Электросистема на яхте: практические советы

Современные яхты невозможно представить без целого набора электроприборов: холодильники, навигационные приборы, бойлеры, радио, зарядки для различных устройств… Список приборов, работающих от электричества растет с каждым годом. Даже самые аскетичные яхтсмены сегодня признают, что без необходимого минимума электроприборов на борту не обойтись. Поэтому менеджмент вашей электросети это не только про безопасность, но и про экономию средств. 

В этой статье мы обратимся к отличному материалу Майка Моргана, который был недавно опубликован на сайте Yachting Monthly. Постараемся на его примере разобраться с основами электросистем и их поддержке.

Преамбула

Майк Морган – яхтсмен, который давно перебрался жить на яхту вместе с женой Дебби. По девять месяцев в году они проводят в водах Средиземного моря. Как отмечает сам Майк, большую часть времени их яхта находится на якоре. Однако, в отличие от многих яхтсменов, лодка Моргана останавливается в отдаленных местах и на якорных стоянках. Чета Морганов избегает пристаней и марин и, как отмечает Майк, яхта редко заряжается от берега. 

Пара слов о лодке: Морганы путешествуют на Bavaria C57 2021 года под именем Spirit. Все расчеты, которые приводит Майк, справедливы для лодок схожих габаритов, а именно:

• длина – 16,73 м;
• ширина – 5,28 м;
• осадка – 2,52.

Следует отметить, что советы, данные в этом материалы должны быть действенны для яхт любых габаритов. Главное – общий принцип построения и контроля электросистемы. Каждая лодка является уникальным механизмом, который работает по своим правилам. 

На всякий случай предупреждаем: перед любым изменением в вашей лодке следует проконсультироваться с профильным специалистом, чтобы оценить действительную необходимость модификации. 

Литиевые и свинцовые батареи

Основой электросистемы на яхте Spirit выступает банк литиевых батарей. При выборе типа батареи Майк рассуждал следующим образом: несмотря на большую стабильность, свинцовые батареи имеют меньший заряд и больший вес. Вместе с тем, литиевые батареи, хоть и являются более огнеопасными, но при должном уходе обеспечат яхту бóльшим количеством электричества, чем свинцовые. 

Свинцово-кислотные батареи могут служить годами, но использование их в качестве основных на борту многими яхтсменами не воспринимается. Причин на то много, и в тексте мы о них поговорим, но сделаем ремарку: стопроцентно верного варианта использования литиевых и свинцовых батарей не существует. Главное, чтобы соблюдались их эксплуатационные требования (об этих требованиях вы также найдете информацию ниже).

Ныне существует альтернативный литиевым и свинцовым батареям вариант. Литий-феррум-полимерные или литий-железо-фосфатные батареи сегодня исправили проблемы старших литиевых «братьев» (не такие огнеопасные) и так же, как и свинцовые, могут служит длительный срок. Однако главный недостаток батарей LFP – их стоимость. 

Работа батарей

Количество доступной электроэнергии напрямую зависит от емкости установленных аккумуляторных батарей. Емкость батарей обычной измеряется в ампер-часах, то есть в общем количестве ампер, которые батарея способна выдать за один час. Простыми словами, если у вас есть батарея емкостью 100 Ач, то ее хватит на один час работы с силой тока 100 А или на 100 часов с силой тока в 1 А. Но это в теории. На практике дела обстоят немного иначе.

Особенности работы разных типов батарей разнится. Например, литиевые аккумуляторы легче переносят полный цикл разрядки-зарядки. Свинцово-кислотные батареи не следует разряжать ниже 50 процентов, потому что из-за слишком низкого уровня заряда их емкость постепенно уменьшается. 

Наглядная визуализация максимальной глубины разрядки свинцово-кислотных (lead-acid) и литий-ионных аккумуляторов. Нормальная эксплуатационная глубина разрядки свинцовых батарей составляет 30-40%, далее для них наступает этап глубокой разрядки. У литий-ионный эксплуатационная глубина разрядки составляет 80-90% от общей емкости.

В этом кроется особенность свинцовых батарей – их фактическая емкость составляет около половины теоретической, заявленной производителем. Поэтому, если отталкиваться от приведенного выше примера, свинцовая батарея емкостью 100 Ач сможет проработать лишь 50 часов с силой тока в 1 А прежде, чем ее нужно будет снова зарядить. Это не значит, что оставшиеся 50 Ач будут недоступны, но если стараться не разряжать батарею ниже 50%, то рабочая емкость составляет 50 Ач без глубокой разрядки.

Исходя из этих соображений, Майк заменил стандартные свинцовые аккумуляторы емкостью 240 Ач на литиевые емкостью 800 Ач. В результате, четыре литиевых батареи суммарно весили меньше, чем один свинцовый аккумулятор из старого набора.

Проблемы эксплуатации

Казалось бы, вот оно счастье! Посмотрите на эту фантастическую разницы в емкости – 240 Ач у свинцовых и 800 Ач у банка на литиевых батареях. Почти четырехкратный отрыв! Однако и тут есть свои нюансы. 

