia. Esto puede ayudar a limitar el número total de patrones o geometrías diferentes requeridas. Por lo tanto, mientras que los límites entre regiones adyacentes típicamente definen un cambio en el diseño de CA, no necesitan la introducción de un nuevo diseño... [Seguir leyendo]

1. Una pala de aerogenerador que comprende una estructura de material compuesto multicapa que incluye una primera capa reflexiva; una segunda capa separada de dicha primera capa, dicha segunda capa que comprende una tela depositada sobre la cual están una pluralidad de elementos de circuito analógico (CA) resistivos;

en donde dichos elementos de CA se sintonizan para interactuar con dicha primera capa para proporcionar absorción de energía EM sobre una gama de frecuencia deseada; y en donde dichos elementos de CA ocupan menos del 70% del área de superficie de dicha tela.