Неспроста не все яхтсмены предпочитают литиевые аккумуляторы. Особенности этого типа батарей включают повышенную чувствительность к условиям эксплуатации и необходимость использования системы управления батареями для обеспечения безопасности. 

Однако, вопреки опасениям, современные литиевые батареи, при правильном уходе и эксплуатации, обычно имеют более длительный срок службы по сравнению со свинцово-кислотными. Литиевые батареи могут выдерживать большее количество циклов заряд-разряд, сохраняя при этом высокую производительность. Да, свинцовые необходимо постоянно держать на зарядке, но их стабильность в работе проверена не одним поколением яхтсменов. Многие яхтсмены комбинируют типы батарей, используя их для разных задач. 

Кроме того, свинцовые батареи часто используют в качестве стартовых и тяговых. Свинцово-кислотные батареи лучше справляются с одномоментной высокой нагрузкой (старт двигателя) и постоянной нагрузкой (работа двигателя или подрульки). Литиевые батареи, благодаря своей высокой плотности энергии и стабильному напряжению, лучше подходят для питания освещения, электроники и других систем на борту, которые требуют постоянной нагрузки.

Как выглядит кислотный аккумулятор внутри

Важно также отметить, что четких данных о финальной емкости своего банка батарей Майк в статье не приводил, поэтому мы ориентировались исключительно по описанию установленного оборудования. 

Во избежание воспламенения литиевых батарей Майк советует использовать систему управления нагрузкой аккумуляторов (BMS). Из-за сложности установки такой системы ее лучше доверить профессионалу. Такие системы используется для централизованного управления батареями, она оповещает об их уровне заряда, имеет несколько аварийных сценариев работы. Система управления батареями также позволяет проще проводить диагностику состояния аккумуляторов.

Источники питания

Установить батареи нужной емкость – не проблема. Но их же нужно как-то зарядить! Самые простой вариант: направиться в ближайшую марину и подключиться к береговой сети. Стандартная серийная лодка средних габаритов обычно оснащена зарядным устройством (адаптером) для аккумуляторов на 60 А. 

Кроме береговой линии можно зарядить батареи от двигателя. Современные лодки часто комплектуются двигателями, способными работать в режиме генератора переменного тока. На некоторых лодках можно встретить и двигатель, и генератор тока. Сила вырабатываемого тока зависит от мощности и габаритов двигателя. 

Майк приводит следующий пример. Двигатель его яхты способен вырабатывать ток силой 60 А, то есть аккумуляторы получат заряд силой 60 А в течение одного часа. Если у вас, как и у Майка, литиевые батареи емкостью 800 Ач и они заряжены на 50%, то для зарядки до 100% процентов понадобится около 7 часов. Расчет следующий: 50% емкости (400 Ач) следует разделить на силу источника заряда (60 А) и получим время зарядки (6,6 часов). Важно: расчеты, приведенные в статье приблизительные и не учитывают многие факторы. Воспринимайте их как расчеты для системы в идеальных условиях.

Для того, чтобы не злоупотреблять использованием ДВС (Майк защитник экологии), было решено установить солнечные батареи. За счет большой ширины лодки, было место на четыре крупных солнечных батареи мощностью 400 Вт. Потенциально эти батареи могут вырабатывать больше, но все зависит от силы солнечного света.

Принципы зарядки аккумуляторов

Шум работы двигателя во время генерации электричества мало кому придется по душе. Кроме того, бездумно использовать двигатель для зарядки батареи значит существенно сокращать его срок эксплуатации. Мотор, как и любой механизм имеет свой порог прочности, достижение которого очень негативно скажется на его работоспособности. 

Однако бывают ситуации, когда марина слишком далеко, за бортом пасмурная погода, а батареи уже совсем скоро сядут. В таком случае применять двигатель для зарядки придется. Майк так описывает свою систему: он заменил стандартный адаптер (зарядку батарей) на 60 А и установил на 120 А, что ускорило процесс зарядки. Для приборов переменного тока Майк установил инвертор на 3 кВт. И хотя все еще остается возможность зарядки от двигателя, Морган решил дополнительно приобрести генератор.

Стандартная схема генерации электричества: батареи (по центру) получают электричество от генератора (сверху слева), от генерации в моторе (слева снизу) или с береговой линии.

Обратите внимание на то, что Майк поменял адаптер опираясь на особенности своей аппаратуры. Если решите приобрести более мощный адаптер, то убедитесь, что батареи и электрическая система яхты могут безопасно работать с такой мощностью

Выбор пал на Paguro 9000. Конкретный бренд не имеет значения, обращайте внимание на выходную мощность. Генератор Майка способен выдавать до 9 кВт, что, по его же словам, покрывает все потребности с головой. Генератор во время работы питает и электросистему приборов переменного тока, и зарядку батарей.

Опять же, применять двигатель в качестве генератора электричества для зарядки батарей можно, но это повысит расход топлива и износ деталей мотора. Этот вариант лучше использовать в ситуациях, когда другие способы подзарядить батареи просто отсутствуют. 

Естественные источники 

Возобновляемые источники энергии являются универсальным способом зарядки бортового оборудования. Одна беда – они не так постоянны, как генераторы или двигатели. Впрочем, в большинстве случаев, природная энергия доступна в любой точке планеты, что упрощает ее добычу. 

Некоторые яхтсмены комбинируют подходы. Это мы еще подводную часть не видели…

Как упоминалось ранее, Майк установил четыре солнечных панели по 400 Вт каждая. Потенциальная выходная мощность составила 1600 Вт при 12 В или около 130 А. Для контроля за состоянием батарей используются контроллеры MPPT. Благодаря этим устройствам отслеживания максимальной мощности можно проверить, получают ли батареи достаточный заряд во время работы панелей.

Другая прекрасная возможность получить «бесплатное» электричество – гидрогенерация. Современные сэйлдрайвы и специальные установки для гидрогенерации стали намного эффективнее за прошедшие пару лет. В теории, за один день в движении на скорости в 7-8 узлов можно генерировать до 300 Ач.

Из чего исходить при выборе батарей, солнечных панелей и генераторов

Ключевым фактором в настройке и использовании вашей бортовой электросистемы является учет всех приборов на борту с указанием их точного потребления и требуемых мощностей. И это намного более сложный процесс, чем может показаться на первый взгляд. Вам необходимо четко установить не только мощность приборов, но и количество времени, на протяжении которого прибор используется. 

Первым шагом станет замер «нулевого потребления». Вам необходимо измерить сколько ваша лодка потребляет в режиме ожидания, например, находясь на якоре или марине. Майк выяснил, что для простого ожидания его яхте нужно около 200 Ач в сутки – на борту постоянно работали три холодильника, морозильник и внутреннее освещение. 

Далее следует измерить количество потребляемой энергии в ходу и при стоянке, но с использованием различных приборов. Так вы сможете составить график зарядки аккумуляторов от солнечных батарей или от генератора – вы узнаете что и когда из оборудования на борту используется и когда без вреда для своих ушей или сна можно подзарядить батареи.

В то же время, чайники, кофеварки, фены, микроволновки и прочие радости цивилизации может и потребляют приличное количество электричества, но делают это не на постоянной основе. Такие приборы в целом можно исключить из списка потребителей, но иметь в виду при составлении графиков зарядки.

Однако на такие приборы, как стиральные машины, бойлеры, морозильники, холодильники, обогреватели и кондиционеры следует обратить повышенное внимание. Эти приборы потребляют большое количество энергии и могут использоваться на протяжении длительного времени, нагружая электросистему лодки. 

Энергозатратные приборы являются самыми серьезными потребителями, поэтому график их работы необходимо четко регламентировать. Кондиционер лучше вообще не запускать при питании от аккумуляторов – он слишком сильно «ест» заряд. Оставьте охлаждение до марины с береговой линией электроснабжения или до включения генератора.

Обновление батарей

Если вам недостаточно мощности и емкости батарей, то ситуацию можно улучшить. Майк предлагает два варианта:

• полная замена батарейного блока на новый;
• установка дополнительных батарей.

Первый вариант легче и проще, но дороже. Установка новых батарей может влететь в копеечку, но зато у батарей не должно возникнуть серьезных проблем в эксплуатации. Второй вариант немного сложнее, так как для корректной работы уже существующего банка аккумуляторов дополнительная батарея должна быть того же типа, емкости и даже возраста. 

Вся внешняя проводка должна быть аккуратно уложена и организована. Это позволит в будущем быстрее провести ремонт или техобслуживание

Во втором варианте может возникнуть проблема совместимости батарей. Если новый аккумулятор будет значительно «моложе» старых, он будет иметь лучшую производительность, что может привести к неравномерной нагрузке на аккумуляторы в банке. Кроме того, могут возникнуть проблемы и с поиском идеального кандидата на увеличение емкости или замену – желательно устанавливать батареи от одного производителя, а нужный аккумулятор может просто быть снятым с производства.

Мониторинг батарей

Современные батареи часто оборудуются целым набором средств для мониторинга – вплоть до SMS-оповещений о состоянии заряда. Если батареи достаточно старые, то упростить мониторинг призваны различные системы. Такие «смарт-мониторы» могут поставляться как в качестве полноценного решения, так и в виде небольших приборов, которые будут подсоединяться к клеммам аккумуляторов и следить за состоянием батареи.

И хотя сегодняшние требования к количеству электроэнергии на порядок выше, чем в прошлом, современные батареи, аккумуляторы и системы мониторинга позволяют вполне точно оценивать состояние электросистемы. Следите за приборами и их показаниями, своевременно обновляйте батареи и не оставляйте их слишком долго без зарядки, а также обращайте пристальное внимание к проводке на борту – и никаких проблем с электричеством на борту вашей лодки не будет.

Новое видео на канале Интерпарус🎥

Момент, когда все слова излишни – новый выпуск о самом большом нашем проекте в этом календарном году. Встречайте модифицированную Fountaine Pajot Samana 59! Приятного просмотра.

Не забудьте оценить материал. Другие интересные статьи вы сможете найти по ссылкам ниже или в разделе «Новости».

24.08.2024